Сарнер С. - Химия ракетных топлив (1049261), страница 19
Текст из файла (страница 19)
ред. является обычным продуктом высокотемпературного сгорания' !. При вычислении гз принимается, что валентность азота равна нулю. Полученные максимальные значения удельных тяг приведены в табл. 4.1! '!. Более подробные результаты для каждого горючего с выбранными окислителями приведены в следующих таблицах. Водород (фиг. 4.13 и табл. 4.12) является уникальным веществом вследствие способности образовывать продукты сгорания с очень малым молекулярным весом. Максимальные значения удельной тяги достигаются не при соотношении компонентов, обеспечивающем максимальное выделение энергии (стехнометрическое соотношение), а в интервале значений коэффициента избытка окислительных элементов 0,424 — 0,606. Кислородсодержащие окислители, при горении в которых образуется легко диссоциирующий водяной пар НЗО (г), наиболее эффективны при Р00 4, энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных тОплиВ Таблица 4.7! Максимальные значения удельных тяг типичных двухкомпонентных топлив !СНА.И,Н, СН, В,Н,, к,н, АгН, ы Ве вен, 000 0 Ю 00 сеседзесмие герюееге, еее.
~.' Ф и г. 4.13. Теоретические характеристики топлив, образованных водородом с различными окислителями. коэффициенте избытка окислительных элементов, превышающем 0,5; в случае более энергосодержащих окислителей допустимо увеличение количества избыточного водорода. Топливо на основе кислорода имеет максимальное значение удельной тяги почти при Р 142Р4 С!из С!Рз С10 Р ОР О ф~4~2 Н1ЧОз 000 000 й ь з! 412 364 321 343 344 412 391 322 341 320 365 335 295 311 295 346 313 287 291 279 348 321 281 298 290 352 310 284 285 272 328 304 260 276 281 351 300 278 276 263 361 334 290 309 299 362 32!1 309 299 294 348 327 288 304 294 327 311 318 301 301 378 349 320 334 263 340 247 271 240 240 323 355 311 336 277 299 290 315 243 310 309 343 235 331 277 353 — 316 256 321 со Ос О Х сс с' О х О х сс сх 1 х О сс Б с' Ю с. О Д со со Ос О сс Сс с' О О !! 8 О.
Ю х % О О О О Ф О О Оо Ф х О с' О о х Ох О с" сс О О, Е х О с х О х О х Е 3 с' х О О. и й О О О. О сС О Ю м з х О О О сс О ° О О О х с О с х х с О х сс О $ х ' ° О О Х О х и О х х $" О О О О 4 4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 102 4. энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных топлив се=0,5 или при соотношении водорода и кислорода, обеспечивающем образование равных количеств воды и водорода.
В случае трифторида хлора удельная тяга максимальна при меньшей величине коэффициента избытка окислительных элементов, чем в случае пентафторида хлора, вследствие образования ббльших количеств НР (г). Максимальная удельная тяга топлива на основе фтора и окиси фтора достигается при наименьших значениях коэффициента избытка окислительных элементов, так как благодаря выделению большого количества энергии выгодно увеличить избыток водорода. Збб е Зоб ч ч Е Зба н Ь гбб гг бб гд ЗЗ 31 41 45 оо 55 Содерокоеие гореооего,бес % Ф н г.
4.!4. Теоретические характеристики топлив, образованных гилрааином с различными окислителями, Так как при применении топлив на основе водорода рабочее тело имеет малый молекулярный вес при малых значениях коэффициента избытка окислительных элементов, предел удельной тяги определяется энергетическими характеристиками окислителя.
Из-за потерь энергии на образование связи Π— Н удельные тяги топлив на основе НгОг и Н!к!Ое меньше по сравнению с удельными тягами топлив на основе !к)г04, имеющей только связь Х вЂ” О. На образование связи С! — Р в С1Ре также затрачивается больше энергии по сравнению с затратами на образование более слабых связей в С1Ре или С104Р. Благодаря очень слабым связям в !х)гР4 и меньшему молекулярному весу г(г (г) по сравнению с НС! (г) удельная тяга при использовании !х!гРА больше. Из-за отсутствия элементов-носителей в Ог, ОРг и Рг удельные тяги топлив с такими окислителями больше, чем у перечисленных выше; при этом фторсодержащие окислители обеспечивают ббльшую тягу вследствие высокой стабильности НР (г). О й О Х СР О ОЪ С'С СЧ СО О й о О а м О. Х а СО О С О О Х З а а О м О. СО о а С 1~ 8 О.
а О о О О О О" Ю о а Я а о" Оа О О а О а К а Х о а й 2 а м О О а О Х О. С Х о а О. о Ф 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОППИВ 1О4 Е ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ Гидразин (фиг. 4.14 и табл. 4.! 3) содержит азот как элемент- носитель. Это вызывает ухудшение энергетических характеристик топлив на основе гидразина с любым окислителем и приводит к значительно меньшим максимальным удельным тягам, чем в случае топлив на основе водорода. Соотношение компонентов, обеспечиваюших максимальную удельную тягу, близко к стехиометрическому, так как при избытке гидразина не наблюдается существенного уменьшения молекулярного веса продуктов сгорания вследствие образования Нз (г).
Коэффициент избытка окислительных элементов при максимальных значениях удельных тяг для всех окислителей, кроме ОРз, больше 0,9. В случае ОРз значение а несколько меньше, благодаря чему образуется больше НР (г), чем НзО (г), однако эта разница невелика. Порядок расположения топлив по значениям удельных тяг претерпевает некоторые изменения. Продукты сгорания топлива НзОз+1чзНА имеют меньший молекулярный вес, что способствует увеличению удельной тяги, так что она почти равна удельной тяге топлива с окислителем )х)зОз и превосходит удельную тягу топлива с окислителем НХОз. Из-за наличия кислорода, приводящего к образованию менее стабильного соединения НзО (г) при стехиометрическом соотношении компонентов топлива, уменьшаются максимальная удельная тяга топлива С10зР+)ч)зНИ приближаясь к удельной тяге топлива с окислителем С!Рз (а не топлива с окислителем С1Гз), и максимальнаЯ УдельнаЯ тЯга топлива ОРз+)х)зН4 до значения, меньшего, чем у топлива с окислителем Рз.
Топлива на основе остальных окислителей располагаются в таком же относительном порядке по величинам максимальных удельных тяг, как и в случае водорода. Применение несимметричного диметилгидразина в качестве горючего (фиг. 4.15 и табл. 4.14) связано с образованием углерод- содержащих соединений '1. Фториды углерода вносят малый вклад в энергетические характеристики топлива, но приводят к увеличению молекулярного веса продуктов сгорания.
Поэтому оптимальные составы фторсодержащих топлив (при отсутствии кислорода), обеспечивающие получение максимальных значений удельных тяг, соответствуют такому соотношению компонентов, при котором образуется твердый углерод и НР (г); если же при- Н В этой книге при определенна коэффипиента избытка окислительных элементов валентности углерода считается равной двум, а не четырем, как общепринято. В табл 4 14 и 4.!5 величины, обозначенные а', вычислены прп допущении Сарнера, а и — при общеприннтом допущении Легко заметить, что в случае топлив на основе несимметричного диметилгидразина а=зйа', а на основе углеводорода а=з!за' (это правило не справедливо дли пере.
кисеводородиыл и азотнокислотных топлив). — Прим. ред. 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОНЛНВ 105 сутствуют хлор или азот, то дополнительно образуются НС! (г) или !к!з (г). Высшие фториды углерода по отношению к СР в этих расчетах не учитывались, однако подобные результаты были получены Доббинсом (Ц для составов топлив, приводящих как к максимальным удельным тягам, так и к отсутствию в газе фторидов углерода (в расчетах учитывалась возможность образования этих фторидов). Топливо на основе ОРз имеет максимальную удельную тягу при и'=1, когда весь углерод сгорает в СО (г), а водород — главным образом в НР (г) и частично в НзО (г). То- 3гх ч а 5 '55 10 г4 ~б 33 га 30 34 33 43 45 ггагглеакл гсгмчгга,Бгс Л Ф и г.
4 15 Теоретические хараитеристики топлив, образованных несиммет- ричныч дииетилгидразнном с различными окислителями плива на основе кислородсодержащих окислителей имеют максимальные удельные тяги при таких соотношениях компонентов, при которых водород сгорает в НзО, а углерод окисляется в СО (г) и до некоторой степени в СОз(г).
Дополнительный кислород необходим для получения добавочной тепловой энергии и доля углерода, окисляемого в СО, (г), является мерой энергии окислителя; окислитель с наихудшими энергетическими характеристиками требует большей степени окисления углерода. Так, топлива на основе Оз и С!ОзР имеют максимальные удельные тяги при соотношении компонентов, обеспечивающем окисление 17 — 18% углеРода в СОз (г); !Х!з04 — 38% и Н!к)Оз — 87%. В слУчае НзОз 77% углерода могут окислиться в СОз (г), но это связано со способностью окислителя уменьшать молекулярный вес продуктов О х О с О О 8 О Я О О~ О с с О х С> О <Р с х с х О х О с О с х а сР 3 О М О О О О О о Ы О с ь' О асс О с м О Ъ с :О ь ь Р Й З с О О О Х О с О. с О В В 2 с О.
й с 5 и о с с х х х Х с с х О с с О О О с а Ю О А ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 107 сгорания, благодаря чему выгодно используется добавочная энергия. Из-за плохого окисления углерода максимальные удельные тяги топлив на основе фторсодержащих окислителей уменьшаются в большей степени, чем в случае кислородсодержащих. Удельные тяги топлив, образованных диметилгидразином с кислородсодержащими окислителями, несколько меньше, чем у топлив на основе гидразина, вследствие потерь энергии на образование ма е ч , ура й ь е ь 440 О и ла за Гадержаное горючего, аео М бь и г. 4.16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
