Сарнер С. - Химия ракетных топлив (1049261), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Теоретические хвряктернстики топлив, образованных СНо с раз- личными окислителями. в горючем связей С вЂ” Н и С вЂ” зч, которые при последующем окислении возмещаются в недостаточной степени 41. Идеальное соотношение элементов в Огз, содержащем кислород для окисления углерода и фтор для горения водорода, обеспечивает большую удельную тягу топлива на основе несимметричного диметилгидразина, чем на основе гидразина.
Для типичного углеводородного горючего с условной химической формулой СНз (фиг. 4.16 и табл. 4.15), как и для несимметричного диметилгидразина, важна проблема сгорания углерода. о К уменьшению удельной тяги также приводит образование СО и СОь имеющих большой молекулярный вес. — Прим, ред. х О Х О О (о со оъ Е о х о о О ь и О (Р (о Я о~ «о со ~о СР о~ % о о О О ос о о х Е о о о о х о О к О х Е х Ф х х о х о х Е х х х о. х З х х х о х о 'о о х х х х х о о $ х х о.
х о х о о Ф о ь о 8 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 1ОЯ Топлива с фторсодержащими окислителями обеспечивают максимальную удельную тягу при коэффициентах избытка окислительных элементов 4Х'-0,5; номинальными компонентами продуктов сгорания являются С (тв), НР (г), а также в соответствуюших случаях НС! (г) и Н, (г).
Оптимальное соотношение элементов в топливах с кислородсодержащими окислителями приводит к образованию большего количества СОТ (г), чем в случае несимметричного диметилгндразина, вследствие меньшего энергетического потенциала СНЭ Из-за наличия связей С вЂ” Н и С вЂ” С в СН2 состав топлив должен удовлетворять требованию, чтобы 35эь углерода сгорало в СОА (г) в топливах с окислителями О, и С104Р, 45А(4 — в топливе с окислителем !А!А04 и -704(4 — в топливе с окислителем Нй(ОР Малый молекулярный вес продуктов сгорания топлива Н202 + СНА позволяет подбирать состав топлива при столь же высоком уровне окисления, как и в случае несимметричного диметилгидразина.
Несимметричный диметилгидразин по химическому составу находится посередине между СНг и 1чАН4 и по теплоте образова. ния близок к гидразину. Поэтому неудивительно, что наблюдается несколько большее снижение теоретической удельной тяги при переходе от (СН4)а!А(гНз к СНм чем при переходе от )А(АНА к (СН4)т!А!зНь Порядок расположения топлив по удельным тягам таков же, что и в случае несимметричного диметилгидразина.
Несколько более высокие относительные значения для топлив на основе Нт02 и С1О,Р в первую очередь обусловлены ббльшими потерями в случае остальных окислителей. Соотношение компонентов ОР2+ СНз при а'=1 идеально для образования СО (г) и НР (г) без образования НтО (г), поэтому максимальная удельная тяга этого топлива столь же высока, как и топлива ОРг + (СН4) а!А!зНь Гидрид алюминия (фиг. 4.17 и табл. 4.16) — первый пример введения металла в топливо.
Стабильность А!А04 (тв) и теплота ее образования велики. Чтобы алюминий мог превратиться в окись, а водород остался в свободном состоянии, соотношение элементов в кислородсодержащих топливах почти всегда должно соответствовать коэффициенту избытка окислительных элементов — 0,5. Это приводит к сочетанию большого энерговыделения прн окислении металла и малого молекулярного веса продуктов сгорания благодаря присутствию водорода, что в конечном счете обеспечивает получение высокой удельной тяги. Меньшие стабильность и теплота сгорания с образованием фторида алюминия требуют соотношения элементов, близкого к стехиометрическому. Поэтому для компенсации потерь тепловой энергии вследствие диссоциацин А1Р, должен сгореть почти весь водород и только малая его часть останется в качестве рабочего тела.
Смешанный 1я 4. энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных топлив окислитель ОРз дает, как и следовало ожидать, промежуточные результаты. Порядок расположения топлив по значениям их максимальных удельных тяг претерпевает значительное изменение. По сравнению с гидразином гидрид алюминия в сочетании со фторсодержащими окислителями обеспечивает значительно меньшие удельные тяги.
Наибольшее снижение (17 — 19 сея) наблюдается 550 и з дг5 й й Е даа га г5 За Зд Еа сд да и да Седергюание горючеее, дее. % Ф и г. 4.17. Теоретические характеристики топлив, образованных гидридом алюминия с различными окислителями. в случае наиболее эффективных окислителей (ОРз и Рз); при использовании других фторсодержащих окислителей снижение меньше (7 — 8 сок). За исключением наиболее эффективных окислителей (Оз и С10зР), топлива с кислородсодержащими окислителями дают выигрыш в удельной тяге 10 — ЗЗ сок по сравнению с гидразиновыми. Изменение достаточно велико, чтобы удельная тяга топлив на основе кислородсодержащих окислителей (НХОз или ХзОА) сравнивалась или превзошла удельную тягу топлив на основе фторсодержащих окислителей (С1Рз и С1Рз), а также превзошла удельную тягу топлива с окислителем С!Озр, которое содержит значительное количество фтора.
Кроме того, благодаря выделению достаточного количества тепловой энергии и малому 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ О й й о О о о 44 й О й О О о о о й й М О, О О О Е й й х О 8 О. й й й ь Ф й й х О и й Ъ О. О Ъ Я й Ъ О Ы О Ы й Х Ъ й й й 'О 4й О й О О ь Х ь О й О О ь х й О ф Х О й Х Ю й й ь О О О О 3 о о о 4'4 г 8 о Оц О О й й О 44 О О ь й !!2 Е ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ молекулярному весу продуктов сгорания удельная тяга перекисе- водородного топлива больше, чем топлива на основе жидкого кислорода, которое, как правило, является более эффективным.
Однако следует отметить, что высокоэффективные фторсодержащие окислители (Ем Нгрг, ОРа) пока еще обеспечивают большие удельные тяги, чем кислородсодержащие окислители, хотя разница не столь велика, как при применении горючих, не содержащих металлы. зоо Ъ Эза й к зио о 9 зго н е к эоо гзо Б Гд в га 25 зо 55 ЗЗ СодеРжание гаамиего, оес % Ф и г. 4.!8. Теоретические характеристики топлив, образован- ных пентабораном с различными окислителими. Ряд усложнений вызывает применение пентаборана (фиг.
4.!8 и табл. 4.17) в качестве горючего. Если при горении гидрида алюминия образовывались окись металла и водород, то в данном случае это невозможно, ввиду того что в реакции с образованием НВОг (г) по существу весь водород затрачивается на образование водорода в НгО (г). В результате соотношение элементов в топливах с кислородсодержащими окислителями совсем иное.
Коэффициент избытка окислительных элементов при максимальной удельной тяге больше значения при соотношении элементов, обеспечивающем получение продуктов сгорания ВгОг (г) + Нг(г). Коэффициент избытка окислительных элементов при максималь. иой удельной тяге равен 0,699 для топлива на основе кислорода и 0,686 для топлива с окнслителем На04 (зиачение а, соответствующее идеальному случаю образования продуктов сгорания Ю О О Оа а'а О 7 4» О О О л О Д О 49 8- О К аа О аа О О о И О ы ы а. я ы ао ОО о М о л !аз Аа 819 В 4 О и О О й З О К О О аа О О Ю О О ы О х 3 О ы О Ю О О О О а О аа О ы ы о ы 4 аа а О О И ы ы ы ы О $ ы О.
О ы К ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 1!4 А ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ ВАОз (г) + Нз (г), равно 0,625). Топливо Н)А)Оз+ ВзНЕ имеет максимальную удельную тягу при а=0,667 (вместо идеального значения а=0,568); топливо НеОА+ ВзНР— прн а=0,513 (вместо 0,476). Значения а топлив с высокоэффективными фторсодержащими окислителями (Рг и )А)еР,) приближаются к идеальному значению а=0,625, при котором образуются продукты сгорания ВР, (г) + Нз (г). Топлива на основе С1Рз и С!РА имеют максимальную удельную тягу при соотношениях элементов, обеспечивающих получение продуктов состава ВРА (г) + НС! (г) + Нз (г).
Высокая термическая стабильность ВОР (г) обусловливает такое идеальное соотношение элементов топлива ОРА + ВАНм соответствующее значению а=0,833, при котором продукты сгорания имеют состав ВОР (г) + НР (г) + Нз (г), причем максимальная удельная тяга достигается при соотношении элементов в топливе, близком идеальному. Подобным образом идеальное соотношение элементов в топливе С10зР+ ВзНР будет получено при а=0,714, когда образующиеся продукты сгорания имеют состав ВОР (г) + + ВЕОз (г) + НС! (г) + НА (г).
Однако соотношение несколько нарушается вследствие образования НВОЕ (г). Теплоты сгорания с образованием фторидов бора выше, чем фторидов алюминия. Поэтому фторсодержащие окислители с пентабораном имеют большие удельные тяги, чем в сочетании с гидридом алюминия, несмотря на меньшую стабильность ВРз(г) по сравнению с А!Рз (г). Эти удельные тяги сравнимы с удельными тягами гидразиновых топлив. Кислородсодержащне окислители в сочетании с пентабораном имеют меньшие удельные тяги, чем в сочетании с гидридом алюминия, вследствие образования НВОЕ (г).
Однако эти удельные тяги существенно выше, чем у соответствующих гидразиновых топлив. Топливо Оз+ В~НЕ имеет ббльшую удельную тягу, чем топливо Оз+А1Нз, что является исключением и обусловлено недостаточным количеством рабочего тела во втором топливе. Смешанные кислородфторсодержащие окислители, особенно ОРь в сочетании с пентабораном отличаются очень высокими удельными тягами вследствие образования ВОР (г); эти удельные тяги выше, чем в случае топлив на основе гидрида алюминия и гидразина. Максимальная удельная тяга топлива ОРА+ ВАНА выше, чем топлива Рз+ ВЕНм Литий (фиг.
4.19 и табл. 4.18) имеет малый молекулярный вес, но не столь эффективен в качестве рабочего тела, как водород. В данном случае рассматривается металл, а не гидрид металла, поэтому соотношение элементов в топливе несколько иное, чем в случае предыдущих топлив, так как многие литийсодержащие топлива не содержат водорода. Фторсодержащие окислители (Рм 1ЧАРИ С1Рз и С!Рз) в сочетании с литием обеспечивают максимальные удельные тяги при соотношении компонентов, приблизи- тельно равном стехиометрическому. Смешанный окислитель ОРт обеспечивает максимальную удельную тягу при соотношении элементов, которому соответствует состав продуктов сгорания 1!Р (г) + Оз (г), так как фторид значительно более стабилен, чем окись.
При использовании кислородсодержащих окислителей в сочетании с литием можно получить максимальные удельные тяги при соотношениях компонентов, обеспечивающих значительный избыток !.! (г), так как !.!АО (ж) не является рабочим телом. Оптимальные коэффициенты избытка окислительных элементов гоо ОО топлив на основе Оз и (А(зОА равны соответственно 0,629 и 0,664; при таких соотношениях элементов мольная доля избыточного лития несколько больше, чем !.!зО (ж). Наличие некоторого количества водорода в ННОз и галогенов в С!ОзР вызывает повышение оптимального коэффициента избытка окислительных элементов донекоторого среднего значения между коэффициентами, соответствующими стехиометрическому и оптимальному составам для кислородного топлива.
При использовании в качестве окислителя НзОз водорода вполне достаточно, чтобы основным продуктом сгорания мог стать 1!ОН (г). В этом случае оптимальный состав совпадает со стехиометрическим. Удельная тяга фторлитиевого топлива больше, чем у всех рассмотренных топлив, за исключением лучших топлив на основе водорода. Это обусловлено высокой термической стабильностью ЗОО и Е 555 и гоо В гдо $ А энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных топлив 115 го Ж ОО 55 АО з5 5О Ед Оадалиааяаа еарючеаа, даа. 7, Ф и г. 4.19. Теоретические характеристики топлив, образованных литием с различными окислителямн. К ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ Оъ и О г а 4О О 4- Р ж О о о М Ю О к ы М о и о М а о О оо Я о а Я 44 о й о о $ о о 1' !! 8- о. с энеРГетические ХАРАктеРистики РАкетных тОплиВ 1!7 13Р (г), позволяющей получать температуру в камере сгорания 5623'К. Три других галогеносодержащих окислителя (С(РИ С!РА и МЕР~) в сочетании с литием также обеспечивают температуру в камере сгорания более 5000'К и ббльшие удельные тяги, чем топлива на основе других горючих, за исключением водорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
