Сарнер С. - Химия ракетных топлив (1049261), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В данном случае не учитывались реакции ионизации 1л(г) — )л+(г)+ е (г), ЬН =- !23,8 ккал, (4.47) 1 !Р(г) ( гь(г)+Р (г), ЬН.= !648 ккал, (4 48) но влияние этих реакций мало. Гордон и Хафф (3] учли продукты ионизации при горении топлива Рз+ 1.1. Оказалось, что в продуктах сгорания содержится менее 2~ИВ ).гге и Р и менее 0,37В е, так что потери удельной тяги вследствие ионизации равны 1 сек. Продукты сгорания топлива ОРА+ 1.! в камере сгорания имеют высокую температуру (4868' К) при соотношении компонентов, обеспечивающем образование !3Р (г). Получаемая удельная тяга не столь велика, как в случае других горючих, так как кислород ие относится к эффективным рабочим телам.
Топлива на основе лития в сочетании с Ом Н!ЧОз и )А)АО~ образуют небольшое количество рабочего тела и имеют низкое тепловыделение, так как диссоциация 1.!АО (ж) ограничивает температуру в камере сгорания. Поэтому удельные тяги этих топлив малы. Применение С!ОАР приводит к увеличению тепловыделения вследствие образования галогенов лития, а использование Н.О, способствует увеличению количества рабочего тела; в результате этого в обоих случаях характеристики топлива улучшаются. Соотношение элементов топлив, состоящих из гидрида бериллия (фиг. 4.20 и табл. 4.19) и кислородсодержащих окислителей, определяется чрезвычайно высокой теплотой сгорания бериллия.
Максимальная удельная тяга гидридбериллиевых топлив со всеми кислородсодержащими окислителями достигается при несколько более богатом горючим составе топлива, чем «идеальное», продуктами сгорания которого являются окись бериллия и водород. Это также справедливо и для топлив с окислителями С!ОЕР и ОРЫ при сгорании которых также образуются галогены бериллия. Удельные тяги топлив на основе галогеносодержащих окислителей (Г,, М,Г,, С!ГЭ С1Г,) максимальны при составе, близком кстехиометрическому, при котором водород сгорает с образованием НР (г).
Теоретическая удельная тяга гидридбериллиевых топлив на основе Н)А)Оз и НАОВ выше, чем в случае любых других горючих, 113 4. энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных топлив так как добавочное количество водорода, выделяемое этими окислителями, эффективнее используется вследствие большой теплоты сгорания бериллия. Удельная тяга гидридбериллиевых топлив с кислородсодержащими окислителями Хг04, Ог и С!ОзР, в которых нет водорода, выше, чем в случае других горючих, за исключением водорода. Удельная тяга гидридбериллиевых топлив с фторсодержащими окислителями с элементом-носителем ()чгР4, 555 35О а ООО ф ООО Ого в зм ООО гоо О /О го го за 5О Оо Оеоедче еее ееае ееа,а Ф и г.
4.20. Теоретические характеристики топлив, образованных гидридом бериллин с различными окислите- лнии. С!Рз, С!Рз) меньше, чем топлив на основе водорода и лития, что обусловлено низкой стабильностью фторида бериллия. Температура продуктов сгорания топлива Рг+ ВеН, в камере сгорания равна 4517'К, при этом ВРз (г) стабильнее ВеРг (г). Следовательно, топлива на основе фтора с ВзНз, а также с Нь !.1 и ХгН4 имеют большие удельные тяги.
Удельная тяга топлива ОРг+ + ВеНг ие очень высока по сравнению с топливами на основе других горючих, так как некоторые горючие по составу лучше соче- таются с ОРг. 12О с энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных топлив Топлива на основе металлического бериллия (фиг. 4.21 и табл. 4.20) являются классическим примером топлив, страдающих от недостатка рабочего тела. Бериллий является плохим рабочим телом, и поэтому бериллиевые топлива со всеми окислителями имеют максимальные удельные тяги при коэффициентах избытка окислительных элементов, больших единицы (топливо богато окислителем).
В этом случае избыточный диссоциирован- зг5 а 5ПП е гц ч Е г5п гг5 5 еп 45 гп гз пп .и оп Подерлеаоое гоРючего, Пее;ь Ф и г. 4.21. Теоретические характеристики топлив, образованных бериллием с различными окислителими. ный окислитель становится рабочим телом. Наихудшие результаты дает применение Оз (а=3,226); при этом мольная доля кислорода в продуктах сгорания выше, чем окиси бериллия. Оптимальные составы бериллиевых топлив с окислителями НМОз и НгОг ближе к стехиометрическим благодаря присутствию водорода, а в случае галогеносодержащих окислителей (Рг, С1Рз, С1Рз, )А)зР4) а=1,299 — 1,587. Максимальные удельные тяги топлив со смешанными окислителями С10зР и ОРг достигаются при промежуточных значениях коэффициента избытка окислительных элементов между его значениями для топлив на основе кислорода и галогеносодержащих окислителей.
Удельные тяги топлив на основе бериллия очень малы, особенно по сравнению с топливами на основе гидрида бериллия, имеющими самые высокие характеристики в сочетании с большинством окислителей. В паре с окислителями Оз, С10,Р, ОРз и РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ О х и О О аа аа с х О с х а О а' с х О. О Р а Ф 8 а О х Х О. О ( О О О „"' с а. ю" а ас Ос с О $ а а О с 3 с О 6 с н х О с 3 3 с с О х 3 с с О Ю О с с с О х с $ с О. О $ х с О 4.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ !22 ь энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных топлив Г, бериллий имеет наименьшие удельные тяги по сравнению с другими рассмотренными горючими. В сочетании с С1Гь С1РА и )А)АР4 он превосходит по удельной тяге лишь низкоэнергетические топлива на основе СНь и это обусловлено только рассмотренной выше проблемой горения углерода во фторе. Благодаря высокой теплоте сгорания бериллий в паре с двумя кислородсодержащими окислителями НАОА и НХОз, дающими некоторое количество рабочего тела, имеет ббльшие удельные тяги, чем литий (для которого также существует проблема рабочего тела), но уступает всем остальным горючим.
На основании этого анализа очевиден вывод: нельзя получить высокие удельные тяги без рабочего тела. 4.9. КОНКУРИРУЮЩИЕ РЕАКЦИИ Дополнительно к реакциям, рассмотренным в разд. 4.7, поучительно определить результаты конкурирующих реакций различных горючих элементов с окислительным или различных окислительных элементов с горючим. Первая работа в этой области была выполнена автором книги !6], который рассмотрел фтор в качестве окислительного элемента. При давлении ! атА4 сравнивались восстановительные способности бериллия, лития, магния и водорода.
В каждом случае в составе топлива содержалось такое количество фтора, которого было достаточно для реакции только одного горючего элемента. Относительное содержание горючих элементов таково, что произведения числа атомов горючего на его валентность одинаковы. Рассматривалось образование газообразных фторидов и продуктов их диссоциации без учета конденсации. Система литий †водород †, условная формула Е)НГ (фиг. 4.22), имеет состав продуктов сгорания, который можно было бы ожидать на основании анализа теплот образования и термической стабильности компонентов. Фтор преимущественно реагирует с литием.
При более низких температурах, при которых стабильны как НГ (г), так и Е!Р (г), основными продуктами реакции являются полимеры фторида лития, так как теплоты сгорания с образованием этих полимеров выше, чем теплота сгорания водорода во фторе. Теплота сгорания с образованием димера равна 4,27 ккал/г и тримера 4,65 ккал/г, но они стабильны только при низких температурах.
Подобные результаты получены в случае использования лития и магния в качестве конкурирующих горючих элементов (фиг. 4.23) при составе системы Мд) !ВРь При любой температуре образуется малое количество МдРЫ Бериллий в присутствии лития образует большее количество фторида (фиг. 4.24); однако фторид лития является основным продуктом. Приведенный состав продуктов сгорания вычислен при меньшей теплоте образования ВеР (г), чем принятое на сегодняшний день значение— ва оопп тапа папа папа Темпераглура, 'К Ф и г.
4.22. Коикурируюгцие реакции; состав системы соответствует формуле 1лНг. 88,3 ккал/моль, которое приводит к большей диссоциации ВеРи (г) и большему содержанию 1.(Р (г). Однако это, по-видимому, не оказывает существенного влияния на результаты при температурах ак аа Ы2Т2 й оа гл ыз гз Мд 12 а а сапа гааа ОООО оапа 5ппп Ге,иоорагоуро, 'У Ф и г. 423 Конкурирующие реакции; состав системы соответствует формуле Минам . менее 2500 К, при которых количество ВеР2 (г) максимально. На фиг.
4.25 показан состав продуктов сгорания конкурирующих горючих бериллия и водорода в системе ВеН2Р2. При низких Я н ап й 4п „гп и Е ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 123 124 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ температурах образуется исключительно ВеРа. Выше 3000'К существенно содержание НР (г) вследствие его большей стабильно,сти.
Применение принятого в настоящее время значения теплоты ао О ~аоа гша Ф и г. 4.24. Конкурирующие реакции; состав системы соответствует формуле ~ 12Ве~т По 0 гооо Ф и г. 4.25. Конкурирующие реакции; состав системы соответствует формуле ВеНггт образования ВеР (г) отражается на содержании НР (г), который будет преобладать при несколько меньших температурах, вызы- вая ббльшие потери энергии в системах, в которых происходят эти конкурирующие реакции. - 00 и В «О Й го 00 .0 га аппп «опо попа температура, 'К гпоп попо «ооп яао Температура, 'к А энеРГетические хАРАктеристики РАкетных топлив 126 Вследствие малой теплоты сгорания магния во фторе продукты сгорания системы МпВеРа не содержат в сугцественных количествах МдРа (г) (фиг.
4.26). Влияние большей величины теплоты образования ВеР (г) будет слабым. 4!О в В 0 еаоо гаао 5000 еооа 5000 ТЕмаература, 'К Фиг. 4.26. Конкурирующие реакции; состав системы соответствует формуле МЕВеие. Состав продуктов реакции магниево-водородной системы МцНаРа (фнг. 4.27) вычислен с учетом образования МдРа (ж), чтобы оценить влияние конденсации. При более высоких темпе- 00 м ео ем 70 и о ОООО МШ ОООО Оооо Тем а тра тура, 'и Ф иг. 4.27. Конкурирующие реакции; состав системы соответствует формуле МЕНеге. ратурах образуется НР (г), имеющий ббльшую термическую стабильность, причем теплота сгорания с образованием НР (г) выше. При более низких температурах преобладающим продуктом становится МдРа(ж), что обусловлено более высокой теплотой сгорания с образованием этого продукта и большей его стабильностью при температурах ниже 3300' К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
