Сарнер С. - Химия ракетных топлив (1049261), страница 23
Текст из файла (страница 23)
При отсутствии горючего-связующего возможен вынос из камеры сгорания несгоревшего порошкообразного горючего или быстрое сгорание, приближающееся к детонации. Таблица 4.23 Гибридные трехкоыпонентные топлива Топливо Основной иролуит ггорниии и ~ Росси Нтот — ВеНт — СНт Нтой — Ве — СНт От — Ве — Сну О, — А! — СН, Нтот — А1 — СНт Π— СН Н О вЂ” СН Вео+ СО Вео + СО Вео+ СО А1тов+ СО А!тол+ СО Н,О+ СО+ СО, СО -1- Сот+ Нто 1,33 0,90 0,58 0,89 0,77 0 0 360 315 315 301 283 300 278 В табл.
4.23 приведены характеристики действительных гибридных топлив. Металлосодержащие топлива имеют такое соотношение элементов, при котором образовавшиеся продукты сгорания содержат СО (г) н окись металла, а водород не окнсляется и служит разбавителем. Фторсодержащие окислители не перспективны, так как в горючем-связующем содержится углерод, хотя можно использовать смешанные фторкислородсодержащие окнслнтели. Преимущество бериллия и алюминия состоит в увеличении плотности топлива.
Из анализа таблицы следует, что включение алюминия в состав топлива не приводит к значительному увеличению удельной тяги. Добавка бериллия увеличи- Е ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 1З1 вает удельную тягу топлива НзОз — СНз на 37 сек, а топлива Оз — СНг — лишь на 15 сек, так как в последнем случае значение и меньше.
Практически горючее Ве — СНз имеет одинаковую удельную тягу в сочетании с окислителями НгОг и Оз, но НзОг предпочтительнее вследствие большей плотности и лучших эксплуатационных характеристик. Преимущество ВеНз в основном обусловлено ббльшим результирующим значением и. Однако топливо этого состава может не найти практического применения, так как оно содержит только 8 вес.о горючего-связующего. Достижимая удельная тяга может иметь значения 335— 340 сек, причем горючее-связующее должно содержаться в достаточном количестве, чтобы удерживать гидрид.
4.11. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ ТОПЛИВ Применение жидких однокомпонентных топлив упрощает конструкцию и эксплуатацию ракеты вследствие уменьшения количества топливных баков и подводящих трубопроводов, но за эти преимущества приходится расплачиваться снижением удельной тяги. Подобным образом применение однокомпонентных твердых топлив упрощает эксплуатацию и не вызывает проблем несовместимости компонентов топлива, но удельная тяга таких топлив также мала. Однако имеется ряд областей применения малых ракетных двигателей (двигатели управления положением ракеты в пространстве, рулевые двигатели, специальные газогенераторы), в которых допустима пониженная удельная тяга. При использовании указанных двигателей низкая температура продуктов разложения топлив в камере сгорания обычно является большим преимуществом.
Основное требование к таким топливам †просто их использования. Любое соединение, которое распадается с выделением тепла, теоретически можно использовать в качестве однокомпонентного топлива. Однако часто возникают трудности, связанные с обеспечением плавного разложения. Кроме того, некоторые соединения взрывоопасны. Следует отметить, что реакции при низких температурах далеко не всегда протекают равновесно ". Так, при термическом " Результаты термодинамических расчетов процессов ниэкотемпературного разложения (горения) и расширения продуктов разложения при допушении химического и энергетического равновесия без учета образования продуктов низкотемпературных реакций являются весьма приближенными.— Прим.
ред. 9" \32 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЪгХ ТОПЛИВ разложении гидразина может происходить реакция рекомбинации )х)2(г)+ ЗН2(г) 2)х)Нз(г), (4.80) которая учтена при определении удельной тяги, приведенной в таблице. Вероятнее всего, эта реакция не происходит, и тогда удельная тяга 188 сек, полученная при расширении с замороженным составом продуктов разложения, будет более показательна для гидразина '1.
В табл. 4.24 приведены характеристики нескольких типичных однокомпонентных топлив. Таблица 4.24 Характеристики одвокомпонентнмх топлив г,, к Химическая формула Росса Оаиокомпанектоае топлива Ч Твераяла. 4.12. ТВЕРДЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА Первые твердые ракетные топлива представляли либо модификации черного пороха, либо пиротехнические смеси. Позднее стали применяться двухосновные топлива, состоящие из нитроглицерина, поглощенного и десенсибилизироваиного иитроцеллюлозой. В табл. 4.28 приводятся составы и характеристики некоторых твердых ракетных топлив. Удельная тяга таких составов была очень низкой.
Необходимость создания высокоэнергетических составов стимулировала разработку смесевых топлив. и При термическом разложении гидразина образуется аммиак в значительно больших количествах, чем по расчету с допущением химического равновесия между компонентами продуктов разложения. Скорость образования и разложения аммиака по реакции 1450) !без применения катализатора) мала даже при температуре 2000'К Поэтому вряд ли произойдет заметное изменение содержания аммиака в продуктах разложения гидразина при их течении по соплу ракетного двигателя — Проз.
ред. Перекись водорода Тетранитрометав Окись этилена Нитрометан Нитрит аммония и Тидразин Оксамид и Азид аммония и Н202 с(но,)4 С,Н4О снзно, МН4МО2 Нзн НН2СОСЬНН, Н~14113 165 181 199 254 219 !98 202 196 1278 2170 1277 2640 2150 904 1417 1116 С ЗНЕРГЕТИс)ВСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 133 Таблица 4.23 4рм )батаисни) чср»ыя порох 50 (Франки») Асто)ст ЗАТО Состаа 66 51,5 Нитропеллюлоза (!3,25 р() Нитроглиперин Диэтилфталат Этилпентралит Нитрат калия Сульфат калия Перхлорат калия Воск канделильский 43 3,25 1,00 25 57 — 80 1,25 76 0,08!) 16,8 Асфальт Сажа 0,2!) 13 — 29 8 — 22 Древесный уголь Сера Масло 7,2 Прочие добавки Хара»тир»егия» 50 — 140 1,3 — 2,1 ~ 1500 — ЗЬ00 173 1,77 2030 225 1,59 2388 247 1,62 3059 Удельная тяга, сгк Плотность, г,'см' Температура газов в ка.
мере сгорания, 'К Температура газов в выходном сечении сопла, 'К Молекулярный вес гатов (в выходном сечении сопла) Отношение удельных теплосмкостей Удельный импульс даал иии, сгк ! еот~етрпческая степень распшрения сопла Скорость горения, мм,'сгк 1033 26,61 23,23 1,27 1,215 1,26 155,4 143,6 8,58 1 29ра,т 0 877родэ 0,079ро" ') цобаал» (с» 'рх )Оо а). Состав и характеристики некоторых первых твердых ракетных топлив 134 4. энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных тОплив По существу смесевые твердые топлива состоят из кристаллического окислителя и горючего-связующего, необходимого для сцепления частиц в топливе и придания ему соответствующих механических свойств. Возможно также добавление в топливо металла или гидрида металла. В табл. 4.26 приведены характеристики некоторых неметаллизированных топлив с различными горючими-связующими и окислителями.
Горючее-связующее с условной химической формулой СН. является идеализированным углеводородом, о котором говорилось в равд. 4.8. Сравнение данных показывает, что, за исключением перхлората нитрония, твердые окислители имеют худшие энергетические показатели, чем жидкие. Удельная тяга твердых топлив на основе перхлората нитрония равна или даже выше удельной тяги топлив на основе упомянутых ранее долгохранимых окислителей (являющихся жидкостями при нормальных температурах) и ниже удельной тяги жидких топлив на основе криогенных окислителей (Ог, Рг, ОРг и гчгР4). Такие окислители, как перхлораты металлов или нитрат аммония, обеспечивают низкие удельные тяги по сравнению с перхлоратом аммония, который в свою очередь менее эффективен, чем перхлорат нитрония.
Таблица 4.2б Ненеталлиэированные твердые топлива Температура газов в камере сгорания, к Содержание горючего, вес. М Удельнан тига, сел Плотность, Окислитель Горючее г,'сл* НН,СЮА 1ЧН СЮ4 1.!СЮ ноас 4„ 1ЧН СЮ нн сю !чн с!о НН4С!О нн но НОгс!04 НН4С!04 252,8 246,5 234,1 278,6 246,1 245,2 241,9 237,7 202,8 258,0 250,7 9,5 15 15 21 14 15 14 20 20 32 40 30! 8 2950 3060 3603 2942 2912 2926 2834 1753 3375 М!51 1,76 1,66 1,94 1,70 1,68 1,7 1,81 1,73 1,51 1,75 1,73 СНл сн СНа Углеводород Полиуретан Полнсульфид Полиэфир Полиэфир Полиэфир Двухосновное Удельная тяга смесевых топлив с реальными горючими-связующими, такими, как углеводородные, полиуретановые и полисульфидные, не содержащими заметного количества кислорода, близка по величине к удельной тяге в случае идеализированного горючего-связующего СНг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
