Сарнер С. - Химия ракетных топлив (1049261), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Полиэфиры, содержащие кислород в виде углерод-кислородных связей, обеспечивают значительно более низкие удельные тяги. Удельная тяга в случае двухоснов- ». ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 135 ного горючего-связующего, содержащего кислород в виде значительно более слабых связей Я вЂ” О, сравнима с удельной тягой в случае углеводородов. Во многих случаях для получения максимальной удельной тяги требуется большее количество окислителя, чем может содержаться в горючем-связующем. Например, для достижения максимальной удельной тяги топлива СНА — 5)Н»С!0» требуется 90,5В/В окис.тителя. Поэтому иа практике приходится применять составы, обеспечивающие более низкие удельные тяги.
Для получения максимальной удельной тяги топлива на основе кислородсодержащего горючего-связующего требуется большее относительное содержание связующего, поскольку удельное содержание горючих элементов в нем меньше, чем в углеводороде. Когда в качестве окислителя используется перхлорат иитрония, то для обеспечения максимальной удельной тяги также требуется большее количество связующего, поскольку в окислителе ие содержится горючих элементов. В общем случае при отсутствии металлических добавок максимальная удельная тяга достигается при таком соотношении компонентов топлива, при котором происходит сгорание с образованием !чь НС!, НАО, СО и некоторого количества СОь При добавлении в твердые топлива металлов или гидридов металлов (табл.
4.27) удельная тяга существенно увеличивается. Если в качестве окислителя использован перхлорат аммония, то удельная тяга может возрасти примерно на 17 сек при добавлении алюминия, иа 27 сек при добавлении гидрида алюминия, на 39 сек при добавлении бериллия и на 57 сек при добавлении гидрида бериллия. Добавление алюмогидрида лития не вызывает существенного увеличения удельной тяги по сравнению с добавлением алюминия. Если в качестве окислителя использован перхлорат нитрония, то при добавлении алюминия удельная тяга возрастает только на 3 сек, при добавлении гидрида алюминия на 19 сек, при добавлении алюмогидрида лития на 13 сек, при добавлении бериллия на 12 сек и при добавлении гидрнда бериллия на 35 сек.
Перхлорат лития обеспечивает высокую удельную тягу только в сочетании с гидридом бериллия. При сравнении этих данных выявляются две тенденции. Если считать перхлорат иитрония высокоэффективным окислителем, перхлорат аммония — стандартным и перхлорат лития в малоэффективным окислителем, то разница удельных тяг топлив на основе этих окислителей уменьшается при применении более высокоэффективных добавок. Так, разница удельных тяг топлив на основе перхлоратов нитроиия и лития при отсутствии добавок составляет 45 сек и только 13 сек — при добавлении гидрида бериллия. Другая тенденция касается состава топлива.
При добавлении гидридов металлов удельная тяга топлива на основе 4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 136 Табгнщо 4 27 Металлосодержащне твердые топлива Температура галов н камерг сгорание, "К Улсльнал тига, добавка Плотность, г см' Горючее-сныуюшее, бсолермавнс, вес. И! О кисл нте» ь !гетер канве, вес. РП сек 264,1 ( 3179 1,74 А!(19) А1(15) АЛ20) А! (16) А1(20) нн сю (чо с!о ЩС)О КС104 Н Н4С104 СНг(15) СНг(20) СНг(15) СНг(!4) Лвухосновное (45) 281,5 251,0 228,9 263,5 3894 1,76 3726 1 97 3492 2,04 3760 1,80 Ннлс104 НО С!Оа ).1С!О НН4С!04 1,53 1,66 1,72 1,61 А1Нч(34) А1Нт(25) А'Нг(25) А'Нх(28) 274,2 298,3 269,0 285,2 СН (15) СНг(15) СНг(15) Лвухосновиое (40) 2546 378,3 3119 3417 2334 1,32 3507 1,45 2639 ! 1,54 265,0 292,4 237,4 1ЛА'Нл(25) 1-1А На(20) 1АА(Н4(20) ННАСЮ НО СЮ4 ) 1С!О4 СНг(17,5) Сне(17,5) СН (15) нн с:о НогС О, ШС!О4 НН4С(О Ве(12) Ве(8) Ве(17,5) 285, б 291, 2 264,9 279,3 31 72 1,66 3270 1,61 3453 1,бо 4071 1,?2 СН (гб) СНг(25) СНг(15) Лвухосновное(40) Ве(16,8) СНг(20) ВеНг(25) СНг(17,5) ВеНг(17,5) СНг(20) ВеНг(27) Лвухосновное (50) ВеНг(20) НН СЮ4 но сю (ЛС104 НН4С104 304,0 313,8 300,8 313,8 2644 1,14 3208 1,34 2732 1,21 3154 1,28 перхлората аммония, содержащего некоторое количество водорода, возрастает на меньшую величину, чем в случае топлива на основе перхлората нитрония, не содержащего водорода.
При добавлении гидрида алюминия перхлорат нитрония реализует свои возможности и добавление водорода способствует увеличению удельной тяги до 290 †3 сек; при добавлении гидрида бериллия удельная тяга возрастает до 314 сек. Можно также ожидать, что горючие-связующие, содержащие невосстановленные окислительные элементы, обеспечивают более высокие удельные тяги в сочетании с гидридами металлов. Вследствие этого связи ))) — О, Р( — Г или Π— г в горючем-связующем способствуют увеличению удельной тяги в отличие от связей 4 ЭИЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 137 С вЂ” О или С вЂ” Г.
Типичным представителем этой категории горючих является двухосновное горючее-связующее, в нитрогруппах которого имеются связи Р) — О. Удельная тяга топлива на основе этого горючего с добавкой гидрида алюминия на 1! сек выше удельной тяги топлива на основе углеводородного горючего-связующего (окислитель !А)Н~С!О~), а с добавкой гидрида бериллия — на 8 сск. Если в качестве добавок вместо гидридов используются соответствующие металлы, то топливо на основе углеводородного горючего-связующего имеет большую удельную тягу.
Соотношение элементов топлива меняется в зависимости от теплоты сгорания металлов. При отсутствии металла продукты сгорания содержат НАО, СО и некоторое количество СОь Максимальная удельная тяга достигается при добавлении алюминия или гидрида алюминия, когда продуктами сгорания являются А!ЕОК СО, Не и некоторое количество Н20. Таким образом, добавочная реализуемая энергия позволяет использовать часть водорода для получения продуктов сгорания низкого молекулярного веса (а не сжигать его для получения тепловой энергии).
Г!ри добавлении бериллия или гидрида бериллия продуктами сгорания будут ВеО, СО и Нь Более высокая теплота сгорания бериллия дает возможность использовать весь водород в качестве разбавителя. 4.13. ПЛОТНОСТЬ ТОПЛИВА Желательно, чтобы топливо было как можно более плотным. Это приводит к уменьшению веса топливных баков или корпуса ракетного двигателя твердого топлива. Благодаря высокой плотности топлива увеличивается отношение начальной и конечной масс ракеты и, следовательно, приращение скорости полета ракеты, которое определяется уравнением (1.27).
Массовая доля топлива также определяется конструкцией ракеты, поэтому на ранних этапах проектирования этот параметр трудно оценить. Следовательно, для предварительных оценок желательны упрощенные методы. Иногда используется эмпирическое выражение «плотностной удельной тяги» Гэ„— тэ,к". (4.51) Величины показателя степени обычно заключены между 0,2 и 0,8. Ббльшие значения показателя степени применимы для малых ракет или полета в атмосфере, меньшие значения — для верхних ступеней ракет или полета в условиях космоса, а также для полета очень больших ракет вблизи Земли.
В предельном случае при ограниченном объеме ракеты, когда ее предполагается установить в заранее выбранную оболочку, значение 135 4 энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных топлив показателя степени приближается к единице. В этом случае топливо характеризуется объемной удельной тягой (т. е. тягой, отнесенной к объемному расходу топлива), а не обычной весовой удельной тягой.
Удельная тяга большинства ракетных топлив увеличивается с возрастанием содержания водорода, а их плотность уменьшается. Поэтому зависимость между плотностью и удельной тягой многих ракетных топлив довольно точно описывается уравнением «плотностной удельной тяги» Ргр = Р!р (4.52) Конечно, параметры многих топлив будут плохо соответствовать этому приближенному уравнению, но это свидетельствует о том, что для практического применения (например, для использования в космосе), когда показатель степени уравнения (4.51) менее 0,4, следует брать топлива с высокой удельной тягой; топлива с высокой плотностью предпочтительнее применять в противном случае. Несколько более точный метод оценки влияния плотности топлива на характеристики ракеты заключается в определении отношения ее пассивной массы (включая полезную нагрузку) к объему топлива.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
