Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Если использовать в ЖРД в качестве окислителя не кислород, а озон, то при сгорании его с горючим каждый килограмм озона выделит дополнительно 730 ккал/кг. Теплотворная способность такого топлива Н„'(см. фиг. 76,а) по сравнению с теплотворной способ,ностью топлива, использующего в качестве окислителя кислород, будет большей на величину теплоты образования озона, участво- 1 .вавшего в реакции, т.
е. на — . 34 ккал/г-моль. 3 Таким образом, при сгорании водорода с озоном количество выделившегося тепла Н,' составит Н„'О+ — 34 — ( — 57,79) =69,12 ккал/г-мольН,О=3840 нкал/кг, 1 т. е. будет значительно большим, чем теплотворная способность топлива кислород+водород. С другой стороны, перекись водорода НзОг имеет отрицательную теплоту образования, .равную — 44,84 ккал/г-моль.
При реакции разложения перекиси водорода образуется кислород и вода; последняя — в количестве 1 г-моля на 1 г-моль перекиси. Так как теплота образования кислорода равна нулю, то полное теплосодержание продуктов сгорания определяется величиной теплоты образования воды, равной — 57,39 ккал/г-моль. Теплотворная способность Нн перекиси водорода (см.
фиг. 76,б) будет равна Нп =* — 44,84 — ( — 57,79) =12,95 ккал/г-моль Н,О = 380 ккал/кг, т. е. Н'„' имеет очень небольшое значение. Именно благодаря отрицательной 'теплоте образования перекиси водорода при реакции ее разложения выделяется очень мало энергии. 194 Таково влияние теплоты образования компонентов на теплотвориую способность топлива. Вещества, имеющие положительную теплоту образования, могут послужить основой для создания очень мощных топлив ЖРД.
Большинство современных горючих и окисли'телей имеет небольшую отрицательную теплоту образования. Многообразные требования, предъявляемые к топливам ЖРД, 'а также стремление получить топлива, развивающие возможно ~большую удельную тягу, п~ривели к тому, что множество веществ ,'исследовалось и продолжает исследоваться с точки зрения возможности их применения в качестве компонентов топлив жидкостных 'ракетных двигателей. ни+ з ол с-и, тя аоьаог нго бТ н,о — н о+~о 1аог) С гав) а1 Фиг. 76. Влияние положительной и отрицательной теплоты образования компонентов на теплотвориую способность топлива.
а-сгорание водорода с кислородом; 6 †разложен перекиси водорода, Тениовые зФфекты в икал)з-моль. 195 Однако до настоящего времени в ЖРД применяется довольно ьузкий круг химических веществ, используемых в качестве компонентов топлива. Так ~как свойства топлив определяются в основном окислителем, то рассматриваемые ниже топлива мы разобьем на группы по типу применяемого в них окислителя. В современных ЖРд нашли практическое применение следую- щие топлива: 1. Топлива на основе азотной кислоты и других кислородных соединений азота, 2.
Топлива а1а основе кислорода. 1За Ф ! йО С1" С» х х и л х О» й й» й о ь о (О й» о С» й» й й» С» Оъ С» о О» о й» ОР о й й С» йй С» йй й С» о о С» о »- о о О й» хо О о и О й» хо о Х к х о х х О о Я О О х х х О. х Г 191 х х О И з х О х М к х м Я О М и Р О х х и О х х 4 йОХ О О йй ао "х х хо йхх ох й ~э х й».
х х о хо х хХ ~хххх а Я~хо О х л 4а х й."х о Ой хо хй,хо М х х й х х а "» О " й х ой»ех й ) Р О о хо о хо х $оо й» й 11! О. О й х Р х х ойх О З ах Й х о х о о Х о Х и х Х о Основные свойства некоторых топлив Горючее Окислитель клал/кг 5,50 1460 Керосин 1490 4,6 Тонка-250 1420 3,9 Керосин 4,9 1550 Четырехокись азота Тетранитрометаи Керосин 6,9 1590 190 2,72 1020 2200 Керосин 3,37 1,95 2020 Жидкий кислород Диэтиламин 2230 2,97 Диметилгидразин 2200 2,13 Аммиак 1,41 1650 2230 Гидразин 2,38 Жидкий фтор Аммиак 3,36 23 15 Примечания. 1. Значения удельной тяги Рта, Т„рг и п„з определены оптимального для данного топлива соотношения компонентов. 2.
Для керосина в расчете принято 7»= — 440 ккал/кг. 198 Азотная кислота 9811-ной концентрации (2М воды) Перекись водорода 80ы-ной концентрации (20Ы воды) Перекись водорода 80 И -ной концентрациин (20м воды) Аиилин (80м)+фурфуриловый спирт (20Ы) Метиловый спирт (50ы)+ +гидразингндрат (50ть) Этиловый спирт 93 5 ы -ной концентрации (6,5И воды) тз кг окисл./кг гор. Таблица 7 Т~ або. пиз 225 —:235 26-;-27 1,14 †; 1,22 306 —;315 155 —:157 1, 36 2950 —:3000 1,13 †; 1,19 305 —;370 155 —;158 230 —:240 26 —:27 3000 1,32 295-;-315 155 —:158 1,154.1,18 210 —;230 3050 26 —:27 1,39 325-;-340 25 —:26 1,13 †: 1,19 235+245 160 —:165 1,38 3200 355 —;370 1,12 †; 1,15 26 —:27 1,47 3200 †: 3380 240 —:250 160 —:165 23 —:24 1,34 1,35 90 72 20 —;21 275 —:285 1,30 210-:-220 2600 148 —:150 1,00 3550 —:3650 23 —:25 270 —:280 175 —:180 270 —: 280 0,99 3250-: 3350 23 —:24 250 —:260 170-'-175 250-!-260 0,99 3550 †: 3650 180 —;185 270 —: 280 26 —;28 270 —;280 280 —:290 '19-:20 250 —:258 1,32 4600 —:4700 450 —: 455 185 —: 190 20 —;21 1,18 4500-:4600 195 —:200 400-:-415 340 —:350 20 —:21 расчетом при перепаде давлений 50: 1 (В=0,02) и значении а, взятом в области 199 для жидиостных рвнетных двигателей 1т кг/л прн о=1 1.02 ЗЗОΠ—:3400 0,89 ЗОСΠ—;3050 Руя кгсек/кг 280-'-290 280 —;290 Рул 1г кгсек/л Уер рг ге кгсек/кг 182 —;184 165 —:170 3.
Топлива на основе перекиси водорода. Данные о свойствах некоторых окислителей, горючих и топливах на их основе приведены в табл. 5, 6 и 7'. ф 2В. ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ И ДРУГИХ КИСЛОРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА Азотная кислота Азотная кислота Н510в в химически чистом вниде представляет собой бесцверную жидкость.
Техническая азотная кислота никогда не является химически чистым продуктом, а всегда содержит некоторое количество воды и окислов азота, придающих азотной кислоте красно-бурый цвет. Добавка воды в азотную ~кислоту является нежелательной, так как она снижает ее теплосодвржание. Поэтому в ЖРД применяют ,азотную кислоту с содержанием воды в количестве не более 2 — 4%, т. е. с концентрацией 98 — 96%. При этом каждый лишний процент содержания влаги в азотной кислоте снижает удельную тягу, развиваемую двигателем, примерно на 1 единицу.
Так как в ЖРД используется высококоицентрмрованная Н)ч(Оа, то приводимые ниже физико-химические данные ее относятся к азотной кислоте 100%-ной концентрации. Азотная кислота содержит 76% кислорода и обладает небольшой отрицательной теплотой,образовани~я, что делает ее относительно мощным окислвтелем. Из всех широко применяемых в настоящее время окислителей она имеет наиболыпнй удельный вес (1,52 кг/л), что п~озволяет получитынв ее основе топлива с высокой теплоплогиостью. Азотная кислота имеет весьма благоприятные для использования в ЖРД температуры кипения (+86' С) и замерзания ( — 42'С). Добавка воды несколько понижает температуру звмерзанвя.
Температура кипения азотной кислоты возрастает с увеличением давления так, что при давлениях, имеющих место в тракте охлаждения ЖРД, температура киатения ее достигает 200' С. Теплоемкость Н)ч)Ов составляет около 0,5 ккал/кг, что совместно с высокой 'температурой кипения и большим содержанием ее в топливе (то=5,5) делает азотную кислоту удобной охлаждающей жидкостью, имеющей большую тепловооприимчывость. Динамическая вязкость азотной кислоты при 20'С составляет около 1 ° 10 ' кгсек/лгв, что примерно равно динамической вязкости воды. При увеличении температуры динамическая вязкость несколько уменьшается. Азотная кислота широко используется в народном хозяйстве для приготовления удобрений и взрывчатых веществ. Стоимость ее относителыно невелика.
Азотная кислота обладает, рядом недостатков. Па~ры Н(ч)Оа ядовиты; при попадании на кожу азотная кислота вызывает тяжелые Некоторые данные о свойствах компонентов топлив ЖРД приведены в книге «Моторные топлива, масла и жидкости» т. 1, Гостоптехивдат, 1953. ожоги, поэтому рабпта с ней требует з»ольшой осторожности, в это затрудняет эксплуатацию двига гелей. Азотная кислота также весьма агрессивна по отношению ко многим металлам н друти~м конструнционным материалам. Особенно сильно влияет на металл кислота, разбавленная водой, поэтому прдмывка двигателей и деталей после попадания на них азотной кислоты должна быть очень тзцательной.
Мвтериаламн, которые не поддаются действию азотной кислоты, являются некоторые нержавеющие стали, алюмнннй в многие из его сплавов, особенно те, которые не содержат больших количеств меди. Давление насыщенных паров азотной кислоты при нормальной температуре значительно, т. е.
азотная кислота легко испаряется, поэтому прн ее хранении необходимо принимать меры предосторожности. Присадки к азотной кислоте Для улучшения свойств азотной кислоты как окислителя к ней добавляются различные присадки. Этим достигается повыпзение мощности окислителя я теплотворной способности топлива, повышение удельного веса окислителя, уменьшение агрессивности по отношению к конструкционным материалам, повышение активности окислителя относительно горючего, а особенно»ттносительно само воспламеняющихся с азотнс»й кислотой горючих, понижение температуры замерзания. Многими присадки 'из~меняют не одно, а несколько свойств азотной кислоты, т. е.
имеют комбинированное воздействие. Рассмотрим основные присадки к азотной кислоте н их действие. Четырехокись азота ИзО» представляет собой богатый кисяорсздом окисел азота с весьма небольшой по абсолютной величине отрицательной теплотой образования, что повышает теплосодержание окислителя, использующего И»0», по оравненизо с чистой НХОз н приводит ~к увеличению теплотворной способности топлива (см. табл.
5 и 7). Однако применение в качестве окислителей чистой четырехокисн ХзО» невозможно пз-за высокой ее температуры замерзания ( — Н1'2С) и низкой температуры кипения (~21'С). Поэтому ЫзО» в используется как присадка к НЫОз для увеличения теплотворной способности то~плива. Кроме того, добавка Х»0» к ННОз лает раствор с большим удельным весом, чем )ззО» и НЫОз, взятые в отдельности. Максимальный удельный вес такого раствора (пРи содеРжании в НХОз 40»/з ХзО») ооставлЯет 1,63 кг/л. Добавка »чзО» повышает также активность окислителя, в следовательно, облегчает условия запуска ЖРД и снижает температ)7у замерзания окислителя.
Минимальнан температура замерзания:растворов ХзО» Внзь, р дб мзх,з, ло — 70' С, .Кон центр и р о в а нп а я сер н ая кислота Нз80» применяется как присадка, снижающая агрессивные свойства азотной кислоты по отношению к металлам. Она улучшает условия запуска 20т двигателя, особенно при мспальзовании горючих, самовоопламенятощихся с азотнокислотными окислителями. Смеси азотной и серной кислот называются меланжами (обозначается М-10).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
