Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Содержание Нт504 в меланже составляет обычно 1О~/о (по весу). Недостатком добавки серной кислоты в азотную яв.ляется уменьшение теплосодержания окислителя. Х л о~р н о е ж е л е з о ЕеС!в добавляется в азотную кислоту для понижения температуры замерзания, а также как присадка, повы,шающая активность окислителя. Однако добавка ГеС!в снижает теплотворную способность топлива. Тетранитрометан как окислитель Кроме азотной кислоты и четырехокиси азота, из кислородных соединений азота в качестве окислителя может быть использован тетранитрометан С()ЧОт)4.
Он имеет положительную теплоту образования, что по~вышает его теплосодержание. Большим достоинством тетранитрометана как окислителя ЖРД является его высокий удельный вес (1,65 кг/л), больший, чем у азотной кислоты„и относительно слабое агрессивное воздействые на конструкционные материалы. Применение тетрамитрометана ограничивается его взрывоопасностью, которая определяется тем, что в молекулу тетранитрометана входит и окислвтельный, и горючий элемент (углерод), поэтому молекула тетра~ииврометана напоминает молекулу пороха или взрывчатого вещества.
Известно, однако, что очень чистый тетранптрометан не обладает взрывчатыми свойствами'. Кроме того, тетранитромета~н является сильным отравляющим веществом, действующим на слизистые оболочки человека. Температура замерзания тетранитрометана 1+13',8 С. Однако смесь его с !Чв04 имеет температуру замерзания около — 25' С, что позволяет использовать подобные смеси в качестве окислителей топлив для ЖРД. Горючие топлив на основе азотной кислоты и самовоспламеняющиеся топлива Наиболее широко в качестве горючих топлив на основе Н!ЧОв и лругих кислородных соединений азота применяется керосин. Основные физико-химические свойства керосина приведены в табл.
6, а данные топлива азотная кислота+керосин — в табл. 7. Керосин обладает рядом положительных свойств, позволяющих успешно применять его в ЖРД. Он позволяет получать топлива с высокой теплотворной способностью. В широком пределе температур керосин является жидким веществом. Керосин может быть использован как охладигель двигателя-, теплоемкость его составляет при- ' Н. Г. Чернышев, Свойства и методы получения тетранитрометана, мвд.
МВТУ им. Баумана, !949, й02 мерно 945 ккал/кг, а температура кипения при повышенных давлениях достигает 250' С. Перевозка и хранение керосина также не вызывают больших трудностей; производство его обеспечено как сырьем, так и широким развитием нефтеперерабатывающей промышленности. Кроме керосина, в качестве горючих топлив ЖРД используются и другие продукты переработки нефти, улучшающие эксплуатационные свойства топлвв. Керосин может быть применен в качестве горючего со всеми окислителями па основе кислородных соединений азота. Величина теплотворной способности топлива НХОз+керосин составляет 1460 ккал1кг.
Для других кислородных соединений азота она несколько повышается (до 1500 ккал/кг) за счет лучших свойств окислителя. Недостатком керосина является сравнительно небольшой его удельный вес (0,8 — 0,85 кг/л). Топливо НХОз+керосин и другие топлива на основе кислородных соединений азота с применением в качестве горючего керосина не являются самовоспламеняющимися и требуют принудительного воспламенения. Другие углеводороды, дающие топлива, не самовоспламеняющиеся с азотной кислотой и другими кислородными соединениями азота (например, спирты метиловый и этиловый), не,нашли практически применения в азотнокислотных ЖРД.
На основе НХОз и1 других кислородных соединений азота созданы также самовоспламеняющиеся топлива. Для получения надежНых самовоспламеняющихся топлив соответствующие горючие составляются смесями углеводородов. В качестве углеводородов, дающих самовоспламеняющиеся с НХОз горючие, служат анили~н, фурфуриловый спирт, ксилидин, триэтиламин, винилэтиловый эфир и др. Их состав и основные физнко-хи|мические данные приведены в табл. 6. Из особых, свойств этих углеводородов следует указать только на несколько более высокий удельный вес анилина. Основной величиной, характеризующей качество самовоспламеняющихся топлив, является период задержки самовоспламенения (период индукции). Для обеспеченная надежного запуска двигателя время задержки самовоспламенения не должно превышать 0,03 сек.
Для достижения таких значений времени задержки самовоспламенения подбираются смеси достаточно активных самовоспламеняющихся горючих и применяется актввация окислителей. Имеется большое число самовоспламеняющихся топлив различных составов. Общи~м их,недостатком является высокая стоимость и дефицитность. Поэтому, несмотря на ряд положительных свойств самовоспламеняющихся топлив (упрощение конструкции двигателя, не требующего особой системы зажигания, меньшей склонности топлива к детонационному и вибрационному горению и др.) стараются по возможности избегать применения этих топлив в качестве основных топлив ЖРД. На~ряду с этим самовоспламеняющиеся топлива широко используются ~как средство воспламенения в системах химического зажигания: их можно применять также в качестве топлив для жидкостных аккумуляторов давления,и газогенераторов.
Наиболее распространенными самовоопламеняющимвся топливами являются следующие: 1) топлива, использующие в качестве окислителей НЫОз и другие кислородные соединения азота, а в качестве горючего — смесь .из 50% тривтиламина и 50% кснлидина (так называемая тонка-250). Такие топлива широко применялись в немецких ракетных двигателях. Наилучшими качествами с точки зрения самовоспламенения обладают подобные топлива с большям содержанием в азотной кислоте серной кислоты (до 50% ). Они особенно пригодны для использования в системах химического зажигания и в жидкостных ракетных двигателях; 2) азотная кислота (или другие окислвтелн на основе окислов азота) и горючее, состоящее нв 80% анилина и 20% фурфурилового спирта, Горючие на основе анилина испотьзуются во многих американских ракетных двигателях. Данные этих топлив приведены в табл. 7.
Самовоспламеняющиеся горючие на основе анилчна применялись в немецких ракетных двигателях во .время второй ~мировой .войны. Одно нв таких горючих называлось «тонка-841»; в него, кроме анили|на, входило сложное химическое вещество оптол, улучшающее его качество. С азотной кислотой хорошо самовоспламеняется также горючее на основе виннлэтилового эфира. С перекисью водорода довольно хорошо самовоспламеняется горючее гидразингндрат. й 29. ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО КИСЛОРОДА И ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА Жидкий кислород Жидкий кислород 0» являегся еще более концентрированным окислителем, чем азотная кислота, так как содержит 100% окисляющего элемента.
Из всех современных окислителей жидкий кислород дает топлива, обладающие наиболее высокой теплотворной способностью. Жидкий кислород представляет собой прозрачную жидкость голубоватого цвета, кипящую при — 183'С. Удельный вес его значительно меньше, чем удельный вес НХОз, и составляет при температуре кипения 1,14 кг/л. Основные физико-химические свойства кислорода приведены в табл. 5, Низкая темпера1гура кипения не позволяет использовать жидкий кислород в качестве охладнтеля и применять в двигателях, требующих длительного хра~нения в заправленном состоянии. Заправка баков двигателя жидким кислородом производится непосредственно перед запуском.
Даже при этом условии имеют место большив потери жидкого кислорода вследствие его испарения. Для хранения жидкого кислорода вне двягателя применяются баки с двойными стенками. Для осуществления теплоизоляции нз пространства между двойными стенка~ми бака откачнвается воздух яли это пространство заполняется теплонэолирующими веществами, что уменьшает теплопередачу от одной стенки к другой, а следовательно, прогрев н испарение кислорода.
Материалом для изготовления кислородных баков двигателя могут служить нержавеющая сталь или~ сплавы алюминяя. Уплотняющне прокладки изготовляются нэ мягких металлов (медь, свинец) или специальных пластмасс. Жидкий кислород практически безвреден для человека. Прв попадании на кожу в небольшом количестве он начинает кипеть и обравовавшяйся слой газообразного кислорода предохраняет кожу от обмерзания. Жидкий кислород в последние годы широко применяется в самых разнообразных областях техники, Производство его поставлено в больших масштабах, а также удовлетворительно разрешены вопросы хранения н перевозки. Несмотря на неизбежные потери, связанные с испарением (при использованви в ЖРД теряется примерно 50% начального количества жидкого кислорода), стоимость использования жидкого кислорода в ракетах невелика. Горючие топлив на основе жидкого кислорода В качестве горючего для жидкого кислорода могут применяться любые углеводородьь Все они, дают с жидким кислородом несамояоспламеняющиеся топлива.
Наибольшую теплдгворную способность (2200 ккал/кг) при использовании обычных, широко, распространенных углеводородов имеет топливо жидкий кислород+ керосин. Это — вообще наиболее мощное топливо из современных топлив ЖРД. Работы по использовани~ю топлива кислород+керосин начались еще на заре разв~ития ракетной техники. Трудность использования его в ЖРД определяется высокой температурой сгорания, а также весьма малым количеством керосина в топлмве ( 20% ), что осложняет организацию охлаждения двигателя.
Эти причины до сих пор ограничиваля ~широкое применение топлива кислород+керосин. Широкое распространение в настоящее время получили топлива на основе жидкого кислорода, в которых в качестве горючих используются этиловый и метиловый спирты яли их смеси; В технике применяется этиловый спирт с максимальной концентрацией спирта в 93,5% по весу (6,5% воды) . Основные свойства этилового и метилового спиртов приведены в табл.
6. Теплотворная способность спиртов ниже, чем у керосина, так как они имеют большую отрмцательную теплоту образования„.но зато и температура сгорания спирта в кислОроде ниже, что облегчает'конструктивное выполнение двигателей. удельный вес спирта небольшой (около 0,8 кг/л). Температура кипения достаточно высо- ка, что позволяет использовать спирт в качестве охлаждающей жидкости. Вследствие того что в самом спирте оодержится значительное количество кислорода, относительное содержа~низ спирта в топливе велико (доходит до 40 — 45%).
Поэтому осуществить надежное охлаждение кислородно-спиртовых двигателей значительно легче, чем кислородно-керосиновых. К тому же теплоемкость спирта несколько выше, чем у квроояна, и составляет примерно 0,6 ккал/кг. Этиловый и метиловый спи~рты в любой пропорции смешиваются с водой, поэтому на их основе легко получать топлива с пониженной теплотворной способностью, т. е. снижать температуру в камере сгорания и увеличивать тепловосприимчивость горючего в любой, необходимой для надежной работы двигателя степенен. Именно по этому пути пошли конструкторы двигателя ракеты А-4 (Ч-2), пряменив в качестве горючего водный раствор спирта 75%-ной концентрации (по весу), хотя прн этом удельная тяга двигателя была значительно снижена (до 200 кггек/кг).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
