Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Низкая температура застывания спирта позволяет использовать его в широком диапазоне температур окружающей среды. Производство спирта поставлено очень широко, что делает его недефяцитным топливом. По отношению к конструкционным материалам спирт не оказывает агрессивного воздействия, что позволяет изготовлять баки для спирта из сравнительно дешевых материалов. Заменителем этилового спирта может служить метнловый спирт, дающий с кислородом топливо несколько худшего качества.
Метиловый спирт смешивабтся с этиловым в любых пропорциях, поэтому его можно использовать при недостатке этилового спирта, добавляя в некоторой доле в горючее. Топлива на основе жидкого кислорода применяются почтя исключительно в ракетах дальнего действия. В последнее время обсуждается вопрос об использовании в ЖРД совместно с жидким кислородом сложных углеводородов, например, диэтиламина и ди~метилгидрази~на. Такие топлива могут дать несколько более высокие удельные тяги, чем топливо жидкий кислород+керосин, при более низкой температуре горения (см, табл.
7). Перекись водорода Перекись водорода НхОз в чистом виде (т. е. 100% -ной концентрации) в технике не применяется, так как в таком виде она является чрезвычайно нестойким продуктом, способным к самопроизвольному разложению, легко переходящему во взрыв под влиянием всяких, казалось бы, незначительных внешних воздействий: удара, освещения, малейших загрязнений органическими веществами,и некоторыми металлами. В ракетной технике применяется более стойкий продукт — высоко- концентрированный раствор перекиси водорода в воде. Наиболее широко используется перекись водорода 80г -ной концентрации.
Для повышения стойкости в перекись водорода добавляют в неболь- 206 ших количествах стабилизаторы (например, фосфорную ккслоту) Применение 80%-ной перекиси водорода требует в настоящее время только обычных мер предосторожности, необходимых при обращении с сильными окислителями. Перекись водорода 80%-ной концентрации в присутствии катализатора быстро разлагается с выделением тепла в количестве Н„=190 ккал/кг и свободного кислорода в количестве 0,377 кг на 1 кг Н,О,.
Этот кислород может быть использован для окисления горючего. яз Перекись водорода имеет значительный я удельный вес (1,34 кг/л для 80а/о-ной пере- 'и киси при 20'С). Использовать перекись водорода в ка- Ъ честве охлаждающей жидкости не удается, ц так как при нагреве до ~+151'С она не ки- й пит, а разлагается. Й - це Температура замерзания водного рас- ~~ твора перекиси зависит от его концентра- й ции, Эта зависимость показана на фиг. 77., й бг Температура замерзания обычно при. ьч е ге це ба ба юе меняющейся 80%-ной перекиси водорода иоццеямрацця бобяцгапаоябпво нтег составляет — 25' С. бЯ ццбегр В качестве материалов для баков и Фиг.
77. Зависимость темпе- трубопроводов двигателей, работающих на ратурм замерзания (пааваеперекиси, могут быть использованы нержа- инеи от ее яонпентрапии. ния) водного раствора пере веющие стали и очень чистый алюминий (99,5а/о). Совершенно недопустимо применение меди и других тяжелых металлов, так как медь является сильным катализатором, способствующим разложению перекиси водорода.
Для прокладок и уплотнений могут быть применены некоторые сорта пластмасс. Попадание концентрированной перекиси водорода на кожу вызывает тяжелые ожоги; органические вещества при попадании на них Н»Ов загораются. Основные топлива ЖРД на основе перекиси водорода На основе перекиси водорода могут быть созданы топлива двух типов: топлива раздельной подачи и унитарные топлива.
При этом в топливах нв основе НяОя можно использовать как тепло разложения перекиси, так и кислород, выделившийся при ее разложении. Известно топливо, "применявшееся в самолетном ЖРД «Вальтер». В нем окислипелем служила 80% -ная перекись водорода. В качестве горючего использовалась смесь метилового спирта (50%) тв гидразингидрата (50% ) (см. табл. 7). ГидРазингидРат (5)Нв) и Н»О имеет малый запас энеРгии, но обеспечивает самовоспламенение горючего с перекисью водорода. Малая теплотворная способность такого топлива и высокое газо- образование (малая величина,,) определяют низкую температуру в камере, что позволило создать надежный в ра~боте двигатель.
Однако этот двигатель имеет низкую удельную тягу — около 185 кзсек/кг. Перекись водорода используется также в качестве топлива, выде.ляющего тепло при разложении под действяем катализатора. Однако в этом случае тепла, выделяется значительно меньше, чем при использовании любых двухкомпонентных топлив; Температура в камере сгорания не превышает 850'С для высококонцентрнрованной перекиси водорода и снижается для болев разбавленной. Вследствие такой низкой температуры ЖРД, использующие реакцию разложения перекиси водорода и присутствии катализатора, называются «холоднымиъ двигателями, Камеры сгорания этих двигателей обычно даже не охлаждаются.
Основной недостаток «холодных» двигателей состоит з 'том, что ввиду малого выделения тепла они имеют очень низкую удельную тягу (порядка 90 кгсек/кг). Использование катализатора в «холодных» двигателях осуществляется двумя способами. Первый способ состоит в том, что жидкий катализатор (так же, как и перекясь водорода) поступает а камеру сгорания через форсунки. Второй способ состоит в том, что катализатор размещают непосредственно в камере сгорания.
Его применяют при использовании твердых катализаторов. В этом случае перекись водорода является унитарным топливом; Ввиду низкой удельной тяги, развиваемой двигателями, работающими на перекионо-водородных топливах, он~и вряд ли будут в дальнейшем использоваться как основные топлива ЖРД. В то же время перекисно-водородные топлива широко применяются с 'целью получения парогаза, используемого для вращения турбины турбонасосных агрегатов ЖРД.
Применение перекиси водорода для получения парогаза Перекись водорода весьма удобна для получения парогаза, используемого для привода турбины. Температура парогаза, получающегося при разложении 80%-ной перекиси, составляет в зависимости от типа катализатора 450 †5' С, что позволяет использовать его непосредственно в турбине турбонасооного агрегата. Большую теплотворную способность, а следовательно, и парогаз более высокой температуры могут дать топлива, представляющие раствор спирта в перекиси водорода. При некоторой добавке воды эти топлива не являются взрывоопасными, допуская как совместное хранение, так я подачу в газогенератор по одному трубопроводу.
Область взрывобезопасности тройных смесей: спирт+перепись водорода~+вода показана на фиг. 78 '. Наибольшей теллотворной способностью будет обладать смесь перекиси водорода 50»/в-ной концентрации с 8в/а спирта. Эта смесь является стехиоме прической нзрывобезопасной смесью.. г «Ракетные двигатели», Материалы Германской Академии авиационных исследований, Ивд.
БТН, 1948, 20з Парогаз, получаницийся при сгорании такой смеси, имеет температуру 800' С, что обеспечивает ~меньший весовой расход его, необсл линия стехаометрис, ф Е00 Сб>л НЕСНиХ СМЕСЕЙ ЙС = Е) ~~"и 00 бк< е~ сь ио 60 ф~ Н0 Область Озрыдосо " , сз 20 безопасных тройных 1 ~У смесей о, ез р 0 ГО 20 00 тра Ъе~~ ОООЕржаНИЕ СПИрта 6 трОИНОИ" СМЕ- си д;4 по деси Фнг, 78. Области взрывобезопаоностн тройных смесей. ходимый для получения данной мощности турбины, по сравнению с расходом 80%-ной перекиси водорода.
й ЗО. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТОПЛИВА ДЛЯ ЖРД В предыдущем параграфе были рассмотрены современные топлива лКРД. Все они, за исключением топлива кислород+керосин, не обеспечивают удельных тяг, больших, чем 250 —:260 единиц. В то же время для дальнейшего совершенствования ракетных летательных аппаратов в первую очередь необходимо повышать удельную тягу двигателей. В связи с этим бр раньше велись и теперь непрерывно ведутся работы по изысканию.новых топлив, имеющих повышенные по сравнению с существующими качества. Естественно, что при отыскании новых перспективных топлив рассматриваютси только основные требования к ним.
При этом на первом этапе работ по новым топливам, начиная с работ Цандера и Кондратюка, особое внимание уделялось величине запаса химической энергии (топлотворной способности) и удельного веса топлива, а термодинамическим свойствам продуктов сгорания, как правило, должного внимания не уделялось. Топлива с повышенной теплотворной способностью и высоким удельным весом В поисках топлив с высокой теплотворной способностью была в "ервую очередь исследована вся периодическая система Менделеева, анализ которой позволил отобрать элементы, нмекнцие наиболыпий запас химической энергии. Результаты этого анализа вкратце таковы.
14 Г. Б. си . Б. Сииирев и М, В. добровольский. В качестве окислительных элементов наиболее целесообразно с точки зрея~и~я величины запаса химической энергии применять кислород и фтор, а .в качестве горючих элементов — водород, литий, бериллий, бор, углерод, магний, алюминий и кремний. Основные свойства топлив, составленных из этих элементов, приведены в табл. 8. Рассматривая эти да~нные, можно сделать следующие выводы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
