Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 45
Текст из файла (страница 45)
17А. Звваспмосп тевкоемкостн некоторых компонентов от температуры Характеристикой токсичности служит предельно допустимая концентрация вещества (ПДК) — максимальная концентрация в атмосфере помещения в течение рабочего дня, не оказывающая заметного токсического действия на работающих. Для атмосферы населенных пунктов и водоемов также т "танавливаются ПДК Л, Итрам ° К) 0,7 И И Л7П ив Иб 2У77 Ла Ла т,К Рис. 17.В. Зависимость теплоировоиноста иевнторых компонентов от температуры токсичных веществ, значительно ниже ГЩК для .рабочих помещеНнй. НаДО ЗаМЕтИтЬ, Чта ОиаСНОСто ПРИ ЭКСПЛУЗтаЦИИ РаКЕт, ИС- пользующих токсичные компоненты, существенно уменьшается в случае заводской заправки и герметической закупорки 6апитз.
214 17 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ Воспламенение смеси паров жидких компонентов топлива возможно в случае возникновения быстро прогрессирующих, самоускоряющихся реакций окисления. Для этого необходимо создать в какой-то части или во всем объеме горючей смеси достаточно интенсивный источник тепла, либо реакционно-активных веществ (свободных атомов, радикалов). В зависимости от реакционной способности окислителя и горючего различают топлива яесамовоспламеняющиеся и с а м о в о с и л а м е н я ю щ и е с я.
С ам о носила меняющиеся ком по не н ты топлива в условиях эксплуатационных температур и давлений реагируют при контакте в жидкой фазе с выделением тепла. В результате разогрева горючей смеси ннициируются предпламенные экзотермпческие реакции, которые обеспечивают разогрев до температуры кипения и выше, приводят к самовоспламенению. Возможность самовоспламенения зависит от химического сродства топливных компонентов. Одно горючее с различными окислителями или, наоборот, один окислитель с различными горючими образуют различные по активности топливные пары.
В табл. (У.З Таблица 17.8 Характеристика воспламенения некоторых топливных композиций (ггн*) г с н он (Чгнг Керосин (Нгз Мои оме Димети несимме обогн показана степень этой активности для различныхтоплнвных композиций. В продуктах разложения высококонцентрированной перекиси водорода происходит воспламенение всех указанных в таблице горючих. Воспламенение несамовоспламеняющихся в обычных условиях топливных пар можно обеспечить каталитическим воздействием или введением в один из компонентов активизирующих присадок Так, например, топливо азотная кислота с керосином можно сделать самовоспламеняющимся, вводя в керосин значительное (до 215 4070) количества несимметричного диметилгидразина или небольшие добавки твердых активных веществ.
Суспензии боргидридов калия и лития или гидрида лития в керосине обеспечивают самовоспламенение при небольшом (до 270) содержании активных веществ. Топливо жидкий кислород с керосином становится самовоспламеняющимся при добавлении к окислителю небольших количеств (порядка сотых долей процента) фтористого озона ГаОз. Важнейшей количественной характеристикой самовоспламенения является задержка самовоспламенения — время от момента соприкосновения жидких самовоспламеняющихся компонентов до момента появления пламени т,. Величина задержки самовоспламенения зависит прежде всего от природы топлива.
Для одной и той же самовоспламеняющейся пары (окислитель+горючее) величина т, меняется в зависимости от коэффициента избытка окислителя а,, давления среды, расхода топлива и начальной температуры его компонентов. На величину т,, оказывает влияние конструкция двигателя (вид смесеобразования, объем камеры сгорания, площадь минимального сечения сопла), а также режим его запуска. Величину т, можно изменять введением активизирующих или балластирующих добавок к компонентам. В связи с множеством факторов, влияющих на задержку самовоспламенения т„ . Величина последней для некоторых топлив может меняться в 5— 10 раз. Зависимости задержки самовоспламенения ЖРТ от различных факторов и способы определения этой величины рассматриваются в специальной литературе (32, 7Ц. Для несамовоспламеняющихся компонентов топлива возможно термическое воспламенение и воспламенение открытым пламенем.
Термическое воспламенение характеризуют температурой воспламенения — той минимальной температурой, при которой в равномерно нагреваемой горючей смеси начинаются самоускоряющиеся реакции окисления, и периодом задержки. Оба эти показателя зависят от условий проведения эксперимента и не являются для данного топлива физическими коястантами, но будучи определенными в стандартных условиях, они характеризуют сравнительную активность топлив ЯРД. Значения температур термического воспламенения, например, для воздуха с углеводородами составляют примерно 500 — 1000 К в зависимости от условий опыта, т.
е. сравнительно невелики. Воспламенение открытым пламенем происходит при воздействии на горючую смесь источников тепла с температурой !500 — 3000 К. В этом случае тепловой поток от соседних горящих слоев и диффундирующие из них активные центры вызывают быстрый подъем температуры. 174. Основные пРименяемые тОпливл В двигательных установках ракет-носителей, служащих для запуска космических объектов, широко применяются дешевые и эффективные топлива на основе криогенного окислителя — жидкого кис- 216 тпб няп /7.4 Характеристики некоторых топлив нв основе жидкого кислорода (Оз) прм рз,— — 15 Мпа, с=зоб и оптимальном соотношении компонентов кг ак кгг /у з, и/с /у,п, и/с то, к )а.
К ат, г/сыч Горючзз ак 1866 1731 3159 3504 1,14 0,9884 0„9 1,781 Этиловый спирт 957о Керосин НДМГ (ЙН»). (н,) т (н ) ( =зооо) 3283 3381 3!?8 4164 4540 3475 3586 3344 4378 4661 31,9 27, 86 27,39 154,4 1, 146 1, 136 1,188 1,194 1,214 0,8 2,726 0,9 1, 923 1,0 1, 409 0,7 5,5 56 0,7 5, 556 1797 1840 17 85 2348 2348 1,036 0,9882 0,89!5 0,3149 0,3449 3799 3799 3116 3483 3483 1990 2/)84 1300 1419 871.8 ° Топливе 1О,)ж+(Нз)ж аРвмзвхеик глзвкым обРазом Язчккаа со втзРых стУа«кей Ракет-зосзхчлей к зкзчзккя е ЗЮО, Лхн этого чоаахзз ке характерно.
даже з хзх случаях, кегль лзвгзтехь хз данном топливе рзбохззх с Земли (яззрккер, рззрзбзчыззеыый з США двигатель лхя КАМП), рсзлкзузтск з !ООО. 217 лорода. Некоторые характеристики топлив на основе Оэ приведены в табл. 17.4. Топливо кислород+этиловый спирт различной концентрации применялось нз ранней стадии .развития ракетной техники в Германии, СССР и США и было вытеснено более эффективной композицией с горю!им типа кераскна Здесь н далее пад назвишем «керосин» имеется в виду специальное ракечнае углеводородное горючее типа авиационного керосина, получаемое из нефти. Такое топлива широко применяется нак в США (ракеты «Атлас», «Сатурн-1В», «Сатурн-Ч»), так и в СССР (ракета «Восток»).
Углеводородное горючее в качестве компонента рзкетного топлива было предложено в 1911 г. К. Э. Циолковским. Применение в качестве горючего несимметричного диметилгидразина (НДМГ) позволило создать в СССР двигательную установку с наибольшим удельным импульсом для высококипящих горючих. Двигатель РД-119 на топливе (Оз)ж+ +НДМГ широка применяется для запуска спутников серии «Космос».
Практическое пРнмеиение нашла топливо (Оз) ж+(ННз)ьб оно нспальэавалась в двигательной установке экспсримгчтальнога самолета США Х-15. Топлива (Оз) +(Нх) является наиболее эффективным из топлив массо- ваго применения. Оно впервые было предложено К. Э. Циолковским в 1903 г. В настоящее время топливо (О,) +(Н,)ж применяется, например, в двигательных установках второй и третьей ступеней ракеты «Сагурн-Ч». Низкая плотность н легкая испаряемость жидкога водорода являются отрицательными его качествами, однако успехи, достигнутые в конструировании легких теплонзолнраванных баков, пазволнют в значительной мере реализовать глазное преимушество топлива — высокий удельяый импульс.
Топлива на основе стабильных компонентов, как уже отмечалось, находят применение в ракетах военного назначения и космических аппаратах, когда двигательная установка должна длительное время храниться в заправленном состоянии. Применение высококипяших топлив в этом случае снижает потери компонентов без большого увеличения массы аппарата на теплоизоляцию. Важным качеством компонентов прн этом является широкий температурный диапазон жидкого состояния.
Энергетические характеристики основных применяемых высоко- кипящих топлив даны в табл. 17.5. ° Ъ с сз Ю х а а а и и а м и м Й а м а а О и а с Ю З :Йс а с'сс» Осдд сесчо Я Я сс с са я са Ж.~Иоо я и =.==. «ссес«ссс- ооооо с»са а ооо- а а~с мм а«л а а с с«о( а.а. йыхви ьс ОО неве с-о сч с'с О Х ОО Хж ООан ХХЙХЖ 17.5. ОСВАИВАЕМЫЕ И ИССЛЕДУЕМЫЕ ТОПЛИВНЫЕ КОМПОЗИПИИ Поиски, освоение н внедрение все бо- лее эффективных топлив — неизмен- ная тенденция развития ракетной тех- ники.
а. сс х Применение азотной кислоты я ее растворов с окислами азота было впервые предложено В. П. Глушко в 1930 г. Топлива на основе азотной кислоты, свойства которой (температура замерзания, плотность, стабнльиостгь энергетика и др.) улучшены добавлением 20— 30сй окислов азота, имеют сравнительно невысокие энергетические характеристики, но широкий температурный диапазон жидкого состояния. Эти топлива применяются главным образом там, где этот диапазон является определяющим, например, для вебольпгнх ракет, которые по условиюч эксплуатации должны длительное время находиться прн низких или высоких температурах окружающей среды без термосгатнровання.
Среди двигателей, работающих на азотнокислотном окислителе, наибольшей тягой (90 кН) и наибольшим удельным импульсом 2570 и/с обладает созданный в СССР для второй ступени ракеты- носителя серии «Космос» двигатель РД-219 (го ючее — НДМГ). оплнва на основе )Ч»О« с ПДМГ или смесью 507« НДМГ +50сЬ Н»Н4, называемой «Аэрозин-50», имеют более высокие энергетические характеристики и применяются для баллистических ракет. Топливо )Ч»Ос +«АэРозин-50» использУется в ракетах «Титан-П» и «Титан-П1».
Оно вытеснило криогенную композицию (Оз)»с+керосин, так как позволило создать ракету, хранимую длительное время в заправленном состоянии и готовую к запуску из шахты. Высокая температура плавления четырехокиси азота ве является существенным недостатком, так иак шахтные стартовые позиции для баллистических ракет обеспечивают узкий диапазон колебания температуры хранения. Топливо )Ч»О« +«Аэрозин-50» применялось также для маршевого двигателя космического корабля «Аполлон» в американской космической системе, предназначавшейся для посадки человека на Луну. Важным качеством этого топлива является самовоспламеняемость, Сопоставление данных табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
