Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 38
Текст из файла (страница 38)
При несамовоспламеняющихся топливных парах применяют специальную систему, с помощью которой в момент запуска в камере создается воспламени- тельный факел. От него воспламеняются первые порции топлива, поступающего в камеру. Последующие порции компонентов топлива поджигаются продуктами сгорания предыдущих порций. По интервалу температур сохранения жидкого состояния топлива или их компоненты подразделяют на высококипящие и низкокипящие. Высококипящие компоненты топлива в условиях эксплуатации имеют температуру кипения выше 298 К (25'С). Эти компоненты в обычных условиях эксплуатации на земле представляют собой жидкость и хранятся без потерь на испарение. Низкокипящие компоненты топлива при стандартном давлении имеют температуру кипения ниже 298 К и находятся в газообразном состоянии. Некоторые из низкокипящих компонентов (например, аммиак ХН,) можно эксплуатировать как высококипящие при поддержании определенного (сравнительно небольшого) избыточного давления в баке.
Среди низкокипящих компонентов выделяют группу так называемых криогенных компонентов топлив, имеющих температуру кипения ниже 120 К. Криогенный компонент нельзя хранить в жидком состоянии без принятия специальных мер. Критическая температура криогенного компонента меньше максимальной температуры в условиях эксплуатации и хранения. К криогенным компонентам относятся сжиженные газы: кислород, водород, фтор, метан, пропан и др. Для уменьшения потерь на испарение и увеличения плотности возможно применение криогенного компонента в шугообразном состоянии, т. е. в виде подвижной грубодисперсной двухфазной смеси твердой и жидкой фаз этого компонента. По физической и химической стойкости в течение длительного времени различают топлива длительного хранения, или стабильные, и топлива кратковременного хранения.
Компоненты стабильных топлив имеют при максимальной температуре в условиях эксплуатации или хранения давление насыщенного пара ниже допустимого по условиям прочности топливных баков, обладают стабильностью физико-химических свойств в течение заданного времени и допускают хранение в баках ракеты или других емкостях при эксплуатационных температурах и давлениях без существенных потерь. Принятый диапазон температур и давлений хранения стабильных компонентов определяется назначением двигательной установки. Для придания жидкому ракетному топливу требуемых свойств в компоненты топлива вводят присадки, способствующие, например, увеличению стабильности физико-химических свойств компонентов при хранении или эксплуатации.
17.2. ТРЕБОВАНИЯ К ТОПЛИВАМ Требования к компонентам жидких ракетных топлив определяются более общим требованием обеспечить в заданные сроки создание высоконадежного и эффективного ракетного комплекса при минимальной затрате средств. В зависимости от назначения ракетного комплекса различны требования к физическим, эксплуатационным, экономическим показателям топлива. Так, в том случае, когда топливо выбирается для двигательной установки ракеты военного назначения, требование высокой боеготовности обычно позволяет применять лишь те из топлив, которые допускают хранение заправленной, готовой к пуску ракеты.
Ракеты-носители, предназначенные для вывода на орбиту искусственных спутников Земли, как правило, запускаются в заранее известный момент времени, и их предстартовая подготовка может быть спланирована так, как этого требует применяемое топливо. В этом случае нет препятствий для применения криогенных топлив. Большая тяга двигателей тяжелых ракет-носителей обусловливает расходование больших количеств топлива, в частности, на стендовую отработку двигателей и ступеней ракет. Поэтому, например, для нижних ступеней ракет-носителей должны применяться топлива низкой стоимости, производимые в большом количестве. Важным свойством этих топлив является малая токсичность компонентов и продуктов их сгорания.
К компонентам топлива ЖРД зенитных ракет, храняшихся в заправленном состоянии на открытом воздухе, может быть предъявлено требование, чтобы они сохраняли жидкое состояние в достаточно широком диапазоне температур. Для ракет, эксплуатируемых в земных условиях без термостатирования, могут быть рассмотрены компоненты, имеющие критическую температуру выше 70 'С 1они остаются в жидком состоянии при максимальной температуре окружающей среды) и давление насыщенных паров при 70'С ниже допустимого по условиям прочности топливных баков. Скорость разложения их не должна превышать доли процента в год при температуре 35 'С либо практически равняться нулю при использовании компонентов в раке- 172 тах, баки которых заправляются и герметически закрываются на заводе Для двигательных установок космических аппаратов, длительное время находящихся в условиях космоса или поверхности планет, существуют свои требования к диапазону температуры жидкого состояния и давлению паров, определяемые конкретными условиями применения, в частности, и системой терморегулирования.
Применение стабильных топлив н в этих случаях позволяет наиболее просто избежать значительных потерь во время хранения. Одним из главных противоречий, возникающих при выборе топлив для выполнения космических программ, является токсичность многих высокоэнергетических топлив и их продуктов сгорания; для аппаратов, стартующих с Земли и используемых в ближнем космосе, применение токсичных компонентов нежелательно. Расширением возможностей космических аппаратов, использующих безопасные топлива, менее эффективные, чем многие иэ осваиваемых, является стыковка в космосе раздельно выведенных на орбиту аппаратов и их дозаправка топливом.
Реальность этого пути была впервые продемонстрирована успешной работой автоматического грузового корабля «Прогресс- !» и станции «Салют-6» 22 января !9?8 г. После определения группы топлив, по своим физико-химическим свойствам обеспечивающих выполнение требований к эксплуатационным характеристикам двигательной установки, дальнейший выбор может основываться на следующих важнейших требованиях к топливам. !.
Высокие энергетические характерис т и к и, т, е, высокие значения удельного импульса и плотности топлива. Эти два параметра в комплексе способствуют созданию ракеты минимальных габаритных размеров и массы (см. гл. !!!). 2. Возможность создания в приемлемые сроки эффективной и надежной двигате л ь н о й у с та н о в к н. Применяемое топливо должно допускать получение реальных энергетических характеристик двигателя, близких к расчетным. Последние определяются на основе термодинамических характеристик и учета известных видов потерь удельного импульса, полученных теоретически или экспериментально.
Необходимо иметь данные о возможности обеспечения высокой полноты сгорания, об отсутствии больших потерь при истечении, потерь на обеспечение охлаждения и устойчивости рабочего процесса. Во всяком случае реальный удельный импульс дчигателя должен быть достаточно высоким, чтобы оправдывать применение нового топлива вместо широко используемых. На практике это не всегда может быть определено заранее или обеспечено. Известно, например, что использование добавок мелкодисперсного бора к керосину, повышающих теоретический ггз удельный импульс, не дало реального эффекта вследствие низкой полноты сгорания бора.
Важным свойством топлива является возможность получения большого количества генераторного газа, не содержащего конденсированных веществ, желательно восстановительного. Это служит существенной предпосылкой для создания надежного двигателя с высоким давлением в камере сгорания и, следовательно, высокими энергетическими и габаритными характеристиками. Хорошие охлаждающие свойства, отсутствие опасности разложения и взрыва компонентов, неагрессивность к конструкционным материалам позволяют создать высоконадежный двигатель при меньших затратах.
Применение самовоспламеняющихся топлив упрощает конструкцию и повышает надежность двигателя. Многие из отмеченных свойств могут быть получены или улучшены в результате проведения специальных исследовательских работ. К подобным работам следует отнести исследования по обеспечению самовоспламеняемостн и полного сгорания за счет применения специальных добавок к окислителю или горючему, по снижению агрессивности, уменьшению склонности к разложению и др, 3. Возможны более безопасные эксплуатационные характеристики. Желательно, чтобы горючее не самовоспламенялось на воздухе, не было пожароопасным. Компоненты должны иметь возможно меньшую склонность к воспламенению, разложению и взрыву в процессе обращения с ними при случайном контакте с различными веществами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
