Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Для нижних ступеней мощных ракет существенным является требование низкой токсичности компонентов топлив и их продуктов сгорания. Использование компонентов, не соответствующих этому требованию, ведет к отравлению района расположения испытательных станций либо требует больших затрат на сооружения, обеспечивающие улавливание выбросов и очистку продуктов сгорания.
Но и в этом случае остается опасность загрязнения стартовых позиций прн эксплуатации ракет и опасность для близлежащей территории в случае аварий на старте. Важным показателем является коррозионная активность, агрессивность компонентов. При высокой агрессивности для достижения длительных сроков хранения компонента без вступления его в реакции с материалами бака или трубопроводов может потребоваться применение узкого круга стойких и, возможно, дефицитных н дорогих материалов.
Вместе с тем имеются способы снижения агрессивности путем применения небольшого количества добавок, не влияющих практически на энергетические характеристики топлива. 4. Хорошие экономические показатели. Топлива массового использования должны быть доступными для производства их в количестве, обеспечивающем все потребности ракетной техники.
Желательно, чтобы компоненты могли находить 174 применение в отраслях народного хозяйства, не связанных с ра. кетной техникой. Это позволяет осуществить расширение масштабов производства компонентов и снизить нх стоимость. Низкая стоимость топлива желательна, но прежде всего необходим анализ влияния вида топлива на стоимость достижения цели, поставленной перед разрабатываемым ракетным комплексом. При этом не исключено, что более низкая стоимость будет у варианта с более дорогим топливом. Таковы основные требования к жидким ракетным топливам. Естественно, что нет такого топлива, которое полностью удовлетворяло бы всем этим требованиям. В каждом конкретном случае основными являются те или иные характеристики, и именно они определяют выбор окислителя и горючего.
Например, в качестве необходимых могут быть выдвинуты требования обеспечения большого ресурса, многоразового использования двигателя. В этом случае требуются, в частности, хорошие охлаждающие свойства, отсутствие склонности к образованию отложений в охлаждающих каналах. 17.3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОНЕНТОВ Температура плавления, зависимость давления насыщенного пара от температуры и скорость самопроизвольного разложения компонента являются теми физико-химическими свойствами, которые определяют возможность длительного хранения или применения компонента в ракетах с заводской заправкой. В табл. 17.1 и на рис.
17.! ... 17.3 приведены некоторые из этих и другие свойства ряда окислителей и горючих. Из приведенных данных видно, что такие горючие, как неросин, диметилгидразин несимметричный, гидразин, монометилгидразин, пентаборан, являются стабильными, обладают хорошими физическими свойствами, пригодны для длительного хранения. Из окислителей этими свойствами обладают азотная кислота с небольшой примесью окислов азота и воды, четырехокись азота, пентафторид хлора. Данные, приведенные в табл. !7.1 и на рис. 17.3, показывают, что высококипящие окислители, например четырехокись, перекись водорода, азотная кислота, значительно превосходят по плотности широко применяемый криогенный окислитель — жидкий кислород.
Благодаря этому уменьшаются объем и масса баков двигательных установок ракет на этих окислителях. Из горючих высокую плотность имеет гидразин и весьма низкую — жидкий водород. Надо отметить, что плотность одного компонента не является определяющей. Так, гидразин по плотности значительно лучше, чем диметилгидразин. Однако с четырехокисью азота и гидразин, и диметилгидразин дают топлива почти одинаковой плотности, так как для окисления второго горючего необходимо большее количество окислителя.
17В сч О -8- »оооо х й 3. З 3 О й З *.х о~1 3ОО с»8 ~ ~8оо о со С«О О й»са «»Ь С» 3О СЧ СЧ Са О» «»са«»о оь «З »«а й 3 3. 3. »С йй а а .С 3» хй ѻѫλ 3'С'4СЧ ДС'» О СО О 3'3О3 3'СЧ «« .х оа„ »1 й йй й сс й х 3 О»О»0»3,ОС»3 Х» СО 3 СЧ ГОО»О»|О 3'СОХ»|О а"С 3 « й й йй З й «й х а о со сч ""» сч .3 «»-СО ! СОСО С4 о СО СЧ ь О Ос -«» СЧ Ч' Со СО Д сч с'» с'» а» »'й 3' й ас'„с й й ф~ О с» ОО-О, й' О»3 С4 Я СЧ С4 С'4 а. О СО СЧ СО О Сч Ь О»3- 3'3О ( 3ОЧ оооосчоо о о38оо оо оо ож х- О кя ххххх З О. О е ! х ОООО» х ой аа а « ОЗО хаааа а.х йх ~' 1" ~О1- с О.
Оа Х 3 хо хт О З О х а х ха а а ссе1= т 176 хт $ т Я й О 2 т х З т в В т о» 3»о ~ ос» ОО Х»-«»ОО 3 со о осчсча»са а ас сас ОЬса 44 СЧ СЧ СЧ о х х О .О-- О ,ОООЫ2: О са О ж ж ~ О О сч ас4счсч счсч со 3'О» й»Х»С»ОСЧ Г-О-ВО»ОВ соо8»»сч 8 — соса»-осо 4 Х 43 асс 3 с а ахт а. х с«т ой Сс т «» х а ах»-'тта ха ххЗх х~аа тт аххт~т~йохйцааа д ила уя ря яяя вг аи тн мя г.я мг тра ура мр ьт 17.1. Зависимость давления насыщен- !7лн Зависимость давления насыщенного пара от температуры для некого- ного пара от температуры дли некоторых окислителей рых горючих Компоненты топлива, во всяком случае один из них, должны быть эффективными охладителями. Зто означает, что вязкость нх должна быть низкой, чтобы обеспечить высокую скорость течения при малых гидравлических потерях, а теплопроводность и теплоемкость — высокими.
Низкая вязкость и высокая теплопроводность обеспечивают возможность получения высоких местных коэффициентов теплоотдачи для защиты наиболее теплонапряженных участков камеры, высокая допустимая температура нагрева, а также высокая теплоемкость — снятие большого количества тепла со всей охлаждаемой поверхности. Последнее существенно зависит не только от физико-химических свойств компонента, но и от соотношения компонентов и в топливе. Если охладителем является горючее, что бывает чаще всего, то для увеличения возможного теплосъема желательно низкое значение й, если окислитель — высокое. В ряде случаев необходимость обеспечения эффективного охлаждения может влиять и на выбор компонентов топлива.
Охлаждающие компоненты должны быть стойкими против разложения при высокой температуре в охлаждающем тракте двигателя. Для обеспечения стабильности условий впрыска и распыла компонентов желательно, чтобы их вязкость возможно меньше зависела от температуры. Зависимости теплофизических коэффициентов от температуры для некоторых компонентов ракетных топлив представлены на рис. 17.4 ... 17.6. 177 р Ю,ла/ма 17.3.
Зависимость плотности некоторых компонентов от температуры Характеристикой токсичности служит предельно допустимая ху концентрация вещества (ЛДК)— максимальная концентрация в атмосфере помещения в течение рабочего дня, не оказывающая вред- 70 ного действия на здоровье работающих.
Для атмосферы населенных пунктов и водоемов также устанавливаются ПДК токсичеу ных веществ, более низкие, чем ПДК для рабочих помещений. Надо заметить, что опасность при эксплуатации ракет, использующих токсичные компоненты, существенно уменьшается в случае заводской заправки и герметической закупорки баков.
Количественной характеристикой самовоспламенения является время задержки самовоспламенения т,, — время от момента соприкосновения жидких самовоспламеняющихся компонентов до момента появления пламени. Оно зависит прежде всего от природы топлива. Для одной и той же самовоспламеняющейся пары (окислитель + горючее) время т,, меняется в зависимости от коэффициента избытка окислителя сс,„, давления среды р„, расхода топлива и начальной температуры компонентов. На величину т,, оказывает влияние конструкция двигателя (вид смесеобразования, объем камеры сгорания, площадь минимального сечения сопла), а также режим его запуска. Значение т,, можно изменять введением активизирующих или флегматизирующих добавок к компонентам.
В зависимости от множества факторов, влияющих на задержку самовоспламенения, этот параметр для некоторых топлив может меняться в 5 ... 1О раз. Самовоспламеняющимися являются все фторные топлива. С азотнокислотными окислителями и четырехокисью азота само- воспламеняются гидразин, диметилгидразии и их смеси. Использование активизирующих добавок позволяет обеспечить самовоспламенение многих топлив, в чистом виде несамовоспламеняемых. Так, для жидкого кислорода с керосином для этого достаточно добавить к жидкому кислороду сотые доли процента фтористого озона гвОа.
При этом, однако, кислород переходит в разряд токсичных компонентов и появляется ряд других эксплуатационных проблем. Для несамовоспламеняющихся компонентов топлива возможно термическое воспламенение и воспламенение открытым пламенем. Термическое воспламенение характеризуют температурой вос- 178 а 1Ю бас/не бт б,! У !бб Рбб .ИР «бп тх 17.4. Зависимость коэффициента вязкости некоторых компонентов от температуры с,хХ1м/Тлб Л7 Ю !99,749 ГС19 ЯР тк !7.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
