Сарнер С. Химия ракетных топлив (1241536), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Рассмотрена возможностьприменения эндотермических окислителей ОГ2 и ОзГ2 (триоксидифторид), однако удельные тяги топлив на основе обоих этих окислителей имеют промежуточные значения между удельными тягами топлив 02 — Ве — Нз и Рз — ) 1 — Нз. Вместо водорода в качестве разбавителя можно использовать гелий. Топливо Гз — Нз — Не имеет чуть ббльшую максимальную удельную тягу, чем топливо Гз — Нз, но это преимущество не оправдывает применение гелия. Удельная тяга топлива Рз — (.! — Не ниже, чем топлива Р2 — Нз. Однако применение гелия в некоторых топливах желательно вследствие его болыней плотности (в два раза большей, чем у водорода) и химической инертности. Таблица 4 22 трехкомпонентные топлива с гндразнном в качестве разбавнтеля Ро сек') ТОПЛИВО Основной пролунт сторания ') Количество разбввителя неизвестно )ланныс лля металлосолержащнл топлив взяты нз работы 120 ') Дымящая а отная ки лоте с максимальной плотностью.
Аналогичные результаты получаются при использовании в качестве разбавителя гидразина (табл. 4.22). Добавление бериллия к топливу 02 — )х)2Н4 приводит к увеличению удельной тяги на 27 сек, а добавление лития к топливу Гз — М2Н4 — лишь на 13 сек. Система с наибольшей удельной тягой Гз — (.1 — )х)2Н4 9 Заказ Я з)9 02 —.
Ве — Н2Н4 О Л) )Ч~Н4 о — в — )ч н Р2 1") 112114 Ро — Ве — узна н о — вс — Нзн Н,О, А) — М2Н4 С)Рз — 1-) — МгН4 С Рз — Ве — М2Н4 )ч204 — Ве — нзна 54Г)ЛАК 2) — Ве — )чзн4 02 — )Ч2Н4 Р— Н Н Н202 — Н2Н4 С)Р, — Мзнй )4204 — НЗН4 М ПДЛ и 2) — Н2Н Вео А)20 Взоз или НВ02 МР Верз Вео А120т 1ЛР -;- 1.)С) Верз+ Вео'2 Вео Вео Н,О НР НО НР+ НС) Н20 НО 340 3!4 315 377 368 336 302 316 305 326 323 313 зз4 287 295 291 284 130 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ имеет удельную тягу 377 сек. Фактические преимущества малы, так как применение гидразина приводит к образованию разбавнтелей В)в (г) и Нт(г). Это топливо не только хуже фторводородного топлива (без добавок), но и фторлитиевого топлива (без до.
бавок), так как топливо Рт — 1! при соотношении элементов, близком к стехиометрическому, имеет удельную тягу 378 сек. Реальное преимущество можно получить в случае долгохранимых жидких топлив при использовании добавок металлов. Оптимальными топливами этого типа являются НтОй — Ве — МйН4 (удельная тяга 336 сек) и С!Рв — 1! — В(тН4 (удельная тяга 3!6 сек).
Некоторые топлива, рассмотренные выше и в равд. 4.8, относятся к гибридным. Однако наличия указанных твердого н жидкого компонентов еще недостаточно для применения такой комбинации в качестве гибридного топлива. На практике в состав топлива необходимо включить полимерное горючее-связующее, которое будет скреплять другие твердые компоненты. При отсутствии горючего-связующего возможен вынос из камеры сгорания несгоревшего порошкообразного горючего или быстрое сгорание, приближающееся к детонации.
Таблица 4.23 Гибридные трехкоыпонентные топлива Топливо Основной иролуит ггорниии и ~ Росси Нтот — ВеНт — СНт Нтой — Ве — СНт От — Ве — Сну О, — А! — СН, Нтот — А1 — СНт Π— СН Н О вЂ” СН Вео+ СО Вео + СО Вео+ СО А1тов+ СО А!тол+ СО Н,О+ СО+ СО, СО -1- Сот+ Нто 1,33 0,90 0,58 0,89 0,77 0 0 360 315 315 301 283 300 278 В табл.
4.23 приведены характеристики действительных гибридных топлив. Металлосодержащие топлива имеют такое соотношение элементов, при котором образовавшиеся продукты сгорания содержат СО (г) н окись металла, а водород не окнсляется и служит разбавителем. Фторсодержащие окислители не перспективны, так как в горючем-связующем содержится углерод, хотя можно использовать смешанные фторкислородсодержащие окнслнтели.
Преимущество бериллия и алюминия состоит в увеличении плотности топлива. Из анализа таблицы следует, что включение алюминия в состав топлива не приводит к значительному увеличению удельной тяги. Добавка бериллия увеличи- Е ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 1З1 вает удельную тягу топлива НзОз — СНз на 37 сек, а топлива Оз — СНг — лишь на 15 сек, так как в последнем случае значение и меньше. Практически горючее Ве — СНз имеет одинаковую удельную тягу в сочетании с окислителями НгОг и Оз, но НзОг предпочтительнее вследствие большей плотности и лучших эксплуатационных характеристик.
Преимущество ВеНз в основном обусловлено ббльшим результирующим значением и. Однако топливо этого состава может не найти практического применения, так как оно содержит только 8 вес.о горючего-связующего. Достижимая удельная тяга может иметь значения 335— 340 сек, причем горючее-связующее должно содержаться в достаточном количестве, чтобы удерживать гидрид.
4.11. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ ТОПЛИВ Применение жидких однокомпонентных топлив упрощает конструкцию и эксплуатацию ракеты вследствие уменьшения количества топливных баков и подводящих трубопроводов, но за эти преимущества приходится расплачиваться снижением удельной тяги. Подобным образом применение однокомпонентных твердых топлив упрощает эксплуатацию и не вызывает проблем несовместимости компонентов топлива, но удельная тяга таких топлив также мала.
Однако имеется ряд областей применения малых ракетных двигателей (двигатели управления положением ракеты в пространстве, рулевые двигатели, специальные газогенераторы), в которых допустима пониженная удельная тяга. При использовании указанных двигателей низкая температура продуктов разложения топлив в камере сгорания обычно является большим преимуществом. Основное требование к таким топливам †просто их использования. Любое соединение, которое распадается с выделением тепла, теоретически можно использовать в качестве однокомпонентного топлива. Однако часто возникают трудности, связанные с обеспечением плавного разложения. Кроме того, некоторые соединения взрывоопасны.
Следует отметить, что реакции при низких температурах далеко не всегда протекают равновесно ". Так, при термическом " Результаты термодинамических расчетов процессов ниэкотемпературного разложения (горения) и расширения продуктов разложения при допушении химического и энергетического равновесия без учета образования продуктов низкотемпературных реакций являются весьма приближенными.— Прим. ред.
9" \32 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЪгХ ТОПЛИВ разложении гидразина может происходить реакция рекомбинации )х)2(г)+ ЗН2(г) 2)х)Нз(г), (4.80) которая учтена при определении удельной тяги, приведенной в таблице. Вероятнее всего, эта реакция не происходит, и тогда удельная тяга 188 сек, полученная при расширении с замороженным составом продуктов разложения, будет более показательна для гидразина '1. В табл.
4.24 приведены характеристики нескольких типичных однокомпонентных топлив. Таблица 4.24 Характеристики одвокомпонентнмх топлив г,, к Химическая формула Росса Оаиокомпанектоае топлива Ч Твераяла. 4.12. ТВЕРДЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА Первые твердые ракетные топлива представляли либо модификации черного пороха, либо пиротехнические смеси. Позднее стали применяться двухосновные топлива, состоящие из нитроглицерина, поглощенного и десенсибилизироваиного иитроцеллюлозой.
В табл. 4.28 приводятся составы и характеристики некоторых твердых ракетных топлив. Удельная тяга таких составов была очень низкой. Необходимость создания высокоэнергетических составов стимулировала разработку смесевых топлив. и При термическом разложении гидразина образуется аммиак в значительно больших количествах, чем по расчету с допущением химического равновесия между компонентами продуктов разложения. Скорость образования и разложения аммиака по реакции 1450) !без применения катализатора) мала даже при температуре 2000'К Поэтому вряд ли произойдет заметное изменение содержания аммиака в продуктах разложения гидразина при их течении по соплу ракетного двигателя — Проз. ред. Перекись водорода Тетранитрометав Окись этилена Нитрометан Нитрит аммония и Тидразин Оксамид и Азид аммония и Н202 с(но,)4 С,Н4О снзно, МН4МО2 Нзн НН2СОСЬНН, Н~14113 165 181 199 254 219 !98 202 196 1278 2170 1277 2640 2150 904 1417 1116 С ЗНЕРГЕТИс)ВСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ 133 Таблица 4.23 4рм )батаисни) чср»ыя порох 50 (Франки») Асто)ст ЗАТО Состаа 66 51,5 Нитропеллюлоза (!3,25 р() Нитроглиперин Диэтилфталат Этилпентралит Нитрат калия Сульфат калия Перхлорат калия Воск канделильский 43 3,25 1,00 25 57 — 80 1,25 76 0,08!) 16,8 Асфальт Сажа 0,2!) 13 — 29 8 — 22 Древесный уголь Сера Масло 7,2 Прочие добавки Хара»тир»егия» 50 — 140 1,3 — 2,1 ~ 1500 — ЗЬ00 173 1,77 2030 225 1,59 2388 247 1,62 3059 Удельная тяга, сгк Плотность, г,'см' Температура газов в ка.
мере сгорания, 'К Температура газов в выходном сечении сопла, 'К Молекулярный вес гатов (в выходном сечении сопла) Отношение удельных теплосмкостей Удельный импульс даал иии, сгк ! еот~етрпческая степень распшрения сопла Скорость горения, мм,'сгк 1033 26,61 23,23 1,27 1,215 1,26 155,4 143,6 8,58 1 29ра,т 0 877родэ 0,079ро" ') цобаал» (с» 'рх )Оо а).
Состав и характеристики некоторых первых твердых ракетных топлив 134 4. энеРГетические хАРАктеРистики РАкетных тОплив По существу смесевые твердые топлива состоят из кристаллического окислителя и горючего-связующего, необходимого для сцепления частиц в топливе и придания ему соответствующих механических свойств.
Возможно также добавление в топливо металла или гидрида металла. В табл. 4.26 приведены характеристики некоторых неметаллизированных топлив с различными горючими-связующими и окислителями. Горючее-связующее с условной химической формулой СН. является идеализированным углеводородом, о котором говорилось в равд. 4.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
