Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Такие смеси имеют значительно более широкий температурный диапазон жидкофазного состояния, чем чистые продукты. Смеси дают большую теплопроизводительность и большую удельную тягу, чем чистая азотная кислота, примерно на !5 — 18'4. Смеси Хз04 и Н)10, менее коррознонноактивны, чем чистая азотная кислота. Полезно запомнить, что чистая концентрированная четырех- окись азота токсичнее азотной кислоты примерно в 10 раз и во столько же раз менее коррозионноактивна, чем чистая концепт рированная кислота. При работе с азотным тетраксидом и его смесями с азотной кислотой рекомендуется применять те же конструкционные и прокладочные материалы, что и для азотной кислоты. В качестве смазочных материалов рекомендуется применять смесь порошкообразного графита и жидкого стекла. Применение углеводородных смазок приведет к взрыву.
Многокомпонентные окислителн Рассматривая физико-химические и эксплуатационные показатели двух последних окислителей — азотной кислоты и азогного тетраксида, нетрудно заметить, что каждый из них обладает как достоинствами, так и недостатками. Так, у азотного тетраксида очень узок температурный диапазон жидкофазного состояния, велика токсичность, но его коррозионная активность значительно ниже, чем у азотной кислоты, а теплопроизводительность — значительно выше. В то же время азотная кислота, обладая рядом серьезных недостатков (главный из них — исключительно высокая коррозионная активность), является продуктом очень дешевым с неограниченными возможностями производства. Возникает вопрос, нельзя ли за счет смешения двух или нескольких окислителей получить новый сложный продукт с мень.
шим числом недостатков и не ухудшающимися качествами; Это возможно при составлении многокомпонентных окислителей. Окнслители на основе НМО, и Хг04 Окислители на основе азотной кислоты и азотного тетраксида, являющиеся растворами азотного тетраксида в азотной 69 кислоте, применяются уже давно. Так как в составе технических продуктов, как правило, имеется вода в количестве от 2 до 6%, то смеси из азотной кислоты и азотного тетраксида являют.
ся тройными и относятся к категории многокомпонентных. Так, смесь из 78",, НХОм 20~ Ы»04 и 27» НзО может рассматриваться как система со значительно лучшими показателями, чем у ее основных компонентов. Температура застывания около 203 К, кипения — около 321 К, плотность 1,5, а теплопроизводительность на 10 — 12«', выше, уем у азотной кислоты. Однако, токсичность такой смеси ближе к токсичности азотного тетраксида, а коррозионная активность — к аналогичному свойству азотной кислоты.
Конструкционные материалы те же, что и для азотной кислоты. Окислитель обеспечивает надежное самовоспламенение с аминами со значениями периода задержки воспламенения, не превышающими 0,03 с. Азотную кислоту иногда смешивают с серной, такие окислители называются «меланж», это тоже тройные смеси, так как в ннх есть небольшой процент воды. Меланжи обладают очень высокой плотностью — от 1,79 при 323 К и до 1,87 при 213 К. Это бесцветные или буровато-прозрачные жидкости с запахом азотной кислоты, довольно вязкие, токсичные, при попадании на кожу вызывают очень трудно заживающие ожоги.
Меланжи имеют низкую коррозионную активность, для деталей ракетной установки особо ответственного назначения рекомендуется в качестве конструкционного материала применять нержавеющие стали, алюминий и его сплавы, а прокладки — из фторопласта.
При хранении меланжа в обычной стальной таре образуется значительное количество осадка — сульфата железа. Упругость пара у меланжей невысока, но дренаж баков должен обеспечиваться. Меланжи используются как очень надежные «пусковые» окислители, с аминами они обеспечивают очень плавный запуск в ряде случаев при значительном периоде задержки воспламенения. Меланж очень дешевый окислитель, производственные возможности его получения очень широки, но его теплопроизводительность низка, и поэтому его применение возможнотолько в ракетных установках самого ближнего действия.
В последнее время меланж почти вышел из употребления. Рациональное составление многокомпонентных окислителей можно вести на основе так называемых концентрационных диаграмм, они могут быть весьма простыми и очень сложными. Примером такой, довольно сложной, но очень удобной для использования и понимания, сущности процесса смешения является диаграмма смесей азотного тетраксида и азотной кислоты рис.2.2.
Отдельные области и точки диаграммы дают представление о фазовом состоянии раствора. С помощью вспомогательной кривой можно определить значение плотности раствора с 70 разной концентрацией (кривая с( — и) или агемпературы ки71ения (кривая ЕЕ) и т. д. Рассмотрим фазовое состояние в отдельных областях диаграммы: 1 — область однородной жидкой смеси, ее температуры кипения можно определить, пользуясь кривой ГЕ, а темпер'1туры застывания — по кривым МЕВАР.
П вЂ” область двухслойной смеси. Состав отдельных слоев определяется точками кривой АСР. При изменении температуры концентрация одного слоя меняется . по кривой АР, а другого — по кри- , г;с 7' к в/вма вой АС. В точке С при температуре зл бб' С жидкость становится однород- 777 ной. и Ед Я~ (а П1 — область расплава, твердой ар фазой является азотный тетраксид, га 7аа 7,. а состав жидкости определяется точ- 7р 7У ками кривой ЛВ. /в 1Ъ' — область расплава с твердой та д .У азотной кислотой, а состав жидкой -Л7 фазы определяется точками кри- $ а вой МЕ. -гй Ч вЂ” область существования 1тВЕРДОй фаЗЫ) СОСтаВа НВОВХ 7РР Д7 И Ор 7Р «717а Х2ННОа и расплава, определяемо- д го точками кривой ВЕ.
171 — область твердого азотного диаграмма растворов 1ЧвО, в тетраксида н твердого химического Н1т'Оа соединения. 'г7П вЂ” область существования твердой азотной кислотчя и эвтектикн. Ф "т71П вЂ” область, где есть эвтектика и твердое химИческое соединение. Кроме этих областей на диаграмме можно от;метить точку эвтектикн Е и точку перехода В.
Только что разобранный пример показывает, что мнгогокомпонентные системы имеют весьма сложные зависимости 7по концентрациям, формам н физико-химическим константам. В ряде случаев эти сложные зависнморти наглядно можно пред ставить только пространственной диаграммой. В случае ограни'ченного количества параметров рассматриваемого раствора мож;но воспользоваться так называемыми треугольными диаграммами (рнс. 2.3, а и б). На рнс.
2.3, а дан принцип построения и отсчета по треугольной диаграмме, а на рис. 2.3, б показан кон7чретный пример. На треугольных диаграммах по сторонам равноабедренного треугольника откладываются в одинаковом масштйабе концентрации компонентов, внутри треугольника наноситс7аг сетка .линий для удобства отсчета заданной концентрации. Вн1утриже 71 треугольной диаграммы наносятся азбласти изотермических, критических, кристаллических и других фазовых состояний. Эти области характеризуют определенное состояние системы и позволяют сделать заключение о возможных допустимых отклонениях в концентрациях заданной смеси при условии сохранения у А ь" %л-:— б1 Треугольник Риебума о а1 ,, гугсльоик Гоббса Рис.
2.3. Треугольные диаграммы для определения состава тройных смесей свойств системы, заданных в технических требованиях. Для этого достаточно отметить на сторонах треугольника процентные содержания компонентов, сделать графическое построение и получить точку Р— как указано на рис. 2.3, а.
Местоположение точки Р в той или иной области диаграммы покажет состояние или физико-химические константы смеси заданной концентрации. 2.3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОКИСЛИТЕЛИ [32, 401 72 Поиски новых более активных и более теплопроизводительных окислителей ведутся давно и весьма успешно. В последнее время открыто и проверено в лабораторных условиях несколько десятков новых окислителей, но при их использовании в работающих двигателях возникает ряд серьезных технических и эксплуатационных трудностей.
Главные из них — высокая токсичность, взрывоопасность, коррозионная активность, дороговизна и трудности производства. Новые перспективные окислнтели можно разделить на три основные группы. 1. Фтор и его производные (самая многочисленная). 2. Новые синтезированные окислители. 3. Известные, но не применявшиеся ранее по ряду причин.
Группа фторпроизводных окислителей, в свою очередь, может быть разделена на три подгруппы: фторкислородные соединения; фторамины; фторнитраты. Большинство окислителей, входящих в эти три группы, представляет собой жидкости слабой степени криогенности, с удовлетворительными значениями удельного веса, весьма токсичные, с высокой химической активностью. В ряде случаев не известна пока точная величина удельного импульса с широким кругом горючих, недостаточно выяснена их коррозионная активность, возможность производства и условия эксплуатации. Фтор и его производные, такие как моноокись фтора (ОР,), трифторид хлора (С(Рз), трифторид азота (ХР,), пентафторид брома (ВгР,) н др, дают с большинством известных горючихувеличение удельного импульса тяги, по сравнению с парой водо- Р л — Р а р б 1Π— 30%.У давуд я. ама.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
