Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Предельная допустимая концентрация паров аммиака в воздухе рабочих помеще- 96 ний составляет 10-4, а при кратковременном действии (от 30 до 15 мин) может достигать 3 10 — 4 и 5 10-4. Ьлагодаря своему резкому специфическому запаху аммиак легко обнаруживается в концентрациях 5 ! 0 '. Действие аммиака прежде всего сказывается на слизистых ооолочках полости рта и носа и дыхательных путей, вызывая их раздражение, кашель, а при длительном воздействии и горловые кровотечения.
Попутно происходит поражение глаз. Концентрация аммиака выше 25.!0-4 недопустима — опасна и может вызвать смертельный исход. Случайное попадание аммиака или его растворов в пищевод и желудок обычно приводит к смерти. Попадание на кожу вызывает сильные ожоги, поэтому необходимо применение защитной одежды из прорезиненной ткани, перчаток и сапог, а также масок и защитных очков. Для обеспечения дыхания необходим автономный источник питания воздухом.
Эти меры предохранения рекомендуются для газообразного аммиака с концентрациями до 3 10-'. В пожарном отношении аммиак относительно не опасен, на воздухе он не воспламеняется и не горит, но образует с воздухом взрывчатые смеси. В атмосфере, насьпценной кислородом, может воспламеняться и гореть желтоватым пламенем.
При значительном нагреве аммиак с кислородом может самовоспламгняться. Аммиак не чувствителен к удару. Коррозионная активность аммиака значительна, ее необходимо учитывать при конструировании. Такие материалы, как медь„ бронза, латунь, цинк и др. сплавы, подвергаются значительному разрушению при действии аммиака. Относительно стойкими являются стали, чугун, алюминий и его сплавы, монель-металл, никель, титан.
Из немсталлических материалов допускаются фторопласты, асбест, стекло, керамика, некоторые виды пластмасс и каучука. Транспортировка и хранение аммиака осуществляется в стальных баллонах под давлением до 60 кгс1см'. Жидкий аммиак можно транспортировать и хранить в танках с теплоизоляцисй при сравнительно небольшом захолаживании помещения, используя сухой лед или переохлаждение аммиака. Энергетические характеристики аммиака как горючего для ракетного топлива существенно зависят от выбора окислителя. По данным Паушкина аммиак с фтором дает удельный импульс около 3540 м/с, с кислородом 2945 м!с, с концентрированной перекисью водорода и азотным тстраксидом около 2550 м/с и азотной кислотой около 2550 ьь'с.
По данным США, применение аммиака с кислородом да". одинаковый удельный импульс с керосинкислородным топливом несмотря на то, что пх тсплопроизводительности значительно отличаются. Это обстоятельство объясняется уменьшением моле- 4 4888 4,746 кдж/кг 'С (1,15 ккал/кг 'С) 1,76 нДж/кг 'С (0,42 кнал/кг 'С) Аммиак Керосин Теилопроводностгм Аммиак.... 1,76 кДж/м ч 'С (0,42 ккал/м ч 'С) Керосин.... 0,04!86 кДж/м ч 'С (0,0) ккал/м ч 'С) Учитывая все рассмотренные свойства аммиака, его широкую производственную доступность, относительную дешевизну, удобство хранения и высокую стабильность, можно ожидать в ближайшем будущем широкого его использования.
Бороводородные соединения Бороводородные соединения как горючие для ракетных топлив были предложены н исследовались с 1929 г. советскими учными. Наиболее подробно они рассматривались В. П. Глушко, Н, Г, Чернышовым и др. Бороводородные горючие, применяющиеся в авиационной и ракетной технике, получили широко распространенное обобщающее название бораны. Широкому применению боранов мешает их очень большая токсичность и взрывоопасность.
По данным США, они могут использоваться на авиационных турбореактивных двигателях для их форсирования нли в ракетных двигателях специального назначения, например в морском флоте. С окислнтелями, применяющимися в настоящее время, все бораны имеют малый период задержки воспламенения и обеспечивают плавный запуск двигателя. В табл. 3.1 приводятся основные показатели некоторых горючих, наиболее характерных представителей этой группы. Как видно из табл. 3.1, большинство боранов обладает достаточно высоким удельным импульсом и высокой теплопроизво- 08 кулярной массы продуктов сгорания при использовании аммиак- кислородного топлива. Еще более высокие значения удельной тяги фтораммиачного топлива, очевидно, получаются за счет двух- и одноатомных газов в продуктах сгорания, которые образуются в случае реакции фтора с аммиаком.
При этом необходимо отметить и более высокую плотность топлива, которая для стехиометрических соот. ношений фтора и аммиака достигает около 1,2 г/сма. В случае применения в качестве окислителя кислорода плотность стехнометрического аммнаккислородного топлива будет только 0,89 г/сма. С использованием аммиака в качестве горючего значительно улучшается охлаждение двигателя. Это можно показать, используя для сравнения теплоемкость и теплопроводность аммиака и керосина. Теплоемкость: н сэ 6 о С~ С) ФО сЗ л 3' С'3 СО сР О СО Р. о О о 9 Ю Ю ,й Ю о х аа Ю б$ О О ы С о 'О й"., ОЪ 3' С3 О С~ о О Г~ дительностью. При нормальной температуре это бесцветные жидкости с малым удельным весом.
Исключением является декаборан, твердое вещество, а диборан — криогенная жидкость средней степени крногенности, при нормальной температуре — газ. Диборан является основным исходным продуктом в процессе пол) чения других бороводородов методом пиролиза. Пиролиз проводится при температуре 448 — 523 К и давлении 100 — !Об мм рт. ст. Производство боранов осуществляется без доступа воздуха, так как при контакте с воздухом они могут самопроизвольно воспламеняться н взрываться. Все бороводороды являются очень токсичными веществами, и работать с ними надо при строжайшем соблюдении правил техники безопасности. Все бораны об.
падают запахом разлагающейся мертвечины. Однако опасные концентрации вещества в воздухе создаются еще задолго до ощущения запаха, и поэтому работа с бороводородом должна проводиться с применением специальных индикаторов, которые позволяют устанавливать и сигнализировать о наличии минимальных предельно допустимых концентраций вещества в воздухе рабочих помещений. Все бораны обладают низкой коррозионной активностью, поэтому при работе с ними нет ограничений в применении обычных конструкционных материалов — сталей, бронз, алюминия в его сплавов и других материалов.
В авиации и ракетнои технике бороводороды широкого использования не получили. Пентаборан стабильный (В,Н9), диборанамнн, борозол и другие находятся еще в процессе исследования. Стабильный пента бора н достаточно стойкое вещество. При норма.чьной температуре и длительном хранении (более года) разлагается очень медленно с выделением водорода и твердого остатка. С повышением температуры разложение усиливается и становится заметным при температуре выше 423 К н резко возрастает нрн температуре выше 573 К. На воздухе пентаборан иногда самовоспламеняется. Смесь паров пентаборана с кислородом всегда самовоспламеняется. Интенсивность и характер взрыва зависят от состава смеси, давления и температуры среды.
Физико-химические параметры стабильного пентаборана определены достаточно точно. Плотность жидкого пентаборана в очень широких пределах зависит от температуры, так при Т=227 К у=0,681, а при Т= =373 К у=-0,552. Нестабильны й пентаборан В Нц является действительно очень нестойким веществом и при нормальной температуре легко разлагается на ряд бороводородных соединений, в том числе пснтаборан стабильный, борозол и др.
На воздухе нестабильный пентаборан самовоспламеняется, хранение его возможно только в атмосфере азота, и поэтому его практическое использование сильно затруднено. Нестабильный пентаборан токсичен, как и все бороводороды. Д е к а б о р а н — твердое весьма стабильное химически стойкое вещество, не реагирует с кислородом воздуха даже при нагревании до 333--353 К, но при 373 К может самовоспламеняться.
Декаборап можно использовать как добавку для форсирования твердого ракст55ого топлива. Д и б о р а н — криогенная жидкость средней степени крио' гепносгп с малым удельным весом (0,49 г5см'). Наибольшие кризические давление 39,53 кгс55сх5' и температура 256,3 К позволяют сжижать и хранить диборан при нормальных условиях и в условиях космоса. Диборан является довольно стабильным соединением и может быть использован как ракетное горючее. В настоящее время известно несколько способов получения диборана, который является исходным продуктом для получения высших боранов, таких как пентаборан, методом «крекинга5к Д и б о р а н а м и н представляет собой нормальную жидкость с удельным весом и теплопроизводительностью чуть ниже, чему пентаборана, и одинаковым с ним удельным импульсом тяги.
Борозол — — жидкость при нормальных условиях с относительно высоким удельным весом и сравнительно низкой температурой кипения 328 К. Теплопроизводительность и удельная тяга борозола заметно ниже, чем у пентаборана. Токсичность боро. зола не выявлена точно, но если это вещество окажется действительно не токсичным или слабо токсичным и не взрывоопасш5м, то оно может быть перспективным горючим для ракетных двигателей ближнего действия или разгонных двигателей. Оба последние вещества мало изучены и сведения по ним недостаточны.
Водород К. Э. циолковский в одном из первых проектов космического корабля предложил в качестве топлива жидкие кислород и водород. Однако в начале двадцатого столетия возможности использовать это топливо в ракетном двигателе практически отсутствовалп. Теоретические показатели этого топлива очень высоки, и именно па этом основании Циолковский строил свои предложе- 55 И 55 . Жидкий кислород — окислитель, уже добывалея, но в количествах, недостаточных для использования на ракетных установках.
Жидкий водород — горючее, практически отсутствовал, а если и добывался, то в количествах, не превышающих самые малые потребности лабораторных исследований. 505 Возможности использовать жидкий водород как горючее в ракетных двигателях практически возникли совсем недавно. Решение этой задачи оказалось очень сложным, и целый ряд вопросов получения, хранения и эксплуатации жидкого водорода еще требует специальных исследований. Трудности заключаются не только в условиях эксплуатации и получения жидкого водорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
