Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Теплопроизводнтельность и удельный импульс топлив с кислородом в качестве окислителя и керосином в качестве горючего выше, чем у такого же топлива со спиртом, что видно из табл. 3.3. ется большими значениями хв для керосинкислородного топлива по сравнению со спирто-кислородными.
Уменьшение ха для спирта объясняется наличием кислорода в молекуле спирта. В то же время температура горения спирто-кислородных топлив ниже, чем кислородно-керосиновых, примерно на 5 — 7ов и это является большим преимуществом спиртовых топлив. Степень снижения температуры можно еще увеличить за счет применения водно-спиртовых смесей в качестве горючего.
В таких смесях, естественно, уменьшаются теплопроизводительность, температура горения, но растет плотность топлива и улучшаются охлаждающие свойства горючего. Удельный импульс тяги водно-спиртовых смесей снижается в меньшей степени, чем тепло- производительность. Это объясняется увеличением газообразовання и скорости истечения продуктов сгорания за счет роста доли водяного пара. Так, при уменьшении теплопроизводительности на 12 — 18 % удельный импульс тяги снижается только на 8 — 10% по сравнению с керосинкислородным топливом.
,этиловый и метиловый спирты растворяются в воде в любых соотношениях. Такие смеси, обладая высокими теплоемкостью и скрытой теплотой испарении, обеспечивают лучшее по сравнению с керосином охлаждение двигателя. Для кислорода и этилового спирта указанные выше свойства характеризуются данными табл. 3.4. Таблица 3.4 Скрытая теплота испарения смеси, кдж!кг Характеристика охлаждающих свойств Концентрации водно- спиртовой смеси, % Теплопроизводитель ность топлива, Мджукг Температура горении в камере, Сук Тепло- емкость, кДж/кг Удельный импульс 7 омус 291073185 285013125 ' 2790/3065 2740/3015 100 90 80 70 2,42 2,71 2,97 3,22 897,0 1,9 2,2 2,4 2,8 2385 2365 2345 2340 8,47 8,1 7,62 7,15 Охлаждающие свойства углеводородов нефтяного происхождения удовлетворяют современным требованиям, но они заметно хуже, чем у спиртов. Это объясняется не только меньшими значениями теплоемкости и скрытой теплоты испарения, но и большими значениями х для керосннкислородного топлива.
Энергетические показатели углеводородных горючих несколько выше, чем у спиртов. Теплопроизводительность керосинкислородного топлива -2270 ккал/кг (9,5 МДж/кг), а удельный импульс тяги достигает 2555 — 2750 м/с, т. е. приблизительно на 12 — !5% больше, чем у спиртов. Температура горения в каме- ре по расчетным данным также несколько выше и достигает 2400 К. Хорошо извсстно, что рабочие тела с малым молекулярным весом обесп чивают более высокий удельный импульс, а компоненты продуктов сгорания с большим молекулярным весом вызывают его уменьшение. Молекулярный вес жидких углеводородов, и в том числе керосина, обычно находится в пределах 100 — 140 единиц.
Учитывая, что углеводороды могут сжигаться с кислородом, перекисью водорода и азотнокислотными окислителями, можно ориентировочно оцепить возможный состав продуктов сгорания, их молекулярный вес и наметить возможные пределы удельного импульса тяги с углеводородными горючими и названными выше окислителями. Водород, входящий в состав углеводородов, является весьма желательным элементом горючего, так как с ним обычно образуются продукты сгорания с наименьшим молекулярным весом. Однако минимальный молекулярный вес продуктов сгорания сам по себе егце не определяет максимальное значение удельного импульса тяги.
Для получения максимального удельного импульса тяги с данным топливом важно знать еще и соотношение между горючим и окнслителем н или величину коэффициента избытка окислителя и. Максимум удельного импульса тяги, как известно, не соответствует стехиометрическим соотношениям. Обычно максимум сдвинут в сторону богатых смесей. Этот сдвиг может быть значительным (до а=0,5), особенно для топлив, в состав которых входит водород. Поэтому при использовании углеводородов место максимума удельного импульса тяги в зависимости от а су. щественно зависит от энергетических характеристик окислителя.
Кроме того, из-за потерь энергии на образование связи Π— Н, удельный импульс тяги топлив на основе перекиси водорода (НзОз) и азотной кислоты (Н(40з) будет меньше, чем у топлив на основе азотного тетраксида (Х,О,), который имеет только связь 1ч — О (рис. ЗА). Максимум удельного импульса тяги с углеводородами для названных выше кислородсодсржащих окислителей получают при таких соотношениях компонентов, когда водород будет сгорать в НзО, а углерод — в СО и частично в СОх, причем топлива с наихудшими энергетическими показателями соответствуют наибольшей доле углерода, окисляющегося в СОз.
Отсюда следует, что для углеводородного топлива с общей формулой С„Нм проблема сгорания углерода является весьма существенной и чем выше относительная доля углерода в топливе, тем ниже будет его удельный импульс, а максимум будет сдвинут ближе к сг=1. Сравнительная характеристика основных показателей углеводородных горючих приводится в табл. 3.5.
02 Таблица ЗД Окисли- тель Горючее 438 865 438 800 348 650 352,5 789 3575 3345 3675 3175 0,85 0,85 0,75 0,795 208 208 208 !56 О Цмоз Оз О 3430 2600 2550 2750 !0,05 5,9 10,5 7,55 Ксроспи Т-1 Керосин Т-1 Беизии 3,37 5,56 3,08 2,04 Спирт зтяловый 100 1о Спирт этиловый 80чгг 6,97 3075 О 156 352,5 780 2!3 423 655 ! 55 0,84 2650 ЫМО ~ 6,70 2600 Скипидар 5,43 0,88 Энергетические характеристики углеводородных горючих нефтяного происхождения можно несколько улучшить за счет применения более активных окислителей, например фтора и егопроизводных.
С фтором керосин обеспечивает удельный импульс до 3100 — 3240 м!с. Одна~ко это увеличение удельной тяги не соответствует усложнению условий экс- 00' плуатации и удорожанию топлива. в котором используется в качестве окислителЯ такой агРес- . НггНг сивный и токсичный элемент, как фтор.
Применение фтора с углеводородом обеспечивает надежное 000 самовоспламенение этого топли0г ~Нг ва. Для самовоспламенения угле- 000 водородных горючих очень существенное значение имеет выбор окислителя. Так, с азотной кислотой или азотным гетр аксидом спирты и скипидар образуют самовоспламеняющиеся топлива.
Ог ~ НДМГ Керосины с азотнокислотным» окислителями не обеспечивают 300 надежного самовоспламенения. 0г '7-1 С кислородом все углеводороды 700 не самовоспламеняются, но обеспечивают довольно высокий удельный импульс, Они просты в экс- 02 да 00 03 10 17 сг плуатации и имеют широкое применение. Рис 3.4 Зависимость удельного П и и потьзован импулгса тати четыРех важнейших ри использовании углеводо- топлив от состава смеси при Разродов необходимо учитывать их личных значениях и 1!3 способность растворять не только воздух, но и воду, которая в процессе охлаждения компонента может выделяться и застывать.
Образование кристалликов льда обычно идет на стенках баков н трубопроводов. Кристаллики, образовавшиеся в массе горючего, при движении по системам питания могут вызвать серьезные неполадки в работе двигателя. На гигроскопичность керосина очень влияет изменение температуры. С ее увеличением на 1'С растворимость воды возрастает примерно на 3 смз на тонну горючего.
Но при понижении температуры растворенная вода почти не выделяется и удаление ее становится трудной задачей. Из-за увеличения вязкости и поверхностного натяжения воды и малой разницы величин поверхностного натяжения отделение воды простым фильтрованием невозможно. Углеводороды способны растворять значительные количества таких газов, как воздух, азот, кислород, углекислоту и др. Так, при нормальных условиях керосин может растворять до 20 — 23% воздуха (по объему). Растворимость воздуха в керосине зависит от поверхностного натяжения и уменьшается с его увеличением. На растворимость не влияют плотность и фракционный состав. Растворимость газов в углеводородах, использующихся как горючее в ракетных двигателях, отрицательно сказывается в условиях эксплуатации, увеличивает возможность возникновения кавитации в насосах, вызывает вскипание компонентов в баках при понижении давления и увеличивает испаряемость топлива прл дренированни баков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
