Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Хорошо известна смесь из 50% ксилидина и 50% триэтиламина, тонка-250, которая с азотной кислотой в качестве окислителя дает период задержки воспламенения менее 0,03 с. Предложенные американскими учеными смеси из ароматического амина — анилина и диамина — гидразина также дают весьма удовлетворительные значения периода задержки Таблица П27 воспламенения с азотным тет- Содержание, % раксидом в качестве окислителя. В зависимости от содержания компонентов в составе горючего период воспламенения измсняется так, как показано в табл.
3. 21. Как видно нз таблицы, наилучшие результаты можно получить при добавке около 20% т„с анилин гидрааии 0,35 0,003 0,0!2 0,076 100 80 40 20 0 20 60 80 гидразина. В данном случае гидразин является весьма активным инициатором самовоспламенения. Таким же инициатором может служить и фурфурнловый спирт для ряда смесей с аминами и азотной кислотой в качестве окислителя (табл, 3.22). Таблица 3.22 Состав горючего Состав горючего т5 0,055 1,31 0,018 1,57 Ксилидин+фурфурпловый спирт Триэтила мин+ фурфурпловыи спирт Диметиланичииц +фурфуриловый спирт Ли ил ни+ фурфурпловый спирт Толуидипч-фурфуриловый спирт Ксилидин+ фурфурпловый спирт 0,061 1,32 0,037 1,75 0,096 0,02 1,41 1,4 Как видно нз данных, приведенных в таблице, смеси анилина и ксилидина с фурфуриловым спиртом дают период задержки воспламенения ниже 0,03 с.
На период задержки воспламенения сушественно влияет тсмфпература жидкофазного компонента топлива. Это влияние хорошо иллюстрируется данными Я. М. Паушкина для двух различных топлив (рис. 3.6). Как видно из рис. 3.6, с понижением температуры жидкости период воспламенения заметно увеличивается, это может привести к жесткому запуску или даже к взрыву двигателя при запуске.
Создание смесей горючих оправдано не ~олько условиями снижения периода задержки воспламенения для получения мягкого и надеж- ного запуска двигателя. Смешение горючих компонентов топлива обычно приводит к заметному улучшению основных физико- химических характеристик, важных для эксплуатации, таких, как плотность, температура застывания, температура кипения и др, Напомним, что подобные же обстоявгп тельства привели к созданию смесей окислителей, например, смеси из гца 80",р азотной кислоты и 20% азот- 1бП 1 ного тетраксида. вп Лля смесей горючих хорошим примером является тонка-250, сос-гп-2п -1п и гп гп вп7;и тоящая из 50% триэтиламина и 50% ксилидина или смесь аэрозин, состоящая из 50% гидразина и на период задержки самовос- 50 !а диметилгидразина (несимметплаиеиенин: ричного).
В табл. 3.23 представлеввртввв квелргвз-фурф»рнлр. ны характеристики двух назване""р' ' — """'" квслргве НЫХ СМЕСЕЙ И ИХ ИСХОДНЫХ СОСтаВ+Фгрфтр л вор вввртевввлвв лающих. Период задержки воспламенения, указанн!»н! в таблице, относится к азотной кислоте как окислителю. Таблица 3.23 Молекулнрнан масса Плотность, ггсмз Твл, К Тюре К т„с Название горючего 158 258 †2 203 271,3 215,8 362,4 197,0 372,0 386,5 363,1 0,75 0,99 0,845 1,01 0,685 101,2 121 0,02! 0,065 0,025 О,!4 0,004 Тризтиламин Π— Ксилидин Тонка-250 32 60 Гндразин Неснмметрнчныа диметилгидразин Лзрозип 265,7 0,9 373,0 0,014 Энергетическая характеристика аминов.
Используя большое число литературных источников, можно сделать заключение, что удельный импульс топлив на основе азотной кислоты и аминов имеет величину !9бΠ— 2000 м!с. Ее можно нев сколько увеличить за счет повышения давления в камере и степени расширения в сопле. Но, как известно, эти конструктивные параметры не определяют энергетического уровня топлива, хотя и влияют на величину удельного импульса. Более существенное влияние оказывает подбор окислителя.
Так, с аминами как горючими, используя в качестве окислителя азотный тетраксид, можно получить увеличение удельного импульса до 2350— 2450 м/с, т. е. на 15--!8% . Если в качестве окислителя использовать моноокись фтора и анилин, по данным Сарнера, можно получить удельный импульс до 2350 м/с, но применение высоко- криогенного окислителя на основе фтора, дорогого и вызывающего трудности в эксплуатации, с дешевым и довольно простым по условиям эксплуатации горючим, едва ли будет оправдано. Учитывая, что в большинстве случаев амины используются в ракетах ближнего действия, ракетах массового применения и являются относительно дешевым видом горючего, надо стремиться ь подбору и использованию с ними дешевых окислителей массового производства, простых в эксплуатации.
В этом случае наиболее вероятными окислителями для аминов будут азотная кислота, азотный тетраксид, их смеси и, возможно, тетранитрометан. Используя эти окислители, можно получить топлива, обладающие довольно высокой плотностью— от 1,25 до 1,3 игам', а удельный импульс тяги в пределах 1960— 2260 м(с. С точки зрения величины удельного импульса эти топлива в современных условиях будут находиться на весьма низком уровне, в ряде случаев уступая твердым топливам.
Однако, использование азотной кислоты и окислов азота или тетранитрометана в качестве окислителей с алифатическими или ароматическими аминами или их смесями, всегда обеспечивает самовоспламенение топлива. Некоторое увеличение удельного импульса тяги и уменьшение периода задержки воспламенения можно получить, используя смеси аминов и диаминов, например анилин и гидразин. Период задержки воспламенения в этом случае может сократиться почти в 1О раз, а удельные импульсы с азотной кислотой увеличиваются почти на 20 — 25'4 и достигают 2360 †24 м!с.
Применяя в качестве окислителя азотный тетраксид и смеси аминов с диаминами, 'можно получить удельный импульс тяги порядка 2650 †27 м/с. Однако надо иметь в виду, что экономически такие комбинации едва ли будут оправданы, подобные уровни удельного импульса с азотной кислотой и окислами азота легко и дешево могут быть получены при применении в качестве горючего обычного керосина, продукта исключительно дешевого и имеющегося в нсограниченном количестве.
Триэтиламин (С,Н,,)м4 Триэтиламин — это амин елифатического ряда, при нормальных условиях бесцветная, прозрачная жидкость с запахом аммиака. Технический триэтиламин может иметь светло-желтый оттенок из-за наличия незначительной примеси (до 3'Уа) диэтиламина. Триэтиламин токсичен, все меры предосторожности при работе с аминами, описанные выше, относятся к нему в полной мере. Триэтиламин обладает очень низкой температурой вспыш- ~З7 ки паров 266,3 К ( — 6,7'С) и поэтому в пожарном отношении небезопасен. При подогреве до 783 К (5!О'С) самовоспламеняется с воздухом.
Коррозионпая активность мала, по применению конструкционных материалов обычных ограничений нет, но предпочтительно использование нержавеющих сталей, алюминия и его сплавов. Производственные возможности его получения имеются, но продукт достаточно дорогой. Ксилидин (СзНзХНх) Ксилидин — ароматический амин, производится восстановлением нитроксилола. В нормальных условиях это относительно малоподвижная жидкость от светло-коричневого до темно-коричневого цвета с собственным характерным запахом. Основные физико-химические константы указаны в табл.
3.23 При температурах ниже 293 К (20' С) становится вязким. Температура вспышки паров около 325 — 330 К (52 — 57' С). В пожарном отношении относительно безопасен; токсичен, как и все амины, является ядом, действующим на нервную и кроветворную системы. Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочих помещений не более 0,005 мг!л. Коррозионная активность низкая, ограничений по применению материалов нет. При длительном хранении лучше использовать легированные стали.
Тонка Выше было указано, что тонка представляет собой смесь из 5070 алифатического н 50~$ ароматического аминов — триэтиламина и ксилнднна. Г!ри нормальных условиях это жидкость желтоватого цвета, прозрачная. При длительном хранении темнеет и приобретает буроватый оттенок. Имеет характерный запах, напоминающий запах аммиака. Токсичность тонки несколько выше, чем исходных продуктов, она является ядом, действующим на кровь и на центральную нервную систему, ее действие избирательно — несколько сильнее на мужчин, чем на женщин. Смешение триэтиламина с кснлидином позволило получить в данном продукте очень хорошие границы температур кипения 362 К (89'С) и застывания 203 К ( — 70' С). Плотность тонки в среднем равна 0,847 г/см' и меняется с температурой в пределах от 0,8! при 325 К (52'С) до 0,9 прн 225 К ( — 52' С).
Тонка обладает еще одним очень важным и полезным свойством: период задержки воспламенения ее меняется в зависимости от изменения состава окислителя и практически колеблется в пределах от 0,02! до 0,028 с (по приборному методу). 138 Коррозионная активность тонки несколько выше, чем триэти ламина н ксилиднна, но практически для сталей, алюминия и е1о сплавов ограничений нст. Не рекомендуется применять медь и латунь, так как они недостаточно стойки. Прокладочными материалами могут служить, как обычно, фторопласты, хлорвинил и допускается паронит.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
