Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 48

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 48)

обратимой фазоизменяемостью. Это свойство проявляется при изменении давления, температуры, механического воздействия, например, встряхивания, взбалтывания, и изменении других физических условий. Тиксотропность можно вызвать действием электролитов или добавкой специальных присадок — желатинизаторов, причем в очень небольших количествах. Желатинируюшие присадки к компонентам топлива не должны отрицательно сказываться на энергетических свойствах топлива.

Большинство лиофильных золей и некоторые лиофобные золя в определенных условиях приобретают способность желатинпзцроваться, т. е. превращаться в студнеобразные массы— гели. Процесс желатинирования является одним из видов коагуляции. От обычной коагуляции — свертывания, сгущения, он отличается тем, что вся масса коллоида переходит в своеобразное полужидкое состояние без образования осадка. Обладая свойством тиксотропности, в определенных условиях желатинированное или коагулированное золе- или гелеобразное топливо должно превращаться в жидкость. Современное золе- и гелеобразное высокоэнергетическое ракетное топливо по мнению иностранных специалистов преимущества В случаях неудачных стартов ракетных систем часто возникает пожар ~58, 60, 671.

Использование топлив, способных коагулировать илн желатинироваться в баках в условиях аварийных ситуаций, значительно сокращает опасность возникновения пожара. При этом в бак вводится небольшое количество желатинирующегося геля н почти мгновенно изменяется состояние жидкого топлива, которое коагулирует или желатинируется от состояния «густых сливок» до «состояния твердого топлива» ~671. В этом и заключается главное достоинство тиксотропных золе- и гелеобразных топлив. Вторым, очень важным свойством этих топлив является их способность хорошо сохраняться, а также их высокая пожаро- безопасность. Это связано с тем, что золеобразное топливо (особенно криогенное) имеет меньшую испаряемость по сравнения~ с жидким. По данным СШЛ, кислородное желе 1гель) может сохраняться прн температуре сухого льда в течение недели.

Перевод топлива в гелеобразное состояние обеспечивает также сохранение фракционного состава для сложных и легкоиспаряющихся компонентов 158, 621 Водородные гели характеризуются уменьшением проницаемости конструкционных материалов, н особенно сварных швов. Значительно улучшаются условия многолетнего хранения твердого ракетного топлива, находящегося в состоянии твердого геля и обладающего тиксотропностью. В этом случае образование трещин в процессе хранения или транспортировки не является условием для отбраковки зарядов.

Используя условия тикготропности, заряд после хранения н транспортировки переводят в полужидкое илн желеобразное состояние, когда трещины исчезнут, он коагулирует до нормального твердого состояния и используется по назначению. За счет коагуляции топливных компонентов возможно увеличение плотности, как показывают расчеты, в пять раз по отношению к кислородводородному топливу и в 2 раза по отношению к жидким топливам типа азотного тетраксида НДМГ ~58!. Для топлив, использующихся на верхних ступенях ракетных систем, коагуляпия жидких компонентов может позволить несколько уменьшить прочность стенок баков, так как коагулированное топливо при движении ракеты создает давление только на днище бака, тогда как жидкое давит и на стенки.

Для многоразовых и космических ракетных систем использование коагулированпых топлив позволяет улучшить баллистические свойства системы. Для топлив в гелеобразном состоянии исключается перетекание или растекание жидкости по всему объему бака. Топливо коагулирует в условиях, отвечающих наилучшей центровке аппарата, центровка почти не нарушается при маневрировании и сохраняется при небольших расходах компонента. При золе- и гелеобразном состоянии топлива почти исключается влияние невесомости на заполнение бака, на образование газовых пузырей, на готовность и заполнение системы питания к повторным запускам в условиях космоса.

Наконец, необходимо отметить, что в условиях космоса для тиксотропных и коагулирующих компонентов топлива возможен подбор наилучших значений теплопроводностн и теплоемкости заряда. Последнее обстоятельство особенно ценно для систем многоразового действия потому, что, правильно используя свойства тиксотропности или коагуляции, можно удовлетворительно 215 решить задачу распределения теп оных потоков, идущих от двигательной установки, в объеме космического корабля 158, 601, Как видно, топливо в виде тиксотропного золя или геля обладает целым рядом преимуществ, Недостатки При использовании желатинирующихся топлив усложняется и дорожает система топливных баков за счет емкостей для желатинизатора и впрыскивающих приспособлений.

Для освобождения емкостей от желатинированного или коагулированного компонента необходима тиксотропность и выполнение ее условий. Нормальные стандартные системы питания и смесеобразования двигательных установок не обеспечивают стабильность топлива 1по к и а) при использовании компонентов топлива в состоянии золя или геля. Необходима специальная конструктивная разработка систем питания. Перекачка желатннированных компонентов стандартными турбонасосными агрегатами невозможна. Требуется заметное увеличение мощности и размеров агрегата или соблюдение тиксотропности.

Иногда имеет место увеличение стоимости 1до 3 — 7о7е) желатинированных или находящихся в состоянии золя илн геля компонентов топлива. Часто желатинированное топливо стоит дешевле, чем чистый жидкий продукт, так как по условиямпроизводства иногда золеобразное состояние является промежуточной фазой и продукт используется в этом случае как бы в полусыром виде, это стоит дешевле окончательной обработки. Удорожание наземного аэродромного или стартового оборудования, испытательных или пусковых стендов, складского хозяйства, вызванное изменением их рабочих параметров при использовании желатинированных компонентов или волей — гелей, оценивается в 5 — 107о 158, 67]. Необходимость постановки и расширения новых научно-исследовательских работ по довольно большому кругу проблем вызывает новые затраты.

Известен ряд направлений, по которым в современных условиях необходимо развернуть исследования. 1. Подбор и составление рецептуры желатинизаторов или прнсадок н определение условий тиксотропности. 2. Определение условий и места желатинизации ряда компо нентов, которую можно проводить на заводе при производстве топлива, на старте силовых систем или на складе в процессе хранения. 3. Оценка влияния желатинизаторов на рабочий процесс и характеристики двигателей. 4. Влияние на устойчивость процессов сгорания.

2ш 5. Оценка физико-химических свойств и технико-эксплуатационных показателей топлив, находящихся в состоянии золя— геля, желатинизирующихся и обеспечивающих тиксотропность. Вероятные схемы двигателей Золе- и гелеобразное желатинированное топливо отличается по физико-химическим свойствам от обычного жидкого, и поэтому возникает вопрос, на каких типах двигателей возможно использование этого топлива, можно ли использовать обычные существующие схемы нли требуется специальная конструктивная разработка новых форм и схем двигателей.

Коллоидные системы топлива только начинают внедряться в практику, и ряд специальных вопросов еще не разрешен и не исследован даже в общем виде. Желатинизирующееся топливо по физическим свойствам до желатинизации почти или совсем не отличается от обычного жидкого. Топливо в форме волей, гелей или эмульсий может заметно отличаться от жидкости, а в случае тиксотропности может иметь жидкофазную структуру. Следовательно, схема двигателя должна подбираться в каждом частном случае. Для желатинизирующихся жидких топлив с обычными пределами плотности и вязкости компонентов могут быть использованы стандартные системы с газобаллонной подачей и с ТНА.

Этиже схемы могут использоваться для топлив типа волей, гелей и взвесей, если их вязкость не намного отличается от стандартных жидких топлив, но в этом случае, очевидно, системы питания должны быть пересмотрены для конкретных условий с учетом вязкости и плотности компонентов. Топлива типа волей и гелей, сохраняющих заданную форму заряда, могут использоваться в схемах твердотопливных или двигателей СРТ. Топлива концентрации каши или пасты требуют применения камер сгорания специальных форм и специальной системы подачи.

Такие камеры и системы подачи существуют. Современная рецептура присадок— желатинизаторов и коагуляторов В настоящее время предложено и проверено на практикедостаточно большое число различных присадок, обеспечивающих желатинизацию и коагуляцию компонентов топлива, перечень этот быстро увеличивается [67~, В качестве загустителей и желатинизаторов в органозолях целесообразно применять металлы. Наилучшие результаты показали алюминий, магний, литий, бериллий, бор и др.

Они добавляются в количествах от ! до 2в~> и как загустители от 30 до 40' . Присадка металлов всегда дает увеличение плотности топлива и вязкости, повышение теплопроизводительности и температуры горения в камере и удельного импульса тяги. 217 Силикагели, используемые как желатинизаторы, добавляются в пределах от 0,5 до 2,5%. Как желатинизатор хорошо себя показала алюминиевая соль монобутилдецилтеофосфиновой кислоты, которая добавляется в количествах от 0,5 до 1,5%. Затем в этой же роли может быть использована пирогенетическая двуокись кремния, которая широко применяется для загущения шугообразного водорода.

По данным США, она добавляется в количествах до 35"1э )62). Очевидно, ее частицы служат как вещество, обеспечивающее образование кристаллов, как центры кристаллизации. Для углеводородных горючих эффективные результаты как желатинизатор дает диметилен СзН4 и а-олефин СзНм Добавление этих веществ в пределах от 0,5 до 1,0% при охлаждении основного компонента до +20' С позволяет в течение 15 мин всю массу продукта перевести в гелеобразное состояние.

Характеристики

Список файлов домашнего задания