Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Для углеводородных горючих типа керосина неплохие результаты дает добавка около 1,5% омидооксимасляной кислоты. В качестве желатинизатора может быть использована обычная вода, если она добавляется в количествах от 2 до 2,5% по объему. Топливо при этом должно эмульгироваться и подвергаться действию повышенных давления и температуры. В качестве желатинизаторов — коагуляторов для прямого действия при вводс в топливный бак с нормальным жидким топливом рекомендуются так называемые реопексные гели (с гал. лоидозамещенными углеводородами).
Эти вещества действуют при изменении давления и температуры. Жслатинизаторы могут набухать и растворяться будучи введены в жидкость в дисперсном состоянии. Набухание— о лень ценное свойство, придающее жидкостям (дисперсной среде) структуру геля за счет сил сцепления. Набухающие желатинизаторы обычно не растворяются, а их гелеобразующая способность пропорциональна площади поверхности частиц. В качестве гелеобразующих желатинизаторов этого типа используются неорганические фториды и фторированные межгаллондные соединения. Они летучи при температуре окружающей среды.
Их диспергиризация производится методом быстрой конденсации паров в криогенной жидкости, надо иметь в виду, что фторированные межгаллоидные соединения сами по себе являются хорошим окислителем и имеют высокую упругость пара. Гелеобразующие вещества, способные растворяться в дисперснонной среде, обычно образуют непрочные деградирующле гели [58). Деградация геля объясняется тем, что при растворении увеличивается объем и уменьшается поверхность дисперсной фазы.
При этом уменьшается величина поверхностной энергии и е ростом сгустка начинается разрушение геля. Для таких окислителей, как ОГь хорошими желатинизаторами являются С1Рм С1Гм ВгРм ВгРз и соединения С1Рз, ВРм Наиболее перспектив- ны С!Га и С1ГаВГа, так гель, образованный добавкой 15,2% С1Гм стабилен в течение 8 сут., а гель, образованный присадкой С1Г,ВГм — в течение 30 сут. Использование этих желатинизаторов для космических топлив типа ОГ,+ВгНа очень перспективно, так как они обладают высоким удельным импульсом, например, система ОГт+93%ВгНа+7% [СНа)аНВГа дает удельный импульс тяги порядка 3640 м/с [58, 601.
Все представленные здесь желатинизаторы не должны ухудшать физико-химические и эксплуатационные свойства основных компонентов топлива, такие как теплопроизводительность, токсичность, коррозионную активность, стабильность и рабочие характеристики двигателя. При подборе присадок для топлив космических аппаратов необходимо учитывать, что коллоидные топлива и присадки— желатинизаторы могут способствовать развитию грибковых бактерий — плесени, которая может оказаться очень опасной для топлива. Ниже приводится несколько примеров, проверенных практикой композиций топлива, в которых используются коллоидные компоненты.
В табл. 5.4 приведены органозоли, топлива с кислородным окислителем, эта группа по удельным импульсам не превышает 2945 м/с [300 с1. Показан ряд современных высокоэнергетических композиций, которые обеспечивают значения удельного импульса тяги, близкие к фторводородному топливу. Энергетический уровень определяется по удельному импульсу тяги [58, 601. Таблица бы 77. и/с Окислитель Желатиниаатор Горкжее А! Мя 1.! Ве СгНо НгО Ог О, Ог О О, Гоксаи ! А! Гексан+Мя ['ексан+ Е1 ГЛОХ О Г1.0Х Гг А1 А! Ве А! Металл 219 Гексан+Ве Керосин Керосин+вона во о/о ЫгНг+ 508о А! Аарозин+А! НгеВе СГ4ЕА1 ВеН, Современное коллоидное топливо 2750 2750 2750 2750 2950 3140 4670 4225 4670 4620 66.
ЗМУЛЬСИОИНЫЕ ТОПЛИВА В современных условиях эмульсии, вероятно, будут иметь некоторые преимущества по сравнению с гелями из-за своих структурных особенностей. Гель является системой с «твердой решеткой», заполненной жидкостью, а эмульсия — жидкость в жидкости. Эмульсии довольно легко деэмульгнруются и вновь восстанавливаются, они менее чувствительны к температурным изменениям. Для восстановления эмульсии ее достаточно перемешать, что получается, если перекачать эмульсию из бака ц обратно в бак. Деэмульгирование легко производится действием высокого давления. Гели при понижении температуры загустевают, а при повышении разжижаются и самопроизвольно деградируют 135, 401 Деградация объясняется уменьшением поверхностной энергии при росте объема сгустков н площади поверхности.
Для эмульсий, как показывает практика, можно получить системы устойчивые в пределах температур от 193 до 463 К. Устойчивостью к изменению температуры обладают не все эмульсии. Так, например, эмульгатор аминацерат на основегидрнрованного жира дает заметное загустевание при понижении температуры 1401. В состав эмульсионного топлива очень часто входи". вода, сама по себе она не влияет на свойства эмульсии, но может вызвать коррозию конструкционных материалов. В таком случае з эмульсию необходимо вводить ингибиторы. В эмульсиях больше чем где-нибудь проявляются свойства тиксотропности и склонность к коагуляции. Обычно это проявляется в уменьшении текучести эмульсии после некоторого срока хранения.
Уменьшение текучести нежелательно, так как требует увеличения мощности насосов, удлинения времени перекачки, что вызывает повышение затрат при перекачке эмульсионно. го топлива в баки. Коагуляция эмульсии увеличивается довольно быстро в первые несколько дней после приготовления эмульсии. Затем этот процесс замедляется и предел текучести становится постоянным. Применяя перемешивание или взбалтывание, можно восстановить предел текучести в прежнем уровне. Объяснить это явление пока не удалось, но пути к сохранению стабильности свойств эмульсии есть.
Все эмульсии обладают пониженной испаряемостью и текучестью, что особенно важно с позиции противопожарной безопасности при применении этого вида топлива 135, 401 Кроме того, установлено экспериментально, что скорость распределения пламени в эмульсионных топливах очень низка по сравнению с обычными, что также объясняется низкой испаряемостью топлива. Снижение испаряемости можно объяснить физической структурой эмульсии, которая представляется в 220 форме системы отдельных капелек днсперсной фазы в дисперсионной среде.
Если коагуляция днсперсной фазы велика, то и дисперсионная среда превращается в капли и структура жидкости напоминает дробь, засыпанную в стакан. В этих условиях действуют силы поверхностного натяжения, они настолько велики, что происходит как бы капсюлнрование жидкостей. Образующаяся пленка поверхностного натяжения прспятствует нспаряемости. Ухудшспная испаряелюсть и малая скорость рас пространения пламени значительно облегчают тушение загоревшегося эмульсионного топлива. Тушение можно проводить водой, водяным туманом и даже воздухом, чего нельзя делать с такими горючил!и, как керосин.
Уменьшение нспаряемости способствует и меньшей воспламеняемости эмульсионного топлива при случайных истечениях, например через пробоины в баках. Этому же способствует и меньшая текучесть. Испытания эмульсионных топлив на воспламеняемость от удара в условиях аварийной посадки аппарата показали, что воспламеняемость значительно ниже, чем с обычными жидкими топливами !67, 66~. В табл.
5.5 приводятся некоторые физико-химические свойства углеводородного эмульснонного горючего и синтетического керосина. Все вышесказанное подтверждает большие возможности н преимущества использования эмульсионных топлив на ракетных н самолетных двигательных установках. Таблица 5.5 Эмульсия Керосин Свойство 0,75 На 1еуе больше 100 99 —:97 0,14 — 0,21 0,14 — 0,21 0,00015 0,0013 †,005 Одинаково Плотность Тсплопроизводитсльност», "е Упругость пара, кгусм' Зольность Механические примеси Электропроводность 8,5 ° 10 14 ~ 2,8 ° !О е — 4,1 ° 10 в 5.7.
МЕТАЛЛЫ КАК ГОРЮЧЕЕ РД 22! Металлы в качестве горючего были предложены Ф. А. Иандером, М. К. Тихонравовым и др. еп!е на заре развития ракетных двигателей, но успеха эти предложения не имели. Особенно большую исследовательскую работу по применению металлов как горючих ракетных двигателей провели академик В. П. Глушко н проф. М. К. Тихонравов. Использование металлов в ракетных двигателях было связано с рядом серьезных трудностей, обнаруженных в процессе исследовательских работ и не разрешенных до настоящего времени.
К ним относятся проблемы подачи металла в камеру, очень высокие температуры горения в камере и в связи с этим затруднения в охлаждении двигателя, а также высокие температуры плавления н кипения самих металлов. В настоящее время можно указать на четыре метода подачи металла в камеру сгорания двигателя: 1) подача расплавленного жидкого металла; 2) подача металла в пылевидной форме; 3) подача металла в виде жидкого металлоорганического химического соединения: 4) подача металла и виде органозоля нли коллондного раствора. Наиболее простыми и технически удобными являются третий и четвертый методы подачи жидкого металлоорганического химического соединения или органозоля, но н при этих методах существуют трудности, которые будут рассмотрены в разделе, посвященном этим типам горючего.
Для подачи жидкого металла в виде расплава необходимо затратить большое количество тепла, при этом насосы, трубопроводы, регулирующая арматура должны быть выполнены из тугоплавких и дорогих металлов. Применение подачи металлического горючего в виде расплава требует создания на самой ракетной установке или на стартовой площадке устройств для расплавления металла — специальной печи, что вызывает технические трудности и значительно увеличивает вес конструкции ракетной установки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
