Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 53
Текст из файла (страница 53)
На современных турбинах ТЕ1Л могут допускаться температуры до 1300 — !400 К (!027— 1127' С). Повышение температуры парогаза с пере- 1 !1 кисью можно получить, добавляя в газогенератор 7 метиловый спирт 7 7 (СНРОН) или гидразин- у гидрат (ХН,),НРО, по- ч следний обеспечивает надежное сзмовоспламене'б Ф ние. Смесь из перекиси 505(о-ной концентрации и 18о(Р-го спирта обеспечивз- ~Б ет температуру в 1075 К. ау Смесь является стехиометрической, взрывобе- Рнс. 5.!О. Типичные схемы плрогвзогенеразопасной и обеспечиваег тори с Рззложеп«гем помпоне: и снижение расхода топли- а — инрогазогенератор с твердым катализатором; 1 †пода переписи; У вЂ форсун; 3 †корп ПГГ; Ва Иа ГЗЗОГЕНЕРЗЦИЮ ДО 4-твердый катализатор; 5 — отвод парогазаг б— пврагазогенератор с жидким каталкзатором.
!— МИНИМУМЗ, ОДНЗКО ИСПОЛЬ- подвод перекиси; у — форсунки 5 — подвод зкидко- ЗОВЗНИЕ ЭТОЙ СМЕСИ уС- го катализатора; 4 — вннгообраэный канал дли парогаза, 5 †корп ПГГ; 5 †отв парагзза ложняет систему питания ПГГ, так как требуются дополнительные емкости для спирта. Перекись, концентрированная или разбавленная водой до 80 — 70Р(о, не может использоваться как охлаждающая жидкость, так как при нагревании она разлагается. Поэтому парогазогенераторы, работающие на перекиси, обычно делаются без охлаждения стенок. Спирт же, который используется для повышения температуры парогаза, можно использовать для охлаждения стенок генератора.
Учитывая способность перекиси к каталитическому разложению, необходимо правильно подбирать конструкционный материал для газогенераторов. Наиболее надежны в этом случаебудут нержавеющие стали без хромистых присадок, чистый алюминий и его сплавы. Состав и температуру парогаза при разложении перекиси водорода можно определить, пользуясь графиком рис. 5.11. Используя данные графика, нужно учитывать, что действительная температура парогаза будет на 8 — !0575 ниже определенной теоретически за счет неполного разложения перекиси и тепловых потерь через стенки газогенератора (2). Относительная доля 237 разложении перекиси рассчитываетТак, для паров воды на один килограмм перекиси получим: 18 бн,о=11 — С)+ — С кг Н,О.
34 компонентов парогаза при ся по обычным формулам. Саго»ад, % гса Содержание кислорода 32 Оо,= — О,С = — — С кг О.„ 2 2 34 где С вЂ” весовая концентрация перекиси в относительных долях, т, е. 0,7 или 0,8 и т. д. Кроме перекиси водорода с выРио. 8.11. Состав и темпера. делением тепла могут разлагаться тура парогаза при разло- и другие вещества, например гндражении перекиси еолорола знн диметилгидразин, изопропилРазличнои конпентРапии; нитрат, окись этилена и др. Однако, в современных установках сущестобъемный состав ввввгввв вует тенденция устранять с борта ракеты специальные компоненты н использовать для привода ТНА основные компоненты, поэтому ниже рассматривается только разложение гидразина и диметилгидразина.
и Гд 8О Рд ад Канрелтрацил пгрвлиси У % ла массе) Разложение гидразина Гидразнн ХйН» разлагается на азот и водород по реакции, которую в общем виде можно записать так: ЗХеН» 411 — х) ХНа+11+ 2х) )к1в+ бхН,+Я, где х — степень разложения аммиака для условий термического импульса; О = 335,5 — ! 84,2х 1кДж]. Б то же время, разложение гидразина под воздействием термических условий может протекать по сопряженным реакциям в такой форме: ЗХаН» 4ХНв+ Хе+11„ затем протекает вторая форма разложения 4ХНа 2Ма+ бН, — 9е.
Тепловыделение: 9»=335,5 кДж; Яй=184,2 кДж. Это теоретическое разложение вначале должно обеспечиваться небольшим тепловым импульсом с температурой до 550— 650 К. Дальнейшее разложение протекает уже за счет собственного тепловыделения продуктов реакции, н реакция самоподдерживается 11, 21.
Рнс. о!2. Изменение Т и КТ в зависимости от степени Лиссоциации 1ЧНг в продуктах разложения НгНг Вторая фаза реакции — диссоциация аммиака на азот и водород протекает с поглощением тепла, но общий баланс тепловыделения положительный, хотя избыток тепла незначителен. Характер протекания реакции разложения гидразина сказывается на величине температуры газа, и конструкция газогенератора должна обеспечивать развитие реакции разложения до желаемых пределов диссоциации аммиака, Расчеты, проведенные в пред-, -и- 0Т 10, Длс,'лг положении равновесия, показывают, что первая фаза реакции обеспечи- 2000 вает температуру до 1575 К. При 01 полном разложении гидразина и ТФ0 1000 полной диссоциации аммиака тем- Т пература газа может снизиться до 875 К, но при этом в продуктах ре- 700 акции будет довольно много водо- 02 йр 00 0010х рода.
Опираясь на график (рис. 5.12), можно показать, что изменение работоспособности газа КТ в зависимости от степени диссациации аммиака х в пределах от 0,0 до 0,8 не превышает 7%, В то же время изменение температуры газа весьма значительно н достигает перепада около 600'. Указанные изменения температуры ориентировочны потому, что условия химического равновесия, принятые в расчетах, едва ли могут быть выдержаны из-за очень малого, около 0,0! с, времени пребывания гидразина в рабочей зоне газогенератора. Отсюда следует; что, воздействуя на время пребывания гидразина в зоне разложения, можно в довольно широких пределах регулировать температуру генераторного газа, практически от 975 до 1400 К.
Время пребывания гидразина в газогенераторе обычно зависит от конструкции газогенератора — объема камеры, длины пути тазов и жидких компонентов, величины первоначального тепло- вого импульса и т. д. [2, 40]. Разложение диметилгидразина СгмгНг Несимметричный диметилгидразин так же, как и гидразин, при нагреве до 625 К разлагается (35, 40).
Начало разложения наблюдается при температуре в 400 К (!27'С). С увеличением температуры увеличивается интенсивность разложения и при температуре разложения около 775 К (500' С) происходит взрыв. Разложение диметилгидразина идет в условиях сопряженных реакций по следующей схеме: (к!я+ 2С+ЗНг+Яг (СН,)з 5! — МН,~ )т! + 1 112СН + 1/2С+ Яз. Обе реакции с положительным тепловыделеннем: ф=0,84; Цз= — 2,72 —. кг кг 9,=200 к; Цз=550 кк ). ( = — """' кг кг Развитие и относительная значимость той или иной из сопряженных реакций, количество выделившейся энергии и температура генераторного газа зависят от условий протекания реак- ции. На эти условия влияют: время Ртзр Дж/лг ' тл пРебываниЯ диметилгидРазнна в зо,„'-г- ~ не разложения, величина и харак— ~МР тер первоначального теплового импульса, обеспечивающего разложение, конструктивная схема газогене- РТ ратора.
В продуктах разложения НДМГ, в первую очередь, появляются аммиак, водород, метан, азот и углерод в виде сажи; могут быть и пары неразложившегося диРис. 5ДЗ, изменение т и Рт в метилгидразина. Относительная дозавнснмости от давлении при ля каждого из названных прсдук разложении НДМ азложении НДМГ тов будет зависеть от характера развития сопряженных реакций. Удлинение времени пребывания НДМГ в газогенераторе приводит к развитию диссоциации и увеличению доли водорода — это положительное явление. Но удлинение времени пребывания НДМГ увеличивает выделение твердого углерода, а это вредно, так как отложения сажи уменьшают сечения газоводов. Пои этом нарушается нормальный режим работы газогенератора. На показатели генераторного газа, полученного при разложении диметилгидразина, влияет величина давления в газогенераторе.
С увеличением давления заметно растет температура, а работоспособность газа незначительно падает (рнс. 5.13), Это связано с уменьшением диссоциации продуктов разложения при повышении давления. Испарение охлаждающего днигатель компонента топлива Рабочее тело для привода газовой турбины ТНА можно получить, используя испарение одного из компонентов топлива а системе охлаждения ракетного двигателя. Компонент топлива, использующийся для охлаждения стенок камеры н сопла двигателя, обычно нагревается до очень высоких температур и превратить его в пар в системе охлаждения не представляет больших трудностей, хотя это не всегда допустимо для нормальной работы конструкционных элементов самой системы охлаждения.
Рабочее тело, полученное испарением компонента топлива, всегда будет иметь меньшие температуры газа, чем это может быть получено в любом газогенераторе. Для получения достаточного уровня работоспособности пара необходимо высокое значение его газовой постоянной. Это условие можно получить для ограниченного круга веществ, и поэтому система не получила широкого распространения на практике 12). Высокое значение газовой постоянной имеет прежде всего водород. Использование его в качестве пара для привода турбины ТНА выполнено на американском ракетном двигателе Й7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
