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

Текст из файла (страница 4)

Рисунок 13 – Содержание компонентов на срезе сопла при разных значениях α (кислород-метан)

Рисунок 14 – Состав ПС на срезе сопла топлива кислород-метан при разных значениях α:

1 – H₂O; 2 – H₂; 3 – CO₂; 4 – CO; 5 – K-фаза; 6 – CH₄

Рисунок 15 – Состав ПС на срезе сопла топлива кислород-метан при разных значениях α:

1 – O₂; 2 – OH; 3 – NO; 4 – NH₃; 5 – H; 6 – O

Рисунок 16 – Состав ПС на срезе сопла топлива кислород-метан при разных значениях α:

1 – N₂; 2 – HCN

Рисунок 17 – Зависимость T_к (1) и (RT)_к (2) от α (кислород-метан)

Рисунок 18 – Зависимость I_у.п от α (кислород-метан)

1. Топливо азотный тетраоксид-несимметричный диметилгидразин

Предположим, что НДМГ представляет собой сложное соединение, состоящее из 97,1 % (по массе) (CH₃)₂N₂H₂ с энтальпией 829,82 кДж/кг, 1,8 % (CH₃)₂N₂СH₂ с энтальпией 1662,5 кДж/кг и 1,1 % (CH₃)₂NH с энтальпией -976,2 кДж/кг.

В этом случае применять правила записи химических реакций [4] весьма затруднительно. Поэтому воспользуемся программным комплексом «Астра.4» [5] для определения условной химической формулы горючего и его энтальпии.

С помощью каталогизированного программного комплекса «Астра 4» 5 определен состав ПС на срезе сопла двигателя, а также термодинамические параметры (температура в КС T_к, газовая постоянная в КС R_к, комплекс (RT)_к и пустотный удельный импульс I_у.п). Результаты расчета приведены в табл. 5 и на рис. 19–24. Распечатка машинного кода приведена в Прил.

Таблица 5 – Результаты термодинамического расчета (азотный тетраоксид-несимметричный диметилгидразин)

Компонент	Коэффициент избытка окислителя α
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
H2O	9,66	8,57	8,09	8,06	9,78	12,52	14,86	16,32
H2	18,63	17,44	15,30	13,19	10,98	6,71	2,79	1,17·10-4
NH3	2,47·10-3	1,69·10-3	1,29·10-3	1,05·10-3	6,39·10-4	1,13·10-4	1,05·10-5	1,02·10-12
N2	13,81	13,41	13,10	12,86	12,66	12,51	12,37	12,26
CO	0,85	1,36	1,48	1,34	1,06	1,02	0,76	6,27·10-5
CO2	5,17	7,02	8,38	9,39	9,41	8,69	8,15	8,24
CH4	3,15	1,90	1,41	1,06	0,17	3,74·10-4	1,53·10-7	—
k*C	8,29	4,77	1,96	—	—	—	—	—
HCN	6,54·10-8	9,45·10-8	8,08·10-8	5,48·10-8	2,61·10-8	2,61·10-8	1,67·10-9	3,68·10-20
O	—	—	—	—	—	—	8,91·10-19	1,14·10-9
H	1,18·10-12	2,41·10-12	2,07·10-12	1,33·10-12	2,82·10-12	2,00·10-10	1,74·10-8	1,35·10-8
O2	—	—	—	—	—	—	—	—
OH	3,38·10-17	8,04·10-17	7,14·10-17	4,75·10-17	1,86·10-16	1,03·10-13	1,10·10-10	9,08·10-6
NO	—	—	—	—	1,66·10-20	3,48·10-17	1,85·10-13	7,52·10-6
CH2O	7,71·10-9	1,04·10-8	9,04·10-9	6,64·10-9	4,24·10-9	2,51·10-9	8,11·10-10	3,02·10-18
C3O2	4,25·10-20	1,47·10-19	1,47·10-19	8,45·10-20	2,67·10-20	1,10·10-20	—	—
CHO2	2,03·10-16	4,46·10-16	9,04·10-9	3,12·10-16	5,55·10-16	1,69·10-14	6,16·10-13	2,22·10-13
Термодинамические параметры
Tк, К	1777,72	2324,2	2780,89	3131,73	3368,63	3488,92	3521,26	3505,15
Rк, Дж/(кг·К)	543,40	484,59	437,67	402,17	375,60	356,36	342,55	332,29
(RT)к, кДж/кг	966,00	1126,27	1217,12	1259,47	1265,24	1243,29	1206,20	1164,72
Iу.п, м/с	3045,26	3162	3275,4	3374,88	3458,69	3524,31	3569,17	3588,14

Примечания: 1. Содержание компонентов приведено в моль/кг. 2. k*C – конденсированная фаза.

Рисунок 19 – Содержание компонентов на срезе сопла при разных значениях α (АТ-НДМГ)

Рисунок 20 – Состав ПС на срезе сопла топлива АТ-НДМГ при разных значениях α:

1 – H₂O; 2 – H₂; 3 – CO₂; 4 – CO; 5 – K-фаза; 6 – CH₄; 7 – N₂; 8 – NH₃

Рисунок 21 – Состав ПС на срезе сопла топлива АТ-НДМГ при разных значениях α:

1 – HCN; 2 – CH₂O; 3 – H; 4 – CO; 5 – OH; 6 – NO

Рисунок 22 – Состав ПС на срезе сопла топлива АТ-НДМГ при разных значениях α:

1 – CHO₂; 2 – C₃O₂

Рисунок 23 – Зависимость T_к (1) и (RT)_к (2) от α (АТ-НДМГ)

Рисунок 24 – Зависимость I_у.п от α (АТ-НДМГ)

Выводы

1. Необходимо обратить внимание на то, что кислород–водород является единственным топливом среди остальных трех, где максимальный пустотный удельный импульс тяги достигается при достаточно глубоком обогащении горючим ( ). Доказательством такого исключения является кривая изменения удельного импульса по составу смеси, приведенная на рис. 6. Причина сдвига максимума удельной тяги кислород–водородного топлива в область глубокого обогащения горючим кроется в характере реакции окисления водорода. В этом случае именно при значениях α, близких к 0,6, получается оптимальное количество свободного водорода при достаточно высокой температуре и молекулярный вес продуктов реакции достигает малого значения, а это, в свою очередь, ведет к увеличению газовой постоянной продуктов сгорания, росту скорости истечения и удельного импульса (см. рис. 3, 4, табл. 2). Однако применение этого топлива для двигателей первых ступеней представляет большую угрозу окружающей среде в связи с тем, что свободный водород, содержащийся в ПС, реагирует с окружающим воздухом с образованием оксида азота (IV), который, в свою очередь, адсорбируется водой из ПС при избытке кислорода по уравнению

.

Образующаяся при этом азотная кислота впоследствии выпадает на близлежащую территорию в виде осадков, что пагубно влияет на жизнедеятельность живых организмов и растений.

Поэтому использование топлива кислород-водород целесообразно для двигателей вторых и третьих ступеней ракет-носителей (РН) и для двигателей разгонных блоков (РБ).

1. Хорошо известно, что максимум удельного импульса тяги с углеводородами для кислорода получают при таких соотношениях компонентов, когда водород будет сгорать в Н₂О, а углерод — в СО и частично в СО₂, причем топлива с наихудшими энергетическими показателями соответствуют наибольшей доле углерода, окисляющегося в СО₂. Отсюда следует, что для углеводородного горючего с общей формулой C_nH_m 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 . Так, для топлива кислород-керосин максимум пустотного удельного импульса приходится на . Из рис. 7, 8 видно, что при значении содержание паров воды в ПС достигает максимума.

Хочется отметить, что при малых значениях α в ПС наблюдается большое количество K-фазы (см. рис. 8).

Характеристики

Список файлов домашнего задания