No kā sastāv raķešu degviela? Slepenā degviela: Dievu ēdiens

Federālais valsts budžets izglītības iestāde augstāks profesionālā izglītība

(FSBEI HPE)

"Astrahaņas Valsts tehniskā universitāte" (AGTU)

"Jūras tehnoloģiju, enerģētikas un transporta institūts" (IMTEiT)

Siltumenerģētikas katedra (HEAT)

Kursu darbs

disciplīnā "Degviela"

par tēmu "Raķešu degviela"

Pabeigts

TET-21 grupas audzēknis

Prikazčikovs A.A.

Recenzenti:

TET-21 grupas audzēkņi

Putjatins S.S., Židkovs S.M.

Skolotājs:

Ķīmijas zinātņu doktors, profesors Ryabukhin Yu.I.

Astrahaņa-2012

1. Vēsturiskais fons

Galvenie raķešu degvielas veidi

1 Šķidrā raķešu degviela

1.1 Oksidētāji

1.2 Degviela

1.3. Visizplatītāko šķidro raķešu degvielu salīdzinājums

2 Cietā raķešu degviela

2.1 Raķešu pulveri

2.2. Jauktie propelenti

Atsauces

. Vēsturiskais fons

Raķetes ieslēgtas cietais kurināmais parādījās daudz agrāk nekā raķetes ar šķidro raķešu dzinējiem (LPRE). Pēdējie mums ir kļuvuši tik pazīstami, ka mēs aizmirstam par to, kad tos sāka izmantot, lai iekarotu kosmosu un karojošo pušu kaujas operācijās. Un tas notika tikai pirms 50 gadiem. Pirms tam cietā kurināmā raķetes jeb raķetes ar pulvera dzinējiem karaspēks veiksmīgi ekspluatēja un izmantoja vairākus gadsimtus. K. E. Ciolkovskis norādīja uz iespēju izmantot šķidrumus, tostarp šķidro ūdeņradi H2 un skābekli O2 kā degvielu raķetēm.<#"justify">2. GALVENIE RAKETU DEGVIELAS VEIDI

Raķešu degvielas izvēle ir atkarīga no daudziem faktoriem. Nav ideālas degvielas, katram ir savi plusi un mīnusi. Degvielas izvēli var ietekmēt tādi faktori kā cena, īpatnējais impulss, degšanas ātrums, degšanas ātruma spiediena funkcija, drošība un izgatavojamība un citi.

2.1. ŠĶIDRĀ PROPELLENTA

OksidētājsUn degvielasatur divkomponentu degvielu atsevišķi konteineri- tvertnes un, izmantojot dažādas ierīces, tiek atsevišķi ievadītas motora kamerā sadegšanai. Divkomponentu šķidrajām degvielām šobrīd ir visplašākais pielietojums, jo tās nodrošina visaugstāko īpatnējo dzinēja vilci, ļauj viegli regulēt vilces lielumu un virzienu lidojuma laikā, kā arī izslēgt dzinēju un iedarbināt to no jauna. Šo degvielu trūkums ir sarežģītā dzinēja konstrukcija ar lielu skaitu detaļu un komponentu ar sarežģīta sistēma vadība un regulēšana.

UZ pašaizdegšanāsTie ietver divkomponentu degvielu, kuras sadegšana sākas pati no sevis, kad dzinēja kamerā tiek sajaukts oksidētājs un degviela.

Neuzliesmojošsdegvielai, iedarbinot dzinējus, ir jāizmanto papildu aizdedzes līdzekļi, lai sāktu degšanu. Pašaizdegšanās degviela nodrošina uzticamāku dzinēja iedarbināšanu un stabilāku darbību.

Šķidrums vienkomponentudegvielas ir iepriekš sagatavotas oksidētāja un degvielas pašaizdegšanās maisījumssadegšanai nepieciešamajā proporcijā vai šķidra viela, kas noteiktos apstākļos sadalās, izdaloties siltumam un veidojoties gāzēm. Vienkomponenta degviela tiek novietota uz raķetes vienā tvertnē un pa vienu līniju tiek piegādāta sadegšanas kamerā caur sprauslām.

Priekšrocībašādu degvielu, salīdzinot ar divkomponentu degvielām, ir dzinēja konstrukcijas vienkāršošana, jo ir nepieciešama tikai viena piegādes sistēmas līnija. Bet šīs degvielas netiek plaši izmantotas šķidrās degvielas raķešu dzinējos, jo tās nevar nodrošināt nepieciešamo specifisko vilci. Tās vienkomponenta degvielas, kas nodrošina pietiekamu īpatnējo vilci, nav piemērotas lietošanai, jo tām ir liela spontāna eksplozijas tendence. Vienkomponenta degviela ir arī bīstama, ja to izmanto sadegšanas kameras dzesēšanai. Šīs degvielas tiek izmantotas pārsvarā tikai palīgnolūkos: maziem vilces dzinējiem, ko izmanto kontroles un stabilizācijas nolūkos lidmašīna, kā arī šķidro degvielu dzinēju turbo sūkņu agregātu rotējošām turbīnām.

1. tabula. Divkomponentu šķidrās degvielas galvenie raksturlielumi ar optimālu komponentu attiecību (spiediens sadegšanas kamerā 100 kgf / cm 2, pie sprauslas izejas 1 kgf/cm2 ).

Oxilia-bruto augošā degviela*, kcal / kgflota*, g / cm2 režģis sadegšanas kamerā, kudatniskais impulss tukšumā, akazotskābe (98 %) petroleja14601,362980313TG-0214901.323000310URILlin (FILIST8RF0URILIN) 20%). Amonijs 70

Divkomponentu degvielā abu komponentu pilnīgai sadegšanai katrai vienas masas vienībai ir nepieciešams stingri noteikts otras daļas daudzums. Tātad, lai sadedzinātu 1 kg petrolejas, nepieciešami 15 kg gaisa vai 5,5 kg slāpekļskābes vai 3,4 kg šķidrā skābekļa. IN praktiski pabeigti raķešu dzinēji oksidētājs tiek piegādāts kamerā nedaudz mazākos daudzumosnekā nepieciešams pilnīgai sadegšanai.

Izrādās, ka šajā gadījumā izrādās augstākā vērtībaīpaša vilce. Iemesls ir tāds, ka, samazinoties oksidētāja patēriņam, sadegšanas produktu sastāvs nedaudz mainās. Rezultātā tiek samazināts gāzes molekulu - sadegšanas produktu - termiskās sadalīšanās process atomos un jonos, kas notiek ar lielu siltuma absorbciju un bezjēdzīgu tā pārnesi ārpus sprauslas, un tiek samazināti apstākļi enerģijas pārvēršanai sprauslā. ir arī uzlaboti.

Šķidrās degvielas raķešu darbībai liela nozīme ir degvielas viršanas temperatūrai. Visas degvielas sastāvdaļas ir sadalītas augsta viršanas temperatūraUn zema viršanas temperatūra.

UZ augsta viršanas temperatūraietver oksidētājus un degvielas, kuras var būt šķidrā stāvoklī normālā raķetes darba temperatūrā (līdz +150 0C) zem atmosfēras vai paaugstināta spiediena, pārējie attiecas uz zema viršanas temperatūra.

2.1.1. Oksidētāji

Šķidruma raķetēs oksidētāja daudzums pēc masas pārsniedz degvielas daudzumuvidēji 3-6 reizes, un degvielas masa ir 9 reizes lielāka par motora konstrukcijas masu.

Degvielas īpašības lielā mērā ir atkarīgas no oksidētāja īpašībām. Piemēram, saskaņā ar vissvarīgākā īpašība- īpatnējā vilce - degviela "šķidrais skābeklis un petroleja" atšķiras no degvielas "slāpekļskābe un petroleja" par aptuveni 15%.

No zemas viršanas temperatūras oksidētājiem visplašāk izmanto parastajos dzinējos šķidrais skābeklis. Izmantošanas iespēja šķidrais fluors, tās savienojumi ar skābeklis Un ozons.

Starp tiem, kuriem ir augsta viršanas temperatūra, tie tiek plaši izmantoti slāpekļskābeun tā maisījumi ar slāpekļa tetroksīds. Var pielietot slāpekļa tetroksīds, ūdeņraža peroksīds. Savienojumi tiek pētīti fluorsAr hlorsUn tetranitrometāns.

Apskatīsim dažus oksidētāju veidus.

1. ŠĶIDRAIS SKĀBEKLIS (O 2 ). Tas ir mobils zilgans šķidrums, kas ir nedaudz smagāks par ūdeni.

Īpatnības : skābeklis ir viens no visvairāk spēcīgi oksidētāji, jo tā molekulā nav atomu, kas nav iesaistīti oksidācijas procesā, kā tas ir, piemēram, slāpekļskābē. Degviela ir efektīvāka nekā ar skābeklisvar iegūt tikai no ozons, fluorsvai fluors skābeklis.

Galvenais īpašums, kas nosaka darba ar šķidrumu īpatnības skābeklis, slēpjas tajā zema viršanas temperatūra. Sakarā ar to tas ļoti ātri iztvaiko, kas rada lielus zudumus raķetes uzglabāšanas un degvielas uzpildes laikā. Raķešu tvertne ir piepildīta ar šķidrumu skābeklistieši pirms raķetes palaišanas. Iztvaikošanas zudumi degvielas uzpildes laikā ir līdz 50%, bet, turot raķetē, līdz 3% stundā. Šķidrums skābeklisuzglabā un transportē speciālos konteineros – metāla cisternās ar labu siltumizolāciju.

Šķidrums skābeklis nav indīgs. Īss tā kontakts nelielos daudzumos ar atvērtām cilvēka ķermeņa vietām nav bīstams: iegūtais gāzveida slānis neļauj ādai sasalst.

Šķidrums skābeklis- viens no visvairāk lēti oksidētāji, kas izskaidrojams ar ražošanas vieglumu un izejvielu pārpilnību. Ūdenī tas veido 89% no svara, bet gaisā - 23%. Parasti saņem skābeklisno gaisa, sašķidrinot un atdalot šķidrā veidā no slāpeklisun citas zemes atmosfēras gāzes.

2. SLĀPEKĻskābe (HNO 3 ) . Ķīmiski tīra 100% slāpekļskābe ir bezkrāsains, ļoti kustīgs smags šķidrums, kas gaisā stipri kūp.

Īpatnības : 100% slāpekļskābe nestabils un viegli sadalāsuz ūdeni, skābeklisUn slāpekļa oksīdi.

HNO 3 - Spēcīgs oksidētājs, jo tā molekula satur

% skābeklis. Oksidējoties dažādiem kurināmajiem, tas sadalās ūdenī, skābeklisUn slāpeklis. Tas ir labvēlīgs salīdzinājumā ar visiem plaši izmantotajiem oksidētājiem augsts īpatnējais svars. Sakarā ar augsta siltuma jaudato var izmantot kā šķidruma raķešu dzinēja kameras dzesēšanas sastāvdaļu.

Normālos ekspluatācijas apstākļos slāpekļskābe- šķidrums, kas ir viena no tā priekšrocībām. raķetes,kurā to izmanto kā oksidētāju, uzpildītu var uzglabāt ilgu laiku, pastāvīgi gatavībā palaišanai. Darbības trūkumi ietver ievērojams spiediena pieaugumshermētiski noslēgtos traukos ar slāpekļskābe,tās sadalīšanās procesa dēļ. Galvenais trūkums slāpekļskābe - augsta kodīgumsattiecībā uz lielāko daļu materiālu. Agresivitāte slāpekļskābepadara to daudz grūtāk vadāmu. To uzglabā un transportē, izmantojot īpašus konteinerus.

Trūkumi : slāpekļskābeir indīgsīpašības. Saskare ar cilvēka ādu izraisa sāpīgu, ilgstošu čūlu parādīšanos. Tvaiki ir arī kaitīgi veselībai slāpekļskābe. Tie ir toksiskāki oglekļa monoksīds 10 reizes.

Cena slāpekļskābemazs. Galvenā iegūšanas metode slāpekļskābesastāvēja no oksidēšanās amonjaks skābeklisgaiss klātbūtnē platīnsun iegūtā izšķīdināšana slāpekļa oksīdiūdenī.

N 2+ 2 O2 => 2 NĒ 2

. DINITROTA TETRAOKSĪDS (N 2 O 4 ) . Normālā temperatūrā tas ir dzeltens šķidrums.

Īpatnības : palielinoties temperatūrai, tas sadalās slāpekļa dioksīds, sarkanbrūnā krāsā, tā sauktā “brūnā gāze”.

Ir vairāki efektīvāks oksidētājs, kā slāpekļskābe. Uz tā bāzes ražotajām degvielām ir īpatnējā vilce, kas ir aptuveni par 5% lielāka nekā slāpekļskābes degvielai.

Trūkumi : attiecībā uz materiāliem slāpekļa tetroksīdsh daudz mazāk agresīvs, kā slāpekļskābe, bet ne mazāk indīgs.

Galvenais trūkums ir zema viršanas temperatūraUn augsta cietēšanas temperatūra, kas krasi samazina iespēju to izmantot raķešu degvielā tīrā veidā. Tā lietošanas nosacījumi tiek uzlaboti maisījumos ar citiem slāpekļa oksīdi.

4. Ūdeņraža PEROKSĪDS (H 2 O 2 ). Bezkrāsains caurspīdīgs smagais šķidrums.

Īpatnības: Ūdeņraža peroksīds ir nestabils ķīmisks savienojums, kas viegli sadalās ūdenī un skābeklis. Tendence sadalīties palielinās, palielinoties koncentrācijai. Sadalīšanās rada ievērojamu siltuma daudzumu.

Visplašāk izmantotie ir ūdeņraža peroksīda ūdens šķīdumi ar 80% un 90% koncentrāciju. Šķīdumu ķīmisko izturību un darba drošību ar tiem var panākt, ieviešot stabilizējošās vielas. Tie ietver fosfors, etiķisUn skābeņskābe. Obligāti stabilizācijas stāvoklisūdeņraža peroksīds - tīrība. Nepilngadīga piemaisījumiun piesārņojums strauji paātrina tā sadalīšanosun pat var izraisīt sprādzienu.

Salīdzinot ar slāpekļskābe ūdeņraža peroksīdsir zema korozijas aktivitāte, bet tas oksidē dažus metālus.

Trūkumi : Ūdeņraža peroksīds ir uzliesmojošs un sprādzienbīstams. Organiskās vielas viegli uzliesmo, saskaroties ar to. Temperatūrā +175 0Tas eksplodē. Saskare ar ādu izraisa smagi apdegumi.

Pašlaik ūdeņraža peroksīds tiek izmantots maz, jo uz tā bāzes izgatavotā degviela nodrošina salīdzinoši zemu vilces spēku.

5. ŠĶIDRAIS FLUORS (F 2 ). Tas ir smags šķidrums spilgti dzeltenā krāsā.

Īpatnības: fluoram ir labākas oksidatīvās īpašības, kā skābeklis. No visiem ķīmiskie elementi viņš ir visvairāk aktīvs, normālā istabas temperatūrā nonākot savienojumos ar gandrīz visām oksidējošām vielām. Šajā gadījumā bieži notiek aizdegšanās. Pat skābeklisoksidējas fluors, degot savā atmosfērā.

Īpaši augstās ķīmiskās aktivitātes dēļ fluorsar visām uzliesmojošām vielām veido pašaizdegšanās degvielu. Tomēr fluorētās degvielas nodrošina lielāku īpatnējo vilci nekā skābeklis, tikai tad, ja degviela ir bagāta ūdeņradis. Degvielas, kas satur daudz ogleklis, forma ar fluorsievērojami mazāk efektīvas degvielas.

Trūkumi : fluorsĻoti indīgs. Tas spēcīgi korodē ādu, acis un elpceļus. Raķešu tehnoloģijā to līdz šim izmanto tikai eksperimentālajos dzinējos.

2.1.2. Degviela

Kā degvielu šķidrajā kurināmajā galvenokārt izmanto vielas, kurās ķīmisko elementu oksidējamie atomi ir atomi ogleklisUn ūdeņradis. Dabā ir ārkārtīgi liels skaitsšo elementu ķīmiskie savienojumi. Lielākā daļa no tām ir organiskas vielas.

Pašlaik raķešu tehnoloģijās tiek izmantotas dažādas degvielas. Neskatoties uz to, ka degviela veido tikai 15-25% no degvielas masas, tā liela nozīme ir pareizai izvēlei. Tikai ar veiksmīgu oksidētāja un degvielas kombināciju var izpildīt ja ne visas, tad vismaz svarīgākās prasības degvielai. Lielākajai daļai raķešu degvielas veidu ir augsta viršanas temperatūra. Viņu kopīgais trūkums - zems īpatnējais svars , pusotru līdz divas reizes mazāk nekā oksidētājiem.

Praksē kā raķešu degviela visbiežāk izmantotais ogļūdeņradis, kas ir naftas rafinēšanas produkts (petroleja), amīni, amonjaks, hidrazīnsun tā atvasinājumi.

Apskatīsim dažus degvielas veidus.

1. ogļūdeņraži (naftas produkti) ir ķīmisku savienojumu maisījumi ogleklisAr ūdeņradis. Viņu enerģijas līmenis ir zemāks nekā ūdeņradis, bet augstāks par to ogleklis. Visplašāk izmanto petroleju.

Petrolejas īpašības: Tas ir viegls šķidrums ar augstu viršanas temperatūru un ir ļoti izturīgs pret sadalīšanos karsējot. Petroleja nav viela ar stingri noteiktu sastāvuar nepārprotamu ķīmisko formulu, kas neļauj precīzi noteikt tā īpašības. Atkarībā no naftas lauka petrolejas sastāvs un īpašības var atšķirties. Raķešu petroleja satur palielināts saturstādi ogļūdeņraži, kas radīt mazāk noguldījumudzesējot dzinēju.

Petrolejas trūkumi: tas neaizdegas, nonākot saskarē ar parastajiem oksidētājiem, tāpēc nepieciešams īpašs aizdegšanās avots.

Petroleju plaši izmanto šķidrajā raķešu degvielā. skābeklis, slāpekļskābeoksidētāji un ūdeņraža peroksīds.

2. AMĪNI - savienojumi, kas iegūti, ja tie atrodas molekulā amonjaksviens, divi vai trīs atomi ūdeņradisaizstāt ogļūdeņražu grupas. Raķetniecībā izmanto: trietilamīnu, anilīnu, ksilidīnu utt.

Savdabība : amīni enerģiski mijiedarboties arslāpekļskābeUn slāpekļa tetroksīds, kas noved pie pašaizdegšanās. Runājot par efektivitāti, degviela, pamatojoties uz amīnituvu petrolejai. Spēja amīni metālu korozija ir zema. Tos uzglabā un transportē konteineros, kas izgatavoti no parastajiem melnajiem metāliem.

Trūkumi: amīniem ievērojami augstākas izmaksassalīdzinot ar petroleju , kā arī toksicitāte, kas izpaužas gan ieelpojot tvaikus, gan nonākot saskarē ar ādu.

Lai uzlabotu fizikālās un ķīmiskās īpašības, amīniizmanto kā degvielu maisījumā ar citām vielām, ieskaitot citas amīni.

Uz degvielas bāzes amīniatrasts pielietojums pašaizdegšanās degvielā ar slāpekļskābe, slāpekļa tetroksīds un to maisījumi.

3. HIDRAZĪNS . Hidrazīnam degot, oksidācijas reakcijā piedalās tikai atomi ūdeņradis, A slāpeklisizdalās brīvā formā, palielinot gāzes daudzumu.

Hidrazīns ir bezkrāsains, dzidrs šķidrums (apmēram tādā pašā temperatūras diapazonā kā ūdens), un tam ir amonjakam līdzīga smaka. Parasti izmanto maisījumos ar citām vielām.

Īpatnības: hidrazīns ir efektīvs uzliesmojošs līdzeklis. To veicina fakts, ka tā molekula veidojas, absorbējot siltumu, kas degšanas procesā izdalās papildus oksidēšanās siltumam. Tā cita pozitīvā īpašība ir augsts īpatnējais svars.

Trūkumi: hidrazīnam ir augsta sacietēšanas temperatūra, kas ir lielas neērtības darbībā. Tās tvaiki eksplodē, kad tie tiek uzkarsēti un tiek pakļauti triecienam. Kad tiek pakļauts skābeklisgaisā tas oksidējas. Hidrazīns kodīgs. Viņi ir izturīgi pret to alumīnijaun tā sakausējumi, nerūsējošais tērauds, polietilēns, polifluoretilēns, fluoroplastisks. Hidrazīns indīgs, kairina acu gļotādu un var izraisīt īslaicīgu aklumu.

4. NESIMETRISKS DIMETILHIDRAZĪNS ir bezkrāsains caurspīdīgs šķidrums ar asu smaržu.

Īpatnības : salīdzinot ar hidrazīnu, to ir ievērojami ērtāk lietot, jo tas paliek šķidrums plašākā temperatūras diapazonā. Ir laba karstumizturība. Atšķirībā no hidrazīna, tā tvaiki no ārējām ietekmēm neeksplodē. Galvenā iezīme ir augsta ķīmiskā aktivitāte. To viegli oksidē atmosfēras skābeklis, un ar ogļskābi veido sāļus, kas nogulsnējas.

Trūkumi : dimetilhidrazīnam (salīdzinājumā ar hidrazīnu) ir sliktāka degvielas efektivitāte, jo tā molekulā papildus ūdeņraža atomiem ir arī mazāk efektīvi oglekļa atomi. Pašaizdegas gaisā 250 grādu temperatūrā 0C, dimetilhidrazīna tvaiku maisījumi ar gaisu viegli eksplodē, un tas indīgs.

2.1.3. Visizplatītāko šķidro raķešu degvielu salīdzinājums

. Šķidrā skābekļa degviela nodrošināt lielākā īpatnējā vilceno visas pašlaik izmantotās raķešu degvielas. To galvenais trūkums ir zema viršanas temperatūraoksidētājs. Tas apgrūtina to izmantošanu kaujas raķetēs, kurām jābūt gatavām palaišanai ilgu laiku.

Šķidru skābekli var izmantot ar uzliesmojošu degvielu, piemēram, petroleju, asimetrisku dimetilhidrazīns, amonjaks. Īpaša vietaaizņem degvielu skābeklis+ ūdeņradis, kas nodrošina īpatnējo vilci par 30-40% lielāku nekā citi parastie kurināmie. Šī degviela ir vispiemērotākā izmantošanai lielās raķetēs.

2. Slāpekļskābes degviela maisījumā 20-30% slāpekļa oksīdiievērojami piekāpties skābeklisdegvielas pēc īpašas vilces, bet ir īpatnējā svara priekšrocības. Turklāt šīs degvielas ir augsta viršanas temperatūra ilgstoša uzglabāšanavielas, kas ļauj ilgstoši turēt kaujas raķetes pilnībā aprīkotas un darbinātas ar degvielu.

Slāpekļskābes oksidētājiem ir labas dzesēšanas īpašības. Bet sakarā ar relatīvi augsta temperatūra Sadegšanas kamerā vidējas un lielas vilces dzinēju dzesēšanu var nodrošināt ar degvielu, lai gan degviela tās satur mazāk nekā oksidētājs.

Tikpat viegli uzliesmojošs kā maisījums amīni, nesimetrisks dimetilhidrazīnsun dažas citas vielas formāar slāpekļskābes oksidētājiem pašaizdegšanās degviela. Petroleja un citi ogļūdeņraži nepieciešama piespiedu aizdedze.

3. Slāpekļa tetroksīda degviela dot nedaudz lielāka īpatnējā vilcenekā slāpekļskābes, bet ir samazināts īpatnējais svars. Neskatoties uz tādiem darbības trūkumiem kā augsta oksidētāja sacietēšanas temperatūra, tos izmanto tāla darbības rādiusa raķetēs. Šādas degvielas ir nomainītas skābeklisdegviela, jo tie ļauj uzglabāt raķeti ar degvielu, kas ir gatava palaišanai.

Degvielas, kuras pamatā ir slāpekļa tetroksīds, priekšrocība ir arī pašaizdegšanās.

2.2. Cietie propelenti

Autors izskats visas cietā kurināmā maksas blīvs cietvielas pārsvarā tumšas krāsas. Raķešu pulveriem parasti ir tumši brūna krāsa, un tiem ir ragam līdzīgs izskats. Ja tie satur piedevas (piemēram, kvēpu veidā), tad to krāsa ir melna. Jauktās degvielas ir melnā un melni pelēkā krāsā atkarībā no degvielas un piedevu krāsas, un parasti tās ir līdzīgas ļoti vulkanizētai gumijai, taču ir mazāk elastīgas un trauslākas.

Cietais kurināmais ir gandrīz drošigan pēc ietekmes uz cilvēka organismu, gan saistībā ar dažādiem būvmateriāliem. Uzglabājot normālos apstākļos, tie neizdala agresīvas vielas. Raķešu pulveri, pateicoties šķīdinātāja – nitroglicerīna (1. att.) gaistošajām īpašībām, var izraisīt īslaicīgas, ne īpaši stipras galvassāpes.

1. att. Nitroglicerīna strukturālā formula

2.2.1. Raķešu propelenti

Raķešu pulveri ir sarežģītas daudzkomponentu sistēmas, kurās katrai vielai ir sava loma, lai iegūtu konkrētam šaujampulvera veidam noteiktās īpašības. Galvenās šaujampulvera sastāvdaļas ir celulozes nitrāti,kuras sadedzinot izdala vislielāko siltumenerģijas daudzumu. Tie nosaka arī šaujampulvera fizikālās un ķīmiskās īpašības. Apskatīsim dažas no šaujampulvera sastāvdaļām.

1. CELULOZES NITRĀTI , jeb nitroceluloze, iegūst, apstrādājot celulozi ar slāpekļskābes un sērskābes maisījumu. Šo apstrādi sauc nitrēšana. Izejmateriāls - celuloze(šķiedras) ir dabā plaši izplatīta viela, no kuras gandrīz pilnībā sastāv lini, kaņepes, kokvilna utt.

Celulozes nitrāti ir irdena masa. Viņi viegli uzliesmojošspat no vājas dzirksteles. Degšana notiek skābekļa dēļ, ko satur nitrogrupas un nav nepieciešama ārēja skābekļa padeve. Tomēr tieša izmantošana nitrocelulozeTas ir izslēgts kā raķešu degviela, jo no tās nav iespējams izveidot lādiņu, kas deg saskaņā ar stingri noteiktu likumu. Pat pēc spēcīgas presēšanas tam ir daudz poru. Tā sadegšana notiek ne tikai ārpusē, bet arī iekšpusē, jo uzliesmojošā gāze iekļūst caur porām iekšpusē. Tā rezultātā var notikt sprādziens, kas spēj iznīcināt dzinēju. Lai to novērstu, viņi ražo plastifikācija nitroceluloze, t.i., no tā gatavo viendabīga sastāva cietu šķīdumu, bez porām.

2. ŠĶĪDINĀTĀJI-PLASTICIZĒJI nitroceluloze - nitroglicerīns, nitroglikolsun dažas citas vielas. Tie ir otra galvenā šaujampulvera sastāvdaļa gan masas, gan enerģijas rezerves ziņā. Tos bieži sauc maz gaistoši šķīdinātāji, jo ražošanas procesā tie netiek izņemti no šķīduma, bet gan pilnībā paliek šaujampulvera sastāvā.

NITROGLICERĪNS - viela, kas veidojas nitrēšanas laikā trīsvērtīgais spirts glicerīns- maisījums slāpeklisUn sērskābe. Tas ir bezkrāsains eļļains šķidrums.

Nitroglicerīns - spēcīgs sprāgstviela. Tas viegli eksplodē trieciena vai berzes rezultātā. Tā sadegšana notiek nitrogrupās esošā skābekļa dēļ. Tā kā tā molekulā ir skābekļa pārpalikums, daļa skābekļa nonāk papildu nitrocelulozes oksidācijā, kas izraisa vispārējs pieaugums cietā kurināmā enerģijas rezerves. Palielinoties nitroglicerīna saturam pulveros augtne tikai viņi enerģijas rādītāji, bet arī sprādzienbīstamībaUn trieciena jutība. Raķešu pulveri ar augstu nitroglicerīna saturu nodrošina augstu īpatnējo vilci.

Plastifikācijai nitrocelulozeLai atvieglotu ražošanas tehnoloģiju un palielinātu lādiņu uzglabāšanas laiku un pieļaujamo temperatūru, tiek izmantoti arī citi šķīdinātāji.

NITROGLIKOLS kā sprāgstviela mazāk jutīgs pret mehānisko spriegumu. To iegūst nitrējot etilēnglikols. Krājumi skābeklistā molekulā ir mazāk nekā molekulā nitroglicerīns, tāpēc izmantojiet kā šķīdinātāju pasliktina enerģijas līmenišaujampulveris

Izņemot nitroglicerīnsUn nitroglikolsDažreiz tiek izmantots šāds šķīdinātājs nitroceluloze, Kā nitroguanidīns.

3. PAPILDU PLASTIZĒTĀJI un vielas, kas regulē degvielas enerģētiskās īpašības, ir saderīgas ar pamata šķīdinātājiem. Tie nesatur vai satur ļoti maz aktīvās vielas skābeklisun tāpēc tiek ievadīti šaujampulvera sastāvā nelielos daudzumos, lai nesamazinātu to enerģētiskās īpašības. Tie ietver tādas vielas kā dinitroluols,dibutilftalāts, dietilftalāts.

4. STABILIZATORI tiek ievadīti šaujampulveru sastāvā, lai palielinātu to ķīmisko izturību. Uzglabājot šaujampulveri, notiek sadalīšanās nitrocelulozear izglītību slāpekļa oksīdi, kas paātrina tā tālāku sadalīšanos, padarot to sprādzienbīstamu. Stabilizatori palēnina sadalīšanos nitroceluloze, kas savieno ar prominentiem slāpekļa oksīdi, tie tos saista, pārvēršot ķīmiski neaktīvās vielās.

5. DEDEGŠANU UZLABOJAS VIELAS POROHOVS , nodrošināt paātrinājums, palēnināšanāsvai stabilizācijasadegšanas process cietās degvielas raķešu dzinēju kamerā. Tie ietver lielu skaitu dažādu metālu sāļu vai oksīdu ( skārdaSn , mangānsMn , cinksZn , hromsKr , svinsPb , titānsTi , kālijsK , bārijsBa utt.).

6. TEHNOLOĢISKĀS PIEDEVAS ? vielas, kas atvieglo šaujampulvera gatavošanas procesu, tiek ieviestas vissvarīgākajās operācijās par berzes un spriedzes samazināšana uz mašīnām. Tie spēlē smērvielu lomu gan degvielas masā, gan starp masu un instrumentu. Šim nolūkam iekšējās berzes samazināšanai izmanto krītu, vazelīnu un transformatoru eļļu, grafīts, stearāts svinsun citas vielas spiediena samazināšana presēšanas laikā. Tos ievada nelielos daudzumos.

Raķešu pulveru ražošana tiek veikta saskaņā ar kompleksu tehnoloģiskā shēma izmantojot augsta temperatūra un spiediens. Ražošanas uzdevums ietver cietu, viendabīgu pulvera lādiņu ražošanu, kas atbilst vairākām stingrām prasībām, no liela skaita vielu, kas ir neviendabīgas ķīmiskās un fizikālās īpašības, kā arī apkopošanas stāvokli.

2.2.2. Jauktie propelenti

Saliktās degvielas sastāvs ir daudz vienkāršāks salīdzinājumā ar šaujampulveri. Tie ietver divas vai trīs, retāk četras sastāvdaļas. Apskatīsim dažus no tiem.

1. AS OKSIDĒTĀJI JAUKTA DEGVIELA Parasti tiek izmantoti neorganisko skābju sāļi - slāpeklisUn hlors. Viņu iezīme ir augsts skābekļa procents molekulā. Visi no tiem pēc svara ir aptuveni puse skābekļa. Normālos apstākļos tie ir ķīmiski izturīgi, bet spēcīgi karsējot spēj sadalīties, atbrīvojoties brīvam skābeklim.Visi cietie oksidētāji satur papildus skābeklis, ķīmisko elementu atomi, kas spēj oksidēties. Tāpēc šo oksidētāju sadalīšanās laikā daļa skābeklisizrādās saistīts ar šiem elementiem un bezmaksas skābeklisizdalās ievērojami mazāk, nekā ir molekulā.

Visizplatītākais oksidētājs cietais kurināmais ir PERCLORATS AMONIJA . Šis sāls ir balts (bezkrāsains) kristālisks pulveris un sadalās, karsējot virs 150 0C. Gaisā tas kļūst nedaudz mitrināts. Jutīgs pret triecieniem un berzi, īpaši organisko piemaisījumu klātbūtnē. Tas var sadegt bez degvielas un eksplodēt. Dedzinot tas neizdala cietas vielas, bet tā sadegšanas produkti satur agresīvu un diezgan toksisku gāzi - hlorūdeņradi (HCl), kas mitruma klātbūtnē ar to veido sālsskābi. Amonija perhlorāta priekšrocības ir tādas, ka tam ir zema sadalīšanās temperatūra un tas sadalās tikai gāzveida produktos ar zemu molekulmasu, tam ir zema higroskopiskums, tas ir pieejams un lēts.

Vēl viens oksidētājs ir KĀLIJA PERHLORĀTS . Šis sāls sadalās temperatūrā virs 440 grādiem 0C, nesamitrina gaisā (nehigroskopisks), nedeg un neeksplodē. Viss skābeklis, kas atrodas tā sastāvā, ir aktīvs. Dedzinot tas atbrīvojas ciets- kālija hlorīds, kas rada blīvu dūmu mākoni. Kālija hlorīda klātbūtne sadegšanas produktos krasi pasliktina raķešu degvielas īpašības, t.i., apstākļus siltumenerģijas pārejai kinētiskajā enerģijā raķešu dzinēja sprauslā.

Vēl viens plaši izmantots oksidētājs ir AMONIJA NITRĀTS (amonija nitrāts), ko izmanto arī kā slāpekļa mēslojumu. Tas ir bezkrāsains (balts) kristālisks pulveris. Sadalās 243 grādu temperatūrā 0C. Var degt un eksplodēt. Degšanas laikā izdalās liels daudzums tikai gāzveida produktu. Maisījumi ar organiskās vielas spēj pašaizdegties, tāpēc raķešu degvielas uzglabāšana uz tā bāzes rada nopietnas problēmas. Piemīt indīgas īpašības.

Dotie piemēri neizsmeļ iespējamo oksidētāju sarakstu cietās degvielas raķešu dzinējiem, kurus var izmantot, piemēram, litija perhlorāti, nitrozilsUn nitronijs, dinitrāts hidrazīns utt.

2. Jaukta kurināmā DEGUŠĀS SAISTVIELAS -Šo augstas molekulmasas organiskie savienojumi vai polimēri. PolimēriTie ir savienojumi, kuru molekulas sastāv no ļoti liela skaita vienas un tās pašas struktūras elementāru vienību. Elementārās saites ir savstarpēji savienotas, veidojot garas lineāras vai sazarotas struktūras ķēdes. Polimēra īpašības ir atkarīgas no elementārvienību ķīmiskās struktūras, to skaita un relatīvā stāvokļa.

Daudzus cietos polimērus iegūst no šķidrām vielām - monomēri, kuras molekulas sastāv no salīdzinoši neliela atomu skaita. Monomēri spēj spontāni apvienoties garās ķēdēs - polimēros? šo procesu sauc polimerizācija.

Lai paātrinātu polimerizāciju jeb sacietēšanu, tiek izmantotas dažas īpašas vielas, ko sauc iniciatori, vai cietinātāji.

Daudzi lielmolekulārie savienojumi spēj labi sajaukties un salipt kopā ar pulveriem (ar kristālisku oksidētāju un metāla pulveri), un pēc tam pēc polimerizācijas pārvērsties par cietu monolītu masu. Sildot, daži polimēri mīkstina, kļūst viskozi un šādā formā var sajauc ar pildvielām, turot tos stingri. Tajā pašā laikā tos var ieliet veidnēs un saņemt degvielas maksu. noteikti izmēri un formas.

Izmantošanai kā degošas saistvielas, sintētiskie savienojumi, piemēram, gumijas, sveķi un plastmasa, un arī smagie naftas produkti - asfalts un bitumens. Naftas produktu sastāvs un īpašības atšķiras ļoti plašās robežās un nepieciešamajā mehāniskās īpašības tiek uzglabāti tikai nelielā temperatūras diapazonā. Tieši tāpēc biežāk tiek izmantotas sintētiskās vielas, kam ir nemainīgāks sastāvs un labākas mehāniskās īpašības. Praksē tiek izmantotas gumijas - POLIURETĀNS , BUTADIENE UnPOLISULFĪDS , sveķi - POLIESTERS , EPOKSĪDS UNUrīnviela , kā arī dažas plastmasas, kas satur atomus slāpeklis, skābeklis, sērsvai hlors.

Pamata nepilnībaspolimēru sveķi un plastmasas kā degošas saistvielas - zema elastībaUn paaugstināts trauslums zemā temperatūrā. Sintētiskajām gumijām parasti nav šādu trūkumu.

3. METĀLU PULVERI var pievienot jauktam kurināmajam kā papildu degošu sastāvdaļu. Tam ir piemēroti metāliskie. berilijs, litijs, alumīnija, magnijs, kā arī daži to savienojumi. Šo metālu ieviešanas rezultātā enerģijas rezervju palielināšanadegviela, t.i. īpatnējā vilce palielināsdzinēji. Turklāt metāla piedevas palielināt degvielas īpatnējo svaru, kas uzlabo dzinēja un raķetes darbību kopumā. Jāņem vērā, ka jo lielāks metālu saturošas degvielas saturs, jo augstāka ir to sadegšanas produktu temperatūra. Gandrīz visas mūsdienu jauktās degvielas satur metālus kā sastāvdaļas.

Visefektīvākā metāla degviela ir BERILIJA , tomēr berilija izmantošanas izredzes ir ļoti ierobežotas, jo tas akcijas nenozīmīgs, un sadegšanas produkti ir ļoti indīgs. Nākamais visefektīvākais metāls ir LITIJS . Tās lietošana ir apgrūtināta ļoti zema kušanas temperatūra (+186 0C) un spontāna aizdegšanās gaisāizkausētā stāvoklī. Visizplatītākā un lētākā metāla degviela ir ALUMĪNIJA . Smalki samalta alumīnija pulvera izmantošana jauktā kurināmā ir ne tikai palielina īpatnējo vilcidzinēji, bet arī uzlabo uzticamībuviņu palaistun palielina degvielas sadegšanas stabilitāti. MAGNĒJS To izmanto reti, jo tas rada zemu īpatnējo vilces spēku degvielā.

Papildus tīrajiem metāliem tiek pētīta to savienojumu ar ūdeņradi (hidrīdiem) izmantošana kā papildu degošas vielas.

4. KATALIZTI UN CITAS PIEDEVAS gadā tiek ievadīti jauktā kurināmā mazos daudzumosPriekš degšanas procesa uzlabošana(kvēpi, dažu metālu sāļi), dodotdegviela plastmasas īpašības(augu, minerālu un sintētiskās eļļas), uzlabojot glabāšanas laiku un sastāva stabilitāti ( dietilftalāts, etilcentrīts), atvieglojot ražošanas tehnoloģiju.

Jaukta kurināmā lādiņu ražošanas tehnoloģija ietver degvielas komponentu sajaukšanu, liešanu un konservēšanu. IN vispārējs process Jauktā kurināmā ražošana ir vienkāršāka nekā šaujampulvera ražošana, taču, ražojot lielgabarīta lādiņus, jāpārvar lielas tehnoloģiskas grūtības.

Atsauces

raķešu degvielas degvielas oksidētājs

Lietots elektroniskie resursi:

1. "Mūsdienu starpkontinentālo ballistisko raķešu raķešu propelenti".

. A.V. Karpenko "No cietā kurināmā raķešu vēstures."

. Wikipedia (brīvā enciklopēdija).

Apmācība

Nepieciešama palīdzība tēmas izpētē?

Mūsu speciālisti konsultēs vai sniegs apmācību pakalpojumus par jums interesējošām tēmām.
Iesniedziet savu pieteikumu norādot tēmu tieši tagad, lai uzzinātu par iespēju saņemt konsultāciju.

"...Un nav nekā jauna zem saules"

(Salamans Mācītājs 1:9).
Par degvielu, raķetēm, raķešu dzinēji ir rakstīts, tiek rakstīts un tiks rakstīts arī turpmāk.

Par vienu no pirmajiem darbiem par šķidro raķešu dzinēju degvielu var uzskatīt grāmatu V.P. Gluško" Šķidrā degviela reaktīvajiem dzinējiem”, publicēts 1936. gadā.

Man šī tēma šķita interesanta un saistīta ar manu bijusī specialitāte un mācības universitātē, jo īpaši tāpēc, ka mans jaunākais dēls viņu "vilka": "Priekšnieci, mīcīsim, kas ir pavediens, un palaidīsim to, un, ja jums ir slinkums, tad mēs paši— Izdomāsim. Acīmredzot viņi man neliek mieru.

Es ļoti gribu kārtīgi uzspridzināt savu raķešu dzinēju.

Mēs to “izdomāsim” kopā, stingrā vecāku uzraudzībā. Rokām un kājām jābūt neskartām, īpaši svešiniekiem.

Svarīgs parametrs ir oksidētāja pārpalikuma koeficients (apzīmēts ar grieķu “α” ar apakšindeksu “ok.”) un komponentu masu attiecība Km.

Km=(dmok./dt)/(dmg../dt), t.i. oksidētāja masas plūsmas ātruma attiecība pret degvielas masas plūsmas ātrumu. Tas ir specifisks katrai degvielai. Ideālā gadījumā tā ir stehiometriskā attiecība oksidētājs un degviela, t.i. parāda, cik kg oksidētāja ir nepieciešams, lai oksidētu 1 kg degvielas. Tomēr patiesās vērtības atšķiras no ideālajām. Reālā Km attiecība pret ideālo ir oksidētāja pārpalikuma koeficients.

Parasti α ir apm.<=1. И вот почему. Зависимости Tk(αок.) и Iуд.(αок.) нелинейны и для многих топлив последняя имеет максимум при αок. не при стехиометрическом соотношении компонентов, т.е макс. значения Iуд. получаются при некотором снижении количества окислителя по отношению к стехиометрическому. Ещё немного терпения, т.к. не могу обойти понятие: . Это пригодится и в статье, и в повседневной жизни.

Īsāk sakot, entalpija ir enerģija. Divi šī raksta aspekti ir svarīgi:
Termodinamiskā entalpija- enerģijas daudzums, kas iztērēts vielas veidošanai no sākotnējiem ķīmiskajiem elementiem. Vielām, kas sastāv no identiskām molekulām (H 2, O 2 utt.), tas ir vienāds ar nulli.
Degšanas entalpija- ir jēga tikai tad, ja notiek ķīmiska reakcija. Uzziņu grāmatās var atrast šī daudzuma vērtības, kas eksperimentāli iegūtas normālos apstākļos. Visbiežāk degvielām tā ir pilnīga oksidēšana skābekļa vidē, oksidētājiem tā ir ūdeņraža oksidēšana ar noteiktu oksidētāju. Turklāt vērtības var būt gan pozitīvas, gan negatīvas atkarībā no reakcijas veida.

"Termodinamiskās entalpijas un sadegšanas entalpijas summa tiek saukta par vielas kopējo entalpiju. Faktiski šī vērtība tiek izmantota raķešu dzinēju šķidro degvielu kameru termiskai aprēķināšanai."

Prasības ZhRT:
-kā enerģijas avots;
-kā viela, kas jāizmanto (šajā tehnoloģiju attīstības līmenī) raķešu dzinēju dzesēšanai un sūknēšanas sūkņiem, dažreiz tvertņu spiediena palielināšanai ar RT, nodrošinot to ar tilpumu (pakāpju raķešu tvertnes) utt.;
-kā vielu ārpus raķešu dzinēja, t.i. uzglabāšanas, transportēšanas, degvielas uzpildes, testēšanas, vides drošības u.c. laikā.

Šī gradācija ir samērā patvaļīga, bet principā atspoguļo būtību. Šīs prasības es nosaukšu šādi: Nr.1, Nr.2, Nr.3. Kāds var papildināt sarakstu komentāros.
Šīs prasības ir klasisks piemērs, kas “velk” RD veidotājus dažādos virzienos:

# No LRE enerģijas avota viedokļa (Nr. 1)

Tie. jums ir jāsaņem maks. Iud. Kopumā es visus netraucēšu:

Ar citiem svarīgiem parametriem Nr.1 ​​mūs interesē R un T (ar visiem indeksiem).
Ir nepieciešams, lai: sadegšanas produktu molekulmasa bija minimāla, un īpatnējais siltuma saturs bija maksimālais.

# No nesējraķešu konstruktora viedokļa (Nr. 2):

TC jābūt maksimālam blīvumam, it īpaši raķešu pirmajos posmos, jo tie ir apjomīgākie, un tiem ir visspēcīgākie dzinēji ar lielu plūsmas ātrumu sekundē. Acīmredzot tas neatbilst prasībai Nr. 1.

# No svarīgiem operatīvajiem uzdevumiem (Nr. 3):

TC ķīmiskā stabilitāte;
- degvielas uzpildes, uzglabāšanas, transportēšanas un ražošanas vienkāršība;
- vides drošība (visā pielietojuma jomā), proti, toksicitāte, ražošanas un transportēšanas izmaksas utt. un drošība RD darbības laikā (sprādziena risks).

Sīkāku informāciju skatiet sadaļā "Raķešu degvielas sāga — medaļas otra puse".

Ceru, ka neviens vēl nav aizmidzis? Man šķiet, ka es runāju ar sevi. Drīzumā par alkoholu, sekojiet līdzi jaunumiem!

Protams, tā ir tikai aisberga redzamā daļa. Šeit ir arī papildu prasības, kuru dēļ jāmeklē SASKAŅAS un KOMPROMISI. Vienai no sastāvdaļām jābūt ar apmierinošām (vēlams izcilām) dzesēšanas šķidruma īpašībām, jo šajā tehnoloģiju līmenī ir nepieciešams atdzesēt degšanas kameru un sprauslu, kā arī aizsargāt manevrēšanas ceļa kritisko posmu:

Fotoattēlā redzama XLR-99 šķidrās degvielas raķešu dzinēja sprausla: ir skaidri redzama 50-60. gadu amerikāņu šķidrās degvielas raķešu dzinēju dizaina iezīme - cauruļveida kamera:

Tāpat ir nepieciešams (parasti) izmantot vienu no komponentiem kā darba šķidrumu turbokompresora turbīnai:

Attiecībā uz degvielas sastāvdaļām “liela nozīme ir piesātināta tvaika spiedienam (rupji runājot, spiediens, pie kura šķidrums sāk vārīties noteiktā temperatūrā, šis parametrs lielā mērā ietekmē sūkņu konstrukciju un tvertņu svaru.”/ S.S. Fakas/

Svarīgs faktors ir TC agresivitāte pret šķidrās degvielas raķešu dzinēja materiāliem (CM) un tvertnēm to uzglabāšanai.
Ja mazuts ir ļoti “kaitīgs” (kā daži cilvēki), tad inženieriem ir jātērē nauda vairākiem īpašiem pasākumiem, lai aizsargātu savas konstrukcijas no degvielas.

Šķidrās gāzes klasifikācija visbiežāk balstās uz piesātināta tvaika spiedienu vai, vienkāršāk sakot, viršanas temperatūru normālā spiedienā.

Šķidrās degvielas sastāvdaļas ar augstu viršanas temperatūru.

Šādus šķidro raķešu dzinējus var klasificēt kā vairāku degvielu dzinējus.
gadā tika izstrādāts šķidrās degvielas raķešu dzinējs, kas izmanto trīskomponentu degvielu (fluors+ūdeņradis+litijs).

Binārā degviela sastāv no oksidētāja un degvielas.
Šķidrās degvielas dzinējs Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor: divkomponentu šķidrās degvielas dzinējs (H2O2 + petroleja)

Oksidētāji

Skābeklis

Ķīmiskā formula-O 2 (dioksīds, amerikāņu apzīmējums Oxygen-OX).
Šķidrās degvielas dzinēji izmanto šķidro skābekli, nevis gāzveida skābekli - Šķidrais skābeklis (LOX - īsi un viss ir skaidrs).
Molekulmasa (molekulai) ir 32 g/mol. Precizitātes cienītājiem: atommasa (molmasa) = 15,99903;
Blīvums = 1,141 g/cm³
Vārīšanās temperatūra = 90,188 K (-182,96°C)

No ķīmiskā viedokļa tas ir ideāls oksidētājs. To izmantoja FAA pirmajās ballistiskajās raķetēs un to amerikāņu un padomju kolēģos. Bet tā viršanas temperatūra nebija piemērota militārpersonām. Nepieciešamais darba temperatūras diapazons ir no –55°C līdz +55°C (ilgs sagatavošanās laiks palaišanai, īss laiks kaujas dežūras laikā).

Ļoti zema kodīgums. Ražošana apgūta jau sen, pašizmaksa zema: mazāk par 0,1$ (manuprāt, vairākas reizes lētāk par litru piena).
Trūkumi:

Kriogēns - ir nepieciešama dzesēšana un pastāvīga degvielas uzpilde, lai kompensētu zaudējumus pirms palaišanas. Tas var arī sabojāt citus TC (petroleju):

Fotoattēlā: petrolejas uzpildes automātiskās dokstacijas (ZU-2) aizsargierīču durvis, 2 minūtes pirms ciklogrammas beigām, veicot operāciju CLOSE CHECKER pilnībā neaizvērās apledojuma dēļ. Tajā pašā laikā apledojuma dēļ signāls par TUA izbraukšanu no nesējraķetes netika cauri. Palaišana notika nākamajā dienā.

RB šķidrā skābekļa uzpildes iekārta tika noņemta no riteņiem un uzstādīta uz pamatiem.

Ir grūti izmantot CS un šķidro raķešu dzinēja sprauslu kā dzesēšanas šķidrumu.

"SKĀBEKĻA IZMANTOŠANAS EFEKTIVITĀTES ANALĪZE ŠĶIDRUMA RAKETU DZINĒJA KAMERAI" SAMOŠKINS V.M., VASJANINA P.J., Sibīrijas Valsts aviācijas universitāte, kas nosaukta akadēmiķa M.F. Rešetņeva

Tagad visi pēta iespēju izmantot pārdzesētu skābekli vai skābekli dūņām līdzīgā stāvoklī šīs sastāvdaļas cietās un šķidrās fāzes maisījuma veidā. Skats būs aptuveni tāds pats kā šai skaistajai ledus slāņai līcī pa labi no Šamoras:

Iedomājieties: H 2 O vietā iedomājieties LCD (LOX).

Cukurošana palielinās oksidētāja kopējo blīvumu.

Ballistiskās raķetes R-9A dzesēšanas (pārdzesēšanas) piemērs: pirmo reizi tika nolemts raķetē kā oksidētāju izmantot pārdzesētu šķidro skābekli, kas ļāva samazināt kopējo laiku, lai sagatavotu raķeti palaišanai. un paaugstināt tās kaujas gatavības pakāpi.

Piezīme: Kādu iemeslu dēļ slavenais rakstnieks Dmitrijs Konanihins pieliecās (gandrīz “satriekts”) Elonam Maskam, lai veiktu šo pašu procedūru.
cm:

Ozons-O 3

Molekulmasa = 48 amu, molārā masa = 47,998 g/mol
Šķidruma blīvums -188 °C (85,2 K) temperatūrā ir 1,59 (7) g/cm³
Cietā ozona blīvums -195,7 °C (77,4 K) temperatūrā ir 1,73 (2) g/cm³
Kušanas temperatūra –197,2 (2) °C (75,9 K)

Inženieri jau sen cīnījušies ar to, mēģinot to izmantot kā augstas enerģijas un tajā pašā laikā videi draudzīgu oksidētāju raķešu tehnoloģijā.

Kopējā ķīmiskā enerģija, kas izdalās degšanas reakcijā ar ozonu, ir aptuveni par vienu ceturtdaļu lielāka nekā vienkāršajam skābeklim (719 kcal/kg). Attiecīgi Iud būs lielāks. Šķidrajam ozonam ir lielāks blīvums nekā šķidrajam skābeklim (attiecīgi 1,35 pret 1,14 g/cm³), un tā viršanas temperatūra ir augstāka (attiecīgi –112 °C un –183 °C).

Līdz šim nepārvarams šķērslis ir šķidrā ozona ķīmiskā nestabilitāte un sprādzienbīstamība ar tā sadalīšanos O un O2, kurā parādās detonācijas vilnis, kas pārvietojas ar ātrumu aptuveni 2 km/s un destruktīvais detonācijas spiediens ir lielāks par 3 107 dīniem. /cm2 (3 MPa), kas padara šķidrā ozona izmantošanu neiespējamu ar pašreizējo tehnoloģiju līmeni, izņemot stabilu skābekļa-ozona maisījumu izmantošanu (līdz 24% ozona). Šāda maisījuma priekšrocība ir arī lielāks specifiskais impulss ūdeņraža dzinējiem, salīdzinot ar ozona-ūdeņraža dzinējiem. Šodien tādi augsti efektīvi dzinēji kā RD-170, RD-180, RD-191, kā arī paātrinājošie vakuuma dzinēji ir sasnieguši Isp parametrus tuvu robežvērtībām, un efektivitātes paaugstināšanai atliek tikai viena iespēja, kas saistīta ar pāreja uz jauniem degvielas veidiem.

Slāpekļskābe-HNO3

Stāvoklis - šķidrums pie nr.
Molmasa 63,012 g/mol (nav svarīgi, ko es lietoju vai molekulmasu - tas nemaina būtību)
Blīvums = 1,513 g/cm³
T. ku.=-41,59 °C, T. vāra.=82,6 °C

HNO3 ir augsts blīvums, zemas izmaksas, tas tiek ražots lielos daudzumos, ir diezgan stabils, arī augstā temperatūrā, un ir uguns un sprādziendrošs. Tā galvenā priekšrocība salīdzinājumā ar šķidro skābekli ir tā augstā viršanas temperatūra un līdz ar to iespēja glabāt bezgalīgi bez jebkādas siltumizolācijas. Slāpekļskābes molekula HNO 3 ir gandrīz ideāls oksidētājs. Tas satur slāpekļa atomu un “pusi” ūdens molekulu kā “balastu”, un divarpus skābekļa atomus var izmantot degvielas oksidēšanai. Bet tas tā nebija! Slāpekļskābe ir tik agresīva viela, ka tā nepārtraukti reaģē ar sevi – ūdeņraža atomi atdalās no vienas skābes molekulas un savienojas ar blakus esošajām, veidojot trauslus, bet ķīmiski ārkārtīgi aktīvus agregātus. Pat visizturīgākās nerūsējošā tērauda markas lēnām iznīcina koncentrēta slāpekļskābe (tā rezultātā tvertnes apakšā veidojas bieza zaļgana “želeja”, metāla sāļu maisījums). Lai samazinātu kodīgumu, slāpekļskābei sāka pievienot dažādas vielas, tikai 0,5% fluorūdeņražskābe samazina nerūsējošā tērauda korozijas ātrumu.

Lai palielinātu trieciena impulsu, skābei pievieno slāpekļa dioksīdu (NO 2). Slāpekļa dioksīda pievienošana skābei saista ūdeni, kas nonāk oksidētājā, kas samazina skābes korozīvo aktivitāti, palielina šķīduma blīvumu, sasniedzot maksimumu pie 14% izšķīdušā NO 2. Amerikāņi izmantoja šo koncentrāciju savām militārajām raķetēm.

Jau gandrīz 20 gadus meklējam piemērotus konteinerus slāpekļskābei. Šķidrās degvielas raķešu dzinēju tvertnēm, caurulēm un sadegšanas kamerām ir ļoti grūti izvēlēties celtniecības materiālus.

ASV izvēlētais oksidētājs ir ar 14% slāpekļa dioksīda. Bet mūsu raķešu zinātnieki rīkojās savādāk. Bija nepieciešams panākt ASV par katru cenu, tāpēc padomju zīmolu oksidētāji - AK-20 un AK-27 - saturēja 20 un 27% tetroksīda.

Interesants fakts: Pirmajā padomju raķešu iznīcinātājā BI-1 lidojumam tika izmantota slāpekļskābe un petroleja.

Tvertnēm un caurulēm bija jābūt no Monela metāla: niķeļa un vara sakausējuma, tas kļuva par ļoti populāru konstrukciju materiālu raķešu zinātnieku vidū. No šī sakausējuma gandrīz 95% tika izgatavoti padomju rubļi.

Trūkumi: pieļaujams "muļķis". Kodīgs aktīvs. Specifiskais impulss nav pietiekami augsts. Pašlaik to gandrīz nekad neizmanto tīrā veidā.

Slāpekļa tetroksīds-AT (N 2 O 4)

Molārā masa = 92,011 g/mol
Blīvums = 1,443 g/cm³

"Paņēma stafeti" no slāpekļskābes militārajos dzinējos. Tas viegli uzliesmo ar hidrazīnu un UDMH. Zema viršanas temperatūra, bet, ja tiek ievērota īpaša piesardzība, to var uzglabāt ilgu laiku.

Trūkumi: tāds pats nejaukums kā HNO 3, bet ar savām dīvainībām. Var sadalīties slāpekļa oksīdā. Toksisks. Zems specifiskais impulss. Bieži tika izmantots un tiek izmantots oksidētājs AK-NN. Tas ir slāpekļskābes un slāpekļa tetroksīda maisījums, ko dažreiz sauc par "sarkano kūpošo slāpekļskābi". Cipari norāda N 2 O 4 procentuālo daudzumu.

Šos oksidētājus galvenokārt izmanto militārajos raķešu dzinējos un kosmosa kuģu raķešu dzinējos to īpašību dēļ: izturība un pašaizdegšanās. Tipiskās AT degvielas ir UDMH un hidrazīns.

Fluors-F 2

Atomu masa = 18,998403163 a. e.m. (g/mol)
F2 molārā masa, 37,997 g/mol
Kušanas temperatūra = 53,53 K (–219,70 °C)
Vārīšanās temperatūra = 85,03 K (–188,12 °C)
Blīvums (šķidrai fāzei), ρ=1,5127 g/cm³

Fluora ķīmija sāka attīstīties pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados, īpaši strauji Otrā pasaules kara laikā no 1939. līdz 1945. gadam un pēc tā saistībā ar kodolrūpniecības un raķešu tehnoloģiju vajadzībām. Nosaukums "Fluors" (no grieķu phthoros - iznīcināšana, nāve), ko ierosināja A. Ampere 1810. gadā, tiek lietots tikai krievu valodā; daudzās valstīs šis nosaukums ir pieņemts "fluors". No ķīmiskā viedokļa tas ir lielisks oksidētājs. Tas oksidē skābekli, ūdeni un praktiski visu. Aprēķini liecina, ka uz F2-Be (berilija) pāra var iegūt maksimālo teorētisko Isp - aptuveni 6000 m/s!

Super? Smuki, nevis "super"...

Jūs nevēlaties savam ienaidniekam tādu oksidētāju.
Īpaši kodīgs, toksisks, pakļauts eksplozijai saskarē ar oksidējošiem materiāliem. Kriogēns. Jebkuram degšanas produktam ir arī gandrīz tādi paši "grēki": tie ir briesmīgi kodīgi un toksiski.

Drošības pasākumi. Fluors ir toksisks, tā maksimāli pieļaujamā koncentrācija gaisā ir aptuveni 2·10-4 mg/l, un maksimāli pieļaujamā koncentrācija ar iedarbību ne ilgāk kā 1 stundu ir 1,5·10-3 mg/l.

Šķidrās degvielas raķešu dzinējs 8D21, izmantojot fluora + amonjaka pāri, deva īpašu impulsu 4000 m/s līmenī.
Pārim F 2 +H 2 izrādās Isp = 4020 m/s!
Problēma: HF fluorūdeņradis izplūdes gāzēs.

Sākuma pozīcija pēc šāda “enerģiska dzinēja” palaišanas?
Šķidru metālu un citu ķīmisku un organisku priekšmetu peļķe, kas izšķīdināta fluorūdeņražskābē!
H 2 +2F=2HF, istabas temperatūrā eksistē dimēra H 2 F 2 formā.

Sajaucas ar ūdeni jebkurā attiecībā, veidojot fluorūdeņražskābi. Un tā izmantošana kosmosa kuģu raķešu dzinējos nav reāla uzglabāšanas nāvējošās sarežģītības un sadegšanas produktu destruktīvās ietekmes dēļ.

Tas pats attiecas uz citiem šķidriem halogēniem, piemēram, hloru.

V.P. bija paredzēts izstrādāt ūdeņraža fluora šķidro propelentu raķešu dzinēju ar 25 tonnu vilci, lai aprīkotu abus raķešu paātrinātāja posmus. Glushko pamatā ir izlietots šķidrās degvielas raķešu dzinējs ar 10 tonnu vilci, izmantojot fluoramonjaka (F 2 + NH 3) degvielu.

Ūdeņraža peroksīds-H2O2.

Es to minēju iepriekš vienkomponenta degvielā.

Walter HWK 109-507: priekšrocības raķešu dzinēja dizaina vienkāršībā. Spilgts šādas degvielas piemērs ir ūdeņraža peroksīds.

Alles: vairāk vai mazāk reālu oksidētāju saraksts ir pilnīgs. Es koncentrējos uz HCl O 4. Kā neatkarīgi oksidētāji, kuru pamatā ir perhlorskābe, interesantākie ir: monohidrāts (H 2 O + ClO 4) - cieta kristāliska viela un dihidrāts (2HO + HClO 4) - blīvs viskozs šķidrums. Perhlorskābe (kas, pateicoties Isp, pati par sevi ir neperspektīva) ir interesanta kā oksidētāju piedeva, kas garantē degvielas pašaizdegšanās uzticamību.

Oksidētājus var klasificēt šādi:

Galīgais (visbiežāk izmantotais) oksidētāju saraksts saistībā ar īstām degošām vielām:

Piezīme: ja vēlaties pārvērst vienu konkrētu impulsa opciju citā, varat izmantot vienkāršu formulu: 1 m/s = 9,81 s.

Atšķirībā no tiem mums ir viegli uzliesmojoši.

Uzliesmojošs

Divkomponentu šķidro propelantu galvenie raksturlielumi pie pк/pa=7/0,1 MPa

Pamatojoties uz to fizikālo un ķīmisko sastāvu, tos var iedalīt vairākās grupās:

Ogļūdeņražu degvielas.
Zemas molekulmasas ogļūdeņraži.
Vienkāršas vielas: atomu un molekulu.

Par šo tēmu līdz šim praktiski interesē tikai ūdeņradis (Hydrogenium).
Es šajā rakstā neuzskatīšu par Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N 2, Br 2, Si, Cl 2, I 2 utt.
Hidrazīna degvielas ("smirdošie").

Mosties, miegainīši - esam jau nonākuši līdz alkoholam (C2H5OH).

Optimālās degvielas meklējumi sākās, entuziastiem izstrādājot šķidrās degvielas raķešu dzinējus. Pirmā plaši izmantotā degviela bija alkohols (etil), izmantots pirmajā
Padomju raķetes R-1, R-2, R-5 (FAU-2 "mantojums") un uz pašu Vergeltungswaffe-2.

Precīzāk, 75% etilspirta (etanola, etilspirta, metilkarbinola, vīna spirta vai spirta, bieži sarunvalodā vienkārši "spirta") šķīdums - vienvērtīgs spirts ar formulu C 2 H 5 OH (empīriskā formula C 2 H 6 O ), vēl viena iespēja: CH3-CH2-OH
Šī degviela divi nopietni trūkumi, kas acīmredzami nederēja militārpersonām: zema energoefektivitāte un.

Veselīga dzīvesveida piekritēji (alkohola fobi) ar furfurilspirta palīdzību mēģināja atrisināt otro problēmu. Tas ir indīgs, kustīgs, caurspīdīgs, dažreiz dzeltenīgs (līdz tumši brūns) šķidrums, kas laika gaitā kļūst sarkans, saskaroties ar gaisu. BARBARI!

Chem. formula: C 4 H 3 OCH 2 OH, Žurka. formula: C5H6O2. Pretīga virca Neder dzeršanai.

Ogļūdeņražu grupa.

Petroleja

Nosacītā formula C 7,2107 H 13,2936
Uzliesmojošs šķidru ogļūdeņražu maisījums (no C 8 līdz C 15) ar viršanas temperatūru diapazonā no 150 līdz 250 ° C, caurspīdīgs, bezkrāsains (vai viegli dzeltenīgs), nedaudz eļļains uz tausti
blīvums - no 0,78 līdz 0,85 g/cm³ (20°C temperatūrā);
viskozitāte - no 1,2 – 4,5 mm²/s (20°C temperatūrā);
uzliesmošanas temperatūra - no 28°C līdz 72°C;
siltumspēja - 43 MJ/kg.

Mans viedoklis: par precīzu molmasu rakstīt ir bezjēdzīgi

Petroleja ir dažādu ogļūdeņražu maisījums, tāpēc parādās biedējošas frakcijas (ķīmiskajā formulā) un “izsmērēta” viršanas temperatūra. Ērta degviela ar augstu viršanas temperatūru. To jau ilgu laiku un veiksmīgi izmanto visā pasaulē dzinējos un aviācijā. Ar to joprojām lido Sojuz lidmašīnas. Zema toksicitāte (stingri neiesaku dzert), stabila. Tomēr petroleja ir bīstama un kaitīga veselībai (iekšķīgai lietošanai).
Veselības ministrija ir kategoriski pret!
Karavīru pasakas: noder, lai atbrīvotos no nejaukām.

Tomēr darbības laikā ir nepieciešama arī rūpīga apstrāde:

Būtiskas priekšrocības: salīdzinoši lēti, apgūti ražošanā. Petrolejas-skābekļa pāris ir ideāls pirmajam posmam. Tā īpatnējais impulss uz zemes ir 3283 m/s, tukšums 3475 m/s. Trūkumi. Salīdzinoši zems blīvums.

Amerikāņu raķešu petroleja Rocket Propellant-1 vai Refined Petroleum-1

Relatīvi bija.
Lai palielinātu blīvumu, kosmosa izpētes līderi izstrādāja sintīnu (PSRS) un RJ-5 (ASV).
.

Petrolejai ir tendence līnijās un dzesēšanas ceļā veidot darvas nogulsnes, kas negatīvi ietekmē dzesēšanu. Viņi koncentrējas uz šo viņa slikto īpašību.
Petrolejas dzinēji bija visvairāk attīstīti PSRS.

Cilvēka intelekta un inženierijas šedevrs, mūsu "pērle" RD-170/171:

Tagad termins “ogļūdeņraža degviela” ir kļuvis par pareizāku nosaukumu petrolejas degvielai, jo no petrolejas, ko drošās petrolejas lampās sadedzināja I. Lukaševičs un J. Zehs, izlietotais UVG ļoti “aizgāja”.

Faktiski Roscosmos sniedz dezinformāciju:

Pēc degvielas komponentu iesūknēšanas tā tvertnēs - naftils (raķešu petroleja)), sašķidrināto skābekli un ūdeņraža peroksīdu, kosmosa transporta sistēma svērs vairāk nekā 300 tonnas (atkarībā no nesējraķetes modifikācijas).

Zemas molekulmasas ogļūdeņraži

Metāns-CH4

Molārā masa: 16,04 g/mol
Gāzes blīvums (0 °C) 0,7168 kg/m³;
šķidrums (-164,6 °C) 415 kg/m³
Kušanas temperatūra=-182,49 °C
Bp = -161,58 °C

Tagad visi to uzskata par daudzsološu un lētu degvielu, kā alternatīvu petrolejai un ūdeņradim.
Galvenais dizaineris Vladimirs Čvanovs:

SDG dzinēja specifiskais impulss ir augsts, taču šo priekšrocību kompensē tas, ka metāna degvielai ir mazāks blīvums, līdz ar to kopējā enerģijas priekšrocība ir niecīga. No dizaina viedokļa metāns ir pievilcīgs. Lai atbrīvotu dzinēja dobumus, jums ir jāiziet tikai iztvaikošanas cikls - tas ir, dzinējs tiek vieglāk atbrīvots no produktu atliekām. Sakarā ar to metāna degviela ir pieņemamāka no atkārtoti lietojama dzinēja un atkārtoti lietojama gaisa kuģa izveides viedokļa.

Lēti, izplatīti, stabili, maz toksiski. Salīdzinot ar ūdeņradi, tam ir augstāka viršanas temperatūra, un īpašais impulss, kas savienots ar skābekli, ir augstāks nekā petrolejas impulss: apmēram 3250-3300 m/s uz zemes. Nav slikts dzesētājs.

Trūkumi. Zems blīvums (uz pusi no petrolejas). Dažos sadegšanas režīmos tas var sadalīties, izdalot oglekli cietā fāzē, kas var izraisīt impulsa samazināšanos divfāzu plūsmas dēļ un strauju dzesēšanas režīma pasliktināšanos kamerā, ko izraisa kvēpu nogulsnēšanās. sadegšanas kameras sienas. Pēdējā laikā aktīvi tiek veikti pētījumi un attīstība tās izmantošanas jomā (kopā ar propānu un dabasgāzi), pat esošās gāzes modificēšanas virzienā. LRE (jo īpaši šāds darbs tika veikts).

Roscosmos jau 2016. gadā sāka attīstīt elektrostaciju, kas izmanto sašķidrinātu dabasgāzi.

Vai "Kinder Surpeis", piemēram: amerikāņu Raptor dzinējs no Space X:

Šīs degvielas ietver propānu un dabasgāzi. To kā degvielu galvenās īpašības ir tuvas (izņemot lielāku blīvumu un augstāku viršanas temperatūru) ogļūdeņražiem. Un, tos lietojot, rodas tādas pašas problēmas.

-H 2 (šķidrums: LH 2) izceļas uzliesmojošu vielu vidū.

Ūdeņraža molārā masa ir 2016 g/mol jeb aptuveni 2 g/mol.
Blīvums (nr.) = 0,0000899 (pie 273 K (0 °C)) g/cm³
Kušanas temperatūra = 14,01 K (-259,14 °C);
Vārīšanās temperatūra = 20,28 K (-252,87 °C);

Pāra LOX-LH 2 izmantošanu ierosināja Ciolkovskis, bet to ieviesa citi:

No termodinamikas viedokļa H 2 ir ideāls darba šķidrums gan pašam šķidrās degvielas dzinējam, gan TNA turbīnai. Lielisks dzesēšanas šķidrums gan šķidrā, gan gāzveida stāvoklī. Pēdējais fakts ļauj īpaši nebaidīties no ūdeņraža uzvārīšanās dzesēšanas ceļā un sūkņa darbināšanai izmantot šādā veidā gazificētu ūdeņradi.

Šī shēma ir ieviesta Aerojet Rocketdyne RL-10 - vienkārši krāšņā (no inženierijas viedokļa) dzinējā:

Mūsu analogs ( vēl labāk, jo jaunāki): RD-0146 (D, DM) - bezgāzes šķidrās degvielas raķešu dzinējs, ko izstrādājis Voroņežas Ķīmiskās automātikas projektēšanas birojs.

Īpaši efektīvi ar uzgali, kas izgatavots no Grauris materiāla. Bet tas vēl nelido

Šis TC nodrošina augstu īpatnējo impulsu – savienojot ar skābekli, 3835 m/s.

Tas ir augstākais rādītājs starp faktiski izmantotajiem. Šie faktori nosaka lielo interesi par šo degvielu. Videi draudzīgs, pie “izejas” saskarē ar O 2: ūdens (ūdens tvaiki). Kopīgas, praktiski neierobežotas piegādes. Apgūts ražošanā. Netoksisks. Tomēr šajā medus mucā ir daudz mušu.

1. Ārkārtīgi zems blīvums. Ikviens ir redzējis milzīgās nesējraķetes Energia un Space Shuttle ūdeņraža tvertnes. Zemā blīvuma dēļ tas ir piemērojams (parasti) nesējraķetes augšējos posmos.

Turklāt zems blīvums rada sarežģītu izaicinājumu sūkņiem: ūdeņraža sūkņi ir daudzpakāpju, lai nodrošinātu nepieciešamo masas plūsmu bez kavitācijas.

Tā paša iemesla dēļ nepieciešams uzstādīt t.s degvielas pastiprinātāja sūknēšanas iekārtas (FPU) tieši aiz ieplūdes ierīces tvertnēs, lai atvieglotu galvenā degvielas sūkņa dzīvi.

Ūdeņraža sūkņiem optimālai darbībai ir nepieciešams arī ievērojami lielāks sūkņa griešanās ātrums.

2. Zema temperatūra. Kriogēnā degviela. Pirms degvielas uzpildīšanas nepieciešams vairākas stundas atdzesēt (un/vai pārdzesēt) tvertnes un visu traktu. LV tanki "Falocn 9FT" - ieskats no iekšpuses:

Vairāk par "pārsteigumiem":
"SILTUMA UN MASU PĀRNEES PROCESU MATEMĀTISKĀ MODELĒŠANA ŪDEŅRAŽA SISTĒMĀS" N0R V.A. Gordejevs V.P. Firsovs, A.P. Gņevaševs, E.I. Postoyuk
FSUE "GKNPTs im. M.V. Hruņičevs, KB "Salyut"; "Maskavas Aviācijas institūts (Valsts Tehniskā universitāte)

Darbā sniegts skābekļa-ūdeņraža augšējās pakāpes 12KRB tvertnē un ūdeņraža līnijās galveno siltuma un masas pārneses procesu matemātisko modeļu apraksts. Tika konstatētas anomālijas ūdeņraža piegādē šķidrās degvielas raķešu dzinējam un piedāvāts to matemātiskais apraksts. Modeļi tika pārbaudīti stenda un lidojuma testos, kas ļāva tos izmantot, lai prognozētu dažādu modifikāciju sērijveida augšējo posmu parametrus un pieņemtu nepieciešamos tehniskos lēmumus pneimohidraulisko sistēmu uzlabošanai.

Zemā viršanas temperatūra apgrūtina iesūknēšanu tvertnēs un šīs degvielas uzglabāšanu tvertnēs un uzglabāšanas telpās.

3. Šķidram ūdeņradim ir dažas gāzes īpašības:

Saspiežamības koeficients (pv/RT) pie 273,15 K: 1,0006 (0,1013 MPa), 1,0124 (2,0266 MPa), 1,0644 (10,133 MPa), 1,134 (20,266 MPa), 1,277 (40,532 MPa);
Ūdeņradis var būt orto un para stāvoklī. Ortoūdeņradim (o-H2) ir paralēla (vienas zīmes) kodola spinu orientācija. Para-ūdeņraža (p-H2)-antiparalēli.

Normālā un augstā temperatūrā H2 (normāls ūdeņradis, n-H2) ir 75% orto un 25% para modifikāciju maisījums, kas var savstarpēji pārvērsties viens otrā (orto-para transformācija). Kad o-H2 pārvēršas par p-H2, izdalās siltums (1418 J/mol).

Tas viss rada papildu grūtības cauruļvadu, šķidrās degvielas dzinēju, sūkņu, darbības grafiku un jo īpaši sūkņu projektēšanā.

4. Ūdeņraža gāze izplatās ātrāk nekā citas gāzes kosmosā, iziet cauri mazām porām un augstā temperatūrā salīdzinoši viegli iekļūst tēraudā un citos materiālos. H 2g ir augsta siltumvadītspēja, kas vienāda ar 0,1717 W/(m*K) pie 273,15 K un 1013 hPa (7,3 attiecībā pret gaisu).

Ūdeņradis normālā stāvoklī zemā temperatūrā ir neaktīvs, nesildot, reaģē tikai ar F 2 un gaismā ar Cl 2. Ūdeņradis aktīvāk reaģē ar nemetāliem nekā ar metāliem. Reaģē ar skābekli gandrīz neatgriezeniski, veidojot ūdeni ar 285,75 MJ/mol siltuma izdalīšanos;

5. Ūdeņradis veido hidrīdus ar sārmu un sārmzemju metāliem, periodiskās tabulas III, IV, V un VI grupas elementiem, kā arī ar intermetāliskajiem savienojumiem. Ūdeņradis reducē daudzu metālu oksīdus un halogenīdus līdz metāliem, bet nepiesātinātos ogļūdeņražus par piesātinātajiem (sk.).
Ūdeņradis ļoti viegli atdod savu elektronu. Šķīdumā tas protona veidā tiek atdalīts no daudziem savienojumiem, izraisot to skābās īpašības. Ūdens šķīdumos H+ ar ūdens molekulu veido hidronija jonu H 3 O Būdams dažādu savienojumu molekulu sastāvdaļa, ūdeņradim ir tendence veidot ūdeņraža saiti ar daudziem elektronnegatīviem elementiem (F, O, N, C, B, Cl, Cl). S, P).

6. Ugunsgrēka un sprādziena bīstamība. Nav nepieciešams to marinēt: sprādzienbīstamo maisījumu zina visi.
Ūdeņraža un gaisa maisījums eksplodē no mazākās dzirksteles jebkurā koncentrācijā - no 5 līdz 95 procentiem.

Vai Space Shuttle galvenais dzinējs (SSME) ir iespaidīgs?

Tagad novērtējiet tā izmaksas!
Droši vien, to redzot un aprēķinot izmaksas (izmaksas par 1 kg kravnesības nolaišanu orbītā), likumdevēji un tie, kas pārvalda ASV un jo īpaši NASA budžetu... nolēma "labi, skrūvējiet".
Un es viņus saprotu - nesējraķete Sojuz ir gan lētāka, gan drošāka, turklāt RD-180/181 izmantošana novērš daudzas amerikāņu nesējraķešu problēmas un ievērojami ietaupa nodokļu maksātāju naudu bagātākajā pasaules valstī.

Labākais raķešu dzinējs ir tāds, kuru varat izgatavot/iegādāties un kuram būs vēlamā vilce (ne pārāk liela vai pārāk maza) un kas ir pietiekami efektīvs (īpašs impulss, sadegšanas kameras spiediens), lai tas jums nekļūtu pārāk smags. /Filips Terekhovs@lozga

Ūdeņraža dzinēji ir visattīstītākie ASV.
Šobrīd “Ūdeņraža klubā” esam 3-4. vietā (pēc Eiropas, Japānas un Ķīnas/Indijas).

Atsevišķi minēšu cieto un metālisko ūdeņradi.

Cietais ūdeņradis kristalizējas sešstūra režģī (a = 0,378 nm, c = 0,6167 nm), kura mezglos atrodas H 2 molekulas, kas savā starpā savienotas ar vājiem starpmolekulāriem spēkiem; blīvums 86,67 kg/m³; С° 4,618 J/(mol*K) pie 13 K; dielektrisks. Spiedienā virs 10 000 MPa ir sagaidāma fāzes pāreja, veidojoties no atomiem veidotai struktūrai ar metāliskām īpašībām. Teorētiski ir prognozēta “metāla ūdeņraža” supravadītspējas iespēja.

Cietais ūdeņradis ir ūdeņraža agregācijas cietais stāvoklis.
Kušanas temperatūra –259,2 °C (14,16 K).
Blīvums 0,08667 g/cm³ (pie –262 °C).
Balta sniegam līdzīga masa, sešstūra sistēmas kristāli.

Skotu ķīmiķis J. Dewar 1899. gadā bija pirmais, kas ieguva ūdeņradi cietā stāvoklī. Lai to izdarītu, viņš izmantoja reģeneratīvo dzesēšanas iekārtu, kuras pamatā ir .

Problēmas ir ar viņu. Viņš pastāvīgi apmaldās: . Tas ir saprotams: tiek iegūts molekulu kubs: 6x6x6. Vienkārši “milzīgi” apjomi — vienkārši “uzpildiet” raķeti tūlīt. Kādu iemeslu dēļ tas man atgādināja. Šis nano brīnums nav atrasts 7 vai vairāk gadus.

Es pagaidām atstāšu aizkulisēs anamesonu, antimateriālu un metastabilo hēliju.

...
Hidrazīna degvielas ("smirdošie")
Hidrazīns-N2H4

Stāvoklis pie nulles – bezkrāsains šķidrums
Molārā masa = 32,05 g/mol
Blīvums = 1,01 g/cm³

Ļoti izplatīta degviela.
Tas tiek glabāts ilgu laiku, un viņiem tas "mīl". Plaši izmanto kosmosa kuģu vadības sistēmās un ICBM/SLBM, kur izturība ir kritiska.

Tiem, kurus mulsina Iud dimensijā N*s/kg, atbildu: šo apzīmējumu militāristi “mīl”.
Ņūtons ir atvasināta mērvienība, uz kuras pamata tas tiek definēts kā spēks, kas 1 kg smaga ķermeņa ātrumu maina par 1 m/s 1 sekundē spēka virzienā. Tādējādi 1 N = 1 kg m/s 2.
Attiecīgi: 1 N*s/kg =1 kg m/s 2 *s/kg=m/s.
Apgūts ražošanā.

Trūkumi: toksisks, smirdošs.

Hidrazīna toksicitāte cilvēkiem nav noteikta. Pēc S.Kropa aprēķiniem par bīstamu koncentrāciju jāuzskata 0,4 mg/l. Ch. Komstoks un darba kolēģi uzskata, ka maksimāli pieļaujamā koncentrācija nedrīkst pārsniegt 0,006 mg/l. Saskaņā ar jaunākiem Amerikas datiem, šī koncentrācija 8 stundu laikā ir samazināta līdz 0,0013 mg/l. Svarīgi atzīmēt, ka hidrazīna ožas sajūtas slieksnis cilvēkiem ievērojami pārsniedz norādītos skaitļus un ir vienāds ar 0,014-0,030 mg/l. Šajā ziņā zīmīgs ir fakts, ka vairākiem hidrazīna atvasinājumiem raksturīgā smarža ir jūtama tikai pirmajās saskares minūtēs ar tiem. Pēc tam ožas orgānu adaptācijas dēļ šī sajūta pazūd, un cilvēks, to nemanot, var ilgstoši atrasties piesārņotā atmosfērā, kurā ir toksiska minētās vielas koncentrācija.

Hidrazīna tvaiki eksplodē zem adiabātiskās kompresijas. Tas ir pakļauts sadalīšanai, kas tomēr ļauj to izmantot kā monopropelantu zemas vilces šķidro raķešu dzinējiem (LPRE). Pateicoties ražošanas attīstībai, tas ir vairāk izplatīts ASV.

Nesimetrisks dimetilhidrazīns (UDMH)-H2N-N(CH3)2

Chem. formula: C2H8N2, Žurka. formula: (CH3)2NNH2
Stāvoklis pie nulles - šķidrums
Molārā masa = 60,1 g/mol
Blīvums = 0,79±0,01 g/cm³

Tā izturības dēļ plaši izmanto militārajos dzinējos. Apgūstot ampulācijas tehnoloģiju, visas problēmas praktiski pazuda (izņemot utilizāciju un avārijas ar kvotām).

Tam ir lielāks impulss, salīdzinot ar hidrazīnu.

Blīvums un īpatnējais impulss ar pamata oksidētājiem ir zemāks nekā petrolejai ar tādiem pašiem oksidētājiem. Spontāni uzliesmo ar slāpekļa oksidētājiem. Apgūts ražošanā PSRS.
Biežāk sastopams PSRS.
Un franču iznīcinātāja-bumbvedēja reaktīvajā dzinējā (labs video, iesaku) UDMH tiek izmantots kā aktivizējoša piedeva tradicionālajai degvielai.

Attiecībā uz hidrazīna degvielu.

Īpatnējā vilce ir vienāda ar vilces un svara attiecību, degvielas patēriņu; šajā gadījumā to mēra sekundēs (s = N s/N = kgf s/kgf). Lai svara īpatnējo vilci pārvērstu masas vilcē, tā jāreizina ar gravitācijas paātrinājumu (aptuveni 9,81 m/s²)

Palikuši aizkulisēs:
Anilīns, metil-, dimetil- un trimetilamīni un CH 3 NHNH 2 -metilhidrazīns (pazīstams arī kā monometilhidrazīns vai heptils) utt.

Tie nav tik izplatīti. Uzliesmojošās hidrazīna grupas galvenā priekšrocība ir tās ilgs glabāšanas laiks, izmantojot augstas viršanas temperatūras oksidētājus. Darbs ar tiem ir ļoti nepatīkams - toksiski viegli uzliesmojoši, agresīvi oksidētāji, toksiski sadegšanas produkti.

Nozares žargonā šīs degvielas tiek sauktas par “smirdīgu” vai “smirdīgu”.

Mēs varam ar lielu pārliecību teikt, ka, ja nesējraķetei ir “smirdīgi” dzinēji, tad "pirms laulībām" tā bija kaujas raķete (ICBM, SLBM vai pretraķešu aizsardzības sistēma - kas jau ir retums). Ķīmija gan armijas, gan civiliedzīvotāju dienestā.

Vienīgais izņēmums, iespējams, ir nesējraķete Ariane – kooperatīva izveide: Aérospatiale, Matra Marconi Space, Alenia, Spazio, DASA uc Tā savā “meitenes gados” cieta līdzīgu militāro likteni.

Gandrīz visi militārie spēki pārgāja uz cietās degvielas raķešu dzinējiem, jo ​​tie bija ērtāk lietojami. “Smirdīgās” degvielas niša astronautikā ir sašaurināta, lai to varētu izmantot kosmosa kuģu piedziņas sistēmās, kur nepieciešama ilgstoša uzglabāšana bez īpašām materiālu vai enerģijas izmaksām.
Varbūt pārskatu var īsi izteikt grafiski:

Ar metānu aktīvi strādā arī raķešu zinātnieki. Nav īpašu ekspluatācijas grūtību: tas ļauj diezgan labi paaugstināt spiedienu kamerā (līdz 40 milj Pa) un saņemiet labu sniegumu.
() un citas dabasgāzes (SDG).

Par citiem šķidrās degvielas raķešu dzinēju darbības uzlabošanas virzieniem (degvielu metalizācija, He 2 izmantošana, acetāms utt.) rakstīšu vēlāk. Ja ir interese.

Brīvo radikāļu iedarbības izmantošana ir laba perspektīva.
Detonācijas sadegšana ir iespēja ilgi gaidītajam lēcienam uz Marsu.

Pēcvārds:

vispār visi raķešu tehniskie kompleksi (izņemot zinātniskos un tehnoloģiskos kompleksus), kā arī mēģinājumi tos izgatavot mājas apstākļos ir ļoti bīstami. Iesaku rūpīgi izlasīt:
. Maisījums, ko viņš gatavoja uz plīts katliņā, uzsprāga, kā bija paredzēts. Rezultātā vīrietis guva milzīgus apdegumus un piecas dienas pavadīja slimnīcā.

Visas mājas (garāžas) manipulācijas ar šādiem ķīmiskiem komponentiem ir ārkārtīgi bīstamas un dažkārt nelikumīgas. LABĀK netuvoties vietām, kur tie izplūst bez aizsarglīdzekļu un gāzmaskas:

Tāpat kā ar izlijušo dzīvsudrabu: zvaniet Ārkārtas situāciju ministrijai, viņi ātri atbrauks un profesionāli visu savāks.

Paldies visiem, kas spēja to visu izturēt līdz galam.

Primārie avoti:
Kachur P. I., Glushko A. V. "Valentīns Gluško. Raķešu dzinēju un kosmosa sistēmu projektētājs", 2008.
G.G. Gahuns "Šķidro raķešu dzinēju projektēšana un dizains", Maskava, "Mašīnbūve", 1989.
Iespēja palielināt šķidrās degvielas raķešu dzinēja īpatnējo impulsu
pievienojot hēliju sadegšanas kamerai S.A. Orlin MSTU nosaukts pēc. N.E. Bauman, Maskava
M.S. Shekhter. "Raķešu dzinēju degviela un darba šķidrumi", mašīnbūve" 1976
Zavistovskis D.I. "Sarunas par raķešu dzinējiem".
Filips Terekhovs @lozga (www.geektimes.ru).
"Degvielas veidi un to raksturojums. Degviela ir uzliesmojoša viela, ko izmanto siltuma ražošanai. Degvielas sastāvs. Degošā daļa - ogleklis C-ūdeņraža H-sērs - prezentācija Oksana Kaseeva."
Fakas S.S. "Šķidrās degvielas dzinēju pamati. Darba šķidrumi"
Tika izmantoti fotoattēli un video materiāli no vietnēm:

http://technomag.bmstu.ru
www.abm-website-assets.s3.amazonaws.com
www.free-inform.ru
www.rusarchives.ru
www.epizodsspace.airbase.ru
www.polkovnik2000.narod.ru
www.avia-simply.ru
www.arms-expo.ru
www.npoenergomash.ru
www.buran.ru
www.fsmedia.imgix.net
www.wikimedia.org
www.youtu.be
www.cdn.tvc.ru
www.commi.narod.ru
www.dezinfo.net
www.nasa.gov
www.novosti-n.org
www.prirodasibiri.ru
www.radikal.ru
www.spacenews.com
www.esa.int
www.bse.sci-lib.com
www.kosmos-x.net.ru
www.rocketpolk44.narod.ru
www.criotehnika.ru
www.transtank.rf
www.chitoprudov.livejournal.com/104041.html
www.cryogenmash.ru
www.eldeprocess.ru
www.chemistry-chemists.com
www.rusvesna.su
www.arms-expo.ru
www.armedman.ru
www.transtank.rf
www.ec.europa.eu
www.mil.ru
www.kbkha.ru
www.naukarus.com

Cietā raķešu degviela ir cieta viela (vielu maisījums), kas var degt bez gaisa un tajā pašā laikā izdalīt daudzus gāzveida savienojumus, kas uzkarsēti līdz augstai temperatūrai. Šādas kompozīcijas tiek izmantotas raķešu dzinēju radīšanai.

Raķešu degviela tiek izmantota kā enerģijas avots Papildus cietajam kurināmajam ir arī želejveida, šķidrie un hibrīdie analogi. Katram degvielas veidam ir savas priekšrocības un trūkumi. Šķidrās degvielas ir vienkomponenta un divkomponentu (degviela + oksidētājs). Gēla degvielas ir kompozīcijas, kas sabiezinātas līdz gēla stāvoklim, izmantojot Hibrīdās degvielas ir sistēmas, kas ietver cieto kurināmo un šķidro oksidētāju.

Pirmie raķešu degvielas veidi bija cietie. Šaujampulveri un tā analogus izmantoja kā darba vielu, ko izmantoja karadarbībā un uguņošanas ierīcēm. Tagad šos savienojumus izmanto tikai nelielu raķešu modeļu ražošanai kā raķešu degvielu. Kompozīcija ļauj palaist nelielas (līdz 0,5 m) raķetes vairāku simtu metru augstumā. Dzinējs tajos ir mazs cilindrs. Tas ir piepildīts ar cietu uzliesmojošu maisījumu, kas tiek aizdedzināts ar karstu stiepli un deg tikai dažas sekundes.

Cietā raķešu degviela visbiežāk sastāv no oksidētāja, degvielas un katalizatora, kas ļauj tai uzturēt stabilu degšanu pēc kompozīcijas aizdedzināšanas. Sākotnējā stāvoklī šie materiāli ir pulverveida. Lai no tiem izgatavotu raķešu degvielu, ir nepieciešams izveidot blīvu, kas degs ilgu laiku, vienmērīgi un nepārtraukti. Cietie raķešu dzinēji izmanto: kā oksidētāju, (oglekli) kā degvielu un sēru kā katalizatoru. Šis ir melnā pulvera sastāvs. Otra materiālu kombinācija, kas tiek izmantota kā raķešu degviela, ir Berthollet sāls, alumīnija vai magnija pulveris un nātrija hlorāts. Šo sastāvu sauc arī par balto pulveri. Militāro raķešu cietās degošās pildvielas tiek iedalītas ballistiskajās (nitroglicerīna saspiestais šaujampulveris) un jauktās, kuras izmanto kanālu bumbu veidā.

Raķešu dzinējs ar cieto degvielu darbojas šādi. Pēc aizdegšanās degviela sāk degt noteiktā ātrumā, caur sprauslu izspiežot karstu gāzveida vielu, kas nodrošina vilci. Degviela dzinējā deg, līdz beidzas. Tāpēc nav iespējams apturēt procesu un izslēgt dzinēju, līdz pildviela pilnībā izdeg. Tas ir viens no nopietnajiem cietā kurināmā dzinēju trūkumiem salīdzinājumā ar citiem analogiem. Tomēr reālos kosmosa ballistiskajos nesējos cietos propelentus izmanto tikai sākotnējā lidojuma posmā. Nākamajos posmos tiek izmantota cita veida raķešu degviela, tāpēc cieto degvielu kompozīciju trūkumi nerada būtiskas problēmas.

Vispārīgā gadījumā darba šķidruma sildīšana ir siltuma raķešu dzinēja darba procesa sastāvdaļa. Turklāt formāli ir nepieciešama siltuma avota - sildītāja klātbūtne (konkrētā gadījumā tā siltuma jauda var būt nulle). Tās veidu var raksturot ar siltumā pārvērstās enerģijas veidu. Tādējādi iegūstam klasifikācijas zīmi, pēc kuras termoraķešu dzinējus pēc darba šķidruma siltumenerģijā pārvērstās enerģijas veida iedala elektriskajos, kodolieročus (10.1. att.) un ķīmiskajos (13.1. att., 2. līmenis). ).

Ķīmiskās degvielas raķešu dzinēja konstrukciju, dizainu un sasniedzamos parametrus lielā mērā nosaka raķešu degvielas kopējais stāvoklis. Pamatojoties uz to, ķīmiskās degvielas raķešu dzinējus (ārzemju literatūrā dažreiz sauc par ķīmiskajiem raķešu dzinējiem) iedala:

šķidrās degvielas raķešu dzinēji - šķidrās degvielas raķešu dzinēji, kuru degvielas sastāvdaļas, uzglabājot uz kuģa, ir šķidras (13.1. att., 3. līmenis; foto, foto),

cietā kurināmā raķešu dzinēji - cietās degvielas raķešu dzinēji (1.7., 9.4. att., foto, foto),

hibrīdraķešu dzinēji - GRD, kuru degvielas sastāvdaļas atrodas uz kuģa dažādos agregācijas stāvokļos (11.2. att.).

Acīmredzama ķīmiskās degvielas dzinēju klasifikācijas iezīme ir degvielu sastāvdaļu skaits.

Piemēram, šķidrās degvielas dzinēji, kas izmanto vienkomponentu vai divkomponentu degvielu, gāzes dzinēji, kas izmanto trīskomponentu degvielu (pēc ārvalstu terminoloģijas - tribrid degviela) (13.1. att., 4. līmenis).

Pamatojoties uz konstrukcijas īpašībām, ir iespējams klasificēt raķešu dzinējus ar desmitiem kategoriju, bet galvenās atšķirības mērķa funkcijas izpildē nosaka shēma sastāvdaļu piegādei sadegšanas kamerā. Tipiskākā klasifikācija uz šī pamata ir šķidrās degvielas raķešu dzinēji.

Raķešu degvielas klasifikācija.

RT ir sadalītas cietā un šķidrā veidā. Cietajai raķešu degvielai ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar šķidrajām: tās tiek uzglabātas ilgu laiku, neietekmē raķešu čaulu un nerada briesmas personālam, kas strādā ar to zemās toksicitātes dēļ.

Tomēr to degšanas sprādzienbīstamība rada grūtības to izmantošanā.

Cietie raķešu propelenti ietver ballista un kordīta propelentus, kuru pamatā ir nitroceluloze.

Šķidruma reaktīvais dzinējs, kura ideja pieder K. E. Ciolkovskim, ir visizplatītākais astronautikā.

Šķidrais RT var būt vienkomponenta vai divkomponentu (oksidētājs un uzliesmojošs).

Pie oksidētājiem pieder: slāpekļskābe un slāpekļa oksīdi (dioksīds, tetroksīds), ūdeņraža peroksīds, šķidrais skābeklis, fluors un tā savienojumi.

Kā degvielu izmanto petroleju, šķidru ūdeņradi un hidrazīnus. Visplašāk izmantotais ir hidrazīns un nesimetriskais dimetilhidrazīns (UDMH).

Vielas, kas veido šķidro RT, ir ļoti agresīvas un toksiskas cilvēkiem. Tādēļ medicīnas dienests saskaras ar problēmu veikt profilaktiskus pasākumus, lai pasargātu personālu no akūtas un hroniskas CRT saindēšanās, un organizēt neatliekamo palīdzību traumu gadījumos.

Šajā sakarā tiek pētīta bojājumu patoģenēze un klīniskā aina, tiek izstrādāti līdzekļi neatliekamās palīdzības sniegšanai un skarto ārstēšanai, tiek radīti līdzekļi ādas un elpošanas orgānu aizsardzībai, kā arī dažādu CRT maksimāli pieļaujamās koncentrācijas un tiek noteikti nepieciešamie higiēnas standarti.

Dažādu kosmosa kuģu nesējraķetes un piedziņas sistēmas ir galvenā šķidro degvielu dzinēju pielietojuma joma.

Šķidruma raķešu dzinēju priekšrocības ir šādas:

Augstākais īpatnējais impulss ķīmisko raķešu dzinēju klasē (virs 4500 m/s skābekļa-ūdeņraža pārim, petrolejai-skābeklim - 3500 m/s).

Vilces kontrole: pielāgojot degvielas patēriņu, jūs varat mainīt vilces spēku plašā diapazonā un pilnībā apturēt dzinēju un pēc tam to iedarbināt no jauna. Tas ir nepieciešams, manevrējot transportlīdzekli kosmosā.

Veidojot lielas raķetes, piemēram, nesējraķetes, kas palaiž vairākas tonnas smagas kravas zemas Zemes orbītā, šķidro degvielu dzinēju izmantošana ļauj sasniegt svara priekšrocības salīdzinājumā ar cietās degvielas dzinējiem (cietās degvielas dzinējiem). Pirmkārt, lielāka īpatnējā impulsa dēļ, otrkārt, tāpēc, ka šķidrā degviela uz raķetes atrodas atsevišķās tvertnēs, no kurām ar sūkņu palīdzību tiek piegādāta sadegšanas kamerai. Pateicoties tam, spiediens tvertnēs ir ievērojami (desmitiem reižu) zemāks nekā sadegšanas kamerā, un pašas tvertnes ir plānsienu un salīdzinoši vieglas. Raķešu dzinējā ar cieto degvielu degvielas tvertne ir arī sadegšanas kamera, un tai ir jāiztur augsts spiediens (desmitiem atmosfēru), un tas izraisa tā svara pieaugumu. Jo lielāks ir degvielas tilpums uz raķetes, jo lielāks ir konteineru izmērs tās uzglabāšanai, un jo lielāka ir šķidrā raķešu dzinēja svara priekšrocība salīdzinājumā ar cietās degvielas raķešu dzinēju, un otrādi: mazām raķetēm klātbūtne. turbo sūkņa bloks noliedz šo priekšrocību.

Raķešu dzinēju trūkumi:

Šķidrās degvielas dzinējs un uz tā balstīta raķete ir daudz sarežģītāki un dārgāki nekā cietās degvielas dzinēji ar līdzvērtīgām iespējām (neskatoties uz to, ka 1 kg šķidrās degvielas ir vairākas reizes lētākas nekā cietā degviela). Šķidrās raķetes ir nepieciešams transportēt ar lielākiem piesardzības pasākumiem, un tās sagatavošanas palaišanas tehnoloģija ir sarežģītāka, darbietilpīgāka un laikietilpīgāka (īpaši, ja kā degvielas sastāvdaļas tiek izmantotas sašķidrinātās gāzes), tāpēc militārajām raķetēm priekšroka tiek dota. pašlaik tiek piešķirti cietā kurināmā dzinējiem, pateicoties to augstākai augstajai uzticamībai, mobilitātei un kaujas gatavībai.

Nulles gravitācijas apstākļos šķidrās degvielas sastāvdaļas nekontrolējami pārvietojas tvertņu telpā. Lai tos noglabātu, jāveic īpaši pasākumi, piemēram, jāieslēdz palīgdzinēji, kas darbojas ar cieto kurināmo vai gāzi.

Šobrīd ķīmiskajiem raķešu dzinējiem (tostarp šķidrās degvielas dzinējiem) ir sasniegta degvielas enerģētisko spēju robeža, un tāpēc teorētiski nav paredzēta iespēja būtiski palielināt to īpatnējo impulsu, un tas ierobežo raķešu tehnoloģijas iespējas, kuru pamatā ir ķīmisko dzinēju izmantošana, jau apgūtas divos virzienos:

Kosmosa lidojumi tuvējā Zemei kosmosā (gan pilotēti, gan bezpilota).

Kosmosa izpēte Saules sistēmā, izmantojot automātiskos transportlīdzekļus (Voyager, Galileo).

degvielas sastāvdaļas

Degvielas komponentu izvēle ir viens no svarīgākajiem lēmumiem, projektējot šķidrās degvielas dzinēju, kas iepriekš nosaka daudzas dzinēja konstrukcijas detaļas un turpmākos tehniskos risinājumus. Tāpēc šķidrās degvielas raķešu dzinēja degvielas izvēle tiek veikta, vispusīgi ņemot vērā dzinēja un raķetes, uz kuras tā ir uzstādīta, mērķi, to darbības apstākļus, ražošanas tehnoloģiju, uzglabāšanu, transportēšanu uz palaišanas vietu. utt.

Viens no svarīgākajiem komponentu kombināciju raksturojošajiem rādītājiem ir specifiskais impulss, kas ir īpaši svarīgs, projektējot kosmosa kuģu nesējraķetes, jo degvielas masas un kravnesības attiecība, līdz ar to arī visas raķetes izmērs un masa, lielā mērā ir atkarīga no to (sk. Ciolkovska formulu), kas var izrādīties nereāla, ja konkrētais impulss nav pietiekami augsts. 1. tabulā parādīti dažu šķidrās degvielas komponentu kombināciju galvenie raksturlielumi.

Papildus konkrētajam impulsam, izvēloties degvielas komponentus, izšķiroša nozīme var būt arī citiem degvielas īpašību rādītājiem, tostarp:

Blīvums, kas ietekmē komponentu tvertņu izmēru. Kā izriet no tabulas. 1, ūdeņradis ir uzliesmojošs, ar augstāko īpatnējo impulsu (no jebkura oksidētāja), bet tam ir ārkārtīgi zems blīvums. Tāpēc nesējraķešu pirmajās (lielākajās) stadijās parasti tiek izmantoti citi (mazāk efektīvi, bet blīvāki) degvielas veidi, piemēram, petroleja, kas ļauj samazināt pirmās pakāpes izmērus līdz pieņemamam izmēram. Šādas “taktikas” piemēri ir raķete Saturn 5, kuras pirmajā posmā tiek izmantoti skābekļa/petrolejas komponenti, bet 2. un 3. posmā izmanto skābekli/ūdeņradi, un Space Shuttle sistēma, kurā kā pirmie tiek izmantoti cieto raķešu pastiprinātāji. posms.

Vārīšanās temperatūra, kas var radīt nopietnus ierobežojumus raķetes darbības apstākļiem. Saskaņā ar šo indikatoru šķidrās degvielas sastāvdaļas tiek sadalītas kriogēnās - sašķidrinātās gāzēs, kas atdzesētas līdz ārkārtīgi zemai temperatūrai, un augstas viršanas temperatūras šķidrumos ar viršanas temperatūru virs 0 ° C.

Kriogēnās sastāvdaļas nevar ilgstoši uzglabāt vai transportēt lielos attālumos, tāpēc tās ir jāražo (vismaz jāšķidrina) īpašās energoietilpīgās ražotnēs, kas atrodas tiešā palaišanas vietas tuvumā, kas padara nesējraķeti pilnībā nekustīgu. Turklāt kriogēnajām sastāvdaļām ir citas fizikālās īpašības, kas nosaka papildu prasības to lietošanai. Piemēram, pat neliela ūdens vai ūdens tvaika klātbūtne traukos ar sašķidrinātām gāzēm izraisa ļoti cietu ledus kristālu veidošanos, kas, nonākot raķešu degvielas sistēmā, iedarbojas uz tās daļām kā abrazīvs materiāls un var izraisīt nopietnu negadījumu. Daudzo stundu laikā, kad raķete tiek sagatavota palaišanai, uz tās sasalst liels sals, pārvēršoties ledū, un tās gabalu krišana no liela augstuma apdraud gan sagatavošanā iesaistīto personālu, gan pati raķete un palaišanas aprīkojums. Pēc tam, kad raķete ir piepildīta ar sašķidrinātām gāzēm, tās sāk iztvaikot, un līdz palaišanas brīdim tās ir nepārtraukti jāpapildina, izmantojot īpašu papildināšanas sistēmu. Gāzes pārpalikums, kas veidojas sastāvdaļu iztvaikošanas laikā, ir jānoņem tā, lai oksidētājs nesajauktos ar degvielu, veidojot sprādzienbīstamu maisījumu.

Augstas viršanas temperatūras komponenti ir daudz ērtāki transportēšanai, uzglabāšanai un apstrādei, tāpēc divdesmitā gadsimta piecdesmitajos gados tie nomainīja kriogēnos komponentus no militārās raķetes. Pēc tam šī joma arvien vairāk sāka pievērsties cietajam kurināmajam. Bet, veidojot kosmiskās nesējraķetes, kriogēnās degvielas joprojām saglabā savas pozīcijas augstās energoefektivitātes dēļ, un manevriem kosmosā, kad degviela cisternās jāglabā mēnešiem vai pat gadiem, vispiemērotākās ir augstas viršanas sastāvdaļas. Šādas “darba dalīšanas” ilustrācija ir redzama Apollo projektā iesaistītajos šķidro raķešu dzinējos: nesējraķetes Saturn 5 visos trīs posmos tiek izmantotas kriogēnās sastāvdaļas, bet Mēness kuģa dzinējos, kas paredzēti trajektorijas korekcijai un manevrus Mēness orbītā, izmantojiet augstas viršanas asimetrisko dimetilhidrazīnu un tetroksīda slāpekli.

Ķīmiskā agresivitāte. Visiem oksidētājiem ir šāda kvalitāte. Tāpēc pat neliela organisko vielu daudzuma klātbūtne oksidētājam paredzētajās tvertnēs (piemēram, cilvēka pirkstu atstāti tauku traipi) var izraisīt ugunsgrēku, kā rezultātā var aizdegties pats tvertnes materiāls (alumīnijs, magnijs, titāns). un dzelzs ļoti spēcīgi deg raķešu oksidētāja vidē). To agresivitātes dēļ oksidētājus parasti neizmanto kā dzesēšanas šķidrumus šķidrās degvielas raķešu dzinēju dzesēšanas sistēmās, savukārt TNA gāzes ģeneratoros, lai samazinātu turbīnas termisko slodzi, darba šķidrums tiek pārsātināts ar degvielu, nevis oksidētāju. . Zemās temperatūrās šķidrais skābeklis, iespējams, ir drošākais oksidētājs, jo alternatīvi oksidētāji, piemēram, slāpekļa tetroksīds vai koncentrēta slāpekļskābe reaģē ar metāliem, un, lai gan tie ir augstas viršanas temperatūras oksidētāji, kurus var ilgstoši uzglabāt normālā temperatūrā, kalpošanas laiks tvertnes kurā tie atrodas, ir ierobežoti.

Degvielas sastāvdaļu un to sadegšanas produktu toksicitāte nopietni ierobežo to izmantošanu. Piemēram, fluors, kā redzams 1. tabulā, kā oksidētājs ir efektīvāks par skābekli, bet, savienojoties ar ūdeņradi, veidojas fluorūdeņradis - ārkārtīgi toksiska un agresīva viela, no kuras izdalās vairāki simti, daudz mazāk tūkstoši. tonnu šāda sadegšanas produkta nonākšana atmosfērā, palaižot lielu raķeti, pati par sevi ir liela cilvēka izraisīta katastrofa, pat ar veiksmīgu palaišanu. Un gadījumā, ja notiek avārija un noplūst šāds šīs vielas daudzums, par zaudējumiem nevar rēķināties. Tāpēc fluors netiek izmantots kā degvielas sastāvdaļa. Slāpekļa tetroksīds, slāpekļskābe un nesimetriskais dimetilhidrazīns arī ir toksiski. Pašlaik vēlamais (no vides viedokļa) oksidētājs ir skābeklis, un degviela ir ūdeņradis, kam seko petroleja.

Sāksim ar pašu svarīgāko – ar Km0. Šī attiecība ir ļoti svarīga raķešu dzinējam, jo degviela tajā var sadegt dažādi. Tomēr šī nav parasta malkas dedzināšana kamīnā, kur gaisa skābeklis darbojas kā oksidētājs. Degvielas sadegšana raķešu dzinēja kamerā, pirmkārt, ir ķīmiska oksidācijas reakcija, kas atbrīvo siltumu. Un ķīmisko reakciju gaita būtiski ir atkarīga no tā, cik vielu (to attiecība) reaģē. Kā aizmigt, aizstāvot kursa projektu, eksāmenu vai kārtojot ieskaiti. Km0 vērtība ir atkarīga no valences, ko ķīmiskie elementi var uzrādīt ķīmiskās reakcijas vienādojuma teorētiskajā formā. LRT piemērs: AT+UDMH.

Raķešu dzinēju ķīmisko degvielu klasifikācija

Glosārijs

• Šķidruma raķešu dzinējs (LPRE) ir šķidrais raķešu dzinējs.
• HAT ir ķīmiska raķešu degviela.
• LRT šķidrā raķešu degviela.
• TNA-turbīnas sūkņa iekārta.
• KS - sadegšanas kamera.
• KM konstrukcijas materiāli.
• O-oksidētājs.
• G-degviela.
• Raķešu degviela (raķešu degviela, lai to nesajauktu ar RT, skatīt zemāk) ir viela, kas raķešu dzinējā tiek pakļauta ķīmiskām, kodolreakcijām vai termoelektriskām reakcijām, lai radītu tā vilci.
• Darba šķidrums (WF) ir viela, ar kuru RD iekšpusē notiek dažādas fizikālas un ķīmiskas pārvērtības, veidojot tās darba procesu.
• Degvielas komponentu stehiometriskā attiecība (Km0)() ir oksidētāja masas attiecība pret degvielas masu stehiometriskās reakcijās.
• Degvielas sastāvs ir degošas un neuzliesmojošas daļas (vispārīgi).
  Degvielu veidi (vispārīgi).

Svarīgs parametrs ir oksidētāja pārpalikuma koeficients (apzīmēts ar grieķu “α” ar apakšindeksu “ok.”) un komponentu masu attiecība Km.

Km=(dmok./dt)/(dmg../dt),

tie. oksidētāja masas plūsmas ātruma attiecība pret degvielas masas plūsmas ātrumu. Tas ir specifisks katrai degvielai. Ideālā gadījumā tā ir oksidētāja un degvielas stehiometriskā attiecība, t.i. parāda, cik kg oksidētāja ir nepieciešams, lai oksidētu 1 kg degvielas. Tomēr patiesās vērtības atšķiras no ideālajām. Reālā Km attiecība pret ideālo ir oksidētāja pārpalikuma koeficients.

Kā likums, ok.<=1. И вот почему. Зависимости Tk(αок.) и Iуд.(αок.) нелинейны и для многих топлив последняя имеет максимум при αок. не при стехиометрическом соотношении компонентов, т.е макс. значения Iуд. получаются при некотором снижении количества окислителя по отношению к стехиометрическому.

Prasības ZhRT:

1. Prasības no termogāzes dinamikas viedokļa.
2. Dizains.
3. Operatīvā.

Šīs prasības ir klasisks piemērs “Vēža gulbim un līdakai”, kas velkas dažādos virzienos:

• No šķidro degvielu dzinēju termogāzdinamikas viedokļa, lai iegūtu maks. Ir nepieciešams, lai: sadegšanas produktu molekulmasa bija minimāla, un īpatnējais siltuma saturs bija maksimālais.
• No dizainera viedokļa degvielai vajadzētu: ir maksimālais blīvums, īpaši pirmajos posmos. Šī prasība acīmredzami neatbilst vēlmei pēc minimālās molekulmasas.

No darbības viedokļa:

• degvielai jābūt ķīmiski stabilai;
• vēlams, lai degvielas uzglabāšana un uzpildīšana neradītu īpašas problēmas;

• minimāls degvielas sprādziena risks;

• minimāla pašas degvielas un sadegšanas produktu toksicitāte;
• minimālās izmaksas un apgūta ražošanas tehnoloģija.

Šeit ir pievienotas arī papildu prasības, kuru dēļ būtu jāmeklē VIENPRĀTĪBA un KOMPROMISS:

• vismaz vienam komponentam ir jābūt labām īpašībām kā dzesēšanas šķidrumam. Tas ir nepieciešams tāpēc, ka ir nepieciešams CS ar kaut ko atdzesēt.

• vēlams, lai viena no degvielas sastāvdaļām būtu labs turbokompresora turbīnas darba šķidrums;

• Liela nozīme ir piesātināta tvaika spiedienam (rupji runājot, spiediens, pie kura šķidrums sāk vārīties noteiktā temperatūrā). Šis parametrs lielā mērā ietekmē sūkņu konstrukciju un tvertņu svaru.

• minimāla agresivitāte pret šķidrās degvielas raķešu dzinējiem. Pretējā gadījumā ir jāveic īpaši pasākumi, lai aizsargātu konstrukciju no degvielas.

Visas mājas (garāžas) manipulācijas ar šādām ķīmiskajām sastāvdaļām ir ārkārtīgi bīstamas un LABĀK netuvoties to noplūdes vietām bez aizsarglīdzekļu un gāzmaskas:


Zvaniet Ārkārtas situāciju ministrijai. Viss tiks atlasīts profesionāli.