"… I nema ništa novo pod suncem"
(Propovednik 1: 9).
O gorivima, raketama, raketnim motorima se pisalo, pisalo se i pisaće se.
Jedan od prvih radova o LPRE gorivima može se smatrati knjigom V. P. Glushko "Tečno gorivo za mlazne motore", objavljeno 1936.
Za mene se ta tema činila zanimljivom, povezanom s mojom bivšom specijalnošću i studiranjem na fakultetu, tim više što ju je moje najmlađe potomstvo "vuklo": onda mi sami "hajde da shvatimo." Očigledno lovorike zaljubljenika u ekstreme iz "Lin Industrial -a" proganjaju.
Dakle, želite ispravno dići u vazduh svoj raketni motor.
"Razmišljat ćemo" zajedno, pod strogom roditeljskom kontrolom. Ruke i stopala trebaju biti netaknute, čak i više.
"Ključ za početak" … "Idemo!" (Yu. A. Gagarin & S. P. Korolev)
Bez obzira na vrstu RD (shema, priroda procesa) koja se koristi u raketnoj tehnici, njegova je svrha stvoriti potisak (silu) pretvaranjem početne energije pohranjene u RT u kinetičku energiju (Eq) mlaza radnog fluida.
EC mlaznog toka u mlazni motor pretvara različite vrste energije (hemijsku, nuklearnu, električnu).
Za hemijske motore, gorivo se može podijeliti prema faznom stanju: plinovito, tekuće, čvrsto, miješano.
Deo br. 1 - gorivo za raketne motore ili tečna raketna goriva
Klasifikacija hemijskih goriva za raketne motore (uobičajena):
Termini i skraćenice.
Dodatno:
Specifični impuls (Isp).
Reaktivni potisak (P ili Fr).
Stehiometrijski omjer komponenti goriva (Km0)(za više detalja kliknite) - omjer mase oksidanta i mase goriva u stehiometrijskim reakcijama.
Sastav goriva - zapaljivi i nezapaljivi dijelovi (općenito).
Vrste goriva (općenito).
U opštem slučaju, hemijska reakcija RT komponenti može se smatrati hemijskim izvorom toplotne energije za RD
Emitovati ću s Km0. Ovo je vrlo važan omjer za rulnu stazu: gorivo može goreti na različite načine u rulnoj stazi (kemijska reakcija na rulnoj stazi nije uobičajeno sagorijevanje drva u kaminu, gdje kisik iz zraka djeluje kao oksidator). Sagorijevanje (tačnije oksidacija) goriva u komori raketnog motora prije svega je reakcija kemijske oksidacije s oslobađanjem topline. A tijek kemijskih reakcija značajno ovisi o tome koliko tvari (njihov omjer) ulazi u reakciju.
Kako zaspati braneći projekt kursa, ispit ili položivši test. / Dmitrij Zavistovsky
Vrijednost Km0 ovisi o valenciji koju kemijski elementi mogu pokazati u teorijskom obliku jednadžbe kemijske reakcije. Primjer za LRT: AT + UDMH.
Važan parametar je koeficijent viška oksidanta (označen grčkim "α" s indeksom "približno") i omjer mase komponenti Km.
Još malo strpljenja Ne mogu zaobići koncept: entalpija. Ovo će vam dobro doći i u članku i u svakodnevnom životu.
Ukratko, entalpija je energija. Za članak su važne dvije njegove "ipostasi":
Termodinamička entalpija je količina energije utrošene na stvaranje tvari od početnih kemijskih elemenata. Za tvari koje se sastoje od identičnih molekula (H2, O2 itd.) Jednaka je nuli.
Entalpija sagorijevanja - ima smisla samo ako dođe do kemijske reakcije. U referentnim knjigama mogu se pronaći vrijednosti ove veličine eksperimentalno dobivene u normalnim uvjetima. Najčešće je to za goriva potpuna oksidacija u kisikovoj sredini, za oksidante oksidacija vodika datim oksidantom. Štoviše, vrijednosti mogu biti pozitivne ili negativne, ovisno o vrsti reakcije.
"Zbir termodinamičke entalpije i entalpije sagorijevanja naziva se ukupna entalpija tvari. Zapravo se ta količina koristi pri toplinskom proračunu komora raketnih motora."
Zahtjevi za LRT:
-kao izvor energije;
- kao tvar koja se mora (na ovom nivou razvoja tehnologije) koristiti za hlađenje RD -a i TNA -a, ponekad za stvaranje tlaka u spremnicima pomoću RT -a, davanje volumena (niskonaponski spremnici) itd.;
- u pogledu tvari izvan motora na tekuće gorivo, tj. tokom skladištenja, transporta, punjenja gorivom, ispitivanja, ekološke sigurnosti itd.
Ova gradacija je relativna, ali u principu odražava suštinu. Ove ću zahtjeve nazvati na sljedeći način: br. 1, br. 2, br. 3. Neko može dodati na listu u komentarima.
Ovi zahtjevi su klasičan primjer "raka labuda i štuke", koji "vuku" tvorce RD -a u različitim smjerovima:
# Sa stanovišta izvora energije motora na tekuće gorivo (br. 1)
One. morate dobiti max. Iud. Općenito, neću svima dalje smetati:
Uz ostale važne parametre za # 1, zanimaju nas R i T (sa svim indeksima).
Potrebno je:
# Sa stanovišta dizajnera RN (# 2):
TC bi trebao imati maksimalnu gustoću, posebno na prvim fazama projektila, jer oni su najobimniji i imaju najmoćnije rulne staze, s velikom brzinom protoka u sekundi. Očigledno, ovo nije u skladu sa zahtjevom 1.
# Od operativnih zadataka važni su (# 3):
- hemijska stabilnost TC;
- jednostavnost punjenja gorivom, skladištenja, transporta i proizvodnje;
-ekološka sigurnost (u cijelom "polju" primjene), naime toksičnost, troškovi proizvodnje i transporta itd. i sigurnost tokom rada rulne staze (opasnost od eksplozije).
Za više detalja pogledajte Saga o raketnom gorivu - Druga strana medalje.
Naravno, ovo je samo vrh ledenog brijega. Ovdje se uvlače i dodatni zahtjevi, zbog kojih biste trebali potražiti SAGLASNOST i KOMPROMISE. Jedna od komponenti mora nužno imati zadovoljavajuća (bolja, odlična) svojstva hladnjaka, jer na ovom nivou tehnologije potrebno je rashladiti kompresorsku stanicu i mlaznicu, a također i zaštititi kritični dio rulne staze:
Na fotografiji je mlaznica raketnog motora XLR-99: karakteristična karakteristika dizajna američkih raketnih motora 50-60-ih godina jasno je vidljiva-cijevna komora:
Također je potrebno (po pravilu) da se jedna od komponenti koristi kao radni fluid za turbinu TNA:
Za komponente goriva "pritisak zasićene pare je od velikog značaja (grubo rečeno, pritisak pri kojem tekućina počinje ključati na određenoj temperaturi). Ovaj parametar uvelike utječe na dizajn pumpi i težinu spremnika." / S. S. Facas /
Važan faktor je agresivnost kompleksa goriva prema materijalima (CM) raketnih motora i spremnika na tekuće gorivo za njihovo skladištenje.
Ako su TC vrlo "štetni" (poput nekih ljudi), tada inženjeri moraju potrošiti novac na brojne posebne mjere kako bi zaštitili svoje strukture od goriva.
-samozapaljenje komponenti goriva kao dvosmjerni Janus: ponekad je potrebno, a ponekad je štetno. Tu je i gadno svojstvo: eksplozivnost.
Za mnoge industrije projektila (vojne ili svemirske)
potrebno je da gorivo bude kemijski stabilno, a njegovo skladištenje, punjenje gorivom (općenito, sve što se naziva: logistika) i odlaganje ne uzrokuju "glavobolje" operaterima i okolišu.
Važan parametar je toksičnost produkata sagorijevanja. Sada je to vrlo relevantno.
Troškovi proizvodnje i samih gorivnih ćelija i spremnika i CM -a zadovoljavaju svojstva (ponekad agresivna) ovih komponenti: opterećenje za ekonomiju zemlje, za koju se tvrdi da je "svemirska kabina".
Tih zahtjeva ima mnogo i u pravilu su međusobno antagonistički.
Zaključak: gorivo ili njegove komponente moraju imati (ili imati):
1. Najveći kapacitet grijanja, za postizanje maksimalnog Isp.
2. Najveća gustoća, minimalna toksičnost, stabilnost i niski troškovi (u proizvodnji, logistici i odlaganju).
3. Najveća vrijednost plinske konstante ili najniža molekulska masa produkata sagorijevanja, koja će dati Vmax istjecanja i odličan specifični impuls potiska.
4. Umjerena temperatura sagorijevanja (ne više od 4500K), inače će sve izgorjeti ili izgorjeti. Ne budi eksplozivan. Samozapaljivo pod određenim uslovima.
5. Maksimalna brzina sagorevanja. To će osigurati minimalnu težinu i volumen kompresora.
6. Minimalni period kašnjenja paljenja, od glatko i pouzdano pokretanje rulne staze igra značajnu ulogu.
Čitav niz problema i zahtjeva: viskoznost, temperatura taljenja i skrućivanja, tačka ključanja, hlapljivost, pritisak pare i latentna toplina isparavanja itd. itd.
Kompromisi se jasno očituju u Ip.: TC velike gustoće (kerozin + LOX), u pravilu se koriste u nižim fazama lansirnog vozila, iako gube od istih LH2 i LOX, koji se pak koriste na gornje faze lansirnog vozila (Energia 11K25).
I opet, odličan par LH2 + LOX ne može se koristiti za duboki svemir ili za dugotrajni boravak u orbiti (Voyager-2, gornji stupanj Breeze-M, ISS itd.)
Sjajan trenutak otključavanja meteorološkog satelita GOES-R sa gornje faze Centaura lansirnog vozila Atlas V 541 (Odvajanje svemirskih letjelica GOES-R)
LRT klasifikacija se najčešće zasniva na pritisku zasićene pare ili temperaturi trostruke tačke, ili, jednostavnije rečeno, tački ključanja pri normalnom pritisku.
Komponente tečnog gvožđa sa visokim ključanjem.
Hemijska tvar s najvećom radnom temperaturom pri kojoj je pritisak zasićene pare (u daljnjem tekstu Rnp) u raketnim spremnicima značajno niži od dopuštenog tlaka u spremnicima u smislu njihove strukturne čvrstoće.
Primjer: kerozin, UDMH, dušična kiselina.
U skladu s tim, skladište se bez posebnih manipulacija hlađenjem spremnika.
Meni se lično više sviđa izraz "kontejner". Iako to nije sasvim točno, blisko je svakodnevnom značenju. Ovo je tzv. TC za dugotrajno skladištenje.
Tečne komponente niskog ključanja.
Ovdje je Rnp već blizu maksimalno dozvoljenog pritiska u rezervoarima (prema kriteriju njihove čvrstoće). Zabranjeno je skladištenje u zatvorenim spremnicima bez posebnih mjera za hlađenje (i / ili hlađenje) i vraćanje kondenzata. Isti zahtjevi (i problemi) sa LPRE fitingima i cjevovodima za dolijevanje goriva / odvodnju.
Primjer: amonijak, propan, dušikov tetroksid.
U rasponu radnih temperatura raketne tehnologije, komponente niskog ključanja obično su u plinovitom stanju. Za održavanje komponenti s niskim vrelištem u tekućem stanju koristi se posebna tehnološka oprema.
Kriogene komponente LRT -a.
Strogo govoreći, ovo je podklasa komponenti niskog ključanja. One. supstance sa tačkom ključanja ispod 120K. Kriogene komponente uključuju ukapljene plinove: kisik, vodik, fluor itd. Kako bi se smanjili gubici isparavanja i povećala gustoća, moguće je koristiti kriogenu komponentu u gnojnom stanju, u obliku mješavine krute i tekuće faze ove komponente.
Posebne mjere su potrebne tokom transporta, punjenja gorivom (hlađenje rezervoara i magistralnih vodova, toplotna izolacija ventila raketnog motora itd.) I pražnjenja.
Temperatura njihove kritične tačke je mnogo niža od radne temperature. Skladištenje u zatvorenim PH spremnicima je nemoguće ili vrlo teško. Tipični predstavnici su kisik i vodik u stanju tekuće faze.
Dalje ću koristiti američki stil njihovih oznaka LOX i LH2, ili LCD ili ZhV.
Naš "zgodni" RD-0120 (vodik-kisik):
Prema nekim stručnjacima, proizvodna tehnologija RD-0120 do sada je u Ruskoj Federaciji potpuno izgubljena. Međutim, na temelju svojih tehnologija, u istom se poduzeću stvara motor s kisikom i vodikom RD-0146.
Kada se komponente RT nađu u LRE (prema "pametnoj" reakciji), treba ih podijeliti na:
samozapaljivi (STK), ograničeni samozapaljivi (OSTK) i samozapaljivi TC (NTK).
STK: nakon kontakta oksidanta i goriva u tekućem stanju, oni se pale (u cijelom rasponu radnih tlakova i temperatura).
Ovo uvelike pojednostavljuje sistem paljenja rulne staze, međutim, ako se komponente susretnu izvan komore za izgaranje (curenje, nesreće), doći će do požara ili velikog "praska". Gašenje je teško.
Primjer: N204 (dušikov tetraksid) + MMH (monometilhidrazin), N204 + N2H4 (hidrazin), N2O4 + UDMH i sva goriva na bazi fluora.
OSTK: ovdje se moraju poduzeti posebne mjere opreza za paljenje. Goriva koja se samozapaljuju ne zahtijevaju sistem paljenja.
Primjer: kerozin + LOX ili LH2 + LOX.
NTK: Mislim da su komentari ovdje suvišni. Potreban je ili katalizator, ili kontinuirano paljenje (ili temperatura i / ili pritisak, itd.), Ili treća komponenta.
Idealno za transport, skladištenje i "nepropusno".
Druga varijanta podjele, prema nivou energetskih karakteristika LRT -a:
* niskoenergetski (sa relativno niskim specifičnim impulsom-jednokomponentni itd.);
* srednja energija (sa prosečnim specifičnim impulsom - (02zh) + kerozin, N204 + MMG, itd.);
* visokoenergetski (sa visokim specifičnim impulsom: (02) w + (H2) W, (F2) w + (H2) w, itd.).
Prema toksičnosti i korozivnosti komponenti razlikuju se proizvodi od tekućeg željeza:
Prema broju korištenih komponenti goriva razlikuju se jedno-, dvo- i trokomponentni pogonski sistemi.
U jednokomponentnim DU, u kojima se najčešće koristi pomak.
Visoko koncentrirani (80 … 95%) vodikov peroksid korišten je kao jednokomponentno gorivo u početnoj fazi razvoja pomoćnih jednokomponentnih pogonskih sistema za satelite, svemirske i svemirske letjelice.
Trenutno se takvi pomoćni pogonski sistemi koriste samo u sistemima scenske orijentacije nekih japanskih lansirnih vozila.
U ostatku pomoćnih jednokomponentnih dizelskih sistema vodikov peroksid je "istisnut" hidrazinom, dok se specifični impuls povećao za oko 30%.
Široka upotreba hidrazina u raketnim motorima na tekuće gorivo uvelike je olakšana stvaranjem visoko pouzdanih katalizatora s dugim vijekom trajanja, posebno katalizatora Shell-405.
Čovječanstvo najčešće koristi dvokomponentne MC-e, koji imaju veće energetske karakteristike u odnosu na jednokomponentne. No dvokomponentni raketni motori s tekućim pogonom složenije su konstrukcije od jednokomponentnih. Zbog prisutnosti oksidanta i rezervoara za gorivo, složenijeg cjevovodnog sistema i potrebe da se osigura potreban omjer komponenti goriva (Kmo koeficijent). U DU AES, KK i KA često se ne koristi jedan, već nekoliko spremnika oksidansa i goriva, što dodatno komplicira cjevovodni sistem dvokomponentnog DU.
Tri komponente RTU -a u razvoju. Ovo je prava egzotika.
RF patent za trokomponentni raketni motor.
Dijagram ovog raketnog motora.
Takvi raketni motori mogu se klasificirati kao više goriva.
Trokomponentni raketni motor (fluor + vodik + litij) razvijen je na OKB-456.
Dvokomponentna goriva sastoje se od oksidansa i goriva.
Oksidanti
Kiseonik
S kemijskog gledišta, idealno je oksidaciono sredstvo. Korišten je u prvim balističkim raketama FAU -a i njihovim američkim i sovjetskim kolegama. Ali tačka ključanja nije odgovarala vojsci. Potreban raspon radne temperature je od –55 ° C do + 55 ° C (dugo vrijeme pripreme za lansiranje, kratko vrijeme provedeno na uzbunu).
Vrlo niska korozivnost. Proizvodnja je odavno savladana, troškovi su mali: manje od 0,11 USD (po mom mišljenju, to je nekoliko puta jeftinije od litre mlijeka).
Nedostaci:
Kriogeno - potrebno je ohladiti i stalno dolijevati gorivo kako bi se nadoknadili gubici prije početka. Takođe može pokvariti druge TC (kerozin):
Kompresorsku stanicu i mlaznicu motora na tekuće gorivo teško je koristiti kao hladnjak.
Pogledajte "ANALIZA UČINKOVITOSTI PRIMJENE KISIKA KAO HLAĐENJE KOMORE TEKUĆI MOTORA SA RAKETOM" Reshetneva
Sada svi proučavaju mogućnost korištenja prehlađenog kisika ili kisika u gnojnom stanju, u obliku mješavine čvrste i tekuće faze ove komponente. Pogled će biti otprilike isti kao i ovaj lijepi ledeni mulj u uvali desno od Shamore:
Klizanje će povećati ukupnu gustoću oksidanta.
Primjer hlađenja (prehlađivanja) BR R-9A: po prvi put je odlučeno da se koristi superhlađeni tekući kisik kao oksidator u raketi, što je omogućilo smanjenje ukupnog vremena pripreme rakete za lansiranje i povećati njegovu borbenu gotovost.
Napomena: iz nekog razloga, poznati pisac Dmitry Konanykhin savijao je (gotovo "chmoril") Ilona Mask za istu proceduru.
Cm:
U odbranu čudovišta od tjestenine Elona Muska, ubacimo riječ. 1. dio
U odbranu čudovišta od tjestenine Elona Muska, ubacimo riječ. Dio 2
Ozon-O3
Inženjeri su dugo patili s tim, pokušavajući ga koristiti kao visokoenergetski i istovremeno ekološki oksidans u raketnoj tehnologiji.
Ukupna hemijska energija oslobođena tokom reakcije sagorijevanja uz učešće ozona veća je nego za obični kisik za otprilike jednu četvrtinu (719 kcal / kg). Bit će ih više, odnosno Iud. Tečni ozon ima veću gustoću od tekućeg kisika (1,35 naspram 1,14 g / cm³, respektivno), a tačka ključanja je veća (-112 ° C i -183 ° C, respektivno).
Do sada je nepremostiva prepreka kemijska nestabilnost i eksplozivnost tekućeg ozona s njegovim razlaganjem na O i O2, pri čemu nastaje detonacijski val koji se kreće brzinom od oko 2 km / s i destruktivni tlak detonacije veći od 3 107 dyn / cm2 (3 MPa) razvija se, što čini upotrebu tekućeg ozona nemogućom u sadašnjem stanju tehnike, osim za upotrebu stabilnih smjesa kisika i ozona (do 24% ozona). Prednost takve mješavine je i veći specifični impuls za vodikove motore, u usporedbi s ozonsko-vodikovim. Do danas su visoko učinkoviti motori poput RD-170, RD-180, RD-191, kao i ubrzavajući vakuumski motori dosegli parametre blizu graničnih vrijednosti u Iudu, a preostala je samo jedna mogućnost za povećanje PI, povezane s prelaskom na nove vrste goriva. …
Azotna kiselina-HNO3
HNO3 ima visoku gustoću, niske cijene, proizvodi se u velikim količinama, prilično je stabilan, uključujući na visokim temperaturama, vatrootporan i eksplozivan. Njegova glavna prednost u odnosu na tekući kisik je u visokoj točki ključanja, a samim time i u mogućnosti skladištenja na neodređeno vrijeme bez ikakve toplinske izolacije. Molekula dušične kiseline HNO3 gotovo je idealno oksidaciono sredstvo. Sadrži atom dušika i "polovicu" molekule vode kao "balast", a dva i pol atoma kisika mogu se koristiti za oksidaciju goriva. Ali nije bilo tamo! Azotna kiselina je toliko agresivna tvar da kontinuirano reagira sama sa sobom - atomi vodika odvajaju se od jedne molekule kiseline i vezuju se za susjedne, tvoreći krhke, ali izuzetno kemijski aktivne agregate. Čak i najotporniji tipovi nehrđajućeg čelika polako se uništavaju koncentriranom dušičnom kiselinom (kao rezultat, gusti zelenkasti "žele", mješavina metalnih soli, nastala na dnu spremnika). Kako bi se smanjila korozivnost, dušičnoj kiselini dodane su različite tvari; samo 0,5% fluorovodična (fluorovodična) kiselina deset puta smanjuje brzinu korozije nehrđajućeg čelika.
Da bi se povećala brzina pulsa, kiselini se dodaje dušikov dioksid (NO2). Dodavanjem dušikovog dioksida u kiselinu veže se voda koja ulazi u oksidator, čime se smanjuje korozivna aktivnost kiseline, povećava gustoća otopine, dostižući maksimum pri 14% otopljenog NO2. Ovu koncentraciju su Amerikanci koristili za svoje vojne projektile.
Skoro 20 godina tražili smo odgovarajući spremnik za dušičnu kiselinu. Istodobno, vrlo je teško odabrati građevinski materijal za spremnike, cijevi i komore za sagorijevanje raketnih motora na tekuće gorivo.
Varijanta oksidansa koja je izabrana u SAD -u, sa 14% dušikovog dioksida. A naši raketni vojnici djelovali su drugačije. Bilo je potrebno sustići Sjedinjene Države po svaku cijenu, pa su oksidanti sovjetske klase-AK-20 i AK-27-sadržavali 20 i 27% tetroksida.
Zanimljiva činjenica: u prvom sovjetskom raketnom lovcu BI-1 za letove su korišteni dušična kiselina i petrolej.
Spremnici i cijevi morali su biti izrađeni od monel metala: legure nikla i bakra, postao je vrlo popularan konstrukcijski materijal među raketnim muškarcima. Gotovo 95% sovjetskih rubalja napravljeno je od ove legure.
Nedostaci: podnošljivo "blato". Korozivno aktivno. Specifični impuls nije dovoljno visok. Trenutno se gotovo nikada ne koristi u čistom obliku.
Dušikov tetroksid-AT (N2O4)
"Uzeo palicu" od dušične kiseline u vojnim motorima. Samozapaljiv sa hidrazinom, UDMH. Komponenta niskog ključanja, ali se može skladištiti duže vrijeme ako se poduzmu posebne mjere.
Nedostaci: Gadan kao HNO3, ali sa svojim vlastitim poteškoćama. Može se razgraditi u dušikov oksid. Toxic. Niski specifični impulsi. Oksidant AK-NN je bio i često se koristi. To je mješavina dušične kiseline i dušičnog tetroksida, koja se ponekad naziva i "crvena dimljena azotna kiselina". Brojevi predstavljaju postotak N2O4.
U osnovi, ovi se oksidanti koriste u vojnim raketnim motorima na tekuće gorivo i raketnim motorima svemirskih letjelica zbog svojih svojstava: dugotrajnog skladištenja i samozapaljenja. Tipična goriva za AT su UDMH i hidrazin.
Fluor-F2
Kemija fluora počela se razvijati 1930 -ih godina, posebno brzo - u godinama Drugog svjetskog rata (1939-45), a nakon toga u vezi s potrebama nuklearne industrije i raketne tehnologije. Naziv "fluor" (od grčkog phthoros - uništenje, smrt), koji je predložio A. Amper 1810. godine, koristi se samo na ruskom; u mnogim zemljama naziv je usvojen "fluor" … Odličan je oksidacioni agens sa kemijskog stajališta. Oksidira kisik, vodu i gotovo sve općenito. Proračuni pokazuju da se maksimalni teoretski Isp može postići za par F2 -Be (berilij) - oko 6000 m / s!
Super? Loše, ne "super" …
Nećete poželjeti takav oksidator neprijatelju.
Izuzetno korozivno, otrovno, sklono eksplozijama u dodiru s oksidirajućim materijalima. Kriogen. Svaki proizvod sagorijevanja također ima gotovo iste "grijehe": užasno korozivan i otrovan.
Sigurnosne mjere. Fluor je otrovan, najveća dopuštena koncentracija u zraku je oko 2 · 10-4 mg / l, a najveća dopuštena koncentracija za izloženost koja ne prelazi 1 sat je 1,5 · 10-3 mg / l.
LRE 8D21 primjena para fluora + amonijaka dala je specifičan impuls na razini od 4000 m / s.
Za par F2 + H2 ispada Isp = 4020 m / s!
Problem: HF-vodikov fluorid na "ispuhu".
Početna pozicija nakon lansiranja takvog "energičnog motora"?
Lokva tečnih metala i drugih hemijskih i organskih predmeta rastvorenih u fluorovodičnoj kiselini!
H2 + 2F = 2HF, na sobnoj temperaturi postoji kao dimer H2F2.
Može se miješati s vodom u bilo kojem omjeru pri čemu nastaje fluorovodična (fluorovodična) kiselina. A njegova upotreba u raketnom motoru svemirske letjelice nije realna zbog smrtonosne složenosti skladištenja i razornog učinka produkata sagorijevanja.
Isto se odnosi i na druge tekuće halogene, poput klora.
Vodikov peroksid-H2O2.
Gore sam to spomenuo u jednokomponentnim gorivima.
Vodikov peroksid za luksuznu kosu "prirodnih" plavuša i još 14 tajni njegove upotrebe.
Alles: popis više ili manje pravih oksidanata je potpun. Fokusiram se na HCl O4 … Kao nezavisni oksidanti na bazi perklorne kiseline, interesuju samo sljedeće: monohidrat (N2O + ClO4) je čvrsta kristalna tvar, a dihidrat (2NO + NSlO4) je gusta viskozna tekućina. Perklorna kiselina (koja zbog Isp-a sama po sebi nije obećavajuća), istovremeno je od interesa i kao dodatak oksidansima, što jamči pouzdanost samozapaljenja goriva.
Oksidanti se mogu klasificirati na sljedeći način:
Konačna (češće korištena) lista oksidansa zajedno s pravim gorivima:
Za razliku od njih, imamo "gomile" goriva.
Zapaljivo
Prema svom fizičkom i hemijskom sastavu mogu se podijeliti u nekoliko grupa:
Ugljikovodična goriva.
Ugljikovodici niske molekulske mase.
Jednostavne tvari: atomske i molekularne.
Za ovu temu do sada je od praktičnog interesa samo vodik (Hydrogenium).
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, Br2, Si, Cl2, I2 itd. Neću razmatrati u ovom članku.
Goriva hidrazina ("smradovi").
Potraga za optimalnim gorivom započela je razvojem raketnih motora na tekuće gorivo od strane entuzijasta. Prvo široko korišteno gorivo bilo je etanol)korišćen u prvom
Sovjetske rakete R-1, R-2, R-5 ("naslijeđeno" FAU-2) i na samom Vergeltungswaffe-2.
Umjesto toga, otopina 75% etilnog alkohola (etanol, etil alkohol, metilkarbinol, vinski alkohol ili alkohol, često kolokvijalno jednostavno "alkohol") je monohidrični alkohol formule C2H5OH (empirijska formula C2H6O), druga mogućnost: CH3-CH2- OH
Ovo gorivo dve ozbiljne mane, što vojsci očito nije odgovaralo: niski pokazatelji energije i niska otpornost osoblja na "trovanje" takvim gorivom.
Zagovornici zdravog načina života (alkoholofobi) pokušali su drugi problem riješiti furfuril alkoholom. To je otrovna, pokretna, prozirna, ponekad žućkasta (do tamnosmeđa) tekućina koja vremenom postaje crvena u zraku. BARBARS!
Chem. formula: C4H3OCH2OH, Rac. formula: C5H6O2. Odvratna kaša, nije za piće.
Grupa ugljikovodika
Kerozin
Kerozin je mješavina različitih ugljikovodika, pa postoje strašne frakcije (u kemijskoj formuli) i "razmazano" vrelište. Pogodno gorivo za visoko ključanje. Dugo se i uspješno koristi u cijelom svijetu u motorima i u zrakoplovstvu. Na njemu "Sindikati" i dalje lete. Niska toksičnost (snažno ne preporučujem piće), stabilan. Ipak, kerozin je opasan i nezdrav (gutanje).
Ali postoje ljudi koji ih tretiraju kako god mogu! Ministarstvo zdravlja je kategorično protiv!
Vojničke priče: Dobro za uklanjanje gadnog Pthirus pubisa.
Međutim, također zahtijeva oprez pri rukovanju tokom rada: video zapis nesreće putničkog aviona
Značajne prednosti: relativno jeftino, savladano u proizvodnji. Par kerozin-kisik idealan je za prvu fazu. Njegov specifični impuls na tlu je 3283 m / s, praznina 3475 m / s. Nedostaci. Relativno niska gustoća.
Američki raketni kerozin raketno gorivo-1 ili rafinirano ulje-1
Prije je to bilo relativno jeftino.
Da bi povećali gustoću, vođe istraživanja svemira razvili su synthin (SSSR) i RJ-5 (USA).
Sinteza sintetika.
Kerozin ima tendenciju taloženja katranastih sedimenata u mreži i na putu hlađenja, što negativno utječe na hlađenje. Mukhin, Velurov @Co pedale na ovoj njegovoj lošoj imovini.
Kerozinski motori su najviše savladani u SSSR -u
Remek-djelo ljudskog razuma i inženjeringa, naš "biser" RD-170/171:
"Tamo gdje se proizvode najbolji raketni motori na svijetu."
Kao primjer: naftil.
Zapravo, Roskosmos daje dezinformacije:
Nakon što se komponente goriva napumpaju u rezervoare - naftil (raketni kerozin), ukapljeni kisik i vodikov peroksid, svemirski transportni sistem bit će težak više od 300 tona (ovisno o modifikaciji lansirnog vozila.
Ugljikovodici niske molekulske mase
Metan-CH4
Svi se sada vide kao obećavajuće i jeftino gorivo, kao alternativa kerozinu i vodiku.
Glavni dizajner NPO Energomash Vladimir Chvanov:
- Specifični impuls LNG motora je visok, ali ova prednost je nadoknađena činjenicom da gorivo metana ima manju gustoću, pa ukupno postoji beznačajna energetska prednost. Sa strukturne tačke gledišta, metan je privlačan. Da biste ispraznili šupljine motora, potrebno je samo proći kroz ciklus isparavanja - to jest, motor se lakše riješiti ostataka proizvoda. Zbog toga je gorivo metan prihvatljivije sa stanovišta stvaranja motora za višekratnu upotrebu i aviona za višekratnu upotrebu.
Jeftin, rasprostranjen, stabilan, niskotoksičan. U poređenju sa vodonikom, on ima višu tačku ključanja, a specifični impuls uparen sa kiseonikom veći je od onog u kerozinu: oko 3250-3300 m / s na zemlji. Nije loš hladnjak.
Nedostaci. Mala gustoća (upola manja od one u kerozinu). U nekim načinima sagorijevanja može se raspasti oslobađanjem ugljika u krutoj fazi, što može dovesti do pada impulsa zbog dvofaznog strujanja i naglog pogoršanja načina hlađenja u komori zbog taloženja čađe na zidovima komore za sagorijevanje. Nedavno su aktivni istraživačko -razvojni rad i istraživanje i razvoj u području njegove primjene (zajedno s propanom i prirodnim plinom), čak i u smjeru izmjene već postojećeg. LRE (posebno su takvi radovi izvedeni na RD-0120).
Ili "Kinder Surpeis", na primjer: Space X -ov američki motor Raptor:
Ova goriva uključuju propan i prirodni plin. Njihove glavne karakteristike kao zapaljivosti bliske su (s izuzetkom veće gustoće i veće tačke ključanja) HCG -u. I isti su problemi pri njihovoj upotrebi.
Vodik-H2 (tekućina: LH2) pozicioniran je odvojeno među gorivima.
Upotrebu para LOX-LH2 predložio je Tsiolkovsky, ali su ga implementirali drugi:
Sa stanovišta termodinamike, H2 je idealan radni fluid i za LPRE i za TNA turbinu. Odlična rashladna tečnost, u tečnom i gasovitom stanju. Ova posljednja činjenica omogućuje da se ne plašite posebno ključanja vodika na putu hlađenja i da na taj način upotrijebite vodik koji se gasifikuje za pogon THP -a.
Takva shema implementirana je u Aerojet Rocketdyne RL-10, jednostavno prekrasan (s inženjerskog stajališta) motor:
Naš analog (još boljeod mlađi): RD-0146 (D, DM) je raketni motor bez plina na tekući pogon koji je razvio Konstrukcijski biro za kemijsku automatizaciju u Voronježu.
Ovaj TC daje visoki specifični impuls - uparen s kisikom pri 3835 m / s.
Ovo je najveći od onih koji se stvarno koriste. Ovi faktori izazivaju veliko zanimanje za ovo gorivo. Ekološki prihvatljivo, na "izlazu" u kontaktu sa O2: voda (para). Distribuirane, praktično neograničene zalihe. Master u proizvodnji. Otrovno. Međutim, u ovoj bačvi meda ima toliko muha u masti.
Više o "iznenađenjima":
"MATEMATIČKO MODELIRANJE PROCESA IZMJENE TOPLOTE I MASE U VODIČNIM SISTEMIMA" Gordeev V. P. Firsov, A. P. Gnevashev, E. I. Postoyuk
FSUE “GKNPTs im. M. V. Khrunicheva, KB Salyut; Moskovski vazduhoplovni institut (Državni tehnički univerzitet)
U radu se daje karakteristika glavnih matematičkih modela procesa prijenosa topline i mase u spremniku i vodikovoj mreži gornje faze kisika i vodika 12KRB. Otkrivene su anomalije u opskrbi vodika motorom na tekuće gorivo i predložen je njihov matematički opis. Modeli su razrađeni tijekom ispitivanja na klupi i leta, što je na njihovoj osnovi omogućilo predviđanje parametara serijskih gornjih stupnjeva različitih modifikacija i donošenje potrebnih tehničkih odluka za poboljšanje pneumohidrauličnih sistema.
Niska tačka ključanja takođe otežava pumpanje u rezervoare i skladištenje ovog goriva u rezervoarima i skladišnim objektima.
Koeficijent stišljivosti (pv / RT) pri 273,15 K: 1 0006 (0,11013 MPa), 1,0124 (2,0266 MPa), 1,0644 (10,133 MPa), 1,134 (20, 266 MPa), 1, 277 (40, 532 MPa);
Vodik može biti u orto i para stanju. Ortohidrogen (o-H2) ima paralelnu (jedan znak) orijentaciju nuklearnih spinova. Para-vodonik (p-H2) -antiparallel.
Na normalnim i visokim temperaturama, H2 (normalni vodik, n-H2) je mješavina 75% orto- i 25% para-modifikacija, koje se mogu međusobno transformirati (orto-para transformacija). Kada se o-H2 pretvori u p-H2, oslobađa se toplina (1418 J / mol).
Sve to nameće dodatne poteškoće u projektiranju autoputeva, raketnih motora na tekuće gorivo, TNA, radnog ciklusa, a posebno pumpi.
Vodik se vrlo lako odrekne elektrona. U otopini se odvaja u obliku protona od mnogih spojeva, uzrokujući njihova kisela svojstva. U vodenim otopinama, H + formira hidronijev ion H3O s molekulom vode. Budući da je dio molekula različitih spojeva, vodik teži stvaranju vodikove veze s mnogim elektronegativnim elementima (F, O, N, C, B, Cl, S, P).
Mješavina vodika i zraka eksplodira od najmanje iskre u bilo kojoj koncentraciji - od 5 do 95 posto.
To. vodik je i Gut (čak i Sehr Gut) i istovremeno "glavobolja" (čak i jaka glavobolja).
Prvi zakon dijalektike: "Jedinstvo i borba suprotnosti" / Georg Wilhelm Friedrich Hegel /
Impresivno sa glavnim motorom spejs šatla (SSME)?
Sada procijenite njegovu cijenu!
Vjerojatno su, gledajući ovo i izračunavajući troškove (troškove stavljanja 1 kg PN -a u orbitu), zakonodavci i oni koji upravljaju proračunom Sjedinjenih Država, a posebno NASA -e … odlučili "pa, to je na sl."
I razumijem ih - na lansirnom vozilu Soyuz jeftinije je i sigurnije, a upotreba RD -180/181 uklanja mnoge probleme američkih lansirnih vozila i značajno štedi novac poreznih obveznika u najbogatijoj zemlji svijeta.
Najbolji raketni motor je onaj koji možete napraviti / kupiti, dok će imati potisak u rasponu koji vam je potreban (ne prevelik ili mali) i bit će toliko učinkovit (specifični impuls, pritisak u komori za izgaranje) da njegova cijena neće postanu preteški za vas. / Philip Terekhov @ lozga
Najsavršeniji vodikovi motori u Sjedinjenim Državama.
Sada se pozicioniramo na 3-4 mjestu u "Klubu vodonika" (nakon Evrope, Japana i Kine / Indije).
Čvrsti vodik je agregatno stanje čvrstog vodika.
Tačka topljenja -259,2 ° C (14,16 K).
Gustoća 0, 08667 g / cm³ (na -262 ° C).
Bijela masa slična snijegu, kristali šesterokutnog sistema.
Škotski kemičar J. Dewar 1899. prvi je put dobio vodik u čvrstom stanju. Za to je koristio regenerativnu rashladnu mašinu zasnovanu na Joule-Thomsonovom efektu.
Nevolja je u njemu. Stalno se gubi: "Naučnici su izgubili jedini uzorak metalnog vodika na svijetu." To je razumljivo: dobije se kocka molekula: 6x6x6. Samo "ogromne" količine - trenutno "napunite gorivo" raketom. Iz nekog razloga, podsjetilo me na "Chubais nanotank". Ovo nano-čudo nije pronađeno 7 godina ili više.
