"… I nema ništa novo pod suncem"
(Eklisijat 1: 9).
O gorivima, raketama, raketnim motorima se pisalo, pišu i pisat će.
Jedan od prvih radova o gorivima LPRE može se smatrati knjigom V. P. Glushko "Tekuće gorivo za mlazne motore", objavljeno 1936. godine.
Meni se ta tema činila zanimljivom, povezanom s mojom bivšom specijalnošću i studiranjem na sveučilištu, tim više što ju je "vuklo" moje najmlađe potomstvo: onda i mi sami "shvatimo". Očigledno lovorike zaljubljenika u ekstreme iz "Lin Industrial -a" proganjaju.
Dakle, želite ispravno dići u zrak 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 raketi, 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 (kemijsku, nuklearnu, električnu).
Za kemijske motore gorivo se može podijeliti prema faznom stanju: plinovito, tekuće, kruto, miješano.
Dio br. 1 - gorivo za raketne motore ili tekuća raketna goriva
Razvrstavanje kemijskih goriva za raketne motore (uobičajeno):
Pojmovi i kratice.
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 općem slučaju, kemijska reakcija RT komponenti može se smatrati kemijskim izvorom toplinske energije za RD
Emitovati ću s Km0. Ovo je vrlo važan omjer za rulnu stazu: gorivo može goreti na različite načine na stazi za staze (kemijska reakcija na rulilištu nije uobičajeno spaljivanje drva u kaminu, gdje kisik zraka djeluje kao oksidator). Izgaranje (točnije oksidacija) goriva u komori raketnog motora prije svega je reakcija kemijske oksidacije s oslobađanjem topline. I tijek kemijskih reakcija značajno ovisi o tome koliko tvari (njihov omjer) ulazi u reakciju.
Kako zaspati braneći projekt kolegija, 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 komponenata Km.
Još malo strpljenja kao Ne mogu zaobići pojam: entalpija. To će vam dobro doći i u članku i u svakodnevnom životu.
Ukratko, entalpija je energija. Za članak su važne dvije njegove "hipostaze":
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 izgaranja - 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 okolini, za oksidante oksidacija vodika danim oksidantom. Štoviše, vrijednosti mogu biti pozitivne ili negativne, ovisno o vrsti reakcije.
"Zbroj termodinamičke entalpije i entalpije izgaranja 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 ovoj razini razvoja tehnologije) koristiti za hlađenje RD -a i TNA -e, ponekad za stlačivanje spremnika pomoću RT -a, za osiguravanje volumena (niskonaponski spremnici) itd.;
- što se tiče tvari izvan motora na tekuće gorivo, tj. tijekom skladištenja, transporta, točenja goriva, ispitivanja, zaštite okoliša itd.
Ova je gradacija relativna, ali u načelu odražava bit. Ove ću zahtjeve nazvati na sljedeći način: br. 1, br. 2, br. 3. Netko može dodati popis u komentarima.
Ti su zahtjevi klasičan primjer "raka labuda i štuke", koji "vuku" tvorce RD -a u različitim smjerovima:
# Sa stajališta izvora energije motora na tekuće gorivo (br. 1)
Oni. morate dobiti max. Iud. Općenito, neću svima dalje smetati:
Uz ostale važne parametre za # 1, zanimaju nas R i T (sa svim indeksima).
Moram:
# Sa stajališta dizajnera RN (# 2):
TC bi trebao imati najveću gustoću, osobito na prvim stupnjevima projektila, jer oni su najobimniji i imaju najmoćnije rulne staze s velikim protokom u sekundi. Očigledno, to nije u skladu sa zahtjevom # 1.
# Od operativnih zadataka važni su (# 3):
- kemijska stabilnost TC -a;
- jednostavnost točenja goriva, skladištenja, transporta i proizvodnje;
-ekološka sigurnost (u cijelom "području" primjene), naime toksičnost, troškovi proizvodnje i transporta itd. i sigurnost tijekom 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, izvrsna) svojstva hladnjaka, jer na ovoj razini 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 značajka dizajna američkih raketnih motora 50-60-ih godina jasno je vidljiva-cjevasta komora:
Također se zahtijeva (u pravilu) jedna od komponenti koja će se koristiti kao radni fluid za turbinu TNA:
Za komponente goriva "tlak zasićene pare od velike je važnosti (grubo rečeno, tlak pri kojem tekućina počinje ključati pri određenoj temperaturi). Ovaj parametar uvelike utječe na dizajn crpki i težinu spremnika." / S. S. Facas /
Važan čimbenik je agresivnost kompleksa goriva prema materijalima (CM) raketnih motora i spremnika s tekućim pogonom za njihovo skladištenje.
Ako su TC vrlo "štetni" (poput nekih ljudi), tada inženjeri moraju potrošiti novac na niz posebnih mjera za zaštitu svojih struktura 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 (vojna ili u svemiru)
potrebno je da gorivo bude kemijski stabilno, a njegovo skladištenje, punjenje gorivom (općenito, sve što se naziva: logistika) i odlaganje ne izazivaju "glavobolje" operaterima i okolišu.
Važan parametar je toksičnost produkata izgaranja. Sada je to vrlo relevantno.
Troškovi proizvodnje i samih gorivnih ćelija i spremnika i CM -a zadovoljavaju svojstva (ponekad agresivna) ovih komponenti: opterećenje gospodarstva zemlje, za koje se tvrdi da je "svemirska kabina".
Tih zahtjeva ima mnogo i u pravilu su međusobno antagonistički nastrojeni.
Zaključak: gorivo ili njegove komponente moraju imati (ili imati):
1. Najveći kapacitet grijanja, za postizanje najvećeg 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 izgaranja, što će dati Vmax istjecanja i izvrstan specifični impuls potiska.
4. Umjerena temperatura izgaranja (ne više od 4500K), inače će sve izgorjeti ili izgorjeti. Ne budi eksplozivan. Samozapaljivo pod određenim uvjetima.
5. Maksimalna brzina izgaranja. To će osigurati minimalnu težinu i volumen kompresora.
6. Minimalno razdoblje kašnjenja paljenja, od glatko i pouzdano pokretanje rulne staze igra značajnu ulogu.
Čitav niz problema i zahtjeva: viskoznost, temperatura taljenja i skrućivanja, točka vrenja, hlapljivost, tlak 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 gornji stupovi lansirnog vozila (Energia 11K25).
I opet, izvrstan 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 s gornje etape Centaura lansera Atlas V 541 (Odvajanje svemirskih letjelica GOES-R)
LRT klasifikacija najčešće se temelji na tlaku zasićene pare ili temperaturi trostruke točke, ili, jednostavnije, točki vrenja pri normalnom tlaku.
Komponente tekućeg željeza s visokim vrelištem.
Kemijska tvar s najvećom radnom temperaturom pri kojoj je tlak zasićene pare (u daljnjem tekstu Rnp) u raketnim spremnicima znatno niži od dopuštene razine tlaka u spremnicima s obzirom na njihovu strukturnu čvrstoću.
Primjer: kerozin, UDMH, dušična kiselina.
U skladu s tim, pohranjuju se bez posebnih manipulacija hlađenjem spremnika.
Meni se osobno više sviđa izraz "kontejner". Iako to nije sasvim točno, blizu je svakodnevnom značenju. Ovo je tzv. TC za dugotrajno skladištenje.
Tekuće komponente niskog ključanja.
Ovdje je Rnp već blizu najvećeg dopuštenog tlaka u spremnicima (prema kriteriju njihove čvrstoće). Zabranjeno je skladištenje u zatvorenim spremnicima bez posebnih mjera za hlađenje (i / ili hlađenje) i povrat kondenzata. Isti zahtjevi (i problemi) sa LPRE armaturom 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 podrazred komponenti niskog ključanja. Oni. tvari s vrelištem 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 stanju kaše, u obliku mješavine krute i tekuće faze ove komponente.
Posebne mjere potrebne su tijekom transporta, punjenja gorivom (hlađenje spremnika i glavnih vodova, toplinska izolacija ventila raketnog motora itd.) I pražnjenja.
Temperatura njihove kritične točke mnogo je niža od radne temperature. Skladištenje u zatvorenim spremnicima PH nemoguće je ili je vrlo teško. Tipični predstavnici su kisik i vodik u stanju tekuće faze.
Nadalje ću koristiti američki stil njihovih oznaka LOX i LH2, odnosno 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 kisik-vodik RD-0146.
Kad se komponente RT -a nađu u LRE -u (prema "pametnoj" reakciji), treba ih podijeliti na:
samozapaljenje (STK), ograničeno samozapaljenje (OSTK) i samozapaljenje TC (NTK).
STK: pri dodiru oksidanta i goriva u tekućem stanju, oni se pale (u cijelom rasponu radnih tlakova i temperatura).
To uvelike pojednostavljuje sustav paljenja rulne staze, međutim, ako se komponente susretnu izvan komore za izgaranje (propuštanje, nesreće), tada će doći 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 sustav 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 tlak itd.), Ili treća komponenta.
Idealno za transport, skladištenje i "nepropusno".
Druga varijanta podjele, prema razini energetskih karakteristika LRT -a:
* niskoenergetski (s relativno niskim specifičnim impulsom-jednokomponentni itd.);
* srednja energija (s prosječnim specifičnim impulsom - (02zh) + kerozin, N204 + MMG itd.);
* visokoenergetski (s 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 sustavi.
U jednokomponentnim DU, u kojima se najčešće koristi pomak pomaka.
Visoko koncentrirani (80 … 95%) vodikov peroksid korišten je kao jednokomponentno gorivo u početnoj fazi razvoja pomoćnih jednokomponentnih pogonskih sustava za satelite, svemirske letjelice i letjelice.
Trenutno se takvi pomoćni pogonski sustavi koriste samo u sustavima scenske orijentacije nekih japanskih lansirnih vozila.
U ostatku pomoćnih jednokomponentnih dizelskih sustava 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 vrlo pouzdanih katalizatora s dugim vijekom trajanja, posebice katalizatora Shell-405.
Čovječanstvo se najčešće koristi dvokomponentnim MC-ima koji imaju veće energetske karakteristike u usporedbi s jednokomponentnim. No dvokomponentni raketni motori s tekućim pogonom složenije su konstrukcije od jednokomponentnih. Zbog prisutnosti oksidanta i spremnika za gorivo, složenijeg cjevovodnog sustava i potrebe za osiguravanjem potrebnog omjera komponenti goriva (Kmo koeficijent). U DU AES, KK i KA često se ne koristi jedan, već nekoliko spremnika oksidanta i goriva, što dodatno komplicira cjevovodni sustav 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.
Na OKB-456 razvijen je trokomponentni raketni motor (fluor + vodik + litij).
Dvokomponentna goriva sastoje se od oksidansa i goriva.
Oksidanti
Kisik
S kemijskog gledišta, idealno je oksidaciono sredstvo. Korišten je u prvim balističkim raketama FAU -a te u američkim i sovjetskim kolegama. No, njegovo vrelište nije odgovaralo 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 dolijevanje goriva kako bi se nadoknadili gubici prije početka. Također može pokvariti druge TC -ove (kerozin):
Kompresorsku stanicu i mlaznicu motora s tekućim pogonom teško je koristiti kao hladnjak.
Pogledajte "ANALIZA UČINKOVITOSTI PRIMJENE KISIKA KAO HLAĐENJA KOMORE TEKUĆIH MOTORA SA RAKETOM" Reshetneva
Sada svi proučavaju mogućnost korištenja prehlađenog kisika ili kisika u gnojnom stanju, u obliku mješavine krute i tekuće faze ove komponente. Pogled će biti otprilike isti kao i ovaj lijepi ledeni mulj u uvali desno od Shamore:
Klizanjem će se povećati ukupna gustoća oksidanta.
Primjer hlađenja (prehlađivanja) BR R-9A: po prvi put je odlučeno da se koristi prehlađeni tekući kisik kao oksidator u raketi, što je omogućilo smanjenje ukupnog vremena pripreme rakete za lansiranje te povećati njezinu borbenu gotovost.
Napomena: iz nekog razloga, poznati književnik Dmitry Konanykhin savijao je (gotovo "chmoril") Ilona Mask za isti postupak.
Cm:
U obranu čudovišta od tjestenine Elona Muska, ubacimo riječ. 1. dio
U obranu čudovišta od tjestenine Elona Muska, ubacimo riječ. 2. dio
Ozon-O3
Inženjeri su dugo patili s tim, pokušavajući ga koristiti kao visokoenergetski i istodobno ekološki oksidans u raketnoj tehnologiji.
Ukupna kemijska energija oslobođena tijekom reakcije izgaranja uz sudjelovanje ozona veća je nego za obični kisik za otprilike jednu četvrtinu (719 kcal / kg). Bit će više, odnosno Iud. Tekući ozon ima veću gustoću od tekućeg kisika (1,35 naspram 1,14 g / cm³, respektivno), a vrelište mu je veće (−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 razorni tlak detonacije veći od 3 107 dyn / cm2 (3 MPa) razvija se, što čini upotrebu tekućeg ozona nemogućom u sadašnjem stanju tehnike, osim za uporabu stabilnih smjesa kisika i ozona (do 24% ozona). Prednost takve smjese je i veći specifični impuls za vodikove motore, u usporedbi s ozonsko-vodikovim. Do danas su tako 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 prilika za povećanje PI, povezane s prijelazom na nove vrste goriva. …
Dušična kiselina-HNO3
HNO3 ima visoku gustoću, niske cijene, proizvodi se u velikim količinama, prilično je stabilan, uključujući na visokim temperaturama, vatrootporan i eksplozivan. Njegova je glavna prednost u odnosu na tekući kisik u visokom vrelištu, a 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 upotrijebiti za oksidaciju goriva. Ali nije ga bilo! Dušična kiselina je toliko agresivna tvar da kontinuirano reagira sama sa sobom - atomi vodika se odvajaju od jedne molekule kiseline i vežu se na susjedne, tvoreći krhke, ali iznimno kemijski aktivne agregate. Čak i najotpornije vrste nehrđajućeg čelika polako se uništavaju koncentriranom dušičnom kiselinom (kao rezultat toga, gusti zelenkasti "žele", mješavina metalnih soli, nastaje 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.
Kako bi se povećala brzina pulsa, kiselini se dodaje dušikov dioksid (NO2). Dodavanjem dušikovog dioksida u kiselinu veže se voda koja ulazi u oksidator, što smanjuje korozivno djelovanje kiseline, povećava gustoću otopine, dostižući maksimum pri 14% otopljenog NO2. Ovu koncentraciju Amerikanci su koristili za svoje vojne projektile.
Gotovo 20 godina tražili smo odgovarajući spremnik za dušičnu kiselinu. Istodobno, vrlo je teško odabrati građevinski materijal za spremnike, cijevi i komore za izgaranje raketnih motora na tekuće gorivo.
Varijanta oksidansa koja je odabrana u SAD -u, s 14% dušikovog dioksida. A naši su projektili postupili drugačije. Bilo je potrebno sustići SAD 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 se koristila 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: podnošljiva "muck". 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. Samozapaljivo s hidrazinom, UDMH. Komponenta niskog ključanja, ali se može dugo skladištiti ako se poduzmu posebne mjere.
Nedostaci: Gadan poput HNO3, ali s vlastitim začkoljicama. Može se razgraditi u dušikov oksid. Otrovno. Niski specifični impulsi. Oksidant AK-NN bio je i često se koristi. To je mješavina dušične kiseline i dušičnog tetroksida, koja se ponekad naziva i "crvena dimljena dušična kiselina". Brojevi predstavljaju postotak N2O4.
U osnovi, ti se oksidanti koriste u vojnim raketnim motorima s tekućim pogonom 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 tridesetih godina prošlog stoljeća, osobito brzo - tijekom godina 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., koristi se samo na ruskom; u mnogim zemljama naziv je usvojen "fluor" … Izvrsno je oksidant s kemijskog gledišta. Oksidira kisik, vodu i praktički sve općenito. Izračuni pokazuju da se maksimalni teoretski Isp može postići za par F2 -Be (berilij) - oko 6000 m / s!
Super? Sramota, ne "super" …
Nećete poželjeti takav oksidator neprijatelju.
Izuzetno korozivno, otrovno, sklono eksplozijama u dodiru s oksidirajućim materijalima. Kriogen. Svaki produkt izgaranja također ima gotovo iste "grijehe": užasno korozivan i otrovan.
Mjere opreza. Fluor je otrovan, njegova najveća dopuštena koncentracija u zraku je oko 2 · 10-4 mg / l, a najveća dopuštena koncentracija za izloženost od najviše 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 tekućih metala i drugih kemijskih i organskih predmeta otopljenih 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 uporaba u raketnom motoru svemirske letjelice nije realna zbog smrtonosne složenosti skladištenja i razornog učinka produkata izgaranja.
Isto vrijedi i za druge tekuće halogene, poput klora.
Vodikov peroksid-H2O2.
Spomenuo sam to gore u jednokomponentnim gorivima.
Vodikov peroksid za luksuznu kosu "prirodnih" plavuša i još 14 tajni njegove uporabe.
Alles: popis više ili manje pravih oksidanata je potpun. Fokusiram se na HCl O4 … Kao neovisni oksidanti na bazi klorovodične kiseline, zanimljivo je samo sljedeće: monohidrat (N2O + ClO4) je kruta kristalna tvar, a dihidrat (2NO + NSlO4) gusta je viskozna tekućina. Perklorna kiselina (koja zbog Isp-a sama po sebi nije obećavajuća), istodobno je od interesa i kao dodatak oksidansima, što jamči pouzdanost samozapaljenja goriva.
Oksidanti se mogu klasificirati na sljedeći način:
Konačni (češće korišteni) popis oksidansa zajedno s pravim gorivima:
Za razliku od njih, imamo "hrpe" goriva.
Zapaljivo
Prema fizičkom i kemijskom sastavu mogu se podijeliti u nekoliko skupina:
Ugljikovodična goriva.
Ugljikovodici niske molekulske mase.
Jednostavne tvari: atomska i molekularna.
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)koristi se u prvom
Sovjetski projektili R-1, R-2, R-5 ("naslijeđeni" FAU-2) i na samom Vergeltungswaffe-2.
Umjesto toga, otopina 75% etilnog alkohola (etanol, etilni 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 dvije 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 tamno smeđa) tekućina koja vremenom postaje crvena u zraku. BARBARS!
Chem. formula: C4H3OCH2OH, Rac. formula: C5H6O2. Odvratna kaša, nije za piće.
Skupina ugljikovodika
Kerozin
Kerozin je mješavina različitih ugljikovodika, pa postoje strašne frakcije (u kemijskoj formuli) i "razmazano" vrelište. Prikladno gorivo s visokim vrelištem. 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).
No, postoje ljudi koji ih tretiraju što god mogu! Ministarstvo zdravstva je kategorično protiv!
Vojničke priče: Dobro za rješavanje gadnog Pthirus pubisa.
Međutim, također zahtijeva oprez pri rukovanju tijekom rada: video zapis nesreće putničkog zrakoplova
Značajne prednosti: relativno jeftino, svladano 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.
Kako bi povećali gustoću, voditelji istraživanja svemira razvili su synthin (SSSR) i RJ-5 (USA).
Sinteza sinteta.
Kerozin ima tendenciju taloženja katranastih sedimenata u mreži i na putu hlađenja, što negativno utječe na hlađenje. Mukhin, Velurov @Co pedaliraju na ovom svom lošem posjedu.
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 ispumpaju u spremnike - naftil (raketni kerozin), ukapljeni kisik i vodikov peroksid, svemirski transportni sustav težit će 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 petroleju i vodiku.
Glavni dizajner NPO Energomash Vladimir Chvanov:
- Specifični impuls LNG motora je visok, no ta je prednost nadoknađena činjenicom da gorivo od metana ima manju gustoću, stoga, ukupno, postoji neznatna energetska prednost. Sa strukturnog stajališta, metan je privlačan. Da biste ispraznili šupljine motora, trebate proći samo ciklus isparavanja - to znači da se motor lakše riješi ostataka proizvoda. Zbog toga je gorivo metan prihvatljivije sa stajališta stvaranja motora za višekratnu uporabu i zrakoplova za višekratnu uporabu.
Jeftino, rašireno, stabilno, niskotoksično. U usporedbi s vodikom, on ima višu točku ključanja, a specifični impuls uparen s kisikom 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 izgaranja 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 stijenkama komore za izgaranje. U posljednje vrijeme aktivni su istraživačko -razvojni rad i istraživanje i razvoj na području njegove primjene (zajedno s propanom i prirodnim plinom), čak i u smjeru izmjene već postojećeg. LRE (posebice, takvi su radovi izvedeni na RD-0120).
Ili "Kinder Surpeis" na primjer: Space X -ov američki motor Raptor:
Ta goriva uključuju propan i prirodni plin. Njihove glavne karakteristike kao zapaljivosti bliske su (s izuzetkom veće gustoće i višeg vrelišta) HCG -u. I isti su problemi pri njihovoj uporabi.
Vodik-H2 (tekućina: LH2) pozicioniran je odvojeno među gorivima.
Korištenje para LOX-LH2 predložio je Tsiolkovsky, ali su ga proveli drugi:
S gledišta termodinamike, H2 je idealan radni fluid i za sam LPRE i za TNA turbinu. Izvrsna rashladna tekućina, u tekućem i plinovitom stanju. Ova posljednja činjenica omogućuje da se ne bojite osobito ključanja vodika na putu hlađenja i da na taj način upotrijebite vodik rasplinjen za pogon THP -a.
Takva shema implementirana je u Aerojet Rocketdyne RL-10, jednostavno prekrasan (s inženjerskog gledišta) motor:
Naš analog (još boljeod mlađi): RD-0146 (D, DM) raketni je motor bez plina na tekući pogon koji je razvio Konstrukcijski biro za kemijsku automatizaciju u Voronježu.
Ovaj TC osigurava visoki specifični impuls - uparen s kisikom pri 3835 m / s.
Ovo je najveći od onih koji se stvarno koriste. Ti čimbenici izazivaju veliko zanimanje za ovo gorivo. Ekološki prihvatljiv, na "izlazu" u dodiru s O2: voda (para). Distribuirane, praktički neograničene zalihe. Svladao u proizvodnji. Netoksičan. Međutim, toliko masti leti u masti u ovoj bačvi meda.
Više o "iznenađenjima":
"MATEMATIČKO MODELIRANJE PROCESA IZMJENE TOPLINE I MASE U VODIČNIM SUSTAVIMA" Gordeev V. P. Firsov, A. P. Gnevašev, E. I. Postoyuk
FSUE “GKNPTs im. M. V. Khrunicheva, KB Salyut; Moskovski zrakoplovni institut (Državno tehničko sveučilište)
U radu se daje karakteristika glavnih matematičkih modela procesa prijenosa topline i mase u spremniku i vodikovoj mreži gornjeg stupnja kisika i vodika 12KRB. Otkrivaju se anomalije u opskrbi vodika motorom na tekuće gorivo i predlaže se njihov matematički opis. Modeli su razrađeni tijekom ispitivanja na klupi i leta, što je na temelju njih omogućilo predviđanje parametara serijskih gornjih stupnjeva različitih modifikacija i donošenje potrebnih tehničkih odluka za poboljšanje pneumohidrauličkih sustava.
Nisko vrelište također otežava pumpanje u spremnike i skladištenje ovog goriva u spremnike i skladišta.
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-vodik (p-H2) -antiparalel.
Pri normalnim i visokim temperaturama, H2 (normalni vodik, n-H2) je mješavina 75% orto- i 25% para-modifikacija, koje se međusobno mogu pretvoriti (orto-para transformacija). Kad se o-H2 pretvori u p-H2, oslobađa se toplina (1418 J / mol).
Sve to nameće dodatne poteškoće u projektiranju autocesta, raketnih motora s tekućim pogonom, 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 + tvori hidronijev ion H3O s molekulom vode. Budući da je dio molekula različitih spojeva, vodik nastoji stvoriti vodikovu vezu 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.
Da. vodik je i Gut (čak i Sehr Gut) i u isto vrijeme "glavobolja" (čak i jaka glavobolja).
Prvi zakon dijalektike: "Jedinstvo i borba suprotnosti" / Georg Wilhelm Friedrich Hegel /
Impresivno s glavnim strojem Space Shuttle (SSME)?
Sada procijenite njegovu cijenu!
Vjerojatno su, vidjevši to i izračunavši troškove (trošak 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 i 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, tlak u komori za izgaranje) da njegova cijena neće postati preteška za vas. / Philip Terekhov @ lozga
Najsavladaniji vodikovi motori u Sjedinjenim Državama.
Sada se pozicioniramo na 3-4 mjestu u "Klubu vodika" (nakon Europe, Japana i Kine / Indije).
Kruti vodik je agregatno kruto stanje vodika.
Talište -259,2 ° C (14,16 K).
Gustoća 0, 08667 g / cm³ (na -262 ° C).
Bijela masa slična snijegu, kristali šesterokutnog sustava.
Škotski kemičar J. Dewar 1899. prvi je put dobio vodik u čvrstom stanju. Za to je upotrijebio regenerativni rashladni stroj temeljen na Joule-Thomsonovom efektu.
Nevolja je u njemu. Stalno se gubi: "Znanstvenici su izgubili jedini uzorak metalnog vodika na svijetu." To je razumljivo: dobije se kocka molekula: 6x6x6. Samo "ogromni" volumeni - upravo sada "napunite gorivo" raketom. Iz nekog razloga podsjetio me na "Chubais nanotank". Ovo nano-čudo nije pronađeno 7 godina ili više.
