Saga o paliwie rakietowym
„... I nie ma nic nowego pod słońcem”(Kaznodziei 1:9).
Paliwa, rakiety, silniki rakietowe były pisane, są pisane i będą pisane.
Za jedną z pierwszych prac na temat paliw LRE można uznać książkę V.P. Głuszko „Paliwo płynne do silników odrzutowych”, opublikowane w 1936 r.
Dla mnie temat wydawał się ciekawy, związany z moją dawną specjalnością i studiami na uczelni, tym bardziej, że moje młodsze potomstwo „wlokło” to: „Szefie, ugniatajmy co to za wątek i zaczynamy, a jak lenistwo, potem my sami „rozwiążmy to”. Najwyraźniej ekstremalne laury od „Lin Industrial” nie dawaj spokoju.
Więc chcesz odpowiednio wysadzić swój silnik rakietowy.
Będziemy „myśleć” razem, pod ścisłą kontrolą rodziców. Ręce i stopy muszą być nienaruszone, tym bardziej w przypadku nieznajomych.
„Klucz do startu”... "Iść"! (Yu.A. Gagarin i SP Korolow)
Jakikolwiek rodzaj RD (schemat, charakter procesu) jest stosowany w technologii rakietowej, jego zamierzonym celem jest wytworzenie ciągu (siły) poprzez zamianę energii początkowej zmagazynowanej w RT na energię kinetyczną (Ek) strumienia strumienia roboczego płyn.
Ek jet stream w RD są przetwarzane na różne rodzaje energii (chemicznej, jądrowej, elektrycznej).
W przypadku silników chemicznych paliwo można podzielić ze względu na jego stan fazowy: gazowy, ciekły, stały, mieszany.
Część #1 - Paliwa LRE lub płynne propelenty
Klasyfikacja chemicznych materiałów pędnych do silników rakietowych (ogólnie przyjęta):
->Terminy i skróty.
dodatkowo (Tagi HTML na TopWar mają niewłaściwy system, więc spoilery i fragmenty muszą być zorganizowane w ten sposób):
Specyficzny impuls (Isp).
Ciąg strumienia (P lub Fr).
Stosunek stechiometryczny składników paliwa (Km0)(kliknij po szczegóły) to stosunek masy utleniacza do masy paliwa w reakcjach stechiometrycznych.
Skład paliwa - części palne i niepalne (ogólnie).
Rodzaje paliw(ogólnie).
W ogólnym przypadku reakcję chemiczną składników RT można uznać za chemiczne źródło energii cieplnej dla RD.
Zacznę nadawać od Km0. Jest to bardzo ważna zależność dla RJ: paliwo może palić się inaczej w RJ (reakcja chemiczna w RJ nie jest normalna palące się drewno w kominkugdzie tlen z powietrza działa jako środek utleniający). Spalanie (dokładniej utlenianie) paliwa w komorze silnika rakietowego to przede wszystkim chemiczna reakcja utleniania z wydzielaniem ciepła. A przebieg reakcji chemicznych w znacznym stopniu zależy od tego, ile substancji (ich stosunek) wchodzi w reakcję.
Jak zasnąć na obronie projektu z kursu, egzaminu lub zdania testu. / Dmitrij Zawistowski
Wartość Km0 zależy od wartościowości, jaką pierwiastki chemiczne mogą wykazywać w teoretycznej postaci równania reakcji chemicznej. Przykład dla ZhRT: AT + UDMH.
Ważnym parametrem jest współczynnik nadmiaru utleniacza (oznaczony greckim „α” indeksem „około”) oraz stosunek masowy składników Km.
Km=(dmoc./dt)/(dmg../dt), tj. stosunek masowego natężenia przepływu utleniacza do masowego natężenia przepływu paliwa. Jest specyficzny dla każdego paliwa. Idealnie jest to stosunek stechiometryczny utleniacza i paliwa, tj. pokazuje, ile kg utleniacza potrzeba do utlenienia 1 kg paliwa. Jednak rzeczywiste wartości różnią się od tych idealnych. Stosunek Km rzeczywistego do idealnego to współczynnik nadmiaru utleniacza.
Z reguły αok.<=1. I własnie dlatego. Zależności Tk(αok.) i Isp.(αok.) są nieliniowe i dla wielu paliw ta ostatnia ma maksimum przy αok. nie w stechiometrycznym stosunku mieszania, tj. max. Jad. uzyskuje się przy nieznacznym spadku ilości środka utleniającego w stosunku do stechiometrii. Trochę więcej cierpliwości, bo. nie można obejść pojęcia: entalpia. Przyda się to zarówno w artykule, jak iw życiu codziennym.
Krótko mówiąc, entalpia to energia. Dwie z jego „hipostaz” są ważne dla artykułu:
Entalpia termodynamiczna- ilość energii zużytej na utworzenie substancji z początkowych pierwiastków chemicznych. W przypadku substancji składających się z identycznych cząsteczek (H2, O2 itd.), jest równa zeru.
Entalpia spalania- ma sens tylko wtedy, gdy zachodzi reakcja chemiczna. W podręcznikach można znaleźć eksperymentalnie uzyskane wartości tej wielkości w normalnych warunkach. Najczęściej dla materiałów palnych jest to całkowite utlenienie w środowisku tlenowym, dla utleniaczy utlenianie wodoru danym utleniaczem. Ponadto wartości mogą być zarówno dodatnie, jak i ujemne, w zależności od rodzaju reakcji.
„Suma entalpii termodynamicznej i entalpii spalania nazywana jest całkowitą entalpią substancji. Właściwie ta wartość jest wykorzystywana do obliczeń termicznych komór LRE”.
Wymagania dla RRT:
- jako źródło energii;
-jako substancja, która musi być użyta (na danym poziomie rozwoju technologii) do schłodzenia RD i HP, czasami do napełnienia zbiorników RT, napełnienia go objętością (zbiorniki LV) itp.;
- co do substancji poza LRE, tj. podczas przechowywania, transportu, tankowania, testowania, ochrony środowiska itp.
- jako źródło energii;
-jako substancja, która musi być użyta (na danym poziomie rozwoju technologii) do schłodzenia RD i HP, czasami do napełnienia zbiorników RT, napełnienia go objętością (zbiorniki LV) itp.;
- co do substancji poza LRE, tj. podczas przechowywania, transportu, tankowania, testowania, ochrony środowiska itp.
Ta gradacja jest względna warunkowa, ale w zasadzie odzwierciedla istotę. Nazwę te wymagania następująco: nr 1, nr 2, nr 3. Ktoś może dodać do listy w komentarzach.
Te wymagania są klasycznym przykładem. „Rak łabędzi i szczupak”, które „ciągną” twórców RD w różnych kierunkach:
# Z punktu widzenia źródła energii LRE (nr 1)
Te. musisz mieć maks. Jad. Nie będę dalej niepokoić wszystkich, w ogólnym przypadku:
Z innych ważnych parametrów dla nr 1 interesują nas R i T (ze wszystkimi indeksami).
Potrzebować: masa cząsteczkowa produktów spalania była minimalna, maksymalna była zawartość ciepła właściwego.
# Z punktu widzenia projektanta rakiety nośnej (nr 2):
TC powinny mieć maksymalną gęstość, zwłaszcza w pierwszych stopniach rakiet, ponieważ. są najbardziej obszerne i mają najpotężniejsze RD, z dużym drugim zużyciem. Oczywiście nie jest to zgodne z wymogiem zawartym w punkcie 1.
# Z zadań operacyjnych są ważne (#3):
- stabilność chemiczna TC;
- łatwość tankowania, przechowywania, transportu i produkcji;
-bezpieczeństwo środowiskowe (w całym "obszarze" zastosowania), czyli toksyczność, koszty produkcji i transportu itp. i bezpieczeństwa podczas eksploatacji drogi kołowania (zagrożenie wybuchem).
Zobacz „Saga paliwa rakietowego – druga strona medalu”, aby poznać szczegóły.
Mam nadzieję, że nikt jeszcze nie zasnął. Mam wrażenie, że rozmawiam ze sobą. Wkrótce o alkoholu, bądźcie czujni!
Oczywiście to tylko wierzchołek góry lodowej. Tu również pasują dodatkowe wymagania, z powodu których należy szukać KONSENSUSU i KOMPROMISÓW. Jeden ze składników musi koniecznie mieć zadowalające (najlepiej doskonałe) właściwości chłodzące, ponieważ na tym poziomie technologicznym konieczne jest chłodzenie CS i dyszy, a także ochrona krytycznej sekcji RD:
Na zdjęciu dysza silnika rakietowego XLR-99: wyraźnie widoczna jest charakterystyczna cecha konstrukcji amerykańskich silników rakietowych z lat 50-60 - komora rurowa:
Wymagane jest również (co do zasady) użycie jednego ze składników jako płynu roboczego do turbiny THA:
W przypadku komponentów paliwowych „duże znaczenie ma prężność pary nasyconej (z grubsza jest to ciśnienie, przy którym ciecz zaczyna wrzeć w danej temperaturze). Parametr ten ma ogromny wpływ na konstrukcję pomp i masę zbiorników.” / S.S. Faqas/
Ważnym czynnikiem jest agresywność TC na materiały (CM) LRE i zbiorniki do ich przechowywania.
Jeśli FC są bardzo „szkodliwe” (jak niektórzy ludzie), to inżynierowie muszą wydawać pieniądze na szereg specjalnych środków chroniących ich konstrukcje przed paliwem.
-samozapłon komponenty paliwowe np dwulicowy Janus: czasami konieczne, ale czasami boli. Jest jeszcze jedna paskudna właściwość: wybuchowość
Dla wielu gałęzi przemysłu rakietowego (wojskowy lub kosmiczny)
wymagane jest, aby paliwo było stabilne chemicznie, a jego przechowywanie, tankowanie (ogólnie wszystko to, co nazywa się: logistyka) i utylizacja nie przyprawiały o „ból głowy” operatorów i środowisko.
Ważnym parametrem jest toksyczność produktów spalania. Teraz jest to bardzo aktualne.
Koszt produkcji zarówno samych TC, jak i czołgów i CM, które spełniają właściwości (czasami agresywne) tych komponentów: obciążenie dla gospodarki kraju, który twierdzi, że jest „kosmiczną taksówką”.
Wymagań tych jest wiele iz reguły są one wobec siebie antagonistyczne.
Wniosek: paliwo lub jego komponenty muszą posiadać (lub posiadać):
1. Najwyższa moc cieplna, aby uzyskać maksymalne Isp.
2. Najwyższa gęstość, minimalna toksyczność, stabilność i niski koszt (w produkcji, logistyce i utylizacji).
3. Najwyższa wartość stałej gazowej lub najmniejsza masa cząsteczkowa produktów spalania, która da Vmax spalin i doskonały ciąg właściwy.
4. Umiarkowana temperatura spalania (nie więcej niż 4500 K), w przeciwnym razie wszystko się spali lub wypali. Nie bądź wybuchowy. Samozapłon w określonych warunkach.
5. Maksymalna szybkość spalania. Zapewni to minimalną wagę i objętość COP.
6. Minimalny czas opóźnienia zapłonu, as płynne i niezawodne uruchomienie RD odgrywa znaczącą rolę.
2. Najwyższa gęstość, minimalna toksyczność, stabilność i niski koszt (w produkcji, logistyce i utylizacji).
3. Najwyższa wartość stałej gazowej lub najmniejsza masa cząsteczkowa produktów spalania, która da Vmax spalin i doskonały ciąg właściwy.
4. Umiarkowana temperatura spalania (nie więcej niż 4500 K), w przeciwnym razie wszystko się spali lub wypali. Nie bądź wybuchowy. Samozapłon w określonych warunkach.
5. Maksymalna szybkość spalania. Zapewni to minimalną wagę i objętość COP.
6. Minimalny czas opóźnienia zapłonu, as płynne i niezawodne uruchomienie RD odgrywa znaczącą rolę.
Cała masa problemów i wymagań: lepkość, T topnienia i krzepnięcia, T wrzenia, lotność, prężność pary i ciepło utajone parowania itp. i tak dalej.
Kompromisy wyraźnie przejawiają się w Isp.2 i LOX, które z kolei są używane w górnych stopniach rakiety nośnej („Energy” 11K25).
I znowu piękna para2+LOX nie może być używany do głębokiego kosmosu lub do długotrwałego przebywania na orbicie (Voyager-2, górny stopień „Breeze-M”, ISS itp.)
Niesamowity moment oddokowania satelity meteorologicznego GOES-R z górnego stopnia Centaura rakiety nośnej Atlas V 541 (Separacja statków kosmicznych GOES-R)
Klasyfikacja ZhRT - najczęściej według nasyconej prężności pary lub temperatura punktu potrójnegolub prościej - temperatura wrzenia pod normalnym ciśnieniem.
Wysokowrzące elementy reaktora cieczowego.
Substancja chemiczna mający maksymalną temperaturę roboczą, w której ciśnienie pary nasyconej (odniosę się do Rnp) w zbiornikach rakietowych jest znacznie niższy od dopuszczalnego poziomu ciśnienia w zbiornikach zgodnie z ich wytrzymałością konstrukcyjną.
Przykład:
nafta, UDMH, kwas azotowy.
W związku z tym są przechowywane bez specjalnych manipulacji przy chłodzeniu zbiorników.
Osobiście bardziej podoba mi się określenie „tara”. Chociaż nie jest to całkowicie poprawne, jest bliskie codziennemu znaczeniu. Ten tzw. długoterminowy TK.
Niskowrzące elementy reaktora cieczowego.
Tutaj Rnp jest już bliskie maksymalnemu dopuszczalnemu ciśnieniu w zbiornikach (według kryterium ich wytrzymałości). Przechowywanie w szczelnych zbiornikach bez specjalnych środków do chłodzenia (i/lub schładzania) i powrotu kondensatu nie jest możliwe. Te same wymagania (i problemy) z armaturą LRE i rurociągami tankowania / spustu.
Przykład:
amoniak, propan, czterotlenek azotu.
Ministerstwo Obrony Federacji Rosyjskiej (MO RF) rozważa komponenty niskowrzące wszystko, którego temperatura wrzenia poniżej 298 tys w standardowych warunkach.
W zakresie temperatur pracy technologii rakietowej niskowrzące komponenty są zwykle w stanie gazowym. Aby zawierać niskowrzące składniki w stanie ciekłym, stosuje się specjalny sprzęt technologiczny.
Elementy kriogeniczne ZhRT.
W rzeczywistości jest to podklasa składników niskowrzących. Te. Substancje o temperaturze wrzenia poniżej 120K. Do składników kriogenicznych zalicza się gazy skroplone: tlen, wodór, fluor itp. W celu zmniejszenia strat wskutek parowania i zwiększenia gęstości możliwe jest zastosowanie składnika kriogenicznego w stanie błota, w postaci mieszaniny fazy stałej i ciekłej tego składnika.
Wymagane są szczególne środki ostrożności podczas transportu, tankowania (schłodzenie zbiorników i przewodów, izolacja termiczna armatury LRE itp.) oraz rozładunku.
Temperatura ich punktu krytycznego jest znacznie niższa niż robocza. Przechowywanie w hermetycznych zbiornikach PH jest niemożliwe lub bardzo utrudnione. Typowymi przedstawicielami są tlen i wodór w stanie ciekłym.
Dalej użyję amerykańskiego stylu ich oznaczenia LOX i LН2 odpowiednio Lub tak ZhK i ZhV.
Nasz "przystojny" RD-0120 (wodór-tlen):
Widać, że jest całkowicie wypełniony materiałem termoizolacyjnym od zewnątrz (zbrojenie, linie).
Według niektórych ekspertów technologia produkcji RD-0120 została już całkowicie utracona w Federacji Rosyjskiej. Jednak w oparciu o jego technologie w tym samym przedsiębiorstwie powstaje silnik tlenowo-wodorowy RD-0146.
Gdy komponenty RT znajdują się w LRE CS (reagują „inteligentnie”), należy je podzielić na:
samozapłon (STK), ograniczony samozapłon (OSTK) i niesamozapłon TK (NTK).
STK: w kontakcie utleniacza z paliwem w stanie ciekłym ulegają zapaleniu (w całym zakresie ciśnień i temperatur roboczych).
To znacznie upraszcza układ zapłonowy RD, jednak jeśli elementy zetkną się poza komorą spalania (wycieki, wypadki), wówczas nastąpi pożar lub wielki „wybuch”. Gaszenie jest trudne.
Przykład:N204 (tetratlenek azotu) + MMG (monometylohydrazyna), N204O2 + N4HXNUMX (hydrazyna), N2О4+ UDMH i wszystkie paliwa na bazie fluoru.
OSTK: w tym przypadku należy podjąć specjalne środki w celu zapłonu. Paliwa niepalne wymagają układu zapłonowego.
Przykład:nafta + LOX lub LH2+LOX.
NTC: Myślę, że komentarze są tutaj zbędne. Wymagany jest albo katalizator, albo stały zapłon (lub temperatura i/lub ciśnienie itp.) albo trzeci element.
Idealny do transportu, przechowywania i szczelny.
Inną opcją separacji jest poziom charakterystyki energetycznej ZhRT:
* niskoenergetyczny (o stosunkowo niskim impulsie właściwym - jednoskładnikowy itp.);
*średnia energia (ze średnim impulsem właściwym—(02zl) + nafta, N204 + MMG itp.);
*wysoka energia (wysoki impuls właściwy: (02)g+ (H2)F, (F2) w+(H2) i inni).
*średnia energia (ze średnim impulsem właściwym—(02zl) + nafta, N204 + MMG itp.);
*wysoka energia (wysoki impuls właściwy: (02)g+ (H2)F, (F2) w+(H2) i inni).
W zależności od toksyczności i działania korozyjnego składników wyróżnia się LRT:
*na nietoksycznych i niepowodujących korozji składnikach paliwa - (02)g, paliwa węglowodorowe itp.;
*na toksycznych i żrących składnikach paliw - MMG, UDMH a zwłaszcza (F2)I.
Ze względu na liczbę użytych składników paliwa wyróżnia się PS jedno-, dwu- i trójskładnikowe.
W układach sterowania jednoskładnikowego, w których najczęściej stosuje się przepływ wyporowy.
Wysoko skoncentrowany (80 ... 95%) nadtlenek wodoru był stosowany jako paliwo jednoskładnikowe na początkowym etapie rozwoju pomocniczych jednoskładnikowych układów napędowych do satelitów, statków kosmicznych i statków kosmicznych.
Obecnie takie pomocnicze systemy napędowe są stosowane tylko w systemach orientacji scenicznej niektórych japońskich rakiet nośnych.
Dla pozostałych pomocniczych jednoskładnikowych PS nadtlenek wodoru jest „wypierany” przez hydrazynę, zapewniając jednocześnie wzrost impulsu właściwego o około 30%.
Powszechne stosowanie hydrazyny w LRE było w dużej mierze ułatwione dzięki stworzeniu wysoce niezawodnych katalizatorów o długiej żywotności, w szczególności katalizatora Shell-405.
Najszerzej ludzkość używa dwuskładnikowych FC, które mają wyższą charakterystykę energetyczną w porównaniu z jednoskładnikowymi. Ale dwuskładnikowe LRE są bardziej złożone w konstrukcji niż jednoskładnikowe. Ze względu na obecność utleniacza i zbiorników paliwa, bardziej skomplikowany układ rurociągów oraz konieczność zapewnienia wymaganego stosunku składników paliwa (współczynnik Kmo). W PS AES, SC i SC często stosuje się nie jeden, ale kilka zbiorników utleniacza i paliwa, co dodatkowo komplikuje system rurociągów dwuskładnikowego PS.
Trzyskładnikowa RT w opracowaniu. To prawdziwa egzotyka.
Patent RF na trójskładnikowy silnik rakietowy.
Schemat tego silnika rakietowego .
Takie silniki rakietowe można sklasyfikować jako wielopaliwowe.
LRE na paliwie trójskładnikowym (fluor + wodór + lit) został opracowany w r OKB-456.
Bipropelenty składają się z utleniacza i paliwa.
LRE Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor: dwuskładnikowy LRE (H2O2 + nafta)
Utleniacze
Tlen
Wzór chemiczny-O2 (ditlen, amerykańskie oznaczenie Oxygen-OX).
LRE używa ciekłego, a nie gazowego tlenu - ciekłego tlenu (LOX - krótko i wszystko jasne).
Masa cząsteczkowa (dla cząsteczki) -32g/mol. Dla miłośników precyzji: masa atomowa (masa molowa)=15,99903;
Gęstość=1,141 g/cm³
Temperatura wrzenia=90,188K (-182,96°C)
LRE używa ciekłego, a nie gazowego tlenu - ciekłego tlenu (LOX - krótko i wszystko jasne).
Masa cząsteczkowa (dla cząsteczki) -32g/mol. Dla miłośników precyzji: masa atomowa (masa molowa)=15,99903;
Gęstość=1,141 g/cm³
Temperatura wrzenia=90,188K (-182,96°C)
Z chemicznego punktu widzenia idealny środek utleniający. Był używany w pierwszych pociskach balistycznych FAA, ich amerykańskich i radzieckich kopiach. Ale jego temperatura wrzenia nie odpowiadała wojsku. Wymagany zakres temperatur pracy wynosi od -55°C do +55°C (długi czas przygotowania do startu, krótki czas pełnienia służby bojowej).
Bardzo niska korozyjność. Produkcja jest opanowana od dawna, koszt niewielki: poniżej 0,1 dolara (moim zdaniem to kilka razy taniej niż litr mleka).
Wady:
Kriogeniczna - schładzanie i ciągłe tankowanie są niezbędne, aby zrekompensować straty przed startem. Może również zepsuć inne TC (nafta):
Na zdjęciu przesłony urządzeń zabezpieczających autozłącza napełniania nafty (ZU-2), 2 minuty przed końcem schematu sekwencji podczas wykonywania operacji ZAMKNIJ ZU nie do końca zamknięte z powodu oblodzenia. Jednocześnie z powodu oblodzenia sygnał o wyjściu TUA z wyrzutni nie przeszedł. Start odbył się następnego dnia.
Jednostka cysterna RB z ciekłym tlenem została zdjęta z kół i zainstalowana na fundamencie.
Trudne w użyciu jako chłodnica COP i dysza LRE.
Zobaczyć
„ANALIZA WYDAJNOŚCI WYKORZYSTANIA TLENU JAKO CHŁODZIWA KOMORY CIEKŁEGO SILNIKA RAKIETOWEGO” SAMOSHKIN V.M., VASYANINA P.Yu., Siberian State Aerospace University imienia akademika M.F. Reszetniew
Teraz wszyscy badają możliwość wykorzystania przechłodzonego tlenu lub tlenu w stanie błota, w postaci mieszaniny fazy stałej i ciekłej tego składnika. Widok będzie w przybliżeniu taki sam, jak ten piękny lodowy błoto w zatoce na prawo od Shamora:
Wymyśl: zamiast H2O wyobraź sobie LCD (LOX).
Shugirovanie zwiększy ogólną gęstość utleniacza.
Przykład chłodzenia (przechłodzenia) R-9A BR: po raz pierwszy zdecydowano się na użycie w rakiecie jako utleniacza przechłodzonego ciekłego tlenu, co pozwoliło skrócić całkowity czas przygotowania rakiety do startu i zwiększyć swoją gotowość bojową.
Uwaga: z jakiegoś powodu, z tej samej procedury, słynny pisarz Dmitrij Konanykhin pochylił się (prawie „uderzył”) Elona Muska.
Cm:
W obronie potwora spaghetti, Elona Muska, wstawmy się za słowem. Część 1
W obronie potwora spaghetti, Elona Muska, wstawmy się za słowem. Część 2
Ozon-O3
Masa cząsteczkowa=48 amu, masa molowa=47,998 g/mol
Gęstość cieczy w temperaturze -188 °C (85,2 K) wynosi 1,59(7) g/cm³
Gęstość stałego ozonu w temperaturze -195,7 °C (77,4 K) wynosi 1,73(2) g/cm³
Temperatura topnienia -197,2 (2) ° С (75,9 K)
Gęstość cieczy w temperaturze -188 °C (85,2 K) wynosi 1,59(7) g/cm³
Gęstość stałego ozonu w temperaturze -195,7 °C (77,4 K) wynosi 1,73(2) g/cm³
Temperatura topnienia -197,2 (2) ° С (75,9 K)
Od dłuższego czasu zmagają się z nim inżynierowie, próbując wykorzystać go jako wysokoenergetyczny i jednocześnie przyjazny dla środowiska utleniacz w technice rakietowej.
Całkowita energia chemiczna uwalniana podczas reakcji spalania z udziałem ozonu jest większa niż dla zwykłego tlenu o około jedną czwartą (719 kcal/kg). Będzie więcej, odpowiednio, i Iud. Ciekły ozon ma większą gęstość niż ciekły tlen (odpowiednio 1,35 i 1,14 g/cm³), a jego temperatura wrzenia jest wyższa (odpowiednio –112 °C i –183 °C).
Jak dotąd przeszkodą nie do pokonania jest chemiczna niestabilność i wybuchowość ciekłego ozonu z jego rozkładem na O i O2, podczas którego powstaje fala detonacyjna poruszająca się z prędkością około 2 km/s i niszczące ciśnienie detonacyjne przekraczające 3 107 dyn / cm2 (3 MPa), co sprawia, że stosowanie ciekłego ozonu przy obecnym poziomie techniki jest niemożliwe, z wyjątkiem stosowania stabilnych mieszanin tlen-ozon (do 24% ozonu). Zaletą takiej mieszanki jest również większy impuls właściwy dla silników wodorowych w porównaniu do silników ozonowo-wodorowych. Do tej pory tak wysokosprawne silniki jak RD-170, RD-180, RD-191, a także przyspieszające silniki próżniowe osiągnęły parametry zbliżone do wartości granicznych w zakresie Isp, a pozostała tylko jedna szansa, aby wzrost RI, związany z przejściem na nowe rodzaje paliw.
Kwas azotowy-HNO3
Stan - ciecz w n.o.
Masa molowa 63.012 g/mol (bez względu na to, czego używam masa cząsteczkowa lub masa cząsteczkowa - nie zmienia to istoty)
Gęstość=1,513 g/cm³
T. stop. = -41,59 ° C, T. top. temperatura wrzenia = 82,6°C
Masa molowa 63.012 g/mol (bez względu na to, czego używam masa cząsteczkowa lub masa cząsteczkowa - nie zmienia to istoty)
Gęstość=1,513 g/cm³
T. stop. = -41,59 ° C, T. top. temperatura wrzenia = 82,6°C
HNO3 ma dużą gęstość, niski koszt, jest produkowany w dużych ilościach, jest dość stabilny, w tym w wysokich temperaturach, jest bezpieczny w przypadku pożaru i wybuchu. Jego główną przewagą nad ciekłym tlenem jest wysoka temperatura wrzenia, a co za tym idzie możliwość przechowywania w nieskończoność bez izolacji termicznej. Cząsteczka kwasu azotowego HNO3 jest prawie idealnym utleniaczem. Zawiera jako „balast” atom azotu i „połowę” cząsteczki wody, a dwa i pół atomu tlenu można wykorzystać do utlenienia paliwa. Ale go tam nie było! Kwas azotowy jest na tyle agresywną substancją, że nieustannie reaguje sam ze sobą – atomy wodoru odrywają się od jednej cząsteczki kwasu i przyłączają do sąsiednich, tworząc kruche, ale niezwykle aktywne chemicznie agregaty. Nawet najbardziej odporne gatunki stali nierdzewnej są powoli niszczone przez stężony kwas azotowy (w rezultacie na dnie zbiornika tworzy się gęsta zielonkawa „galareta”, mieszanina soli metali). Aby zmniejszyć korozyjność, do kwasu azotowego zaczęto dodawać różne substancje; tylko 0,5% kwasu fluorowodorowego (fluorowodorowego) zmniejsza dziesięciokrotnie szybkość korozji stali nierdzewnej.
Dwutlenek azotu (NO2). Dodatek dwutlenku azotu do kwasu wiąże wodę wpływającą do utleniacza, co zmniejsza korozyjność kwasu, zwiększa gęstość roztworu, osiągając maksimum przy 14% rozpuszczonego NO2. Koncentrację tę wykorzystali Amerykanie do swoich pocisków bojowych.
Od prawie 20 lat poszukujemy odpowiedniego pojemnika na kwas azotowy. Jednocześnie bardzo trudno jest dobrać materiały konstrukcyjne do zbiorników, rur, komór spalania LRE.
Wariant utleniacza wybrany w USA, zawierający 14% dwutlenku azotu. Ale nasi naukowcy zajmujący się rakietami działali inaczej. Za wszelką cenę trzeba było dogonić Stany Zjednoczone, więc utleniacze radzieckich marek - AK-20 i AK-27 - zawierały 20 i 27% czterotlenku.
Ciekawy fakt: w pierwszym radzieckim myśliwcu rakietowym BI-1 do lotów używano kwasu azotowego i nafty.
Zbiorniki i rury musiały być wykonane z metalu monelowego: stopu niklu i miedzi, który stał się bardzo popularnym materiałem konstrukcyjnym wśród naukowców zajmujących się rakietami. Sowieckie ruble były prawie w 95% wykonane z tego stopu.
Wady: znośny „błoto”. Korozja aktywna. Impuls właściwy nie jest wystarczająco wysoki. Obecnie prawie nigdy nie jest używany w czystej postaci.
Czterotlenek azotu-AT(N2O4)
Masa molowa=92,011 g/mol
Gęstość=1,443 g/cm³
Gęstość=1,443 g/cm³
„przejął” od kwasu azotowego w silnikach wojskowych. Posiada samozapłon z hydrazyną, UDMH. Składnik niskowrzący, ale może być przechowywany przez długi czas, jeśli zostaną podjęte specjalne środki.
Minusy: Tak samo paskudny jak HNO3ale z własnymi dziwactwami. Może rozkładać się na tlenek azotu. Toksyczny. Niski impuls właściwy. Utleniacz AK-NN był często używany i nadal jest używany. Jest to mieszanina kwasu azotowego i tetratlenku azotu, czasami określana jako „czerwony dymiący kwas azotowy”. Liczby wskazują procent N2O4.
Zasadniczo utleniacze te są stosowane w wojskowych LRE i LRE KA ze względu na swoje właściwości: trwałość i samozapłon. Typowe materiały palne dla AT to UDMH i hydrazyna.
Fluorek-F2
Masa atomowa \u18,998403163d XNUMX a. e.em. (g/mol)
Masa molowa F2, 37,997 g/mol
Temperatura topnienia = 53,53 K (-219,70 ° C)
Temperatura wrzenia = 85,03 K (-188,12 ° C)
Gęstość (dla fazy ciekłej), ρ=1,5127 g/cm³
Masa molowa F2, 37,997 g/mol
Temperatura topnienia = 53,53 K (-219,70 ° C)
Temperatura wrzenia = 85,03 K (-188,12 ° C)
Gęstość (dla fazy ciekłej), ρ=1,5127 g/cm³
Chemia fluoru zaczęła się rozwijać w latach trzydziestych XX wieku, szczególnie szybko – w latach II wojny światowej 1930-2 i po niej w związku z potrzebami przemysłu jądrowego i techniki rakietowej. Nazwa „Fluor” (z greckiego phthoros - zniszczenie, śmierć), zaproponowana przez A. Ampère w 1939 r., jest używana tylko w języku rosyjskim; nazwa przyjęta w wielu krajach „fluor”. Jest doskonałym utleniaczem pod względem chemicznym. Utlenia zarówno tlen, jak i wodę, i ogólnie prawie wszystko. Obliczenia pokazują, że maksymalne teoretyczne Isp można uzyskać na parze F2-Be (beryl) - około 6000 m / s!
Super? Szok, nie "super"...
Nie życzyłbyś swojemu wrogowi takiego utleniacza.Wyjątkowo żrący, toksyczny, wybuchowy w kontakcie z materiałami utleniającymi. kriogeniczne. Każdy produkt spalania ma również prawie te same „grzechy”: strasznie żrący i toksyczny.
Inżynieria bezpieczeństwa. Fluor jest toksyczny, jego maksymalne dopuszczalne stężenie w powietrzu wynosi około 2·10-4 mg/l, a maksymalne dopuszczalne stężenie przy narażeniu nie dłuższym niż 1 godzina wynosi 1,5·10-3 mg/l.
LRE 8D21, zastosowanie pary fluor + amoniak dało impuls właściwy na poziomie 4000 m/s.
Dla pary F2+H2 okazuje się, że Isp \u4020d XNUMX m / s!
Problem: HF-fluorowodór na „wydechu”.
Pozycja wyjściowa po uruchomieniu takiego „energicznego silnika”?
Kałuża ciekłych metali i innych substancji chemicznych i organicznych rozpuszczonych w kwasie fluorowodorowym!
Н2+2F=2HF, występuje w temperaturze pokojowej jako dimer H2F2.
Miesza się z wodą w dowolnym stosunku, tworząc kwas fluorowodorowy (fluorowodorowy). A jego użycie w statkach kosmicznych LRE nie jest realistyczne ze względu na śmiertelną złożoność przechowywania i destrukcyjny wpływ produktów spalania.
To samo dotyczy innych ciekłych halogenów, takich jak chlor.
Silnik rakietowy na paliwo ciekłe z fluorowodorem o ciągu 25 ton do wyposażenia obu stopni dopalacza rakiety AKS „Spirala” miał powstać w r OKB-456 wiceprezes Głuszko na podstawie zużytego silnika rakietowego o ciągu 10 ton na fluoroamoniaku (F2+NH3) paliwo.
Nadtlenek wodoru-H2O2.
Wspomniałem o tym wyżej w paliwach jednoskładnikowych.
Walter HWK 109-507: zalety w prostocie konstrukcji LRE. Uderzającym przykładem takiego paliwa jest nadtlenek wodoru.
Nadtlenek wodoru do luksusowych włosów „naturalnych” blondynów i 14 kolejnych tajemnic jego stosowania.
Alles: lista mniej lub bardziej prawdziwych utleniaczy jest zakończona. Skoncentruj się na HClО4. Jako niezależne utleniacze na bazie kwasu nadchlorowego interesujące są tylko: monohydrat (H2O+ClO4)-substancja krystaliczna stała i dihydrat (2HO + HClO4) jest gęstą lepką cieczą. Kwas nadchlorowy (który ze względu na Isp sam w sobie jest mało obiecujący) jest interesujący jako dodatek do utleniaczy, gwarantujący niezawodność samozapłonu paliwa.
Utleniacze można również sklasyfikować w następujący sposób:
Ostateczna (częściej stosowana) lista utleniaczy w połączeniu z paliwami rzeczywistymi:
Uwaga: jeśli chcesz zamienić jedną określoną opcję impulsu na inną, możesz użyć prostej formuły: 1 m / s \u9,81d XNUMX s.
W przeciwieństwie do nich - palne u nas "wypełnić".
palny
Główne cechy dwuskładnikowego LRT przy pk/pa=7/0,1 MPa
Ze względu na swój skład fizyczny i chemiczny można je podzielić na kilka grup:
paliwa węglowodorowe.
węglowodory o małej masie cząsteczkowej.
Substancje proste: atomowe i molekularne.
Jak dotąd tylko wodór (Hydrogenium) ma praktyczne znaczenie dla tego tematu.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, br2, Si, kl2, I2 i innych, których nie będę rozważał w tym artykule.
Paliwa hydrazynowe („śmierdzące”).
węglowodory o małej masie cząsteczkowej.
Substancje proste: atomowe i molekularne.
Jak dotąd tylko wodór (Hydrogenium) ma praktyczne znaczenie dla tego tematu.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, br2, Si, kl2, I2 i innych, których nie będę rozważał w tym artykule.
Paliwa hydrazynowe („śmierdzące”).
Obudź się Sony - doszliśmy już do alkoholu (C2H5OH).
Poszukiwania optymalnego paliwa rozpoczęły się wraz z rozwojem LRE przez pasjonatów. Pierwszym powszechnie stosowanym paliwem był etanol), używany w pierwszym
Radzieckie pociski R-1, R-2, R-5 („dziedzictwo” FAU-2) i na samym Vergeltungswaffe-2.
Raczej roztwór 75% alkoholu etylowego (etanolu, alkoholu etylowego, metylokarbinolu, alkoholu etylowego lub alkoholu, często potocznie po prostu „alkohol”) jest alkoholem jednowodorotlenowym o wzorze C2H5OH (wzór empiryczny C2H6O), inna opcja: CH3-CH2-O
To paliwo dwa poważne brakico oczywiście nie pasowało wojsku: niska wydajność energetyczna i mała odporność personelu na "zatrucie" takim paliwem.
Zwolennicy zdrowego stylu życia (spirtofobi) próbowali rozwiązać drugi problem za pomocą alkoholu furfurylowego. Jest to trująca, ruchliwa, przezroczysta, czasem żółtawa (do ciemnobrązowej) ciecz, która ostatecznie zmienia kolor na czerwony w powietrzu. BARBARZY!
chemia formuła: C4H3I2Och, Szczur. formuła: C5H6O2. Obrzydliwa gnojowica Nienadająca się do picia.
grupa węglowodorów.
Nafta
Formuła warunkowa C7,2107H13,2936
Palna mieszanina ciekłych węglowodorów (z C8 do C15) o temperaturze wrzenia w zakresie 150-250°C, przezroczysty, bezbarwny (lub lekko żółtawy), lekko oleisty w dotyku
gęstość - od 0,78 do 0,85 g / cm³ (w temperaturze 20 ° C);
lepkość - od 1,2 - 4,5 mm² / s (w temperaturze 20 ° C);
temperatura zapłonu - od 28°С do 72°С;
kaloryczność - 43 MJ/kg.
Moim zdaniem: nie ma sensu pisać o dokładnej masie molowej
Palna mieszanina ciekłych węglowodorów (z C8 do C15) o temperaturze wrzenia w zakresie 150-250°C, przezroczysty, bezbarwny (lub lekko żółtawy), lekko oleisty w dotyku
gęstość - od 0,78 do 0,85 g / cm³ (w temperaturze 20 ° C);
lepkość - od 1,2 - 4,5 mm² / s (w temperaturze 20 ° C);
temperatura zapłonu - od 28°С do 72°С;
kaloryczność - 43 MJ/kg.
Moim zdaniem: nie ma sensu pisać o dokładnej masie molowej
Nafta jest mieszaniną różnych węglowodorów, więc są okropne frakcje (we wzorze chemicznym) i „rozmazana” temperatura wrzenia. Wygodne paliwo wysokowrzące. Stosowany jest od dawna i z powodzeniem na całym świecie w silnikach i w lotnictwo. To na nim Sojuz wciąż lata. Niska toksyczność (zdecydowanie nie polecam picia), stabilna. Jednak nafta jest niebezpieczna i szkodliwa dla zdrowia (połknięcie).
Ale są ludzie, którzy traktują ich ze wszystkim! Ministerstwo Zdrowia kategorycznie przeciw!
Opowieści żołnierskie: dobre do pozbycia się tych paskudnych Ptyrus łonowy.
Jednak wymaga również ostrożności w obsłudze podczas pracy: wideo z katastrofy samolotu pasażerskiego
Istotne zalety: stosunkowo niedrogie, opanowane w produkcji. Para nafta-tlen jest idealna do pierwszego etapu. Jego impuls właściwy na ziemi wynosi 3283 m/s, na pusto 3475 m/s. Wady. Stosunkowo niska gęstość.
Amerykańska nafta rakietowa Rocket Propellant-1 lub Refined Petroleum-1
Stosunkowo tani było wcześniej.
Aby zwiększyć gęstość, liderzy eksploracji kosmosu opracowali Sintin (ZSRR) i RJ-5 (USA).
synteza syntyny.
Nafta ma tendencję do odkładania się osadów smoły w przewodach i ścieżce chłodzenia, co niekorzystnie wpływa na chłodzenie. Na tej złej posiadłości pedałują Mukhin, Velyurov @Co.
Silniki naftowe są najlepiej opanowane w ZSRR.
Arcydzieło ludzkiego umysłu i inżynierii, nasza „perła” RD-170/171:
Teraz bardziej poprawną nazwą paliw na bazie nafty jest termin UVG- „paliwo węglowodorowe”, ponieważ z nafty, która była spalana w bezpiecznych lampach naftowych przez I. Łukasewicza i J. Zecha, zastosowany UVG „pozostawił” bardzo daleko.
Jako przykład:naftyl.
W rzeczywistości Roskosmos podaje dezinformację:
Po wpompowaniu składników paliwa do jego zbiorników - naftyl (nafta rakietowa), skroplonego tlenu i nadtlenku wodoru, system transportu kosmicznego będzie ważył ponad 300 ton (w zależności od modyfikacji rakiety nośnej).
Węglowodory o małej masie cząsteczkowej
Metan-CH4
Masa molowa: 16,04 g/mol
Gęstość gazu (0 °C) 0,7168 kg/m³;
ciecz (-164,6 ° C) 415 kg / m³
T.fl.=-182,49 °C
temperatura wrzenia = -161,58°C
Gęstość gazu (0 °C) 0,7168 kg/m³;
ciecz (-164,6 ° C) 415 kg / m³
T.fl.=-182,49 °C
temperatura wrzenia = -161,58°C
Każdy jest obecnie uważany za obiecujące i tanie paliwo, jako alternatywa dla nafty i wodoru.
Szef projektant NPO Energomasz Władimir Czwanow:
„Impuls właściwy silnika LNG jest wysoki, ale ta zaleta jest równoważona faktem, że metan ma mniejszą gęstość, więc w sumie jest niewielka przewaga energetyczna. Ze strukturalnego punktu widzenia metan jest atrakcyjny. Aby uwolnić wnęki silnika, wystarczy przejść przez cykl odparowania - to znaczy, że silnik jest łatwiej uwalniany z pozostałości produktu. Z tego powodu paliwo metanowe jest bardziej akceptowalne z punktu widzenia stworzenia silnika wielokrotnego użytku i samolotu wielokrotnego użytku.
Niedrogi, powszechny, stabilny, o niskiej toksyczności. W porównaniu z wodorem ma wyższą temperaturę wrzenia, a impuls właściwy w połączeniu z tlenem jest wyższy niż nafty: około 3250-3300 m/s na ziemi. Dobra chłodnica.
Wady. Niska gęstość (dwa razy mniejsza niż nafty). W niektórych reżimach spalania może ulec rozkładowi z uwolnieniem węgla w fazie stałej, co może prowadzić do spadku pędu z powodu przepływu dwufazowego i gwałtownego pogorszenia trybu chłodzenia w komorze z powodu osadzania się sadzy na ściankach komory spalania. W ostatnim czasie prowadzone są aktywne działania badawczo-rozwojowe w zakresie jego zastosowania (wraz z propanem i gazem ziemnym), nawet w kierunku modyfikacji już istniejących. LRE (w szczególności takie prace przeprowadzono na RD-0120).
Roskosmos już w 2016 roku zaczął rozwijać elektrownię zasilaną skroplonym gazem ziemnym.
Lub „Kinder Surpeis”, jako przykład: amerykański silnik Raptor ze Space X:
Paliwa te obejmują propan i gaz ziemny. Ich główne właściwości, jako materiałów palnych, są zbliżone (z wyjątkiem większej gęstości i wyższej temperatury wrzenia) do gazów węglowodorowych. I są te same problemy podczas ich używania.
Stojący osobno wśród materiałów łatwopalnych jest ustawiony Wodór-H2 (Ciecz: LH2).
Masa molowa wodoru wynosi 2 g/mol, czyli około 016 g/mol.
Gęstość (przy braku danych)=0,0000899 (przy 273 K (0 °C)) g/cm³
Temperatura topnienia=14,01 K (-259,14°C);
Temperatura wrzenia=20,28 K (-252,87°C);
Gęstość (przy braku danych)=0,0000899 (przy 273 K (0 °C)) g/cm³
Temperatura topnienia=14,01 K (-259,14°C);
Temperatura wrzenia=20,28 K (-252,87°C);
Korzystanie z pary LOX-LH2 zaproponowany przez Ciołkowskiego, ale wdrożony przez innych:
Z punktu widzenia termodynamiki H2 idealny płyn roboczy zarówno dla samego LRE, jak i dla turbiny HP. Doskonałe chłodziwo, zarówno w stanie ciekłym jak i gazowym. Ten ostatni fakt pozwala nie bać się szczególnie wrzenia wodoru w torze chłodzenia i wykorzystać tak zgazowany wodór do napędzania WC.
Taki schemat jest realizowany w Aerojet Rocketdyne RL-10 - po prostu eleganckim (z inżynierskiego punktu widzenia) silniku:
Nasz odpowiednik (nawet lepiej, ponieważ młodszy): RD-0146 (D, DM) to bezgazowy silnik rakietowy na paliwo ciekłe opracowany przez Biuro Projektowe Automatyki Chemicznej w Woroneżu.
Jest szczególnie skuteczny z dyszą Grauris. Ale jeszcze nie lata
Ten TC zapewnia wysoki impuls właściwy - w połączeniu z tlenem 3835 m/s.
Spośród faktycznie używanych jest to najwyższa liczba. Czynniki te powodują duże zainteresowanie tym paliwem. Ekologicznie, na "wyjściu" w kontakcie z O2: para wodna). Powszechna, prawie nieograniczona podaż. Opanowany w produkcji. Nietoksyczny. Jednak w maści w tej beczce miodu jest dużo much.
1. Niezwykle niska gęstość. Wszyscy widzieli ogromne zbiorniki wodoru rakiety nośnej Energia i wahadłowca MTKK. Ze względu na małą gęstość ma zastosowanie (co do zasady) na górnych stopniach rakiety nośnej.
Ponadto niska gęstość stanowi wyzwanie dla pomp: pompy wodoru są wielostopniowe, aby zapewnić żądany przepływ masowy bez kawitacji.
Z tego samego powodu konieczne jest umieszczenie tzw. jednostki pompy wspomagającej paliwo (BNAG) bezpośrednio za urządzeniem dolotowym w zbiornikach, aby ułatwić życie głównemu TNA.
Pompy wodoru dla optymalnych trybów wymagają również znacznie większej prędkości obrotowej HP.
2. Niska temperatura. paliwo kriogeniczne. Przed tankowaniem konieczne jest wielogodzinne schładzanie (i/lub przechłodzenie) zbiorników i całego traktu. Pojazd startowy czołgów "Falocn 9FT" - widok od środka:
Więcej o „niespodziankach”:
„MATEMATYCZNE MODELOWANIE PROCESÓW WYMIANY CIEPŁA I MASY W UKŁADACH WODOROWYCH” Н0Р V.А. GordeevV.P. Firsow, A.P. Gnevashev, E.I. postojuk
Federalne Przedsiębiorstwo Państwowe Unitarne GKNPTs im. MV Khrunichev, KB „Salut”; „Moskiewski Instytut Lotniczy (Państwowy Uniwersytet Techniczny)
W artykule opisano charakterystyki głównych modeli matematycznych procesów wymiany ciepła i masy w zbiorniku i przewodach wodorowych górnego stopnia tlenowo-wodorowego 12KRB. Ujawniono anomalie w dostawie wodoru do silnika rakietowego na paliwo ciekłe i zaproponowano ich opis matematyczny. Modele zostały opracowane podczas prób stanowiskowych i w locie, co pozwoliło na ich podstawie przewidzieć parametry seryjnych stopni górnych różnych modyfikacji i podjąć niezbędne decyzje techniczne w celu udoskonalenia układów pneumohydraulicznych.
Niska temperatura wrzenia utrudnia pompowanie do zbiorników i przechowywanie tego paliwa w zbiornikach i magazynach.
3. Ciekły wodór ma pewne właściwości gazowe:
Współczynnik ściśliwości (pv/RT) w 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);
Wodór może znajdować się w stanach orto i para. Ortowodór (o-H2) ma równoległą (o tym samym znaku) orientację spinów jądrowych. Para-wodór (n-H2)-antyrównoległy.
W normalnych i wysokich temperaturach H2 (normalny wodór, n-H2) jest mieszaniną 75% modyfikacji orto i 25% para, które mogą się wzajemnie przekształcać (transformacja orto-para). Podczas konwersji o-H2 w pn2 uwalniane jest ciepło (1418 J/mol).
Wodór może znajdować się w stanach orto i para. Ortowodór (o-H2) ma równoległą (o tym samym znaku) orientację spinów jądrowych. Para-wodór (n-H2)-antyrównoległy.
W normalnych i wysokich temperaturach H2 (normalny wodór, n-H2) jest mieszaniną 75% modyfikacji orto i 25% para, które mogą się wzajemnie przekształcać (transformacja orto-para). Podczas konwersji o-H2 w pn2 uwalniane jest ciepło (1418 J/mol).
Wszystko to stwarza dodatkowe trudności w projektowaniu autostrad, LRE, TNA, cyklogramów eksploatacji, a zwłaszcza pomp.
4. Gazowy wodór rozprzestrzenia się w kosmosie szybciej niż inne gazy, przechodzi przez małe pory, aw wysokich temperaturach stosunkowo łatwo przenika przez stal i inne materiały. H2г ma wysoką przewodność cieplną, równą 273,15 W/(m*K) przy 1013 K i 0,1717 hPa (7,3 względem powietrza).
Wodór w stanie normalnym w niskich temperaturach jest nieaktywny, bez ogrzewania reaguje tylko z F2 iw świetle z Cl2. Wodór oddziałuje bardziej aktywnie z niemetalami niż z metalami. Reaguje z tlenem prawie nieodwracalnie, tworząc wodę z wydzieleniem 285,75 MJ/mol ciepła;
5. Z metalami alkalicznymi i ziem alkalicznych, pierwiastkami grup III, IV, V i VI układu okresowego, a także ze związkami międzymetalicznymi, wodór tworzy wodorki. Wodór redukuje tlenki i halogenki wielu metali do metali, węglowodory nienasycone do nasyconych (patrz ryc. Uwodornienie).
Wodór bardzo łatwo oddaje swój elektron. W roztworze odrywa się w postaci protonu od wielu związków, powodując ich kwasowość. W roztworach wodnych H + tworzy jon hydroniowy H z cząsteczką wody3A. Będąc częścią cząsteczek różnych związków, wodór ma tendencję do tworzenia wiązań wodorowych z wieloma pierwiastkami elektroujemnymi (F, O, N, C, B, Cl, S, P).
6. Zagrożenie pożarem i wybuchem. Nie musisz się kłócić: wszyscy znają mieszankę wybuchową.
Mieszanina wodoru i powietrza eksploduje od najmniejszej iskry w dowolnym stężeniu - od 5 do 95 procent.
To. jest wodór i Gut (nawet bardzo dobra), a jednocześnie „ból głowy” (nawet silny ból głowy).
Pierwsze prawo dialektyki: „Jedność i walka przeciwieństw” /Georg Wilhelm Friedrich Hegel/
Imponujący silnik główny promu kosmicznego (SSME)?
Teraz oszacuj jego wartość!
Prawdopodobnie, widząc to i obliczając koszty (koszt wyniesienia 1 kg PN na orbitę), ustawodawcy i ci, którzy kierują budżetem USA, aw szczególności NASA… zdecydowali „no, pieprzyć to”.
I ja ich rozumiem – rakieta nośna Sojuz jest zarówno tańsza, jak i bezpieczniejsza, a zastosowanie RD-180/181 usuwa wiele problemów amerykańskich rakiet nośnych i znacząco oszczędza pieniądze podatników najbogatszego kraju świata.
Najlepszy silnik rakietowy to taki, który możesz zrobić/kupić, który ma ciąg w żądanym zakresie (nie za dużo ani za mało) i jest na tyle wydajny (impuls właściwy, ciśnienie w komorze spalania), że jego cena nie stanie się dla ciebie nie do zniesienia. /Philip Terekhov@lozga
Najlepiej opanowane silniki wodorowe w Stanach Zjednoczonych.
Obecnie plasujemy się na 3-4 miejscu w „Hydrogen Club” (po Europie, Japonii i Chinach/Indii).
Osobno wspomnę o wodorze stałym i metalicznym.
Stały wodór krystalizuje w heksagonalnej siatce (a = 0,378 nm, c = 0,6167 nm), w węzłach której znajdują się cząsteczki H2, połączone słabymi siłami międzycząsteczkowymi; gęstość 86,67 kg/m³; С° 4,618 J/(mol*K) w 13 K; dielektryk. Przy ciśnieniach powyżej 10000 XNUMX MPa zakłada się przemianę fazową z utworzeniem struktury zbudowanej z atomów i posiadającej właściwości metaliczne. Teoretycznie przewiduje się możliwość nadprzewodnictwa „metalicznego wodoru”.
Stały wodór to stan skupienia wodoru w stanie stałym.
Temperatura topnienia -259,2 ° C (14,16 K).
Gęstość 0,08667 g/cm³ (przy -262 °C).
Biała masa przypominająca śnieg, sześciokątne kryształy.
Temperatura topnienia -259,2 ° C (14,16 K).
Gęstość 0,08667 g/cm³ (przy -262 °C).
Biała masa przypominająca śnieg, sześciokątne kryształy.
Szkocki chemik J. Dewar w 1899 roku jako pierwszy otrzymał wodór w stanie stałym. Aby to zrobić, użył regeneracyjnej maszyny chłodzącej opartej na efekcie Joule-Thomson.
Kłopoty z nim. Ciągle się gubi: „Naukowcy stracili jedyną na świecie próbkę metalicznego wodoru”. Jest to zrozumiałe: uzyskano sześcian cząsteczek: 6x6x6. Po prostu „gigantyczne” wolumeny - właśnie teraz „zatankuj” rakietę. Z jakiegoś powodu przypomniało mi się „Nanotank Czubajs”. Tego nano-cudu nie znaleziono od 7 lat lub dłużej.
Anamezon, antymateria, metastabilny hel na razie zostawię za kulisami.
...
Paliwa hydrazynowe („śmierdzące”)
Hydrazyna-N2H4
Stan pod nr - bezbarwna ciecz
Masa molowa=32.05 g/mol
Gęstość=1.01 g/cm³
Bardzo popularne paliwo.
Jest przechowywany przez długi czas i jest za to „kochany”. Jest szeroko stosowany w zdalnym sterowaniu statkami kosmicznymi i międzykontynentalnymi rakietami balistycznymi / SLBM, gdzie trwałość ma kluczowe znaczenie.
Kogo zdezorientował Iud w wymiarze N*s/kg, odpowiadam: wojskowi „uwielbiają” to oznaczenie.
Newton jest jednostką pochodną opartą na Drugie prawo Newtona definiuje się ją jako siłę, która zmienia prędkość ciała o masie 1 kg o 1 m/s w kierunku działania siły w ciągu 1 sekundy. Zatem 1 N = 1 kg m/s2.
Odpowiednio: 1 N * s / kg \u1d XNUMX kg m / s2*s/kg=m/s.
Opanowany w produkcji.
Wady: toksyczny, śmierdzący.
Dla ludzi stopień toksyczności hydrazyny nie został określony. Według obliczeń S. Kropa stężenie 0,4 mg/l należy uznać za stężenie niebezpieczne. Ch. Comstock i pracownicy uważają, że maksymalne dopuszczalne stężenie nie powinno przekraczać 0,006 mg/l. Według nowszych danych amerykańskich stężenie to zostało obniżone do 8 mg/l po 0,0013-godzinnej ekspozycji. Należy zauważyć, że próg czucia węchowego hydrazyny u ludzi znacznie przekracza podane wartości i wynosi 0,014-0,030 mg/l. Istotny w tym względzie jest fakt, że charakterystyczny zapach wielu pochodnych hydrazyny wyczuwalny jest dopiero w pierwszych minutach kontaktu z nimi. W przyszłości, dzięki adaptacji narządów węchowych, to odczucie zanika, a człowiek, nie zauważając go, może przez długi czas przebywać w zanieczyszczonej atmosferze, zawierającej toksyczne stężenia wymienionej substancji.
Opary hydrazyny eksplodują podczas kompresji adiabatycznej. Jest podatny na rozkład, co jednak pozwala na zastosowanie go jako monopropelenta do silników rakietowych o niskim ciągu (LPRE). Ze względu na mistrzostwo produkcji częściej występuje w USA.
Niesymetryczna dimetylohydrazyna (UDMH)-H2NN(CH3)2
Хим. формула:C2H8N2,Рац. формула:(CH3)2NNH2
Stan pod nr - ciecz
Masa molowa=60,1 g/mol
Gęstość=0,79±0,01 g/cm³
Stan pod nr - ciecz
Masa molowa=60,1 g/mol
Gęstość=0,79±0,01 g/cm³
Szeroko stosowany w silnikach wojskowych ze względu na swoją trwałość. Po opanowaniu technologii ampułek praktycznie zniknęły wszystkie problemy (z wyjątkiem utylizacji i dodatków awaryjnych).
Ma wyższy pęd w porównaniu do hydrazyny.
Gęstość i impuls właściwy z utleniaczami zasadowymi są niższe niż w przypadku nafty z tymi samymi utleniaczami. Samozapłon z utleniaczami azotu. Opanowany w produkcji w ZSRR.
Ulubione paliwo Wiceprezes Głuszko. Nie jest to ulubione paliwo mojego OZK i otaczającej go przyrody.
O jego paskudnych właściwościach mógłbym napisać cały artykuł (na podstawie działania systemu przeciwlotniczego S-200).
Z reguły jest używany z utleniaczami azotu w LRE dla międzykontynentalnych rakiet międzykontynentalnych, SLBM, statkach kosmicznych oraz w naszej rakiecie nośnej Proton-*.
Wady: bardzo toksyczne. Ten sam „smród” co reszta „śmierdzi”. Znacznie droższe niż nafta.
Hydrazyna jest wyjątkowo trująca
Dla zwiększenia gęstości często stosuje się go w mieszaninie z hydrazyną, tzw. aerozine-50, gdzie 50 to procent UDMH. Częściej w ZSRR.
I w silniku odrzutowym francuskiego myśliwca-bombowca Dassault Mirage III (polecam dobry film) UDMH stosuje się jako dodatek aktywujący do tradycyjnego paliwa.
O paliwach hydrazynowych.
Ciąg właściwy jest równy stosunkowi ciągu do masy zużycia paliwa; w tym przypadku jest mierzony w sekundach (s = N·s/N = kgf·s/kgf). Aby przeliczyć nacisk właściwy na masę, należy go pomnożyć przez przyspieszenie swobodnego spadania (w przybliżeniu równe 9,81 m / s²)
Pozostawione za kulisami:
Anilina, metylo-, dimetylo- i trimetyloaminy oraz CH3MAŁY2-Metylohydrazyna (inaczej monometylohydrazyna lub heptyl) itp.
Nie są tak powszechne. Główną zaletą palnej grupy hydrazynowej jest długotrwałe przechowywanie przy użyciu wysokowrzących utleniaczy. Praca z nimi jest bardzo nieprzyjemna - łatwopalne, agresywne utleniacze, toksyczne produkty spalania.
W fachowym żargonie paliwa te nazywane są „śmierdzącymi” lub „śmierdzącymi”.
Można z dużą dozą pewności stwierdzić, że jeśli w pojeździe nośnym znajdują się „śmierdzące” silniki, potem „przed ślubem” była pociskiem bojowym (ICBM, SLBM czy pociskami – co już jest rzadkością). Chemia w służbie wojska i cywilów.
Jedynym wyjątkiem może być rakieta nośna Ariane - utworzenie spółdzielni: Aérospatiale, Matra Marconi Space, Alenia, Spazio, DASA itp. Przeżyła taki bojowy los w swoim „dziewczęcym wieku”.
Prawie wszyscy wojskowi przestawili się na silniki rakietowe na paliwo stałe, ponieważ są one wygodniejsze w obsłudze. Nisza dla „śmierdzących” propelentów w kosmonautyce zawęziła się do wykorzystania w sterowaniu statkami kosmicznymi, gdzie wymagane jest długoterminowe przechowywanie bez żadnych specjalnych kosztów materiałowych lub energetycznych.
Być może krótki przegląd można wyrazić graficznie:
Rakietowcy również aktywnie pracują z metanem. Nie ma specjalnych trudności eksploatacyjnych: pozwala na dobry wzrost ciśnienia w komorze (do 40 МPa) i uzyskać dobrą wydajność.
(RD0110MD, RD0162. projekty metanu. Obiecujące pojazdy nośne wielokrotnego użytku) i inne gazy naturalne (LNG).
O innych kierunkach poprawy właściwości LRE (metalizacja materiałów palnych, zastosowanie He2, acetam itp.) Napiszę później. Jeśli jest zainteresowanie.
Wykorzystanie działania wolnych rodników to dobra perspektywa.
Spalanie detonacyjne to szansa na długo oczekiwany skok na Marsa.
Spalanie detonacyjne to szansa na długo oczekiwany skok na Marsa.
Posłowie:
ogólnie rzecz biorąc, wszystkie pociski TC (z wyjątkiem NTC), a także próba zrobienia ich u siebie, są bardzo niebezpieczne. Radzę dokładnie przeczytać:26-letni Chris Monger, ojciec dwójki dzieci, postanowił zrobić paliwo rakietowe w domu, zgodnie z instrukcjami, które zobaczył na YouTube. Mieszanka, którą gotował na kuchence w rondlu eksplodowała zgodnie z oczekiwaniami. W rezultacie mężczyzna otrzymał ogromną liczbę oparzeń i spędził pięć dni w szpitalu.
Wszelkie domowe (garażowe) manipulacje takimi składnikami chemicznymi są niezwykle niebezpieczne, a czasem nielegalne. LEPIEJ nie zbliżać się do miejsc ich wycieku bez OZK i maski przeciwgazowej:
Jak z rozlaną rtęcią: zadzwoń do Ministerstwa Sytuacji Nadzwyczajnych, szybko przyjadą i fachowo wszystko zabiorą.
Dzięki wszystkim, którzy dotarli do końca.
Podstawowe źródła:
Kachur PI, Glushko AV „Valentin Glushko. Projektant silników rakietowych i systemów kosmicznych”, 2008.
GG Gahun „Projektowanie i projektowanie silników rakietowych na paliwo ciekłe”, Moskwa, „Inżynieria, 1989.
Możliwość zwiększenia impulsu właściwego silnika rakietowego na paliwo ciekłe
po dodaniu helu do komory spalania S.A. Orlin MSTU im. NE Baumana w Moskwie
MS Shekhter. „Paliwa i korpusy robocze silników rakietowych”, Mashinostroenie” 1976
Zavistovsky DI „Rozmowy o silnikach rakietowych”.
Philip Terekhov @lozga (www.geektimes.ru).
„Rodzaje paliw i ich charakterystyka. Paliwo – substancje palne służące do wytwarzania ciepła. Skład paliwa Część palna – węgiel C-wodór H-siarka.” -prezentacja Oksana Kaseyeva
Fakas SS „Podstawy LRE. Organy robocze”
Wykorzystane zdjęcia i filmy z witryn:
Studio telewizyjne Roscosmos
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.transavtocistern.rf
www.chistoprudov.livejournal.com/104041.html
www.cryogenmash.ru
www.eldeprocess.ru
www.chemia-chemists.com
www.rusvesna.su
www.arms-expo.ru
www.armedman.ru
www.transavtocistern.rf
www.ec.europa.eu
www.mil.ru
www.kbkha.ru
www.naukarus.com
informacja