"… Quyosh ostida yangi narsa yo'q"
(Voiz 1: 9).
Yoqilg'i, raketalar, raketa dvigatellari haqida yozilgan, ular yozadilar va yozadilar.
LPRE yoqilg'isi bo'yicha birinchi ishlardan biri V. P. Glushko "Reaktiv dvigatellar uchun suyuq yoqilg'i", 1936 yilda nashr etilgan.
Men uchun bu mavzu qiziqarli bo'lib tuyuldi, bu mening avvalgi mutaxassisligim va universitetda o'qishim bilan bog'liq edi, bundan tashqari, mening eng yosh avlodlarim uni "sudrab" ketishdi: keyin biz o'zimiz "Keling, buni aniqlaylik." Ko'rinib turibdiki, "Lin Industrial" ekstremal sevuvchilarining yutuqlari.
Shunday qilib, siz raketa dvigatelini to'g'ri portlatmoqchisiz.
Biz birgalikda "o'ylaymiz", ota -onalarning qattiq nazorati ostida. Qo'l va oyoqlar buzilmagan bo'lishi kerak, bundan ham ko'proq.
"Boshlanish kaliti" … "Ketamiz!" (Yu. A. Gagarin va S. P. Korolev)
Raketada har qanday RD turi (sxema, jarayonning tabiati) ishlatilmasin, uning maqsadi RTda saqlanayotgan dastlabki energiyani ishchi suyuqligi jetining kinetik energiyasiga (Eq) aylantirish orqali tortish (kuch) yaratishdir.
Jet oqimining reaktiv dvigatelga aylanishi har xil energiyani (kimyoviy, yadroviy, elektr) o'zgartiradi.
Kimyoviy dvigatellar uchun yoqilg'ini fazaviy holatiga qarab ajratish mumkin: gazli, suyuq, qattiq, aralash.
1 -qism - raketa dvigatellari yoki suyuq raketa yoqilg'ilari uchun yoqilg'i
Raketa dvigatellari uchun kimyoviy yoqilg'ining tasnifi (umumiy):
Qisqartmalar va atamalar.
Qo'shimcha:
Maxsus impuls (Isp).
Reaktiv bosim (P yoki Fr).
Yoqilg'i komponentlarining stokiyometrik nisbati (Km0)(batafsilroq ma'lumot uchun bosing) - stokiyometrik reaktsiyalarda oksidlovchi massasining yonilg'i massasiga nisbati.
Yoqilg'i tarkibi - yonuvchi va yonmaydigan qismlar (umuman).
Yoqilg'i turlari (umuman).
Umumiy holatda, RT komponentlarining kimyoviy reaktsiyasi RD uchun issiqlik energiyasining kimyoviy manbai deb qaralishi mumkin
Men efirni Km0 dan boshlayman. Bu taksi yo'li uchun juda muhim nisbat: yoqilg'i taksida turli yo'llar bilan yonishi mumkin (taksi yo'lida kimyoviy reaktsiya kaminda o'tinning odatdagi yonishi emas, u erda havo kislorodi oksidlovchi vazifasini bajaradi). Raketa dvigateli kamerasida yoqilg'ining yonishi (aniqrog'i, oksidlanish) - bu, birinchi navbatda, issiqlik chiqarilishi bilan kimyoviy oksidlanish reaktsiyasi. Kimyoviy reaktsiyalarning borishi reaksiyaga qancha moddalar kirishiga (ularning nisbati) bog'liq.
Kurs loyihasini, imtihonni yoki testdan o'tishni himoya qilib, qanday qilib uxlab qolish kerak. / Dmitriy Zavistovskiy
Km0 qiymati kimyoviy elementlar kimyoviy reaktsiya tenglamasining nazariy shaklida ko'rsatishi mumkin bo'lgan valentlikka bog'liq. LRT uchun misol: AT + UDMH.
Muhim parametr - oksidlovchi ortiqcha koeffitsienti (yunoncha "a" belgisi bilan "taxminan" indeksi bilan belgilanadi) va Km komponentlarining massa nisbati.
Bir oz ko'proq sabr Men tushuncha atrofida aylana olmayman: entalpiya. Bu maqolada ham, kundalik hayotda ham foydali bo'ladi.
Qisqasi, entalpiya - bu energiya. Maqola uchun uning ikkita "gipostazasi" muhim:
Termodinamik entalpiya - bu dastlabki kimyoviy elementlardan moddaning hosil bo'lishiga sarflanadigan energiya miqdori. Bir xil molekulalardan tashkil topgan moddalar uchun (H2, O2 va boshqalar) nolga teng.
Yonish entalpiyasi - faqat kimyoviy reaktsiya sodir bo'lganda mantiqiy bo'ladi. Ma'lumotnomalarda oddiy sharoitda eksperimental ravishda olingan bu miqdorning qiymatlarini topish mumkin. Ko'pincha, yoqilg'i uchun bu kislorodli muhitda to'liq oksidlanish, oksidlovchilar uchun - bu ma'lum oksidlovchi tomonidan vodorodning oksidlanishi. Bundan tashqari, qiymatlar reaktsiya turiga qarab ijobiy yoki salbiy bo'lishi mumkin.
"Termodinamik entalpiya va yonish entalpiyasining yig'indisi moddaning umumiy entalpi deb ataladi. Aslida, bu miqdor raketa dvigatellari kameralarini termal hisoblashda ishlatiladi."
LRT uchun talablar:
-energiya manbai sifatida;
- RD va TNAni sovutish uchun (texnologiyaning rivojlanish darajasida), ba'zan tanklarga RT bilan bosim o'tkazish, uni hajm bilan ta'minlash (LV tanklari) va boshqalar.
- suyuq yonilg'i dvigatelidan tashqaridagi modda haqida, ya'ni. saqlash, tashish, yonilg'i quyish, sinov, ekologik xavfsizlik va boshqalar paytida.
Bu gradatsiya nisbiy, lekin mohiyatini aks ettiradi. Men bu talablarni quyidagicha chaqiraman: No1, No2, No3. Kimdir izohlarda ro'yxatga qo'shishi mumkin.
Ushbu talablar "oqqush saratoni va pike" ning klassik namunasidir, ular RD yaratuvchilarini turli yo'nalishlarda "tortadi":
# Suyuq dvigatelning energiya manbai nuqtai nazaridan (1-son)
Bular. Maksni olish kerak. Iud Men bundan keyin hammani bezovta qilmayman:
# 1 uchun boshqa muhim parametrlar bilan biz R va T bilan qiziqamiz (barcha indekslar bilan).
Kerak:
# RN dizaynerining nuqtai nazaridan (# 2):
TC maksimal zichlikka ega bo'lishi kerak, ayniqsa raketalarning birinchi bosqichlarida, chunki ular eng katta hajmli va eng kuchli taksi yo'llariga ega, sekundiga katta oqim tezligiga ega. Shubhasiz, bu 1 -talabga zid.
# Operatsion vazifalardan muhim (# 3):
- TK ning kimyoviy barqarorligi;
- yonilg'i quyish, saqlash, tashish va ishlab chiqarishning soddaligi;
-ekologik xavfsizlik (qo'llanilish sohasida), ya'ni toksiklik, ishlab chiqarish va tashish xarajatlari va boshqalar. va taksi yo'lining ishlashi paytida xavfsizlik (portlash xavfi).
Qo'shimcha ma'lumot olish uchun "Raketa yonilg'i dastani" - tanganing boshqa tomoniga qarang.
Albatta, bu aysbergning faqat uchi. Bu erda qo'shimcha talablar mavjud, shuning uchun siz kelishuv va kelishuvlarni qidirishingiz kerak. Komponentlardan biri, albatta, sovutgichning qoniqarli (yaxshiroq, zo'r) xususiyatlariga ega bo'lishi kerak, chunki texnologiyaning bu darajasida kompressor stantsiyasini va ko'krakni sovutish, shuningdek, taksi yo'lining muhim qismini himoya qilish kerak:
Fotosuratda XLR-99 raketa dvigatelining naychasi ko'rsatilgan: 50-60-yillardagi Amerika raketa dvigatellari dizaynining o'ziga xos xususiyati aniq ko'rinadi-quvurli kamera:
Bundan tashqari, (qoida tariqasida) TNA turbinasi uchun ishchi suyuqlik sifatida ishlatiladigan komponentlardan biri talab qilinadi:
Yoqilg'i komponentlari uchun "to'yingan bug'ning bosimi katta ahamiyatga ega (taxminan aytganda, ma'lum bir haroratda suyuqlik qaynay boshlagan bosim). Bu parametr nasoslarning konstruktsiyasiga va tanklarning og'irligiga katta ta'sir ko'rsatadi." / S. S. Facas /
Yoqilg'i kompleksining suyuq qo'zg'atuvchi raketa dvigatellari materiallariga (CM) va ularni saqlash tanklariga agressivligi muhim omil hisoblanadi.
Agar TKlar juda "zararli" (ba'zi odamlar kabi) bo'lsa, u holda muhandislar o'z konstruksiyalarini yoqilg'idan himoya qilish uchun bir qator maxsus tadbirlarga pul sarflashlari kerak.
-yonilg'i komponentlarining ikki yuzli Janus sifatida o'z-o'zidan yonishi: ba'zida kerak, lekin ba'zida zararli. Yomon xususiyat ham bor: portlash xavfi.
Raketadan foydalanishning ko'plab sohalari uchun (harbiy yoki chuqur kosmik)
yoqilg'ining kimyoviy barqarorligi talab qilinadi va uni saqlash, yonilg'i quyish (umuman, logistika deb ataladigan hamma narsa) va utilizatsiya qilish operatorlar va atrof -muhit uchun "bosh og'rig'iga" olib kelmaydi.
Muhim parametr - yonish mahsulotlarining toksikligi. Endi bu juda dolzarb.
Yoqilg'i xujayralarining o'zi, tanklar va CM ishlab chiqarish xarajatlari, bu komponentlarning xususiyatlarini (ba'zan agressiv) qondiradi: "kosmik kabin" bo'lishni da'vo qilib, mamlakat iqtisodiyotiga yuk.
Bu talablar juda ko'p va ular, qoida tariqasida, bir -biriga ziddir.
Xulosa: yoqilg'i yoki uning tarkibiy qismlari bo'lishi kerak (yoki bo'lishi kerak):
1. Maksimal Isp olish uchun eng yuqori isitish quvvati.
2. Eng yuqori zichlik, minimal toksiklik, barqarorlik va arzon narx (ishlab chiqarishda, logistika va utilizatsiyada).
3. Gaz konstantasining eng yuqori qiymati yoki yonish mahsulotlarining eng past molekulyar og'irligi, bu Vmax chiqishiga va o'ziga xos o'ziga xos turtki impulsini beradi.
4. O'rtacha yonish harorati (4500K dan oshmaydi), aks holda hamma narsa yonib ketadi yoki yonib ketadi. Portlovchi bo'lmang. Muayyan sharoitlarda o'z-o'zidan yonish.
5. Maksimal yonish tezligi. Bu kompressorning minimal og'irligi va hajmini ta'minlaydi.
6. Yonishning kechikishining minimal davri, chunki taksining to'g'ri va ishonchli ishga tushirilishi muhim rol o'ynaydi.
Bir qator muammolar va talablar: yopishqoqlik, erish va qotish harorati, qaynash nuqtasi, uchuvchanlik, bug 'bosimi va yashirin bug'lanish issiqligi va boshqalar. va h.k.
Murosasizlik Ipda aniq namoyon bo'ladi: yuqori zichlikdagi TC (kerosin + LOX), qoida tariqasida, uchirish moslamasining quyi bosqichlarida qo'llaniladi, garchi ular bir xil LH2 va LOXga yutqazsa ham, ular o'z navbatida uchirish moslamasining yuqori bosqichlari (Energia 11K25).
Va yana, LH2 + LOX ajoyib juftligini chuqur kosmosda yoki orbitada uzoq vaqt qolish uchun ishlatib bo'lmaydi (Voyager-2, Breeze-M yuqori bosqichi, ISS va boshqalar).
Atlas V 541 uchirish moslamasining Centaur yuqori pog'onasidan GOES-R ob-havo sun'iy yo'ldoshini tushirishning ajoyib lahzasi
LRT tasnifi ko'pincha to'yingan bug 'bosimi yoki uch nuqtali haroratga yoki sodda qilib aytganda oddiy bosimdagi qaynash nuqtasiga asoslanadi.
Yuqori qaynab turgan suyuq temir komponentlari.
Raketa tanklaridagi to'yingan bug 'bosimi (bundan keyin - RnP) maksimal ish haroratiga ega bo'lgan kimyoviy modda, tizimli mustahkamligi bo'yicha tanklardagi ruxsat etilgan bosim darajasidan ancha past bo'ladi.
Misol: kerosin, UDMH, azot kislotasi.
Shunga ko'ra, ular tanklarni sovutish bilan hech qanday maxsus manipulyatsiyasiz saqlanadi.
Shaxsan menga "konteyner" atamasi ko'proq yoqadi. Garchi bu mutlaqo to'g'ri bo'lmasa -da, kundalik ma'noga yaqin. Bu shunday deyiladi. uzoq muddatli saqlash TC.
Kam qaynab turgan suyuqlik tarkibiy qismlari.
Bu erda Rnp allaqachon tanklardagi ruxsat etilgan maksimal bosimga yaqin (ularning kuchi mezoniga ko'ra). Sovutish (va / yoki sovutish) va kondensatni qaytarish uchun maxsus chora -tadbirlarsiz yopiq tanklarda saqlash taqiqlanadi. LPRE armatura va yonilg'i quyish / drenaj quvurlari bilan bir xil talablar (va muammolar).
Misol: ammiak, propan, azot tetroksidi.
Raketa texnologiyasining ish harorati oralig'ida past qaynaydigan komponentlar odatda gaz holatida bo'ladi. Kam qaynab turgan komponentlarni suyuq holatda ushlab turish uchun maxsus texnologik uskunalar ishlatiladi.
LRT ning kriogen komponentlari.
Qat'iy aytganda, bu past qaynab turgan komponentlarning kichik sinfidir. Bular. qaynash nuqtasi 120K dan past bo'lgan moddalar. Kriogen komponentlarga suyultirilgan gazlar: kislorod, vodorod, ftor va boshqalar kiradi. Bug'lanish yo'qotilishini kamaytirish va zichligini oshirish uchun atala holida, bu komponentning qattiq va suyuq fazalari aralashmasi ko'rinishida kriogen komponentni ishlatish mumkin.
Tashish, yonilg'i quyish (tanklar va magistral liniyalarni sovutish, raketa dvigatelining klapanlarini issiqlik izolatsiyasi va boshqalar) va tushirish vaqtida maxsus choralar ko'rish zarur.
Ularning tanqidiy nuqtasining harorati ish haroratidan ancha past. Muhrlangan PH tanklarida saqlash imkonsiz yoki juda qiyin. Oddiy vakillar - kislorod va vodorod suyuq fazali holatda.
Keyinchalik men LOX va LH2 nomli Amerika uslubidan foydalanaman, yoki LCD va ZhV.
Bizning "kelishgan" RD-0120 (vodorod-kislorod):
Ba'zi ekspertlarning fikriga ko'ra, RD-0120 rusumidagi ishlab chiqarish texnologiyasi hozirgacha Rossiya Federatsiyasida to'liq yo'qolgan. Biroq, uning texnologiyalari asosida RD-0146 kislorod-vodorodli dvigatel o'sha korxonada yaratilmoqda.
LRda RT komponentlari topilganda ("aqlli" reaktsiyaga ko'ra), ularni quyidagilarga bo'lish kerak.
o'z-o'zidan yonish (STK), cheklangan yonish (OSTK) va o'z-o'zidan yonmaydigan TC (NTK).
STK: oksidlovchi va yoqilg'i suyuq holatda bo'lganida ular yonadi (ish bosimi va haroratning butun diapazonida).
Bu taksi yo'lining ateşleme tizimini ancha soddalashtiradi, lekin agar komponentlar yonish kamerasidan tashqarida (oqish, baxtsiz hodisalar) uchrashsa, yong'in yoki katta "portlash" bo'ladi. O'chirish qiyin.
Misol: N204 (azot tetraxid) + MMH (monometilhidrazin), N204 + N2H4 (gidrazin), N2O4 + UDMH va ftorga asoslangan barcha yoqilg'i.
OSTK: bu erda yonish uchun maxsus ehtiyot choralarini ko'rish kerak. O'z-o'zidan yonmaydigan yoqilg'ilar uchun ateşleme tizimi kerak.
Misol: kerosin + LOX yoki LH2 + LOX.
NTK: Menimcha, bu erda izohlar ortiqcha. Yoki katalizator kerak, yoki doimiy yonish (yoki harorat va / yoki bosim va boshqalar), yoki uchinchi komponent.
Tashish, saqlash va "sızdırmazlık" uchun ideal.
LRTning energiya xususiyatlari darajasiga ko'ra bo'linishning yana bir varianti:
* kam energiya (o'ziga xos impuls nisbatan past-bir komponentli va boshqalar);
* o'rta energiya (o'rtacha o'ziga xos impuls bilan - (02zh) + kerosin, N204 + MMG va boshqalar);
* yuqori energiya (yuqori o'ziga xos impuls bilan: (02) w + (H2) W, (F2) w + (H2) w va boshqalar).
Komponentlarning toksikligi va korroziyaligiga ko'ra, suyuq temir mahsulotlari ajralib turadi:
Qo'llaniladigan yoqilg'i komponentlari soniga ko'ra, bir, ikki va uch komponentli harakatlantiruvchi tizimlar ajratiladi.
Bir komponentli DUda, unda joy almashish ozuqasi eng ko'p ishlatiladi.
Yuqori konsentratsiyali (80 … 95%) vodorod peroksid sun'iy yo'ldoshlar, kosmik kemalar va kosmik kemalar uchun yordamchi bir komponentli qo'zg'alish tizimini ishlab chiqishning dastlabki bosqichida bir komponentli yoqilg'i sifatida ishlatilgan.
Hozirgi vaqtda bunday yordamchi harakatlantiruvchi tizimlar faqat ba'zi yapon uchirish moslamalarining bosqichli yo'nalish tizimlarida qo'llaniladi.
Qolgan yordamchi bitta komponentli dizel tizimlarida vodorod peroksid gidrazin bilan "almashgan", o'ziga xos impuls taxminan 30%ga oshgan.
Gidrazinning suyuq harakatlanuvchi raketa dvigatellarida keng qo'llanilishiga, asosan, Shell-405 katalizatorining xizmat qilish muddati yuqori bo'lgan ishonchli ishonchli katalizatorlar yaratilishi yordam berdi.
Insoniyat ikki komponentli MClardan eng ko'p foydalanadi, ular bir komponentlilarga qaraganda yuqori energiya xususiyatlariga ega. Ammo ikki komponentli suyuq yoqilg'i raketa dvigatellari bir komponentli dvigatellarga qaraganda ancha murakkab dizaynga ega. Oksidlovchi va yonilg'i baklari mavjudligi tufayli, quvur liniyalarining yanada murakkab tizimi va yonilg'i komponentlarining kerakli nisbatini ta'minlash zarurati (Kmo koeffitsienti). DU AES, KK va KA-da ko'pincha bitta emas, balki bir nechta oksidlovchi va yoqilg'i tanklari ishlatiladi, bu qo'shimcha ravishda ikki komponentli DU quvur liniyasi tizimini murakkablashtiradi.
Uch komponentli RTU ishlab chiqilmoqda. Bu haqiqiy ekzotik.
Uch komponentli raketa dvigateli uchun RF patent.
Ushbu raketa dvigatelining diagrammasi.
Bunday raketa dvigatellarini ko'p yoqilg'i deb tasniflash mumkin.
OKB-456da uch komponentli raketa dvigateli (ftor + vodorod + lityum) ishlab chiqilgan.
Ikki komponentli yoqilg'i oksidlovchi va yoqilg'idan iborat.
Oksidantlar
Kislorod
Kimyoviy nuqtai nazardan, bu ideal oksidlovchi vosita. U FAUning birinchi ballistik raketalarida va uning amerikalik va sovet hamkasblarida ishlatilgan. Ammo uning qaynash nuqtasi harbiylarga to'g'ri kelmadi. Kerakli ish harorati diapazoni –55 ° C dan + 55 ° C gacha (ishga tushirish uchun uzoq tayyorgarlik vaqti, ogohlantirishga sarflangan qisqa vaqt).
Juda past korrozivlik. Ishlab chiqarish uzoq vaqtdan beri o'zlashtirildi, narxi kichik: 0 dollardan kam, 1 (mening fikrimcha, bu bir litr sutdan bir necha barobar arzon).
Kamchiliklari:
Kriyojenik - boshlanishidan oldin yo'qotishlarni qoplash uchun sovushi va doimiy yonilg'i quyish kerak. Shuningdek, u boshqa TC (kerosin) ni buzishi mumkin:
Sovutgich sifatida kompressor stantsiyasi va suyuq yonilg'i dvigatelining uchidan foydalanish qiyin.
Qarang: "Oksigenni suyuq raketali dvigatel kamerasining sovutgichi sifatida qo'llash samaradorligini tahlil qilish". Reshetneva
Endi hamma supero'tkazilgan kislorod yoki kislorodni atala holatida, bu komponentning qattiq va suyuq fazalari aralashmasi ko'rinishida ishlatish imkoniyatini o'rganmoqda. Ko'rinish, Shamoraning o'ng tomonidagi ko'rfazdagi muzli loy bilan bir xil bo'ladi:
Kayma oksidlovchi moddaning umumiy zichligini oshiradi.
BR R-9A-ni sovutish (haddan tashqari sovutish) misoli: birinchi marta raketada oksidlovchi sifatida o'ta sovutilgan suyuq kisloroddan foydalanishga qaror qilindi, bu esa raketaning uchishga tayyorlanish vaqtini qisqartirishga imkon berdi. va uning jangovar tayyorgarligini oshirish.
E'tibor bering: negadir mashhur yozuvchi Dmitriy Konanixin xuddi shu protsedura uchun Ilona Maskni egib olgan (deyarli "chmoril").
Sm:
Makaron yirtqich hayvon Elon Maskni himoya qilib, bir so'z bilan aytaylik. 1-qism
Makaron yirtqich hayvon Elon Maskni himoya qilib, bir so'z bilan aytaylik. 2 -qism
Ozon-O3
Uzoq vaqt davomida muhandislar bundan aziyat chekishdi, uni yuqori energiyali va shu bilan birga raketa texnologiyasida ekologik toza oksidlovchi sifatida ishlatishga harakat qilishdi.
Ozon ishtirokida yonish reaktsiyasi paytida ajralib chiqadigan umumiy kimyoviy energiya oddiy kislorodga qaraganda qariyb chorak (719 kkal / kg) ga ko'pdir. O'z navbatida, ko'proq bo'ladi va Iud. Suyuq ozon zichligi kislorodga qaraganda yuqori (1,35 ga mos ravishda 1,14 g / sm³) va uning qaynash harorati yuqori (mos ravishda -112 ° C va -183 ° C).
Hozircha hal qilinmaydigan to'siq - bu suyuq ozonning O va O2 ga bo'linishi natijasida kimyoviy beqarorlik va portlash xavfi bo'lib, unda taxminan 2 km / s tezlikda harakatlanuvchi portlash to'lqini va halokatli portlash bosimi 3 107 dindan oshadi. / sm2 (3 MPa) rivojlanadi, bu esa hozirgi zamonda suyuq ozondan foydalanishni imkonsiz qiladi, barqaror kislorod-ozon aralashmalaridan (ozon 24% gacha) foydalanishdan tashqari. Bunday aralashmaning afzalligi, vodorodli dvigatellar uchun ozon-vodorodli dvigatellarga nisbatan yuqori o'ziga xos impulsdir. Bugungi kunga kelib, RD-170, RD-180, RD-191 kabi yuqori samarali dvigatellar, shuningdek, tezlashtiruvchi vakuumli dvigatellar Iudda cheklangan qiymatlarga yaqin parametrlarga yetdi va PIni oshirish uchun faqat bitta imkoniyat qoldi., yoqilg'ining yangi turlariga o'tish bilan bog'liq. …
Azot kislotasi-HNO3
HNO3 yuqori zichlikka ega, arzon narxga ega, ko'p miqdorda ishlab chiqariladi, ancha barqaror, shu jumladan yuqori haroratda, yong'in va portlashga qarshi. Suyuq kisloroddan asosiy ustunligi uning yuqori qaynash nuqtasida va shuning uchun hech qanday issiqlik izolatsiyasiz muddatsiz saqlash qobiliyatida. HNO3 azot kislotasi molekulasi deyarli ideal oksidlovchi vositadir. U "balast" sifatida azot atomini va suv molekulasining "yarmini" o'z ichiga oladi va yonilg'ini oksidlash uchun ikki yarim kislorod atomidan foydalanish mumkin. Ammo u erda yo'q edi! Nitrat kislota shunday agressiv moddadirki, u doimo o'zi bilan reaksiyaga kirishadi - vodorod atomlari bitta kislota molekulasidan ajralib, qo'shnilariga birikib, mo'rt, lekin juda faol kimyoviy birikmalar hosil qiladi. Hatto eng bardoshli zanglamaydigan po'lat turlarini ham konsentrlangan nitrat kislota asta -sekin yo'q qiladi (buning natijasida quyuq yashil rangdagi "jele", tankning pastki qismida hosil bo'lgan metall tuzlari aralashmasi). Korroziyani pasaytirish uchun nitrat kislotaga har xil moddalar qo'shilgan; faqat 0,5% gidroflorik (gidroflorik) kislota zanglamaydigan po'latdan korroziya tezligini o'n baravar kamaytiradi.
Puls tezligini oshirish uchun kislotaga azot dioksidi (NO2) qo'shiladi. Kislotaga azot dioksid qo'shilishi oksidlovchiga kiradigan suvni bog'lab qo'yadi, bu kislotaning korroziv faolligini pasaytiradi, eritmaning zichligini oshiradi, maksimal 14% erigan NO2 ga etadi. Bu konsentratsiyani amerikaliklar harbiy raketalari uchun ishlatgan.
Biz qariyb 20 yil davomida azot kislotasi uchun mos idishni qidirib topdik. Shu bilan birga, tanklar, quvurlar va suyuq harakatlanuvchi raketa dvigatellarining yonish kameralari uchun qurilish materiallarini tanlash juda qiyin.
AQShda 14% azot dioksidi bo'lgan oksidlovchi variant. Bizning raketachilar esa boshqacha harakat qilishdi. Qanday bo'lmasin, AQShni ta'qib qilish kerak edi, shuning uchun sovet sinfidagi oksidlovchilar-AK-20 va AK-27 tarkibida 20 va 27% tetroksid bor edi.
Qiziqarli fakt: birinchi sovet raketasi BI-1da nitrat kislota va kerosin parvozlar uchun ishlatilgan.
Tanklar va quvurlar monel metalldan yasalgan bo'lishi kerak edi: nikel va mis qotishmasi, u raketalar orasida juda mashhur bo'lgan konstruktiv materialga aylandi. Sovet rublining deyarli 95% bu qotishmadan qilingan.
Kamchiliklari: bardoshli "muck". Korroziv faol. Maxsus impuls etarli darajada yuqori emas. Hozirgi vaqtda u sof shaklda deyarli ishlatilmagan.
Azot tetroksidi-AT (N2O4)
Harbiy dvigatellarda nitrat kislotadan "estafeta oldi". Gidrazin, UDMH bilan o'z-o'zidan yonish. Kam qaynaydigan komponent, lekin maxsus choralar ko'rilsa, uzoq vaqt saqlanishi mumkin.
Kamchiliklari: HNO3 kabi yoqimsiz, lekin o'ziga xos xususiyatlari bilan. Azot oksidiga parchalanishi mumkin. Toksik. Kam o'ziga xos impuls. AK-NN oksidlovchi agenti ishlatilgan va tez-tez ishlatiladi. Bu nitrat kislota va azotli tetroksid aralashmasidan iborat bo'lib, ba'zida "qizil tutunli azot kislotasi" deb ataladi. Raqamlar N2O4 foizini ko'rsatadi.
Asosan, bu oksidlovchilar harbiy suyuqlik bilan ishlaydigan raketa dvigatellari va kosmik raketa dvigatellarida o'z xususiyatlariga ko'ra ishlatiladi: uzoq muddatli saqlash va o'z-o'zidan yonish. AT uchun odatiy yoqilg'i UDMH va gidrazindir.
Ftor-F2
Ftorli kimyo 1930 -yillarda rivojlana boshladi, ayniqsa tez - Ikkinchi jahon urushi yillarida (1939-45) va undan keyin atom sanoati va raketa texnologiyasi ehtiyojlari bilan bog'liq. 1810 yilda A. Amper tomonidan taklif qilingan "ftor" (yunoncha ftoros - halokat, o'lim) nomidan faqat rus tilida foydalaniladi; ko'p mamlakatlarda bu nom qabul qilingan "ftor" … Kimyoviy nuqtai nazardan juda yaxshi oksidlovchi vosita. U kislorod, suv va deyarli hamma narsani oksidlaydi. Hisob -kitoblar shuni ko'rsatadiki, maksimal nazariy Ispni F2 -Be (berilyum) juftligi uchun olish mumkin - taxminan 6000 m / s!
Supermi? Bummer, "super" emas …
Siz dushmanga bunday oksidlovchini xohlamaysiz.
Oksidlovchi materiallar bilan aloqa qilishda juda korroziv, toksik, portlashga moyil. Kriogen. Har qanday yonish mahsuloti ham deyarli bir xil "gunohlarga" ega: dahshatli korroziv va zaharli.
Xavfsizlik choralari. Ftor zaharli hisoblanadi, uning havodagi ruxsat etilgan maksimal kontsentratsiyasi taxminan 2 · 10-4 mg / l ni, 1 soatdan ko'p bo'lmagan ta'sir qilish uchun ruxsat etilgan maksimal kontsentratsiyasi 1,5 · 10-3 mg / l ni tashkil qiladi.
LOR 8D21 ftor + ammiak juftini qo'llash 4000 m / s darajasida o'ziga xos turtki berdi.
F2 + H2 juftligi uchun Isp = 4020 m / s chiqadi!
Muammo: "egzoz" ustidagi HF-vodorod ftoridi.
Bunday "baquvvat dvigatel" ishga tushirilgandan keyin boshlang'ich pozitsiyasi?
Hidroflorik kislotada erigan suyuq metallar va boshqa kimyoviy va organik jismlarning ko'lagi!
H2 + 2F = 2HF, xona haroratida H2F2 dimer sifatida mavjud.
Har qanday nisbatda suv bilan aralashib, gidroflorik (gidroflorik) kislota hosil qiladi. Va uni kosmik raketa dvigatelida ishlatish o'lik murakkabligi va yonish mahsulotlarining halokatli ta'siri tufayli real emas.
Xuddi shu narsa xlor kabi boshqa suyuq halogenlarga ham tegishli.
Vodorod peroksid-H2O2.
Men buni bir komponentli yoqilg'ida yuqorida aytib o'tganman.
"Tabiiy" blondalarning hashamatli sochlari uchun vodorod periks va undan foydalanishning yana 14 ta sirlari.
Alles: ozmi -ko'pmi haqiqiy oksidlovchilar ro'yxati to'liq. Men HClga e'tibor qarataman O4 … Xlorid kislotaga asoslangan mustaqil oksidlovchi moddalar sifatida faqat quyidagilar qiziqadi: monohidrat (N2O + ClO4) - qattiq kristalli modda va dihidrat (2NO + NSlO4) - zich yopishqoq suyuqlik. Xlorid kislotasi (bu Isp tufayli o'z-o'zidan va'da bermaydi), shu bilan birga, oksidlovchilarga qo'shimcha sifatida qiziqish uyg'otadi, bu yonilg'ining o'z-o'zidan yonishining ishonchliligini kafolatlaydi.
Oksidantlarni quyidagicha tasniflash mumkin.
Haqiqiy yonilg'i bilan birgalikda oksidlovchilarning oxirgi (ko'proq ishlatiladigan) ro'yxati:
Ulardan farqli o'laroq, bizda yonilg'ining "uyumlari" bor.
Yonuvchan
Fizik va kimyoviy tarkibiga ko'ra ularni bir necha guruhga bo'lish mumkin:
Uglevodorodli yoqilg'i.
Kam molekulyar og'irlikdagi uglevodorodlar.
Oddiy moddalar: atomik va molekulyar.
Bu mavzu uchun hozircha faqat vodorod (Gidrogeniy) amaliy qiziqish bildirmoqda.
Na, Mg, Al, Bi, U, Ar, N2, Br2, Si, Cl2, I2 va boshqalar Men bu maqolada ko'rib chiqmayman.
Gidrazin yoqilg'ilari ("hidli moddalar").
Optimal yoqilg'ini qidirish ishqibozlar tomonidan suyuq raketa dvigatellarini ishlab chiqish bilan boshlandi. Birinchi keng qo'llaniladigan yoqilg'i etanol)birinchisida ishlatilgan
Sovet R-1, R-2, R-5 ("meros" FAU-2) va Vergeltungswaffe-2 raketalari.
Aksincha, 75% etil spirtining eritmasi (etanol, etil spirti, metilkarbinol, sharob spirti yoki alkogol, ko'pincha og'zaki ravishda "alkogol") C2H5OH (empirik formulasi C2H6O) bo'lgan bir atomli spirt, boshqa variant: CH3-CH2- OH
Bu yoqilg'i ikkita jiddiy kamchilikBu, albatta, harbiylarga mos kelmadi: past energiya ko'rsatkichlari va xodimlarning bunday yoqilg'i bilan "zaharlanishiga" past qarshilik.
Sog'lom turmush tarzi tarafdorlari (alkogolofoblar) furfuril spirti bilan ikkinchi muammoni hal qilishga harakat qilishdi. Bu zaharli, harakatchan, shaffof, ba'zida sarg'ish (to'q jigarranggacha) suyuqlik bo'lib, vaqt o'tishi bilan havoda qizil rangga aylanadi. BARBARLAR!
Kimyo formula: C4H3OCH2OH, Rac. formula: C5H6O2. Jirkanch atala, ichish mumkin emas.
Uglevodorodlar guruhi
Kerosin
Kerosin har xil uglevodorodlarning aralashmasidir, shuning uchun dahshatli fraktsiyalar (kimyoviy formulada) va "bulg'angan" qaynash nuqtasi mavjud. Qulay yuqori qaynab turgan yoqilg'i. U uzoq vaqt davomida va butun dunyoda dvigatellarda va aviatsiyada muvaffaqiyatli ishlatilgan. "Ittifoqlar" hali ham uchib yurishadi. Kam toksiklik (ichishni qat'iy tavsiya qilmayman), barqaror. Shunga qaramay, kerosin xavfli va nosog'lom (yutish).
Ammo shunday odamlar borki, ularga qo'lidan kelganicha muomala qiladi! Sog'liqni saqlash vazirligi qat'iyan qarshi!
Askarning ertaklari: Pthirusning yomon pubisidan qutulish yaxshi.
Shu bilan birga, u ish paytida ehtiyotkorlikni talab qiladi: yo'lovchi samolyoti halokati tasvirlangan video
Muhim afzalliklari: nisbatan arzon, ishlab chiqarishda o'zlashtirilgan. Kerosin-kislorod juftligi birinchi bosqich uchun ideal. Erdagi o'ziga xos impuls 3283 m / s, bo'shligi 3475 m / s. Kamchiliklari. Nisbatan past zichlik.
Amerika raketa kerosini Raketa yoqilg'isi-1 yoki Qayta qilingan neft-1
Oldinlari nisbatan arzon edi.
Zichlikni oshirish uchun kosmik tadqiqotlar rahbarlari sintin (SSSR) va RJ-5 (AQSh) ni ishlab chiqdilar.
Sintin sintezi.
Kerosin tarmoqqa va sovutish yo'liga cho'kindi cho'kindi tushishiga moyil bo'lib, bu sovutishga salbiy ta'sir qiladi. Muxin, Velurov @Co bu yomon mulkini boshqaradi.
SSSRda kerosin dvigatellari eng ko'p o'zlashtirilgan
Inson aql-idrok va muhandislik asarlari, bizning "marvarid" RD-170/171:
"Dunyodagi eng yaxshi raketa dvigatellari ishlab chiqarilgan joyda."
Misol sifatida: naftil.
Aslida, Roskosmos noto'g'ri ma'lumot beradi:
Yoqilg'i komponentlari uning tanklariga quyilgandan so'ng - naftil (raketa kerosin)), suyultirilgan kislorod va vodorod peroksid, kosmik transport tizimining og'irligi 300 tonnadan oshadi (uchirish moslamasining modifikatsiyasiga qarab).
Kam molekulyar og'irlikdagi uglevodorodlar
Metan-CH4
Hozir hamma kerosin va vodorodga muqobil sifatida istiqbolli va arzon yoqilg'i sifatida qaraladi.
Bosh dizayner NPO Energomash Vladimir Chvanov:
- LNG dvigatelining o'ziga xos impulslari yuqori, lekin bu afzallik metan yoqilg'isi zichligi pastligi bilan qoplanadi, shuning uchun umuman olganda, energiya ustunligi ahamiyatsiz. Strukturaviy nuqtai nazardan, metan jozibali. Dvigatel bo'shliqlarini bo'shatish uchun siz faqat bug'lanish davridan o'tishingiz kerak - ya'ni dvigatel mahsulot qoldiqlaridan qutulish osonroq. Shu sababli, qayta ishlatiladigan dvigatel va qayta ishlatiladigan samolyot yaratish nuqtai nazaridan, metan yoqilg'isi maqbuldir.
Arzon, keng tarqalgan, barqaror, toksikligi past. Vodorod bilan solishtirganda, u yuqori qaynash nuqtasiga ega va kislorod bilan bog'langan o'ziga xos impuls kerosinga qaraganda yuqori: er yuzida taxminan 3250-3300 m / s. Yomon sovutgich emas.
Kamchiliklari. Kam zichlik (kerosinning yarmi). Ba'zi yonish rejimlarida u qattiq fazada uglerod ajralib chiqishi bilan parchalanishi mumkin, bu ikki fazali oqim tufayli pulsning pasayishiga va xonadagi sovutish rejimining keskin yomonlashishiga olib kelishi mumkin. yonish kamerasining devorlariga kuyish. So'nggi paytlarda uni qo'llash sohasida (propan va tabiiy gaz bilan birga), hatto mavjudini o'zgartirish yo'nalishida ham faol ilmiy -tadqiqot va ilmiy -tadqiqot ishlari olib borilmoqda. LRE (xususan, bunday ishlar RD-0120 da amalga oshirilgan).
Yoki "Kinder Surpeis", masalan: Space X ning American Raptor dvigateli:
Bu yoqilg'ilarga propan va tabiiy gaz kiradi. Yonuvchan sifatida ularning asosiy xarakteristikalari HCG ga yaqin (yuqori zichlik va yuqori qaynash nuqtasi bundan mustasno). Va ularni ishlatishda ham xuddi shunday muammolar mavjud.
Vodorod-H2 (Suyuq: LH2) yonilg'i orasida alohida joylashadi.
LOX-LH2 juftligini ishlatishni Tsiolkovskiy taklif qilgan, lekin boshqalar tomonidan amalga oshirilgan:
Termodinamika nuqtai nazaridan, H2 LPRE o'zi uchun ham, TNA turbinasi uchun ham ideal ishchi suyuqlikdir. Zo'r sovutish suyuqligi, ham suyuq, ham gazsimon holatda. Oxirgi fakt, sovutish yo'lida vodorodning qaynab ketishidan ayniqsa qo'rqmaslikka va THPni haydash uchun gazlangan vodoroddan foydalanishga imkon beradi.
Bunday sxema Aerojet Rocketdyne RL-10, oddiygina (muhandislik nuqtai nazaridan) dvigatelida amalga oshiriladi:
Bizning analogimiz (undan ham yaxshiroqberi yoshroq): RD-0146 (D, DM)-bu Voronejdagi kimyoviy avtomatlashtirish konstruktorlik byurosi tomonidan ishlab chiqarilgan gazsiz suyuq yoqilg'i raketasi dvigateli.
Bu TC kislorod bilan 3835 m / s tezlikda bog'langan yuqori o'ziga xos impuls beradi.
Bu aslida ishlatilganlarning eng yuqori ko'rsatkichi. Bu omillar bu yoqilg'iga katta qiziqish uyg'otadi. Ekologik toza, O2 bilan aloqa qiladigan "chiqish" da: suv (bug '). Tarqatilgan, deyarli cheksiz materiallar. Ishlab chiqarishni o'zlashtirgan. Toksik bo'lmagan. Biroq, bu asal bochkasida juda ko'p pashsha bor.
"Kutilmagan hodisalar" haqida ko'proq:
"Gidrojenli tizimlarda issiqlik va massa almashinuvi jarayonlarini matematik modellashtirish" Gordeev V. P. Firsov, A. P. Gnevashev, E. I. Postoyuk
FSUE "GKNPT im. M. V. Xrunicheva, KB Salyut; "Moskva aviatsiya instituti (Davlat texnika universiteti)
Maqolada 12KRB kislorod-vodorodli yuqori sig'imdagi tank va vodorod tarmog'idagi issiqlik va massa uzatish jarayonlarining asosiy matematik modellari tavsifi berilgan. Suyuq dvigatelga vodorod etkazib berishda anomaliyalar aniqlanadi va ularning matematik tavsifi taklif qilinadi. Modellar skameykada va uchish sinovlarida ishlab chiqilgan, bu ularning asosida har xil modifikatsiyali ketma -ket yuqori bosqichlarning parametrlarini oldindan aniqlash va pnevmohidravlik tizimlarni takomillashtirish bo'yicha zarur texnik qarorlarni qabul qilishga imkon berdi.
Qaynash nuqtasining pastligi ham tanklarga quyish va bu yoqilg'ini tanklarda va omborlarda saqlashni qiyinlashtiradi.
Siqilish koeffitsienti (pv / RT) 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);
Vodorod orto va para holatida bo'lishi mumkin. Ortogidrogen (o-H2) yadroviy aylanishlarning parallel (bitta belgi) yo'nalishiga ega. Para-vodorod (p-H2) -antiparallel.
Oddiy va yuqori haroratlarda H2 (normal vodorod, n-H2) 75% orto- va 25% para-modifikatsiyalar aralashmasidan iborat bo'lib, ular o'zaro bir-biriga aylanishi mumkin (orto-para transformatsiyasi). O-H2 p-H2 ga aylantirilganda issiqlik ajralib chiqadi (1418 J / mol).
Bularning barchasi avtomobil yo'llari, suyuq yoqilg'i raketa dvigatellari, TNA, ish tsikli va ayniqsa nasoslarni loyihalashda qo'shimcha qiyinchiliklar tug'diradi.
Vodorod o'z elektronidan juda oson voz kechadi. Eritmada u ko'p birikmalardan proton shaklida ajralib chiqadi va ularning kislotali xususiyatlarini keltirib chiqaradi. Suvli eritmalarda H + suv molekulasi bilan H3O gidroniy ionini hosil qiladi. Vodorod har xil birikmalar molekulalarining bir qismi bo'lib, ko'p elektronli elementlar (F, O, N, C, B, Cl, S, P) bilan vodorod aloqasini hosil qiladi.
Vodorod va havo aralashmasi har qanday kontsentratsiyadagi eng kichik uchqundan - 5 dan 95 foizgacha portlaydi.
Bu. vodorod ham Gut (hatto Sehr Gut) va ayni paytda "bosh og'rig'i" (hatto og'ir bosh og'rig'i).
Dialektikaning birinchi qonuni: "Qarama -qarshiliklarning birligi va kurashi" / Georg Vilgelm Fridrix Xegel /
Kosmik Shuttle asosiy dvigateli (SSME) bilan qanday ta'sirchan?
Endi uning narxini hisoblang!
Ehtimol, buni ko'rib, xarajatlarni hisoblab (1 kg PNni orbitaga chiqarish xarajatlari), qonun chiqaruvchilar, xususan, AQSh va NASA byudjetini boshqaruvchilar … "yaxshi, bu rasmda" deb qaror qilishdi.
Men ularni tushunaman - "Soyuz" raketasida ham arzonroq, ham xavfsizroq, RD -180/181 rusumli samolyotlardan foydalanish Amerikaning ko'plab raketa muammolarini bartaraf etadi va dunyoning eng boy mamlakatidagi soliq to'lovchilarning pullarini sezilarli darajada tejaydi.
Eng yaxshi raketa dvigateli - bu siz yasashingiz / sotib olishingiz mumkin, shu bilan birga u sizga kerakli diapazonda (juda katta yoki kichik emas) ta'sir qiladi va shunchalik samarali bo'ladi (o'ziga xos impuls, yonish kamerasidagi bosim), uning narxi bo'lmaydi. siz uchun juda og'ir bo'lib qolsin. / Filipp Terexov @ lozga
Qo'shma Shtatlarda eng ko'p o'zlashtirilgan vodorod dvigatellari.
Endi biz o'zimizni "Vodorod klubi" da (Evropa, Yaponiya va Xitoy / Hindistondan keyin) 3-4-o'ringa joylashtirmoqdamiz.
Qattiq vodorod - vodorod agregatsiyasining qattiq holati.
Erish nuqtasi -259,2 ° C (14,16 K).
Zichlik 0, 08667 g / sm³ (-262 ° S da).
Oq qorga o'xshash massa, olti burchakli tizim kristallari.
Shotland kimyogari J. Dewar 1899 yilda birinchi marta qattiq holatda vodorod oldi. Buning uchun u Joule-Tomson effektiga asoslangan regenerativ sovutish mashinasidan foydalangan.
Muammo u bilan. U doimo adashadi: "Olimlar dunyodagi yagona metall vodorod namunasini yo'qotdilar". Bu tushunarli: bir kub molekula olinadi: 6x6x6. Faqat "ulkan" jildlar - hozircha raketaga "yonilg'i quyish". Negadir bu menga "Chubais nanotankasi" ni eslatdi. Bu nano-mo''jiza 7 yil yoki undan ko'proq vaqt davomida topilmagan.
