Saga de combustibil pentru rachete
"... Și nu este nimic nou sub soare"(Eclesiastul 1:9).
Ei au scris, scriu și vor continua să scrie despre combustibili, rachete și motoare de rachete.
Una dintre primele lucrări asupra carburanților lichizi pentru motorul rachetei poate fi considerată cartea lui V.P. Glushko „Combustibil lichid pentru motoarele cu reacție”, publicat în 1936.
Mie mi s-a părut interesant subiectul, legat de fosta mea specialitate și de studiile la universitate, mai ales că fiul meu cel mic l-a „târât”: „Șef, hai să frământăm care este firul și să-l dăm, iar dacă ți-e lene, apoi noi înșine — Să ne dăm seama. Aparent laurii sportivilor extremi de la „Lin Industrial” nu da odihnă.
Chiar vreau să arunc în aer motorul rachetei în mod corespunzător.
Ne vom „înțelege” împreună, sub supravegherea strictă a părinților. Mâinile, picioarele trebuie să fie intacte, mai ales străinii.
„Cheia de a începe”... "Merge"! (Yu.A. Gagarin și S.P. Korolev)
Indiferent de tipul de propulsor (schema, natura procesului) este utilizat în tehnologia rachetei, scopul său este de a crea forță (forță) prin conversia energiei inițiale stocate în propulsor în energia cinetică (Ek) a curentului cu jet al fluid de lucru.
EK al curentului jet convertește diferite tipuri de energie în RD (chimic, nuclear, electric).
Pentru motoarele chimice, combustibilul poate fi împărțit pe starea de fază: gazos, lichid, solid, mixt.
Partea nr. 1 - combustibili pentru motoarele de rachete lichide sau combustibili lichizi pentru rachete
Clasificarea combustibililor chimici pentru motoarele de rachetă (în general acceptată):
->Termeni și abrevieri.
în plus (Etichetele HTML de pe TopWar nu sunt din același sistem, prin urmare spoilerele și catas trebuie organizate în acest fel):
Impuls specific (Isp).
Impingerea jetului (P sau Fр).
Raportul stoichiometric al componentelor combustibilului (Km0)(mai multe detalii - click) este raportul dintre masa oxidantului și masa combustibilului în reacțiile stoichiometrice.
Compoziția combustibilului - părți combustibile și incombustibile (în general).
Tipuri de combustibili(în general).
În cazul general, reacția chimică a componentelor RT poate fi considerată o sursă chimică de energie termică pentru RD.
Voi incepe sa transmit de la Km0. Aceasta este o relație foarte importantă pentru RD: combustibilul poate arde diferit în RD (reacția chimică în RD nu este normală arderea lemnelor în cămin, unde oxigenul aerului acționează ca un agent oxidant). Arderea (mai precis, oxidarea) combustibilului în camera unui motor rachetă este, în primul rând, o reacție chimică de oxidare cu degajare de căldură. Și cursul reacțiilor chimice depinde în mod semnificativ de câte substanțe (raportul lor) reacționează.
Cum să adormi în timp ce susții un proiect de curs, un examen sau susții un test. / Dmitri Zavistovski
Valoarea lui Km0 depinde de valența pe care o pot prezenta elementele chimice în forma teoretică a ecuației reacției chimice. Exemplu pentru LRT: AT+UDMH.
Un parametru important este coeficientul de exces de oxidant (notat prin grecescul „α” cu indicele „ok.”) și raportul de masă al componentelor Km.
Km=(dmok./dt)/(dmg../dt), adică raportul dintre debitul masic al oxidantului și debitul masic al combustibilului. Este specific pentru fiecare combustibil. În mod ideal, este un raport stoichiometric dintre oxidant și combustibil, adică arată câte kg de oxidant sunt necesare pentru a oxida 1 kg de combustibil. Cu toate acestea, valorile reale diferă de cele ideale. Raportul dintre Km real și ideal este coeficientul de exces de oxidant.
De regulă, αok.<=1. Si de aceea. Dependențele Tk(αok.) și Isp.(αok.) sunt neliniare și pentru mulți combustibili, acesta din urmă are un maxim la αok. nu la raportul stoichiometric al componentelor, adică max. valorile lui Isp. se obtin cu o usoara scadere a cantitatii de agent oxidant fata de cel stoechiometric. Mai multă răbdare, pentru că... Nu pot ocoli conceptul: entalpie. Acest lucru va fi util atât în articol, cât și în viața de zi cu zi.
Pe scurt, entalpia este energie. Două aspecte ale acestui articol sunt importante:
Entalpia termodinamică- cantitatea de energie cheltuită pentru formarea unei substanțe din elementele chimice inițiale. Pentru substanțele formate din molecule identice (H2, SAU2 etc.), este egal cu zero.
Entalpia de ardere- are sens numai dacă are loc o reacție chimică. În cărțile de referință puteți găsi valori ale acestei cantități obținute experimental în condiții normale. Cel mai adesea, pentru combustibili aceasta este oxidarea completă într-un mediu cu oxigen, pentru oxidanți este oxidarea hidrogenului cu un anumit oxidant. În plus, valorile pot fi atât pozitive, cât și negative, în funcție de tipul de reacție.
„Suma entalpiei termodinamice și a entalpiei de ardere se numește entalpia totală a substanței.
Cerințe pentru ZhRT:
-ca sursa de energie;
-ca substanta ce trebuie folosita (la acest nivel de dezvoltare tehnologica) pentru racirea motoarelor rachete si pompelor de pompare, uneori pentru presurizarea rezervoarelor cu motoare rachete, asigurandu-i volum (tancuri rachete pe etape) etc.;
-cu privire la o substanță din afara motorului rachetei, adică în timpul depozitării, transportului, realimentării, testării, siguranței mediului etc.
-ca sursa de energie;
-ca substanta ce trebuie folosita (la acest nivel de dezvoltare tehnologica) pentru racirea motoarelor rachete si pompelor de pompare, uneori pentru presurizarea rezervoarelor cu motoare rachete, asigurandu-i volum (tancuri rachete pe etape) etc.;
-cu privire la o substanță din afara motorului rachetei, adică în timpul depozitării, transportului, realimentării, testării, siguranței mediului etc.
Această gradație este relativ arbitrară, dar în principiu reflectă esența. Voi denumi aceste cerințe după cum urmează: nr. 1, nr. 2, nr. 3. Cineva poate adăuga la listă în comentarii.
Aceste cerințe sunt un exemplu clasic. „Cancer de lebădă și știucă”, care „trage” creatorii RD în direcții diferite:
# Din punctul de vedere al sursei de energie LRE (nr. 1)
Acestea. trebuie să obțineți max. Iud. Nu voi deranja mai mult pe toată lumea, în general:
Cu alți parametri importanți pentru Nr. 1, ne interesează R și T (cu toți indicii).
Trebuie sa: greutatea moleculară a produselor de ardere a fost minimă, iar conținutul de căldură specifică a fost maxim.
# Din punctul de vedere al proiectantului vehiculului de lansare (nr. 2):
TC-urile trebuie să aibă densitate maximă, mai ales în primele etape de rachete, deoarece sunt cele mai voluminoase și au cele mai puternice propulsoare, cu un debit mare pe secundă. Evident, acest lucru nu este în concordanță cu cerința nr. 1.
# Din sarcinile operaționale importante (nr. 3):
-stabilitatea chimică a TC;
- ușurința de realimentare, depozitare, transport și fabricare;
- siguranța mediului (în întreg „domeniul” de aplicare), și anume toxicitatea, costul de producție și transport etc. și siguranță în timpul funcționării RD (pericol de explozie).
Pentru mai multe detalii, vezi „Saga combustibililor pentru rachete – cealaltă față a monedei”.
Sper că nimeni nu a adormit încă? Simt că vorbesc singur. În curând despre alcool, rămâneți pe fază!
Desigur, acesta este doar vârful aisbergului. Există, de asemenea, cerințe suplimentare aici, din cauza cărora ar trebui să căutați CONSENSE și COMPROMIS. Una dintre componente trebuie să aibă proprietăți satisfăcătoare (de preferință excelente) de răcire, deoarece la acest nivel de tehnologie este necesar să se răcească arzatorul și duza, precum și să se protejeze secțiunea critică a căii de rulare:
Fotografia prezintă duza motorului de rachetă cu propulsie lichidă XLR-99: o trăsătură caracteristică a designului motoarelor de rachetă americane cu propulsie lichidă din anii 50-60 este clar vizibilă - o cameră tubulară:
De asemenea, este necesar (de regulă) să utilizați una dintre componente ca fluid de lucru pentru turbina turbocompresorului:
Pentru componentele combustibilului, „tensiunea vaporilor saturați este de mare importanță (în general, presiunea la care un lichid începe să fiarbă la o anumită temperatură, acest parametru influențează foarte mult proiectarea pompelor și greutatea rezervoarelor.”/ S.S. Fakas/
Un factor important este agresivitatea TC față de materialele (CM) ale motorului rachetei cu combustibil lichid și rezervoarele pentru depozitarea acestora.
Dacă păcurele sunt foarte „dăunătoare” (cum sunt unii oameni), atunci inginerii trebuie să cheltuiască bani pentru o serie de măsuri speciale pentru a-și proteja structurile de combustibil.
-autoaprindere componente de combustibil cum ar fi Ianus cu două feţe: uneori este necesar, dar uneori este dăunător. Există și o proprietate urâtă: explozivitatea
Pentru multe aplicații de rachete (militare sau spațiu adânc)
Este necesar ca combustibilul să fie stabil din punct de vedere chimic, iar depozitarea, realimentarea (în general, tot ceea ce se numește logistică) și eliminarea acestuia să nu provoace bătăi de cap operatorilor și mediului.
Un parametru important este toxicitatea produselor de ardere. Acum este foarte relevant.
Costul de producție atât al rezervoarelor de combustibil în sine, cât și al rezervoarelor și modulelor care îndeplinesc proprietățile (uneori agresive) ale acestor componente: o povară pentru economia unei țări care pretinde a fi un „transportator spațial”.
Există multe dintre aceste cerințe și, de regulă, sunt antagonice unele față de altele.
Concluzie: combustibilul sau componentele sale trebuie să aibă (sau să aibă):
1. Cea mai mare capacitate de incalzire pentru a obtine Isp maxim.
2. Cea mai mare densitate, toxicitate minimă, stabilitate și costuri reduse (în producție, logistică și eliminare).
3. Cea mai mare valoare a constantei de gaz sau cea mai mică greutate moleculară a produselor de ardere, care va da evacuare Vmax și un impuls specific excelent de tracțiune.
4. Temperatura de ardere moderată (nu mai mult de 4500K), altfel totul se va arde sau se va arde. Nu fi exploziv. Auto-aprindeți în anumite condiții.
5. Viteza maximă de ardere. Acest lucru va asigura greutatea și volumul minim al CS.
6. Perioada minimă de întârziere la aprindere, deoarece Lansarea lină și fiabilă a căii de rulare joacă un rol semnificativ.
2. Cea mai mare densitate, toxicitate minimă, stabilitate și costuri reduse (în producție, logistică și eliminare).
3. Cea mai mare valoare a constantei de gaz sau cea mai mică greutate moleculară a produselor de ardere, care va da evacuare Vmax și un impuls specific excelent de tracțiune.
4. Temperatura de ardere moderată (nu mai mult de 4500K), altfel totul se va arde sau se va arde. Nu fi exploziv. Auto-aprindeți în anumite condiții.
5. Viteza maximă de ardere. Acest lucru va asigura greutatea și volumul minim al CS.
6. Perioada minimă de întârziere la aprindere, deoarece Lansarea lină și fiabilă a căii de rulare joacă un rol semnificativ.
O grămadă de probleme și cerințe: vâscozitatea, temperatura de topire și solidificare, temperatura de fierbere, evaporare, presiunea vaporilor și căldura latentă de vaporizare etc. și așa mai departe.
Compromisurile se manifestă în mod clar în ceea ce privește Isp.: uleiurile de înaltă densitate (kerosen + LOX), de regulă, sunt utilizate în etapele inferioare ale vehiculului de lansare, deși sunt inferioare aceluiași LH2 și LOX, care la rândul lor sunt utilizate în etapele superioare ale vehiculului de lansare („Energie” 11K25).
Și din nou un cuplu minunat LH2+LOX nu poate fi utilizat pentru spațiul adânc sau pentru o ședere de lungă durată pe orbită (Voyager 2, treapta superioară Briz-M, ISS etc.)
Momentul uimitor în care satelitul meteo GOES-R se decuplează din treapta superioară Centaur a vehiculului de lansare Atlas V 541 (Separarea navelor spațiale GOES-R)
Clasificarea LRT - cel mai adesea după presiunea vaporilor saturați sau temperatura punctului triplu, sau mai simplu spus, punctul de fierbere la presiune normală.
Componente cu punct de fierbere ridicat ale combustibilului lichid.
Substanta chimica având o temperatură maximă de funcţionare la care presiunea aburului saturat (denumită în continuare Rde exemplu.) în tancurile rachete este semnificativ sub nivelul admisibil de presiune în rezervoare pe baza rezistenței lor structurale.
Exemplu:
kerosen, UDMH, acid azotic.
În consecință, acestea sunt depozitate fără manipulări speciale cu răcirea rezervoarelor.
Eu personal prefer termenul „container”. Deși acest lucru nu este în întregime corect, este aproape de sensul de zi cu zi. Acesta este așa-numitul TC de lungă durată.
Componente cu punct de fierbere scăzut ale combustibilului lichid.
Aici Rnp este deja aproape de presiunea maximă admisă în rezervoare (după criteriul rezistenței lor). Este interzisa depozitarea in rezervoare sigilate fara masuri speciale de racire (si/sau refrigerare) si returul condensului. Aceleași cerințe (și probleme) se aplică fitingurilor pentru motorul rachetei cu propulsie lichidă și conductelor de umplere/scurgere.
Exemplu:
amoniac, propan, tetroxid de azot.
Ministerul Apărării al Federației Ruse (MO RF) ia în considerare componentele cu punct de fierbere scăzut toate, al cărui punct de fierbere sub 298K in conditii standard.
În domeniul de temperatură al funcționării tehnologiei rachetei, componentele cu punct de fierbere scăzut sunt de obicei în stare gazoasă. Pentru a menține componentele cu punct de fierbere scăzut în stare lichidă, se utilizează echipamente tehnologice speciale.
Componentele criogenice ale LRT.
Strict vorbind, aceasta este o subclasă de componente cu punct de fierbere scăzut. Acestea. substanțe cu punctul de fierbere sub 120K. Componentele criogenice includ gaze lichefiate: oxigen, hidrogen, fluor etc. Pentru a reduce pierderile prin evaporare și pentru a crește densitatea, este posibil să se utilizeze o componentă criogenică în stare asemănătoare nămolului, sub forma unui amestec de faze solide și lichide ale acestuia. componentă.
Sunt necesare măsuri speciale în timpul transportului, realimentării (rezervoare și conducte de răcire, izolarea termică a fitingurilor pentru motorul rachetei cu propulsie lichidă etc.) și scurgere.
Temperatura punctului lor critic este semnificativ mai mică decât cea operațională. Depozitarea în rezervoare de JT sigilate este imposibilă sau foarte dificilă. Reprezentanții tipici sunt oxigenul și hidrogenul în stare lichidă.
În continuare, voi folosi stilul american de a le desemna LOX și LH2 respectiv LCD și ZhV.
„Frumosul” nostru RD-0120 (hidrogen-oxigen):
Se poate observa că exteriorul (fittinguri, conducte) este complet umplut cu material termoizolant.
Potrivit unor experți, tehnologia de producție a RD-0120 a fost acum complet pierdută în Federația Rusă. Cu toate acestea, pe baza tehnologiilor sale, motorul oxigen-hidrogen RD-0146 este creat la aceeași întreprindere.
Când componentele RT se găsesc în motorul rachetei cu propulsie lichidă CS (reacționează „inteligent”), acestea ar trebui împărțite în:
cu autoaprindere (STK), cu autoaprindere limitată (LSTK) și TC cu autoaprindere (NTK).
STK: la contactul oxidantului cu combustibilul în stare lichidă, acestea se aprind (pe toată gama de presiuni și temperaturi de funcționare).
Acest lucru simplifică foarte mult sistemul de aprindere a motorului, dar dacă componentele se întâlnesc în afara camerei de ardere (scurgeri, accidente), va avea loc un incendiu sau un big bang. Stingerea este dificilă.
Exemplu:N204 (tetroxid de azot) + MMG (monometilhidrazină), N204 + N2H4 (hidrazină), N2О4+ UDMH și toți combustibilii pe bază de fluor.
OSTK: aici trebuie luate măsuri speciale pentru aprindere. Combustibilii care nu se autoaprinde necesită un sistem de aprindere.
Exemplu:kerosen+LOX sau LH2+LOX.
NTK: Cred că comentariile nu sunt necesare aici. Necesită fie un catalizator, aprindere constantă (sau temperatură și/sau presiune, etc.), fie o a treia componentă.
Ideal pentru transport, depozitare și „rezistent la scurgeri”.
O altă opțiune de împărțire în funcție de nivelul de caracteristici energetice ale propulsorului lichid:
*de energie redusă (cu un impuls specific relativ scăzut - monocomponent etc.);
*energie medie (cu impuls specific mediu—(02g)+kerosen, N204 + MMG etc.);
*energie mare (cu impuls specific ridicat: (02)w+ (N2)F, (F2) w+(N2)zh etc.).
*energie medie (cu impuls specific mediu—(02g)+kerosen, N204 + MMG etc.);
*energie mare (cu impuls specific ridicat: (02)w+ (N2)F, (F2) w+(N2)zh etc.).
Pe baza toxicității și corozivității componentelor, combustibilii lichizi se disting:
*pe componente de combustibil netoxice și non-corozive - (02)g, combustibili cu hidrocarburi etc.;
*pe componente de combustibil toxice și corozive - MMG, UDMH și în special (F2)și.
În funcție de numărul de componente de combustibil utilizate, se disting motoarele cu ardere cu una, două și trei componente.
În motoarele diesel cu o singură componentă, care folosesc cel mai adesea alimentare cu cilindree.
În stadiul inițial de dezvoltare a sistemelor auxiliare de propulsie cu o singură componentă pentru sateliți artificiali, nave spațiale și nave spațiale, a fost folosit peroxid de hidrogen foarte concentrat (80 ... 95%) ca combustibil monocomponent.
În prezent, astfel de sisteme de propulsie auxiliare sunt utilizate numai în sistemele de orientare pe scenă ale unor vehicule de lansare japoneze.
Pentru motoarele cu ardere monocomponente auxiliare rămase, peroxidul de hidrogen este „înlocuit” cu hidrazină, ceea ce asigură o creștere a impulsului specific de aproximativ 30%.
Utilizarea pe scară largă a hidrazinei în motoarele de rachete cu propulsie lichidă a fost mult facilitată de crearea de catalizatori extrem de fiabili, cu o durată de viață lungă, în special catalizatorul Shell-405.
Cel mai larg, umanitatea folosește pile de combustibil cu două componente, care au caracteristici energetice mai mari în comparație cu cele cu o singură componentă. Dar motoarele de rachete cu două componente sunt mai complexe ca design decât cele cu o singură componentă. Datorită prezenței oxidantului și a rezervoarelor de combustibil, a unui sistem de conducte mai complex și a necesității de a asigura raportul necesar al componentelor combustibilului (coeficient Kto). Sistemele de propulsie ale sateliților artificiali, navelor spațiale și navelor spațiale folosesc adesea nu unul, ci mai multe rezervoare de oxidant și combustibil, ceea ce complică și mai mult sistemul de conducte al unui sistem de propulsie cu două componente.
RT cu trei componente în dezvoltare. Acest lucru este cu adevărat exotic.
Brevet Federației Ruse pentru un motor de rachetă cu combustibil lichid cu trei componente.
Diagrama acestui motor rachetă .
Astfel de motoare rachete lichide pot fi clasificate ca multi-combustibil.
Motorul rachetă lichid folosind combustibil din trei componente (fluor+hidrogen+litiu) a fost dezvoltat în OKB-456.
Combustibilii binari constau dintr-un oxidant și un combustibil.
Motor cu combustibil lichid Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor: motor cu combustibil lichid din două componente (H2O2 + kerosen)
Oxidanți
oxigen
Formula chimică-O2 (dioxigen, denumire americană Oxygen-OX).
Motoarele rachete cu propulsie lichidă folosesc oxigen lichid, nu oxigen gazos - Oxigen lichid (LOX - pe scurt și totul este clar).
Greutatea moleculară (pentru o moleculă) este de 32 g/mol. Pentru iubitorii de precizie: masa atomica (masa molara) = 15,99903;
Densitate = 1,141 g/cm³
Punct de fierbere=90,188K (−182,96°C)
Motoarele rachete cu propulsie lichidă folosesc oxigen lichid, nu oxigen gazos - Oxigen lichid (LOX - pe scurt și totul este clar).
Greutatea moleculară (pentru o moleculă) este de 32 g/mol. Pentru iubitorii de precizie: masa atomica (masa molara) = 15,99903;
Densitate = 1,141 g/cm³
Punct de fierbere=90,188K (−182,96°C)
Din punct de vedere chimic, este un agent oxidant ideal. A fost folosit în primele rachete balistice ale FAA și omologii săi americani și sovietici. Dar punctul său de fierbere nu se potrivea armatei. Intervalul necesar de temperatură de funcționare este de la –55°C la +55°C (timp lung de pregătire pentru lansare, timp scurt petrecut în serviciul de luptă).
Corozivitate foarte scăzută. Producția este stăpânită de mult timp, costul este mic: mai puțin de 0,1 dolari (după părerea mea, de câteva ori mai ieftin decât un litru de lapte).
Dezavantaje:
Criogenic - răcirea și realimentarea constantă sunt necesare pentru a compensa pierderile înainte de lansare. De asemenea, poate strica și alte TC (kerosen):
În fotografie: ușile dispozitivelor de protecție ale stației de andocare automată de alimentare cu kerosen (ZU-2), cu 2 minute înainte de sfârșitul ciclogramei la efectuarea operației CLOSE CHECKER nu s-a închis complet din cauza înghețului. În același timp, din cauza givrării, semnalul despre părăsirea TUA din lansator nu a trecut. Lansarea a avut loc a doua zi.
Unitatea de umplere cu oxigen lichid RB a fost scoasă de pe roți și instalată pe fundație.
Este dificil să utilizați duza motorului CS și rachetă lichidă ca răcitor.
Vedea
„ANALIZA EFICIENȚEI UTILIZĂRII OXIGENULUI CA RĂCITOR PENTRU CAMERA DE MOTOR DE RACHETE LICHID” SAMOSHKIN V.M., VASYANINA P.YU., Universitatea Aerospațială de Stat din Siberia, numită după Academicianul M.F. Reshetneva
Acum toată lumea studiază posibilitatea utilizării oxigenului suprarăcit sau a oxigenului într-o stare asemănătoare nămolului, sub forma unui amestec de faze solide și lichide ale acestei componente. Priveliștea va fi aproximativ aceeași cu a acestui frumos nămol de gheață din golful din dreapta Shamora:
Imaginați-vă: în loc de N2Oh, imaginează-ți LCD (LOX).
Îndulcirea va crește densitatea globală a oxidantului.
Un exemplu de răcire (suprarăcire) a rachetei balistice R-9A: pentru prima dată, s-a decis utilizarea oxigenului lichid suprarăcit ca oxidant într-o rachetă, ceea ce a făcut posibilă reducerea timpului total de pregătire a rachetei pentru lansare și crește gradul de pregătire pentru luptă.
Nota: Din anumite motive, celebrul scriitor Dmitri Konanykhin s-a aplecat (aproape „înfundat”) pe Elon Musk pentru aceeași procedură.
Cm:
În apărarea monstrului de spaghete Elon Musk, să punem un cuvânt. Partea 1
În apărarea monstrului de spaghete Elon Musk, să punem un cuvânt. Partea 2
ozon-O3
Masa moleculara=48 amu, masa molara=47,998 g/mol
Densitatea lichidului la -188 °C (85,2 K) este de 1,59 (7) g/cm³
Densitatea ozonului solid la -195,7 °C (77,4 K) este de 1,73(2) g/cm³
Punct de topire -197,2(2) °C (75,9 K)
Densitatea lichidului la -188 °C (85,2 K) este de 1,59 (7) g/cm³
Densitatea ozonului solid la -195,7 °C (77,4 K) este de 1,73(2) g/cm³
Punct de topire -197,2(2) °C (75,9 K)
Inginerii s-au luptat mult timp cu el, încercând să-l folosească ca oxidant cu energie ridicată și, în același timp, prietenos cu mediul în tehnologia rachetelor.
Energia chimică totală eliberată în timpul reacției de ardere care implică ozonul este cu aproximativ un sfert mai mare decât pentru oxigenul simplu (719 kcal/kg). În consecință, Iud va fi mai mare. Ozonul lichid are o densitate mai mare decât oxigenul lichid (1,35 față de 1,14 g/cm³, respectiv), iar punctul său de fierbere este mai mare (-112 °C și respectiv -183 °C).
Până acum, un obstacol de netrecut este instabilitatea chimică și explozivitatea ozonului lichid cu descompunerea lui în O și O2, în care apare o undă de detonare care se mișcă cu o viteză de aproximativ 2 km/s și o presiune de detonare distructivă de peste 3 107 dine. Se dezvoltă /cm2 (3 MPa), ceea ce face ca utilizarea ozonului lichid să fie imposibilă cu nivelul actual de tehnologie, cu excepția utilizării amestecurilor stabile de oxigen-ozon (până la 24% ozon). Avantajul unui astfel de amestec este, de asemenea, un impuls specific mai mare pentru motoarele cu hidrogen comparativ cu motoarele cu ozon-hidrogen. Astăzi, astfel de motoare de înaltă eficiență precum RD-170, RD-180, RD-191, precum și motoarele de accelerare în vid, au atins parametrii Isp apropiati de valorile maxime, iar pentru creșterea eficienței mai rămâne o singură variantă, legată de trecerea la noi tipuri de combustibil .
Acidul azotic-HNO3
Stare - lichid la nr.
Masa molară 63.012 g/mol (nu contează ce folosesc Masă molară sau greutate moleculară - aceasta nu schimbă esența)
Densitate = 1,513 g/cm³
T. topitură = -41,59 °C, T. fierbe.=82,6 °C
Masa molară 63.012 g/mol (nu contează ce folosesc Masă molară sau greutate moleculară - aceasta nu schimbă esența)
Densitate = 1,513 g/cm³
T. topitură = -41,59 °C, T. fierbe.=82,6 °C
HNO3 are o densitate mare, cost redus, este produs în cantități mari, este destul de stabil, inclusiv la temperaturi ridicate și este rezistent la foc și la explozie. Principalul său avantaj față de oxigenul lichid este punctul său de fierbere ridicat și, prin urmare, capacitatea de a fi depozitat pe termen nelimitat fără nicio izolație termică. Molecula de acid azotic HNO3 - un agent oxidant aproape ideal. Conține un atom de azot și o „jumătate” moleculă de apă ca „balast”, iar doi atomi și jumătate de oxigen pot fi utilizați pentru a oxida combustibilul. Dar nu era acolo! Acidul azotic este o substanță atât de agresivă încât reacționează continuu cu el însuși - atomii de hidrogen sunt despărțiți dintr-o moleculă de acid și se alătură celor vecine, formând agregate fragile, dar extrem de active din punct de vedere chimic. Chiar și cele mai rezistente clase de oțel inoxidabil sunt distruse lent de acidul azotic concentrat (ca urmare, un „jeleu” gros verzui, un amestec de săruri metalice, se formează în partea de jos a rezervorului). Pentru a reduce activitatea corozivă, la acidul azotic au început să fie adăugate diferite substanțe, doar 0,5% acid fluorhidric reduce de zece ori viteza de coroziune a oțelului inoxidabil.
Pentru a crește pulsul de șoc, la acid se adaugă dioxid de azot (NO).2). Adăugarea de dioxid de azot la acid leagă apa care intră în oxidant, ceea ce reduce activitatea coroziva a acidului, crește densitatea soluției, atingând un maxim la 14% NO dizolvat.2. Americanii au folosit această concentrare pentru rachetele lor militare.
Căutăm recipiente potrivite pentru acid azotic de aproape 20 de ani. Este foarte dificil să selectați materiale de construcție pentru rezervoare, țevi și camere de ardere ale motoarelor de rachete cu combustibil lichid.
Opțiunea de oxidant care a fost aleasă în SUA este cu 14% dioxid de azot. Dar cercetătorii noștri de rachete au acționat diferit. A fost necesar să ajungă din urmă cu orice preț cu Statele Unite, așa că oxidanții de marcă sovietică - AK-20 și AK-27 - conțineau 20 și 27% tetroxid.
Un fapt interesant: În primul avion de luptă cu rachete sovietic BI-1, acidul azotic și kerosenul au fost folosite pentru zbor.
Rezervoarele și țevile trebuiau să fie făcute din metal Monel: un aliaj de nichel și cupru, care a devenit un material structural foarte popular printre oamenii de știință în rachete. Rublele sovietice au fost fabricate aproape 95% din acest aliaj.
Dezavantaje: „muck” tolerabil. Coroziv activ. Impulsul specific nu este suficient de mare. În prezent, aproape niciodată nu este folosit în forma sa pură.
Tetroxid de azot-AT (N2O4)
Masa molara=92,011 g/mol
Densitate = 1,443 g/cm³
Densitate = 1,443 g/cm³
„A preluat ștafeta” de la acidul azotic din motoarele militare. Este autoinflamabil cu hidrazină și UDMH. Punct de fierbere scăzut, dar poate fi păstrat pentru o perioadă lungă de timp dacă se acordă o grijă deosebită.
Dezavantaje: aceeași porcărie ca HNO3, dar cu propriile sale ciudatenii. Se poate descompune în oxid nitric. Toxic. Impuls specific scăzut. Agentul de oxidare AK-NN a fost și este adesea folosit. Este un amestec de acid azotic și tetroxid de azot, numit uneori „acid azotic fumant roșu”. Cifrele indică procentul de N2O4.
Acești oxidanți sunt utilizați în principal în motoarele de rachete militare și motoarele de rachete pentru nave spațiale datorită proprietăților lor: durabilitate și autoaprindere. Combustibilii tipici pentru AT sunt UDMH și hidrazina.
fluor-F2
Masa atomică = 18,998403163 a. e.m. (g/mol)
Masa molară a lui F2, 37,997 g/mol
Punct de topire=53,53 K (−219,70 °C)
Punct de fierbere = 85,03 K (−188,12 °C)
Densitate (pentru fază lichidă), ρ=1,5127 g/cm³
Masa molară a lui F2, 37,997 g/mol
Punct de topire=53,53 K (−219,70 °C)
Punct de fierbere = 85,03 K (−188,12 °C)
Densitate (pentru fază lichidă), ρ=1,5127 g/cm³
Chimia fluorului a început să se dezvolte în anii 1930, mai ales rapid în timpul celui de-al Doilea Război Mondial din 2-1939 și după acesta în legătură cu nevoile industriei nucleare și ale tehnologiei rachetelor. Denumirea „Fluor” (din grecescul phthoros - distrugere, moarte), propusă de A. Ampere în 45, este folosită numai în limba rusă; în multe țări numele este acceptat "fluor". Este un excelent agent de oxidare din punct de vedere chimic. Oxigenează oxigenul, apa și practic totul. Calculele arată că ISP teoretic maxim poate fi obținut pe perechea F2-Be (beriliu) - aproximativ 6000 m/s!
Super? Păcat, nu „super”...
Nu ți-ai dori un astfel de oxidant inamicului tău.Extrem de coroziv, toxic, predispus la explozii la contactul cu materiale oxidante. Criogenic. Orice produs de ardere are, de asemenea, aproape aceleași „păcate”: sunt teribil de corozive și toxice.
Măsuri de siguranță. Fluorul este toxic, concentrația sa maximă admisă în aer este de aproximativ 2·10-4 mg/l, iar concentrația maximă admisă la expunere timp de cel mult 1 oră este de 1,5·10-3 mg/l.
Motorul rachetă 8D21 cu propulsie lichidă care folosește perechea fluor + amoniac a dat un impuls specific la nivelul de 4000 m/s.
Pentru perechea F2+H2 rezultă Isp = 4020 m/s!
Problemă: fluorură de hidrogen HF în evacuare.
Poziția de pornire după lansarea unui astfel de „motor energetic”?
O baltă de metale lichide și alte obiecte chimice și organice dizolvate în acid fluorhidric!
Н2+2F=2HF, la temperatura camerei există ca dimer H2F2.
Se amestecă cu apă în orice proporție pentru a forma acid fluorhidric. Și utilizarea sa în motoarele de rachete ale navelor spațiale nu este realistă din cauza complexității mortale a stocării și a efectului distructiv al produselor de combustie.
Același lucru este valabil și pentru alți halogeni lichizi, de exemplu, clorul.
Motor rachetă cu hidrogen fluor cu o forță de 25 de tone pentru a echipa ambele trepte ale acceleratorului de rachetă AKS „Spirală” trebuia să fie dezvoltat în OKB-456 V.P. Glushko bazat pe un motor de rachetă uzat cu propulsor lichid, cu o forță de 10 tone pe fluoroamoniac (F2+NH3) combustibil.
Peroxidul de hidrogen-H2O2.
Am menționat-o mai sus la combustibilii monocomponent.
Walter HWK 109-507: avantaje în simplitatea designului motorului rachetă. Un exemplu izbitor de astfel de combustibil este peroxidul de hidrogen.
Peroxid de hidrogen pentru părul luxos al blondelor „naturale” și încă 14 secrete ale utilizării sale.
Alles: lista cu agenți oxidanți mai mult sau mai puțin reali este completă. Mă concentrez pe HClО4. Ca agenți oxidanți independenți pe bază de acid percloric, singurii de interes sunt: monohidratul (H2О+ClО4)-solid cristalin și dihidrat (2HO+HClO4) este un lichid vâscos dens. Acidul percloric (care, din cauza Isp, în sine este nepromițător), prezintă interes ca aditiv pentru oxidanți, garantând fiabilitatea autoaprinderii combustibilului.
Agenții oxidanți pot fi clasificați după cum urmează:
Lista finală (cel mai des folosită) de oxidanți împreună cu combustibili reali:
Notă: dacă doriți să convertiți o anumită opțiune de impuls în alta, puteți utiliza o formulă simplă: 1 m/s = 9,81 s.
Spre deosebire de ei, avem inflamabile "îngrămădit".
Inflamabil
Principalele caracteristici ale propulsoarelor lichide bicomponente la pк/pa=7/0,1 MPa
Pe baza compoziției lor fizice și chimice, acestea pot fi împărțite în mai multe grupuri:
Combustibili de hidrocarburi.
Hidrocarburi cu greutate moleculară mică.
Substanțe simple: atomice și moleculare.
Pentru acest subiect, până acum doar hidrogenul (Hidrogeniul) prezintă interes practic.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, Fr2, Si, Cl2, I2 etc. Nu voi lua în considerare în acest articol.
Combustibili de hidrazină („putitori”).
Hidrocarburi cu greutate moleculară mică.
Substanțe simple: atomice și moleculare.
Pentru acest subiect, până acum doar hidrogenul (Hidrogeniul) prezintă interes practic.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, Fr2, Si, Cl2, I2 etc. Nu voi lua în considerare în acest articol.
Combustibili de hidrazină („putitori”).
Treziți-vă, somnoroși - am ajuns deja la alcool (C2H5OH).
Căutarea combustibilului optim a început odată cu dezvoltarea motoarelor de rachete cu propulsie lichidă de către entuziaști. Primul combustibil utilizat pe scară largă a fost etanol), folosit în primul
Rachetele sovietice R-1, R-2, R-5 („moștenirea” FAU-2) și pe Vergeltungswaffe-2 însuși.
Mai precis, o soluție de alcool etilic 75% (etanol, alcool etilic, metil carbinol, alcool vin sau alcool, adesea colocvial pur și simplu „alcool”) - alcool monohidric cu formula C2H5OH (formula empirică C2H6O), altă variantă: CH3CH2-OH
Acest combustibil două neajunsuri serioase, care, evident, nu se potrivea militarilor: performanță energetică scăzută și rezistența scăzută a personalului la „otrăvire” cu astfel de combustibili.
Susținătorii unui stil de viață sănătos (alcoolfobi) au încercat să rezolve a doua problemă cu ajutorul alcoolului furfurilic. Este un lichid otrăvitor, mobil, transparent, uneori gălbui (până la maro închis), care devine roșu în timp când este expus la aer. BARBARI!
Chim. formula: C4H3OCH2Oh, șobolan. formula: C5H6O2. Slam dezgustător Nu este potrivit pentru băut.
Grupa de hidrocarburi.
petrol lampant
Formula condițională C7,2107H13,2936
Amestec combustibil de hidrocarburi lichide (din C8 la C15) cu un punct de fierbere în intervalul 150–250 °C, transparent, incolor (sau ușor gălbui), ușor uleios la atingere
densitate - de la 0,78 la 0,85 g/cm³ (la o temperatură de 20°C);
vâscozitate - de la 1,2 – 4,5 mm²/s (la o temperatură de 20°C);
punctul de aprindere - de la 28°C la 72°C;
putere calorică - 43 MJ/kg.
Părerea mea: nu are rost să scriu despre masa molară exactă
Amestec combustibil de hidrocarburi lichide (din C8 la C15) cu un punct de fierbere în intervalul 150–250 °C, transparent, incolor (sau ușor gălbui), ușor uleios la atingere
densitate - de la 0,78 la 0,85 g/cm³ (la o temperatură de 20°C);
vâscozitate - de la 1,2 – 4,5 mm²/s (la o temperatură de 20°C);
punctul de aprindere - de la 28°C la 72°C;
putere calorică - 43 MJ/kg.
Părerea mea: nu are rost să scriu despre masa molară exactă
Kerosenul este un amestec de diferite hidrocarburi, motiv pentru care apar fracții înfricoșătoare (în formula chimică) și un punct de fierbere „untat”. Combustibil convenabil cu punct de fierbere ridicat. A fost folosit de mult timp și cu succes în întreaga lume în motoare și în aviaţie. Pe asta mai zboară aeronavele Soyuz. Toxicitate scăzută (nu recomand insistent băutul), stabil. Totuși, kerosenul este periculos și dăunător sănătății (consum oral).
Dar există oameni care îi tratează cu orice! Ministerul Sănătății este categoric împotrivă!
Poveștile soldaților: bune pentru a scăpa de cele urâte Pthirus pubis.
Cu toate acestea, necesită și o manipulare atentă în timpul funcționării: video cu prăbușirea unui avion de pasageri
Avantaje semnificative: relativ ieftin, stăpânit în producție. Perechea kerosen-oxigen este ideală pentru prima etapă. Impulsul său specific pe sol este de 3283 m/s, gol 3475 m/s. Defecte. Densitate relativ scăzută.
Kerosenul rachetei americane Rocket Propellant-1 sau Refined Petroleum-1
Relativ ieftin a fost înainte.
Pentru a crește densitatea, liderii în explorarea spațiului au dezvoltat syntin (URSS) și RJ-5 (SUA).
Sinteza sintinei.
Kerosenul are tendința de a depune depuneri de gudron în linii și calea de răcire, ceea ce afectează negativ răcirea. Ei scot în evidență această calitate proastă a lui Mukhin, Velurov @Co.
Motoarele cu kerosen au fost cele mai dezvoltate în URSS.
O capodoperă a inteligenței umane și a ingineriei, „perla” noastră RD-170/171:
Acum a devenit un nume mai corect pentru combustibilii pe bază de kerosen UVG- „combustibil hidrocarburi”, deoarece din kerosen, care a fost ars în lămpi sigure cu kerosen de către I. Lukasiewicz și J. Zech, UVG-ul folosit „a dispărut” foarte mult. departe.
Ca exemplu:naftil.
De fapt, Roscosmos dă dezinformare:
După ce componentele combustibilului sunt pompate în rezervoarele sale - naftil (combustibil pentru rachete)), oxigen lichefiat și peroxid de hidrogen, sistemul de transport spațial va cântări mai mult de 300 de tone (în funcție de modificarea vehiculului de lansare.
Hidrocarburi cu greutate moleculară mică
metan-CH4
Masă molară: 16,04 g/mol
Densitatea gazului (0 °C) 0,7168 kg/m³;
lichid (−164,6 °C) 415 kg/m³
T. fl. = -182,49 °C
pf=-161,58°C
Densitatea gazului (0 °C) 0,7168 kg/m³;
lichid (−164,6 °C) 415 kg/m³
T. fl. = -182,49 °C
pf=-161,58°C
Acum este considerat de toată lumea un combustibil promițător și ieftin, ca alternativă la kerosen și hidrogen.
Designer sef NPO Energomash Vladimir Civanov:
„Impulsul specific al unui motor GNL este mare, dar acest avantaj este compensat de faptul că combustibilul cu metan are o densitate mai mică, deci în total există un ușor avantaj energetic. Din punct de vedere structural, metanul este atractiv. Pentru a elibera cavitățile motorului, trebuie doar să treceți printr-un ciclu de evaporare - adică motorul este mai ușor eliberat de reziduurile de produs. Din acest motiv, combustibilul metan este mai acceptabil în ceea ce privește crearea unui motor reutilizabil și a unei aeronave reutilizabile.
Ieftin, comun, stabil, scăzut de toxicitate. În comparație cu hidrogenul, are un punct de fierbere mai mare, iar impulsul specific asociat cu oxigenul este mai mare decât cel al kerosenului: aproximativ 3250-3300 m/s pe pământ. Nu este un răcitor rău.
Defecte. Densitate scăzută (jumătate din cea a kerosenului). În unele moduri de ardere, se poate descompune odată cu eliberarea de carbon în faza solidă, ceea ce poate duce la o scădere a impulsului din cauza fluxului în două faze și la o deteriorare bruscă a modului de răcire în cameră din cauza depunerii de funingine pe pereții camerei de ardere. Recent, s-au desfasurat activitati active de cercetare si dezvoltare in domeniul utilizarii acestuia (alaturi de propan si gaze naturale), chiar si in directia modificarii gazelor existente. LRE (în special, astfel de lucrări au fost efectuate pe RD-0120).
Deja în 2016, Roscosmos a început dezvoltarea unei centrale electrice cu gaz natural lichefiat.
Sau „Kinder Surpeis”, de exemplu: motorul American Raptor de la Space X:
Acești combustibili includ propanul și gazul natural. Principalele lor caracteristici ca combustibili sunt apropiate (cu excepția densității mai mari și a punctului de fierbere mai mare) de hidrocarburi. Și există aceleași probleme la utilizarea lor.
Pozitionat separat de combustibili hidrogen-H2 (Lichid: LH2).
Masa molară a hidrogenului este de 2 g/mol sau aproximativ 016 g/mol.
Densitate (la nr.)=0,0000899 (la 273 K (0 °C)) g/cm³
Punct de topire = 14,01 K (-259,14 °C);
Punct de fierbere=20,28K (-252,87 °C);
Densitate (la nr.)=0,0000899 (la 273 K (0 °C)) g/cm³
Punct de topire = 14,01 K (-259,14 °C);
Punct de fierbere=20,28K (-252,87 °C);
Folosind perechea LOX-LH2 propus de Ciolkovski, dar implementat de alții:
Din punctul de vedere al termodinamicii H2 un fluid de lucru ideal atât pentru motorul cu propulsie lichidă în sine, cât și pentru turbina turbocompresorului. Un lichid de răcire excelent, atât în stare lichidă, cât și în stare gazoasă. Acest din urmă fapt face posibil să nu vă temeți în mod deosebit de fierberea hidrogenului în calea de răcire și să folosiți hidrogenul gazeificat în acest mod pentru a conduce pompa.
Această schemă este implementată în Aerojet Rocketdyne RL-10 - pur și simplu un motor superb (din punct de vedere ingineresc):
Analogul nostru (chiar mai bine, deoarece mai tânăr): RD-0146 (D, DM) - un motor de rachetă lichid fără gaz dezvoltat de Biroul de proiectare a automatelor chimice din Voronezh.
Deosebit de eficient cu o duză din material Grauris. Dar încă nu zboară
Acest TC oferă un impuls specific ridicat - atunci când este asociat cu oxigen, 3835 m/s.
Aceasta este cea mai mare cifră dintre cele utilizate efectiv. Acești factori determină interesul puternic pentru acest combustibil. Ecologic, la „ieșire” în contact cu O2: apă (vapori de apă). Rechizite comune, practic nelimitate. Stăpânit în producție. Non-toxic. Cu toate acestea, există o mulțime de muscă în unguentul din acest butoi de miere.
1. Densitate extrem de scăzută. Toată lumea a văzut rezervoarele uriașe de hidrogen ale vehiculului de lansare Energia și ale navetei spațiale. Datorită densității scăzute, se aplică (de regulă) la etapele superioare ale vehiculului de lansare.
În plus, densitatea scăzută reprezintă o provocare dificilă pentru pompe: pompele de hidrogen sunt în mai multe etape pentru a asigura debitul de masă necesar fără cavitație.
Din același motiv, este necesar să instalați așa-numitul unități de pompare de amplificare a combustibilului (FPU) imediat în spatele dispozitivului de admisie din rezervoare, pentru a ușura viața pompei principale de combustibil.
Pompele de hidrogen necesită, de asemenea, o viteză de rotație semnificativ mai mare a pompei pentru o funcționare optimă.
2. Temperatură scăzută. Combustibil criogenic. Înainte de realimentare, este necesar să răciți (și/sau să suprarăciți) rezervoarele și întregul tract timp de mai multe ore. Tancuri LV "Falocn 9FT" - o privire din interior:
Mai multe despre „surprize”:
„MODELARE MATEMATICĂ A PROCESELOR DE TRANSFER DE CĂLDURĂ ȘI MASĂ ÎN SISTEME DE HIDROGEN” N0R V.A. Gordeev V.P. Firsov, A.P. Gnevashev, E.I. Postoyuk
FSUE „GKNPTs im. M.V. Khrunicheva, KB „Saliut”; „Institutul de Aviație din Moscova (Universitatea Tehnică de Stat)
Lucrarea descrie principalele modele matematice ale proceselor de transfer de căldură și masă în rezervorul și liniile de hidrogen ale etapei superioare oxigen-hidrogen 12KRB. Au fost identificate anomalii în furnizarea de hidrogen la motoarele cu combustibil lichid și a fost propusă descrierea lor matematică. Modelele au fost testate în timpul testelor pe banc și în zbor, ceea ce a făcut posibilă utilizarea lor pentru a prezice parametrii etapelor superioare seriale ale diferitelor modificări și a lua deciziile tehnice necesare pentru a îmbunătăți sistemele pneumohidraulice.
Punctul de fierbere scăzut face dificilă pomparea în rezervoare și depozitarea acestui combustibil în rezervoare și depozite.
3. Hidrogenul lichid are unele proprietăți ale unui gaz:
Coeficient de compresibilitate (pv/RT) la 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);
Hidrogenul poate fi în stări orto și para. Ortohidrogenul (o-H2) are o orientare paralelă (același semn) a spinurilor nucleare. Para-hidrogen (p-H2)-antiparalel.
La temperaturi normale și ridicate H2 (hidrogen normal, n-H2) este un amestec de 75% orto și 25% para modificări, care se pot transforma reciproc unul în celălalt (transformare orto-para). La conversia o-H2 în p-N2 se eliberează căldură (1418 J/mol).
Hidrogenul poate fi în stări orto și para. Ortohidrogenul (o-H2) are o orientare paralelă (același semn) a spinurilor nucleare. Para-hidrogen (p-H2)-antiparalel.
La temperaturi normale și ridicate H2 (hidrogen normal, n-H2) este un amestec de 75% orto și 25% para modificări, care se pot transforma reciproc unul în celălalt (transformare orto-para). La conversia o-H2 în p-N2 se eliberează căldură (1418 J/mol).
Toate acestea impun dificultăți suplimentare în proiectarea conductelor, a motoarelor cu combustibil lichid, a pompelor, a programelor de funcționare și în special a pompelor.
4. Hidrogenul gazos se răspândește mai repede decât alte gaze în spațiu, trece prin pori mici, iar la temperaturi ridicate pătrunde relativ ușor în oțel și în alte materiale. N2g are o conductivitate termică ridicată, egală cu 273,15 W/(m*K) la 1013 K și 0,1717 hPa (7,3 raportat la aer).
Hidrogenul în stare normală la temperaturi scăzute este inactiv fără încălzire reacţionează doar cu F2 iar în lumină cu Cl2. Hidrogenul reacţionează mai activ cu nemetale decât cu metalele. Reacționează cu oxigenul aproape ireversibil, formând apă cu degajarea a 285,75 MJ/mol de căldură;
5. Hidrogenul formează hidruri cu metale alcaline și alcalino-pământoase, elemente din grupele III, IV, V și VI ale tabelului periodic, precum și cu compuși intermetalici. Hidrogenul reduce oxizii și halogenurile multor metale la metale, hidrocarburile nesaturate la cele saturate (vezi. hidrogenare).
Hidrogenul își renunță foarte ușor electronul. În soluție, se desprinde sub formă de proton din mulți compuși, determinând proprietățile lor acide. În soluții apoase, H+ formează ion hidroniu H cu o moleculă de apă3A. Făcând parte din moleculele diferiților compuși, hidrogenul tinde să formeze o legătură de hidrogen cu multe elemente electronegative (F, O, N, C, B, Cl, S, P).
6. Pericol de incendiu și explozie. Nu este nevoie să-l murați: toată lumea cunoaște amestecul exploziv.
Un amestec de hidrogen și aer explodează de la cea mai mică scânteie în orice concentrație - de la 5 la 95 la sută.
Acea. există hidrogen și Gut (chiar Foarte bine), și în același timp o „durere de cap” (chiar și o durere de cap severă).
Prima lege a dialecticii: „Unitatea și lupta contrariilor” /Georg Wilhelm Friedrich Hegel/
Este impresionant motorul principal al navetei spațiale (SSME)?
Acum estimați-i costul!
Probabil, după ce au văzut acest lucru și după ce au calculat costurile (costul punerii pe orbită a 1 kg de sarcină utilă), legiuitorii și cei care conduc bugetul SUA și NASA în special... au decis „ei bine, dă-o dracu”.
Și îi înțeleg - vehiculul de lansare Soyuz este atât mai ieftin, cât și mai sigur, iar utilizarea RD-180/181 elimină multe dintre problemele vehiculelor de lansare americane și economisește semnificativ banii contribuabililor din cea mai bogată țară din lume.
Cel mai bun motor rachetă este unul pe care îl poți face/cumpăra care să aibă forța pe care o dorești (nici prea mult sau prea puțin) și să fie suficient de eficient (impuls specific, presiunea camerei de ardere) pentru a costa să nu devină prea greu pentru tine. /Philip Terekhov@lozga
Motoarele cu hidrogen sunt cele mai dezvoltate din SUA.
Acum suntem poziționați pe locul 3-4 în „Clubul Hidrogenului” (după Europa, Japonia și China/India).
Voi menționa separat hidrogenul solid și metalic.
Hidrogenul solid cristalizează într-o rețea hexagonală (a = 0,378 nm, c = 0,6167 nm), în nodurile căreia se află moleculele de H2, conectate prin forțe intermoleculare slabe; densitate 86,67 kg/m³; C° 4,618 J/(mol*K) la 13 K; dielectric. La presiuni de peste 10000 MPa, este de așteptat o tranziție de fază cu formarea unei structuri construite din atomi și care posedă proprietăți metalice. Posibilitatea supraconductivității „hidrogenului metalic” a fost prezisă teoretic.
Hidrogenul solid este starea solidă de agregare a hidrogenului.
Punct de topire -259,2 °C (14,16 K).
Densitate 0,08667 g/cm³ (la -262 °C).
Masă albă asemănătoare zăpezii, cristale de sistem hexagonal.
Punct de topire -259,2 °C (14,16 K).
Densitate 0,08667 g/cm³ (la -262 °C).
Masă albă asemănătoare zăpezii, cristale de sistem hexagonal.
Chimistul scoțian J. Dewar a fost primul care a obținut hidrogen în stare solidă în 1899. Pentru a face acest lucru, a folosit o mașină de răcire regenerativă bazată pe efect Joule-Thomson.
Problema este cu el. Se tot pierde: „Oamenii de știință au pierdut singurul eșantion de hidrogen metalic din lume”. Acest lucru este de înțeles: se obține un cub de molecule: 6x6x6. Doar volume „gigant” - doar „alimentați” racheta chiar acum. Din anumite motive, asta mi-a amintit "Nanotanc Chubais". Acest nano-miracol nu a fost găsit de 7 ani sau mai mult.
Voi lăsa deocamdată anameson, antimaterie și heliu metastabil în culise.
...
Combustibili cu hidrazină („puțioase”)
Hidrazină-N2H4
Stare la zero - lichid incolor
Masa molara=32.05 g/mol
Densitate = 1.01 g/cm³
Un combustibil foarte comun.
Se păstrează mult timp și le „adoră” pentru asta. Utilizat pe scară largă în sistemele de control a navelor spațiale și ICBM-uri/SLBM-uri, unde durabilitatea este critică.
Pentru cei care sunt confuzi de Iud la dimensiunea N*s/kg, le raspund: aceasta denumire este „iubita” de militari.
Newton este o unitate derivată bazată pe A doua lege a lui Newton este definită ca o forță care modifică viteza unui corp cu o greutate de 1 kg cu 1 m/s în 1 secundă în direcția forței. Astfel, 1 N = 1 kg m/s2.
În consecință: 1 N*s/kg = 1 kg m/s2*s/kg=m/s.
Stăpânit în producție.
Dezavantaje: toxic, mirositor.
Toxicitatea hidrazinei pentru oameni nu a fost determinată. Conform calculelor lui S. Krop, o concentrație periculoasă ar trebui considerată 0,4 mg/l. Ch. Comstock și colegii de lucru consideră că concentrația maximă admisă nu trebuie să depășească 0,006 mg/l. Conform datelor americane mai recente, această concentrație la expunere de 8 ore este redusă la 0,0013 mg/l. Este important de menționat că pragul pentru senzația olfactivă a hidrazinei la om depășește semnificativ cifrele indicate și este egal cu 0,014-0,030 mg/l. Semnificativ în acest sens este faptul că mirosul caracteristic al unui număr de derivați de hidrazină se simte doar în primele minute de contact cu aceștia. Ulterior, datorită adaptării organelor olfactive, această senzație dispare, iar o persoană, fără să o observe, poate rămâne mult timp într-o atmosferă contaminată care conține concentrații toxice ale substanței menționate.
Vaporii de hidrazină explodează sub compresie adiabatică. Este predispus la descompunere, ceea ce îi permite, totuși, să fie utilizat ca monopropulsant pentru motoarele cu rachete lichide cu tracțiune joasă (LPRE). Datorită dezvoltării producției, este mai frecventă în SUA.
Dimetilhidrazină asimetrică (UDMH)-H2NN(CH3)2
Хим. формула:C2H8N2,Рац. формула:(CH3)2NNH2
Stare la zero - lichid
Masa molara=60,1 g/mol
Densitate=0,79±0,01 g/cm³
Stare la zero - lichid
Masa molara=60,1 g/mol
Densitate=0,79±0,01 g/cm³
Folosit pe scară largă la motoarele militare datorită durabilității sale. La stăpânirea tehnologiei de ampulare, toate problemele au dispărut practic (cu excepția aruncării și a accidentelor cu alocații).
Are un impuls mai mare în comparație cu hidrazina.
Densitatea și impulsul specific cu agenți oxidanți bazici sunt mai mici decât kerosenul cu aceiași agenți oxidanți. Se va aprinde spontan cu oxidanți de azot. Stăpânit în producție în URSS.
Combustibilul preferat V.P. Glushko. Nu este combustibilul preferat al OZK-ului meu și al vieții sălbatice din jur.
Pot scrie un articol întreg despre proprietățile sale urâte (bazat pe funcționarea sistemului de apărare aeriană S-200).
Este folosit, de regulă, cu oxidanți de azot pe motoarele de rachete cu propulsie lichidă ale ICBM-urilor, SLBM-urilor, navelor spațiale și pe vehiculul nostru de lansare Proton-*.
Dezavantaje: extrem de toxic. Același „puturos” ca și restul „puților”. Mult mai scump decât kerosenul.
Hidrazina este extrem de otrăvitoare
Pentru a crește densitatea, este adesea folosit în amestec cu hidrazină, așa-numita. Aerozin-50, unde 50 este procentul de UDMH. Mai frecvente în URSS.
Și în motorul cu reacție al unui bombardier francez Dassault Mirage III (video bun, recomand) UDMH este folosit ca aditiv activator pentru combustibilul tradițional.
Referitor la combustibilii hidrazini.
Impingerea specifică este egală cu raportul dintre tracțiune și greutatea consumului de combustibil; în acest caz se măsoară în secunde (s = N s/N = kgf s/kgf). Pentru a converti tracțiunea specifică greutății în tracțiune de masă, aceasta trebuie înmulțită cu accelerația gravitației (aproximativ egală cu 9,81 m/s²)
Lăsat în culise:
Anilină, metil-, dimetil- și trimetilamine și CH3NHNH2-Metilhidrazină (aka monometilhidrazină sau heptil), etc.
Nu sunt atât de comune. Principalul avantaj al grupului de hidrazină inflamabilă este durata sa lungă de valabilitate atunci când se utilizează oxidanți cu punct de fierbere ridicat. Lucrul cu ele este foarte neplăcut - toxici inflamabili, agenți oxidanți agresivi, produse de combustie toxice.
În jargonul industriei, acești combustibili sunt numiți „puțioase” sau „mirositoare”.
Putem spune cu un grad ridicat de încredere că, dacă vehiculul de lansare are motoare „mirositoare”, apoi „înainte de căsătorie” a fost o rachetă de luptă (ICBM, SLBM sau sistem de apărare antirachetă - care este deja o raritate). Chimia în serviciul atât al armatei, cât și al civililor.
Singura excepție, poate, este vehiculul de lansare Ariane - crearea unei cooperative: Aérospatiale, Matra Marconi Space, Alenia, Spazio, DASA, etc. A suferit o soartă militară similară în „copilă”.
Aproape toți militarii au trecut la motoare cu rachete cu combustibil solid, deoarece erau mai convenabil de utilizat. Nișa pentru combustibilii „mirositoare” în astronautică s-a restrâns pentru a fi utilizate în sistemele de propulsie a navelor spațiale, unde este necesară stocarea pe termen lung fără costuri speciale de materiale sau energie.
Poate că prezentarea generală poate fi exprimată pe scurt grafic:
Oamenii de știință în rachete lucrează, de asemenea, în mod activ cu metanul. Nu există dificultăți operaționale deosebite: vă permite să creșteți destul de bine presiunea în cameră (până la 40 MPa) și obține performanțe bune.
(RD0110MD, RD0162. Proiecte cu metan. Vehicule de lansare reutilizabile promițătoare) și alte gaze naturale (GNL).
Despre alte direcții de îmbunătățire a caracteristicilor motoarelor rachete cu propulsie lichidă (metalizarea combustibililor, utilizarea nepropulsantelor2, acetam și altele) voi scrie mai târziu. Dacă există interes.
Utilizarea efectului radicalilor liberi este o perspectivă bună.
Arderea prin detonare este o oportunitate pentru mult așteptatul salt pe Marte.
Arderea prin detonare este o oportunitate pentru mult așteptatul salt pe Marte.
Postfaţă:
în general, toate complexele tehnice de rachete (cu excepția complexelor științifice și tehnologice), precum și încercările de a le face acasă, sunt foarte periculoase. Vă sugerez să citiți cu atenție:Chris Monger, în vârstă de 26 de ani, tată a doi copii, a decis să pregătească combustibilul pentru rachete acasă, folosind instrucțiunile pe care le-a urmărit pe YouTube.. Amestecul, pe care îl pregătea pe aragaz într-o cratiță, a explodat conform așteptărilor. Drept urmare, bărbatul a primit un număr mare de arsuri și a petrecut cinci zile în spital.
Toate manipulările la domiciliu (garaj) cu astfel de componente chimice sunt extrem de periculoase și uneori ilegale. Este MAI BINE să nu vă apropiați de locurile în care se vărsă fără echipament de protecție și mască de gaz:
La fel ca în cazul mercurului vărsat: sunați la Ministerul Situațiilor de Urgență, vor veni rapid și vor ridica totul profesional.
Mulțumesc tuturor celor care au reușit să suporte totul până la capăt.
Surse primare:
Kachur P. I., Glushko A. V. „Valentin Glushko. Designer de motoare de rachete și sisteme spațiale”, 2008.
G.G. Gahun „Proiectarea și proiectarea motoarelor cu rachete lichide”, Moscova, „Inginerie mecanică”, 1989.
Posibilitatea de a crește impulsul specific al unui motor rachetă cu propulsie lichidă
la adăugarea heliului în camera de ardere S.A. Orlin MSTU numit după. N.E. Bauman, Moscova
M.S. Shekhter. „Combustibili și fluide de lucru ale motoarelor de rachetă”, Inginerie mecanică” 1976
Zavistovsky D.I. „Conversații despre motoarele de rachetă”.
Philip Terekhov @lozga (www.geektimes.ru).
"Tipuri de combustibil și caracteristicile acestora. Combustibilul este o substanță inflamabilă folosită pentru a produce căldură. Compoziția combustibilului. Partea combustibilă - carbon C-hidrogen H-sulf - prezentare de Oksana Kaseeva
Fakas S.S. „Fundamentals of liquid propellent motors. Fluide de lucru”
Fotografii și materiale video au fost folosite de pe site-urile:
Studio TV 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.transtank.rf
www.chistoprudov.livejournal.com/104041.html
www.cryogenmash.ru
www.eldeprocess.ru
www.chemistry-chemists.com
www.rusvesna.su
www.arms-expo.ru
www.armedman.ru
www.transtank.rf
www.ec.europa.eu
www.mil.ru
www.kbkha.ru
www.naukarus.com
informații