Impulsion spécifique de kérosène. Moteur à réaction nucléaire en phase solide. Améliorer les caractéristiques de la cour. cour hybride

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Carburant de fusée (RT)

Une substance ou une combinaison de substances qui sont une source d'énergie et un fluide de travail pour créer une force réactive dans un moteur-fusée (RD). Selon le type de source d'énergie, on distingue les RT chimique et nucléaire. La plus grande application pratique pour le RD des missiles balistiques intercontinentaux (ICBM) utilisés dans les Forces de missiles stratégiques a reçu une RT chimique, qui est à la fois une source d'énergie libérée en raison de réactions de combustion exothermiques et une source d'un fluide de travail, qui est la combustion de carburant. des produits. Selon l'état d'agrégation, les RT chimiques sont divisées en agrégats liquides (LRT), solides (SRT) et mixtes.

ZhRT - carburants de fusée qui sont à l'état liquide d'agrégation dans les conditions de fonctionnement. Les ZhRT sont subdivisés en monocomposant (unitaire) et en deux composants, également appelés carburants à alimentation séparée. Les substances chimiques ou leurs mélanges capables, dans certaines conditions, de réactions chimiques de décomposition ou de combustion avec dégagement d'énergie thermique peuvent être considérées comme SLR à un composant. Ces substances comprennent, par exemple, l'hydrazine N2H4, le peroxyde d'hydrogène H2O2, l'oxyde d'éthylène CH2CH2O et d'autres. Le LRT à deux composants se compose d'un comburant et d'un carburant. Des substances contenant principalement des atomes d'éléments oxydants sont utilisées comme agents oxydants. Ces substances comprennent le fluor liquide F2 et l'oxygène O2, l'acide nitrique concentré HNO3 et le tétroxyde d'azote N2O4. Les LRT combustibles les plus efficaces sont l'hydrogène liquide H2, le kérosène T-1 (fraction avec une plage d'ébullition de 150...280°C), l'hydrazine N2H4, la diméthylhydrazine asymétrique H2NN(CH3)2 (UDMH). Les métaux Mg, Al et leurs hydrures, qui sont introduits dans les combustibles liquides sous forme de poudres dispersées avec formation de gels, peuvent également être utilisés comme combustibles. Lorsqu'ils sont introduits dans la chambre de combustion RD, les composants LRT peuvent s'enflammer spontanément (par exemple, N2O4 + H2NN(CH3)2) ou ne pas s'enflammer (l.H2 + l.O2). Dans ce dernier cas, des systèmes d'allumage spéciaux ou des carburants de démarrage spéciaux sont utilisés. Les moteurs-fusées à propergol liquide à deux composants sont principalement utilisés dans les moteurs de soutien des fusées et leurs étages. Pour conférer le complexe de propriétés requises aux composants du carburant, des additifs spéciaux sont généralement introduits dans les composants du carburant, qui contribuent, par exemple, à une augmentation de la stabilité des propriétés physicochimiques des composants pendant le stockage ou le fonctionnement. Le principal avantage des SLR, qui détermine la faisabilité de leur utilisation, est la possibilité d'obtenir haut niveau caractéristiques énergétiques.

Par exemple, pour les combustibles à base d'O2 liquide et de H2 à pk/pa=7/0,1 MPa, l'impulsion spécifique va jusqu'à 3835 m/s, alors que pour les combustibles solides les plus énergétiques sa valeur ne dépasse pas 3000 m/s dans des conditions comparables.

Les composants du LRT sont divisés en points d'ébullition élevés et points d'ébullition bas. Le composant à point d'ébullition élevé est un composant du liquide propulseur liquide qui a un point d'ébullition supérieur à 298 K dans des conditions standard. Les composants à point d'ébullition élevé dans la plage de température de fonctionnement sont des liquides. Les composants à point d'ébullition élevé comprennent les oxydants d'acide nitrique, le tétroxyde d'azote, ainsi qu'un certain nombre de carburants largement utilisés - kérosène T-1, diméthylhydrazine asymétrique, etc.

Le composant à bas point d'ébullition est un composant du liquide propulseur liquide qui a un point d'ébullition inférieur à 298 K dans des conditions standard. Dans la plage de températures de fonctionnement de la technologie des fusées, les composants à bas point d'ébullition sont généralement à l'état gazeux. Pour contenir les composants à bas point d'ébullition à l'état liquide, un équipement technologique spécial est utilisé. Parmi les composants à bas point d'ébullition, on distingue les composants dits cryogéniques, ayant un point d'ébullition inférieur à 120K. Les composants cryogéniques comprennent les gaz liquéfiés : oxygène, hydrogène, fluor, etc. Pour réduire les pertes par évaporation et augmenter la densité, il est possible d'utiliser un composant cryogénique à l'état boueux, sous la forme d'un mélange des phases solide et liquide de ce composant.

TRT - systèmes explosifs homogènes ou hétérogènes capables d'auto-combustion dans une large gamme de pressions (0,1 ... 100 MPa) avec dégagement d'une quantité importante de chaleur et de produits de combustion gazeux. Selon la composition chimique et la méthode de production, ils sont divisés en balistiques et mixtes. La base structurelle et énergétique des balistites sont les nitrates de cellulose - colloxylines avec une teneur en azote d'environ 12%, plastifiées avec des solvants actifs peu volatils (nitroglycérine, dinitrate de diéthylène glycol) ou d'autres nitroesters liquides. La composition des balistites peut contenir des explosifs puissants (MI) - octogène ou hexogène, et comprend également des stabilisateurs de stabilité chimique, des stabilisateurs de combustion, des modificateurs de combustion, des additifs technologiques et énergétiques (poudres d'Al, Mg ou leurs alliages). Les balistites sont des solutions solides qui se trouvent dans la plage de température de fonctionnement dans un état physique vitreux.

Les TRT mixtes sont des mélanges hétérogènes d'un agent oxydant (principalement du perchlorate d'ammonium NH4ClO4, du perchlorate de potassium KClO4 ou du nitrate d'ammonium NH4NO3) et d'un liant combustible, qui est un polymère plastifié (par exemple, caoutchouc butyle, polybutadiène, polyuréthane) avec des ingrédients du système de et des additifs spéciaux. De puissants explosifs de sautage (RDX ou HMX) en quantité allant jusqu'à 50% et jusqu'à 20% de combustibles métalliques (Al, Mg ou leurs hydrures) peuvent être introduits dans la composition des HRT mixtes pour améliorer leurs caractéristiques énergétiques. La régulation des caractéristiques balistiques (taux de combustion et sa dépendance à divers facteurs) du HRT est généralement effectuée en modifiant la dispersion des composants en poudre ou en introduisant des modificateurs de combustion dans la composition des carburants. Les composants du TRT mixte remplissent généralement plusieurs fonctions: les oxydants sont des charges de la matrice polymère, fournissent le niveau requis de caractéristiques balistiques et d'énergie-masse; les combustibles, qui sont le plus souvent des polymères plastifiés, assurent la solidité de la charge propulsive solide et le niveau requis de ses caractéristiques mécaniques ; le combustible métallique est conçu pour augmenter la densité du combustible et augmenter ses capacités énergétiques.

La quantité de propergol solide déterminée en masse, qui est la principale source d'énergie et de fluide de travail, ayant une forme, une taille et une surface de combustion initiale données, est appelée charge de combustible solide (SSP). En ce qui concerne les moteurs-fusées à propergol solide, le CTT est compris comme une partie du RD qui fournit la loi requise de formation de gaz du fluide de travail. Selon la méthode d'installation dans la chambre de la fusée à propergol solide, les charges sont divisées en coulées lâches et fermement fixées dans le corps et coulées dans le corps, détachées à l'aide de manchettes.

Dans la plage de température de fonctionnement, les TRT composites sont dans un état hautement élastique. Le TRT par rapport au LRT est plus facile à exploiter, mais inférieur en termes de caractéristiques énergétiques.

Les carburants à composition d'agrégats mixtes (hybrides) sont des RT à deux composants, dans lesquels les composants, étant dans des états d'agrégats différents, peuvent être liquides, solides ou gazeux. En raison de la complexité de la configuration du RD, les RT hybrides sont utilisés dans une mesure limitée.

Dans le RD des ICBM des forces de missiles stratégiques, on utilise à la fois des LRT à auto-allumage à haut point d'ébullition (principalement N2O4 + H2NN (CH3) 2) et des TRT mixtes. Les ZhRT sont utilisés dans le RD des missiles basés sur des silos amplifiés, et les TRT dans le RD des missiles basés sur des silos et mobiles.

Languette. 1. Les principales caractéristiques du TLR à deux composants à p à /p a = 7 / 0,1 MPa

Languette. 2. Composition principale et principales caractéristiques du TRT balistique

Propulseur liquide (LPF) - une substance ou une combinaison de substances à l'état liquide, capable de former des produits à haute température à la suite de réactions chimiques exothermiques, qui créent une force réactive lorsqu'elles sortent d'un moteur-fusée.
Le propulseur liquide peut être divisé en un composant et deux composants. Un carburant à un seul composant, tel qu'un mélange appelé nitrométhane, produit généralement de l'oxygène et du carburant par décomposition, et le résultat est un mélange gazeux à haute pression et haute température.
Les propergols liquides pour fusées peuvent, comme les propergols solides, être classés en formulations utilisées pendant la guerre et en formulations encore en recherche et développement. Ensuite, les systèmes à un et deux composants doivent être considérés séparément.
Le propulseur liquide auxiliaire (LFP) est un combustible liquide autre que le principal et utilisé uniquement à des fins auxiliaires, par exemple, pour la formation de produits de génération de gaz qui sont émis en plus de la chambre de combustion principale.
Dans les propulseurs liquides, dans lesquels l'eau se dissout indéfiniment, la libération de celle-ci sous forme de cristaux ne se produit pas.
Les oxydants pour propulseurs liquides sont des substances qui sont utilisées comme composants propulseurs et assurent l'oxydation du carburant dans la chambre LRE. La conception et l'ingénierie énergétique d'un moteur-fusée à propergol liquide sont largement déterminées par la nature du comburant pour une même composition de carburant. Les carburants contenant de l'oxygène liquide comme oxydant avec un point d'ébullition de -183 C diffèrent des carburants à base d'acide nitrique, qui bout à 86 C. Le peroxyde d'hydrogène diffère également considérablement dans ses propriétés des deux premiers oxydants. L'une des propriétés caractéristiques du peroxyde d'hydrogène est la capacité de décomposition catalytique, qui se déroule en présence de catalyseurs à très grande vitesse et avec dégagement d'une quantité importante de chaleur. On connaît des oxydants qui diffèrent encore plus significativement dans leurs propriétés des trois premiers, tels que le fluor et les oxydants à base de composés fluorés.
Oxygène liquide, peroxyde d'hydrogène, acide nitrique avec 15 à 20% d'oxydes d'azote, tétroxyde d'azote, tétranitrométhane, fluor, ses mélanges avec l'oxygène liquide, composés fluorés avec de l'acide.
Croissance de fissure sous-critique sur l'alliage d'aluminium 2021 - T81 dans N2O (orientation de la fissure HP, température 63 C, pression 0,7 MPa E36]. Les nombres près des points sont la taille de la fissure, mm. t est le temps sous charge. Le tétroxyde d'azote est utilisé sous forme de liquide carburant de fusée.
Schéma d'une date de fusée liquide et d'un gel. Ces deux substances sont les deux composants du carburant liquide pour fusée. Le réservoir 8 est destiné au fluide de travail de la turbine qui, traversant le réacteur 7, met en mouvement la turbine 4.
Dioxyde et O4 - oxydants dans le carburant de fusée liquide, explosifs mixtes, dans la purification des produits pétroliers à partir de sulfurorg.
L'ergol liquide principal (LPR) est un ergol liquide (LPR) qui permet d'obtenir tout ou partie de la poussée.

Le propulseur liquide (LRP) est un composant du propulseur liquide qui s'oxyde pendant la combustion.
L'oxydant de fusée liquide (LRW) est un composant du carburant de fusée liquide qui sert à oxyder le carburant pendant la combustion.
Le peroxyde d'hydrogène hautement concentré est utilisé dans la technologie des fusées comme oxydant pour le propulseur liquide.
Les fluorures d'azote sont utilisés dans la production de tétrafluorohydrazine pour le soudage des métaux, comme oxydants pour les propulseurs liquides de fusée.
Le propulseur solide est stocké sous forme de charge dans la chambre de combustion, tandis que le propulseur liquide est introduit par des têtes de pulvérisation (buses) à la fois par des soufflantes et à partir de réservoirs de service sous pression. Dans tous les moteurs-fusées, le concepteur s'efforce d'obtenir une combustion stable à une pression éventuellement constante dans la chambre de combustion.
Ce livre, compilé sur la base de documents de presse étrangers, décrit les principales propriétés des carburants pour fusées liquides et les caractéristiques de leur utilisation, principalement dans les moteurs de fusées liquides.
Comprenant chacune des substances fournies séparément à la chambre de combustion en tant que composant de carburant, les carburants pour fusées liquides sont divisés en composants monocomposants et bicomposants.
À l'heure actuelle, un certain nombre de revues contenant des données sur les densités des composants des propulseurs liquides pour fusées sont connues. Cependant, ces revues sur les densités de composants sont insuffisantes ; en outre, des publications sont récemment apparues dans lesquelles de nouvelles valeurs de densités, souvent plus précises, sont données.
Selon l'augmentation de max, les carburants étudiés en mélange avec l'air M peuvent être rangés B dans la rangée suivante : essence et carburants liquides pour fusées, paraffines et composés aromatiques, monoxyde de carbone, cyclohexane et cyclopropane, éthylène, oxyde de propylène, oxyde d'éthylène, l'acétylène et l'hydrogène.
Deux isomères sont connus : symétrique CH3MN-MNSNz et asymétrique (CH3) aM - NH2, ils sont utilisés comme composant combustible dans les carburants liquides pour fusées.
Le composant de propulseur liquide (LP) est une partie du propulseur liquide qui diffère par sa composition et est stocké et fourni séparément à un moteur-fusée à propulseur liquide. Le composant carburant peut être constitué d'un ou d'un mélange de produits chimiques individuels. Dans la composition du propulseur solide, il est également possible de distinguer les composants - les substances individuelles qui composent le propulseur solide.
À cet égard, il convient de rappeler que l'erreur fatale du conseiller scientifique Churchill Lindemann, qui a nié la possibilité de la fusée V-2 même après qu'on lui a montré ses photographies (elle ne volerait pas), s'expliquait apparemment par son engagement exclusif au combustible solide et à la réticence obstinée à accepter l'idée d'un propulseur liquide.
En pratique, la méthode de calcul de la composition massique est très largement acceptée non pas par mole, mais par 1 kg de carburant ou de composant de carburant. Pour les propergols liquides pour fusées, où les éléments chimiques individuels ou leurs composés simples sont largement utilisés, cette méthode présente des avantages indéniables.
Le processus de travail dans un moteur-fusée à propergol liquide en mode stationnaire se déroule comme suit. Les composants propulseurs liquides sont introduits dans la chambre de combustion par des buses qui dosent le débit et atomisent les composants propulseurs, assurant leur mélange initial. La qualité du macromélange dépend du type de buses et de leur placement sur la tête. En tête de chambre, les champs d'intensité d'écoulement et le rapport des composants sont inégalement répartis. Cela a un impact significatif sur le déroulement ultérieur du flux de travail.

Les principaux facteurs déterminant les conditions d'allumage sont: la température et la pression initiales, la composition du mélange, les facteurs hydrodynamiques affectant l'alimentation et le mélange des combustibles liquides, ainsi que l'apport et l'évacuation de la chaleur lors des réactions chimiques. La période de retard d'auto-allumage des ergols liquides comprend le temps de développement des processus physiques Tf de l'étape initiale du processus d'allumage et le temps des réactions chimiques Tx du processus d'allumage.
Les conséquences des activités roquettes et spatiales, à la fois pacifiques et surtout militaires, représentent un danger environnemental exceptionnel pour le pays. L'heptyl est extrêmement dangereux - un carburant de fusée liquide très toxique, qui a été utilisé et est maintenant largement utilisé en Russie en quantités énormes. On a calculé que si seulement un dixième des missiles étaient lancés, la Russie elle-même périrait de la contamination de son territoire par l'heptyle. L'opinion est exprimée que le problème de la destruction de l'heptyle ne sera pas moins sûr pour notre pays que la destruction des armes nucléaires.
Les premières études forcées de systèmes monocomposants aux États-Unis ont été associées au lancement du projectile V-1 en Allemagne. Lorsque le département de chimie militaire a été chargé de rechercher et de développer des propulseurs liquides pour un tel projectile, on savait que 80 à 90% de peroxyde d'hydrogène, décomposé catalytiquement par le permanganate, était utilisé en Allemagne. Parallèlement, des travaux ont commencé sur la production et l'étude des propriétés et des méthodes d'utilisation de H2O2 concentré et sur la possibilité de remplacer le peroxyde d'hydrogène par du nitrométhane ou un système à deux composants d'acide nitrique rouge fumant - aniline.
Dans l'industrie chimique, le peroxyde d'hydrogène est utilisé comme agent oxydant dans la production de colorants de cuve, en médecine comme désinfectant et dans la pratique analytique comme réactif. Le peroxyde d'hydrogène hautement concentré est utilisé comme oxydant pour le carburant de fusée liquide.
Le peroxyde d'hydrogène libéré lors de l'étape d'hydrolyse à la suite de la distillation se transforme soit en solutions diluées à 3-5%, soit en perhydrol - solution aqueuse à 33-35%. Le peroxyde d'hydrogène concentré est utilisé comme agent oxydant dans les propergols liquides pour fusées. Un litre de H202 100% peut donner, lorsqu'il est décomposé en ses éléments constitutifs, jusqu'à 400 litres d'oxygène.
Le fgor élémentaire est utilisé sous forme liquide comme agent oxydant pour les propulseurs liquides. Il est utilisé pour obtenir : C1Pz - comburant propulseur liquide ; SFe - diélectrique ; fluorures métalliques Co, Ag, Mn, Sb - réactifs de fluoration.
La monographie se compose de trois parties. La première partie traite des carburants pour fusées modernes, de leur portée et de leurs caractéristiques. Propulseurs liquides, où le comburant et le propulseur sont placés dans des réservoirs séparés, leurs caractéristiques énergétiques sont examinées plus en détail. Les carburants monocomposants contenant tous les éléments de combustion nécessaires sont décrits. Une attention considérable est accordée aux combustibles solides mixtes, à leur composition, à leurs propriétés énergétiques. Les caractéristiques des moteurs de fusée hybrides et des carburants de type gel sont données.
Les caractéristiques théoriques calculées des carburants à base de carburants hydrocarbonés avec un certain nombre d'oxydants (p / ra 68.| 9 - 11 - données similaires, mais avec diméthylhydrasium asymétrique et carburant hydrocarboné. Les caractéristiques de l'impulsion spécifique dans le vide, comme on peut vu des tableaux ci-dessous, ne dépassez pas 10 - 20% de l'impulsion spécifique à la surface de la Terre.La figure 8 montre les caractéristiques des propergols liquides pour fusées avec des oxydants proches et de l'hydrogène liquide.
Protection thermique par transfert de masse. Considérez le premier film de refroidissement. La température de surface du corps ne dépassera pas le point d'ébullition du liquide tant qu'il y aura un film à la surface. Dans la technologie des fusées, le propulseur liquide peut être utilisé comme liquide de refroidissement.
La différence la plus significative entre les schémas A et B se manifeste dans le processus de combustion du carburant, ce problème sera discuté ci-dessous plus en détail. Pour les vies supérieures mixtes modernes, les exigences techniques peuvent également être clairement formulées. Elles sont réparties en trois groupes au même titre que les exigences techniques des ergols liquides classiques.

Le grand scientifique russe Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky a souligné en 1903 que le carburant composé d'hydrogène liquide et d'oxygène liquide est l'un des carburants les plus efficaces pour les moteurs de fusée. Les moteurs-fusées à hydrogène liquide ont une poussée spécifique élevée. Les carburants tels que l'hydrogène liquide - le fluor liquide, l'hydrogène liquide - l'oxygène liquide sont les plus économes en énergie parmi les carburants pour fusées liquides. En tableau. 1 montre des valeurs de poussée spécifiques pour certains ergols liquides.

Un intérêt particulier pour l'hydrogène liquide a commencé à se manifester en relation avec les perspectives de son utilisation comme carburant de fusée - le grand scientifique russe Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky a souligné en 1903 que le carburant composé d'hydrogène liquide et d'oxygène liquide est l'un des carburants les plus efficaces pour les moteurs de fusée. Les moteurs-fusées à hydrogène liquide ont une poussée spécifique élevée. Les carburants tels que l'hydrogène liquide - le fluor liquide, l'hydrogène liquide - l'oxygène liquide sont les plus économes en énergie parmi les carburants pour fusées liquides. En tableau. 1 montre des valeurs de poussée spécifiques pour certains ergols liquides.
L'hémioxyde (gaz hilarant) N20 est un gaz incolore à l'odeur agréable, on se dissout facilement dans l'eau ; utilisé comme anesthésique. Le monoxyde de NO est un gaz peu soluble dans l'eau ; un produit intermédiaire dans la production d'azote à-vous. Dioxyde N02 - gaz brun, dans des conditions normales un mélange de N02 et de son dimère N204 ; comburant en propergol liquide, catalyseur d'oxydation organique.
Caractéristiques estimées de certains ergols liquides. En combinaison avec le tétroxyde d'azote et l'acide nitrique, les amines et la diméthylhydrazine forment un combustible à combustion stable auto-inflammable avec une courte période de retard d'allumage. En mélange avec de l'oxygène, il s'enflamme facilement à partir d'une source externe, a un pouvoir calorifique très élevé à une température de combustion relativement basse. L'utilisation d'hydrogène liquide peut augmenter considérablement le sp. Utilisation pratique l'hydrogène liquide est gêné par sa faible densité et son point d'ébullition extrêmement bas. La plupart des propulseurs liquides utilisés sont hautement corrosifs et toxiques. Travailler avec eux nécessite de prendre des précautions.
Habituellement, les fusées sont classées en fonction du carburant utilisé - liquide ou solide. Les fusées à propergol liquide sont en outre subdivisées en systèmes dans lesquels des composants de propergol liquide sont introduits dans la chambre de combustion par des systèmes de pression de gaz et de pompage. Les propergols solides intéressent beaucoup les chimistes modernes. Des progrès significatifs ont été réalisés dans la technologie des propergols solides. Cependant, cet article se concentre principalement sur les propulseurs liquides utilisés dans les grandes fusées pompées. Les fusées de ce type sont principalement utilisées dans les gros missiles guidés, y compris les missiles intercontinentaux, et dans les fusées à plusieurs étages pour créer une forte poussée au lancement. satellites artificiels.
Le cyanure de calcium et le malononitrile servent de lixiviants pour l'or. De plus, le cyanure de calcium est utilisé comme fumigant, pesticide, stabilisant pour le ciment ; il fait partie de l'acier inoxydable. Le thiocyanate d'ammonium est utilisé dans la fabrication d'allumettes et en photographie, pour la double teinture des tissus et pour améliorer la résistance de la soie lestée de sels d'étain. Il est utilisé comme stabilisant pour les adhésifs, comme additif indicateur dans les champs pétrolifères et comme ingrédient dans les pesticides et le carburant liquide pour fusée. Le cyanate de potassium est utilisé comme intermédiaire chimique et comme herbicide.
En réagissant avec les solides, il forme des fluorures et, lorsqu'il interagit avec des rampes p aqueuses, il forme des fluorures et des oxydes. Fluore les métaux à basse température. Réagit de manière explosive avec l'eau, l'hydrogène, les halogènes lorsqu'il est initié par une étincelle ou chauffé. La présence de dissociation le long du moignon OF2OF F se manifeste en plus des réactions. L'OF2 est obtenu par fluoration d'une solution aqueuse de soude caustique ou de potassium : 2F2 2NaOH OF2 2NaF H2O, ainsi que par électrolyse d'une solution aqueuse de HF. Il présente un intérêt en tant qu'oxydant pour les propergols liquides de fusée.