Treibmittelsaga

Vorwort

Und er wird es nicht sein, um nicht zu spammen, alles wird im "Nachwort" beschrieben. Lesen Sie es unbedingt, damit es keine Dissonanzen mit früheren Kommentaren gibt.
Der Artikel musste am 01.03.2017 überarbeitet werden und unterscheidet sich vom Original.

Achtung! Sie sollten diesen Artikel nicht als eine Art wissenschaftliche Arbeit oder einen Anspruch auf den Nobelpreis betrachten.
Umso mehr:

"... und unter der Sonne gibt es nichts Neues"

(Prediger 1: 9).
Über Treibstoffe, Raketen, Raketentriebwerke wurde geschrieben, geschrieben und wird geschrieben.

Eine der ersten Arbeiten zu LPRE-Kraftstoffen kann als ein Buch von V.P. Glushko „Flüssiger Brennstoff für Düsentriebwerke“ betrachtet werden, das 1936 veröffentlicht wurde.


Für mich schien das Thema interessant zu sein, bezogen auf meine frühere Spezialität und mein Studium an der Universität. Umso mehr "schleppte" sie ihre jüngeren Nachkommen. "Kneten wir den Koch und führen diesen Thread, und wenn wir zu faul sind, können wir es herausfinden. " Anscheinend werden Lin Industrial Lorbeeren heimgesucht.

Sie möchten also Ihren Raketentriebwerk richtig in die Luft jagen.

Wir werden es gemeinsam unter strenger elterlicher Kontrolle "herausfinden".

"Schlüssel zum Start" ... "Lass uns gehen!" (Yu.A. Gagarin & S.P. Korolev)


Unabhängig von der Art der RD (Schema, Art des Prozesses), die in der Raketentechnik verwendet wird, besteht der beabsichtigte Zweck darin, Schub (Kraft) zu erzeugen, indem die in der RT gespeicherte Anfangsenergie in kinetische Energie (Ek) des Strahls des Arbeitsmediums umgewandelt wird.
Ek eines Jetstreams in RD werden verschiedene Arten von Energie umgewandelt (chemisch, nuklear, elektrisch).
Bei chemischen Motoren kann der Kraftstoff nach Phasenzuständen unterteilt werden: gasförmig, flüssig, fest, gemischt.

Teil Nr. 1 - Kraftstoff für Raketentriebwerke mit flüssigem Treibstoff oder flüssige Raketentreibstoffe.

Klassifizierung chemischer Kraftstoffe für Raketentriebwerke (konventionell):




Im Allgemeinen kann die chemische Reaktion von RT-Komponenten als chemische Wärmeenergiequelle für RD angesehen werden.

Ich werde mit Km0 senden. Dies ist ein sehr wichtiges Verhältnis für Rollwege: Kraftstoff kann auf Rollwegen unterschiedlich verbrennen (eine chemische Reaktion auf Rollwegen ist nicht das übliche Verbrennen von Brennholz in einem Kamin , in dem Luftsauerstoff als Oxidationsmittel wirkt). Die Verbrennung (genauer Oxidation) von Kraftstoff in einer Raketentriebwerkskammer ist in erster Linie eine chemische Oxidationsreaktion mit Wärmeentwicklung. Und der Verlauf chemischer Reaktionen hängt wesentlich davon ab, wie viele Substanzen (ihr Verhältnis) in die Reaktion eingehen.
Wie man bei der Verteidigung eines Kursprojekts, einer Prüfung oder beim Bestehen eines Tests einschläft. / Dmitry Zavistovsky

Der Wert von Km0 hängt von der Wertigkeit ab, die die chemischen Elemente in der theoretischen Form der chemischen Reaktionsgleichung aufweisen können. Beispiel für ZhRT: AT + UDMH .

Ein wichtiger Parameter ist der Koeffizient des überschüssigen Oxidationsmittels (griechisch-griechisch „α“ mit einem Index von „ca.“) und das Massenverhältnis der Komponenten km.

Km = (dmok / Dt) / (dmg / dt), d.h. das Verhältnis des Massenstroms des Oxidationsmittels zum Massenstrom des Kraftstoffs. Es ist spezifisch für jeden Kraftstoff. Im Idealfall ist es das stöchiometrische Verhältnis von Oxidationsmittel zu Kraftstoff, d.h. zeigt, wie viele kg Oxidationsmittel benötigt werden, um 1 kg Kraftstoff zu oxidieren. Die tatsächlichen Werte unterscheiden sich jedoch von den idealen. Das Verhältnis von realem km zu ideal ist der Koeffizient des überschüssigen Oxidationsmittels.


In der Regel ist αok. <= 1. Und hier ist warum. Die Abhängigkeiten Tk (αok.) Und Isp. (Αok.) Sind nichtlinear und für viele Kraftstoffe hat letzteres ein Maximum bei αok. nicht bei stöchiometrischem Verhältnis der Komponenten, d.h. Werte Iud. erhalten mit einer leichten Abnahme der Menge an Oxidationsmittel in Bezug auf stöchiometrische.

Ein bisschen mehr Geduld, weil Ich kann das Konzept nicht umgehen: Enthalpie . Dies ist im Artikel und im Alltag nützlich.
Kurz gesagt, Enthalpie ist Energie. Zwei seiner „Hypostasen“ sind für den Artikel wichtig:
Thermodynamische Enthalpie - die Energiemenge, die für die Bildung einer Substanz aus den ursprünglichen chemischen Elementen aufgewendet wird. Für Substanzen, die aus identischen Molekülen bestehen (H2, O2 usw.), ist sie gleich Null.
Verbrennungsenthalpie - ist nur dann sinnvoll, wenn eine chemische Reaktion auftritt. In den Nachschlagewerken finden sich die Werte dieser Menge, die experimentell unter normalen Bedingungen erhalten wurden. Am häufigsten ist dies bei Kraftstoffen eine vollständige Oxidation in der Sauerstoffumgebung, bei Oxidationsmitteln eine Oxidation von Wasserstoff durch ein bestimmtes Oxidationsmittel. Darüber hinaus können die Werte je nach Art der Reaktion sowohl positiv als auch negativ sein.
„Die Summe aus thermodynamischer Enthalpie und Verbrennungsenthalpie wird als Gesamtenthalpie des Stoffes bezeichnet. Tatsächlich wird dieser Wert auch bei der thermischen Berechnung von LRE-Kammern verwendet. “

Anforderungen an ZhRT:

-als Energiequelle;
-als Energiequelle;
- in Bezug auf einen Stoff, der (bei einem bestimmten technologischen Entwicklungsstand) zur Kühlung von Rollwegen und TNA verwendet werden muss, manchmal um Tanks mit RT unter Druck zu setzen, ihn mit Volumen zu versorgen (pH-Tanks) usw.;
- in Bezug auf eine Substanz außerhalb der LRE, d.h. während Lagerung, Transport, Auftanken, Prüfung, Umweltsicherheit usw.

Eine solche Abstufung ist relativ willkürlich, spiegelt aber im Prinzip das Wesentliche wider.
Ich werde diese Anforderungen wie folgt nennen: Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3.
Jemand kann der Liste in den Kommentaren hinzufügen.

Diese Anforderungen sind ein klassisches Beispiel für "Schwanenkrabben und Hechte" , die die Schöpfer des Rollwegs in verschiedene Richtungen "ziehen":

# Aus Sicht der Energiequelle des Raketentriebwerks (Nr. 1)

Das heißt, müssen max bekommen. Iud.
Ich werde im allgemeinen Fall nicht alle weiter stören:

Mit anderen wichtigen Parametern für Nr. 1 interessieren wir uns für R und T (mit allen Indizes).
Es ist notwendig, dass: die Molekularmasse der Verbrennungsprodukte minimal war, der spezifische Wärmegehalt maximal war.

# Aus Sicht des Konstrukteurs der Trägerrakete (Nr. 2):

TCs sollten eine maximale Dichte haben, insbesondere in den ersten Stufen von Raketen, weil Sie sind am voluminösesten und haben eine starke RD mit einer großen zweiten Durchflussrate.
Dies steht offensichtlich nicht im Einklang mit der Anforderung unter Nr. 1

# Von operativen Aufgaben sind wichtig (Nr. 3):

-chemische Stabilität von TC;
- einfache Betankung, Lagerung, Transport und Herstellung;
-ökologische Sicherheit (im gesamten "Anwendungsbereich"), nämlich Toxizität, Produktions- und Transportkosten usw. und Sicherheit während des Rollbahnbetriebs (Explosionsgefahr).
Weitere Informationen finden Sie unter „Die Saga der Raketentreibstoffe - Die andere Seite der Münze“ .



Dies ist natürlich nur die Spitze des Eisbergs. Hier passen auch zusätzliche Anforderungen, weshalb KONSENSE und KOMPROMISSEN gesucht werden sollten:

Eine der Komponenten muss notwendigerweise zufriedenstellende (besser ausgezeichnete) Eigenschaften des Kühlers aufweisen, wie z Auf diesem technologischen Niveau ist es notwendig, den KP RD zu kühlen:



Es ist auch (in der Regel) erforderlich, eine der Komponenten als Arbeitsmedium für die TNA-Turbine zu verwenden:


Für Kraftstoffkomponenten ist „der gesättigte Dampfdruck von großer Bedeutung (dies ist ungefähr der Druck, bei dem eine Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur zu kochen beginnt). Dieser Parameter wirkt sich stark auf die Auslegung der Pumpen und das Gewicht der Tanks aus. “/ S.S. Fakas



Ein wichtiger Faktor ist die Aggressivität von TCs gegenüber Materialien (CM) von Raketentriebwerken und Tanks für deren Lagerung.
Wenn TK (wie manche Menschen) sehr „schädlich“ ist, müssen Ingenieure eine Reihe besonderer Maßnahmen ergreifen, um ihre Strukturen vor Kraftstoff zu schützen.



- die Selbstentzündlichkeit der Kraftstoffkomponenten als zweiseitiger Janus : Manchmal ist es notwendig und manchmal tut es weh. Es gibt noch eine andere böse Eigenschaft: Explosionsgefahr
Für viele Branchen mit Raketen (militärische Nutzung oder Weltraum)
Es ist erforderlich, dass der Kraftstoff chemisch stabil ist und dass seine Lagerung, Betankung (im Allgemeinen alles, was als Logistik bezeichnet wird) und Entsorgung keine „Kopfschmerzen“ für die Bediener und die Umwelt verursachen.



Ein wichtiger Parameter ist die Toxizität von Verbrennungsprodukten. Jetzt ist es sehr relevant.


Produktionskosten: die Belastung für die Wirtschaft eines Landes, das behauptet, eine „Raumkabine“ zu sein.
Es gibt viele dieser Anforderungen und sie sind in der Regel gegensätzlich.

Schlussfolgerung: Kraftstoff oder seine Komponenten müssen haben (oder besitzen):

1. Die höchste Wärmeabgabe, um maximale Iud zu erhalten.
2. Höchste Dichte, minimale Toxizität, Stabilität und niedrige Kosten (in Produktion, Logistik und Entsorgung).
3. Der höchste Wert der Gaskonstante oder das kleinste Molekulargewicht der Verbrennungsprodukte, wodurch ein Vmax-Abfluss und ein ausgezeichneter spezifischer Schubimpuls erzielt werden.
4. Eine moderate Verbrennungstemperatur (nicht mehr als 4500 K), sonst brennt alles aus oder aus. Sei nicht explosiv. Selbstentzündung unter bestimmten Bedingungen.
5. Die maximale Verbrennungsrate. Dadurch wird das Mindestgewicht und -volumen des COP sichergestellt.
6. Die minimale Zündverzögerungszeit, as Der reibungslose und zuverlässige Start des Rollwegs spielt eine wichtige Rolle.

Eine ganze Reihe von Problemen und Anforderungen: Viskosität, T-Schmelzen und Verfestigen, T-Sieden, Flüchtigkeit, Dampfdruck und latente Verdampfungswärme usw. usw.

Kompromisse zeigen sich deutlich nach Iud .: TCs mit hoher Dichte (Kerosin + LOX) werden normalerweise in den unteren Stufen des PH verwendet, obwohl sie das gleiche LH2 und LOX verlieren, die wiederum in den oberen Stufen des PH verwendet werden (Energy 11K25). .


Und wieder kann das schöne Paar LH2 + LOX nicht für den Weltraum oder für einen längeren Aufenthalt im Orbit verwendet werden (Voyager 2, Breeze-M der oberen Stufe, ISS usw.)

Der atemberaubende Moment des Abdockens des meteorologischen Satelliten GOES-R von der Centaur Upper Stage des Atlas V 541-Trägers ( GOES-R Spacecraft Separation )

Klassifizierung von ZhRT - am häufigsten nach dem Druck gesättigter Dämpfe oder der Temperatur des Tripelpunkts oder einfacher nach dem Siedepunkt bei Normaldruck.

Hochsiedende Bestandteile von ZhRT.
Chemische Substanzen mit einer maximalen Betriebstemperatur, bei der der gesättigte Dampfdruck (im Folgenden als Rnp bezeichnet) in den Raketentanks aufgrund ihrer strukturellen Festigkeit erheblich niedriger ist als das zulässige Druckniveau in den Tanks.
Ein Beispiel:

Kerosin, UDMH, Salpetersäure.

Dementsprechend werden sie ohne besondere Manipulationen mit Kühltanks gelagert.


Ich persönlich mag den Begriff „Verpackung“ mehr. Obwohl dies nicht ganz richtig ist, kommt es dem alltäglichen Wert dennoch nahe. Dies ist das sogenannte lang gelagerte Einkaufszentren.

Niedrig siedende Bestandteile von Fettsäuren.
Hier liegt Rnp nahe am maximal zulässigen Druck in den Tanks (nach dem Kriterium ihrer Festigkeit). Die Lagerung in verschlossenen Tanks ohne besondere Maßnahmen zur Kühlung (und / oder Kühlung) und Kondensatrückführung ist nicht zulässig. Die gleichen Anforderungen (und Probleme) mit LRE-Ventilen und Tank- / Abflussleitungen.
Ein Beispiel:

Ammoniak, Propan, Stickstofftetroxid.

Das Verteidigungsministerium der Russischen Föderation (Verteidigungsministerium der Russischen Föderation) betrachtet alles als niedrigsiedende Komponenten, deren Siedepunkt unter Standardbedingungen unter 298 K liegt .

Im Betriebstemperaturbereich der Raketentechnologie befinden sich niedrigsiedende Komponenten üblicherweise in einem gasförmigen Zustand. Für die Wartung von niedrigsiedenden Bauteilen in flüssigem Zustand werden spezielle technologische Geräte verwendet.

Kryogene Bestandteile des Magen-Darm-Trakts.
Genau genommen ist dies eine Unterklasse von niedrigsiedenden Komponenten.
Das heißt, Substanzen mit einem Siedepunkt unter 120K.
Kryogene Komponenten umfassen verflüssigte Gase: Sauerstoff, Wasserstoff, Fluor usw. Um Verdunstungsverluste zu verringern und die Dichte zu erhöhen, ist es möglich, die kryogene Komponente in einem matschartigen Zustand in Form eines Gemisches aus festen und flüssigen Phasen dieser Komponente zu verwenden.
Beim Tanken sind besondere Maßnahmen erforderlich (Kühlung von Tanks und Autobahnen, Wärmedämmung von LRE-Ventilen usw.)



Die Temperatur ihres kritischen Punktes ist viel niedriger als betriebsbereit. Die Lagerung in verschlossenen pH-Tanks ist unmöglich oder sehr schwierig.
Typische Vertreter sind Sauerstoff und Wasserstoff in flüssiger Phase.
Weiterhin werde ich den amerikanischen Stil ihrer Bezeichnung LOX bzw. LH2 verwenden. Zumindest LCD und LW.
Unser "schöner" RD-0120 (Wasserstoff-Sauerstoff):

Es ist außen (Armaturen, Autobahnen) vollständig mit Isoliermaterial gefüllt.

Nach Ansicht einiger Experten ist die Produktionstechnologie von RD-0120 in der Russischen Föderation derzeit vollständig verloren. Basierend auf seinen Technologien wird jedoch im selben Unternehmen ein Sauerstoff-Wasserstoff-Motor RD-0146 entwickelt.

Wenn sich die RT-Komponenten im CS des Raketentriebwerks mit flüssigem Treibmittel befinden (sie reagieren auf intelligente Weise), sollten sie unterteilt werden in:

Selbstentzündlich (STK), Selbstentzündlich (OSTK) und nicht selbstentzündlich ().

STK: Wenn ein Oxidationsmittel und ein Kraftstoff in flüssigem Zustand in Kontakt kommen, entzünden sie sich (über den gesamten Bereich der Betriebsdrücke und -temperaturen).
Dies vereinfacht das Zündsystem des Rollwegs erheblich. Wenn sich die Komponenten jedoch außerhalb der Brennkammer treffen (Undichtigkeiten, Unfälle), kommt es zu einem Brand oder einer großen "Hexe". Löschen ist schwierig.


Beispiel: N204 (Stickstofftetraxid) + MMG (Monomethylhydrazin), N204 + N2H4 (Hydrazin), N2O4 + UDMH und alle Kraftstoffe auf Fluorbasis.

OSTK: Hier müssen zur Zündung besondere Maßnahmen getroffen werden. Nicht brennbare Brennstoffe erfordern ein Zündsystem.


Beispiel: Kerosin + LOX oder LH2 + LOX.

NTK: Kommentare sind hier überflüssig. Es ist entweder ein Katalysator oder eine konstante Zündung (oder Temperatur und / oder Druck usw.) oder eine dritte Komponente erforderlich.


Ideal für Transport, Lagerung und auslaufsicher.

Eine weitere Möglichkeit zur Trennung nach dem Grad der Energieeigenschaften des ZhRT:

* Niedrigenergie (mit einem relativ niedrigen spezifischen Impuls - Einkomponente usw.);
* mittlere Energie (mit einem durchschnittlichen spezifischen Impuls - (02zh) + Kerosin, N204 + MMG usw.);
* Hochenergie (mit einem hohen spezifischen Impuls: (02) W + (H2) W, (F2) W + (H2) W usw.).

Je nach Toxizität und Korrosionsaktivität der Komponenten gibt es Fettsäuren:

* auf ungiftigen und nicht korrosiven aktiven Kraftstoffkomponenten - (02) g, Kohlenwasserstoffbrennstoffen usw.;
* auf giftigen und ätzenden Kraftstoffkomponenten - MMG, UDMH und insbesondere (F2) g.

Je nach Anzahl der verwendeten Kraftstoffkomponenten werden Ein-, Zwei- und Dreikomponentenfernbedienungen unterschieden.
In Einkomponenten-Fernbedienungen, bei denen der am häufigsten verwendete Verdrängungsvorschub.
In der Anfangsphase der Entwicklung von zusätzlichen Einkomponenten-Fernsteuerungssystemen für Satelliten, Raumfahrzeuge und Raumfahrzeuge wurde hochkonzentriertes (80 ... 95%) Wasserstoffperoxid als Einkomponenten-Kraftstoff verwendet.
Gegenwärtig werden solche Hilfsantriebssysteme nur in den Orientierungssystemen einiger japanischer Raketenwerfer verwendet.


In den verbleibenden zusätzlichen Einkomponentenreglern wird Wasserstoffperoxid durch Hydrazin "verdrängt", während der spezifische Impuls um etwa 30% erhöht wird.

Die weit verbreitete Verwendung von Hydrazin in LRE wurde durch die Schaffung hochzuverlässiger Katalysatoren mit einer langen Ressource, insbesondere des Shell-405-Katalysators, erheblich erleichtert.

Am häufigsten verwendet die Menschheit Zweikomponenten-TCs, die im Vergleich zu Einkomponenten-TCs höhere Energieeigenschaften aufweisen. Zweikomponenten-Raketentriebwerke mit flüssigem Treibmittel sind jedoch komplexer konstruiert als Einkomponenten-Triebwerke. Aufgrund des Vorhandenseins von Oxidationsmittel und Kraftstofftanks, eines komplexeren Rohrleitungssystems und der Notwendigkeit, das erforderliche Verhältnis der Kraftstoffkomponenten (Km-Koeffizient) sicherzustellen. Bei der Fernbedienung von Satelliten, Raumfahrzeugen und Raumfahrzeugen werden häufig nicht nur ein, sondern mehrere Tanks mit Oxidationsmittel und Kraftstoff verwendet, was das Rohrleitungssystem einer Zweikomponenten-Fernbedienung zusätzlich kompliziert.


Dreikomponenten-RTs in Entwicklung. Das ist wirklich exotisch.
HF-Patent für einen Dreikomponenten-Raketentriebwerk .
Schema dieses Raketentriebwerks .

Solche Raketentriebwerke können als Mehrstoff eingestuft werden.
Bei OKB-456 wurde ein Dreikomponenten-Raketentriebwerk mit flüssigem Treibmittel (Fluor + Wasserstoff + Lithium) entwickelt.

Zweikomponenten-Kraftstoffe bestehen aus einem Oxidationsmittel und Kraftstoff.
Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor LRE: Zweikomponenten-LRE (H2O2 + Kerosin)

Oxidationsmittel.

Sauerstoff

Chemische Formel-O2 (Dioxid, amerikanische Bezeichnung Oxygen-OX).
In LRE wird flüssiger statt gasförmiger Sauerstoff, flüssiger Sauerstoff, verwendet (LOX ist kurz und alles ist klar).
Molekülmasse (für das Molekül) -32 g / mol. Für Liebhaber der Genauigkeit: Atommasse (Molmasse) = 15.99903;
Dichte = 1.141 g / cm³
Siedepunkt = 90,188 K (–182,96 ° C)

Aus chemischer Sicht ein ideales Oxidationsmittel. Es wurde in den ersten ballistischen FAA-Raketen eingesetzt, ihren amerikanischen und sowjetischen Gegenstücken. Aber sein Siedepunkt passte nicht zum Militär. Der erforderliche Betriebstemperaturbereich reicht von –55 ° C bis + 55 ° C (lange Vorbereitungszeit für den Start, kurze Zeit im Kampfeinsatz).


Sehr geringe Korrosivität. Die Produktion wird seit langem gemeistert, die Kosten sind gering - weniger als 0,1 USD (meiner Meinung nach ist ein Liter Milch viel billiger).
Nachteile:


Kryogen - erfordert Kühlung und ständiges Auftanken, um Verluste vor dem Start auszugleichen.

Auf dem Foto: Die Verschlüsse der Schutzvorrichtungen des Kerosin-Tank-Auto-Gelenks (ZU-2), 2 Minuten vor dem Ende des Zyklogramms während des CLOSE-Betriebs, schlossen das ZU aufgrund von Vereisung nicht vollständig. Gleichzeitig wurde das Signal für den TUA-Ausgang aus dem Launcher aufgrund von Vereisung nicht weitergeleitet. Der Start erfolgte am nächsten Tag.

Schwierig als kühlerer KS- und Düsenraketenmotor zu verwenden.

Die RB-Tankeinheit wird von den Rädern entfernt und auf dem Fundament montiert.

Jetzt untersucht jeder die Möglichkeit, unterkühlten Sauerstoff oder Sauerstoff in einem matschartigen Zustand in Form einer Mischung aus festen und flüssigen Phasen dieser Komponente zu verwenden.
Die Aussicht ist ungefähr die gleiche wie bei diesem wunderschönen Eisbrei in der Bucht rechts von Shamora:


Stellen Sie sich vor: Stellen Sie sich anstelle von H2O ein LCD (LOX) vor.
Durch Schütteln wird die Gesamtdichte des Oxidationsmittels erhöht.

Beispiel für die Kühlung (Unterkühlung) eines BR R-9A: Zum ersten Mal wurde beschlossen, unterkühlten flüssigen Sauerstoff als Oxidationsmittel in einer Rakete zu verwenden, wodurch die Gesamtzeit der Raketenvorbereitung für den Start verkürzt und deren Bereitschaft erhöht werden konnte.


Ozon -O3

Molmasse = 48 amu, Molmasse = 47,998 g / mol
Die Flüssigkeitsdichte bei -188ºC (85,2 K) beträgt 1,59 (7) g / cm³
Die Dichte von festem Ozon bei –195,7 ° C (77,4 K) beträgt 1,73 (2) g / cm³
Schmelzpunkt –197,2 (2) ° C (75,9 K)

Lange Zeit wurden Ingenieure mit ihm gequält und versuchten, es als energiereiches und gleichzeitig umweltfreundliches Oxidationsmittel in der Raketentechnologie einzusetzen.
Die gesamte chemische Energie, die während der Verbrennungsreaktion unter Beteiligung von Ozon freigesetzt wird, ist um etwa ein Viertel (719 kcal / kg) größer als bei einfachem Sauerstoff. Mehr werden jeweils und Iud sein. Flüssiges Ozon hat eine höhere Dichte als flüssiger Sauerstoff (1,35 gegenüber 1,14 g / cm³) und seinen Siedepunkt ist höher (–112 ° C bzw. –183 ° C).
Ein unüberwindbares Hindernis ist bisher die chemische Instabilität und Explosivität von flüssigem Ozon bei seiner Zersetzung in O und O2, bei der eine Detonationswelle mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 km / s entsteht und sich ein zerstörerischer Detonationsdruck von mehr als 3 · 107 dyn / cm2 (3 MPa) entwickelt Die Verwendung von flüssigem Ozon ist derzeit nicht möglich, mit Ausnahme der Verwendung stabiler Sauerstoff-Ozon-Gemische (bis zu 24% Ozon). Ein Vorteil dieser Mischung ist auch ein höherer spezifischer Impuls für Wasserstoffmotoren im Vergleich zu Ozon-Wasserstoff. Hocheffiziente Motoren wie RD-170, RD-180, RD-191 sowie beschleunigte Vakuummotoren haben heute Parameter nahe den Grenzwerten für Id erreicht, und es gibt nur noch eine Möglichkeit, die mit dem Übergang zu neuen Kraftstoffen verbundene KI zu erhöhen .

Salpetersäure -HNO3

Der Flüssigkeitszustand bei nu
Molmasse von 63,012 g / mol (es spielt keine Rolle, dass ich Molmasse oder Molmasse verwende - dies ändert nichts an der Essenz)
Dichte 1.513 g / cm³
T. Schmelzpunkt = - 41,59 ° C, T. Siedepunkt = 82,6 ° C.

HNO3 hat eine hohe Dichte, niedrige Kosten, wird in großen Mengen hergestellt, ist ziemlich stabil, auch bei hohen Temperaturen, feuer- und explosionsgeschützt. Sein Hauptvorteil gegenüber flüssigem Sauerstoff bei hohem Siedepunkt und damit die Fähigkeit, unbegrenzt ohne Wärmeisolierung gelagert zu werden. Das Salpetersäuremolekül HNO3 ist ein nahezu ideales Oxidationsmittel. Es enthält als "Ballast" ein Stickstoffatom und eine "Hälfte" eines Wassermoleküls, und zweieinhalb Sauerstoffatome können zur Oxidation von Kraftstoff verwendet werden. Aber da war es! Salpetersäure ist so aggressiv, dass sie kontinuierlich mit sich selbst reagiert - Wasserstoffatome werden von einem Säuremolekül abgespalten und an benachbarte gebunden, wobei fragile, aber extrem chemisch aktive Aggregate gebildet werden. Selbst die widerstandsfähigsten Edelstahlsorten werden langsam durch konzentrierte Salpetersäure zerstört (als Ergebnis bildete sich am Boden des Tanks ein dickes grünliches „Gelee“, eine Mischung aus Metallsalzen). Salpetersäure wurden verschiedene Substanzen zugesetzt, um die Korrosionsaktivität zu verringern. Nur 0,5% Flusssäure (Flusssäure) reduzierten die Korrosionsrate von rostfreiem Stahl um das Zehnfache.

Um den spezifischen Puls zu erhöhen, wird der Säure Stickstoffdioxid (NO2) zugesetzt. Die Zugabe von Stickstoffdioxid zu der Säure bindet Wasser, das in das Oxidationsmittel eintritt, wodurch die Korrosionsaktivität der Säure verringert wird, die Dichte der Lösung erhöht wird und bei 14% gelöstem NO 2 ein Maximum erreicht. Diese Konzentration wurde von den Amerikanern für ihre Militärraketen verwendet.

Seit fast 20 Jahren suchen wir nach geeigneten Behältern für Salpetersäure. Gleichzeitig ist es sehr schwierig, Baumaterialien für Tanks, Rohre und Brennräume von Raketentriebwerken auszuwählen.
Eine Variante des in den USA gewählten Oxidationsmittels mit 14% Stickstoffdioxid. Und unsere Raketenmänner haben es anders gemacht. Es war notwendig, die Vereinigten Staaten um jeden Preis einzuholen, daher enthielten die Oxidationsmittel der sowjetischen Marken - AK-20 und AK-27 - 20 und 27% Tetraoxid.
Eine interessante Tatsache: Im ersten sowjetischen Raketenjäger BI-1 wurden Salpetersäure und Kerosin für Flüge eingesetzt.


Tanks und Rohre mussten aus Monelmetall bestehen: einer Legierung aus Nickel und Kupfer, die zu einem sehr beliebten Strukturmaterial für Raketen wurde. Sowjetische Rubel bestanden zu fast 95% aus dieser Legierung.


Nachteile: erträglicher "Mist". Ätzend aktiv. Der spezifische Impuls ist nicht hoch genug. Derzeit wird in seiner reinen Form fast nie verwendet.

Stickstofftetraoxid -AT (N2O4)

Molmasse = 92,011 g / mol
Dichte = 1.443 g / cm³

"Nahm den Staffelstab" aus Salpetersäure in militärischen Motoren. Es ist selbstentzündlich mit Hydrazin, UDMH. Niedrig siedende Komponente, kann aber bei besonderen Maßnahmen lange gelagert werden.

Nachteile: so ekelhaft wie HNO3, aber mit seinen eigenen Macken. Kann sich in Stickoxid zersetzen. Giftig Niedriger spezifischer Impuls. Oft verwendet und verwenden Sie das Oxidationsmittel AK-NN. Dies ist eine Mischung aus Salpetersäure und Salpetersäuretetraoxid, manchmal wird sie als "rot rauchende Salpetersäure" bezeichnet. Die Zahlen geben den Prozentsatz von N2O4 an.


Grundsätzlich werden diese Oxidationsmittel aufgrund ihrer Eigenschaften in militärischen LRE und KA LRE verwendet: langlebig und selbstentzündlich. Typische AT-Kraftstoffe sind UDMH und Hydrazin.

Fluor -F2

Atommasse = 18.998403163 a. E. m. (G / mol)
Molmasse F2, 37,997 g / mol
Schmelzpunkt = 53,53 K (–219,70 ° C)
Siedepunkt = 85,03 K (–188,12 ° C)
Dichte (für die flüssige Phase) ρ = 1,5127 g / cm³

Die Fluorchemie begann sich in den 1930er Jahren zu entwickeln, besonders schnell in den Jahren des Zweiten Weltkriegs 1939-45 und danach im Zusammenhang mit den Bedürfnissen der Nuklearindustrie und der Raketentechnologie. Der von A. Ampere 1810 vorgeschlagene Name "Fluor" (aus dem Griechischen. Phthoros - Zerstörung, Tod) wird nur auf Russisch verwendet; In vielen Ländern wird der Name "Fluor" akzeptiert .
Es ist ein ausgezeichnetes Oxidationsmittel in Bezug auf die Chemie. Oxidiert sowohl Sauerstoff als auch Wasser. Berechnungen zeigen, dass der maximale theoretische Isp bei einem Paar F2-Be (Beryllium) -Ordnung 6000 m / s erhalten werden kann!
Super Schade, nicht "super" ...
Extrem ätzend aktiv, giftig, explosionsgefährdet bei Kontakt mit oxidierenden Materialien. Kryogen. Jedes Verbrennungsprodukt hat auch fast die gleichen "Sünden": schrecklich ätzend und giftig.
Sicherheitstechnik. Fluor ist toxisch, seine maximal zulässige Konzentration in der Luft beträgt etwa 2 · 10 & supmin; & sup4; mg / l, und die maximal zulässige Konzentration, wenn es nicht länger als 1 h ausgesetzt wird, beträgt 1,5 · 10 & supmin; ³ mg / l.
Das Paar 8D21 Flüssig-Treibmittel-Flüssig-Treibmittel + Ammoniak gab einen spezifischen Impuls in Höhe von 4000 m / s.
Für das Paar F2 + H2 ist Iud = 4020 m / s!
Das Problem: HF-Fluorwasserstoff am „Auspuff“.
Startposition nach dem Start eines solchen „energetischen Motors“?
Ein Pool aus flüssigen Metallen und anderen chemischen Elementen, gelöst in Flusssäure!
H2 + 2F = 2HF, bei Raumtemperatur liegt es als H2F2-Dimer vor.
In jeder Hinsicht mit Wasser mischbar unter Bildung von Flusssäure. Und seine Verwendung im Raketentriebwerk ist aufgrund von Lagerungsschwierigkeiten nicht realistisch.


Gleiches gilt für andere flüssige Halogene wie Chlor.

Es war geplant, V.P. Glushko OKB-456 im OKB-456 V.P.Glushko auf der Grundlage des verbrauchten 10-Tonnen-Raketentriebwerks mit flüssigem Treibstoff unter Verwendung von Fluor-Ammonium-Kraftstoff (F2 + NH3) für Fluorwasserstoff-Raketentriebwerke mit einem Schub von 25 Tonnen zu entwickeln.

Wasserstoffperoxid -H2O2.


Es wird von mir oben in Einkomponenten-Kraftstoffen erwähnt.

Walter HWK 109-507: Vorteile in der Einfachheit der Konstruktion des Raketentriebwerks. Ein anschauliches Beispiel für einen solchen Kraftstoff ist Wasserstoffperoxid.

Wasserstoffperoxid für luxuriöses Haar und 14 weitere Anwendungsgeheimnisse.


Alles: Die Liste der mehr oder weniger echten Oxidationsmittel ist vollständig. Ich konzentriere mich auf HCl O4 . Als eigenständige Perchlorsäure-Oxidationsmittel ist nur: Monohydrat (2 + Cl4) eine feste kristalline Substanz und Dihydrat (2 + l4) eine dichte, viskose Flüssigkeit. Chlorsäure (die aufgrund von Isp nicht vielversprechend ist) ist Interesse als Additiv zu Oxidationsmitteln, das die Zuverlässigkeit der Selbstentzündung des Kraftstoffs garantiert.

Oxidationsmittel können wie folgt klassifiziert werden:


Die endgültige (häufig verwendete) Liste der Oxidationsmittel in Verbindung mit echten Brennstoffen:

Hinweis: Wenn Sie eine Variante eines bestimmten Impulses auf eine andere übertragen möchten, können Sie eine einfache Formel verwenden: 1 m / s = 9,81 s.

Im Gegensatz zu ihnen, brennbar, haben wir "Haufen" .

Brennbar

Die Hauptmerkmale von Zweikomponenten-LMRs bei p / pa = 7 / 0,1 MPa


Je nach physikalisch-chemischer Zusammensetzung können sie in mehrere Gruppen eingeteilt werden.

Kohlenwasserstoffbrennstoffe.
Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht.
Einfache Substanzen: atomar und molekular.
Für dieses Thema ist bisher nur Wasserstoff (Hydrogenium) von praktischem Interesse.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, Br2, Si, Cl2, I2 und andere. Ich werde diesen Artikel nicht betrachten.
Hydrazin-Kraftstoffe ("Stinker").

Die Suche nach dem optimalen Treibstoff begann mit der Entwicklung von Raketentriebwerksbegeisterten.
Der erste weit verbreitete Kraftstoff war Alkohol (Ethyl), der im ersten verwendet wurde
Sowjetische Raketen R-1, R-2, R-5 ("Vermächtnis" FAU-2) und auf der Vergeltungswaffe-2 selbst.


Vielmehr ist eine Lösung von 75% Ethylalkohol (Ethanol, Ethylalkohol, Methylcarbinol, Zahnsteinalkohol oder Alkohol, oft umgangssprachlich einfach "Alkohol") ein Monohydroxyalkohol mit der Formel C2H5OH (Summenformel C2H6O), eine weitere Option: CH3-CH2-OH
Dieser Kraftstoff weist zwei schwerwiegende Mängel auf , die das Militär offenbar nicht berücksichtigt hat: geringe Energieeffizienz und geringe Beständigkeit des Personals gegen "Vergiftungen" mit diesem Kraftstoff.

Befürworter eines gesunden Lebensstils (Alkoholphobie) versuchten, Furfurylalkohol zu verwenden, eine giftige, bewegliche, transparente, manchmal gelbliche (bis dunkelbraune) Flüssigkeit, die sich im Laufe der Zeit an der Luft rötete.

Chem. Formel: C 4 H 3 OCH 2 OH, Ratte. Formel: C5H6O2. Ekelhafte Gülle.
Nicht zum Trinken gedacht.

Kohlenwasserstoffgruppe.
Kerosin

Bedingungsformel C7,2107H13,2936
Ein brennbares Gemisch aus flüssigen Kohlenwasserstoffen (von C8 bis C15) mit einem Siedepunkt im Bereich von 150 bis 250 ° C, transparent, farblos (oder leicht gelblich), leicht ölig anzufassen
Dichte - von 0,78 bis 0,85 g / cm³ (bei einer Temperatur von 20ºC);
Viskosität - von 1,2 - 4,5 mm² / s (bei einer Temperatur von 20 ° C);
Flammpunkt - von 28 ° bis 72 ° ;
Heizwert - 43 MJ / kg.
Meine Meinung: Es macht keinen Sinn, über die genaue Molmasse zu schreiben

Kerosin ist eine Mischung aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen, so dass beängstigende Fraktionen (in der chemischen Formel) und ein "verschmierter" Siedepunkt auftreten.

Praktischer hochsiedender Kraftstoff. Es wird seit langem und weltweit erfolgreich in Triebwerken und in der Luftfahrt eingesetzt. Darauf fliegen die Gewerkschaften noch. Geringe Toxizität (dringend nicht empfehlen zu trinken), stabil. Trotzdem ist Kerosin gefährlich und ungesund (Verschlucken).
Aber es gibt Leute, die sie nur behandeln! Das Gesundheitsministerium ist kategorisch dagegen!
Soldatengeschichten: Hilft, böse Pthirus pubis gut loszuwerden.

Bei der Handhabung während des Betriebs ist jedoch auch Vorsicht geboten: ein Absturz eines Passagierflugzeugs
Wesentliche Vorteile: relativ kostengünstig, in der Produktion beherrscht.

Ein Paar Kerosin-Sauerstoff ist ideal für die erste Stufe. Sein spezifischer Impuls auf der Erde beträgt 3283 m / s, hohl 3475 m / s. Nachteile. Relativ geringe Dichte.


Amerikanisches Raketenkerosin-Raketentreibmittel-1 oder raffiniertes Erdöl-1

Relativ günstig (war):


Um die Dichte zu erhöhen, entwickelten die Weltraumforscher Sintin (UdSSR) und RJ-5 (USA).
Synthesesynthese.

Kerosin neigt dazu, teerige Ablagerungen im Haupt- und Kühlweg abzuscheiden, was sich negativ auf die Kühlung auswirkt.
Mukhin, Velour @Co Pedal auf diesem Grundstück .
Kerosinmotoren werden am meisten in der UdSSR entwickelt.

Ein Meisterwerk des menschlichen Geistes und der Technik ist unsere „Perle“ RD-170/171:


"Wo machen die besten Raketentriebwerke der Welt?"

Der korrektere Name für Kraftstoffe auf Kerosinbasis ist nun der Begriff UVG - „Kohlenwasserstoffbrennstoff“, weil Von dem Kerosin, das von I. Lukasevich und Y. Zekh in sicheren Petroleumlampen verbrannt wurde, ging das angewendete UVG sehr weit .
Als Beispiel: Naphthyl .



Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht

Methan- CH4

Molmasse: 16,04 g / mol
Gasdichte (0 ° C) 0,7168 kg / m³;
flüssig (–164,6 ° C) 415 kg / m³
T. Schmelzpunkt = - 182,49 ° C.
T. kochen = - 161,58ºC

Jeder gilt heute als vielversprechender und billiger Kraftstoff, als Alternative zu Kerosin und Wasserstoff.
Chefdesigner von NPO Energomash Vladimir Chvanov:

- Der spezifische Impuls des LNG-Motors ist hoch, aber dieser Vorteil wird durch die Tatsache ausgeglichen, dass Methankraftstoff eine geringere Dichte aufweist, so dass sich ein geringfügiger Energievorteil ergibt. Aus struktureller Sicht ist Methan attraktiv. Um die Motorhohlräume freizugeben, müssen Sie nur den Verdampfungszyklus durchlaufen - das heißt, der Motor wird leichter von Produktrückständen befreit. Aus diesem Grund ist Methankraftstoff unter dem Gesichtspunkt der Herstellung eines wiederverwendbaren Triebwerks und eines wiederverwendbaren Flugzeugs akzeptabler.

Preiswert, weit verbreitet, stabil, geringe Toxizität. Im Vergleich zu Wasserstoff hat es einen höheren Siedepunkt und der mit Sauerstoff gepaarte spezifische Impuls ist höher als der von Kerosin: etwa 3250-3300 m / s am Boden.

Schöner Kühler.
Nachteile. Geringe Dichte (zweimal niedriger als Kerosin). Unter bestimmten Verbrennungsbedingungen kann es sich unter Freisetzung von Kohlenstoff in der festen Phase zersetzen, was zu einem Impulsabfall aufgrund der Zweiphasenströmung und einer starken Verschlechterung des Kühlregimes in der Kammer aufgrund von Rußablagerung an den Wänden des COP führen kann. In jüngster Zeit sind aktive NOR und F & E im Bereich ihrer Anwendung (zusammen mit Propan und Erdgas) bereits in Richtung Modifikation bereits im Gange. LRE (insbesondere wurden solche Arbeiten an RD-0120 durchgeführt ).


Oder als „frisches“ Beispiel die amerikanische Raptor-Engine von Space X:


Diese Kraftstoffe umfassen Propan und Erdgas. Ihre Haupteigenschaften als brennbar liegen nahe (mit Ausnahme einer höheren Dichte und eines höheren Siedepunkts) an UVG. Und es gibt die gleichen Probleme bei der Verwendung.

Wasserstoff- H2 (flüssig: LH2) wird getrennt zwischen den Kraftstoffen positioniert.

Die Molmasse von Wasserstoff beträgt 2 016 g / mol oder ungefähr 2 g / mol.
Dichte (bei n.a.) = 0,0000899 (bei 273 K (0 ° C)) g / cm³
Schmelzpunkt = 14,01 K (-259,14ºC);
Siedepunkt = 20,28 K (-252,87ºC);

Die Verwendung eines Paares LOX-LH2 wurde von Tsiolkovsky vorgeschlagen, aber von anderen implementiert:


Unter dem Gesichtspunkt der H2-Thermodynamik ist es ein ideales Arbeitsmedium sowohl für den Flüssigkeits-Treibstoff-Raketentriebwerk als auch für die -Turbine. Hervorragender Kühler, sowohl in flüssigem als auch in gasförmigem Zustand. Die letztere Tatsache erlaubt es uns, keine besondere Angst vor dem Kochen von Wasserstoff im Kühlweg zu haben und Wasserstoff zu verwenden, der so vergast ist, um die TNA anzutreiben.
Ein solches Schema ist im Aerojet Rocketdyne RL-10 implementiert - nur ein schicker (aus technischer Sicht) Motor:


Unser Analogon (noch besser, weil jünger): RD-0146 (D, DM) ist ein gasfreies Raketentriebwerk mit flüssigem Treibmittel, das vom Chemical Engineering Design Bureau in Woronesch entwickelt wurde.

Besonders effektiv ist es mit einer Düsendüse aus dem Material "Grauris".

Ein hoher spezifischer Impuls wird mit Sauerstoff 3835 m / s gepaart.


Von den tatsächlich verwendeten ist dies die höchste Rate. Diese Faktoren bestimmen das große Interesse an diesem Kraftstoff. Umweltfreundlich, am „Auslass“ in Kontakt mit O2: Wasser (Wasserdampf).
Verteilte, nahezu unbegrenzte Reserven. In der Produktion entwickelt. Ungiftig

Es gibt jedoch viele Löffel Teer in diesem Fass Honig.

1. Extrem niedrige Dichte. Alle sahen die riesigen Wasserstofftanks der Energia-Trägerrakete und des Shuttle MTKK. Aufgrund seiner geringen Dichte ist es (in der Regel) in den oberen Stufen des pH-Wertes anwendbar.



Darüber hinaus stellt eine niedrige Dichte eine schwierige Aufgabe für Pumpen dar: Wasserstoffpumpen sind mehrstufig, um den gewünschten Massendurchsatz zu gewährleisten und gleichzeitig nicht zu kavitieren.


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