Saga propulsora

Prólogo

Y no lo será, para no enviar spam, todo se describe en el "epílogo". Asegúrese de leerlo para que no haya disonancia con los comentarios anteriores.
El artículo tuvo que rehacerse el 01/03/2017 y difiere del original.

Achtung! No debe considerar este artículo como una especie de trabajo científico o un reclamo al Premio Nobel.
Por otra parte:

"... Y no hay nada nuevo bajo el sol"

(Eclesiastés 1: 9).
Sobre combustibles, cohetes, motores de cohetes se han escrito, escribirán y escribirán.

Uno de los primeros trabajos sobre combustibles LPRE puede considerarse un libro de V.P. Glushko "Combustible líquido para motores a reacción", publicado en 1936.


Para mí, el tema me pareció interesante, relacionado con mi antigua especialidad y estudio en la universidad, y más aún "arrastró" a su descendencia más joven "vamos a amasar al chef y ejecutar este hilo, y si somos demasiado vagos, podemos resolverlo ". Aparentemente, los laureles Lin Industrial están embrujados.

Por lo tanto, desea explotar adecuadamente su motor de cohete.

Vamos a "resolver" juntos, bajo estricto control parental.

"Clave para el inicio" ... "¡Vamos!" (Yu.A. Gagarin y S.P. Korolev)


Cualquiera que sea el tipo de RD (esquema, naturaleza del proceso) que se usa en cohetería, su propósito es crear empuje (fuerza) convirtiendo la energía inicial almacenada en el RT en energía cinética (Ek) del chorro del fluido de trabajo.
Ek de una corriente en chorro en RD se convierten diferentes tipos de energía (química, nuclear, eléctrica).
Para motores químicos, el combustible se puede dividir por estado de fase: gaseoso, líquido, sólido, mixto.

Parte No. 1-combustible para motores de cohete de propulsor líquido o combustibles de cohete líquido.

Clasificación de combustibles químicos para motores de cohetes (convencionales):




En general, la reacción química de los componentes de RT puede considerarse una fuente química de energía térmica para RD.

Comenzaré a transmitir con Km0. Esta es una relación muy importante para las calles de rodaje: el combustible puede arder de manera diferente en las calles de rodaje (una reacción química en las calles de rodaje no es la quema habitual de leña en una chimenea , donde el oxígeno del aire actúa como agente oxidante). La combustión (más precisamente, oxidación) de combustible en la cámara de un motor de cohete es, en primer lugar, una reacción de oxidación química con desprendimiento de calor. Y el curso de las reacciones químicas depende sustancialmente de cuántas sustancias (su proporción) entran en la reacción.
Cómo quedarse dormido en defensa de un proyecto de curso, examen o pasar un examen. / Dmitry Zavistovsky

El valor de Km0 depende de la valencia que los elementos químicos pueden exhibir en la forma teórica de la ecuación de reacción química. Ejemplo para ZhRT: AT + UDMH .

Un parámetro importante es el coeficiente de exceso de oxidante (griego griego "α" con un índice de "aprox.") Y la relación de masa de componentes Km.

Km = (dmok. / Dt) / (dmg ../ dt), es decir la relación del caudal másico del agente oxidante al caudal másico de combustible. Es específico para cada combustible. En el caso ideal, es la relación estequiométrica del agente oxidante al combustible, es decir. muestra cuántos kg de oxidante se necesitan para oxidar 1 kg de combustible. Sin embargo, los valores reales difieren de los ideales. La relación de Km real a ideal es el coeficiente de exceso de oxidante.


Como regla, αok. <= 1. Y aquí está el por qué. Las dependencias Tk (αok.) E Isp. (Αok.) Son no lineales y para muchos combustibles, este último tiene un máximo en αok. no en relación estequiométrica de componentes, es decir, máx. valores Iud. obtenido con una ligera disminución en la cantidad de agente oxidante con respecto a la estequiométrica.

Un poco más de paciencia, porque No puedo evitar el concepto: entalpía . Esto es útil en el artículo y en la vida cotidiana.
Brevemente, la entalpía es energía. Dos de sus "hipóstasis" son importantes para el artículo:
Entalpía termodinámica : la cantidad de energía gastada en la formación de una sustancia a partir de los elementos químicos originales. Para sustancias que consisten en moléculas idénticas (H2, O2, etc.), es igual a cero.
Entalpía de combustión : tiene sentido solo si se produce una reacción química. En los libros de referencia se pueden encontrar los valores de esta cantidad obtenida experimentalmente en condiciones normales. Con mayor frecuencia para los combustibles, esta es la oxidación completa en el medio ambiente del oxígeno, para los oxidantes: la oxidación del hidrógeno por un agente oxidante dado. Además, los valores pueden ser tanto positivos como negativos, dependiendo del tipo de reacción.
“La suma de la entalpía termodinámica y la entalpía de combustión se llama entalpía total de la sustancia. En realidad, este valor también se usa en el cálculo térmico de las cámaras LRE ".

Requisitos para ZhRT:

-como fuente de energía;
-como fuente de energía;
- en cuanto a una sustancia que debe usarse (en un nivel dado de desarrollo tecnológico) para enfriar calles de rodaje y TNA, a veces para presurizar tanques con RT, proporcionarle volumen (tanques de pH), etc.
- en cuanto a una sustancia fuera del LRE, es decir durante el almacenamiento, transporte, reabastecimiento de combustible, pruebas, seguridad ambiental, etc.

Tal gradación es relativamente arbitraria, pero en principio refleja la esencia.
Llamaré a estos requisitos de la siguiente manera: No. 1, No. 2, No. 3.
Alguien puede agregar a la lista en los comentarios.

Estos requisitos son un ejemplo clásico de "Cangrejo de cisne y lucio" , que "empujan" a los creadores de la calle de rodaje en diferentes direcciones:

# Desde el punto de vista de la fuente de energía del motor de cohete (No. 1)

Es decir necesita obtener max. Iud
No molestaré más a todos, en el caso general:

Con otros parámetros importantes para el número 1, estamos interesados ​​en R y T (con todos los índices).
Es necesario que: la masa molecular de los productos de combustión sea mínima, el contenido de calor específico sea máximo.

# Desde el punto de vista del diseñador del vehículo de lanzamiento (No. 2):

Los TC deben tener una densidad máxima, especialmente en las primeras etapas de los misiles, porque son los más voluminosos y tienen un potente RD, con un gran segundo caudal.
Obviamente, esto no es consistente con el requisito bajo el No. 1

# De las tareas operativas son importantes (No. 3):

-estabilidad química de TC;
- simplicidad de abastecimiento de combustible, almacenamiento, transporte y fabricación;
-seguridad ecológica (en todo el "campo" de aplicación), a saber, toxicidad, costo de producción y transporte, etc. y seguridad durante la operación de la calle de rodaje (peligro de explosión).
Para obtener más información, consulte "La saga de los combustibles de misiles: el otro lado de la moneda"



Por supuesto, esto es solo la punta del iceberg. Los requisitos adicionales también se ajustan aquí, por lo que se deben buscar CONSENSOS y COMPROMISOS:

Uno de los componentes debe necesariamente tener propiedades satisfactorias (mejor excelente) del enfriador, como En este nivel de tecnología, es necesario enfriar el KP RD:



También se requiere (como regla) usar uno de los componentes como fluido de trabajo para la turbina TNA:


Para los componentes de combustible, "la presión de vapor saturado es de gran importancia (esto es más o menos la presión a la que un líquido comienza a hervir a una temperatura dada). Este parámetro afecta fuertemente el diseño de las bombas y el peso de los tanques. ”/ S.S. Fakas



Un factor importante es la agresividad de los TC a los materiales (CM) de los motores de cohetes y tanques para su almacenamiento.
Si los conocimientos tradicionales son muy "dañinos" (como algunas personas), entonces los ingenieros tienen que gastar una serie de medidas especiales para proteger sus estructuras del combustible.



- la autoinflamabilidad de los componentes del combustible como un Janus de dos caras : a veces es necesario y a veces duele. Hay otra propiedad desagradable: peligro de explosión
Para muchas industrias que usan cohetes (uso militar o espacio profundo)
Se requiere que el combustible sea químicamente estable, y su almacenamiento, reabastecimiento de combustible (en general, todo lo que se llama logística) y eliminación no causan "dolores de cabeza" a los operadores y al medio ambiente.



Un parámetro importante es la toxicidad de los productos de combustión. Ahora es muy relevante.


Costo de producción: la carga sobre la economía de un país que dice ser un "taxi espacial".
Existen muchos de estos requisitos y, por regla general, son antagónicos entre sí.

Conclusión: el combustible o sus componentes deben tener (o poseer):

1. La salida de calor más alta, para obtener el máximo de Iud.
2. La densidad más alta, toxicidad mínima, estabilidad y bajo costo (en producción, logística y eliminación).
3. El valor más alto de la constante de gas o el peso molecular más pequeño de los productos de combustión, lo que dará un flujo de salida de Vmax y un excelente impulso específico de empuje.
4. Una temperatura de combustión moderada (no más de 4500 K), de lo contrario todo se quemará o se quemará. No seas explosivo. Autoencendido bajo ciertas condiciones.
5. La tasa de combustión máxima. Esto asegurará el peso mínimo y el volumen de la COP.
6. El período mínimo de retraso de encendido, como El lanzamiento suave y confiable de la calle de rodaje juega un papel importante.

Un montón de problemas y requisitos: viscosidad, fusión y solidificación de T, ebullición de T, volatilidad, presión de vapor y calor latente de vaporización, etc. etc.

Las compensaciones se muestran claramente de acuerdo con el Iud: los TC de alta densidad (queroseno + LOX) generalmente se usan en las etapas inferiores del PH, aunque pierden los mismos LH2 y LOX, que a su vez se usan en los escalones superiores del PH (Energía 11K25) .


Y nuevamente, el hermoso par LH2 + LOX no se puede usar para el espacio profundo o para permanecer en órbita a largo plazo (Voyager 2, etapa superior Breeze-M, ISS, etc.)

El impresionante momento de desacoplar el satélite meteorológico GOES-R de la Etapa superior Centauro del lanzador Atlas V 541 ( Separación de naves espaciales GOES-R )

Clasificación de ZhRT: con mayor frecuencia por la presión de los vapores saturados o la temperatura del punto triple , o más simplemente el punto de ebullición a presión normal.

Componentes de alto punto de ebullición de ZhRT.
Sustancias químicas que tienen una temperatura máxima de funcionamiento a la cual la presión de vapor saturado (en lo sucesivo, Rnp) en los tanques de cohetes es significativamente menor que el nivel de presión permisible en los tanques por su resistencia estructural.
Un ejemplo:

queroseno, UDMH, ácido nítrico.

En consecuencia, se almacenan sin manipulaciones especiales con tanques de enfriamiento.


Personalmente, me gusta más el término "embalaje". Aunque esto no es del todo correcto, sin embargo, está cerca del valor diario. Este es el llamado centros comerciales almacenados durante mucho tiempo.

Componentes de bajo punto de ebullición de ácidos grasos.
Aquí Rnp está cerca de la presión máxima permitida en los tanques (según el criterio de su resistencia). No se permite el almacenamiento en tanques sellados sin medidas especiales para enfriamiento (y / o enfriamiento) y retorno de condensado. Los mismos requisitos (y problemas) con las válvulas LRE y las tuberías de reabastecimiento / descarga.
Un ejemplo:

amoníaco, propano, tetróxido de nitrógeno.

El Ministerio de Defensa de la Federación Rusa (Ministerio de Defensa de la Federación Rusa) considera que todo son componentes de bajo punto de ebullición, cuyo punto de ebullición está por debajo de 298K en condiciones estándar.

En el rango de temperatura de funcionamiento de la tecnología de cohetes, los componentes de bajo punto de ebullición generalmente están en estado gaseoso. Para el mantenimiento de componentes de bajo punto de ebullición en estado líquido, se utilizan equipos tecnológicos especiales.

Componentes criogénicos del tracto gastrointestinal.
Estrictamente hablando, esta es una subclase de componentes de bajo punto de ebullición.
Es decir Sustancias que tienen un punto de ebullición inferior a 120K.
Los componentes criogénicos incluyen gases licuados: oxígeno, hidrógeno, flúor, etc. Para reducir las pérdidas por evaporación y aumentar la densidad, es posible usar el componente criogénico en forma de granizado, en forma de una mezcla de fases sólidas y líquidas de este componente.
Se requieren medidas especiales durante el repostaje (enfriamiento de tanques y carreteras, aislamiento térmico de válvulas LRE, etc.)



La temperatura de su punto crítico es mucho más baja que la operativa. El almacenamiento en tanques de pH sellados es imposible o muy difícil.
Los representantes típicos son oxígeno e hidrógeno en estado de fase líquida.
Además, utilizaré el estilo americano de su designación LOX y LH2, respectivamente, o así LCD y LW.
Nuestro "guapo" RD-0120 (hidrógeno-oxígeno):

Está afuera (accesorios, carreteras) completamente lleno de material aislante.

Según algunos expertos, la tecnología de producción del RD-0120 está actualmente completamente perdida en la Federación Rusa. Sin embargo, según sus tecnologías, se está creando un motor de oxígeno-hidrógeno RD-0146 en la misma empresa.

Cuando los componentes de RT se encuentran en la CS del motor de cohete de propulsor líquido (reaccionan de manera inteligente) se deben dividir en:

Autoinflamabilidad (STK), autoinflamabilidad limitada (OSTK) y no autoinflamable ().

STK: cuando un oxidante y combustible entran en contacto en estado líquido, se encienden (en todo el rango de presiones y temperaturas de funcionamiento).
Esto simplifica enormemente el sistema de encendido de la calle de rodaje, sin embargo, si los componentes se encuentran fuera de la cámara de combustión (fugas, accidentes), habrá un incendio o una gran "bruja". La extinción es difícil.


Ejemplo: N204 (tetróxido de nitrógeno) + MMG (monometilhidrazina), N204 + N2H4 (hidrazina), N2O4 + UDMH y todos los combustibles a base de flúor.

OSTK: aquí para el encendido es necesario tomar medidas especiales. Los combustibles no combustibles requieren un sistema de encendido.


Ejemplo: queroseno + LOX o LH2 + LOX.

NTK: Los comentarios son redundantes aquí. Se requiere un catalizador, o ignición constante (o temperatura y / o presión, etc.), o un tercer componente.


Ideal para transporte, almacenamiento y a prueba de fugas.

Otra opción para la separación, de acuerdo con el nivel de características de energía del ZhRT:

* baja energía (con un impulso específico relativamente bajo - un componente, etc.);
* energía media (con un impulso específico promedio: (02zh) + queroseno, N204 + MMG, etc.);
* alta energía (con un alto impulso específico: (02) W + (H2) W, (F2) W + (H2) W, etc.).

Según la toxicidad y la actividad de corrosión de los componentes, hay ácidos grasos:

* en componentes de combustibles activos no tóxicos y no corrosivos: (02) g, combustibles de hidrocarburos, etc.
* en componentes de combustibles tóxicos y corrosivos: MMG, UDMH y especialmente (F2) g.

Según la cantidad de componentes de combustible utilizados, se distinguen los controles remotos de uno, dos y tres componentes.
En controles remotos de un solo componente, en los que se alimentan los desplazamientos más comúnmente utilizados.
En la etapa inicial del desarrollo de sistemas auxiliares de control remoto de un componente para satélites, naves espaciales y naves espaciales, se utilizó peróxido de hidrógeno altamente concentrado (80 ... 95%) como combustible de un solo componente.
Actualmente, dichos sistemas de propulsión auxiliar se usan solo en los sistemas de orientación de algunos lanzacohetes japoneses.


En los restantes controladores auxiliares de un componente, el peróxido de hidrógeno es "desplazado" por la hidrazina, mientras que el impulso específico aumenta en aproximadamente un 30%.

El uso generalizado de hidrazina en LRE fue facilitado en gran medida por la creación de catalizadores altamente confiables con un recurso largo, en particular el catalizador Shell-405.

Más ampliamente, la humanidad usa TC de dos componentes, que tienen características de energía más altas en comparación con las de un solo componente. Pero los motores de cohete de propulsión líquida de dos componentes tienen un diseño más complejo que los motores de cohete de un solo componente. Debido a la presencia de oxidantes y tanques de combustible, un sistema de tuberías más complejo y la necesidad de garantizar la proporción requerida de componentes de combustible (coeficiente Km). En el control remoto de satélites, naves espaciales y naves espaciales, a menudo no se usan uno, sino varios tanques de oxidante y combustible, lo que además complica el sistema de tuberías de un control remoto de dos componentes.


TRs de tres componentes en desarrollo. Esto es realmente exótico.
Patente RF para un motor de cohete de tres componentes .
Esquema de este motor de cohete .

Dichos motores de cohetes se pueden clasificar como multicombustible.
Se desarrolló un motor cohete propulsor líquido de tres componentes (flúor + hidrógeno + litio) en OKB-456 .

Los combustibles de dos componentes consisten en un agente oxidante y combustible.
Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor LRE: LRE de dos componentes (H2O2 + queroseno)

Agentes oxidantes.

Oxigeno

Fórmula química-O2 (dióxido, denominación estadounidense Oxygen-OX).
En LRE, se usa oxígeno líquido en lugar de gaseoso, oxígeno líquido (LOX es corto y todo está claro).
Masa molecular (para la molécula) -32g / mol. Para los amantes de la precisión: masa atómica (masa molar) = 15.99903;
Densidad = 1,141 g / cm³
Punto de ebullición = 90.188K (−182.96 ° C)

Desde el punto de vista de la química, un agente oxidante ideal. Fue utilizado en los primeros misiles balísticos de la FAA, sus homólogos estadounidenses y soviéticos. Pero su punto de ebullición no era adecuado para los militares. El rango de temperatura de funcionamiento requerido es de –55 ° C a + 55 ° C (tiempo de preparación prolongado para el lanzamiento, tiempo de servicio corto en combate).


Muy baja corrosividad. La producción ha sido dominada durante mucho tiempo, el costo es pequeño: menos de $ 0.1 (en mi opinión, un litro de leche es mucho más barato).
Desventajas


Criogénico: requiere enfriamiento y reabastecimiento de combustible constante para compensar las pérdidas antes de comenzar.

En la foto: los obturadores de los dispositivos de protección de la junta automática de reabastecimiento de queroseno (ZU-2), 2 minutos antes del final del ciclograma al realizar la operación CERRAR, el ZU no se cerró por completo debido a la formación de hielo. Al mismo tiempo, debido a la formación de hielo, la señal para la salida de TUA del lanzador no pasó. Inicio se llevó a cabo al día siguiente.

Difícil de usar como un enfriador KS y un motor de cohete de boquilla.

La unidad de combustible RB se retira de las ruedas y se monta en la base.

Ahora todo el mundo está estudiando la posibilidad de usar oxígeno sobreenfriado o oxígeno en forma de granizado, en forma de una mezcla de fases sólidas y líquidas de este componente.
La vista será casi la misma que esta hermosa granizada de hielo en la bahía a la derecha de Shamora:


Imagínese: en lugar de H2O, imagine una pantalla LCD (LOX).
El encogimiento aumentará la densidad general del agente oxidante.

Ejemplo de enfriamiento (subenfriamiento) de un BR R-9A: por primera vez, se decidió utilizar oxígeno líquido sobreenfriado como agente oxidante en un cohete, lo que permitió reducir el tiempo total de preparación del cohete para el lanzamiento y aumentar su preparación.


Ozono -O3

Masa molecular = 48 amu, masa molar = 47.998 g / mol
La densidad del fluido a -188 ° C (85.2 K) es 1.59 (7) g / cm³
La densidad del ozono sólido a −195.7 ° C (77.4 K) es 1.73 (2) g / cm³
Punto de fusión −197.2 (2) ° C (75.9 K)

Durante mucho tiempo, los ingenieros fueron atormentados con él, tratando de usarlo como oxidante de alta energía y al mismo tiempo ecológico en la tecnología de cohetes.
La energía química total liberada durante la reacción de combustión con la participación del ozono es mayor que la del oxígeno simple en aproximadamente un cuarto (719 kcal / kg). Más serán, respectivamente, y Iud. El ozono líquido tiene una densidad mayor que el oxígeno líquido (1.35 versus 1.14 g / cm³, respectivamente), y su punto de ebullición es más alto (−112 ° C y −183 ° C, respectivamente).
Hasta ahora, un obstáculo insalvable es la inestabilidad química y la explosividad del ozono líquido con su descomposición en O y O2, en el que surge una onda de detonación que se mueve a una velocidad de aproximadamente 2 km / s y se desarrolla una presión de detonación destructiva de más de 3,107 dinas / cm2 (3 MPa), lo que hace que El uso de ozono líquido es imposible en el nivel actual de la tecnología, con la excepción del uso de mezclas estables de oxígeno y ozono (hasta 24% de ozono). Una ventaja de esta mezcla es también un mayor impulso específico para los motores de hidrógeno, en comparación con el ozono-hidrógeno. Hoy en día, motores tan eficientes como RD-170, RD-180, RD-191, así como motores de vacío acelerado, han alcanzado parámetros cercanos a los valores límite para Id y solo queda una posibilidad para aumentar la IA asociada con la transición a nuevos combustibles .

Ácido nítrico -HNO3

El estado del fluido en nu
Masa molar de 63.012 g / mol (no importa que use masa molar o masa molecular, esto no cambia la esencia)
Densidad 1,513 g / cm³
T. punto de fusión = - 41.59 ° C, T. punto de ebullición = 82.6 ° C

HNO3 tiene una alta densidad, bajo costo, se produce en grandes cantidades, es bastante estable, incluso a altas temperaturas, a prueba de fuego y explosión. Su principal ventaja sobre el oxígeno líquido en un alto punto de ebullición y, por lo tanto, la capacidad de almacenarse indefinidamente sin ningún aislamiento térmico. La molécula de ácido nítrico HNO3 es un agente oxidante casi ideal. Contiene como "lastre" un átomo de nitrógeno y una "mitad" de una molécula de agua, y se pueden usar dos átomos y medio de oxígeno para oxidar el combustible. Pero ahí estaba! El ácido nítrico es tan agresivo que reacciona continuamente consigo mismo: los átomos de hidrógeno se separan de una molécula de ácido y se unen a las vecinas, formando agregados frágiles pero extremadamente activos químicamente. Incluso los grados más persistentes de acero inoxidable son destruidos lentamente por el ácido nítrico concentrado (como resultado, se formó una “gelatina” verdosa espesa, una mezcla de sales metálicas, en el fondo del tanque). Se comenzaron a agregar varias sustancias al ácido nítrico para reducir la actividad corrosiva; solo el 0.5% del ácido fluorhídrico (fluorhídrico) reduce la tasa de corrosión del acero inoxidable en diez veces.

Para aumentar el pulso específico, se agrega dióxido de nitrógeno (NO2) al ácido. La adición de dióxido de nitrógeno al ácido une el agua que ingresa al agente oxidante, lo que reduce la actividad corrosiva del ácido, aumenta la densidad de la solución, alcanzando un máximo de 14% de NO2 disuelto. Esta concentración fue utilizada por los estadounidenses para sus misiles militares.

Durante casi 20 años hemos estado buscando contenedores adecuados para el ácido nítrico. Al mismo tiempo, es muy difícil elegir materiales estructurales para tanques, tuberías, cámaras de combustión de motores de cohetes.
Una variante del agente oxidante que se eligió en los EE. UU. Con un 14% de dióxido de nitrógeno. Y nuestros hombres cohete hicieron lo contrario. Era necesario ponerse al día con los Estados Unidos a toda costa, por lo que los agentes oxidantes de las marcas soviéticas - AK-20 y AK-27 - contenían 20 y 27% de tetraóxido.
Un hecho interesante: en el primer caza de misiles soviético BI-1, se utilizaron ácido nítrico y queroseno para los vuelos.


Los tanques y las tuberías tenían que estar hechos de metal monel: una aleación de níquel y cobre; se convirtió en un material estructural muy popular para los cohetes. Los rublos soviéticos estaban hechos casi en un 95% con esta aleación.


Desventajas: "estiércol" tolerable. Corrosivo activo. El impulso específico no es lo suficientemente alto. Actualmente, en su forma pura casi nunca se usa.

Tetraóxido de nitrógeno -AT (N2O4)

Masa molar = 92.011 g / mol
Densidad = 1,443 g / cm³

"Tomó el testigo" del ácido nítrico en motores militares. Tiene autoinflamabilidad con hidrazina, UDMH. Componente de bajo punto de ebullición, pero puede almacenarse durante mucho tiempo cuando se toman medidas especiales.

Desventajas: tan desagradable como HNO3, pero con sus propias peculiaridades. Puede descomponerse en óxido nítrico. Tóxico Bajo impulso específico. A menudo se usa y usa el oxidante AK-NN. Esta es una mezcla de ácido nítrico y tetraóxido nítrico, a veces se le llama "ácido nítrico de humo rojo". Los números indican el porcentaje de N2O4.


Básicamente, estos agentes oxidantes se usan en LRE militar y KA LRE debido a sus propiedades: larga vida y autoinflamabilidad. Los combustibles AT típicos son UDMH e hidrazina.

Flúor -F2

Masa atómica = 18.998403163 a. E. m. (G / mol)
Masa molar F2, 37.997 g / mol
Punto de fusión = 53.53 K (−219.70 ° C)
Punto de ebullición = 85.03 K (−188.12 ° C)
Densidad (para la fase líquida), ρ = 1.5127 g / cm³

La química del flúor comenzó a desarrollarse en la década de 1930, especialmente rápidamente durante los años de la Segunda Guerra Mundial 1939-45 y después en relación con las necesidades de la industria nuclear y la tecnología de cohetes. El nombre "Flúor" (del griego. Phthoros - destrucción, muerte), propuesto por A. Ampere en 1810, se usa solo en ruso; En muchos países se acepta el nombre "fluor" .
Es un excelente agente oxidante en términos de química. Oxida tanto el oxígeno como el agua. ¡Los cálculos muestran que la Isp teórica máxima se puede obtener en un par de F2-Be (berilio) -orden 6000 m / s!
Super Bummer, no "super" ...
Activo extremadamente corrosivo, tóxico, propenso a explosiones en contacto con materiales oxidantes. Criogénico Cualquier producto de la combustión también tiene casi los mismos "pecados": terriblemente corrosivos y tóxicos.
Precauciones de seguridad. El flúor es tóxico, su concentración máxima permitida en el aire es de aproximadamente 2 · 10-4 mg / l, y la concentración máxima permitida cuando se expone a no más de 1 h es 1.5 · 10-3 mg / l.
El par 8D21 líquido-propelente líquido propelente + amoníaco dio un impulso específico a un nivel de 4000 m / s.
¡Para el par F2 + H2, Iud = 4020 m / s!
El problema: HF fluoruro de hidrógeno en el "escape".
¿Posición de partida después de lanzar un "motor energético"?
¡Un grupo de metales líquidos y otros elementos químicos disueltos en ácido fluorhídrico!
H2 + 2F = 2HF; a temperatura ambiente, existe como un dímero H2F2.
Miscible con agua en cualquier aspecto con la formación de ácido fluorhídrico (fluorhídrico). Y su uso en el motor de cohete no es realista debido a dificultades de almacenamiento.


Lo mismo se aplica a otros halógenos líquidos, como el cloro.

Se planeó desarrollar el V.P.Glushko OKB-456 en el OKB-456 V.P.Glushko sobre la base del motor de cohete propulsor líquido gastado de 10 toneladas que usa combustible de flúor-amonio (F2 + NH3) para motores de cohete propulsor líquido de fluoruro de hidrógeno con un empuje de 25 toneladas.

Peróxido de hidrógeno -H2O2.


Lo mencioné anteriormente en combustibles de un solo componente.

Walter HWK 109-507: ventajas en la simplicidad del diseño del motor de cohete. Un vívido ejemplo de tal combustible es el peróxido de hidrógeno.

Peróxido de hidrógeno para cabello lujoso y 14 secretos más de aplicación.


Alles: la lista de agentes oxidantes más o menos reales está completa. Me concentro en HCl O4 . Como agentes oxidantes independientes del ácido perclórico, solo: el monohidrato (2 + Cl4) es una sustancia cristalina sólida y el dihidrato (2 + l4) es un líquido denso y viscoso. El ácido perclórico (que no es prometedor debido a Isp), es interés como aditivo de los agentes oxidantes, lo que garantiza la fiabilidad de la autoignición del combustible.

Los agentes oxidantes se pueden clasificar de la siguiente manera:


La lista final (de uso frecuente) de agentes oxidantes junto con combustibles reales:

Nota: si desea transferir una variante de impulso específico a otra, puede usar una fórmula simple: 1 m / s = 9.81 s.

En contraste con ellos, combustible, tenemos "montones" .

Combustible

Las características principales de los LMR de dos componentes a p / pa = 7 / 0.1 MPa


Según la composición fisicoquímica, se pueden dividir en varios grupos.

Combustibles de hidrocarburos.
Hidrocarburos de bajo peso molecular.
Sustancias simples: atómicas y moleculares.
Para este tema, hasta ahora solo el hidrógeno (Hydrogenium) es de interés práctico.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, Br2, Si, Cl2, I2 y otros. No consideraré este artículo.
Combustibles de hidrazina ("stinkers").

La búsqueda del combustible óptimo comenzó con el desarrollo de los entusiastas del motor de cohete.
El primer combustible ampliamente utilizado fue el alcohol (etilo), que se utilizó en el primer
Misiles soviéticos R-1, R-2, R-5 ("legado" FAU-2) y en la propia Vergeltungswaffe-2.


Por el contrario, una solución de alcohol etílico al 75% (etanol, alcohol etílico, metilcarbinol, alcohol tártaro o alcohol, a menudo coloquialmente simplemente "alcohol") es un alcohol monohidroxilado con la fórmula C2H5OH (fórmula empírica C2H6O), otra opción: CH3-CH2-OH
Este combustible tiene dos fallas serias que los militares aparentemente no satisfacen: bajo rendimiento energético y baja resistencia del personal a "envenenamiento" con dicho combustible.

Los defensores de un estilo de vida saludable (fobia al alcohol) trataron de usar alcohol furfurílico, un líquido venenoso, móvil, transparente, a veces amarillento (a marrón oscuro) que enrojece en el aire con el tiempo.

Chem fórmula: C4H3OCH2OH, rata. fórmula: C5H6O2. Lechada repugnante.
No es para beber.

Grupo de hidrocarburos.
Queroseno

Fórmula condicional C7,2107H13,2936
Una mezcla combustible de hidrocarburos líquidos (de C8 a C15) con un punto de ebullición en el rango de 150-250 ° C, transparente, incolora (o ligeramente amarillenta), ligeramente aceitosa al tacto
densidad: de 0,78 a 0,85 g / cm³ (a una temperatura de 20 ° C);
viscosidad - de 1.2 - 4.5 mm² / s (a una temperatura de 20 ° C);
punto de inflamación: de 28 ° a 72 ° ;
Valor calorífico - 43 MJ / kg.
Mi opinión: no tiene sentido escribir sobre la masa molar exacta

El queroseno es una mezcla de varios hidrocarburos, por lo que aparecen fracciones aterradoras (en la fórmula química) y un punto de ebullición "manchado".

Conveniente combustible de alto punto de ebullición. Se ha utilizado durante mucho tiempo y con éxito en todo el mundo en motores y aviación. Es en él que los sindicatos todavía vuelan. Baja toxicidad (no se recomienda beber), estable. Sin embargo, el queroseno es peligroso e insalubre (ingestión).
¡Pero hay personas que simplemente los tratan! ¡El Ministerio de Salud está categóricamente en contra!
Cuentos de soldados: ayuda a deshacerse del desagradable Pthirus pubis .

Sin embargo, también requiere precaución en el manejo durante la operación: un accidente de avión de pasajeros
Ventajas significativas: relativamente económico, dominado en producción.

Un par de queroseno-oxígeno es ideal para la primera etapa. Su impulso específico en la tierra es 3283 m / s, hueco 3475 m / s. Desventajas Relativamente baja densidad.


Cohete estadounidense queroseno Propelente de cohete-1 o petróleo refinado-1

Relativamente barato (era):


Para aumentar la densidad, los líderes de exploración espacial desarrollaron Sintin (URSS) y RJ-5 (EE. UU.).
Síntesis sintética.

El queroseno tiene una tendencia a depositar depósitos de alquitrán en la red eléctrica y la ruta de enfriamiento, lo que afecta negativamente el enfriamiento.
Mukhin, Velour @Co pedal en esta propiedad .
Los motores de queroseno son los más desarrollados en la URSS.

Una obra maestra de la mente humana y la ingeniería es nuestra "perla" RD-170/171:


"¿Dónde están los mejores motores de cohetes del mundo?"

Ahora el nombre más correcto para los combustibles a base de queroseno es el término UVG - "combustible de hidrocarburos", porque del queroseno quemado en las seguras lámparas de queroseno de I. Lukasevich y Y. Zekh, el UVG utilizado "fue" muy lejos .
Como ejemplo: naftilo .



Hidrocarburos de bajo peso molecular

Metano -CH4

Masa molar: 16.04 g / mol
Densidad del gas (0 ° C) 0.7168 kg / m³;
líquido (−164.6 ° C) 415 kg / m³
T. punto de fusión = - 182.49 ° C
T. ebullición = - 161.58 ° C

Ahora se considera a todos como un combustible prometedor y barato, como una alternativa al queroseno e hidrógeno.
Diseñador jefe de NPO Energomash Vladimir Chvanov:

- El impulso específico del motor de GNL es alto, pero esta ventaja se ve compensada por el hecho de que el combustible de metano tiene una densidad menor, por lo que el resultado es una ligera ventaja energética. Desde un punto de vista estructural, el metano es atractivo. Para liberar las cavidades del motor, solo necesita pasar por el ciclo de evaporación, es decir, el motor se libera más fácilmente de los residuos del producto. Debido a esto, el combustible de metano es más aceptable desde el punto de vista de crear un motor reutilizable y un avión reutilizable.

Barato, generalizado, estable, baja toxicidad. En comparación con el hidrógeno, tiene un punto de ebullición más alto, y el impulso específico emparejado con oxígeno es más alto que el del queroseno: aproximadamente 3250-3300 m / s en el suelo.

Bonito refrigerador.
Desventajas Baja densidad (dos veces menor que el queroseno). En algunas condiciones de combustión, puede descomponerse con la liberación de carbono en la fase sólida, lo que puede conducir a una caída en el impulso debido al flujo de dos fases y un fuerte deterioro en el régimen de enfriamiento en la cámara debido a la deposición de hollín en las paredes del COP. Recientemente, el NOR activo y la I + D están en marcha en el campo de su aplicación (junto con el propano y el gas natural) incluso en la dirección de la modificación ya existe. LRE (en particular, dicho trabajo se realizó en RD-0120 ).


O como un ejemplo "nuevo", el motor American Raptor de Space X:


Estos combustibles incluyen propano y gas natural. Sus características principales, como combustible, son cercanas (a excepción de una densidad más alta y un punto de ebullición más alto) a UVG. Y hay los mismos problemas al usarlos.

El hidrógeno -H2 (líquido: LH2) se coloca por separado entre los combustibles.

La masa molar de hidrógeno es de 2016 g / mol o aproximadamente 2 g / mol.
Densidad (a n.a.) = 0.0000899 (a 273 K (0 ° C)) g / cm³
Punto de fusión = 14.01K (-259.14 ° C);
Punto de ebullición = 20.28K (-252.87 ° C);

Tsiolkovsky propuso el uso de un par de LOX-LH2, pero otros lo implementaron:


Desde el punto de vista de la termodinámica H2, es un fluido de trabajo ideal tanto para el motor cohete propulsor líquido como para la turbina . Excelente enfriador, tanto en estado líquido como gaseoso. El último hecho nos permite no tener particularmente miedo a la ebullición del hidrógeno en el camino de enfriamiento y usar hidrógeno tan gasificado para impulsar el TNA.
Tal esquema se implementa en el Aerojet Rocketdyne RL-10, solo un motor elegante (desde un punto de vista de ingeniería):


Nuestro análogo (incluso mejor, porque es más joven): RD-0146 (D, DM) es un motor de cohete propulsor de líquido sin gas desarrollado por la Oficina de Diseño de Ingeniería Química en Voronezh.

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