Saga du propulseur

Préface

Et il ne le sera pas, pour ne pas spammer, tout est décrit dans la «postface». Assurez-vous de le lire afin qu'il n'y ait pas de dissonance avec les commentaires précédents.
L'article a dû être refait le 01/03/2017 et il diffère de l'original.

Achtung! Vous ne devez pas considérer cet article comme une sorte de travail scientifique ou une réclamation du prix Nobel.
De plus:

"... Et il n'y a rien de nouveau sous le soleil"

(Ecclésiaste 1: 9).
À propos des carburants, des fusées, des moteurs de fusées ont été écrits, écrivent et écriront.

L'un des premiers ouvrages sur les carburants LPRE peut être considéré comme un livre de V.P. Glushko «Liquid fuel for jet engine», publié en 1936.


Pour moi, le sujet semblait intéressant, lié à mon ancienne spécialité et à mes études à l'université, d'autant plus «traîné» sa progéniture plus jeune «allons pétrir le chef et exécuter ce fil, et si nous sommes trop paresseux, nous pouvons le comprendre ». Apparemment, les lauriers de Lin Industrial sont hantés.

Vous voulez donc faire exploser correctement votre moteur-fusée.

Nous allons "comprendre" ensemble, sous un contrôle parental strict.

"Clé du départ" ... "Allons-y!" (Yu.A. Gagarin & S.P. Korolev)


Quel que soit le type de RD (schéma, nature du processus) utilisé en fusée, son objectif est de créer une poussée (force) en convertissant l'énergie initiale stockée dans la RT en énergie cinétique (Ek) du jet du fluide de travail.
Ek d'un jet stream en RD différents types d'énergie sont convertis (chimique, nucléaire, électrique).
Pour les moteurs chimiques, le carburant peut être divisé par état de phase: gazeux, liquide, solide, mixte.

Pièce n ° 1-carburant pour moteurs-fusées à propergol liquide ou carburants-fusées liquides.

Classification des carburants chimiques pour moteurs-fusées (conventionnels):




En général, la réaction chimique des composants RT peut être considérée comme une source chimique d'énergie thermique pour la RD.

Je vais commencer à diffuser avec Km0. Il s'agit d'un ratio très important pour les voies de circulation: le carburant peut brûler différemment dans les voies de circulation (une réaction chimique dans les voies de circulation n'est pas la combustion habituelle du bois de chauffage dans une cheminée , où l'oxygène de l'air agit comme un agent oxydant). La combustion (plus précisément l'oxydation) du carburant dans une chambre de moteur de fusée est, tout d'abord, une réaction d'oxydation chimique avec dégagement de chaleur. Et le cours des réactions chimiques dépend essentiellement du nombre de substances (leur rapport) entrant dans la réaction.
Comment s'endormir sur la défense d'un projet de cours, d'un examen ou d'un test. / Dmitry Zavistovsky

La valeur de Km0 dépend de la valence que les éléments chimiques peuvent présenter sous la forme théorique de l'équation de réaction chimique. Exemple pour ZhRT: AT + UDMH .

Un paramètre important est le coefficient d'excès d'oxydant (grec grec «α» avec un indice «d'env.») Et le rapport massique des composants Km.

Km = (dmok. / Dt) / (dmg ../ dt), c'est-à-dire le rapport du débit massique de l'agent oxydant au débit massique du carburant. Elle est spécifique à chaque carburant. Dans le cas idéal, c'est le rapport stœchiométrique de l'agent oxydant au carburant, c'est-à-dire montre combien de kg d'oxydant est nécessaire pour oxyder 1 kg de carburant. Cependant, les valeurs réelles diffèrent des valeurs idéales. Le rapport du Km réel à l'idéal est le coefficient d'excès d'oxydant.


En règle générale, αok. <= 1. Et voici pourquoi. Les dépendances Tk (αok.) Et Isp. (Αok.) Sont non linéaires et pour de nombreux carburants ce dernier a un maximum à αok. pas au rapport stœchiométrique des composants, c'est-à-dire max. valeurs Iud. obtenu avec une légère diminution de la quantité d'agent oxydant par rapport à la stoechiométrie.

Un peu plus de patience, car Je ne peux pas contourner le concept: l' enthalpie . C'est utile dans l'article et dans la vie de tous les jours.
En bref, l'enthalpie est l'énergie. Deux de ses «hypostases» sont importantes pour l'article:
Enthalpie thermodynamique - la quantité d'énergie dépensée pour la formation d'une substance à partir des éléments chimiques d'origine. Pour les substances constituées de molécules identiques (H2, O2, etc.), elle est égale à zéro.
Enthalpie de combustion - n'a de sens que si une réaction chimique se produit. Dans les ouvrages de référence, on peut trouver les valeurs de cette quantité obtenues expérimentalement dans des conditions normales. Le plus souvent pour les carburants, il s'agit d'une oxydation complète dans l'environnement de l'oxygène, pour les oxydants - oxydation de l'hydrogène par un agent oxydant donné. De plus, les valeurs peuvent être à la fois positives et négatives, selon le type de réaction.
«La somme de l'enthalpie thermodynamique et de l'enthalpie de combustion s'appelle l'enthalpie totale de la substance. En fait, cette valeur est également utilisée dans le calcul thermique des chambres LRE. »

Exigences pour ZhRT:

-en tant que source d'énergie;
-en tant que source d'énergie;
- quant à une substance qui doit être utilisée (à un niveau de développement technologique donné) pour refroidir les voies de circulation et les moteurs à thermopile, parfois pour pressuriser les réservoirs avec de la RT, lui fournir du volume (réservoirs de pH), etc.;
- quant à une substance en dehors de la LRE, c'est-à-dire pendant le stockage, le transport, le ravitaillement, les tests, la sécurité environnementale, etc.

Une telle gradation est relativement arbitraire, mais reflète en principe l'essence.
J'appellerai ces exigences comme suit: n ° 1, n ° 2, n ° 3.
Quelqu'un peut ajouter à la liste dans les commentaires.

Ces exigences sont un exemple classique de "Crabe et brochet de cygne" , qui "tirent" les créateurs de la voie de circulation dans différentes directions:

# Du point de vue de la source d'énergie du moteur-fusée (n ° 1)

C'est-à-dire besoin d'obtenir max. Iud.
Je ne dérangerai pas davantage tout le monde, dans le cas général:

Avec d'autres paramètres importants pour le n ° 1, nous nous intéressons à R et T (avec tous les indices).
Il faut que: la masse moléculaire des produits de combustion soit minimale, la chaleur spécifique soit maximale.

# Du point de vue du concepteur du lanceur (n ° 2):

Les TC devraient avoir une densité maximale, en particulier dans les premiers stades des missiles, car ce sont les plus volumineux et les RD puissants, avec un deuxième débit important.
De toute évidence, cela n'est pas conforme à l'exigence du numéro 1

# Des tâches opérationnelles sont importantes (n ° 3):

-la stabilité chimique du TC;
- simplicité du ravitaillement, du stockage, du transport et de la fabrication;
-sécurité écologique (dans tout le "domaine" d'application), à savoir toxicité, coût de production et de transport, etc. et la sécurité pendant l'exploitation des voies de circulation (risque d'explosion).
Pour plus d'informations, voir «La saga des carburants pour missiles - L'autre côté de la médaille» .



Bien sûr, ce n'est que la pointe de l'iceberg. Des exigences supplémentaires conviennent également ici, en raison desquelles des CONSENSUS et des COMPROMIS doivent être recherchés:

L'un des composants doit nécessairement avoir des propriétés satisfaisantes (mieux excellentes) du refroidisseur, car à ce niveau de technologie, il faut refroidir le KP RD:



Il est également nécessaire (en règle générale) d'utiliser l'un des composants comme fluide de travail pour la turbine TNA:


Pour les composants du carburant, «la pression de vapeur saturée est d'une grande importance (c'est à peu près la pression à laquelle un liquide commence à bouillir à une température donnée). Ce paramètre affecte fortement la conception des pompes et le poids des réservoirs. »/ S.S. Fakas



Un facteur important est l'agressivité des TC vis-à-vis des matériaux (CM) des moteurs-fusées et des réservoirs pour leur stockage.
Si les savoirs traditionnels sont très «nocifs» (comme certaines personnes), les ingénieurs doivent alors prendre un certain nombre de mesures spéciales pour protéger leurs structures contre le carburant.



- l' auto- inflammabilité des composants du combustible en tant que Janus à deux faces : parfois c'est nécessaire, et parfois ça fait mal. Il y a une autre propriété désagréable: le risque d'explosion
Pour de nombreuses industries utilisant des fusées (usage militaire ou espace lointain)
il est nécessaire que le carburant soit chimiquement stable et que son stockage, son ravitaillement (en général, tout ce qu'on appelle la logistique) et son élimination ne causent pas de «maux de tête» pour les opérateurs et l'environnement.



Un paramètre important est la toxicité des produits de combustion. Maintenant, c'est très pertinent.


Coût de production: la charge pesant sur l'économie d'un pays qui prétend être une «cabine spatiale».
Il existe bon nombre de ces exigences et, en règle générale, elles sont antagonistes.

Conclusion: le carburant ou ses composants doivent avoir (ou posséder):

1. La puissance thermique la plus élevée, pour obtenir un Iud maximum.
2. La densité la plus élevée, une toxicité minimale, une stabilité et un faible coût (dans la production, la logistique et l'élimination).
3. La valeur la plus élevée de la constante de gaz ou le plus petit poids moléculaire des produits de combustion, ce qui donnera un écoulement Vmax et une excellente impulsion spécifique de poussée.
4. Une température de combustion modérée (pas plus de 4500K), sinon tout brûlera ou s'éteindra. Ne soyez pas explosif. Auto-inflammation dans certaines conditions.
5. Le taux de combustion maximum. Cela garantira le poids et le volume minimum de la COP.
6. La période minimale de retard d'allumage, le lancement en douceur et fiable de la voie de circulation joue un rôle important.

Un tas de problèmes et d'exigences: viscosité, fusion et solidification du T, ébullition du T, volatilité, pression de vapeur et chaleur latente de vaporisation, etc. etc.

Les compromis se montrent clairement selon Iud.: Les TC de haute densité (kérosène + LOX) sont généralement utilisés aux étages inférieurs du PH, bien qu'ils perdent les mêmes LH2 et LOX, qui à leur tour sont utilisés sur les étages supérieurs du PH (Energy 11K25) .


Et encore une fois, la belle paire LH2 + LOX ne peut pas être utilisée pour l'espace lointain ou pour un séjour à long terme en orbite (Voyager 2, Breeze-M de l'étage supérieur, ISS, etc.)

Le moment étonnant de désamarrer le satellite météorologique GOES-R de l'étage supérieur Centaur du lanceur Atlas V 541 ( séparation de vaisseaux spatiaux GOES-R )

Classification du ZhRT - le plus souvent par la pression des vapeurs saturées ou la température du point triple , ou plus simplement le point d'ébullition à pression normale.

Composants à haut point d'ébullition de ZhRT.
Substances chimiques ayant une température de fonctionnement maximale à laquelle la pression de vapeur saturée (je serai ci-après dénommé Rnp) dans les réservoirs de fusée est significativement inférieure au niveau de pression admissible dans les réservoirs par leur résistance structurelle.
Un exemple:

kérosène, UDMH, acide nitrique.

En conséquence, ils sont stockés sans manipulations spéciales avec des réservoirs de refroidissement.


Personnellement, j'aime davantage le terme «emballage». Bien que cela ne soit pas entièrement correct, il est néanmoins proche de la valeur quotidienne. C'est ce qu'on appelle centres commerciaux stockés depuis longtemps.

Composants à bas point d'ébullition des acides gras.
Ici, Rnp est proche de la pression maximale admissible dans les réservoirs (selon le critère de leur résistance). Le stockage dans des réservoirs fermés sans mesures spéciales de refroidissement (et / ou de refroidissement) et de retour des condensats n'est pas autorisé. Les mêmes exigences (et problèmes) avec les vannes LRE et les canalisations de ravitaillement / décharge.
Un exemple:

ammoniac, propane, tétroxyde d'azote.

Le Ministère de la défense de la Fédération de Russie (Ministère de la défense de la Fédération de Russie) considère que tout est un composant à bas point d'ébullition, dont le point d'ébullition est 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 l'entretien des composants à bas point d'ébullition à l'état liquide, un équipement technologique spécial est utilisé.

Composants cryogéniques du tractus gastro-intestinal.
À strictement parler, il s'agit d'une sous-classe de composants à bas point d'ébullition.
C'est-à-dire substances 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 le composant cryogénique à l'état de neige fondante, sous la forme d'un mélange de phases solide et liquide de ce composant.
Des mesures particulières sont nécessaires lors du ravitaillement (refroidissement des réservoirs et des autoroutes, isolation thermique des vannes LRE, etc.)



La température de leur point critique est beaucoup plus basse qu'opérationnelle. Le stockage dans des réservoirs à pH scellés est impossible ou très difficile.
Les représentants typiques sont l'oxygène et l'hydrogène en phase liquide.
De plus, j'utiliserai respectivement le style américain de leur désignation LOX et LH2, ou LCD et LW.
Notre "beau" RD-0120 (hydrogène-oxygène):

Il est à l'extérieur (aménagements, autoroutes) entièrement rempli de matériau isolant.

Selon certains experts, la technologie de production du RD-0120 est actuellement complètement perdue dans la Fédération de Russie. Cependant, sur la base de ses technologies, un moteur oxygène-hydrogène RD-0146 est en cours de création dans la même entreprise.

Lorsque les composants de la RT se trouvent dans le CS du moteur-fusée à propergol liquide (ils réagissent de manière intelligente), ils doivent être divisés en:

Auto-allumage (STK), auto-allumage limité (OSTK) et non auto-allumage ().

STK: lorsqu'un oxydant et un carburant entrent en contact à l'état liquide, ils s'enflamment (sur toute la plage de pressions et de températures de fonctionnement).
Cela simplifie grandement le système d'allumage de la voie de circulation, cependant, si les composants se rencontrent à l'extérieur de la chambre de combustion (fuites, accidents), il y aura un incendie ou une grosse "sorcière". L'extinction est difficile.


Exemple: N204 (tétraxyde d'azote) + MMG (monométhylhydrazine), N204 + N2H4 (hydrazine), N2O4 + UDMH et tous les carburants à base de fluor.

OSTK: ici pour l'allumage, il est nécessaire de prendre des mesures spéciales. Les carburants non combustibles nécessitent un système d'allumage.


Exemple: kérosène + LOX ou LH2 + LOX.

NTK: les commentaires sont redondants ici. Soit un catalyseur, soit un allumage constant (ou température et / ou pression, etc.), soit un troisième composant est requis.


Idéal pour le transport, le stockage et étanche.

Une autre option de séparation, selon le niveau des caractéristiques énergétiques du ZhRT:

* faible énergie (avec une impulsion spécifique relativement faible - un composant, etc.);
* énergie moyenne (avec une impulsion spécifique moyenne - (02zh) + kérosène, N204 + MMG, etc.);
* haute énergie (avec une impulsion spécifique élevée: (02) W + (H2) W, (F2) W + (H2) W, etc.).

Selon la toxicité et l'activité de corrosion des composants, il existe des acides gras:

* sur les composants de combustibles actifs non toxiques et non corrosifs - (02) g, carburants hydrocarbonés, etc.;
* sur les composants combustibles toxiques et corrosifs - MMG, UDMH et surtout (F2) g.

Selon le nombre de composants de carburant utilisés, les télécommandes à un, deux et trois composants sont distinguées.
Dans les télécommandes à un composant, dans lesquelles le déplacement le plus couramment utilisé.
Au stade initial du développement de systèmes auxiliaires de télécommande à un composant pour les satellites, les engins spatiaux et les engins spatiaux, du peroxyde d'hydrogène hautement concentré (80 ... 95%) a été utilisé comme carburant à un seul composant.
Actuellement, ces systèmes de propulsion auxiliaires ne sont utilisés que dans les systèmes d'orientation de certains lance-roquettes japonais.


Dans les autres contrôleurs auxiliaires à un composant, le peroxyde d'hydrogène est «déplacé» par l'hydrazine, tandis que l'impulsion spécifique est augmentée d'environ 30%.

L'utilisation généralisée de l'hydrazine dans les LRE a été grandement facilitée par la création de catalyseurs très fiables avec une longue ressource, en particulier le catalyseur Shell-405.

Plus largement, l'humanité utilise des TC à deux composants, qui ont des caractéristiques énergétiques plus élevées que celles à un seul composant. Mais les moteurs-fusées à propergol liquide à deux composants sont de conception plus complexe que les moteurs à un composant. En raison de la présence de comburant et de réservoirs de carburant, d'un système de tuyauterie plus complexe et de la nécessité d'assurer le rapport requis des composants du carburant (coefficient Km). Dans la télécommande des satellites, des engins spatiaux et des engins spatiaux, souvent non pas un mais plusieurs réservoirs d'oxydant et de carburant sont utilisés, ce qui complique en outre le système de tuyauterie d'une télécommande à deux composants.


RT à trois composants en développement. C'est un vrai exotique.
Brevet RF pour un moteur-fusée à trois composants .
Schéma de ce moteur-fusée .

Ces moteurs-fusées peuvent être classés comme multicombustibles.
Un moteur-fusée à propergol liquide à trois composants (fluor + hydrogène + lithium) a été développé à OKB-456 .

Les carburants à deux composants sont constitués d'un agent oxydant et d'un carburant.
Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor LRE: LRE à deux composants (H2O2 + kérosène)

Agents oxydants.

L'oxygène

Formule chimique-O2 (dioxyde, désignation américaine Oxygen-OX).
Dans LRE, l'oxygène liquide plutôt que gazeux, l'oxygène liquide, est utilisé (LOX est court et tout est clair).
Masse moléculaire (pour la molécule) -32g / mol. Pour les amateurs de précision: masse atomique (masse molaire) = 15,99903;
Densité = 1,141 g / cm³
Point d'ébullition = 90,188 K (−182,96 ° C)

Du point de vue de la chimie, un oxydant idéal. Il a été utilisé dans les premiers missiles balistiques de la FAA, ses homologues américains et soviétiques. Mais son point d'ébullition ne convenait pas aux militaires. La plage de température de fonctionnement requise est de –55 ° C à + 55 ° C (temps de préparation long pour le lancement, temps court en service de combat).


Très faible corrosivité. La production est maîtrisée depuis longtemps, le coût est faible - moins de 0,1 $ (à mon avis, un litre de lait est beaucoup moins cher).
Inconvénients:


Cryogénique - nécessite un refroidissement et un ravitaillement constant pour compenser les pertes avant de démarrer.

Sur la photo: les volets des dispositifs de protection de l'auto-joint de ravitaillement en kérosène (ZU-2), 2 minutes avant la fin du cyclogramme pendant l'opération CLOSE, le ZU ne s'est pas complètement fermé à cause du givrage. En même temps, en raison du givrage, le signal de sortie TUA du lanceur n'a pas passé. Le démarrage a été effectué le lendemain.

Difficile à utiliser comme refroidisseur KS et moteur-fusée à buses.

L'unité d'alimentation RB est retirée des roues et montée sur la fondation.

Maintenant, tout le monde étudie la possibilité d'utiliser de l'oxygène surfondu ou de l'oxygène sous forme de neige fondante, sous la forme d'un mélange de phases solide et liquide de ce composant.
La vue sera à peu près la même que cette belle neige fondante dans la baie à droite de Shamora:


Imaginez: au lieu de H2O, imaginez un LCD (LOX).
Un shugging augmentera la densité globale de l'agent oxydant.

Exemple de refroidissement (sous-refroidissement) d'un BR R-9A: pour la première fois, il a été décidé d'utiliser de l'oxygène liquide surfondu comme agent oxydant dans une fusée, ce qui a permis de réduire le temps total de préparation de la fusée pour le lancement et d'augmenter sa préparation.


Ozone -O3

Masse moléculaire = 48 amu, masse molaire = 47,998 g / mol
La densité du fluide à -188 ° C (85,2 K) est de 1,59 (7) g / cm³
La densité de l'ozone solide à −195,7 ° C (77,4 K) est de 1,73 (2) g / cm³
Point de fusion −197,2 (2) ° C (75,9 K)

Pendant longtemps, les ingénieurs ont été tourmentés avec lui, essayant d'utiliser comme oxydant à haute énergie et en même temps respectueux de l'environnement dans la technologie des fusées.
L'énergie chimique totale libérée lors de la réaction de combustion avec la participation de l'ozone est supérieure à celle du simple oxygène d'environ un quart (719 kcal / kg). Plus seront, respectivement, et Iud. L'ozone liquide a une densité plus élevée que l'oxygène liquide (1,35 contre 1,14 g / cm³, respectivement), et son point d'ébullition est plus élevé (−112 ° C et −183 ° C, respectivement).
Jusqu'à présent, un obstacle insurmontable est l'instabilité chimique et l'explosivité de l'ozone liquide avec sa décomposition en O et O2, à laquelle se produit une onde de détonation se déplaçant à une vitesse d'environ 2 km / s et une pression de détonation destructrice de plus de 3 · 107 dyne / cm2 (3 MPa) se développe, ce qui rend l'utilisation de l'ozone liquide est impossible au niveau technologique actuel, à l'exception de l'utilisation de mélanges stables oxygène-ozone (jusqu'à 24% d'ozone). Un avantage de ce mélange est également une impulsion spécifique plus élevée pour les moteurs à hydrogène, par rapport à l'ozone-hydrogène. Aujourd'hui, des moteurs très efficaces tels que RD-170, RD-180, RD-191, ainsi que des moteurs à vide accélérateur, ont atteint des paramètres proches des valeurs limites pour Id et il ne reste qu'une possibilité d'augmenter l'IA associée à la transition vers de nouveaux carburants .

Acide nitrique -HNO3

L'état du fluide à nu
Masse molaire de 63,012 g / mol (peu importe que j'utilise la masse molaire ou la masse moléculaire - cela ne change pas l'essence)
Densité 1513 g / cm³
T. point de fusion = - 41,59 ° C, T. point d'ébullition = 82,6 ° C

Le HNO3 a une densité élevée, un faible coût, est produit en grande quantité, est assez stable, y compris à des températures élevées, résistant au feu et aux explosions. Son principal avantage sur l'oxygène liquide à haut point d'ébullition, et donc la possibilité d'être stocké indéfiniment sans aucune isolation thermique. La molécule d'acide nitrique HNO3 est un agent oxydant presque idéal. Il contient comme «ballast» un atome d'azote et la «moitié» d'une molécule d'eau, et deux atomes et demi d'oxygène peuvent être utilisés pour oxyder le carburant. Mais ça y était! L'acide nitrique est si agressif qu'il réagit en permanence avec lui-même - les atomes d'hydrogène sont séparés d'une molécule d'acide et attachés aux molécules voisines, formant des agrégats fragiles mais extrêmement chimiquement actifs. Même les nuances d'acier inoxydable les plus résistantes sont lentement détruites par l'acide nitrique concentré (en conséquence, une "gelée" verdâtre épaisse, un mélange de sels métalliques, s'est formée au fond du réservoir). Diverses substances ont commencé à être ajoutées à l'acide nitrique pour réduire l'activité corrosive; seulement 0,5% d'acide fluorhydrique (fluorhydrique) réduit de dix fois le taux de corrosion de l'acier inoxydable.

Pour augmenter l'impulsion spécifique, du dioxyde d'azote (NO2) est ajouté à l'acide. L'addition de dioxyde d'azote à l'acide lie l'eau entrant dans l'agent oxydant, ce qui réduit l'activité corrosive de l'acide, augmente la densité de la solution, atteignant un maximum à 14% de NO2 dissous. Cette concentration a été utilisée par les Américains pour leurs missiles militaires.

Depuis près de 20 ans, nous recherchons des conteneurs adaptés pour l'acide nitrique. Dans le même temps, il est très difficile de choisir des matériaux de structure pour les réservoirs, les tuyaux, les chambres de combustion des moteurs-fusées.
Une variante de l'agent oxydant choisi aux USA avec 14% de dioxyde d'azote. Et nos roquettes ont fait autrement. Il fallait à tout prix rattraper les États-Unis, de sorte que les agents oxydants des marques soviétiques - AK-20 et AK-27 - contenaient 20 et 27% de tétraoxyde.
Un fait intéressant: dans le premier chasseur de missiles soviétique BI-1, l'acide nitrique et le kérosène ont été utilisés pour les vols.


Les réservoirs et les tuyaux devaient être faits de métal monel: un alliage de nickel et de cuivre; il est devenu un matériau de construction très populaire pour les fusées. Les roubles soviétiques étaient constitués à près de 95% de cet alliage.


Inconvénients: "boue" tolérable. Corrosif actif. L'impulsion spécifique n'est pas suffisamment élevée. Actuellement, dans sa forme pure, il n'est presque jamais utilisé.

Tétraoxyde d'azote -AT (N2O4)

Masse molaire = 92,011 g / mol
Densité = 1 443 g / cm³

"A pris le relais" de l'acide nitrique dans les moteurs militaires. Il a une auto-inflammabilité avec l'hydrazine, UDMH. Composant à bas point d'ébullition, mais peut être stocké longtemps lorsque des mesures spéciales sont prises.

Inconvénients: aussi dégoûtant que HNO3, mais avec ses propres caprices. Peut se décomposer en oxyde nitrique. Toxique Impulsion spécifique faible. Souvent utilisé et utilise l'oxydant AK-NN. Il s'agit d'un mélange d'acide nitrique et de tétraoxyde nitrique, parfois appelé «acide nitrique fumant rouge». Les chiffres indiquent le pourcentage de N2O4.


Fondamentalement, ces agents oxydants sont utilisés dans les LRE et KA LRE militaires en raison de leurs propriétés: longue durée de vie et auto-inflammable. Les carburants AT typiques sont l'UDMH et l'hydrazine.

Fluor -F2

Masse atomique = 18,998403163 a. E. m. (G / mol)
Masse molaire F2, 37,997 g / mol
Point de fusion = 53,53 K (−219,70 ° C)
Point d'ébullition = 85,03 K (−188,12 ° C)
Densité (pour la phase liquide), ρ = 1,5127 g / cm³

La chimie du fluor a commencé à se développer dans les années 1930, particulièrement rapidement pendant les années de la Seconde Guerre mondiale 1939-45 et ensuite en relation avec les besoins de l'industrie nucléaire et de la technologie des fusées. Le nom "Fluor" (du grec. Phthoros - destruction, mort), proposé par A. Ampere en 1810, n'est utilisé qu'en russe; dans de nombreux pays, le nom "fluor" est accepté .
C'est un excellent oxydant en termes de chimie. Oxyde à la fois l'oxygène et l'eau. Les calculs montrent que le Isp théorique maximum peut être obtenu sur une paire de F2-Be (béryllium) de l'ordre de 6000 m / s!
Super Bummer, pas "super" ...
Actif extrêmement corrosif, toxique, sujet aux explosions au contact des matières oxydantes. Cryogénique. Tout produit de combustion a également presque les mêmes "péchés": terriblement corrosif et toxique.
Précautions de sécurité. Le fluor est toxique, sa concentration maximale autorisée dans l'air est d'environ 2 · 10-4 mg / l, et la concentration maximale autorisée lorsqu'elle n'est pas exposée à plus d'une heure est de 1,5 · 10-3 mg / l.
La paire 8D21 propulseur liquide propulseur liquide + ammoniac a donné une impulsion spécifique au niveau de 4000 m / s.
Pour la paire F2 + H2, Iud = 4020 m / s!
Le problème: le fluorure d'hydrogène HF à «l'échappement».
Position de départ après le lancement d'un tel «moteur énergétique»?
Un bassin de métaux liquides et d'autres éléments chimiques dissous dans de l'acide fluorhydrique!
H2 + 2F = 2HF; à température ambiante, il existe sous forme de dimère H2F2.
Miscible avec l'eau à tous égards avec la formation d'acide fluorhydrique (fluorhydrique). Et son utilisation dans le moteur-fusée n'est pas réaliste en raison de difficultés de stockage.


Il en va de même pour les autres halogènes liquides, comme le chlore.

Il était prévu de développer le V.P. Glushko OKB-456 dans le OKB-456 V.P.Glushko sur la base du moteur-fusée à propergol liquide de 10 tonnes utilisé avec du carburant fluor-ammonium (F2 + NH3) pour les moteurs-fusées à propergol liquide au fluorure d'hydrogène avec une poussée de 25 tonnes.

Peroxyde d'hydrogène -H2O2.


Il est mentionné par moi ci-dessus dans les carburants à un seul composant.

Walter HWK 109-507: Avantages de la simplicité de la conception LRE. Un exemple frappant d'un tel carburant est le peroxyde d'hydrogène.

Peroxyde d'hydrogène pour des cheveux luxueux et 14 autres secrets d'application.


Alles: la liste des oxydants plus ou moins réels est complète. Je me concentre sur HCl O4 . En tant qu'agents oxydants autonomes de l'acide perchlorique, uniquement: le monohydrate (2 + Cl4) est une substance cristalline solide et le dihydrate (2 + l4) est un liquide dense et visqueux. L'acide perchlorique (qui est peu prometteur en raison de Isp), est intérêt comme additif aux agents oxydants, ce qui garantit la fiabilité de l'auto-inflammation du carburant.

Les agents oxydants peuvent être classés comme suit:


La liste finale (souvent utilisée) des agents oxydants en conjonction avec de vrais combustibles:

Remarque: si vous souhaitez transférer une variante d'impulsion spécifique à une autre, vous pouvez utiliser une formule simple: 1 m / s = 9,81 s.

Contrairement à eux, combustibles, nous avons des "tas" .

Combustibles

Les principales caractéristiques des LMR à deux composants à p / pa = 7 / 0,1 MPa


Selon la composition physico-chimique, ils peuvent être divisés en plusieurs groupes.

Carburants d'hydrocarbures.
Hydrocarbures de bas poids moléculaire.
Substances simples: atomiques et moléculaires.
Pour ce sujet, jusqu'à présent, seul l'hydrogène (Hydrogenium) présente un intérêt pratique.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, Br2, Si, Cl2, I2 et autres. Je ne considérerai pas cet article.
Combustibles à base d'hydrazine ("puants").

La recherche du carburant optimal a commencé avec le développement de passionnés de moteurs-fusées.
Le premier carburant largement utilisé était l'alcool (éthyle), qui a été utilisé
Missiles soviétiques R-1, R-2, R-5 ("héritage" FAU-2) et sur la Vergeltungswaffe-2 elle-même.


Au contraire, une solution d'alcool éthylique à 75% (éthanol, alcool éthylique, méthylcarbinol, alcool tartrique ou alcool, souvent simplement «alcool») est un alcool monohydroxy de formule C2H5OH (formule empirique C2H6O), une autre option: CH3-CH2-OH
Ce carburant présente deux défauts graves auxquels les militaires ne semblaient pas convenir: de faibles performances énergétiques et une faible résistance du personnel à "l'empoisonnement" avec un tel carburant.

Les partisans d'un mode de vie sain (phobie de l'alcool) ont essayé d'utiliser de l'alcool furfurylique, un liquide toxique, mobile, transparent, parfois jaunâtre (à brun foncé) qui a rougi dans l'air au fil du temps.

Chem. formule: C4H3OCH2OH, Rat. formule: C5H6O2. Boue dégoûtante.
Non destiné à être bu.

Groupe d'hydrocarbures.
Kérosène

Formule conditionnelle C7,2107H13,2936
Mélange combustible d'hydrocarbures liquides (de C8 à C15) avec un point d'ébullition compris entre 150 et 250 ° C, transparent, incolore (ou légèrement jaunâtre), légèrement huileux au toucher
densité - de 0,78 à 0,85 g / cm³ (à une température de 20 ° C);
viscosité - de 1,2 à 4,5 mm² / s (à une température de 20 ° C);
point d'éclair - de 28 ° à 72 ° ;
pouvoir calorifique - 43 MJ / kg.
Mon avis: cela n'a aucun sens d'écrire sur la masse molaire exacte

Le kérosène est un mélange de divers hydrocarbures, donc des fractions effrayantes (dans la formule chimique) et un point d'ébullition «taché» apparaissent.

Combustible à haut point d'ébullition pratique. Il est utilisé depuis longtemps et avec succès partout dans le monde dans les moteurs et l'aviation. C'est là-dessus que les syndicats volent encore. Faible toxicité (fortement déconseillé de boire), stable. Néanmoins, le kérosène est dangereux et malsain (ingestion).
Mais il y a des gens qui les traitent! Le ministère de la Santé s'y oppose catégoriquement!
Contes de soldat: Aide à bien se débarrasser du méchant Pthirus pubis .

Cependant, il faut également être prudent lors de la manipulation pendant le fonctionnement: un accident d'avion de passagers
Avantages significatifs: relativement peu coûteux, maîtrisé en production.

Une paire de kérosène-oxygène est idéale pour la première étape. Son impulsion spécifique sur la terre est de 3283 m / s, creuse de 3475 m / s. Inconvénients. Densité relativement faible.


Fusée américaine kérosène Propulseur de fusée-1 ou pétrole raffiné-1

Relativement bon marché (était):


Pour augmenter la densité, les leaders de l'exploration spatiale ont développé Sintin (URSS) et RJ-5 (USA).
Synthèse de syntine.

Le kérosène a tendance à déposer des dépôts goudronneux dans les conduites principales et de refroidissement, ce qui affecte négativement le refroidissement.
Mukhin, Velour @Co pédale sur cette propriété .
Les moteurs au kérosène sont les plus développés en URSS.

Un chef-d'œuvre de l'esprit humain et de l'ingénierie est notre «perle» RD-170/171:


"Où font les meilleurs moteurs-fusées du monde?"

Désormais, le nom le plus correct pour les carburants à base de kérosène est le terme UVG - «carburant hydrocarboné», car à partir du kérosène, qui a été brûlé dans des lampes à pétrole sûres par I. Lukasevich et Y. Zekh, l'UVG appliqué "est allé" très loin .
À titre d'exemple: le naphtyle .



Hydrocarbures de bas poids moléculaire

Méthane -CH4

Masse molaire: 16,04 g / mol
Densité de gaz (0 ° C) 0,7168 kg / m³;
liquide (−164,6 ° C) 415 kg / m³
T. point de fusion = - 182,49 ° C
T. ébullition. = - 161,58 ° C

Tout le monde est désormais considéré comme un carburant prometteur et bon marché, comme une alternative au kérosène et à l'hydrogène.
Concepteur en chef de NPO Energomash Vladimir Chvanov:

- L'impulsion spécifique du moteur GNL est élevée, mais cet avantage est compensé par le fait que le méthane a une densité plus faible, ce qui donne donc un léger avantage énergétique. D'un point de vue structurel, le méthane est attractif. Pour libérer la cavité du moteur, il suffit de passer par le cycle d'évaporation, c'est-à-dire que le moteur est plus facilement débarrassé des résidus de produit. Pour cette raison, le méthane est plus acceptable du point de vue de la création d'un moteur réutilisable et d'un avion réutilisable.

Peu coûteux, répandu, stable, faible toxicité. Comparé à l'hydrogène, il a un point d'ébullition plus élevé, et l'impulsion spécifique couplée à l'oxygène est supérieure à celle du kérosène: environ 3250-3300 m / s au sol.

Belle glacière.
Inconvénients. Faible densité (deux fois plus faible que le kérosène). Dans certaines conditions de combustion, il peut se décomposer avec le dégagement de carbone dans la phase solide, ce qui peut entraîner une baisse de la quantité de mouvement due au flux diphasique et une forte détérioration du régime de refroidissement dans la chambre en raison du dépôt de suie sur les parois du COP. Récemment, des normes NOR et R&D actives sont en cours dans le domaine de son application (avec le propane et le gaz naturel), même dans le sens d'une modification qui existe déjà. LRE (en particulier, ces travaux ont été effectués sur RD-0120 ).


Ou comme un exemple «frais», le moteur américain Raptor de Space X:


Ces carburants comprennent le propane et le gaz naturel. Leurs principales caractéristiques, en tant que combustibles, sont proches (à l'exception d'une densité et d'un point d'ébullition plus élevés) des UVG. Et il y a les mêmes problèmes lors de leur utilisation.

L'hydrogène -H2 (liquide: LH2) est positionné séparément parmi les carburants.

La masse molaire d'hydrogène est de 2 016 g / mol soit environ 2 g / mol.
Densité (à n.a.) = 0,0000899 (à 273 K (0 ° C)) g / cm³
Point de fusion = 14,01 K (-259,14 ° C);
Point d'ébullition = 20,28 K (-252,87 ° C);

L'utilisation d'une paire de LOX-LH2 a été proposée par Tsiolkovsky, mais mise en œuvre par d'autres:


Du point de vue de la thermodynamique H2, c'est un fluide de travail idéal aussi bien pour le moteur-fusée à propergol liquide que pour la turbine . Excellent refroidisseur, à la fois liquide et gazeux. Ce dernier fait nous permet de ne pas avoir particulièrement peur de l'ébullition de l'hydrogène dans le circuit de refroidissement et d'utiliser l'hydrogène ainsi gazéifié pour entraîner l'ARN.
Un tel schéma est mis en œuvre dans l'Aerojet Rocketdyne RL-10 - juste un moteur chic (d'un point de vue technique):


Notre analogue (encore meilleur, car plus jeune): le RD-0146 (D, DM) est un moteur-fusée à propergol liquide sans gaz développé par le Chemical Engineering Design Bureau à Voronezh.

Il est particulièrement efficace avec une buse de buse en matériau "Grauris".

Une impulsion spécifique élevée est associée à de l'oxygène 3835 m / s.


Parmi les personnes effectivement utilisées, il s'agit du taux le plus élevé. Ces facteurs déterminent le vif intérêt pour ce carburant. Respectueux de l'environnement, à la "sortie" en contact avec O2: eau (vapeur d'eau).
Réserves distribuées, presque illimitées. Développé en production. Non toxique

Cependant, il y a beaucoup de cuillères de goudron dans ce baril de miel.

1. Densité extrêmement faible. Tout le monde a vu les énormes réservoirs d'hydrogène du lanceur Energia et de la navette MTKK. En raison de sa faible densité, il est applicable (en règle générale) aux étages supérieurs du pH.



De plus, la faible densité pose une tâche difficile pour les pompes: les pompes à hydrogène sont à plusieurs étages afin d'assurer le débit massique souhaité et en même temps de ne pas caviter.


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