Saga propelan

Kata Pengantar

Dan dia tidak akan, agar tidak melakukan spam, semuanya dijelaskan dalam "kata penutup". Pastikan untuk membacanya sehingga tidak ada disonansi dengan komentar sebelumnya.
Artikel harus diulang 03/01/2017 dan berbeda dari aslinya.

Achtung! Anda tidak boleh menganggap artikel ini sebagai jenis karya ilmiah atau klaim atas Hadiah Nobel.
Selain itu:

"... Dan tidak ada yang baru di bawah matahari"

(Pengkhotbah 1: 9).
Tentang bahan bakar, roket, mesin roket telah ditulis, ditulis, dan akan ditulis.

Salah satu karya pertama tentang bahan bakar LPRE dapat dianggap sebagai buku oleh V.P. Glushko "Bahan bakar cair untuk mesin jet", yang diterbitkan pada tahun 1936.


Bagi saya, topik itu tampak menarik, terkait dengan mantan spesialisasi dan studi saya di universitas, terlebih lagi "menyeret" anak mudanya "mari kita uleni koki dan jalankan utas ini, dan jika kita terlalu malas, kita bisa mengetahuinya ". Rupanya, kemenangan Lin Industri dihantui.

Jadi, Anda ingin meledakkan mesin roket Anda dengan benar.

Kami akan "mencari tahu" bersama, di bawah kendali orangtua yang ketat.

"Kunci awal" ... "Ayo pergi!" (Yu.A. Gagarin & S.P. Korolev)


Apa pun jenis RD (skema, sifat proses) yang digunakan dalam peroketan, tujuan yang dimaksudkan adalah untuk menciptakan daya dorong (kekuatan) dengan mengubah energi awal yang disimpan dalam RT menjadi energi kinetik (Ek) dari jet dari fluida kerja.
Ek dari aliran jet di RD berbagai jenis energi dikonversi (kimia, nuklir, listrik).
Untuk mesin kimia, bahan bakar dapat dibagi dengan keadaan fase: gas, cairan, padat, campuran.

Bagian No. 1-bahan bakar untuk mesin roket propelan cair atau bahan bakar roket cair.

Klasifikasi bahan bakar kimia untuk mesin roket (konvensional):




Secara umum, reaksi kimia komponen RT dapat dianggap sebagai sumber kimia energi termal untuk RD.

Saya akan mulai siaran dengan Km0. Ini adalah rasio yang sangat penting untuk taxiways: bahan bakar dapat terbakar secara berbeda di taxiways (reaksi kimia di taxiways bukan pembakaran kayu bakar seperti biasa di perapian , di mana oksigen udara bertindak sebagai agen pengoksidasi) Pembakaran (lebih tepatnya, oksidasi) bahan bakar di ruang mesin roket, pertama-tama, merupakan reaksi oksidasi kimia dengan evolusi panas. Dan jalannya reaksi kimia secara substansial tergantung pada berapa banyak zat (rasio mereka) masuk ke dalam reaksi.
Bagaimana tertidur di pertahanan proyek kursus, ujian atau lulus ujian. / Dmitry Zavistovsky

Nilai Km0 tergantung pada valensi yang dapat ditunjukkan oleh unsur-unsur kimia dalam bentuk teoretis dari persamaan reaksi kimia. Contoh untuk ZhRT: AT + UDMH .

Parameter penting adalah koefisien oksidator berlebih (Yunani Yunani "α" dengan indeks "approx.") Dan rasio massa komponen Km.

Km = (dmok. / Dt) / (dmg ../ dt), yaitu rasio laju aliran massa zat pengoksidasi dengan laju aliran massa bahan bakar. Ini khusus untuk setiap bahan bakar. Dalam kasus yang ideal, ini adalah rasio stoikiometrik dari bahan pengoksidasi terhadap bahan bakar, yaitu menunjukkan berapa kg oksidator yang dibutuhkan untuk mengoksidasi 1 kg bahan bakar. Namun, nilai riil berbeda dari nilai ideal. Rasio Km nyata terhadap ideal adalah koefisien oksidator berlebih.


Sebagai aturan, αok. <= 1. Dan inilah alasannya. Ketergantungan Tk (αok.) Dan Isp. (Αok.) Tidak linier dan untuk banyak bahan bakar yang terakhir memiliki maksimum di αok. tidak pada rasio stoikiometri komponen, mis. maks. nilai Iud. diperoleh dengan sedikit penurunan jumlah zat pengoksidasi sehubungan dengan stoikiometrik.

Sedikit lebih sabar, karena Saya tidak bisa menyiasati konsep: enthalpy . Ini berguna dalam artikel dan dalam kehidupan sehari-hari.
Secara singkat, entalpi adalah energi. Dua dari "hipotesa" -nya penting untuk artikel:
Entalpi termodinamika - jumlah energi yang dihabiskan untuk pembentukan suatu zat dari unsur kimia asli. Untuk zat yang terdiri dari molekul identik (H2, O2, dll.), Itu sama dengan nol.
Enthalpy of combustion - masuk akal hanya jika terjadi reaksi kimia. Dalam buku referensi, seseorang dapat menemukan nilai-nilai kuantitas ini secara eksperimental diperoleh dalam kondisi normal. Paling sering untuk bahan bakar ini adalah oksidasi lengkap di lingkungan oksigen, untuk oksidator - oksidasi hidrogen oleh agen pengoksidasi yang diberikan. Selain itu, nilainya bisa positif dan negatif, tergantung pada jenis reaksi.
“Jumlah entalpi termodinamik dan entalpi pembakaran disebut entalpi total zat. Sebenarnya, nilai ini juga digunakan dalam perhitungan termal kamar LRE. ”

Persyaratan untuk ZhRT:

-sebagai sumber energi;
-sebagai sumber energi;
- untuk zat yang harus digunakan (pada tingkat perkembangan teknologi tertentu) untuk pendinginan taxiway dan TNA, kadang-kadang untuk memberi tekanan pada tangki dengan RT, berikan volume (tangki pH), dll.;
- Mengenai zat di luar LRE, mis. selama penyimpanan, transportasi, pengisian bahan bakar, pengujian, keamanan lingkungan, dll.

Gradasi semacam itu relatif arbitrer, tetapi pada prinsipnya mencerminkan esensi.
Saya akan menyebut persyaratan ini sebagai berikut: No. 1, No. 2, No. 3.
Seseorang dapat menambahkan ke daftar di komentar.

Persyaratan ini adalah contoh klasik "Swan crab and pike" , yang "menarik" pencipta taxiway ke berbagai arah:

# Dari sudut pandang sumber energi mesin roket (No. 1)

Yaitu harus mendapatkan maks. Iud.
Saya tidak akan mengganggu lebih lanjut semua orang, dalam kasus umum:

Dengan parameter penting lainnya untuk No. 1, kami tertarik pada R dan T (dengan semua indeks).
Perlu bahwa: massa molekul produk pembakaran minimal, kandungan panas spesifiknya maksimum.

# Dari sudut pandang perancang kendaraan peluncuran (No. 2):

TC harus memiliki kepadatan maksimum, terutama pada tahap pertama rudal, karena mereka adalah yang paling produktif dan memiliki RD yang kuat, dengan laju aliran kedua yang besar.
Jelas, ini tidak konsisten dengan persyaratan berdasarkan No. 1

# Dari tugas-tugas operasional adalah penting (No. 3):

- Stabilitas kimia TC;
- kesederhanaan pengisian bahan bakar, penyimpanan, transportasi dan manufaktur;
-Keamanan biologis (di seluruh "bidang" aplikasi), yaitu toksisitas, biaya produksi dan transportasi, dll. dan keamanan selama operasi taxiway (bahaya ledakan).
Untuk informasi lebih lanjut, lihat "Saga Bahan Bakar Rudal - Sisi Lain Koin" .



Tentu saja, ini hanya puncak gunung es. Persyaratan tambahan juga sesuai di sini, karena itu KONSENSUS dan KOMPROMI harus dicari:

Salah satu komponen harus memiliki sifat pendingin yang lebih baik (unggul) pada tingkat teknologi ini, perlu untuk mendinginkan RD RD:



Juga diperlukan (sebagai aturan) untuk menggunakan salah satu komponen sebagai fluida kerja untuk turbin TNA:


Untuk komponen bahan bakar, "tekanan uap jenuh sangat penting (ini kira-kira berbicara tekanan di mana cairan mulai mendidih pada suhu tertentu). Parameter ini sangat mempengaruhi desain pompa dan berat tangki. "/ S.S. Fakas



Faktor penting adalah agresivitas TC terhadap bahan (CM) mesin roket dan tangki untuk penyimpanan mereka.
Jika TK sangat "berbahaya" (seperti beberapa orang), maka insinyur harus mengeluarkan sejumlah langkah khusus untuk melindungi struktur mereka dari bahan bakar.



- komponen komponen bahan bakar yang dapat dinyalakan sendiri sebagai Janus berwajah dua : kadang-kadang diperlukan, dan terkadang menyakitkan. Ada properti jahat lainnya: bahaya ledakan
Untuk banyak industri yang menggunakan roket (penggunaan militer atau ruang dalam)
diperlukan bahwa bahan bakar stabil secara kimia, dan penyimpanannya, pengisian bahan bakar (secara umum, segala sesuatu yang disebut logistik) dan pembuangan tidak menyebabkan "sakit kepala" bagi operator dan lingkungan.



Parameter penting adalah toksisitas produk pembakaran. Sekarang ini sangat relevan.


Biaya produksi: beban pada ekonomi suatu negara yang mengklaim sebagai "taksi ruang".
Ada banyak persyaratan ini dan, sebagai suatu peraturan, mereka saling bertentangan.

Kesimpulan: bahan bakar atau komponennya harus memiliki (atau memiliki):

1. Output panas tertinggi, untuk mendapatkan IUD maksimum.
2. Kepadatan tertinggi, toksisitas minimal, stabilitas dan biaya rendah (dalam produksi, logistik dan pembuangan).
3. Nilai tertinggi konstanta gas atau berat molekul terkecil dari produk pembakaran, yang akan memberikan aliran keluar Vmax dan dorongan dorong spesifik yang sangat baik.
4. Temperatur pembakaran moderat (tidak lebih dari 4500K), jika tidak semuanya akan terbakar atau terbakar. Jangan meledak. Menyala sendiri dalam kondisi tertentu.
5. Tingkat pembakaran maksimum. Ini akan memastikan berat dan volume minimum COP.
6. Periode penundaan pengapian minimum, seperti peluncuran taxiway yang lancar dan andal memainkan peran penting.

Sejumlah masalah dan persyaratan: viskositas, peleburan dan pemadatan T, pendidihan T, volatilitas, tekanan uap dan panas laten penguapan, dll. dll.

Pertukaran jelas menunjukkan diri mereka sesuai dengan Iud.: TC kepadatan tinggi (minyak tanah + LOX) biasanya digunakan pada tahap bawah LV, meskipun mereka kalah dengan LH2 dan LOX yang sama, yang pada gilirannya digunakan pada tahap atas LV ("Energi" 11K25) .


Dan lagi, pasangan cantik LH2 + LOX tidak dapat digunakan untuk ruang dalam atau untuk tinggal jangka panjang di orbit (Voyager 2, Breeze-M tingkat atas, ISS, dll.)

Momen menakjubkan mengundurkan diri dari satelit meteorologi GOES-R dari Tahap Atas Centaur dari peluncur Atlas V 541 ( GOES-R Spacecraft Separation )

Klasifikasi ZhRT-paling sering oleh tekanan uap jenuh atau suhu triple point , atau lebih tepatnya titik didih pada tekanan normal.

Komponen ZhRT yang mendidih tinggi.
Zat kimia yang memiliki suhu operasi maksimum di mana tekanan uap jenuh (selanjutnya saya sebut Rnp) dalam tangki roket jauh lebih rendah daripada tingkat tekanan yang diijinkan dalam tangki dengan kekuatan strukturalnya.
Contoh:

minyak tanah, UDMH, asam nitrat.

Dengan demikian, mereka disimpan tanpa manipulasi khusus dengan tangki pendingin.


Saya pribadi lebih suka istilah "packaging". Meskipun ini tidak sepenuhnya benar, namun mendekati nilai sehari-hari. Inilah yang disebut mal perbelanjaan lama.

Komponen asam lemak mendidih rendah.
Di sini Rnp dekat dengan tekanan maksimum yang diizinkan dalam tangki (sesuai dengan kriteria kekuatan mereka). Penyimpanan dalam tangki tertutup tanpa tindakan khusus untuk pendinginan (dan / atau pendinginan) dan pengembalian kondensat tidak diperbolehkan. Persyaratan yang sama (dan masalah) dengan katup LRE dan pipa pengisian / pengosongan.
Contoh:

amonia, propana, nitrogen tetroksida.

Kementerian Pertahanan Federasi Rusia (Kementerian Pertahanan Federasi Rusia) menganggap semuanya sebagai komponen dengan titik didih rendah, titik didihnya di bawah 298K dalam kondisi standar.

Dalam kisaran suhu operasi teknologi roket, komponen dengan titik didih rendah biasanya dalam keadaan gas. Untuk pemeliharaan komponen dengan titik didih rendah dalam keadaan cair, peralatan teknologi khusus digunakan.

Komponen kriogenik dari saluran pencernaan.
Sebenarnya, ini adalah subkelas dari komponen mendidih rendah.
Yaitu zat yang memiliki titik didih di bawah 120K.
Komponen kriogenik meliputi gas yang dicairkan: oksigen, hidrogen, fluor, dll. Untuk mengurangi kehilangan penguapan dan meningkatkan kepadatan, dimungkinkan untuk menggunakan komponen kriogenik dalam keadaan seperti lumpur, dalam bentuk campuran fase padat dan cair dari komponen ini.
Langkah-langkah khusus diperlukan selama pengisian bahan bakar (pendinginan tank dan jalan raya, isolasi termal katup LRE, dll.)



Suhu titik kritis mereka jauh lebih rendah daripada operasional. Penyimpanan dalam tangki pH tertutup tidak mungkin atau sangat sulit.
Representasi khas adalah oksigen dan hidrogen dalam keadaan fase cair.
Selanjutnya saya akan menggunakan gaya Amerika LOX dan LH2 penunjukan mereka masing-masing. Atau lebih LCD dan LW.
RD-0120 (hidrogen-oksigen) "tampan" kami:

Itu di luar (fitting, jalan raya) sepenuhnya diisi dengan bahan isolasi.

Menurut beberapa ahli, teknologi produksi RD-0120 saat ini benar-benar hilang di Federasi Rusia. Namun, berdasarkan teknologinya, mesin oksigen-hidrogen RD-0146 sedang dibuat di perusahaan yang sama.

Ketika komponen RT ditemukan dalam CS dari mesin roket propelan cair (mereka bereaksi dengan cara yang cerdas), mereka harus dibagi menjadi:

Penyalaan sendiri (STK), penyalaan sendiri terbatas (OSTK), dan () yang tidak dapat menyala sendiri.

STK: ketika oksidator dan bahan bakar bersentuhan dalam keadaan cair, mereka menyala (di seluruh rentang tekanan dan suhu operasi).
Ini sangat menyederhanakan sistem pengapian taxiway, namun, jika komponen bertemu di luar ruang bakar (kebocoran, kecelakaan), akan ada api, atau "penyihir" besar. Memadamkan sulit.


Contoh: N204 (nitrogen tetraxide) + MMG (monomethylhydrazine), N204 + N2H4 (hidrazin), N2O4 + UDMH dan semua bahan bakar berbasis fluor.

OSTK: di sini untuk pengapian perlu untuk mengambil langkah-langkah khusus. Bahan bakar yang tidak mudah terbakar membutuhkan sistem pengapian.


Contoh: minyak tanah + LOX atau LH2 + LOX.

NTK: Komentar berlebihan di sini. Baik katalis, atau pengapian konstan (atau suhu dan / atau tekanan, dll.), Atau komponen ketiga diperlukan.


Ideal untuk transportasi, penyimpanan, dan anti bocor.

Pilihan lain untuk pemisahan, sesuai dengan tingkat karakteristik energi ZhRT:

* berenergi rendah (dengan impuls spesifik yang relatif rendah - satu komponen, dll.);
* energi sedang (dengan impuls spesifik rata-rata - (02zh) + minyak tanah, N204 + MMG, dll.);
* berenergi tinggi (dengan impuls spesifik tinggi: (02) W + (H2) W, (F2) W + (H2) W, dll.).

Menurut toksisitas dan aktivitas korosi komponen, ada asam lemak:

* pada komponen bahan bakar aktif tidak beracun dan tidak korosif - (02) g, bahan bakar hidrokarbon, dll.;
* pada komponen bahan bakar beracun dan korosif - MMG, UDMH dan terutama (F2) g.

Menurut jumlah komponen bahan bakar yang digunakan, kendali jarak jauh satu, dua, dan tiga komponen dibedakan.
Dalam kontrol jarak jauh komponen tunggal, di mana umpan perpindahan paling umum digunakan.
Pada tahap awal pengembangan sistem kendali jarak jauh satu komponen tambahan untuk satelit, pesawat ruang angkasa dan pesawat ruang angkasa, hidrogen peroksida yang sangat terkonsentrasi (80 ... 95%) digunakan sebagai bahan bakar komponen tunggal.
Saat ini, sistem propulsi tambahan semacam itu hanya digunakan dalam sistem orientasi beberapa peluncur roket Jepang.


Dalam DE komponen satu komponen tambahan yang tersisa, hidrogen peroksida "dipindahkan" oleh hidrazin, sedangkan impuls spesifik meningkat sekitar 30%.

Meluasnya penggunaan hidrazin dalam LRE sangat difasilitasi oleh pembuatan katalis yang sangat andal dengan sumber daya yang besar, khususnya katalis Shell-405.

Paling luas, umat manusia menggunakan TC komponen dua, yang memiliki karakteristik energi lebih tinggi dibandingkan dengan komponen tunggal. Tapi mesin roket propelan cair dua komponen lebih kompleks dalam desain daripada mesin roket komponen tunggal. Karena adanya pengoksidasi dan tangki bahan bakar, sistem perpipaan yang lebih kompleks dan kebutuhan untuk memastikan rasio komponen bahan bakar yang diperlukan (koefisien Km). Dalam kendali jarak jauh dari satelit buatan, pesawat ruang angkasa dan pesawat ruang angkasa, sering tidak hanya satu tetapi beberapa tangki oksidator dan bahan bakar digunakan, yang juga menyulitkan sistem perpipaan kontrol jarak jauh dua komponen.


Tiga komponen RT dalam pengembangan. Ini benar-benar eksotis.
Paten RF untuk mesin roket tiga komponen .
Skema mesin roket ini .

Mesin roket seperti itu dapat diklasifikasikan sebagai multi-bahan bakar.
Mesin roket propelan cair tiga komponen (fluor + hidrogen + lithium) dikembangkan di OKB-456 .

Bahan bakar dua komponen terdiri dari bahan pengoksidasi dan bahan bakar.
Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor LRE: LRE dua komponen (H2O2 + minyak tanah)

Zat pengoksidasi.

Oksigen

Formula kimia-O2 (Dioksida, sebutan Amerika Oxygen-OX).
Dalam LRE, cairan daripada oksigen berbentuk gas, Oksigen cair, digunakan (LOX pendek dan semuanya jelas).
Massa molekul (untuk molekul) -32g / mol. Untuk pecinta akurasi: massa atom (massa molar) = 15,99903;
Kepadatan = 1.141 g / cm³
Titik didih = 90.188K (−182,96 ° C)

Dari sudut pandang kimia, zat pengoksidasi yang ideal. Itu digunakan dalam rudal balistik FAA pertama, mitranya dari Amerika dan Soviet. Tapi titik didihnya tidak sesuai dengan militer. Kisaran suhu operasi yang diperlukan adalah dari –55 ° C hingga + 55 ° C (waktu persiapan yang lama untuk peluncuran, waktu yang singkat untuk tugas tempur).


Korosivitas yang sangat rendah. Produksi sudah lama dikuasai, biayanya kecil - kurang dari $ 0,1 (menurut saya, satu liter susu jauh lebih murah).
Kekurangan:


Cryogenic - membutuhkan pendinginan dan pengisian bahan bakar konstan untuk mengkompensasi kerugian sebelum memulai.

Dalam foto: penutup perangkat pelindung dari sambungan otomatis pengisian bahan bakar minyak tanah (ZU-2), 2 menit sebelum akhir cyclogram selama operasi TUTUP, ZU tidak sepenuhnya tertutup karena lapisan gula. Pada saat yang sama, karena icing, sinyal untuk keluar TUA dari peluncur tidak lulus. Mulai dilakukan pada hari berikutnya.

Sulit digunakan sebagai pendingin KS dan mesin roket nozzle.

Unit pengisian bahan bakar RB dilepas dari roda dan dipasang di fondasi.

Sekarang semua orang mempelajari kemungkinan menggunakan oksigen yang sangat dingin atau oksigen dalam keadaan seperti lumpur, dalam bentuk campuran fase padat dan cair dari komponen ini.
Pemandangannya akan hampir sama dengan es yang indah ini yang mengalir di teluk di sebelah kanan Shamora:


Bayangkan: alih-alih H2O, bayangkan LCD (LOX).
Shugging akan meningkatkan kepadatan keseluruhan agen pengoksidasi.

Contoh pendinginan (subcooling) dari BR R-9A: untuk pertama kalinya, diputuskan untuk menggunakan oksigen cair yang sangat dingin sebagai zat pengoksidasi dalam sebuah roket, yang memungkinkan untuk mengurangi total waktu persiapan roket untuk peluncuran dan meningkatkan kesiapannya.


Ozon -O3

Massa molekul = 48 amu, massa molar = 47,998 g / mol
Densitas fluida pada -188 ° C (85,2 K) adalah 1,59 (7) g / cm³
Kepadatan ozon padat pada -195,7 ° C (77,4 K) adalah 1,73 (2) g / cm³
Titik lebur −197,2 (2) ° C (75,9 K)

Untuk waktu yang lama, para insinyur disiksa dengan dia, mencoba untuk digunakan sebagai energi tinggi dan pada saat yang sama pengoksidasi ramah lingkungan dalam teknologi roket.
Total energi kimia yang dilepaskan selama reaksi pembakaran dengan partisipasi ozon lebih besar daripada oksigen sederhana sekitar seperempat (719 kkal / kg). Akan lebih banyak, masing-masing, dan Iud. Ozon cair memiliki kepadatan lebih tinggi daripada oksigen cair (1,35 berbanding 1,14 g / cm³, masing-masing), dan Titik didihnya lebih tinggi (−112 ° C dan −183 ° C, masing-masing).
Sejauh ini, hambatan yang tidak dapat diatasi adalah ketidakstabilan kimia dan meledaknya ozon cair dengan dekomposisi menjadi O dan O2, di mana gelombang detonasi bergerak pada kecepatan sekitar 2 km / s muncul dan tekanan detonasi destruktif lebih dari 3 · 107 dyne / cm2 (3 MPa) berkembang, yang membuat penggunaan ozon cair tidak mungkin dilakukan pada tingkat teknologi saat ini, dengan pengecualian penggunaan campuran oksigen-ozon yang stabil (hingga 24% ozon). Keuntungan dari campuran ini juga merupakan dorongan spesifik yang lebih tinggi untuk mesin hidrogen, dibandingkan dengan ozon-hidrogen. Saat ini, mesin yang sangat efisien seperti RD-170, RD-180, RD-191, serta mesin vakum akselerasi, telah mencapai parameter mendekati nilai batas untuk Id dan hanya ada satu kemungkinan yang tersisa untuk meningkatkan AI terkait dengan transisi ke bahan bakar baru. .

Asam nitrat -HNO3

Keadaan fluida di nu
Massa molar 63.012 g / mol (tidak masalah saya menggunakan massa molar atau massa molekul - ini tidak mengubah esensi)
Kepadatan 1.513 g / cm³
Titik lebur T. = - 41,59 ° C, titik didih T. = 82,6 ° C

HNO3 memiliki kepadatan tinggi, biaya rendah, diproduksi dalam jumlah besar, cukup stabil, termasuk pada suhu tinggi, tahan api dan tahan ledakan. Keuntungan utamanya dibandingkan oksigen cair pada titik didih tinggi, dan oleh karena itu kemampuan untuk disimpan tanpa batas waktu tanpa isolasi termal. Molekul asam nitrat HNO3 adalah zat pengoksidasi yang hampir ideal. Ini berisi sebagai "pemberat" atom nitrogen dan "setengah" dari molekul air, dan dua setengah atom oksigen dapat digunakan untuk mengoksidasi bahan bakar. Tapi itu dia! Asam nitrat sangat agresif sehingga terus bereaksi dengan sendirinya - atom hidrogen dipisahkan dari satu molekul asam dan melekat pada molekul tetangga, membentuk agregat yang rapuh, tetapi sangat aktif secara kimiawi. Bahkan baja tahan karat tingkat paling rendah dihancurkan secara perlahan oleh asam nitrat pekat (sebagai hasilnya, "jeli" kehijauan yang tebal, campuran garam logam, terbentuk di bagian bawah tangki). Berbagai zat mulai ditambahkan ke asam nitrat untuk mengurangi aktivitas korosif, hanya 0,5% asam hidrofluorik (hidrofluorik) mengurangi laju korosi baja tahan karat hingga sepuluh kali lipat.

Untuk meningkatkan nadi spesifik, nitrogen dioksida (NO2) ditambahkan ke asam. Penambahan nitrogen dioksida ke asam mengikat air memasuki zat pengoksidasi, yang mengurangi aktivitas korosif asam, meningkatkan densitas larutan, mencapai maksimum pada 14% NO2 terlarut. Konsentrasi ini digunakan oleh Amerika untuk rudal militer mereka.

Selama hampir 20 tahun kami telah mencari wadah yang cocok untuk asam nitrat. Pada saat yang sama, sangat sulit untuk memilih bahan struktural untuk tangki, pipa, ruang bakar mesin roket.
Varian agen pengoksidasi yang dipilih di AS dengan 14% nitrogen dioksida. Dan orang-orang roket kami melakukan sebaliknya. Itu perlu untuk mengejar ketinggalan dengan Amerika Serikat di semua biaya, sehingga agen pengoksidasi merek Soviet - AK-20 dan AK-27 - mengandung 20 dan 27% tetraoksida.
Fakta yang menarik: dalam pesawat tempur rudal Soviet pertama BI-1, asam nitrat dan minyak tanah digunakan untuk penerbangan.


Tank dan pipa harus dibuat dari logam monel: paduan nikel dan tembaga, itu menjadi bahan struktural yang sangat populer untuk roket. Rubel Soviet hampir 95% terbuat dari paduan ini.


Kekurangan: lumayan "kotoran". Aktif korosif. Dorongan spesifik tidak cukup tinggi. Saat ini, dalam bentuknya yang murni hampir tidak pernah digunakan.

Nitrogen tetraoxide -AT (N2O4)

Massa molar = 92,011 g / mol
Kepadatan = 1.443 g / cm³

"Mengambil tongkat" dari asam nitrat di mesin militer. Ini memiliki sifat radang sendiri dengan hidrazin, UDMH. Komponen mendidih rendah, tetapi dapat disimpan untuk waktu yang lama ketika tindakan khusus diambil.

Kekurangan: sama menjijikkannya dengan HNO3, tetapi dengan kebiasaannya sendiri. Dapat terurai menjadi nitric oxide. Toksik Impuls spesifik rendah. Sering digunakan dan menggunakan oksidator AK-NN. Ini adalah campuran asam nitrat dan nitrat tetraoksida, kadang-kadang disebut "asam nitrat berasap merah." Angka-angka menunjukkan persentase N2O4.


Pada dasarnya, agen pengoksidasi ini digunakan dalam LRE militer dan KA LRE karena sifatnya: tahan lama dan mudah terbakar sendiri. Bahan bakar AT yang umum adalah UDMH dan hidrazin.

Fluorin -F2

Massa atom = 18,998403163 a. E. m. (G / mol)
Massa molar F2, 37,997 g / mol
Titik lebur = 53,53 K (19219,70 ° C)
Titik didih = 85,03 K (−188,12 ° C)
Kepadatan (untuk fase cair), ρ = 1,5127 g / cm³

Kimia fluorin mulai berkembang pada tahun 1930-an, terutama dengan cepat selama tahun-tahun Perang Dunia II 1939-45 dan setelah itu sehubungan dengan kebutuhan industri nuklir dan teknologi roket. Nama "Fluorin" (dari bahasa Yunani. Phthoros - penghancuran, kematian), diusulkan oleh A. Ampere pada tahun 1810, hanya digunakan dalam bahasa Rusia; di banyak negara nama "fluor" diterima .
Ini adalah agen pengoksidasi yang sangat baik dalam hal kimia. Mengoksidasi oksigen dan air. Perhitungan menunjukkan bahwa Isp teoritis maksimum dapat diperoleh pada sepasang F2-Be (berilium) -mesanan 6000 m / s!
Super Nyebelin, bukan "super" ...
Sangat korosif aktif, toksik, mudah meledak jika kontak dengan bahan pengoksidasi. Cryogenic. Setiap produk pembakaran juga memiliki "dosa" yang hampir sama: sangat korosif dan beracun.
Tindakan pencegahan keamanan. Fluor bersifat toksik, konsentrasi maksimum yang diizinkan di udara adalah sekitar 2 · 10-4 mg / l, dan konsentrasi maksimum yang diizinkan ketika terpapar tidak lebih dari 1 jam adalah 1,5 · 10-3 mg / l.
Pasangan propelan cair + ammonia cair-propelan 8D21 memberikan dorongan spesifik pada level 4000 m / s.
Untuk pasangan F2 + H2, Iud = 4020 m / s!
Masalahnya: HF hidrogen fluoride di "knalpot".
Memulai posisi setelah meluncurkan "mesin bertenaga" seperti itu?
Kumpulan logam cair dan elemen kimia lainnya dilarutkan dalam asam hidrofluorik!
H2 + 2F = 2HF; pada suhu kamar, ia ada sebagai dimer H2F2.
Larut dengan air dalam hal apa pun dengan pembentukan asam hidrofluorik (hidrofluorik). Dan penggunaannya dalam mesin roket tidak realistis karena kesulitan penyimpanan.


Semua hal yang sama berlaku untuk halogen cair lainnya, seperti klorin.

Direncanakan untuk mengembangkan V.P. Glushko OKB-456 di OKB-456 V.P.Glushko berdasarkan mesin roket propelan cair 10 ton yang dihabiskan menggunakan bahan bakar fluorine-ammonium (F2 + NH3) untuk mesin roket propelan hidrogen fluorida cair dengan daya dorong 25 ton.

Hidrogen Peroksida -H2O2.


Disebutkan oleh saya di atas dalam bahan bakar komponen tunggal.

Walter HWK 109-507: keuntungan dalam kesederhanaan desain mesin roket. Contoh nyata dari bahan bakar semacam itu adalah hidrogen peroksida.

Hidrogen peroksida untuk rambut mewah dan 14 rahasia aplikasi lainnya.


Alles: daftar agen oksidasi nyata kurang lebih lengkap. Saya fokus pada HCl O4 . Sebagai zat pengoksidasi asam perklorat yang berdiri sendiri, hanya: monohidrat (2 + Cl4) adalah zat kristalin padat dan dihidrat (2 + l4) adalah cairan kental yang padat. Asam klorat (yang tidak menjanjikan karena ISP) adalah menarik sebagai zat tambahan untuk oksidator, yang menjamin keandalan penyalaan sendiri bahan bakar.

Zat pengoksidasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:


Daftar terakhir dari agen pengoksidasi (yang sering digunakan) bersama dengan bahan bakar yang nyata:

Catatan: jika Anda ingin mentransfer satu varian impuls spesifik ke yang lain, maka Anda dapat menggunakan rumus sederhana: 1 m / s = 9,81 s.

Berbeda dengan mereka, mudah terbakar, kita memiliki "tumpukan" .

Mudah terbakar

Karakteristik utama dari LMR dua komponen pada p / pa = 7 / 0,1 MPa


Menurut komposisi fisikokimia, mereka dapat dibagi menjadi beberapa kelompok.

Bahan bakar hidrokarbon.
Hidrokarbon dengan berat molekul rendah.
Zat sederhana: atom dan molekul.
Untuk topik ini, sejauh ini hanya hidrogen (Hidrogenium) yang menarik secara praktis.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, Br2, Si, Cl2, I2 dan lain-lain. Saya tidak akan mempertimbangkan artikel ini.
Bahan bakar hidrazin ("stinkers").

Pencarian bahan bakar yang optimal dimulai dengan pengembangan penggemar mesin roket.
Bahan bakar yang pertama digunakan secara luas adalah alkohol (etil), yang digunakan pada yang pertama
Rudal Soviet R-1, R-2, R-5 ("legacy" FAU-2) dan pada Vergeltungswaffe-2 itu sendiri.


Alih-alih, larutan 75% etil alkohol (etanol, etil alkohol, metilkarbinol, alkohol atau alkohol tartar, sering secara sehari-hari sekadar "alkohol") adalah alkohol monohidroksi dengan rumus C2H5OH (rumus empiris C2H6O), opsi lain: CH3-CH2-OH
Bahan bakar ini memiliki dua kelemahan serius yang tampaknya tidak cocok oleh militer: kinerja energi yang rendah dan resistansi personil yang rendah untuk "keracunan" dengan bahan bakar tersebut.

Pendukung gaya hidup sehat (fobia alkohol) mencoba menggunakan furfuryl alcohol, cairan beracun, bergerak, transparan, terkadang kekuningan (hingga coklat tua) yang memerah di udara seiring waktu.

Chem formula: C4H3OCH2OH, Tikus. rumus: C5H6O2. Bubur menjijikkan.
Tidak dimaksudkan untuk minum.

Gugus hidrokarbon.
Minyak tanah

Formula bersyarat C7,2107H13,2936
Campuran hidrokarbon cair yang mudah terbakar (dari C8 ke C15) dengan titik didih dalam kisaran 150-250 ° C, transparan, tidak berwarna (atau sedikit kekuningan), agak berminyak bila disentuh
kerapatan - dari 0,78 hingga 0,85 g / cm³ (pada suhu 20 ° C);
viskositas - mulai 1,2 - 4,5 mm² / s (pada suhu 20 ° C);
titik nyala - dari 28 ° hingga 72 ° ;
nilai kalor - 43 MJ / kg.
Pendapat saya: tidak masuk akal untuk menulis tentang massa molar yang tepat

Minyak tanah adalah campuran dari berbagai hidrokarbon, sehingga fraksi yang menakutkan (dalam rumus kimia) dan titik didih yang "dioleskan" muncul.

Bahan bakar mendidih tinggi yang nyaman. Ini telah digunakan untuk waktu yang lama dan berhasil di seluruh dunia dalam mesin dan penerbangan. Di atasnya Serikat masih terbang. Toksisitas rendah (sangat tidak menganjurkan minum), stabil. Meskipun demikian, minyak tanah berbahaya dan tidak sehat (tertelan).
Tetapi ada orang yang hanya memperlakukan mereka! Kementerian Kesehatan sangat menentangnya!
Kisah prajurit: Membantu untuk menyingkirkan Pthirus pubis yang jahat dengan baik .

Namun, itu juga membutuhkan kehati-hatian dalam penanganan selama operasi: kecelakaan pesawat penumpang
Keuntungan yang signifikan: relatif murah, dikuasai dalam produksi.

Sepasang oksigen-minyak tanah sangat ideal untuk tahap pertama. Impuls spesifiknya di bumi adalah 3283 m / s, berongga 3475 m / s. Kekurangan. Kepadatan relatif rendah.


Minyak tanah roket Amerika Rock Propellant-1 atau Refined Petroleum-1

Relatif murah (dulu):


Untuk meningkatkan kepadatan, para pemimpin eksplorasi ruang angkasa mengembangkan Sintin (USSR) dan RJ-5 (USA).
Sintesis sintaksis.

Minyak tanah memiliki kecenderungan untuk menyimpan endapan tarry di saluran listrik dan pendingin, yang secara negatif mempengaruhi pendinginan.
Mukhin, Velour @Co mengayuh di properti ini .
Mesin minyak tanah paling dikembangkan di Uni Soviet.

Sebuah mahakarya dari pikiran dan rekayasa manusia adalah "mutiara" RD-170/171 kami:


"Di mana mesin roket terbaik di dunia melakukannya . "

Sekarang nama yang lebih tepat untuk bahan bakar berbasis minyak tanah adalah istilah UVG - "bahan bakar hidrokarbon", karena dari minyak tanah, yang dibakar dalam lampu minyak tanah yang aman oleh I. Lukasevich dan Y. Zekh, UVG ​​yang diterapkan "berjalan" sangat jauh .
Sebagai contoh: naphthyl .



Hidrokarbon dengan berat molekul rendah

Metana -CH4

Massa molar: 16,04 g / mol
Kepadatan gas (0 ° C) 0,7168 kg / m³;
cair (−164,6 ° C) 415 kg / m³
T. titik lebur = - 182,49 ° C
T. boil. = - 161.58 ° C

Semua orang sekarang dianggap sebagai bahan bakar yang menjanjikan dan murah, sebagai alternatif untuk minyak tanah dan hidrogen.
Kepala Desainer NPO Energomash Vladimir Chvanov:

- Impuls spesifik mesin LNG tinggi, tetapi keunggulan ini diimbangi oleh fakta bahwa bahan bakar metana memiliki kepadatan yang lebih rendah, sehingga hasilnya adalah sedikit keuntungan energi. Dari sudut pandang struktural, metana menarik. Untuk membebaskan rongga mesin, Anda hanya perlu melalui siklus penguapan - yaitu, mesin lebih mudah dibebaskan dari residu produk. Karena itu, bahan bakar metana lebih dapat diterima dari sudut pandang menciptakan mesin yang dapat digunakan kembali dan pesawat yang dapat digunakan kembali.

Murah, luas, stabil, toksisitas rendah. Dibandingkan dengan hidrogen, ia memiliki titik didih yang lebih tinggi, dan impuls spesifik yang dipasangkan dengan oksigen lebih tinggi daripada kerosin: sekitar 3250-3300 m / s di tanah.

Pendingin yang bagus.
Kekurangan. Kepadatan rendah (dua kali lebih rendah dari minyak tanah). Di bawah beberapa kondisi pembakaran, dapat terurai dengan pelepasan karbon dalam fase padat, yang dapat menyebabkan penurunan momentum karena aliran dua fase dan penurunan tajam dalam rezim pendingin dalam ruang karena pengendapan jelaga di dinding COP. Baru-baru ini, NOR dan R&D aktif sedang berlangsung di bidang penerapannya (bersama dengan propana dan gas alam) bahkan ke arah modifikasi sudah ada. LRE (khususnya, pekerjaan seperti itu dilakukan pada RD-0120 ).


Atau sebagai contoh "segar", mesin Raptor Amerika dari Space X:


Bahan bakar ini termasuk propana dan gas alam. Karakteristik utama mereka, karena mudah terbakar, dekat (kecuali untuk kepadatan yang lebih tinggi dan titik didih yang lebih tinggi) terhadap UVG. Dan ada masalah yang sama saat menggunakannya.

Hidrogen -H2 (Cairan: LH2) diposisikan secara terpisah di antara bahan bakar.

Massa molar hidrogen adalah 2 016 g / mol atau sekitar 2 g / mol.
Kepadatan (pada n.a.) = 0,0000899 (pada 273 K (0 ° C)) g / cm³
Titik lebur = 14,01 K (-259,14 ° C);
Titik didih = 20,28K (-252,87 ° C);

Penggunaan sepasang LOX-LH2 diusulkan oleh Tsiolkovsky, tetapi diimplementasikan oleh yang lain:


Dari sudut pandang termodinamika H2, ini adalah fluida kerja ideal untuk mesin roket propelan cair dan untuk turbin . Pendingin yang sangat baik, baik dalam bentuk cair maupun gas. Fakta terakhir memungkinkan kita untuk tidak terlalu takut pada mendidihnya hidrogen di jalur pendinginan dan menggunakan hidrogen yang ter-gasifikasi untuk menggerakkan TNA.
Skema semacam itu diterapkan di Aerojet Rocketdyne RL-10 - hanya mesin yang cantik (dari sudut pandang teknik):


Analog kami (bahkan lebih baik, karena lebih muda): RD-0146 (D, DM) adalah mesin roket propelan bebas gas yang dikembangkan oleh Biro Desain Teknik Kimia di Voronezh.

Ini sangat efektif dengan nozzle nozzle dari bahan "Grauris".

Impuls spesifik tinggi dipasangkan dengan oksigen 3835 m / s.


Dari yang benar-benar digunakan, ini adalah tingkat tertinggi. Faktor-faktor ini menentukan minat dalam bahan bakar ini. Ramah lingkungan, di "outlet" kontak dengan O2: air (uap air).
Cadangan yang didistribusikan dan hampir tidak terbatas. Dikembangkan dalam produksi. Tidak beracun

Namun, ada banyak sendok tar di dalam tong madu ini.

1. Kepadatan yang sangat rendah. Semua orang melihat tangki hidrogen besar dari kendaraan peluncuran Energia dan Shuttle MTKK. Karena kerapatan rendah, ini berlaku (sebagai aturan) pada tahap atas pH.



Selain itu, kerapatan rendah merupakan tugas yang sulit untuk pompa: pompa hidrogen bersifat multi-tahap untuk memastikan laju aliran massa yang diinginkan dan pada saat yang sama tidak mengalami kavitasi.


.. () , .


.

2. . . (/ ) . «Falocn 9FT» :


«»:
« » 0 .. .. , .. , ..
« . .. , «»; « ( )

- 12. . , .

.

3. :

(pv/RT) 273,15 : 1,0006 (0,1013 ), 1,0124 (2,0266 ), 1,0644 (10,133 ), 1,134 (20,266 ), 1,277 (40,532 ) ;
- -. (-2) ( ) . - (-2)-.
2 ( , -2) 75% - 25% -, (--). -2 -2 (1418 /) .

, , , , .

4. , , . 2 , 273,15 1013 0,1717 /(*) (7,3 ).
, F2 l2. , . , 285,75 / ;

5. - , III, IV, V VI , . , – (. ).
. , . + 3. , (F, , N, , , Cl, S, ) .

6. . : .
— 5 95 .


.. Gut ( Sehr Gut ), „ “ ( ).
: „ “ / Georg Wilhelm Friedrich Hegel /

Space Shuttle Main Engine (SSME)?



( 1 ) NASA … „ “.
- „“ , -180/181 .

— , /, ( ) ( , ), .

@lozga

.
3-4 „ “ ( , /).

.

( = = 0,378 , = 0,6167 ), 2, ; 86,67 /³; ° 4,618 /(*) 13 ; . 10000 , . „ “.

— .
−259,2 °C (14,16 ).
0,08667 /³ ( −262 °C).
, .

. 1899 .
, — .


. : » " .
- « » . - 7 .

, , .

...
(«»)
-N2H4

..-
=32.05 /
=1.01 /³

.
, «». , .. , .


I */ : .
— , , 1 1 1 / . , 1 = 1 ·/ ² .
: 1 */ =1 ·/ ² */=/.
.


: , .

. S. Krop 0,4 /. Ch. Comstock , 0,006 /. , 8- 0,0013 /. , 0,014-0,030 /. , . , , , , , .

. , (). .

()-H2N-N(CH3)2

. :C2H8N2, . :(CH3)2NNH2
..-
=60,1 /
=0,79±0,01 /³

. - .
.


.
. .
... .


( -200).


, , , .


: . «». .

-.. -50, 50- . .
- Dassault Mirage III ( -) .

.

; ( = ·/ = ·/). ( 9,81 /²)

:
, -, - CH3NHNH2- ( ) .

. - . - , , .

«» «».

, «» , « » (, - ). .



, , Ariane- : Aérospatiale, Matra Marconi Space, Alenia, Spazio, DASA . «» .


, . «» , .
:


. : ( 40 ) .
( 0110, 0162. . - ) ().

«» ,

( , 2, ) . .
- .
- .

():

( ), - . :

26- , , , YouTube. , , . .



() - :


: , .

,