Saga do propulsor

Prefácio

E ele não será, para não enviar spam, tudo é descrito no "posfácio". Leia-o para que não haja dissonância nos comentários anteriores.
O artigo teve que ser refeito 03/01/2017 e difere do original.

Achtung! Você não deve considerar este artigo como um tipo de trabalho científico ou uma reivindicação ao Prêmio Nobel.
Além disso:

"... E não há nada novo sob o sol"

(Eclesiastes 1: 9).
Sobre combustíveis, foguetes, motores de foguete foram escritos, escrevem e escreverão.

Um dos primeiros trabalhos sobre combustíveis LPRE pode ser considerado um livro de V.P. Glushko "Combustível líquido para motores a jato", publicado em 1936.


Para mim, o tópico parecia interessante, relacionado à minha antiga especialidade e aos estudos na universidade, tanto mais que "arrastou" sua filha mais nova "vamos amassar o chef e administrar esse segmento, e se formos com preguiça, podemos descobrir ". Aparentemente, os louros da Lin Industrial são assombrados.

Então você quer explodir adequadamente o seu motor de foguete.

Vamos "descobrir" juntos, sob rigoroso controle dos pais.

"Chave para o começo" ... "Vamos lá!" (Yu.A. Gagarin e S.P. Korolev)


Qualquer que seja o tipo de RD (esquema, natureza do processo) usado em foguetes, seu objetivo é criar impulso (força) convertendo a energia inicial armazenada no RT em energia cinética (Ek) do jato do fluido de trabalho.
Ek de uma corrente de jato no RD são convertidos diferentes tipos de energia (química, nuclear, elétrica).
Para motores químicos, o combustível pode ser dividido pelo estado de fase: gasoso, líquido, sólido, misto.

Part No. 1 combustível para motores de foguete de propulsor líquido ou combustíveis de foguete líquido.

Classificação de combustíveis químicos para motores de foguete (convencional):




Em geral, a reação química dos componentes da RT pode ser considerada uma fonte química de energia térmica para a RD.

Vou começar a transmitir com o Km0. Essa é uma proporção muito importante para as vias de taxi: o combustível pode queimar diferentemente nas vias de taxi (uma reação química nas vias de taxi não é a queima habitual de lenha na lareira , onde o oxigênio do ar atua como um agente oxidante). A combustão (mais precisamente, a oxidação) de combustível em uma câmara de motor de foguete é, antes de tudo, uma reação de oxidação química com a evolução do calor. E o curso das reações químicas depende substancialmente de quantas substâncias (sua proporção) entram na reação.
Como adormecer na defesa de um projeto de curso, exame ou aprovação em um teste. / Dmitry Zavistovsky

O valor de Km0 depende da valência que os elementos químicos podem exibir na forma teórica da equação da reação química. Exemplo para ZhRT: AT + UDMH .

Um parâmetro importante é o coeficiente de excesso de oxidante (grego "α" com um índice de "aprox.") E a razão de massa dos componentes Km.

Km = (dmok. / Dt) / (dmg ../ dt), ou seja, a razão entre a vazão mássica do agente oxidante e a vazão mássica do combustível. É específico para cada combustível. No caso ideal, é a razão estequiométrica de agente oxidante para combustível, isto é, mostra quantos kg de oxidante são necessários para oxidar 1 kg de combustível. No entanto, os valores reais diferem dos valores ideais. A razão de Km real para ideal é o coeficiente de excesso de oxidante.


Como regra, αok. <= 1. E aqui está o porquê. As dependências Tk (αok.) E Isp. (Αok.) São não-lineares e, para muitos combustíveis, o último tem um máximo em αok. não na razão estequiométrica dos componentes, isto é, máx. valores Iud. obtido com uma ligeira diminuição na quantidade de agente oxidante em relação à estequiométrica.

Um pouco mais de paciência, porque Não consigo contornar o conceito: entalpia . Isso é útil no artigo e na vida cotidiana.
Resumidamente, entalpia é energia. Duas de suas "hipóstases" são importantes para o artigo:
Entalpia termodinâmica - a quantidade de energia gasta na formação de uma substância a partir dos elementos químicos originais. Para substâncias constituídas por moléculas idênticas (H2, O2, etc.), é igual a zero.
Entalpia de combustão - só faz sentido se ocorrer uma reação química. Nos livros de referência, é possível encontrar os valores dessa quantidade obtidos experimentalmente em condições normais. Na maioria dos casos, para combustíveis, é uma oxidação completa no ambiente de oxigênio, para oxidantes - oxidação de hidrogênio por um determinado agente oxidante. Além disso, os valores podem ser positivos e negativos, dependendo do tipo de reação.
“A soma da entalpia termodinâmica e da entalpia de combustão é chamada de entalpia total da substância. Na verdade, esse valor também é usado no cálculo térmico das câmaras LRE. ”

Requisitos para ZhRT:

-uma fonte de energia;
-uma fonte de energia;
- quanto a uma substância que deve ser utilizada (em um determinado nível de desenvolvimento tecnológico) para resfriar pistas de taxi e motores de termopilhas, às vezes para pressurizar tanques com RT, fornecer volume (tanques de pH), etc;
- quanto a uma substância fora do LRE, ou seja, durante o armazenamento, transporte, reabastecimento, teste, segurança ambiental, etc.

Essa graduação é relativamente arbitrária, mas em princípio reflete a essência.
Vou chamar esses requisitos da seguinte forma: Nº 1, Nº 2, Nº 3.
Alguém pode adicionar à lista nos comentários.

Esses requisitos são um exemplo clássico de "Swan crab and pike" , que "puxa" os criadores da taxiway em diferentes direções:

# Do ponto de vista da fonte de energia do motor de foguete (nº 1)

I.e. precisa obter no máx. Iud.
Não vou incomodar ainda mais a todos, no caso geral:

Com outros parâmetros importantes para o número 1, estamos interessados ​​em R e T (com todos os índices).
É necessário que: a massa molecular dos produtos de combustão seja mínima, o conteúdo específico de calor seja máximo.

# Do ponto de vista do projetista do veículo lançador (Nº 2):

Os TCs devem ter uma densidade máxima, especialmente nos primeiros estágios dos mísseis, porque eles são os mais volumosos e possuem um RD poderoso, com uma grande taxa de fluxo secundária.
Obviamente, isso não é consistente com o requisito do nº 1

# Das tarefas operacionais são importantes (Nº 3):

estabilidade química do CT;
- simplicidade de abastecimento, armazenamento, transporte e fabricação;
segurança ecológica (em todo o "campo" de aplicação), nomeadamente toxicidade, custo de produção e transporte, etc. e segurança durante a operação de taxiway (risco de explosão).
Para mais informações, consulte "A Saga dos Combustíveis de Mísseis - O Outro Lado da Moeda" .



Claro, isso é apenas a ponta do iceberg. Requisitos adicionais também se enquadram aqui, por causa dos quais CONSENSOS e COMPROMISSOS devem ser procurados:

Um dos componentes deve necessariamente ter propriedades satisfatórias (melhor excelentes) do resfriador, como nesse nível de tecnologia, é necessário resfriar o KP RD:



Também é necessário (como regra geral) usar um dos componentes como fluido de trabalho para a turbina TNA:


Para componentes de combustível, “a pressão de vapor saturado é de grande importância (isto é, grosso modo, a pressão na qual um líquido começa a ferver a uma determinada temperatura). Este parâmetro afeta fortemente o design das bombas e o peso dos tanques. ”/ S.S. Fakas



Um fator importante é a agressividade dos TCs aos materiais (CM) dos motores de foguetes e tanques para armazenamento.
Se a TK é muito "prejudicial" (como algumas pessoas), os engenheiros precisam aplicar várias medidas especiais para proteger suas estruturas do combustível.



- a auto- ignição dos componentes do combustível como Janus de duas faces : às vezes é necessário e às vezes dói. Há outra propriedade desagradável: risco de explosão
Para muitas indústrias que usam foguetes (uso militar ou espaço profundo)
é necessário que o combustível seja quimicamente estável e seu armazenamento, reabastecimento (em geral, tudo o que é chamado de logística) e descarte não causem uma “dor de cabeça” para os operadores e o meio ambiente.



Um parâmetro importante é a toxicidade dos produtos de combustão. Agora é muito relevante.


Custo de produção: o ônus para a economia de um país que afirma ser um "táxi espacial".
Existem muitos desses requisitos e, em regra, eles são antagônicos.

Conclusão: o combustível ou seus componentes devem ter (ou possuir):

1. A maior produção de calor, para obter o máximo de lud.
2. A mais alta densidade, toxicidade mínima, estabilidade e baixo custo (em produção, logística e descarte).
3. O valor mais alto da constante de gás ou o menor peso molecular dos produtos de combustão, que fornecerão vazão de Vmax e um excelente impulso específico de impulso.
4. Uma temperatura de combustão moderada (não mais que 4500K), caso contrário, tudo queimará ou queimará. Não seja explosivo. Auto-inflamabilidade sob certas condições.
5. A taxa máxima de combustão. Isso garantirá o peso e volume mínimos do COP.
6. O período mínimo de atraso da ignição, conforme O lançamento suave e confiável da pista de táxi desempenha um papel significativo.

Um monte de problemas e requisitos: viscosidade, fusão e solidificação de T, ebulição de T, volatilidade, pressão de vapor e calor latente de vaporização, etc. etc.

Os trade-offs mostram-se claramente de acordo com o DIU: TCs de alta densidade (querosene + LOX) são geralmente usados ​​nos estágios inferiores do VE, embora percam para o mesmo LH2 e LOX, que por sua vez são usados ​​nos estágios superiores do VE ("Energia" 11K25) .


E novamente, o belo par LH2 + LOX não pode ser usado para espaço profundo ou para permanência prolongada em órbita (Voyager 2, estágio superior Breeze-M, ISS, etc.)

O momento deslumbrante de desacoplar o satélite meteorológico GOES-R do Estágio Superior Centauro do lançador Atlas V 541 ( Separação de espaçonaves GOES-R )

Classificação de ZhRT - geralmente pela pressão de vapor saturado ou pela temperatura do ponto triplo , ou mais simplesmente pelo ponto de ebulição à pressão normal.

Componentes de alto ponto de ebulição do ZhRT.
Substâncias químicas que possuem uma temperatura operacional máxima na qual a pressão de vapor saturado (a seguir denominada Rnp) nos tanques de foguetes é significativamente menor do que o nível de pressão permitido nos tanques por sua resistência estrutural.
Um exemplo:

querosene, UDMH, ácido nítrico.

Assim, eles são armazenados sem manipulações especiais com tanques de resfriamento.


Pessoalmente, gosto mais do termo "embalagem". Embora isso não esteja totalmente correto, está próximo do valor diário. Este é o chamado shopping centers armazenados há muito tempo.

Componentes de baixo ponto de ebulição dos ácidos graxos.
Aqui, o Rnp está próximo da pressão máxima permitida nos tanques (de acordo com o critério de força). O armazenamento em tanques selados sem medidas especiais para resfriamento (e / ou resfriamento) e retorno de condensado não é permitido. Os mesmos requisitos (e problemas) com válvulas LRE e tubulações de reabastecimento / descarga.
Um exemplo:

amônia, propano, tetróxido de nitrogênio.

O Ministério da Defesa da Federação Russa (Ministério da Defesa da Federação Russa) considera que tudo são componentes com baixo ponto de ebulição, cujo ponto de ebulição é inferior a 298K em condições padrão.

Na faixa de temperatura operacional da tecnologia de foguetes, os componentes de baixa ebulição geralmente estão em estado gasoso. Para a manutenção de componentes de baixo ponto de ebulição no estado líquido, é utilizado equipamento tecnológico especial.

Componentes criogênicos do trato gastrointestinal.
A rigor, esta é uma subclasse de componentes de baixa ebulição.
I.e. substâncias com um ponto de ebulição abaixo de 120K.
Os componentes criogênicos incluem gases liquefeitos: oxigênio, hidrogênio, flúor, etc. Para reduzir as perdas por evaporação e aumentar a densidade, é possível usar o componente criogênico no estado de lama, na forma de uma mistura de fases sólida e líquida desse componente.
Medidas especiais são necessárias durante o reabastecimento (resfriamento de tanques e rodovias, isolamento térmico de válvulas LRE, etc.)



A temperatura do ponto crítico é muito mais baixa do que operacional. O armazenamento em tanques selados de pH é impossível ou muito difícil.
Representantes típicos são oxigênio e hidrogênio no estado de fase líquida.
Além disso, usarei o estilo americano de sua designação LOX e LH2, respectivamente, ou seja, LCD e LW.
Nosso "bonito" RD-0120 (hidrogênio-oxigênio):

Está do lado de fora (acessórios, estradas) completamente preenchido com material isolante.

Segundo alguns especialistas, a tecnologia de produção do RD-0120 está atualmente completamente perdida na Federação Russa. No entanto, com base em suas tecnologias, um motor de oxigênio e hidrogênio RD-0146 está sendo criado na mesma empresa.

Quando os componentes da RT são encontrados no CS do motor de foguete de propulsor líquido (eles reagem de maneira inteligente), eles devem ser divididos em:

Auto-inflamado (STK), auto-inflamado limitado (OSTK) e não auto-inflamado ().

STK: quando um oxidante e um combustível entram em contato no estado líquido, eles se inflamam (em toda a faixa de pressões e temperaturas operacionais).
Isso simplifica bastante o sistema de ignição da pista, no entanto, se os componentes se encontrarem fora da câmara de combustão (vazamentos, acidentes), haverá um incêndio ou uma grande "bruxa". A extinção é difícil.


Exemplo: N204 (tetraóxido de nitrogênio) + MMG (monometil-hidrazina), N204 + N2H4 (hidrazina), N2O4 + UDMH e todos os combustíveis à base de flúor.

OSTK: aqui para ignição é necessário tomar medidas especiais. Combustíveis não combustíveis requerem um sistema de ignição.


Exemplo: querosene + LOX ou LH2 + LOX.

NTK: Os comentários são redundantes aqui. É necessário um catalisador, ignição constante (ou temperatura e / ou pressão, etc.) ou um terceiro componente.


Ideal para transporte, armazenamento e estanqueidade.

Outra opção para a separação, de acordo com o nível de características energéticas do ZhRT:

* baixa energia (com um impulso específico relativamente baixo - um componente, etc.);
* energia média (com um impulso específico médio - (02zh) + querosene, N204 + MMG, etc.);
* alta energia (com um impulso específico alto: (02) W + (H2) W, (F2) W + (H2) W, etc.).

De acordo com a atividade de toxicidade e corrosão dos componentes, existem ácidos graxos:

* em componentes de combustível ativo não tóxicos e não corrosivos - (02) g, combustíveis de hidrocarbonetos, etc;
* em componentes de combustível tóxicos e corrosivos - MMG, UDMH e especialmente (F2) g.

De acordo com o número de componentes de combustível utilizados, os controles remotos de um, dois e três componentes são diferenciados.
Nos controles remotos de componente único, nos quais os deslocamentos mais usados ​​são alimentados.
Na fase inicial do desenvolvimento de sistemas auxiliares de controle remoto de um componente para satélites, naves espaciais e naves espaciais, peróxido de hidrogênio altamente concentrado (80 ... 95%) foi usado como combustível de componente único.
Atualmente, esses sistemas auxiliares de propulsão são usados ​​apenas nos sistemas de orientação de alguns lançadores de foguetes japoneses.


Nos demais controladores auxiliares de um componente restantes, o peróxido de hidrogênio é "deslocado" pela hidrazina, enquanto o impulso específico é aumentado em cerca de 30%.

O uso generalizado de hidrazina no LRE foi bastante facilitado pela criação de catalisadores altamente confiáveis ​​com um longo recurso, em particular o catalisador Shell-405.

Mais amplamente, a humanidade usa TCs de dois componentes, que têm características de energia mais altas em comparação com os de um componente. Mas os motores de foguete de propulsor líquido de dois componentes são mais complexos em design do que os motores de foguete de componente único. Devido à presença de oxidantes e tanques de combustível, um sistema de tubulação mais complexo e a necessidade de garantir a proporção necessária de componentes de combustível (coeficiente de Km). No controle remoto de um satélite artificial, naves espaciais e naves espaciais, geralmente não são usados ​​um, mas vários tanques de oxidante e combustível, o que complica adicionalmente o sistema de tubulação de um controle remoto de dois componentes.


RTs de três componentes em desenvolvimento. Isso é realmente exótico.
Patente de RF para um motor de foguete de três componentes .
Esquema deste motor de foguete .

Esses motores de foguete podem ser classificados como multicombustível.
Um motor de foguete propulsor líquido de três componentes (flúor + hidrogênio + lítio) foi desenvolvido na OKB-456 .

Os combustíveis de dois componentes consistem em um agente oxidante e combustível.
Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor LRE: LRE de dois componentes (H2O2 + querosene)

Agentes oxidantes.

Oxigênio

Fórmula química-O2 (Dióxido, designação americana Oxigênio-OX).
No LRE, é usado oxigênio líquido, e não gasoso, oxigênio líquido (LOX é curto e tudo está claro).
Massa molecular (para a molécula) -32g / mol. Para os amantes da precisão: massa atômica (massa molar) = 15,99903;
Densidade = 1.141 g / cm³
Ponto de ebulição = 90.188K (−182.96 ° C)

Do ponto de vista da química, um agente oxidante ideal. Foi usado nos primeiros mísseis balísticos da FAA, seus equivalentes americanos e soviéticos. Mas seu ponto de ebulição não se adequava aos militares. A faixa de temperatura operacional necessária é de –55 ° C a + 55 ° C (longo tempo de preparação para o lançamento, pouco tempo em serviço de combate).


Muito baixa corrosividade. A produção tem sido dominada, o custo é pequeno - menos de US $ 0,1 (na minha opinião, um litro de leite é muito mais barato).
Desvantagens:


Criogênico - requer resfriamento e reabastecimento constante para compensar as perdas antes de iniciar.

Na foto: as persianas dos dispositivos de proteção da junção automática de reabastecimento de querosene (ZU-2), 2 minutos antes do final do ciclograma ao executar a operação CLOSE, a ZU não se fechava completamente devido ao gelo. Ao mesmo tempo, devido ao gelo, o sinal para a saída do TUA do lançador não passou. O início foi realizado no dia seguinte.

Difícil de usar como um KS mais frio e um motor de foguete de bico.

A unidade de combustível RB é removida das rodas e montada na fundação.

Agora todo mundo está estudando a possibilidade de usar oxigênio super-resfriado ou oxigênio em estado de lama, na forma de uma mistura de fases sólida e líquida desse componente.
A vista será quase a mesma que esta bela lama de gelo na baía à direita de Shamora:


Imagine: em vez de H2O, imagine um LCD (LOX).
A manipulação aumentará a densidade geral do agente oxidante.

Exemplo de resfriamento (sub-resfriamento) de um BR R-9A: Pela primeira vez, decidiu-se usar oxigênio líquido super-resfriado como agente oxidante em um foguete, o que possibilitou reduzir o tempo total de preparação do foguete para o lançamento e aumentar sua prontidão.


Ozônio -O3

Massa molecular = 48 amu, massa molar = 47,998 g / mol
A densidade do fluido a -188 ° C (85,2 K) é 1,59 (7) g / cm³
A densidade do ozônio sólido a -195,7 ° C (77,4 K) é 1,73 (2) g / cm³
Ponto de fusão −197,2 (2) ° C (75,9 K)

Por um longo tempo, os engenheiros ficaram atormentados com ele, tentando usar como oxidante de alta energia e ao mesmo tempo ecológico na tecnologia de foguetes.
A energia química total liberada durante a reação de combustão com a participação do ozônio é maior do que o oxigênio simples em cerca de um quarto (719 kcal / kg). Mais serão, respectivamente, e Iud. O ozônio líquido tem uma densidade mais alta que o oxigênio líquido (1,35 versus 1,14 g / cm³, respectivamente), e seu ponto de ebulição é maior (-112 ° C e -183 ° C, respectivamente).
Enquanto um obstáculo intransponível é a instabilidade química e a explosividade do ozônio líquido, com sua decomposição em O e O2, na qual surge uma onda de detonação que se move a uma velocidade de cerca de 2 km / s e uma pressão de detonação destrutiva de mais de · 107 dyn / cm2 (3 MPa), que se desenvolve o uso de ozônio líquido é impossível no atual nível de tecnologia, com exceção do uso de misturas estáveis ​​de oxigênio-ozônio (até 24% de ozônio). Uma vantagem dessa mistura também é um impulso específico mais alto para os motores a hidrogênio, em comparação com o ozônio-hidrogênio. Até o momento, motores altamente eficientes como RD-170, RD-180, RD-191, bem como motores a vácuo de aceleração, atingiram parâmetros próximos aos valores-limite para o Id e existe apenas uma possibilidade de aumentar a interface do usuário associada à transição para novos combustíveis .

Ácido nítrico -HNO3

O estado do fluido em nu
Massa molar de 63.012 g / mol (não importa que eu use massa molar ou massa molecular - isso não muda a essência)
Densidade 1.513 g / cm³
T. ponto de fusão = - 41,59 ° C, T. ponto de ebulição = 82,6 ° C

O HNO3 possui alta densidade, baixo custo, é produzido em grandes quantidades, é bastante estável, inclusive em altas temperaturas, à prova de fogo e explosão. Sua principal vantagem sobre o oxigênio líquido em um alto ponto de ebulição e, portanto, a capacidade de ser armazenada indefinidamente, sem qualquer isolamento térmico. A molécula de ácido nítrico HNO3 é um agente oxidante quase ideal. Ele contém como "lastro" um átomo de nitrogênio e uma "metade" de uma molécula de água, e dois átomos de oxigênio e meio podem ser usados ​​para oxidar o combustível. Mas lá estava! O ácido nítrico é tão agressivo que reage continuamente consigo mesmo - os átomos de hidrogênio são separados de uma molécula de ácido e ligados aos vizinhos, formando agregados frágeis, mas extremamente ativos quimicamente. Até os tipos mais resistentes de aço inoxidável são destruídos lentamente pelo ácido nítrico concentrado (como resultado, uma "geléia" esverdeada e espessa, uma mistura de sais metálicos, é formada no fundo do tanque). Várias substâncias começaram a ser adicionadas ao ácido nítrico para reduzir a atividade corrosiva; apenas 0,5% do ácido fluorídrico (fluorídrico) reduz a taxa de corrosão do aço inoxidável em dez vezes.

Para aumentar o pulso específico, o dióxido de nitrogênio (NO2) é adicionado ao ácido. A adição de dióxido de nitrogênio ao ácido liga a água que entra no agente oxidante, o que reduz a atividade corrosiva do ácido, aumenta a densidade da solução, atingindo um máximo de 14% de NO2 dissolvido. Essa concentração foi usada pelos americanos para seus mísseis militares.

Há quase 20 anos, procuramos recipientes adequados para o ácido nítrico. Ao mesmo tempo, é muito difícil escolher materiais estruturais para tanques, tubos, câmaras de combustão de motores de foguete.
Variante do agente oxidante que foi escolhida nos EUA com 14% de dióxido de nitrogênio. E nossos foguetes fizeram o contrário. Era necessário alcançar os Estados Unidos a todo custo, de modo que os agentes oxidantes das marcas soviéticas - AK-20 e AK-27 - continham 20 e 27% de tetraóxido.
Um fato interessante: no primeiro caça soviético BI-1, o ácido nítrico e o querosene foram usados ​​para voos.


Tanques e canos tinham que ser feitos de metal monel: uma liga de níquel e cobre; tornou-se um material estrutural muito popular para foguetes. Os rublos soviéticos eram quase 95% feitos com esta liga.


Desvantagens: "sujeira" tolerável. Corrosivo ativo. O impulso específico não é alto o suficiente. Atualmente, em sua forma pura, quase nunca é usado.

Tetraóxido de nitrogênio -AT (N2O4)

Massa molar = 92.011 g / mol
Densidade = 1.443 g / cm³

"Tirou o bastão" do ácido nítrico em motores militares. Possui auto-inflamabilidade com hidrazina, UDMH. Componente de baixa ebulição, mas pode ser armazenado por um longo tempo quando medidas especiais são tomadas.

Desvantagens: tão nojento quanto o HNO3, mas com suas próprias peculiaridades. Pode se decompor em óxido nítrico. Tóxico Impulso específico baixo. Freqüentemente usado e use o oxidante AK-NN. Essa é uma mistura de ácido nítrico e tetraóxido nítrico, às vezes é chamada de "ácido nítrico fumegante vermelho". Os números indicam a porcentagem de N2O4.


Basicamente, esses agentes oxidantes são utilizados no LRE militar e no KA LRE devido a suas propriedades: vida útil longa e auto-inflamabilidade. Os combustíveis AT típicos são UDMH e hidrazina.

Flúor -F2

Massa atômica = 18,998403163 a. E. m. (G / mol)
Massa molar F2, 37,997 g / mol
Ponto de fusão = 53,53 K (-219,70 ° C)
Ponto de ebulição = 85.03 K (−188.12 ° C)
Densidade (para a fase líquida), ρ = 1,5127 g / cm³

A química do flúor começou a se desenvolver na década de 1930, especialmente rapidamente durante os anos da Segunda Guerra Mundial de 1939 a 1945 e depois dela em conexão com as necessidades da indústria nuclear e da tecnologia de foguetes. O nome "Flúor" (do grego. Phthoros - destruição, morte), proposto por A. Ampere em 1810, é usado apenas em russo; em muitos países o nome "fluor" é aceito .
É um excelente agente oxidante em termos de química. Oxida o oxigênio e a água. Os cálculos mostram que o máximo ISP teórico pode ser obtido em um par de F2-Be (berílio) - ordem de 6000 m / s!
Super Que chatice, não "super" ...
Ativo extremamente corrosivo, tóxico, propenso a explosões em contato com materiais oxidantes. Criogênico. Qualquer produto de combustão também tem quase os mesmos "pecados": terrivelmente corrosivo e tóxico.
Precauções de segurança. O flúor é tóxico, sua concentração máxima permitida no ar é de cerca de 2,10-4 mg / l, e a concentração máxima permitida quando exposta a não mais de 1 h é de 1,5,10-3 mg / l.
O par propulsor líquido-propulsor líquido 8D21 + amônia deu um impulso específico ao nível de 4000 m / s.
Para o par F2 + H2, Iud = 4020 m / s!
O problema: fluoreto de hidrogênio HF no "escape".
Posição inicial após o lançamento de um "motor energético"?
Um conjunto de metais líquidos e outros elementos químicos dissolvidos em ácido fluorídrico!
H2 + 2F = 2HF; à temperatura ambiente, existe como um dímero H2F2.
Miscível com água em qualquer aspecto com a formação de ácido fluorídrico (fluorídrico). E seu uso no mecanismo de foguetes não é realista devido a dificuldades de armazenamento.


O mesmo se aplica a outros halogênios líquidos, como o cloro.

Foi planejado o desenvolvimento do V.P. Glushko OKB-456 no OKB-456 V.P. Glushko com base no motor de foguete de 10 toneladas gasto com propulsor líquido com combustível flúor-amônio (F2 + NH3) para o LPRE com fluoreto de hidrogênio com um impulso de 25 toneladas.

Peróxido de Hidrogênio- H2O2.


É mencionado por mim acima em combustíveis monocomponentes.

Walter HWK 109-507: vantagens na simplicidade do design do motor de foguete. Um exemplo vívido desse combustível é o peróxido de hidrogênio.

Peróxido de hidrogênio para cabelos luxuosos e mais 14 segredos de aplicação.


Alles: a lista de oxidantes mais ou menos reais está completa. Eu me concentro no HCl O4 . Como agentes oxidantes independentes do ácido perclórico, apenas são interessantes o monohidrato (2 + Cl4), uma substância cristalina sólida e o di-hidrato (2 + l4), um líquido denso e viscoso.O ácido clorídrico (que é pouco promissor devido à Isp) é interessante. interesse como um aditivo aos agentes oxidantes, o que garante a confiabilidade da auto-ignição do combustível.

Os agentes oxidantes podem ser classificados da seguinte forma:


A lista final (frequentemente usada) de agentes oxidantes em conjunto com combustíveis reais:

Nota: se você deseja transferir uma variante de impulso específico para outra, pode usar uma fórmula simples: 1 m / s = 9,81 s.

Ao contrário deles, combustíveis, temos "montões" .

Combustível

As principais características dos LMRs de dois componentes em p / pa = 7 / 0,1 MPa


De acordo com a composição físico-química, eles podem ser divididos em vários grupos.

Combustíveis de hidrocarbonetos.
Hidrocarbonetos de baixo peso molecular.
Substâncias simples: atômicas e moleculares.
Para este tópico, até agora apenas o hidrogênio (hidrogênio) é de interesse prático.
Na, Mg, Al, Bi, He, Ar, N2, Br2, Si, Cl2, I2 e outros.Não considerarei este artigo.
Combustíveis hidrazina ("fedorentos").

A busca pelo combustível ideal começou com o desenvolvimento de entusiastas de motores de foguetes.
O primeiro combustível amplamente utilizado foi o álcool (etil), usado no primeiro
Mísseis soviéticos R-1, R-2, R-5 (FAU-2 "legado") e no próprio Vergeltungswaffe-2.


Em vez disso, uma solução de álcool etílico a 75% (etanol, álcool etílico, metilcarbinol, álcool tártaro ou álcool, geralmente coloquialmente simplesmente "álcool") é um álcool monohídrico com a fórmula C2H5OH (fórmula empírica C2H6O), outra opção: CH3-CH2-OH
Esse combustível tem duas falhas sérias que os militares aparentemente não atenderam: baixo desempenho energético e baixa resistência do pessoal ao "envenenamento" com esse combustível.

Os defensores de um estilo de vida saudável (fobia alcoólica) tentaram usar álcool furfurílico, um líquido venenoso, móvel, transparente, às vezes amarelado (marrom escuro), avermelhado no ar ao longo do tempo.

Chem. fórmula: C4H3OCH2OH, Rat. fórmula: C5H6O2. Pasta nojenta.
Não se destina a beber.

Grupo hidrocarboneto.
Querosene

Fórmula condicional C7,2107H13,2936
Mistura combustível de hidrocarbonetos líquidos (de C8 a C15) com ponto de ebulição na faixa de 150-250 ° C, transparente, incolor (ou levemente amarelada), levemente oleosa ao toque
densidade - de 0,78 a 0,85 g / cm³ (a uma temperatura de 20 ° C);
viscosidade - de 1,2 - 4,5 mm² / s (a uma temperatura de 20 ° C);
ponto de inflamação - de 28 ° C a 72 ° C;
valor calorífico - 43 MJ / kg.
Minha opinião: não faz sentido escrever sobre a massa molar exata

O querosene é uma mistura de vários hidrocarbonetos, de modo que frações assustadoras (na fórmula química) e um ponto de ebulição "manchado" aparecem.

Combustível com alto ponto de ebulição. É utilizado há muito tempo e com sucesso em todo o mundo em motores e na aviação. É nele que os sindicatos ainda voam. Baixa toxicidade (fortemente não recomenda beber), estável. No entanto, o querosene é perigoso e prejudicial à saúde (ingestão).
Mas há pessoas que apenas os tratam! O Ministério da Saúde é categoricamente contra!
Histórias de soldados: Ajuda a se livrar bem do desagradável Pthirus pubis .

No entanto, também requer cuidado no manuseio durante a operação: um acidente de avião
Vantagens significativas: relativamente barato, dominado na produção.

Um par de querosene-oxigênio é ideal para o primeiro estágio. Seu impulso específico na Terra é 3283 m / s, oco 3475 m / s. Desvantagens. Densidade relativamente baixa.


Foguete de querosene americano Propulsor de foguete-1 ou petróleo refinado-1

Relativamente barato (era):


Para aumentar a densidade, os líderes de exploração espacial desenvolveram Sintin (URSS) e RJ-5 (EUA).
Síntese de sintina.

O querosene tem uma tendência a depositar depósitos alcatroados na rede e no caminho de resfriamento, o que afeta negativamente o resfriamento.
Mukhin, Velour @Co pedal nesta propriedade .
Os motores de querosene são mais desenvolvidos na URSS.

Uma obra-prima da mente e da engenharia humanas é a nossa "pérola" RD-170/171:


"Onde estão os melhores motores de foguete do mundo" .

Agora, o nome mais correto para combustíveis à base de querosene é o termo UVG - "combustível de hidrocarboneto", porque do querosene, que foi queimado em lâmpadas de querosene seguras por I. Lukasevich e Y. Zekh, o UVG aplicado "foi" muito longe .
Como um exemplo: naftilo .



Hidrocarbonetos de baixo peso molecular

Metano -CH4

Massa molar: 16.04 g / mol
Densidade do gás (0 ° C) 0,7168 kg / m³;
líquido (-164,6 ° C) 415 kg / m³
T. ponto de fusão = - 182,49 ° C
T. fervura = - 161,58 ° C

Todos agora são considerados um combustível promissor e barato, como uma alternativa ao querosene e hidrogênio.
Designer-chefe da NPO Energomash Vladimir Chvanov:

- O impulso específico do motor de GNL é alto, mas essa vantagem é compensada pelo fato de o combustível de metano ter uma densidade mais baixa, portanto, o resultado é uma pequena vantagem de energia. Do ponto de vista estrutural, o metano é atraente. Para liberar as cavidades do motor, você só precisa passar pelo ciclo de evaporação - ou seja, o motor é liberado mais facilmente dos resíduos do produto. Devido a isso, o combustível metano é mais aceitável do ponto de vista da criação de um motor reutilizável e de uma aeronave reutilizável.

Barato, generalizado, estável, baixa toxicidade. Comparado ao hidrogênio, ele tem um ponto de ebulição mais alto e o impulso específico associado ao oxigênio é maior que o do querosene: cerca de 3250-3300 m / s no chão.

Legal cooler.
Desvantagens. Baixa densidade (duas vezes menor que o querosene). Sob certas condições de combustão, ele pode se decompor com a liberação de carbono na fase sólida, o que pode levar a uma queda no momento devido ao fluxo bifásico e a uma acentuada deterioração do regime de resfriamento na câmara devido à deposição de fuligem nas paredes do COP. Recentemente, NOR e P&D ativos estão em andamento no campo de sua aplicação (junto com propano e gás natural), mesmo na direção da modificação já existente. LRE (em particular, esse trabalho foi realizado no RD-0120 ).


Ou, como exemplo "novo", o mecanismo American Raptor do Space X:


Esses combustíveis incluem propano e gás natural. Suas principais características, como combustíveis, são próximas (exceto para uma maior densidade e maior ponto de ebulição) do UVG. E existem os mesmos problemas ao usá-los.

O hidrogênio -H2 (Líquido: LH2) é posicionado separadamente entre os combustíveis.

A massa molar de hidrogênio é de 2 016 g / mol ou aproximadamente 2 g / mol.
Densidade (a n.a.) = 0,0000899 (a 273 K (0 ° C)) g / cm³
Ponto de fusão = 14,01K (-259,14 ° C);
Ponto de ebulição = 20,28K (-252,87 ° C);

O uso de um par de LOX-LH2 foi proposto por Tsiolkovsky, mas implementado por outros:


Do ponto de vista da termodinâmica, o H2 é um fluido de trabalho ideal tanto para o motor de foguete de propulsor líquido quanto para a turbina do motor de turbina. Excelente resfriador, tanto no estado líquido quanto no gasoso. O último fato permite que não tenhamos particularmente medo da ebulição do hidrogênio no caminho de resfriamento e usemos o hidrogênio tão gaseificado para acionar o TNA.
Esse esquema é implementado no Aerojet Rocketdyne RL-10 - apenas um mecanismo chique (do ponto de vista da engenharia):


Nosso analógico (ainda melhor, porque mais jovem): RD-0146 (D, DM) é um motor de foguete de propulsor líquido sem gás desenvolvido pelo Chemical Engineering Design Bureau em Voronezh.

É especialmente eficaz com um bico injetor do material "Grauris".

Impulso específico alto é combinado com oxigênio 3835 m / s.


Do realmente usado, esta é a taxa mais alta. Esses fatores determinam o grande interesse nesse combustível. Ambientalmente amigável, na “saída” em contato com O2: água (vapor de água).
Reservas distribuídas, quase ilimitadas. Desenvolvido em produção. Não tóxico

No entanto, existem muitas colheres de alcatrão neste barril de mel.

1. Densidade extremamente baixa. Todos viram os enormes tanques de hidrogênio do veículo de lançamento Energia e do Shuttle MTKK. Devido à sua baixa densidade, é aplicável (como regra) nos estágios superiores do pH.



Além disso, a baixa densidade representa uma tarefa difícil para as bombas: as bombas de hidrogênio são de vários estágios para garantir a taxa de fluxo de massa desejada e, ao mesmo tempo, não cavitar.


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