Использование ракетного топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Использование ракетного топлива

1. Понятие

Ракетное топливо (РТ) - вещества, используемые в ракетных двигателях различных конструкций для получения тяги и ускорения ракеты посредством энергии химической реакции (горения).

Ракетное топливо - компонент веществ питания ракетного двигателя для создания им тяги и движения ракеты в заданном направлении.

Ракетное топливо вещество или совокупность веществ, представляющих собой источник энергии и рабочего тела для ракетного двигателя (РД). Р. т. должно удовлетворять следующим основным требованиям: иметь высокий удельный импульс (тяга РД при расходе топлива 1 кг/сек), высокую плотность, требуемое агрегатное состояние компонентов в условиях эксплуатации, должно быть стабильным, безопасным в обращении, нетоксичным, совместимым с конструкционными материалами, иметь сырьевые ресурсы и др.

С развитием ракетной техники идет развитие новых видов ракетных двигателей, например ядерный ракетный двигатель, или ионный и т.д. Ракетное топливо может быть химическим (жидким и твёрдым), ядерным, термоядерным.

Жидкое ракетное топливо делится на окислитель и горючее. Эти компоненты находятся в ракете в жидком состоянии в разных баках. Смешивание происходит в камере сгорания, обычно с помощью форсунок. Давление создается за счет работы турбонасосной или вытеснительной системы. Также компоненты топлива используются для охлаждения сопла ракетного двигателя.

Также применяются так называемые ракетные монотоплива, в которых и окислителем и восстановителем является одно и то же вещество. При работе ракетного двигателя на монотопливе происходит химическая реакция самоокисления-самовосстановления, либо двигатель работает только за счёт фазового перехода вещества монотоплива, например из жидкого состояния в газообразное.

К жидким топливам предъявляются следующие специфические требования: возможно более широкий температурный интервал жидкого состояния, пригодность, по крайней мере, одного из компонентов для охлаждения жидкостного РД (термическая стабильность, высокие температура кипения и теплоёмкость), возможность получения из основных компонентов (окислителя и горючего) генераторного газа высокой работоспособности, минимальная вязкость компонентов и малая зависимость её от температуры. Наиболее широко применяют двухкомпонентные жидкие Р. т., состоящие из окислителя и горючего. Для улучшения характеристик РД в состав таких Р. т. можно вводить различные присадки (как добавки в виде растворов, суспензий или как третий компонент): металлы, например Be и Al, а также В, и их гидриды для повышения удельного импульса, компоненты для получения генераторного газа (если для этого не пригодны основные компоненты), ингибиторы коррози, стабилизаторы, активаторы воспламенения, вещества (депрессаторы), понижающие температуру замерзания, и т.п. Окислитель и горючее, вступающие при контакте в жидком состоянии в химическую реакцию и вызывающие воспламенение смеси, образуют самовоспламеняющиеся топлива. Применение таких топлив упрощает конструкцию РД и позволяет наиболее просто осуществлять многоразовые запуски. Ракетно-космическая техника базируется на использовании высокоэффективных жидких РТ.

Для вспомогательных жидкостных РД и получения генераторного газа, необходимого для привода турбонасосных агрегатов, можно применять однокомпонентные жидкие топлива (перекись водорода, гидразин), выделяющие энергию при разложении.

Твёрдое ракетное топливо тоже состоит из окислителя и горючего, но они находятся в смеси твёрдых веществ.

Твёрдые РТ представляют собой гомогенную смесь компонентов ли монолитную гетерогенную композицию, т. н. смесевые топлива. Последние могут состоять из органического горючего-связующего (например, каучука, полиуретана, полиэфирной или эпоксидной смолы), твёрдого окислителя (чаще всего перхлората аммония, а также перхлората калия, нитрата аммония и др.) и добавок различного назначения (например, для повышения энергетических характеристик - порошки Al, Mg, Be, В). Горючее-связующее способствует образованию монолитного топливного блока, определяет комплекс физико-химических свойств топлива и способ формования заряда. Основные специфические требования, предъявляемые к твёрдым Р. т.: равномерность распределения компонентов и, следовательно, постоянство физико-химических и энергетических свойств в блоке, устойчивость и закономерность горения в камере РД, а также комплекс физико-механических свойств, обеспечивающих работоспособность двигателя в условиях перегрузок, переменной температуры, вибраций.

По удельному импульсу твёрдые Р. т. уступают жидким, т.к. из-за химической несовместимости не всегда удаётся использовать в составе твёрдого Р. т. энергетически эффективные компоненты.

В гибридном РТ компоненты находятся в различных агрегатных состояниях (например, жидкий окислитель + твёрдое горючее, твёрдый окислитель + жидкое горючее). Все компоненты жидких и твёрдых Р. т. можно использовать как компоненты гибридных Р. т. По удельному импульсу эти топлива занимают промежуточное положение между жидкими и твёрдыми.

2. Группы

Ракетное топливо в достаточно условной мере может быть разделено на различные группы; в качестве основных групп обычно рассматриваются следующие:

· Электрореактивные: электроэнергия и рабочие тела.

· Ядерные: ядерное деление, синтез, распад изотопов.

· Химические: химические реакции, реакции рекомбинации свободных радикалов.

· Физические: потенциальная энергия сжатых газов.

Известны РТ химические и нехимические: у первых необходимая для работы РД энергия выделяется в результате химических реакций, а образующиеся при этом газообразные продукты служат рабочим телом, т.е. обеспечивают при расширении в сопле РД преобразование тепловой энергии химических превращений в кинетическую энергию потока, истекающего из сопла РД; у вторых энергия внутриядерных превращений или электрическая энергия (например, в ядерном или электрическом РД) передаётся специальному веществу, являющемуся только рабочим телом или его источником. Удельный импульс нехимических РТ зависит от термодинамических свойств и допустимой рабочей температуры рабочего тела, затрат энергии на создание тяги. Принципиально же по удельному импульсу эти РТ могут значительно превосходить химические.

Большинство существующих РД работает на химических РТ. Основная энергетическая характеристика (удельный импульс) определяется количеством выделившейся при реакции окисления, разложения или рекомбинации теплоты (теплотворностью РТ) и химическим составом продуктов реакции, от которого зависит полнота преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию потока (чем ниже молекулярная масса, тем выше удельный импульс).

По числу раздельно хранимых компонентов химические РТ делятся на одно - (унитарные), двух-, трёх- и многокомпонентные, по агрегатному состоянию компонентов - на жидкие, твёрдые, гибридные, псевдожидкие, желеобразные и в том числе тиксотропные, т.е. загущенные желеобразные, вязкость которых резко снижается при наличии градиента давления. Агрегатное состояние определяет конструкцию РД, его характеристики и область рационального применения. Наибольшее применение получили жидкие и твёрдые РТ.

Все компоненты жидкого РТ в условиях эксплуатации находятся в баках ракеты и раздельно подаются (насосами или вытеснением сжатым газом) в камеру сгорания РД.

ракетный двигатель топливо

3. Типы

Химические ракетные топлива

· Твёрдые.

· Нитроцеллюлоза

· Нитроглицерин, динитрогликоль и другие труднолетучие растворители

· Черный порох

· Карамельное ракетное топливо

· Смесевое ракетное топливо

· Металлы как горючее

· Карбиды, нитриды, азиды и амиды металлов

· Гидриды металлов

· Сложные гидриды

· Перхлораты металлов

· Жидкие:

· Нитрометан

· Изопропилнитрат

· Керосин

· Перекись водорода

· Гидразин

· Металлоорганические соединения

· Гидриды азота

· Органические амины

· Спирты

· Нефтепродукты

· Углеводороды

· Органические окиси

· Растворы металлов

· Бороводороды

· Водород

· Несимметричный диметилгидразин (НДМГ, Гептил)

Окислители для жидких видов топлива

· Фтор

· Кислород

· Озон

· Фториды кислорода

· Неорганические фториды азота

· Фториды галогенов

· Перхлорилфторид

· Окислы азота

· Азотнокислотные окислители

· Перекись водорода

· Соединения инертных газов

· перекиси, надперекиси и озониды

· Неорганические нитраты

· органические нитросоединения и эфиры азотной кислоты (алкилнитраты)

· Хлорная кислота

· Перхлораты неметаллов

· Тетраоксид диазота (АТ, Амил)

· Гибридное.

Свободные радикалы

· Рабочие тела для электрореактивных двигателей.

Ядерные топлива

· Радиоизотопы.

* Расчётная величина - отношение суммарной массы компонентов ракетного топлива (окислителя и горючего) к их объёму.

** Удельный импульс РД при давлении окружающей среды, равном нулю.

Литература

1. Сарнер С., Химия ракетных топлив, пер. с англ., М., 1969;

2. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник, т. 1-8, под ред. академик В.П. Глушко, М., 1971-74;

3. Космонавтика, под ред. академик В.П. Глушко, 2 изд., М., 1970 (Маленькая энциклопедия).

Размещено на Allbest.ru