Ракетное топливо

Ракетное топливо (далее Р) вещество или совокупность веществ, представляющих собой источник энергии и рабочего тела для ракетного двигателя (РД). Р должно удовлетворять следующим основным требованиям: иметь высокий удельный импульс (тяга РД при расходе топлива 1 кг/сек; см. Реактивный двигатель), 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.

Известны Р и нехимические: у первых необходимая для работы РД энергия выделяется в результате реакций, а образующиеся при этом газообразные продукты служат рабочим телом, т. е. обеспечивают при расширении в сопле РД преобразование тепловой энергии превращений в кинетическую энергию потока, истекающего из сопла РД; у вторых энергия внутриядерных превращений или электрическая энергия (например, в ядерном или электрическом РД) передается специальному веществу, являющемуся только рабочим телом или его источником. Удельный импульс нехимических Р зависит от термодинамических свойств и допустимой рабочей температуры рабочего тела, затрат энергии на создание тяги. Принципиально же по удельному импульсу эти Р могут значительно превосходить
Большинство существующих РД работает на Р Основная энергетическая характеристика (удельный импульс) определяется количеством выделившейся при реакции окисления, разложения или рекомбинации теплоты (теплотворностью Р) и 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 Р делятся на одно-(унитарные), двух-, трех- и многокомпонентные, по агрегатному состоянию компонентов - на жидкие, твердые, 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 твердые Р

Все компоненты жидкого Р в условиях эксплуатации находятся в баках ракеты и раздельно подаются (насосами или вытеснением сжатым газом) в камеру сгорания РД (см. также Газогенератор жидкостного ракетного двигателя). 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 теплоемкость), возможность получения из основных компонентов (окислителя и горючего) генераторного газа высокой работоспособности, минимальная вязкость компонентов и малая зависимость ее от температуры. Наиболее широко применяют двухкомпонентные жидкие Р, состоящие из окислителя и горючего (см. табл.). Для улучшения характеристик РД в состав таких Р можно вводить различные присадки (как добавки в виде растворов, суспензий или как третий компонент): металлы, например и , а также В, и их гидриды для повышения удельного импульса, компоненты для получения генераторного газа (если для этого не пригодны основные компоненты), ингибиторы коррозии (см. Ингибиторы химические), стабилизаторы, активаторы воспламенения, вещества (депрессаторы), понижающие температуру замерзания, и т.п. Окислитель и горючее, вступающие при контакте в жидком состоянии в 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 Р

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

Твердые Р представляют собой гомогенную смесь компонентов (баллиститные топлива - см. Баллиститы) или монолитную гетерогенную композицию, т. н. смесевые топлива. Последние могут состоять из органического горючего-связующего (например, каучука, полиуретана, полиэфирной или эпоксидной смолы), твердого окислителя (чаще всего перхлората аммония, а также перхлората нитрата аммония и др.) и добавок различного назначения (например, для повышения энергетических характеристик - порошки , , , В). Горючее-связующее способствует образованию монолитного топливного блока, определяет комплекс физико- свойств топлива и способ формования заряда. Основные специфические требования, предъявляемые к твердым Р: равномерность распределения компонентов и, следовательно, постоянство физико- 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 твердые Р уступают жидким, т.к. из-за несовместимости не всегда удается использовать в составе твердого Р энергетически эффективные компоненты.

Основные характеристики некоторых возможных высокоэффективных двухкомпонентных жидких топлив при оптимальном соотношении компонентов (давление в камере сгорания 10 Мн/м², или 100 кгс/см², на срезе сопла 0,1 Мн/м², или 1 кгс/см²)

Окислитель	Горючее	Плотность топлива, г /см"*	Температура в камере сгорания, К	Пустотный удельный импульс, сек
жидкий	жидкий	0,3155	3250	428
	Керосин	1,036	3755	335
	Диметилгидразин несимметричный	0,9915	3670	344
	Гидразин	1,0715	3446	346
	Аммиак жидкий	0,8393	3070	323
Четырехокись	Керосин	1,269	3516	309
	Диметилгидразин несимметричный	1,185	3469	318
	Гидразин	1,228	3287	322
жидкий	жидкий	0,621	4707	449
жидкий	Гидразин	1,314	4775	402

* Расчетная величина - отношение суммарной массы компонентов ракетного топлива (окислителя и горючего) к их объему. Удельный импульс РД при давлении окружающей среды, равном нулю.

В гибридном Р компоненты находятся в различных агрегатных состояниях (например, жидкий окислитель + твердое горючее, твердый окислитель + жидкое горючее). Все компоненты жидких и твердых Р можно использовать как компоненты гибридных Р По удельному импульсу эти топлива занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми.

Лит.: Сарнер С., ракетных топлив, пер. с англ., М., 1969; Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник, т. 1-8, под ред. академик В. П. Глушко, М., 1971-74; Космонавтика, под ред. академик В. П. Глушко, 2 изд., М., 1970 (Маленькая энциклопедия).

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.