Tečni raketni motor. raketno gorivo (RT)

Tečni raketni motor.  raketno gorivo (RT)
Tečni raketni motor. raketno gorivo (RT)

Pitanje smanjenja troškova lansirnih vozila je uvijek bilo. Ponekad svemirska trka SSSR i SAD su malo razmišljali o troškovima - prestiž zemlje bio je nemjerljivo skuplji. Danas je smanjenje troškova "na svim frontovima" postalo globalni trend. Gorivo je samo 0,2...0,3% cijene cjelokupne lansirne rakete, ali pored cijene goriva, još jedan važan parametar je i njegova dostupnost. I već postoje pitanja. U proteklih 50 godina lista tečnih goriva koja se široko koriste u raketnoj i svemirskoj industriji malo se promijenila. Nabrojimo ih: kerozin, vodonik i heptil. Svaki od njih ima svoje karakteristike i zanimljiv je na svoj način, ali svi imaju barem jedan ozbiljan nedostatak. Razmotrimo ukratko svaki od njih.

Kerozin

Počeo je da se koristi još 50-ih godina i ostaje tražen do danas - na njemu lete naši Angara i Falcon 9 SpaceX. Ima mnoge prednosti, uključujući: velika gustoća, niske toksičnosti, daje visok specifični impuls, a ipak prihvatljivu cijenu. Ali proizvodnja kerozina danas je ispunjena velikim poteškoćama. Na primjer, rakete Sojuz, koje se proizvode u Samari, sada lete na umjetno stvoreno gorivo, jer su se u početku za stvaranje kerozina za te rakete koristile samo određene vrste nafte iz određenih bušotina. To je uglavnom nafta iz Anastasievsko-Troitskoye polja u Krasnodarska teritorija. Ali naftne bušotine su iscrpljene, a kerozin koji se trenutno koristi je mješavina kompozicija koje se proizvode iz nekoliko bušotina. Željeni brend RG-1 se dobija skupom destilacijom. Prema mišljenju stručnjaka, problem nestašice kerozina će se samo pogoršavati.

"Angara 1.1" na kerozinskom motoru RD-193

Vodonik

Danas je vodonik, uz metan, jedno od najperspektivnijih raketnih goriva. Leti nekoliko modernih raketa i gornjih stepeni odjednom. Uparen sa kiseonikom, on (nakon fluora) proizvodi najveći specifični impuls i za upotrebu u višim stepenima rakete (ili gornjim fazama) savršeno se uklapa. Ali izuzetno mala gustina ne dozvoljava da se u potpunosti iskoristi za prve faze raketa. Ima još jedan nedostatak - visoku kriogenost. Ako se raketa puni vodonikom, tada je na temperaturi od oko 15 kelvina (-258 Celzijusa). To dovodi do dodatnih troškova. U poređenju sa kerozinom, dostupnost vodonika je prilično visoka i njegova proizvodnja ne predstavlja problem.

"Delta-IV Heavy" uključen motori na vodonik RS-68A

Heptyl

On je UDMH ili asimetrični dimetilhidrazin. Ovo gorivo i dalje ima područja primjene, ali postepeno odlazi u drugi plan. A razlog za to je njegova visoka toksičnost. Ima skoro ista svojstva kao kerozin energetski indikatori i komponenta je visokog ključanja (skladištenje na sobnoj temperaturi) i stoga se prilično aktivno koristio u sovjetsko vrijeme. Na primjer, raketa Proton leti na visoko toksični par heptil + amil, od kojih je svaki sposoban ubiti osobu koja je nehotice udahnula njihov par. Upotreba ovakvih goriva u moderno vrijeme neopravdano i neprihvatljivo. Gorivo se koristi u satelitima i međuplanetarnim sondama, gdje je, nažalost, neizostavno.

"Proton-M" na heptil motorima RD-253

Metan kao alternativa

Ali postoji li gorivo koje će zadovoljiti sve i koje će koštati najmanje? Možda je metan. Isti plavi plin s kojim su neki od vas kuhali danas. Predloženo gorivo je obećavajuće, aktivno ga razvijaju druge industrije, ima šire sirovinska baza u poređenju sa kerozinom i niskom cijenom - jeste važna tačka, s obzirom na predviđene probleme proizvodnje kerozina. Metan je, i po gustini i po efikasnosti, između kerozina i vodonika. Postoji mnogo načina za proizvodnju metana. Glavni izvor metana prirodni gas, koji se sastoji od 80..96% metana. Ostalo je propan, butan i drugi gasovi iste serije, koji se nikako ne mogu ukloniti, po svojstvima su vrlo slični metanu. Drugim riječima, možete jednostavno ukapljivati ​​prirodni plin i koristiti ga kao raketno gorivo. Metan se također može dobiti iz drugih izvora, kao što je prerada životinjskog otpada. Mogućnost korištenja metana kao raketnog goriva razmatrala se decenijama, ali sada postoje samo stolne verzije i eksperimentalni uzorci takvih motora. Na primjer, u Khimkiju NPO Energomash studije o upotrebi tečnog gasa u motorima provode se od 1981. Koncept koji se trenutno razrađuje u Energomašu predviđa razvoj jednokomornog motora sa potiskom od 200 tona na gorivo "tečni kiseonik - tečni metan" za prvu fazu perspektivnog nosača. laka klasa. Svemirska tehnologija bliske budućnosti obećava da će biti višekratna. A evo još jedne prednosti metana. Kriogen je, te je stoga dovoljno zagrijati motor barem na temperaturu od -160 Celzijusa (a po mogućnosti i više) i sam motor će se osloboditi komponenti goriva. Prema mišljenju stručnjaka, najpogodniji je za stvaranje višekratnih lansirnih vozila. Evo šta on misli o metanu glavni dizajner NPO Energomash Vladimir Chvanov:

Specifični impuls LNG motora je visok, ali ta prednost je nadoknađena činjenicom da metansko gorivo ima manju gustoću, tako da je ukupna energetska prednost zanemarljiva. Sa strukturne tačke gledišta, metan je privlačan. Da biste oslobodili šupljine motora, potrebno je samo proći kroz ciklus isparavanja - to jest, motor se lakše oslobađa od ostataka proizvoda. Zbog toga je metansko gorivo prihvatljivije u smislu stvaranja motora. višekratnu upotrebu i aviona aplikacija za višekratnu upotrebu.

Još jedan argument u korist upotrebe metana je mogućnost njegovog izdvajanja iz asteroida, planeta i njihovih satelita, osiguravajući gorivo za povratne misije. Tamo je mnogo lakše izdvojiti metan nego kerozin. Naravno, mogućnost da ponesete gorivo sa sobom ne dolazi u obzir. Izgledi za takve dalekometne misije su veoma daleki, ali neki radovi su već u toku.

Budućnost koja nikada nije došla

Pa zašto metan nikada nije postao praktično korišteno gorivo u Rusiji? Odgovor je dovoljno jednostavan. Od početka 80-ih nije stvoren nijedan novi raketni motor u SSSR-u, a potom u Rusiji. Sve ruske "novosti" su modernizacija i preimenovanje sovjetskog naslijeđa. Jedini pošteno stvoren kompleks - "Angara" - planiran je od samog početka kao transport kerozina. Njegova izmjena koštat će prilično peni. Generalno, Roskosmos konstantno odbija projekte metana jer povezuju "dobro" za barem jedan takav projekat sa "dobrim" za potpuno restrukturiranje industrije sa kerozina i heptila na metan, što se smatra dugim i skupim poduhvatom.

Motori

Na ovog trenutka postoji nekoliko kompanija koje tvrde da će metana biti neizbježna u njihovim raketama. Motori koji se kreiraju:

FRE-1 /

Početna Enciklopedija Rječnici Više

raketno gorivo (RT)

Supstanca ili kombinacija supstanci koje su izvor energije i radnog fluida za stvaranje reaktivne sile u raketnom motoru (RD). Prema vrsti izvora energije razlikuju se hemijski i nuklearni RT. Najveću praktičnu primenu za RD interkontinentalnih balističkih raketa (ICBM) koje se koriste u strateškim raketnim snagama dobilo je hemijsko RT, koje je istovremeno izvor energije koja se oslobađa usled egzotermnih reakcija sagorevanja i izvor radnog fluida, a to su proizvodi sagorevanja goriva. . Prema stanju agregacije, hemijski RT se dijele na tečni (LRT), čvrsti (SRT) i mješoviti agregatni sastav.

ZhRT - raketna goriva koja su u tečnom agregatnom stanju u radnim uslovima. ZhRT se dijele na jednokomponentne (unitarne) i dvokomponentne, koje se nazivaju i goriva odvojenog napajanja. Hemijske supstance ili njihove smeše, sposobne pod određenim uslovima za hemijske reakcije raspadanja ili sagorevanja sa oslobađanjem toplotne energije, mogu se smatrati jednokomponentnim LRT. Takve tvari uključuju, na primjer, hidrazin N2H4, vodikov peroksid H2O2, etilen oksid CH2CH2O i druge. Dvokomponentni LRT se sastoji od oksidatora i goriva. Kao oksidanti koriste se tvari koje pretežno sadrže atome oksidirajućih elemenata. Ove tvari uključuju tekući fluor F2 i kisik O2, koncentriranu dušičnu kiselinu HNO3 i dušikov tetroksid N2O4. Najefikasniji zapaljivi LRT su tečni vodonik H2, T-1 kerozin (frakcija sa opsegom ključanja od 150...280°C), hidrazin N2H4, asimetrični dimetilhidrazin H2NN(CH3)2 (UDMH). Kao gorivi mogu se koristiti i metali Mg, Al i njihovi hidridi, koji se u tečna goriva unose u obliku dispergovanih prahova sa stvaranjem gela. Kada se unesu u RD komoru za sagorevanje, komponente LRT mogu se spontano zapaliti (na primer, N2O4 + H2NN(CH3)2) ili se ne samozapaliti (l.H2 + l.O2). U potonjem slučaju koristite specijalni sistemi paljenje ili posebna goriva za pokretanje. Dvokomponentni raketni motori na tekuće gorivo uglavnom se koriste u nosačima raketnih motora i njihovih stupnjeva. Kako bi se tečnom pogonskom gorivu dao skup potrebnih svojstava, u komponente goriva se obično uvode posebni aditivi koji doprinose, na primjer, povećanju stabilnosti fizička i hemijska svojstva komponente tokom skladištenja ili rada. Glavna prednost LRT-a, koja određuje izvodljivost njihove upotrebe, je mogućnost dobijanja visoki nivo energetske karakteristike.

Na primjer, za goriva na bazi tečnog O2 i H2 pri pk/pa=7/0,1 MPa, specifični impuls je do 3835 m/s, dok za najvisokoenergetska čvrsta goriva njegova vrijednost ne prelazi 3000 m/s. pod uporedivim uslovima.

Komponente LRT-a se dijele na visoko ključanje i nisko ključanje. Komponenta visokog ključanja je komponenta tečnog pogonskog goriva koja ima tačku ključanja iznad 298K pod standardnim uslovima. Komponente visokog ključanja u opsegu radnih temperatura su tečnosti. Komponente visokog ključanja uključuju oksidatore dušične kiseline, dušikov tetroksid i cela linijaširoko rasprostranjena goriva - T-1 kerozin, nesimetrični dimetilhidrazin itd.

Komponenta niskog ključanja je komponenta tečnog pogonskog goriva koja ima tačku ključanja ispod 298K pod standardnim uslovima. U opsegu radnih temperatura raketne tehnologije, komponente niskog ključanja obično su u gasovitom stanju. Za sadržaj komponenti niskog ključanja u tečno stanje poseban tehnološke opreme. Među komponentama niskog ključanja izdvajaju se takozvane kriogene komponente koje imaju tačku ključanja ispod 120K. Kriogeni sastojci su tečni gasovi: kiseonik, vodonik, fluor itd. Za smanjenje gubitaka isparavanjem i povećanje gustine, moguće je koristiti kriogenu komponentu u bljuzgavom stanju, u obliku mešavine čvrste i tečne faze ove komponente.

TRT - homogeni ili heterogeni eksplozivni sistemi sposobni za nezavisno sagorevanje u širokom opsegu pritiska (0,1 ... 100 MPa) uz oslobađanje značajne količine toplote i gasovitih produkata sagorevanja. By hemijski sastav i po načinu proizvodnje dijele se na balističke i mješovite. Strukturna i energetska osnova balistita su nitrati celuloze - koloksilini sa sadržajem dušika od oko 12%, plastificirani niskoisparljivim aktivnim otapalima (nitroglicerin, dietilen glikol dinitrat) ili drugim tekućim nitroesterima. Sastav balistita može sadržavati snažne eksplozive (MI) - oktogen ili heksogen, a uključuje i stabilizatore hemijske stabilnosti, stabilizatore sagorevanja, modifikatore sagorevanja, tehnološke i energetske aditive (praškove Al, Mg ili njihove legure). Balistiti su čvrste otopine koje se nalaze u radnom temperaturnom rasponu u staklastom fizičkom stanju.

Mješoviti TRT su heterogene mješavine oksidirajućeg agensa (uglavnom amonijum perhlorat NH4ClO4, kalijum perhlorat KClO4 ili amonijum nitrat NH4NO3) i zapaljivog veziva, koji je plastificirani polimer (na primjer, butil kaučuk, polibutadien), sa sastojcima poliuretadienskog sistema i specijalnih aditiva. Snažni eksplozivni eksplozivi (RDX ili HMX) u količini do 50% i do 20% metalnih gorivih materija (Al, Mg ili njihovi hidridi) mogu se uvesti u sastav miješanog HRT-a radi poboljšanja njihovih energetskih karakteristika. Regulacija balističkih karakteristika (brzina gorenja i njena zavisnost od razni faktori) TRT se obično izvodi promjenom disperzije praškastih komponenti ili uvođenjem modifikatora sagorijevanja u sastav goriva. Komponente mješovitih TPT-a obično obavljaju nekoliko funkcija: oksidirajuća sredstva su punila polimerne matrice, osiguravaju potreban nivo balističke i energetsko-masene karakteristike; zapaljivi, koji su u većini slučajeva plastificirani polimeri, osiguravaju čvrstoću punjenja čvrstog goriva i potreban nivo istog mehaničke karakteristike; metalno gorivo je dizajnirano da poveća gustinu goriva i poveća njegove energetske mogućnosti.

Količina TRT-a određena masom, koja je glavni izvor energije i radnog fluida, koji ima dati oblik, veličinu i početnu površinu sagorijevanja, naziva se punjenje. čvrsto gorivo(ZTT). Što se tiče raketnih motora na čvrsto gorivo, CTT se podrazumijeva kao dio RD-a koji obezbjeđuje traženi zakon formiranja gasa radnog fluida. Prema načinu ugradnje u komoru rakete na čvrsto gorivo, punjenja se dijele na labave, čvrsto pričvršćene livene u tijelo i izlivene u tijelo, otkopčane pomoću manžeta.

U opsegu radnih temperatura, kompozitni TRT su u visoko elastičnom stanju. TRT su u odnosu na LRT lakši za rukovanje, ali su inferiorniji u pogledu energetskih karakteristika.

Goriva mješovitog agregatnog sastava (hibrid) su dvokomponentna RT, u kojoj komponente, koje se nalaze u različitim agregatna stanja mogu biti tečni, čvrsti ili gasoviti. Zbog složenosti rasporeda RD hibridni RT se koriste u ograničenoj mjeri.

U RD ICBM-a Strateških raketnih snaga koriste se i samozapaljivi LRT visokog ključanja (uglavnom N2O4 + H2NN (CH3) 2) i mješoviti TRT. ZhRT se koriste u RD projektila ampuliziranih silosa, a TRT u RD i silosnih i mobilnih projektila.

Tab. 1. Glavne karakteristike dvokomponentnog LRT-a pri p do /p a = 7 / 0,1 MPa

Gorivo

misa

odnos

oksidant: gorivo

Temperatura

sagorevanje, K

gustina,

kg/m 3

Specifično

puls,

Ns/kg

Oksidirajuće sredstvoO2

Hidrazin

Oksidirajuće sredstvo N 2 O 4

Hidrazin

Oksidirajuće sredstvo HNO 3

Hidrazin

Oksidirajuće sredstvo H 2 O2

Hidrazin

Tab. 2. Osnovni sastav i glavne karakteristike balističkog TRT-a

Komponente i

karakteristike

Bez energije.

aditivi

Sa energetskim dodacima

Gorivo za motor na tečno gorivo

Najvažnija svojstva i karakteristike motora na tečno gorivo, kao i sam dizajn, prvenstveno zavise od goriva koje se koristi u motoru.

Glavni zahtjev za LRE gorivo je visoka kalorijska vrijednost, tj. veliki broj toplota koja se oslobađa tokom sagorevanja 1 kg gorivo. Što je veća kalorijska vrijednost, to je veća, ceteris paribus, veća je brzina izduvnih gasova i potisak motora. Ispravnije je porediti različita goriva ne u smislu njihove kalorijske vrijednosti, već direktno u smislu protoka koji daju pod jednakim uslovima, ili, što je isto, u smislu specifičnog potiska.

Pored ovog glavnog svojstva LRE goriva, ona obično podliježu određenim drugim zahtjevima. Na primjer, veliki značaj Ima specifična gravitacija goriva, budući da je zaliha goriva u avionu ili raketi obično ograničena ne njegovom težinom, već zapreminom rezervoara za gorivo. Dakle, što je gorivo gušće, odnosno što je veća njegova specifična težina, to će više goriva ući u iste rezervoare goriva po težini i, posljedično, trajanje leta će biti duže. Takođe je važno da gorivo ne izaziva koroziju, odnosno koroziju rđe dijelova motora, da se lako i bezbedno skladišti i transportuje, i da nije deficitarno u pogledu sirovina.

Trenutno se u LRE najčešće koriste takozvana dvokomponentna goriva, odnosno goriva odvojenog napajanja. Ova goriva se sastoje od dvije tečnosti uskladištene u odvojenim rezervoarima; jedna od ovih tečnosti, koja se obično naziva gorivom, najčešće je tvar koja pripada klasi ugljikovodika, odnosno sastoji se od atoma ugljika i vodika, a ponekad sadrži atome drugih hemijski elementi- kiseonik, azot i drugi. Zapaljiva ova komponenta ( sastavni dio) goriva nazivaju zato što se prilikom njegovog sagorevanja, odnosno u kombinaciji sa kiseonikom, oslobađa značajna količina toplote.

Druga komponenta goriva, tzv. oksidant, sadrži kiseonik neophodan za sagorevanje, odnosno oksidaciju goriva, zbog čega je ova komponenta nazvana oksidator. Oksidacijsko sredstvo može biti čisti kisik u tekućem stanju, kao i ozon ili bilo koji nosač kisika, odnosno tvar koja sadrži kisik u kemijski vezanom obliku: na primjer, vodikov peroksid, dušična kiselina i druga jedinjenja kisika. Kao što znate, u mlaznim motorima, kao iu konvencionalnim motorima unutrašnjim sagorevanjem Oksidacijsko sredstvo je atmosferski kisik.

U slučaju dvokomponentnog goriva, obje tečnosti se odvojenim cevovodima dovode u komoru za sagorevanje, gde se odvija proces sagorevanja, odnosno oksidacija goriva kiseonikom oksidatora. U tom slučaju se oslobađa velika količina topline, zbog čega plinovi izgaranja poprimaju visoku temperaturu.

Uz dvokomponentna goriva postoje i takozvana jednokomponentna, odnosno unitarna goriva, odnosno goriva koja su jedna tečnost. Jednokomponentno gorivo može biti ili mješavina dvije supstance koje reaguju samo pod određenim uslovima koji se stvaraju u komori, ili neka hemijska supstanca, pod određenim uslovima, obično u prisustvu odgovarajućeg katalizatora, razgrađuje se oslobađanjem toplote. . Takvo jednokomponentno gorivo je, na primjer, visoko koncentrirani (jaki) vodikov peroksid.

Vodikov peroksid kao jednokomponentno gorivo ima samo ograničenu upotrebu. To se objašnjava činjenicom da se tijekom razgradnje vodikovog peroksida s stvaranjem vodene pare i plinovitog kisika oslobađa samo relativno mala količina topline. Kao rezultat toga, brzina istjecanja se pokazuje relativno niskom, praktički ne prelazi 1200 gospođa. Budući da je temperatura reakcije raspadanja niska (oko 500°C), takva reakcija se obično naziva "hladna", za razliku od reakcija sa sagorijevanjem, barem s istim vodikovim peroksidom kao oksidacijskim sredstvom, kada je temperatura nekoliko puta više („vruće »reakcije). Zatim ćemo se upoznati sa slučajevima korištenja "hladne" reakcije razgradnje vodikovog peroksida.

Gotovo svi postojeći motori na tečno gorivo rade na dvostruko gorivo. Jednokomponentna goriva se ne koriste, jer imaju značajnu kalorijsku vrijednost veću od 800 cal/kg oni su eksplozivni. Sastav goriva, odnosno izbor određenog para gorivo-oksidator, može biti vrlo različit, iako se trenutno prednost daje nekoliko specifičnih kombinacija koje su dobile najviše široka primena. Istovremeno se energično traga za najboljim gorivima za raketne motore na tečno gorivo, iu tom pogledu zaista postoje ogromne mogućnosti.

Dvostruka goriva koja se trenutno koriste općenito se dijele na samoreaktivna, ili samozapaljiva, i ne-samoreaktivna, ili goriva sa prisilnim paljenjem. Samozapaljivo gorivo, kao što i sam naziv pokazuje, sastoji se od takvih komponenti "gorivo - oksidator", koje se, kada se pomiješaju u komori za izgaranje motora, spontano zapale. Reakcija sagorijevanja počinje odmah nakon kontakta obje komponente i traje dok se jedna od njih potpuno ne potroši. Potrebno je nezapaljivo gorivo specijalnih uređaja zapaliti smjesu, odnosno pokrenuti reakciju sagorijevanja. Ovi uređaji za paljenje - ubrizgavanje neke vrste samozapaljivih tečnosti, raznih pirotehničkih upaljača, za motore relativno male snage - električni paljenje i drugi - neophodni su, međutim, tek kada se motor pokrene, od tada se unose novi delovi goriva. koji ulaze u komoru za sagorevanje zapaljuju se iz već postojećeg u komori stalnog izvora sagorevanja ili, kako kažu, baklje plamena.

Trenutno se koriste i samozapaljiva i nesamozapaljiva goriva, te je teško dati prednost bilo kojoj od ove dvije vrste, jer obje vrste goriva imaju ozbiljne nedostatke.

Nesamozapaljiva goriva predstavljaju veliku opasnost u radu, jer se zbog kvarova pri paljenju pri pokretanju motora ili mogućih prekida sagorevanja tokom njegovog rada nakupljaju u komori za sagorevanje čak i u djeliću sekunde. velike količine gorivo. Ovo gorivo, koje je vrlo eksplozivna smjesa, zatim se zapali, što najčešće dovodi do eksplozije i katastrofe.

S druge strane, poznata samozapaljiva goriva su obično manje kalorična od nesamozapaljivih goriva. Osim toga, moraju se koristiti zajedno s aditivima koji osiguravaju energičan početak i daljnji napredak reakcije sagorijevanja. Ove dodatne tvari, tzv. inicijalne tvari i katalizatori, dodani ili oksidantu ili gorivu, otežavaju rad goriva, budući da ono u tom slučaju postaje nehomogeno (treba računati na raslojavanje i druga svojstva nehomogenih tekućina). ). možda, najveći nedostatak ovih goriva predstavlja opasnost od požara tokom njihovog rada. Pri najmanjem curenju komponenti goriva na avionu ili raketi može doći do požara, jer se komponente zapale kada se pomiješaju.

Navešćemo samo najčešća goriva. Trenutno se kao oksidant najčešće koriste tekući kisik i dušična kiselina; korišten je i vodikov peroksid. Svaki od ovih oksidatora ima svoje prednosti i nedostatke. Prednost tečnog kiseonika je što je 100% oksidant, odnosno ne sadrži balastni materijal koji ne učestvuje u sagorevanju (što je slučaj sa druga dva oksidatora), usled čega za sagorevanje potrebna je ista količina zapaljivog tekućeg kiseonika manje težine od ostalih oksidatora. Jedan od nedostataka kiseonika je to što je poznato da je na uobičajenim temperaturama u gasovitom stanju, zbog čega se, da bi se ukapnio, mora ohladiti na temperaturu od minus 183°C i uskladištiti u posebnom posude, kao što su Dewars, kao što su one koje se koriste u termozama. Čak iu takvim posudama kiseonik brzo isparava, do 5% dnevno. Vodikov peroksid, koji se koristio kao oksidant, imao je vrlo visoku koncentraciju, do 90%; proizvodnja peroksida takve koncentracije je teška i savladana je samo u vezi s njegovom upotrebom kao oksidantom za raketne motore. Koncentrirani peroksid je vrlo nestabilan, odnosno razgrađuje se tokom skladištenja, što stoga postaje ozbiljan problem – u tu svrhu korišteni su razni stabilizirajući aditivi. Dušična kiselina je nezgodna jer u vodenim rastvorima izaziva koroziju mnogih metala (obično se čuva u aluminijumskim rezervoarima).

Trenutno su najčešće korištena goriva nafta - kerozin i benzin, kao i alkohol. Teoretski, idealno gorivo je tečni vodonik, posebno sa tečnim kiseonikom kao oksidantom, ali se ne koristi jer je takvo gorivo veoma opasno i teško ga je skladištiti, a takođe i zato što tečni vodonik ima veoma malu specifičnu težinu (skoro je 15 puta lakši od vode), što zahtijeva veoma velike rezervoare goriva.

Trenutno, najčešće korišćeno gorivo za LRE je ili kerozin ili benzin sa azotnom kiselinom, ili alkohol sa tečnim kiseonikom. Stopa izduvnih gasova koju ova goriva daju u modernim motorima kreće se od 2000-2500 gospođa, a goriva s dušičnom kiselinom daju vrijednosti koje se približavaju donjoj od navedenih granica.

Sagorevanje tečnog vodonika u tečnom kiseoniku bi teoretski dalo najveća vrijednost brzina protoka jednaka 3500 m/sec. Međutim, stvarna vrijednost brzine izduvnih gasova pri takvom sagorijevanju je znatno niža zbog različitih gubitaka, posebno zbog tzv. termičke disocijacije, odnosno razgradnje produkata sagorijevanja, koja se javlja na visokim temperaturama u komori za sagorijevanje i je povezana sa potrošnjom toplote.

Zbog veće kalorijske vrijednosti kalorijska vrijednost) tečna goriva, u poređenju sa barutom, ispostavlja se da je brzina izlivanja gasova u raketnom motoru veća nego u barutnim motorima, odnosno 2000-2500 gospođa umjesto 1500–2000 gospođa. Poređenja radi, ističemo da tokom sagorevanja benzina u vazduhu u savremenim zračnim mlaznim motorima, brzina ispuštanja produkata sagorevanja ne prelazi 700-800 gospođa.

Treba napomenuti da goriva koja se trenutno koriste za LRE imaju ozbiljne nedostatke, prvenstveno nedovoljnu kalorijsku vrijednost, te se stoga ne mogu smatrati zadovoljavajućim. Odabir novih, poboljšanih goriva jedan je od najvažnijih zadataka u poboljšanju LRE. Međutim, hitniji zadatak je razvoj takvih LRE dizajna koji bi omogućili potpuno korištenje kako najboljih postojećih tako i novih, naprednijih goriva. Najvažniji uslov, koji je u ovom slučaju predstavljen motoru, to je pouzdan rad na vrlo visoke temperature nastaju tokom sagorevanja visokokaloričnih goriva.

Iz knjige Pravila tehnički rad termoelektrane u pitanjima i odgovorima. Vodič za učenje i pripremu za provjeru znanja autor Krasnik Valentin Viktorovič

4. ŠTEDNJA GORIVA. ČVRSTO, TEČNO I PLINSKO GORIVO 4.1. Opšte odredbe Pitanje 122. Šta obezbjeđuje kvantitativno i kvalitativno obračunavanje cjelokupnog goriva kada se ono unese u organizaciju, troši se na proizvodnju i skladišti u magacinima i cisternama? Odgovor. At

Iz knjige Prepoznavanje i rješavanje problema samostalno u automobilu autor Zolotnicki Vladimir

4.2. Skladištenje i priprema goriva Čvrsto gorivo Pitanje 125. Kojom opremom su opremljena skladišta na čvrsta goriva? Odgovor. Opremljen opremom za istovar goriva, slaganje u hrpe, utovar, vaganje, osiguranje uslova skladištenja goriva (slojevito

Iz knjige Popravka japanskog automobila autor Kornienko Sergey

Tečno gorivo Pitanje 131. Koji parametri pare se moraju osigurati u parovodima prijemnog uređaja pri ispuštanju mazuta? Odgovor. Potrebno je obezbediti sledeće parametre pare: pritisak 0,8–1,3 MPa (8–13 kgf/cm2) sa temperaturom koja ne prelazi 250 °C.

Iz knjige Iznad mape domovine autor Mihailov Nikolaj Nikolajevič

Izduvni gas motora je zadimljen. Povećana količina plinova ulazi u karter motora Dijagnoza motora prema boji dima iz izduvne cijevi Plavo-bijeli dim - nestabilan rad motora. Radna ivica ventila je izgorjela. Procijenite stanje distribucije gasa

Iz knjige Šta nas čeka kada nestane nafte, klimatske promjene i druge katastrofe autor Kunstler James Howard

Iz knjige Pravila tehničkog rada termoelektrana autor Tim autora

Kako radi i radi motor na tečno gorivo

Iz knjige Priručnik za izgradnju i rekonstrukciju dalekovoda napona 0,4–750 kV autor Uzelkov Boris

Iz autorove knjige

Iz autorove knjige

Iz autorove knjige

4. ŠTEDNJA GORIVA. ČVRSTO, TEČNO I PLINSKO GORIVO 4.1. Opće odredbe 4.1.1. Rad opreme za uštedu goriva treba da obezbijedi pravovremenu, nesmetanu pripremu i dovod goriva u kotlarnicu. Ponuda osnovnih i

Iz autorove knjige

6.1.1. Gorivo Benzin. Da obezbedi pouzdan rad karburatorski motori u svim režimima, benzin mora imati: visoku otpornost na udarce; optimalno frakcioni sastav; nizak sadržaj spojeva koji stvaraju katran i ugljik i

Dizajn motor na cvrsto gorivo(TTRD) je jednostavan; sastoji se od kućišta (komora za sagorevanje) i mlaznice. Komora za sagorevanje je glavni noseći element motor i raketa uopšte. Materijal za njegovu proizvodnju je čelik ili plastika. Mlaznica dizajniran za ubrzanje plinova do određene brzine i davanje protoka u traženom smjeru. To je zatvoreni kanal posebnog profila. Tijelo sadrži gorivo. Kućište motora je obično napravljeno od čelika, ponekad od stakloplastike. Dio mlaznice koji doživljava najveće opterećenje napravljen je od grafita, vatrostalnih metala i njihovih legura, a ostatak je od čelika, plastike i grafita.

Kada plin koji nastaje izgaranjem goriva prođe kroz mlaznicu, on izleti brzinom koja može biti veća od brzine zvuka. Kao rezultat toga, nastaje sila trzanja, čiji je smjer suprotan od izlivanja plinskog mlaza. Ova sila se zove reaktivan, ili samo vuča. Telo i mlaznica motora koji rade moraju biti zaštićeni od izgaranja, za to se koriste materijali za toplinsku izolaciju i otpornost na toplinu.

U poređenju sa drugim tipovima raketnih motora, turbomlazni motori su prilično jednostavni u dizajnu, ali imaju smanjen potisak, kratko vreme rada i poteškoće u upravljanju. Stoga se, pošto je prilično pouzdan, uglavnom koristi za stvaranje potiska u "pomoćnim" operacijama i u motorima interkontinentalnih balističkih projektila.

Do sada su se turbomlazni motori rijetko koristili na svemirskim letjelicama. Jedan od razloga za to je preveliko ubrzanje koje se daje konstrukciji i opremi rakete tokom rada. motor na cvrsto gorivo. A za lansiranje rakete potrebno je da motor razvije malu količinu potiska u dužem vremenskom periodu.

Motori na čvrsto gorivo omogućili su Sjedinjenim Državama da 1958., nakon SSSR-a, izvedu svoje prve umjetni satelit i povukla se 1959 svemirska letjelica na putu do drugih planeta. Do danas je u Sjedinjenim Državama stvoren najmoćniji svemirski turbomlazni motor, DM-2, sposoban da razvije potisak od 1634 tone.

Izgledi za razvoj svemirskih motora na čvrsto gorivo su:

  • unapređenje tehnologija proizvodnje motora;
  • razvoj mlaznih mlaznica koje mogu raditi duže;
  • upotreba savremenih materijala;
  • poboljšanje sastava mešanih goriva itd.

čvrsto gorivo raketni motor(TTRD)- motor na čvrsto gorivo se najčešće koristi u raketnoj artiljeriji, a znatno rjeđe u astronautici; je najstariji od toplotnih motora.

Gorivo koje se koristi u ovim motorima je solidan(mješavina pojedinačne supstance), sposoban da gori bez pristupa kisiku, a pritom oslobađa veliku količinu vrućih plinova koji se koriste za stvaranje mlaznog potiska.

Postoje dvije klase pogonskog goriva za rakete: pogonsko gorivo s dvostrukom bazom i miješano gorivo.

Dvobazna goriva- su čvrste otopine u nehlapljivom rastvaraču (najčešće nitroceluloze u nitroglicerinu). Prednosti - dobra mehanička, termička i dr strukturne karakteristike, zadržavaju svoja svojstva kada dugotrajno skladištenje, jednostavan i jeftin za proizvodnju, ekološki prihvatljiv (nema štetne materije). Nedostatak je relativno mala snaga i povećana osjetljivost na udar. Punjenja iz ovog goriva najčešće se koriste u malim korektivnim motorima.

Mješovita goriva- moderne mješavine se sastoje od amonijum perhlorata (kao oksidacijskog sredstva), aluminija u obliku praha i organskog polimera - za vezivanje smjese. Aluminij i polimer igraju ulogu goriva, pri čemu je metal glavni izvor energije, a polimer glavni izvor plinovitih proizvoda. Odlikuje ih neosetljivost na udarce, visok intenzitet sagorevanja pri niske pritiske i veoma ga je teško ugasiti.

Gorivo u obliku punjenja goriva se stavlja u komoru za sagorevanje. Nakon starta, sagorijevanje se nastavlja sve dok gorivo potpuno ne izgori, potisak se mijenja po zakonima određenim sagorijevanjem goriva i praktično nije reguliran. Varijacija potiska se postiže korištenjem goriva s različitim brzinama sagorijevanja i odabirom odgovarajuće konfiguracije punjenja.

Uz pomoć upaljača, komponente goriva se zagrijavaju, između njih počinje hemijska reakcija oksidacija-redukcija, a gorivo postepeno izgara. Ovo proizvodi gas visokog pritiska i temperaturu. Pritisak vrućih plinova uz pomoć mlaznice pretvara se u mlazni potisak, koji je po veličini proporcionalan masi produkata izgaranja i brzini njihovog odlaska iz mlaznice motora.

Uz svu svoju jednostavnost, tačan proračun radni parametri TTRD je težak zadatak.

Motori na čvrsto gorivo imaju niz prednosti u odnosu na raketne motore na tečna goriva: motor je prilično jednostavan za proizvodnju, može se skladištiti dugo vrijeme, uz zadržavanje svojih karakteristika, relativno je otporan na eksploziju. Međutim, oni su manje moćni tečni motori za oko 10-30%, imaju poteškoće u kontroli snage i veliku masu motora u cjelini.

U nekim slučajevima se koristi tip turbomlaznog motora, u kojem je jedna komponenta goriva u čvrstom stanju, a druga (najčešće oksidator) je u tečnom stanju.

Ni u kom slučaju ne umanjujemo zasluge velikog K.E. Ciolkovskog, ali je i dalje bio teoretičar raketne nauke. Danas želimo da spomenemo čoveka koji je prvi napravio raketu tečno gorivo. Čak i da se ova raketa podigla samo 12 metara, ali to je bio samo prvi mali korak čovječanstva dalje dug put do zvijezda.
16. marta se navršava 90 godina od lansiranja prve rakete na tečno gorivo u istoriji. Naglašavamo da se misli upravo na prvo lansiranje “u istoriji”. Sasvim je logično pretpostaviti da je od pronalaska baruta od strane Kineza, pokušaja lansiranja određenih objekata u nebo uz pomoć baruta ili nečeg drugog, bilo bezbroj, ali se o njima danas malo zna. Na primjer, postoje zapisi da su još u 13. vijeku kineski inženjeri koristili barut za odbijanje neprijateljskih napada. Stoga bilježimo ono što sigurno znamo.
Danas lansiranje rakete, bilo da se radi o tekućem ili čvrstom gorivu, ne iznenađuje ni učenika prvog razreda, ali prije 90 godina to je bila inovacija slična otkriću gravitacionih talasa danas. Američki pionir rakete Robert Godard lansirao je raketu na tečno gorivo, mješavinu benzina i kisika, 16. marta 1926. godine.
Na internetu smo pronašli animaciju (ispod), u kojoj su zaposleni u Centru svemirski letovi NASA Goddard slavi 50. godišnjicu istorijskog probnog leta male rakete 1976. godine.
Zaposleni u centru, nazvanom po Goddardu, okupili su se ispred NASA-inog školskog autobusa kako bi gledali lansiranje tacna kopija prva svjetska raketa na tečno gorivo. Danas se rakete na tečno gorivo koriste u većini velikih svemirska lansiranja, od letova s ​​posadom do međuplanetarnih misija.
Međutim, prva raketa je bila veoma mala i letela je nisko. Ali, uprkos tome, to je označilo veliki skok u razvoju raketne tehnologije.

Animacija lansiranja kopije rakete Roberta Goddarda povodom 50. godišnjice prvog lansiranja (16.03.1976.).
Fotografija: NASA/Goddard Space Flight Center

Godard je verovao da su tečna goriva budućnost. Takvo gorivo, na primjer, daje veći potisak po jedinici goriva i omogućava inženjerima da koriste manje snažne pumpe za napajanje, zbog veće gustine tečnosti u odnosu na gasove ili isti barut. Međutim, Goddardu je trebalo čak 17 godina kontinuirani rad da dovedem stvari do prve vožnje.
Godard je sanjao da bude svjedok prvog međuplanetarnog putovanja. To se nije dogodilo, umro je 1945. godine, ali njegovo životno djelo se nastavlja, potomci njegovog potomstva osvajaju svemirske puteve, doduše s promjenjivim, ali ipak uspjehom.
Lansiran je prvi satelit Sovjetski savez 1957. uz pomoć rakete na tečno gorivo. Tečna goriva su također korištena za ogromne rakete Saturn V koje su nosile astronaute na Mjesec 60-ih i 70-ih godina. Tečna goriva su i danas poželjna za misije s ljudskom posadom, jer se njihovo sagorijevanje može kontrolirati, što je sigurnije od korištenja čvrstih goriva.
Između ostalih, rakete na tečno gorivo uključuju evropsku raketu-nosač Ariane 5 (koja će lansirati teleskop James Webb u svemir), ruski Sojuz, Atlas V i Delta iz United Launch Alliance-a, kao i Falcon 9 i SpaceX.
Goddard posjeduje preko 200 patenata za razne izume. Jedno od njegovih glavnih radova su višestepene rakete, koje su trenutno glavni "radni konji" svemirski programi svim zemljama.
Uprkos svim njegovim zaslugama, kao što je navedeno u jednom NASA-inom izvještaju, „Sjedinjene Države nisu u potpunosti prepoznale njegov (Goddardov) potencijal tokom njegovog života, neke od njegovih ideja o osvajanju vanjski prostor bili ismijavani. Ali let prve rakete na tečno gorivo je jednako značajan za svemir kao i prvi let braće Wright za avijaciju, a čak i 90 godina kasnije, njegovi izumi su i dalje sastavni dio svemirske tehnologije.