Материал: Ракетно-космическая техника и технология 2015. тез. докл. Российской науч.- техн. конф., посвященной 50-летию первого запуска РН «Протон» 16 июля 1965 года. Федеральное космическое агентство

2) баки располагаются выше к головной части РН. Поскольку давление в баках ограничивается прочностью их конструкции, его повышением воспользоваться нельзя. Поэтому используются: 1) наддув баков; 2) установка шнековых или струйных преднасосов. Увеличение числа лопаток рабочего колеса приводит к уменьшению доли сил давления, приходящейся на каждую лопатку, т.е. к уменьшению проф Но при этом уменьшается проходное сечение колеса, что приводит к возрастанию скоростей при том же расходе, а следовательно, к возрастанию проф. Поэтому число лопаток выбирают в диапазоне 6…12. При большем числе лопаток некоторые из них выполняются укороченными. По кавитационным условиям оптимальными оказываются углы атаки i = +5 …+12 .

Рис. 2. Срывная характеристика центробежного насоса

Подводя итоги можно сделать вывод, что при работе системы подачи топлива ЖРД кавитация в насосах недопустима. Расчет срывных и кавитационных характеристик насосов и максимально допустимых скоростей вращения рабочих колес, а также подбор

70

конструктивных параметров позволяют предупредить возникновение кавитации.

Литература

1 Алпатов А.В. Лопаточные машины в жидкостных ракетных двигателях: учеб.пособие/ А.В. Алпатов.– СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2010.–133с

2 Карелин В.Я. Износ лопастных гидравлических машин от кавитации и наносов, 1970 г, 184 с.

3 Пылаев Н.И., Эдель Ю.У. Кавитация в гидротурбинах, 1974.-

356.

УДК 621.454

ОКИСЛИТЕЛИ РАКЕТНОГО ТОПЛИВА

И. И. Исаков,ВГТУ, студент

А. В. Белокопытов, ВГТУ,студент Б. А. Спиридонов, ВГТУ, студент

Д.П. Шматов, ВГТУ, канд. техн. наук, доц., тел. +7(910)-349-6266

Современная реактивная техника является чрезвычайно сложной и дорогой, поэтому важнейшим требованием, предъявляемым к ней - это высокая надежность, долговечность и безопасность при эксплуатации. В основном это зависит от качества ракетных топлив. Наиболее широкое применение получили жидкостные реактивные двигатели (ЖРД), которые создают рабочую тягу за счет вытекания струн продуктов сгорания жидкого реактивного топлива (ЖРТ) - окислителя и горючего, имеющихся на борту летательного аппарата [1].

ЖРТ по способу применения в двигателях подразделяют на однокомпонентные и двухкомпонентные. Однокомпонентные ракетные топлива по химическому составу делят на мономолекулярные и смесевые. К мономолекулярным относят

71

вещества, в молекуле которых содержаться как горючие элементы, так и необходимый для горения кислород. Такими соединениями являются, например, сложные эфиры азотной кислоты и различных спиртов, тринитроглицерин С3Н5(ONO2) метилнитрат СН3ОNО2 и др. К однокомпонентным топливам относят и эндотермические соединения, выделяющие при своем распаде большое количество тепла и газообразных продуктов (например, гидразин N2На, пероксид водорода Н202 и др.).

Двухкомпонентные жидкие реактивные топлива, в которых каждый из компонентов подается в камеру сгорания раздельно, состоят из горючего и окислителя.

Ракетные окислители по химической природе делят на следующие: кислородные - жидкий кислород O2 и озон O3, пероксид водорода Н202; азотные - концентрированная азотная кислота HNO3, оксиды азота, тетранитрометан; фторные - жидкий фтор и кислородные соединения фтора; хлорные - жидкий хлор, хлорная кислота и оксиды хлора.

Ракетные горючие по химическому составу подразделяют на следующие: водородные - жидким водород; углеводородные; гидразинные - гидразин и его производные, например.диметилгидразин (СНЗ)2N-NН2; аминные - жидкий аммиак, амины; бороводородные - соединения типа боранов, например диборан В2Н6 и др.

Наряду с жидким кислородом в качестве окислителя широкое применение получила азотная кислота [2]. Особенностью структуры НNО3 является образование четырех связей азота с тремя атомами кислорода и пятой дополнительной, которая равномерно и динамично распределена между двумя атомами кислорода и азота. Кроме этого, атомы водорода от одной молекулы кислоты отщепляются и прицепляются к соседним молекулам, образуя непрочные, но чрезвычайно химически активные агрегаты. Из-за этого в азотной кислоте обязательно образуются разного рода примеси.

72

В ракетной технике используют два типа азотнокислотных окислителей: белую и красную дымящие азотные кислоты. Первая представляет собой техническую азотную кислоту с концентрацией НNО3 не менее 97,4 %, а вторая - смесь азотной кислоты с четырехокисью азота. Введение в азотную кислоту четырехокиси азота (красная дымящая кислота) улучшает ее свойства как окислителя ракетного топлива, так как содержит несколько больше активного кислорода для окисления горючего [3]. Азотная кислота легко взаимодействует с многими конструкционными металлами, и особенно с железом, медью и их сплавами. Образующиеся в результате коррозии соли загрязняют окислитель. Под действием HNO3 разрушаются средства ее хранения и транспортирования [4].

Кроме того, азотная кислота не удовлетворяет требованиям совместимости с конструкционными материалами - под нее специально приходится подбирать металл для баков, труб, камер ЖРД. Даже самые стойкие сорта нержавеющей стали медленно разрушаются концентрированной азотной кислотой.

Несмотря на коррозионную агрессивность и токсичность азотная кислота широко применяется в ракетной текинке из-за низкой стоимости, доступности и способности самовоспламеняться со многими горючими.

Плотность ее заметно больше, чем у жидкого кислорода, хо главное се достоинство по сравнению с жидким кислородом состоит в том, что она не выкипает, не требует теплоизоляции, может неограниченно долго храниться в подходящей таре. Для уменьшения коррозионной активности азотной кислоты в нее добавляют фтористоводородную кислоту. Всего 0,5% фтористоводородной кислоты уменьшают скорость коррозии нержавеющей стали в десять раз. Для того, чтобы вещества, которые попадают в камеру сгорания ЖРД, сжигались, добавляют гиперголики.

Гиперголическими веществами называются те, которые самовоспламеняются при контакте. Идеальный гиперголь для

73

азотной кислоты - гидразин N2H4, который представляет собой бесцветную, дымящую на воздухе жидкость, сильно гигроскопичную и хорошо растворяющуюся в воде, спиртах, аминах. Для сгорания гидразина, протекающего с большимгазовыделением, требуется сравнительно немного окислителя. Гидразин имеет относительно невысокую температуру горения, в результате чего потери тепла на диссоциацию продуктов его сгорания невелики. Высока реакционная способность гидразина при взаимодействии с окислителями.относительно высокая плотность -1020 кг/м3, малая молекулярная масса продуктов сгорания и практически неограниченная сырьевая база выгодно отличают гидразин среди других соединений, используемых в качестве горючего для ЖРД. Разложение гидразина происходит, как правило, с разрывом связи N - N и может протекать по следующим направлениям:

3H2H4 = 4NH3 + N2,

N2H4 = N2 + 2H2,

2N2H4 = NH3 + N2 + H2.

Существенными недостатками гидразина, ограничивающими его широкое применение, являются высокая температура замерзания (2 °С), относительно низкая термическая стабильность и высокая токсичность.

Лучшими низкотемпературными свойствами обладают алкилпроизводные гидразина, например, несимметричный диметилгидразин (НДМГ). НДМГ - бесцветная прозрачная жидкость с резким неприятным запахом, характерным для аминов. Температура кипения +63.1°С, кристаллизации -58°С. Хорошо смешивается с водой, нефтепродуктами, спиртами и многими органическими растворителями [5]. Легко самовоспламеняется с окислителями на основе азотной кислоты, что обеспечивает легкий запуск и стабильную работу двигателей в широком диапазоне изменения окружающих условий.

74