19 Билет

1 Вопрос….

1.2. Основные требования к ракетным топливам

Один из основных параметров ракеты – её конечная скорость. Требования к ракетным топливам рассматриваются исходя из формулы Циолковского для одноступенчатой ракеты :

• эффективная скорости истечения – W_е , то есть наибольшуя удельная тяга;

• Удельный вес топлива: , где γ_г – удельный вес горючего, γ_о – удельный вес окислителя; ν – количество «О₂» в кг

Высокую удельную тягу ,(H_u – теплопроизводительность, η_t –термический коэффициент, η_g – кпд, учитывающий потери на диссоциацию) можно обеспечить при условии:

1. высокой теплотворности топлива. Теплотворность – количество тепла, которое выделяется при полном сгорании единицы веса топлива. Размерность теплотворности – ккал/кг;

2. высокой эффективности процессов горения и расширения. Эффективность этих процессов зависит от

• конструктивных особенностей ракетного двигателя;

• термодинамических свойств продуктов сгорания.

Под термином хорошие термодинамические свойства продуктов сгорания понимается:

• малое число атомов в молекуле;

• малый молекулярный вес;

• низкая температура кипения;

• невысокая теплота испарения.

Рассмотрим подробнее каждый пункт.

Процесс горения (образования продуктов сгорания) сопровождается обратным процессом – процессом диссоциации (распадом продуктов сгорания). При этом происходит потеря энергии. Снижение температуры в камере сгорания уменьшает процесс диссоциации. Молекулы с малым числом атомов распадаются труднее.

Для двух топлив с одинаковой теплотворностью, но с разным молекулярным весом потери на диссоциацию будут меньше у топлива с меньшим молекулярным весом, так как ,где К_G –теплотворность, с_р – весовая теплоёмкость при постоянном давлении, с_рm – теплоёмкость в ккал/г-мол град, µ -молекулярный вес продуктов сгорания.

Важным условием эффективного протекания процесса расширения является газообразное состояние продуктов сгорания, так как переход тепловой энергии в работу расширения осуществляется только при газообразном состоянии продуктов сгорания. Поэтому температура кипения необходима настолько низкой, чтобы продукты сгорания оставались газообразными.

Так как теплота, затраченная на испарение продуктов, теряется при выбросе последних из сопла, то она не должна быть слишком большой.

Кроме общих требований, предъявляемых к ракетным топливам, существуют специфические требования для жидких и твёрдых топлив.

1.3. Требования, предъявляемые к жидким ракетным топливам

1. Из условий охлаждения двигателя предъявляют требование наибольшей тепловосприимчивости - , где

С – теплоёмкость компонента;

Т_кип – температура кипения компонента при давлении, имеющем место в рубашке охлаждения;

Т₀ – начальная температура компонента.

2. Условия подачи топлива в камере сгорания предъявляют требования малой вязкости компонентов и слабой зависимости вязкости от температуры. В противном случае может измениться соотношение компонентов ν и ухудшится использование топлива.

3. Условия смесеобразования требуют по возможности равных объёмных расходов компонентов топлива, т.к. в этом случае улучшается процесс смесеобразования.

4. Условия воспламенения и горения требуют низкой температуры воспламенения для несамовоспламеняющихся топлив и более малого периода задержки воспламеняющихся топлив.

Период задержки – время, которое проходит от момента соприкосновения жидких компонентов самовоспламеняющихся топлив до его воспламенения.

5. Условия эксплуатации двигателя и ракет требуют физической и химической стойкости, взрывобезопасности, высокой температуры кипения низкой температуры застывания. Топливо должно быть дешёвым, не должно быть ядовитым и агрессивным по отношению к конструкционным материалам.