С. Сарнер

В книге содержится интересный материал более чем о двух­ стах элементах и соединениях. Основной критерий отбора мате­ риала— эффективность химических ракетных топлив. Здесь при­ ведены сведения о применяемых и возможных компонентах жид­ ких и твердых ракетных топлив (термодинамические и теплофи­ зические свойства, строение молекул, характерные химические ре­ акции, данные по стабильности, токсичности, методам обращения с веществом, совместимости с конструкционными материалами и т. д.). Описаны методы получения этих веществ. Также прове­ ден анализ эффективности типичных двухкомпонентных жидких топлив.

Книга снабжена обширной библиографией, представляющей самостоятельную ценность. При работе над ней автор использо­ вал материалы более 900 работ, в основном американских ав­ торов.

Книга предназначена для химиков, занимающихся разработ­ кой ракетных топлив, и конструкторов ракетных двигателей.

Редакция по вопросам новой техники

Инд. 3-3-14 193-68

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА РУССКОГО ПЕРЕВОДА

Одним из основных направлений развития ракетной техники является разработка высокоэффективных топлив с большой удельной тягой и плот­ ностью.

В настоящее время наибольшее применение получили жидкие окислители: кислород, четырехокись азота, азотнокислотные окислители, перекись водо­ рода и жидкие горючие: керосин, несимметричный днметилгидразнн, гидра­ зин, амины, жидкий аммиак, скипидар. Осваиваются также жидкие фтор и водород. Изучаются как возможные компоненты бороводороды, бериллий­ содержащие соединения, фторсодержащие окислители (окись фтора, три- и пентафторид хлора, трифторид азота, тетрафторгидразин и т. д.), сочета­ ния жидких компонентов с легкими металлами (литием, бериллием) и т. п.

Водород и металлосодержащие горючие с такими окислителями, как пе­ рекись водорода, фтор и кислород, образуют жидкие топлива с высокой удельной тягой. К ним относятся высококипящие топлива: перекись водорода

кислород—водород—бериллий, фтор—водород—литий и др. [18]. Топливо пе­ рекись водорода—гидрид бериллия имеет такую же теоретическую удельную тягу, как и высокоэффективное низкокипящее топливо фтор—водород, а при­ веденные трехкомпонентные низкокипящие топлива по удельной тяге превос­ ходят топливо фтор—водород.

Для вспомогательных целей как однокомпонентные жидкие топлива при­ меняются перекись водорода и гидразин. Из твердых ракетных топлив более распространены гетерогенные (смесевые) топлива. В качестве окислителей этих топлив чаще используются перхлорат аммония, нитрат аммония или

возможность применения перхлората нитрония. В качестве компонентов го­ могенных (двухосновных) твердых топлив применяются нитроцеллюлоза, ни­ троглицерин; исследуется возможность использования диэтиленгликольдинитрата. Для увеличения удельной тяги к твердым топливам добавляются ме­ таллы (алюминий, магний, бериллий), предлагается введение их соединений.

Применение многих легких элементов и их соединений в качестве компо­ нентов жидких топлив впервые предложено русскими исследователями. Циол­ ковский рекомендовал использовать кислород, водород, ацетилен, нефтепро­ дукты и другие углеводороды (1903 г.), озон, метан, скипидар (1914 г.), окислы азота (1926 г.) [67], пятиокись азота и атомарный водород [68]. Кон­ дратюк [29] указал на возможность использования лития, бора, алюминия, кремния и магния как самостоятельно, так и в смесях с другими веществами. Он предложил в качестве компонентов топлива водородные и углеводородные соединения бора и кремния. Цандер [66] рассматривал возможность использо­ вания лития, магния, алюминия и бора с кислородом или с фтором. В газо­

динамической лаборатории (ГДЛ) в 1930— 1931 гг. были предложены в ка­ честве компонентов топлив азотная кислота, азотнокислотные окислители, четырехокись азота, растворы озона в жидком кислороде, перекись водорода, хлорная кислота, тетранитрометан, а также бериллий (как в сочетании с жид­ кими кислородом и водородом, так и с высококипящими горючими и в порохах [31]), а в 1933 г. — смеси кислорода и фтора. В ГДЛ-ОКБ были изучены свойства окиси фтора и топлива окись фтора — диэтиламин [31].

Систематический и подробный анализ компонентов ракетных топлив вы­ полнен лишь в очень немногих работах. Первая систематическая оценка топ­ лив дана в курсе лекций Глушко [16]. В интересной монографии Чернышева [70] приведен большой материал по свойствам многих компонентов топлив, в том числе результаты исследований автора. В справочнике Кита и Эвереда /94] описываются физико-химические и эксплуатационные свойства, методы производства, данные по совместимости с конструкционными материалами и т. п. для многих применяемых или возможных компонентов топлив. По сравнению с настоящей книгой этот справочник содержит более подробные данные о многих компонентах топлив, получивших широкое применение, но в нем рассмотрено меньшее количество веществ. В книге Паушкина [45] опи­ саны физико-химические, эксплуатационные и другие свойства компонентов ракетных топлив (в основном нефтепродуктов). В сборниках [72, 77] приведен ряд интересных докладов по отдельным проблемам разработки и применения ракетных топлив. В обзоре Бойда и др. [74] конструкционные материалы клас­ сифицированы по их стойкости в компонентах жидких топлив, а статья Тинера [112] посвящена вопросу совместимости материалов с фторсодержа­ щими окислителями. В обзоре Рысса [51] рассмотрены неорганические соеди­ нения фтора, а в сборниках [22, 107, 111] — применение водорода в ракетной

технике.

В книге Сарнера на основе анализа обширной литературы собран инте­ ресный и ценный материал о свойствах более чем двухсот веществ, исследо­ ванных до 1965 г. Центральные и наиболее интересные главы книги (4, 8 и 9) посвящены описанию горючих, окислителей и энергетических характеристик топлив. Известный интерес представляют разделы гл. 10 и И, в которых рас­ сматриваются механизмы горения твердых топлив и методы испытаний, а так­ же гл. 5 и 6 о потерях удельной тяги из-за двухфазности потока и неравновесности процессов рекомбинации в сопле. Остальной материал книги носит вспомогательный характер и изложен на значительно более низком уровне, чем основные главы.

При написании книги в основном была использована литература, вышед­ шая до 1962— 1964 гг. Однако более поздние публикации не содержат суще­ ственных уточнений физико-химических эксплуатационных и других характе­ ристик рассмотренных веществ и не меняют представления об этих веществах как компонентах ракетных топлив. При выполнении точных расчетов следует использовать параметры компонентов топлив, заимствованные из оригиналь­ ных работ или авторитетных справочников. В этом случае необходимо учи­ тывать результаты более поздних исследований.

Не вполне приемлемы рекомендации Сарнера по расчету удельных тяг, в частности по оценке теплот образования компонентов топлив и по расчету потерь вследствие двухфазности потока и неравновесности процессов реком-

Х) К точным расчетам относятся, например, вычисления объемов топлив­ ных баков и весовых расходов компонентов топлив по объемным расходам (особенно при экспериментальных определениях удельных тяг). Их следует производить по точным значениям плотностей компонентов. Аналогично, теоретические удельные тяги необходимо вычислять по надежным значениям теплот образования компонентов

бинации в сопле; кроме того, эти разделы книги изложены слишком уп­ рощенно. Поэтому ниже придется подробнее остановиться на этих воп­ росах.

В гл. 8 описываются физико-химические и эксплуатационные свойства, методы производства как неорганических горючих веществ (металлов, их ги­

дуктов, эпоксидов, металлоорганических соединений). В гл. 9 приведены та­ кие же сведения для окислительных веществ (кислорода, озона, фторсодер­ жащих соединений, окислов азота, азотнокислотных окислителей, перекиси водорода, соединений инертных газов, перекисей металлов, нитратов, нитро­ соединений, перхлоратов). Особое внимание уделено фторсодержащим окис­ лительным веществам (фтору, фторидам кислорода, азота и галогенов, перхлорилфториду). Таким образом, Сарнер рассмотрел практически все классы веществ, которые можно использовать в качестве компонентов топлива. Гл. 8 и 9 снабжены обширной и ценной библиографией, содержащей более 700 ра­ бот, в основном американских авторов. К недостаткам этих глав следует отнести весьма беглое упоминание о применении компонентов топлива; в ча­ стности, нет полного и четкого перечня применяемых компонентов. Утверж­ дения о перспективности использования отдельных веществ не имеют доста­ точного обоснования.

Любое вещество может применяться в качестве нового компонента топ­ лива, если топливо на его основе по эффективности существенно превосходит уже применяющиеся топлива соответствующего класса, либо по крайней мере не уступает им. При этом в первом случае рассматриваемое вещество должно удовлетворять техническим требованиям, предъявляемым к компонентам топ­ лив, а во втором случае также должно иметь большое эксплуатационное, тех­ нологическое или другие преимущества. Следовательно, отбор веществ, пред­ лагаемых в качестве компонентов топлив, должен производиться по удельным тягам и плотности топлив на их основе с учетом указанных требований. Сарнер этого не делает; поэтому к его рекомендациям следует относиться с извест­ ной осторожностью. В частности, вызывает сомнение перспективность исполь­ зования циркония, растворов металлов и их гидридов в аммиаке и т. д., а также утверждение о большей эффективности гидразина по сравнению с не­ симметричным диметилгидразином.

Жидкий фтор относится к наиболее эффективным из существующих окис­

По эффективности несколько хуже окись фтора. Остальные окислители, в том числе фторсодержащие, значительно уступают фтору по удельной тяге топлив на их основе. Фторсодержащие окислители обычно токсичны, химически активны и агрессивны. Продукты их сгорания токсичны из-за присутствия фтористого водорода. Это существенно затрудняет эксплуатацию фторсодер­ жащих окислителей, использование которых целесообразно лишь при значи­ тельном выигрыше в эффективности топлива. К сожалению, выигрыш относи­ тельно невелик (кроме случая элементарного фтора), поэтому рекомендации Сарнера относительно этих окислителей неоправданны. Также спорно его ут­ верждение о преимуществе фторкислородных соединений над фтором (начало разд. 9.5).

В гл. 4 приведен интересный анализ эффективности типичных двухкбмпонентных жидких топлив, образованных девятью горючими в сочетании с де­ сятью окислителями, в большинстве своем фторсодержащими. Путем сопостав­ ления молекулярных весов продуктов сгорания,** теплот образования и ста­ бильности их компонентов Сарнер выявил наиболее эффективные, трехкомпо­ нентные топлива; кислород—бериллий—водород и фтор—литйй—водород.

Следует отметить, что действительные удельные тяги этих двух топлив отли­

чаются на меньшую величину, чем теоретические.

Здесь также приведены краткие сведения об однокомпонентных и твердых топливах. Рассматривается влияние добавок металлосодержащих веществ на характеристики твердых топлив. Разделы об этих топливах менее интересны,

чем о жидких двухкомпонентных.

Многие высокоэффективные топлива целесообразно применять лишь на верхних ступенях ракет, работающих в вакууме, поэтому правильнее сравни­ вать их по пустотным удельным тягам при малых давлениях в выходном се­ чении сопла. Однако в книге Сарнера топлива сравниваются по удельным тягам, вычисленным при давлении в выходном сечении сопла 1 атму что яв­ ляется существенным недостатком.

В гл. 4 содержатся ценные и оригинальные разделы о термической ста­ бильности компонентов продуктов сгорания (окислов и фторидов) при высо­ ких температурах и о составах продуктов совместных «конкурирующих» ре­ акций в системах из трех элементов

Следует указать, что анализ стабильности компонентов продуктов сго­ рания и удельных тяг типичных топлив, аналогичный анализу Сарнера, представлен в монографии Зигеля и Шилера [104]. Во многих работах, на­ пример [18, 44, 78, 94, 95, 99, 104, 105, 108, 109, 114], !> приведены расчетные удельные тяги ракетных топлив. Однако эти значения удельных тяг следует применять с известной осторожностью, так как не все значения вычислены по достаточно надежным термодинамическим параметрам компонентов топ­ лив и их продуктов сгорания.

Удельная тяга топлива во многих случаях является определяющим па­ раметром. Экспериментальное определение удельных тяг очень сложно, дли­ тельно и дорого. Поэтому при сравнении обычно используются их теоретиче­ ские значения без учета потерь на неполноту сгорания, трение в сопле и т. п., так как расчет этих потерь громоздок и не дает надежных результатов. Од­ нако в гл. 2 и 4 упоминаются упрощенные и недостаточно удачные методы расчета удельных тяг и выбора термодинамических параметров компонентов топлив, необходимых для проведения такого расчета. Сарнер приводит только самый приближенный и ненадежный метод оценки теплот образования с ис­ пользованием средних энергий связи; при этом он пользуется представлением об «энергии резонанса». Рассмотрим несколько подробнее методы расчета удельных тяг и выбора теплот образования компонентов топлива.

Современный общеизвестный метод расчета удельной тяги сформулирован и развит Ваничевым [10] на основании метода работы [83]; интересные спо­ собы расчета приведены в работах [18а, 23, 54]. Вычисление удельной тяги — трудоемкий процесс, обычно выполняемый на быстродействующих счетных машинах. Хафф и др. [88] одни из первых разработали метод расчета на та­ ких машинах. Их метод модифицирован Томпсоном [77] и развит Алемасовым

с большими затратами времени, к тому же они имеют лишь ограниченное применение.

гоот СледУет также упомянуть монографию Уилкинса [114] и сборники докладов [93], в которых описываются методы расчета удельных тяг.

Под руководством Глушко В. П. составляется многотомный справочник

и теплофизические свойства продуктов сгорания»

(ВИНИТИ АН СССР).

Точность расчетных значений удельных тяг зависит от точности опреде­ ления термодинамических параметров компонентов топлив и их про­ дуктов сгорания. Наиболее надежные, систематизированные и согласован­ ные между собой термодинамические параметры компонентов продуктов сго­ рания приведены в справочнике [19], где они вычислены на основании тща­ тельного анализа практически всех данных, опубликованных до конца 1961 г.!). В этом справочнике приведены обоснования выбора принятых параметров. Аналогичные термодинамические таблицы JANAF [89], опубликованные в США, имеют недостаточную внутреннюю согласованность данных и основаны на менее точных методах. В таблицах JANAF рассмотрено меньшее число эле­ ментов, но значительно большее количество образуемых ими соединений. При составлении обоих справочников использованы результаты специально постав­ ленных экспериментов. Эти справочники снабжены обширной библиографией.

Для выбора энтальпий (теплот образования) компонентов топлив можно рекомендовать ряд справочников. Опубликованы первые три выпуска (из де­ сяти) справочника [56], в котором приведены наиболее надежные и система­ тизированные значения термических констант неорганических и органических (содержащих не более двух атомов углерода) веществ. Эти константы вы­ браны на основании тщательного анализа практически всех опубликованных данных (в первом выпуске до середины 1963 г., во втором — до конца 1964 г. и в третьем — до марта 1967 г.). По тщательности подготовки и объему пред­ ставленного материала уникален справочник Россини [102] по теплотам обра­ зования и фазовым переходам, охватывающий данные, опубликованные до 1948— 1950 гг. На его основе составлен ценный справочник Вагмана и др. 1113]. Справочники [56, 102, 113] снабжены обширной библиографией. К со­ жалению, в них не приводится обоснование принятых величин. Известный ин­ терес представляет справочник Быховского и Россини [73], в котором собраны и обработаны результаты до 1934 г.; в нем дано обоснование выбора при­ нятых величин, что является его основным преимуществом. Справочник Брицке и др. [56а] создан на основе справочника [73] и дополнен материалом, заим­ ствованным из справочника Ландольта—Бернштейна, монографий Келли и др. Однако при внесении численных исправлений в справочнике [56а] была нару­ шена внутренняя согласованность ряда данных. Имеются ценные справочники по термодинамическим свойствам и теплотам образования углеводородов и других органических соединений [11, 11а, 59, 60, 103].

Существует несколько методов оценки теплот образования. Карапетьянц [25] предложил методы сравнительного расчета, основанные на принципе за­ кономерности свойств в рядах соединений, сходных по химическим свойствам и структуре молекул. При использовании этих методов необходимо опираться на свойства близких соединений. Энергия диссоциации веществ часто вычис­ ляется, исходя из аддитивности средних энергий связи без учета влияния со­ седних атомов. Однако такое упрощение во многих случаях приводит к зна­ чительным погрешностям. Значения средних энергий связи приведены у Кот­ трелла [32], в обзоре Кондратьева [28] и в справочнике Веденеева и др. [12].

Зависимость между энергией связей в молекулах углеводородов и их строением наиболее последовательно рассмотрена в работах Татевского*2), в которых рекомендуется выполнять расчеты с учетом классификации химиче­ ских связей. Известны методы расчета теплот образования путем суммирова­ ния энергий отдельных групп атомов [79, 106]. Метод Караша [92] основан на зависимости между теплотой сгорания и числом валентных электронов. Хандрик [82], Юнг и др. [90] связывают теплоту сгорания с числом атомов кис­ лорода, необходимых для полного окисления молекулы горючего. Из указан­

Внастоящее время подготавливаются дополнения к этому справочнику.

2)В разд. 4.5 этой книги, написанном Татевским В. М., изложены основы его метода; соответствующая литература приведена в конце гл. 4.

ных методов наилучшие результаты дают методы Татевского и Заудерса— Франклина [79, 106]. Методы определения энергий диссоциации неорганическихсоединений по энергиям отдельных связей не столь точны, как в случае гомо­ логических рядов органических соединений. Это объясняется большей специ­ фичностью связей в неорганических соединениях. Теплоты образования можно оценить и по значениям сродства к электрону, например, приведенным в об­

зорных работах [9, 100].

При выборе теплот образования компонентов топлив рекомендуется поль­ зоваться оригинальными работами; к сводкам без указания источника следует относиться с известной осторожностью. Для получения надежных удельных тяг не рекомендуется пользоваться оцененными значениями теплот образо­ вания, а следует определять их экспериментально.

В разд. 4.5 Сарнер использует понятие «энергия резонанса» и приводит таблицу ее значений по Паулингу. По последним представлениям, энергии ре­ зонанса, по-видимому, не существует. Поэтому оригинальный текст не был включен, а, заменен текстом, написанным Татевским.

В гл. 3 даются упрощенные основные представления о расчете термоди­ намических свойств индивидуальных веществ. К сожалению, материал главы изложен нестрого, в некоторых местах даже ошибочен и не дает достаточно полного представления о предмете. Методы вычисления термодинамических свойств (энтальпии, энтропии, изобарно-изотермического потенциала и т. п.) индивидуальных веществ подробно изложены в справочнике [19], в моногра­ фиях [17, 39] и др., а в приложении к органическим соединениям — в рабо­ тах [11, 11а].

В гл. 5 Сарнер приводит общие понятия о влиянии кинетики рекомбина­ ции в сопле двигателя на потери удельной тяги. Это влияние он определяет наиболее простым расчетным способом, вычисляя разность удельных тяг при равновесном и «замороженном» течениях, а также на примере результатов нескольких работ, в которых эти потери определены экспериментально. Из расчетных методов Сарнер упоминает лишь метод Брея, но не дает даже ссылок на работы, обобщающие этот метод или описывающие другие методы.

При течении потока по соплу по мере приближения к выходному сече­ нию увеличивается скорость изменения его параметров. Уменьшаются плот­ ность и температура продуктов сгорания, а следовательно, и скорости вы­ равнивания процессов, поэтому состояние потока стремится к «заморожен­ ному». При этом наиболее важными релаксационными процессами в соплах (кроме конденсации) является установление равновесия по колебательным степеням свободы и рекомбинация. Известно много работ, в которых рас­ сматривается (особенно для воздуха) отклонение от равновесного состояния химического состава и колебательных степеней свободы при течениях в соп­ лах, в зоне релаксации за скачками уплотнений, при обтекании тел, тепло- и массопереносе и т. д. Обзор литературы до 1963 г. выполнен Чженом [71], а также Кэмпбеллом и Мейером [27]. Эти процессы в вязких потоках рас­ смотрены в монографии Дорренса [21]. В ряде работ приведены уравнения, описывающие неравновесный поток невязкой реагирующей смеси без учета теплообмена (например, [37]). Решение этих уравнений, за весьма редкими исключениями/ производится численными методами. Применялся численный метод Рунге—Кутта, но он вытеснен более совершенным — неявной схемой разностного метода (например, [47]). Оригинальный метод вычисления пред­ ложен Галюн и Крайко [14].

Точное решение указанных уравнений даже в одномерной постановке за­ дачи трудоемко, поэтому часто применяются упрощенные способы. Некоторые

Эти методы с вычислительной точки зрения значительно проще точного, так как в обоих предельных случаях энтропия продуктов сгорания в потоке по­ стоянна и не нужно производить интегрирования дифференциальных урав­ нений по времени. В некоторых случаях применение этого приема вызывается отсутствием данных по механизмам и кинетике химических реакций реком­ бинации.

Брей [13] на примере рекомбинации двухатомного идеального диссоции­ рующего газа показал, что течение в сопле с учетом релаксационных про­ цессов можно разбить на три области. В первой области расширение равно­ весно и изэнтропно; во второй небольшой области происходит резкое откло­ нение от равновесного состояния с возрастанием энтропии; в третьей — рас­ ширение близко к «замороженному» и изэнтропно. Поэтому Брен предложил [8, 13] приближенный расчетный метод, в котором параметры газа прини­ маются равновесными до «точки замораживания», а после нее «заморожен­ ными». Параметры «точки замораживания» определяются по отношению ско­ рости изменения равновесного состава к характерной скорости реакции дис­ социации. Финней [61] распространил метод Брея на колебательные степени свободы. В ряде работ, например [52, 62], метод Брея использован примени­ тельно к продуктам сгорания сложного химического состава. Согласно Лорди [38], для чистых двухатомных газов расчеты по методу Брея имеют точность 3%, но для газовых смесей его следует применять с осторожностью. Подобный результат получен Ченом [76]. Потери удельной тяги из-за неравновесности течения в сопле определены рядом исследователей [44, 62, 53, 57, 91].

Несмотря на весьма большое количество исследований, мы располагаем недостаточными знаниями как о константах скоростей химических реакций и колебательной релаксации в широких интервалах температур и давлений, так и о механизмах химических процессов, происходящих при горении и расширении продуктов сгорания. Это вызывает основные трудности при определении параметров неравновесных продуктов сгорания. В настоящее время получены неполные данные только для систем из водорода, кислорода, углерода и азота. Зачастую данные разных авторов являются противоречи­ выми. Для других систем имеются лишь отрывочные сведения. Ввиду прак­ тической важности таких данных необходимо шире поставить соответствую­ щие теоретические и экспериментальные работы по их определению.!)

В гл. 6 даются общие представления о конденсации в ракетных двигате­ лях и о потерях удельной тяги, вызванных отставанием конденсированных частиц от газообразной фазы по скорости и температуре. Сарнер не приво­ дит замкнутой системы уравнений для расчета этих потерь.

Теории двухфазного потока посвящено много работ. Анализ этой лите­ ратуры показывает, что двумерные теории двухфазного потока позволяют достаточно точно определить потери удельной тяги по заданным размерам конденсированных частиц, их содержанию, коэффициентам сопротивления и теплоотдачи. Опубликованы работы по определению экстремальных кон­ туров сопел для двухфазной среды. Интересный обзор работ по теории

ны коэффициенты сопротивления движению частиц и коэффициенты тепло­ отдачи.

Неопределенность результатов указанных расчетов часто бывает обус ловлена незнанием размеров частиц конденсированной фазы. Проведено несколько интересных работ по определению размеров частиц окиси, обра­ зующихся при горении твердых алюминизированных топлив в эксперимен-

!) Готовится к печати справочник Кондратьева В. Н. (ИХФ АН СССР)

по константам скоростей химических процессов.

тальных двигателях [34, 48, 49, 69, 75]. В работе Фейна [58] сделана попытка

жидких частиц, которая, по-видимому, происходит в соплах. Ее наблюдали Браун и Макарти [75], теоретически исследовал Марбль [97], теоретически и экспериментально — Кроув и Уиллогби [34], причем последние считают агло­ мерацию основным механизмом роста жидких частиц в соплах. Бабуха и Шрайбер [3, 4] получили теоретические результаты, аналогичные результатам Кроува и Уиллогби. При расчете агломерации очень важно знать коэффи­ циенты эффективности соударения жидких капель. Эти коэффициенты опре­ делены для случая водяных капель, свободно падающих в воздухе (напри­ мер, [86]), однако их нельзя непосредственно перенести на случай агломера­ ции в соплах.

Для описания потока при наличии конденсации в сопле двигателя со­ ставляется система уравнений, учитывающих химические реакции в газовой фазе, кинетику зародышеобразования и роста частиц, агломерацию жидких частиц и газодинамику двухфазного потока. Такая система уравнений для квазистационарного процесса без учета кинетики зародышеобразования приведена Уильямсом [20]. Массовая скорость образования компонен­ тов вследствие гомогенных реакций в газовой фазе определяется по урав­ нениям работы Ли [37], а масса образующихся зародышей конденсированной фазы — по Баханову и Буйкову [5, 50]. Обобщенные методы расчета двух­ фазного потока в соплах при наличии конденсации приведены в работах

горения и термическое разложение компонентов твердых топлив. Этот анализ основан на результатах более восьмидесяти работ, выполненных в основном

«Журнал прикладной механики и технической физики» и в сборниках Sym­ posium (International) on Combustion [5a, 12a, 24, 42, 46, 49a, 50]. Поэтому этот раздел гл. 10 следует рассматривать только как вводный.

В гл. И коротко изложен интересный материал по методам испытаний в основном твердых топлив и их компонентов. Здесь описаны термический анализ, ряд методов определения размеров частиц компонентов и другие

методы. В этой главе приводятся элементарные представления о горении ме­ таллов *2).

В гл. 12 даются весьма элементарные представления о возможных источ­ никах энергии и рабочего тела, обеспечивающих получение высоких удельных тяг. В ней рассматриваются гипотетические топлива на основе свободных радикалов, а также принципы работы ядерных, электрических и гипотетиче­ ских фотонных двигателей. Эта глава в основном написана по материалам работы Микля и др. (топливо на основе свободных атомов и радикалов),

1} Интересные сведения по механическим и другим свойствам твердых топлив приведены в статье Мажеруса и др. [96] и в сборниках [98, 101].

2) Из работ по горению металлов в первую очередь следует отметить ценные обзорные статьи Маркштейна [40, 41] и Гордона и др. [80], статьи в сборниках [12а, 15, 24, 42, 46, 50, 84], а также статьи по горению бериллия, помещенные в сборнике докладов [ПО].

Бассарда и Де-Лауэра [6] (ядерные двигатели) и Корлисса [30] (электриче­ ские двигатели).

К сожалению, в некоторых местах книги Сарнера, в основном во вспо­ могательных главах, приведен устаревший материал, имеются ошибки в фор­ мулах, в ряде мест даются расплывчатые или неточные определения и т. д. Поэтому в тексте были сделаны соответствующие исправления. Существен­ ные исправления оговорены в настоящем предисловии и в примечаниях к тексту книги. Наиболее значительные исправления внесены в гл. 1—4 и гл. 11.

Несмотря на указанные недостатки, книга Сарнера представляет значи­ тельный интерес, в первую очередь как обзор физико-химических, эксплуата­ ционных и других свойств многих веществ, как используемых в качестве ком­ понентов ракетных топлив, так и перспективных.

ЛИТЕРАТУРА

1. А л е м а с о в В. Е., Теория ракетных двигателей, Оборонгиз, М., 1963. 2. А л е м а с о в В. Е., Аэротермохимия высокотемпературных реагирующих

8.Брей, Упрощенный метод «внезапного замораживания» при исследова­ нии неравновесного течения в сопле, Ракетная техника, № 6, 102 (1961).

соединений, Госхимиздат, Л., 1961.

11а. В в е д е н с к и й А. А., Термодинамические расчеты нефтехимических про­

СССР, М., 1962.

12а. VIII Всесоюзная межвузовская конференция по вопросам испарения, го­ рения и газовой динамики дисперсных систем, Материалы конференции, Одесский государственный университет, Одесса, 1968.

13.«Газодинамика и теплообмен при наличии химических реакций», сб. перев. под ред. Мотулевича В. П., Ионова В. П., ИЛ, М., 1962.

20.«Детонация и двухфазное течение», сб. под ред. Пеннера С. С. и Уильямса Ф. А., изд-во «Мир», М., 1966.

при высокой температуре, БНТ, 1947.

24.«Исследование ракетных двигателей на твердом топливе», сб. под ред. Саммерфилда М., ИЛ, М., 1963.

25.К а р а п е т ь я н ц М. X., Методы сравнительного расчета физико-химиче­ ских свойств, изд-во «Наука», М., 1965.

31.Космонавтика, Малая энциклопедия, изд-во «Советская энциклопедия», М., 1968.

и космонавтика, 5, № 7, 106 (1967).

35.К у р т н и, Последние достижения в области конденсации и испарения, Ракетная техника, № 6, 3 (1961); Конденсация в соплах, Вопросы ра­ кетной техники, N° 11, 3 (1965).

36.Л и б б и, О частичном равновесии в химически реагирующих потоках,

Ракетная техника, N2 7, 113 (1962).

37.Ли Тинг, Современные достижения в исследовании динамики течения неравновесного диссоциированного газа, Ракетная техника, N° 2, 3 (1961).

№3, 3 (1963).

41.М а р к ш т е й н , Гетерогенное горение металлов, Вопросы ракетной тех- ники, № 4, 30 (1968).

42.Материалы VII межвузовской конференции по вопросам испарения, горения и газовой динамики дисперсных систем, Одесский государствен­ ный университет, Одесса, 1967.

46.I Всесоюзный симпозиум по горению и взрыву, АН СССР, 19—24 фев­ раля 1968 г., тезисы докладов, изд-во «Наука», М., 1968.

нения твердых топлив, Ракетная техника и космонавтика, № 7, 3 (1966).

50.V Всесоюзная межвузовская конференция по вопросам испарения, го­ рения и газовой динамики дисперсных систем, тезисы докладов, Одес­ ский государственный университет, Одесса, 1965; Вопросы испарения, горения и газовой динамики дисперсных систем (материалы IV и V

Всесоюзных научных конференций), изд-во «Наукова думка», Киев, 1967.

расширения сложных реагирующих систем в ракетных соплах, Вопросы ракетной техники, № 12, 32, 1966.

53.С и м к и н, К о п п а н г, Потери от неполноты рекомбинации в соплах ракетных двигателей, работающих на топливах долговременного хра­ нения, Ракетная техника и космонавтика, № 9, 172 (1963).

54. С и н я р е в Г. Б., Полные термодинамические функции и использование их при расчете равновесных состояний сложных термодинамических си­ стем, Известия вузов СССР, сер. Машиностроение, N2 2, 99 (1965).

55. С у т у г и н А. Г., Ф у к с Н. А., Образование конденсационных аэрозо­ лей при высоких пересыщениях, Журнал прикладной механики и тех­ нической физики, № 3, 134 (1968).

56.«Термические константы веществ» (справочник), составлен под руковод­ ством Глушко В. П., изд-во АН СССР, М., вып. 1, 1965; вып. 2, 1966;

вып. 3, 1968.

56а. Термические константы неорганических веществ (справочник), состави­ тели Брицке Э. В. и др., изд-во АН СССР, М.—Л., 1949.

57. У и л д, Числовое исследование кинетики в соплах двигателей, работа­

93.Kinetics, Equilibria and Performance of High-Temperature Systems, Pro­ ceedings of the 1-st Conference, Nov. 1959, ed. Bahn G. S., Zukoski E. E.,

N. Y., 1960.

95.M а к - С о r m i с к J.-G., For all-round Propellant Performance: 98% H20 2, Space Aeronautics, 39, N° 3, 101 (1963).