ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В РАКЕТНЫХ i f ДВИГАТЕЛЯХ Уилер и сотрудники. Твердые и жидкие ракетные топлива из "Физика и химия реактивного движения Сборник 2" Термин метательное вещество в обычном смысле не требует пояснения, несмотря на то, что типичные метательные вещества часто применяются не по прямому назначению. Старейшим из них является черный порох, изобретенный в Китае приблизительно 2000 лет назад. В наши дни он еще продолжает применяться в значительных количествах, особенно для пиротехнических целей, как составная часть воспламенительных и инициирующих составов, и в охотничьих патронах. [c.7] Его особенность, как и всех простых однокомпонентных метательных веществ, заключается в том, что он содержит горючее вещество и окислитель в виде достаточно тесной смеси, обеспечивающей быструю реакцию без участия атмосферного кислорода, причем эта реакция протекает с выделением тепла и образованием значительного количества газообразных продуктов. Конечно, весьма желательно, а большей частью и необходимо, чтобы метательное вещество было стойким, чтобы свойства его оставались относительно неизменными при нормальных условиях хранения и чтобы оно не обладало склонностью к детонации. Как правило, реакция инициируется путем подвода тепла, причем, раз начавшись, она обычно протекает вплоть до завершения. [c.7] Реакция, возникающая при горении твердого метательного вещества, всегда развивается на поверхности заряда. Тепло, необходимое для инициирования горения, повышает температуру поверхности настолько, что между вступающими в реакцию веществами начинается бурное взаимодействие. Продукты реакции получаются в газообразном состоянии и, улетучиваясь, оставляют свободную поверхность заряда, готовую для дальнейшего продолжения реакции. Если же по какой-либо причине реакция протекает настолько медленно, что к свежей поверхности поступает количество тепла, недостаточное для поддержания химической активности на необходимом уровне, то горение прекращается. Последнее, например, может иметь место в кордитной ракете, охлажденной до низкой температуры, когда теплоотвод в стенки трубки в начальной стадии настолько значителен, что начавшееся горение может прекратиться. [c.8] Именно то обстоятельство, что в твердых ракетных горючи горение происходит на свободных поверхностях, и обусловливает специфическое различие между ними и жидкими ракетными горючими. Для первых скорость горения в любой стадии определяется начальной геометрической формой заряда. В этом случае регулирование силы тяги, прекращение горения и повторное зажигание являются наиболее трудной задачей. Только в тех случаях, когда такое регулирование необходимо осуществить в целой серии ракет, целесообразно и вполне возможно при современном уровне техники регулировать изменение скорости горения твердых ракетных горючих. В случае же жидких горючих положение иное подачу горючего в камеру сгорания можно варьировать или прекращать, и при наличии соответствующих зажигательных приспособлений тяга может быть возобновлена в любой момент. [c.8] При проектировании ракетных двигателей основным лимитирующим фактором является вес, но имеется и ряд других факторов (различных для систем, работающих на твердых и жидких горючих), обусловливающих выбор между ними в зависимости от назначения ракетного двигателя. Рассмотрение некоторых из этих общих соображений представляет несомненный интерес. [c.9] Специфическими положительными свойствами систем с твердым горючим являются их сравнительная простота и дешевизна, а также исключительная надежность. Особенности вновь развивающейся ракетной техники заставляют в некоторых случаях отдать предпочтение жидким горючим перед твердыми, которые хотя и были ранее известны, но еще недостаточно изучены. [c.11] Повидимому, целесообразнее, учитывая общие свойства твердых ракетных топлив, подразделить их на три основные группы, как это было принято в период войны. [c.11] Совершенно очевидно, что основное требование, предъявляемое к ракетным горючим, так же как и к любым другим ВВ, заключается в возможности точного предсказания их действия. Но существуют и другие факторы, как, например, доступность (желательна возможность получения горючих из местных источников) и дешевизна основного сырья, легкость и безопасность производства и, наконец, что не менее существенно, возможно более длительная стойкость при хранении. В отношении этого последнего условия приходится отметить, что большинство ВВ, вообще говоря, отличается исключительной нестойкостью. Это означает, что во время хранения наблюдается разложение, приводящее к ослаблению взрывчатых свойств. Эти изменения зависят от условий хранения, особенно от температуры и влажности, В случае ракетного топлива химические изменения могут отразиться на физических свойствах (например, через разрушение коллоидной структуры) и, следовательно, на условиях горения. [c.11] Это соединение отличается весьма положительными свойствами, так как оно не только способствует желатинированию, но действует также и в качестве стабилизатора нейтрализуя продукты разложения сложных эфиров азотной кислоты и удлиняя, таким образом, срок полезной службы ВВ. [c.12] Такой кордит получали без применения растворителя в виде сравнительно небольших зерен для пулеметных зарядов. Перед самой войной были приняты меры к производству его в зернах, размер которых подходит для применения в ракетах, а именно с номинальным диаметром в 50,8, 76,2 и 109,2 мм. Возможность производства этого продукта в виде зерен больших размеров подлежит еще изучению. [c.12] Твердый (коллоидальный) кордит для ракет, применявшийся в Германии, близок к кордиту, описанному выше. Основное различие заключалось в том, что в Германии вместо нитроглицерина применяли главным образом другой жидкий эфир азотной кислоты — диэтиленгликольдинитрат. В значительной степени это можно объяснить положением с сырьем. Для производства нитроглицерина требуется наличие глицерина,. который получается из жиров в последних Германия испытывала острый недостаток. С другой стороны, имелись хорошо оборудованные заводы для получения и переработки этилена. Впрочем, следует признать, что применение диэтиленгликольдинитрата представляет определенные преимущества по сравнению с нитроглицерином. В частности, он значительно менее чувствителен к удару и, следовательно, более безопасен в обращении кроме того, он является более хорошим желатинизатором нитроцеллюлозы. [c.12] В группе 2 необходимо отметить разработку пластических метательных веществ, приспособленных для непосредственного заполнения ракетной камеры. Эти вещества производятся в настоящее время с консистенцией пластелина. Их объем не изменяется с повышением температуры, и они долго сохраняют пластические свойства. [c.12] Возможно также применение разнообразных составов, обладающих подходящей пластичностью, что дает возможность по желанию регулировать свойства горючего (к. п. д., скорость горения и т. д.). К преимуществам пластических реактивных горючих можно отнести пригодность их для заполнения ракетных камер очень большого диаметра. Требуемое обору-доваяие и способ производства в этом случае несколько проще, чем для получения ракетного кордита. [c.13] В упомянутую выше группу 3 входит большое число составов, из которых здесь будут отмечены лишь немногие. Вообще можно считать, что исследования в этой области стимулировались ожидавшимися перебоями в снабжении сырьем заводов ракетных кордитов, включая, конечно, нитроглицерин и нитроцеллюлозу. [c.13] Эти компоненты применялись и для веществ 3-й группы, но в меньших количествах, чем в производстве метательных веществ, двойной базы при этом в их состав входили еще значительные количества нитратов или перхлоратов и углеродистых веществ. [c.13] Следует указать, что развивается также (в частности в США) производство и применение твердых метательных веществ, представляющих собой смесь тонко измельченного перхлората калия, диспергированного в горячем асфальте. Преимуществом такой смеси является то, что ею можно заполнять ракетные трубки или камеры. Применяются также термореактивные смолы как основа для введения тонко измельченных твердых компонентов. [c.13] В Англии начали вырабатывать прессованные или литые заряды на основе, главным образом, нитрата аммония с добавками, например, двухромовокислого аммония. Прессованные продукты вырабатываются сравнительно просто и отличаются безопасностью в обращении. Поэтому таким продуктам обеспечен сбыт в ряде областей применения. [c.13] Нитроглицерин и отработанную кислоту выгружают из нитратора в виде эмульсии и подают в сепаратор, откуда кислота направляется в цех регенерации, а нитроглицерин подвергается повторному эмульгированию и затем пропускается через ряд башен, где он последовательно промывается водой, разбавленными растворами карбоната натрия и, наконец, теплой водой. [c.14] Жидкие ракетные топлива можно, аналогично твердым, классифицировать на составы, применявшиеся во время войны, и на составы, находящиеся еще в стадии исследования и развития. Далее следует отдельно рассмотреть одно- и двухкомпонентные системы. [c.15] Остается под вопросом, является ли такая классификация достаточной и исчерпывающей, особенно если учесть дальнейшее развитие. Мы будем рассматривать одно- и двухкомпонентные ракетные топлива с учетом следующих положений. Понятие однокомпонентное топливо не должно приниматься как синоним индивидуального жидкого соединения, наоборот, как будет показано ниже, вещества эти, особенно те, которые предназначены для создания сильной тяги (например, для удельных импульсов выше 140), состоят большей частью из смесей жидкостей. Что же касается двухкомпонентных систем, особенно тех, которые содержат перекись водорода в качестве окислителя, то в них могут быть смеси, содержащие три жидкости. [c.16] Вернуться к основной статье