Топливо удельный импульс

Рис. 5. Зависимость расчетного удельного импульса для топлива Н2—О2 от давления в камере и соотношения компонентов топлива при разном характере течения в сопле ракетного двигателя.

Рис. 16. Теоретический удельный импульс топлива ПХА-ПБ-А1 [12]. А к/Ра=68, оптимальное расширение до атмосферного давления.

Жидкий водород является одним из наиболее эффективных видов реактивного топлива (II 3 доп. 3). Например, в комбинации с жидким кислоро.5бм он может дать удельный импульс свыше 400 с, т. е. гораздо больший, чем спирт или керосин (300 с). [c.99]

На рис. 6 приведены баллистические и термодинамические характеристики типичного двухосновного топлива ЛРЫ (зависимость скорости горения от рабочего давления в камере сгорания и зависимость давления в камере от степени расширения сопла). На рис. 7 и 8 представлен ряд параметров, необходимых при выборе марки топлива (скорость горения в зависимости от удельного импульса и удельный импульс- [c.29]

Отсюда следует, что удельный импульс прямо пропорционален скорости истечения газов из сопла и теплопроизводительности топлива. Удельный импульс тяги и теплопроизводительность топлива практически одинаковы по своей значимости и энергетической характеристике топлива. Однако надо иметь в виду,. [c.246]

В качестве реактивного топлива смесь фтора с водородом способна создавать удельный импульс 410 сек. Бесцветное пламя, возникающее при взаимодействии этих газов, может иметь температуру до 4500 °С. В лабораторных условиях для получения чистого фтористого водорода применяются обычно небольшие установки, изготовленные целиком из платины (или меди). Исходным веществом служит тщательно высушенный бифторид калия (КР-НР), при нагревании разлагающийся с отщеплением НР. Полученный продукт часто содержит примесь механически увлеченного бифторида. Для очистки его подвергают перегонке при 35—40 °С. Совершенно безводный или близкий к этому состоянию фтористый водород почти мгновенно обугливает фильтровальную бумагу. Этой пробой иногда пользуются для контроля степени его обезвоживания. Более точно такой контроль осуществляется определением электропроводности у безводного фтористого водорода она ничтожно мала, но даже следы воды (как и многих других примесей) резко ее повышают- [c.246]

Зависимость скорости горения конденсированных смесей от дисперсности компонентов представляет существенный практический интерес, так как она позволяет регулировать скорость горения без изменения состава смеси, а следовательно, и без изменения удельного импульса топлива. [c.132]

Удельный импульс /уд, по определению равный эфф/й о, измеряется в единицах времени. Можно показать, что /уд = //Шт о, где / — полный импульс, а /Пт — масса топлива. [c.16]

Удельный импульс, который определяют как отношение тяги к полному массовому расходу топлива, можно легко и с хорошей точностью измерить экспериментально. На практике этот [c.17]

Верхний предел удельного импульса определяется условиями химического равновесия адиабатического обратимого процесса расширения продуктов химических реакций горения в одномерном сопле (идеальный удельный импульс /уд, ид) и характеризует термодинамический потенциал топлива при заданных соотношении компонентов, давлении в камере, геометрической степени расширения сопла и давлении окружающей среды. Реально достижимый удельный импульс определяется потерями. Некоторые из них изначально присущи ЖРД и исключить их невозможно. К ним относятся потери на непараллельность истечения (геометрические потери), потери в пограничном слое, потери на запаздывание и кинетические (из-за химической неравновесности) потери. Другими можно управлять путем выбо- [c.166]

В зависимости от температуры в камере). На основе этих зависимостей можно сделать некоторые общие выводы удельный импульс возрастает с повышением температуры горения, а скорость горения пропорциональна удельному импульсу. При увеличении содержания нитроглицерина в топливе температура горения, удельный импульс и скорость горения возрастают. [c.30]

Величина удельного импульса двухосновного топлива может достигать 250 с в условиях на уровне моря при давлении 7 МПа. Введением в рецептуру топлива твердых частиц окислителя, например перхлората аммония (ПХА), можно увеличить удельный импульс до 265 с. Чтобы улучшить механические характеристики заряда, можно ввести в рецептуру топлива пластические связующие вещества, подобные тем, которые используются в смесевых топливах. Такие твердые ракетные топлива называются модифицированными двухосновными ТРТ. [c.30]

На рис. 87 видно, что, хотя обычно удельный импульс можно повысить увеличением степени расширения сопла, процент потерь выше для больших степеней расширения (за счет кинетических потерь и потерь в пограничном слое). Существует и взаимозависимость отдельных видов потерь. На рис. 88 показано влияние уровня полноты сгорания на процесс расширения в сопле. Еще одним примером является изменение кинетических потерь при неравномерном распределении соотношения компонентов топлива по площади головки. Из рис. 89 следует, что в [c.167]

Продемонстрированы возможность достижения высоких значений удельного импульса при относительно низких давлениях в камере сгорания за счет применения саморегулируемых сопел с большой степенью расширения, а также возможность использования для регенеративного охлаждения обоих компонентов топлива. [c.193]

Начнем с ЖРД, изменение тяги которых осуществляется более широким набором средств, так как удельный импульс ЖРД зависит от соотношения компонентов, которое регулируется. Этого пути, однако, следует избегать, так как, помимо ухудшения характеристик, один из компонентов топлива, находящихся на борту, не будет полностью израсходован. Другой возможностью является изменение площади критического сечения — механическое, с использованием дроссельной иглы, или аэродинамическое, впрыском рабочего тела выше по потоку (метод вихревого клапана). Оба метода применялись на практике, хотя они не лишены недостатков в механическом методе требуется охлаждение иглы, что представляет собой трудную задачу для конструктора и технолога, а аэродинамический метод сопровождается существенными потерями. Кроме того, уменьшение площади критического сечения приводит к повышению давления в камере сгорания, если только не снижать давления подачи. Повышение может ухудшить горение в камере вследствие снижения перепада давления на форсунках Арф, так что этот метод может использоваться только для случаев увеличения рк в довольно узком диапазоне. [c.212]

В действительности существует большое различие между этими двумя ситуациями. Ракетное топливо для маршевых двигателей современных ракет представляет собой смесь окислителя, жидкого кислорода и восстановителя, например керосина. При сгорании этой смеси в двигателе достигается температура около 3400 С [Shreve,1977]. Выбор топлива определяется рядом факторов, из которых, вероятно, наиболее важным является максимизация удельного импульса, выражаемого в "секундах" (отношение реактивной силы (фунт) к массе сгоревшего за 1 с топлива). Удельный импульс определяется главным образом отношением УТ/М (где Т - абсолютная температура и М - [c.152]

Заерингер установил, что в случае применения Ь1СЮ4 в твердом топливе удельный импульс может достигать 250—270 сек, а для приближения к /уд.=300 сек потребуется осуществить коренные изменения, например в области избирательного окисления. [c.150]

Все совремеиные СТТ содержат металлы в виде мелкодисперсных порошков. Введение металла позволяет повысить плотность топлива, удельный импульс и скорость его горения. Из легких металлов наибольшее распространение нашел алюминий. Для современных смесевых тоттлив типовым является содержание алюминия 10... 21%. Малометальные (5... 9%) топлива необходимы, в силу специфических требований, для ряда систем поля боя, двигателей подвесных ракет класса воздух - воздух , воздух - поверхность и Дфугих. [c.23]

Используемое в ракетах реактивное топливо обычно слагается из горючего, вещества и окислителя. Оно должно одновременно удовлетворять ряду условий (скорость сгорания, теплотворная способность, температура пламени, характер продуктов сгорания, плотность и др.), далеко не всегда совместимых друг с другом. Важной числовой характеристикой такого топлива является его удельный импульс (удельная тяга). Чем он больше, тем меньший расход топлива требуется для получения заданной тяги. Удельный импульс определяется как отношение развиваемой тяги (кГ) к секунднрму расходу топлива (кГ/сек) и обычно не превышает 300 сек. Например, удельный импульс часто применяемой в небольших ракетах смеси спирта с кислородом (при наиболее принятых условиях сопоставления—давлении около 20 ат, в кямере сгорания) составляет примерно 250 сек. (а смеси керосина с кислородом — примерно 300 сек). По химии реактивных топлив имеется специальная монография. [c.50]

Эффективность жидкого водорода как реактивного топлива гораздо выше, чем спирта или керосиЯа (II 3 доп. 9). Так, в комбинации с кислородом он может дать удельный импульс 390 сек. [c.122]

В отличие от аммиака гидразин является эндотермичным соединением (теплота образования из элементов —23 ккал/моль). Пары его способны сгорать фиолетовым пламенем по реакции ЫгН4 + Оа = 2НгО + N2 + 139 ккал. На этом основано использование гидразина в качестве реактивного топлива. Его удельный импульс в комбинации с кислородом доходит до 270, с озоном — до 280, а с фтором — до 300 сек (т. е. гидразин несколько эффективнее аммиака). Еще более эффективны метилзамещен-ные гидразины. Так, (СНз)2ЫЫН2 способен дать с кислородом удельный импульс 310 сек. [c.404]

Используемое в ракетах реактивное топливо обычно слагается из горючего вещества и окислителя. Оно должно одновременно удовлетворять ряду условий (скорость горения, теплотворная способность, температура пламени, характер продуктов сгорания, плотность и др.), далеко не всегда совместимых друг с другом. Важнейший числовой характеристикой такого топлива является удельный импульс (удельная тяга). Чем он больше, тем меньший расход топлива требуется для получения заданной тяги. Удельный импульс определяется как отношение развиваемой тяги (кГс) к секундному расходу топлива (кГс/с) и обычно не превышает 300 с. Например, удельный импульс часто применяемой в небольших рекетах (рис. 11-7) смеси спирта с кислородом составляет примерно 250 с. [c.41]

Соли аммония — NII4 IO4 и NH4NO3 — часто вводят в состав твердого ракетного топлива. Последнее состоит из тщательно гомогенизированной (т. е. приведенной к однородности) смеси окислителя, горючего и добавок специального назначения (способствующих ускорению сгорания, устойчивости при хранении и т. д.). Его удельный импульс примерно таков ж , как у смеси спирта с кислородом (П 3 доп. 3). К числу наиболее подходящих окислителей относятся обе приведенные выше соли аммония, а горючим обычно служат алюминиевая пыль и синтетические полимеры типа каучука. Такое той-ливо может содержать, например, 70% NH4 IO4, 10% А1 в порошке, 19% каучука и 1% специальных добавок. [c.257]

Следует отметить, что непостоянство удельных теплоемкостей и наличие химических реакций в сопле не являются единственной причиной отклонений значений удельного импульса для реальных ракетных двигателей от значений, определяемых формулой (11). Здесь не были рассмотрены нерасчетные режимы , т. е. не были получены формулы для Isp в случаях, когда давление отличается от местного атмосферного давления. Не учитывалась возможность возникновения ударных волн в сопле при определенных условиях и их влияние. Не были упомянуты изменения в выражении для Igp, обусловленные расхождением линий тока на выходе сопла. Не учитывались также такие эффекты, как неполнота сгорания в камере (т. е. поступление в сопло неравновесной горяш,ей смеси), пристеночное трение при течении в сопле, теплопередача к стенкам сопла, регенеративное охлаждение стенок жидким топливом и т. д. Для ознакомления с этими вопросами можно рекомендовать читателю руководства [1 ]. [c.99]

Приведены значения коэффициентов а, Ь, с, (1 для различных давлений и температур, средние молекулярные веса продуктов разложения, отношения удельных теплот, скорость истечения и удельный импульс. При давлении 20 ат. и температуре пламени 2670 "С удельный импульс окиси этилена, используемой в качестве дополнительного топлива, составил 76,66 кг/сек на взятые 0,454 кг окиси этилена, что хорошо согласуется с данными дру1 их исследователе . Состав продуктов разложения в эти < условиях таков (в мол.%) СО — 18,50 СО, — 2,11 СН —7,01 углеводороды Сд —26,39 Н.2—37,20 Н-зО — 5,79. Кроме того, в продуктах разложения был обнаружен твердый углерод. [c.60]

Чтобы ВЫПОЛНИТЬ расчет, следует сначала определить по всей длине сопла состав, давление, температуру, скорость и т.д. для равновесного течения, а затем рассчитать соответствующие значения Г/ и сравнить их со значениями величины и (1У11й2). Практически всегда замораживание происходит за критическим сечением сопла, поэтому такое сравнение можно проводить, начиная с критического сечения. Когда условие (1.39) удовлетворяется, расчет продолжается в приближении замороженного течения. Разумеется, оба расчета изоэнтропические. Окончательное значение разности энтальпий определяют, рассчитав разности энтальпий для равновесного и замороженного течений и просуммировав их. Тогда вых= (ЗАЛз ) / . На рис. 4 приведены результаты расчетов удельного импульса для топлива Нг—О2 при рк = 2,07 МПа и степени расширения сопла, равной 40, в виде зависимости от отношения массы окислителя к массе горючего. На рис. 5 показано изменение величины /удоо в зависимости от давления в камере (до 6,89 МПа) для двух значений отношения Видно, что при увеличении давления результаты кинетических расчетов приближаются к равновесному решению, а при очень низких рк они близки к замороженному решению. Эта особенность является одной из причин того, что для достижения высоких /уд на новых ЖРД типа маршевого двигателя ВКС Спейс Шаттл используются очень высокие давления в камере сгорания. [c.25]

Ракетные топлива должны обеспечивать выделение заданного количества энергии с желаемой скоростью при вполне определенных условиях. В соответствии с этим требованием и следует выбирать характеристики топлива. Основным направлением в разработке перспективных ракетных топлив является поиск веществ с высоким удельным импульсом, но во многих случаях вследствие существования других технических требований приходится принимать компромиссные решения. Например, в газогенераторе желательно иметь низкую скорость горения и относительно низкую температуру продуктов сгорания ТРТ. Для некоторых ракет малого радиуса действия, например реактивного противотанкового гранатомета типа Базука , требуется высокая скорость горения. Для стратегических ракет высокой боеготовности обеспечение компактности двигателя и безопасности зарядов при транспортировке и хранении более важно, чем достижение максимального удельного импульса. К тактическим ракетам выдвигается требование минимального дымообразова-ния. Твердые ракетные топлива удобно характеризовать некоторой совокупностью свойств, которые можно разделить на следующие группы энергетические свойства, баллистические, механические и общие. [c.27]

Кроме высокого удельного импульса ракетное топливо должно обладать большой плотностью, необходимой для уменьшения габаритов двигателя, а также иметь приемлемые внутрибалли-стические характеристики, такие, как [c.28]

Связующее и металлы типа алюминия являются горючей основой топлива. Наличие металлических присадок в ТРТ обусловливает повышение теплопроизводительности топлива по двум причинам вследствие высоких тепловых эффектов экзотермической реакции окисления металла, а также благодаря увеличению содержания водорода в продуктах сгорания и отсутствию водяного пара в выхлопной струе, что снижает соответствующие потери энергии. Однако практическое применение металлосодержащих топлив связано с определенными проблемами, заключающимися в том, что образующиеся при расширении потока в сопле РДТТ твердые окислы металлов медленнее отдают тепло потоку (термическое запаздывание) и ускоряются не так быстро (скоростное запаздывание), как газообразные продукты сгорания, что приводит к потерям удельного импульса. Связующее представляет собой высокоэластичное вяжущее вещество, которое наполняют окислителем и частицами металлического горючего. Связующее в ТРТ выполняет несколько функций. Являясь важным источником горючей основы топлива, оно, кроме того, должно скреплять между собой дисперсные частицы окислителя и металла, образуя пластичную каучукообразную массу, способную выдерживать большие деформации, возникающие под действием термических и механических напряжений. Таким образом, связующее в значительной мере определяет ме- [c.38]

Как уже отмечалось, наиболее надежным методом гашения заряда является снижение давления ниже рпор. Однако трудность практического использования этого метода заключается в том, что нередко величина рпор довольно мала (0,1 МПа и меньше). Существует возможность несколько повысить значение рпор (до 1 МПа), изменяя рецептуру топлива, но при этом не всегда удается получить высокие значения удельного импульса /уд (например, при /уд = 260 с величина рпор составляет [c.100]

В данной главе излагаются методы расчетно-теоретического исследования следующих проблем горения и течения продуктов сгорания в РДТТ, баллистических свойств ТРТ и влияния условий в камере сгорания и в окружающей среде на характеристики топлива и сопла. Влияние температуры, давления, мас-соподвода, эрозионного горения и перегрузок на характеристики РДТТ изучается для режима установившегося горения и переходных режимов. Проведены расчеты удельного импульса, характеристик сопла и скорости горения, а полученные результаты сопоставлены с экспериментальными данными с учетом масштабных факторов. В последнем разделе рассмотрены вопросы неустойчивости горения, в основном по материалам недавнего обзора [136]. [c.102]

Величина удельного импульса РДТТ зависит от характеристик сопла, внешних условий, располагаемой теплоты сгорания ТРТ, потерь энергии от продуктов сгорания к агрегатам и корпусу двигателя, степени скоростной и термической неравновесности газа и твердых частиц, полноты сгорания топлива и вклада выделяющихся в процессе работы двигателя инертных компонентов. [c.110]

На основе имеющихся данных о влиянии таких параметров, как скорость горения, отношение внешнего диаметра заряда к внутреннему и показатель степени в законе скорости горения, на свойства топлив с пониженной дььмностью и металлосодержащих ТРТ можно прогнозировать характеристики ракет. Табл. И содержит данные для ускорителя диаметром 0,078 м с номинальной длиной 1,15 см, снаряженного топливом с пониженной дымностью (базовый вариант). Такой ускоритель в бессопловом варианте, снаряженный топливом с вдвое большей скоростью горения, повышенной на 3% скоростью истечения продуктов сгорания и средним удельным импульсом, составляющим 83% импульса, создаваемого ускорителем с сопловым блоком, был бы легче на 2 кг. [c.137]

ВИСИТ от возможности модификации ТРТ. Например, существующий прототип топлива со скоростью горения, превышающей в 2,5 раза скорость горения базового ТРТ, позволяет увеличить удельный импульс почти на 5,5% по сравнению с значением для базового двигателя с соплом. Далее, принимая во внимание тот факт, что предел прочности модифицированного топлива на 25% выше, чем у базового, диаметр внутреннего канала можно уменьшить, доведя отношение внешнего диаметра заряда к внутреннему до 3,5. Это позволило бы разместить в камере 1,36 кг дополнительного топлива и тем самым увеличить полный импульс РДТТ на 12,4%. Замена ТРТ и увеличение свода горения вместе позволяют снизить максимальное рабочее давление до уровня, соответствующего давлению в базовом двигателе, а единственным недостатком было бы увеличение полного веса РДТТ приблизительно на 2%. В табл. 11 подытожены результаты расчетов таких вариантов и, кроме того, приведены данные, иллюстрирующие влияние длины РДТТ на удельный импульс. При уменьшении показателя степени в законе скорости горения топлива с 0,5 до 0,4 приращение скорости ракеты с бессопловым двигателем было бы на 13% больше, чем для соответствующего двигателя с соплом. [c.138]

Из рис. 72 видно, что удельный импульс бессоплового ускорителя, снаряженного металлосодержащим топливом, определяется не средним рабочим давлением в камере сгорания, а некоторым другим параметром. В табл. 12 указаны варианты твердотопливных ускорителей разных размеров, снаряженных металлосодержащим ТРТ типа ПБКГГ/А1 и ПБКГГ/2г, позволяющие проводить сравнительный анализ характеристик по отношению к базовому ускорителю диаметром 0,48 м и длиной 2 м. В первых трех строках таблицы с базовым РДТТ сравниваются бессопловые варианты, снаряженные ТРТ с присадками алюминия и циркония, причем роль контрольного параметра отводится относительному приращению скорости полета раке- [c.140]

Одним из результатов работы, проведенной в конце 1960-х гг. американской Межведомственной комиссией по ракетным двигателям на химическом топливе СКРО, стало признание того, что экономичность, устойчивость и работоспособность ЖРД взаимосвязаны. Такой вывод был сделан на основании анализа дробления, испарения и горения распыленного топлива, который стал отправной точкой для поиска технических решений в этих трех направлениях. В результате появилась возможность оптимизировать процесс выбора конструкторских решений, сократив тем самым период разработки и уменьшив массу двигателя. Большинство ЖРД, разработанных до 1970 г., создавались методом проб и ошибок. Случалось, что до нахождения оптимальной конструкции приходилось опробовать до 100 вариантов смесительной головки. Обычно лишь после достижения требуемого уровня экономичности и обеспечения устойчивой работы начинались поиски способов обеспечения требуемого ресурса. Поэтому разработанные ранее ЖРД (эксплуатация некоторых из них еще продолжается) имели неоптимальное соотношение компонентов топлива, в них использовались специальные устройства для повышения устойчивости, а масса конструкции оказывалась завышенной. Маршевый двигатель ВКС Спейс Шаттл и экспериментальный ЖРД с кольцевой камерой сгорания и центральным телом стали первыми двигателями, разработанными с применением новых методов. Рабочие характеристики ЖРД определяются выбором установочных параметров, к которым относятся свойства компонентов топлива и технические требования к системе подачи топлива, смесительной головке и камере сгорания. Исходя из них, можно рассчитать полноту сгорания, удельный импульс, устойчивость горения и температуру стенки камеры. Достигнутый удельный импульс, как и для РДТТ, представляет собой разницу между термодинамическим потенциалом топлива и потерями, сопутствующими его реализации. Динамическая устойчивость определяется балансом между причинами, вызывающими внутрика- [c.164]

На каждый из упомянутых выше механизмов потерь оказывают влияние свойства топлива и конструкция камеры сгорания. Хотя теоретический удельный импульс системы определяют термодинамические и кинетические характеристики, степень его достижения обусловливается и газодинамическими эффектами. Дробление и испарение капель в основном определяют полноту сгорания и оказывают лишь второстепенное влияние на кинетические потери и потери в пограничном слое. Распыливание топлива определяется конструкцией форсунок и смесительной головки, тогда как скорости испарения зависят от конструкции камеры сгорания и свойств компонентов топлива. С точки зрения экономичности оптимальной является смесительная головка, обеспечиваюп ая такое распыление компонентов топлива, при котором они испаряются с одинаковой скоростью, а испарение завершается в одном поперечном сечении камеры сгорания. Камера при этом должна обеспечить достаточно большую относительную скорость Av между газом и каплями, чтобы полностью испарить последние на располагаемой длине. Характер изменения Аи по длине камеры определяется в значительной степени коэффициентом сужения камеры сгорания Лк/Лкр. Другими факторами, влияющими на распыление топлива, являются перепад дазления ка форсунках, начальный размер капель, устойчивость внутрикамерного процесса, характер соударения струй, свойства топлива, самовоспламеняемость и турбулентность газов в камере. Распределение топлива в факеле распыла определяет влияние качества смешения компонентов [c.169]

Знать и уметь оценить взаимосвязь между факторами, влияющими на экономичность, устойчивость и работоспособность двигателя, необходимо для того, чтобы облегчить его отработку. Случайные пульсации давления (нестационарное горение) обычно неблагоприятно отражаются на работе двигателя. Несколько случайных возмущений, наложившихся друг на друга, могут привести к неустойчивости. Колебания давления низкой частоты сопровождаются ухудшением стойкости стенки из-за уменьшения толщины пограничного слоя и более высоких коэффициентов теплопередачи. Нестационарное горение оказывает двойственное влияние на удельный импульс. Турбулизация, обусловленная волновыми процессами, улучшает смешение компонентов, т. е. улучшает полноту сгорания в камерах с малой приведенной длиной Поперечный поток, однако, смещая точки столкновения струй, может ухудшить вследствие этого степень распыления и понизить удельный импульс. Волновые процессы в камере интенсифицируют теплопередачу и уменьшают размер капель — в этом состоит их положительное влияние. Повышение начальной температуры компонентов топлива способствует повышению удельного импульса благодаря более высокой энтальпии, но иногда влияние температуры оказывается столь значительным, что получаемый эффект не может быть объяснен только энтальпией [68] возможно, сказывается улучшение распыливания за счет уменьшения поверхностного натяжения. Уменьшение коэффициента соотношения компонентов способствует повышению экономичности двигателя в случае внутрикамерного процесса, лимитируемого испарением горючего. В другом двигателе оно может вызвать снижение стойкости стенки из-за перетеканий, обусловленных дисбалансом количеств движения струй. [c.179]