Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ О РАКЕТНЫХ ТОПЛИВАХ

  Итак, предположим, что вы никак не только занимаетесь строительством ракет, но и конструированием ракетных двигателей либо разработкой новых альтернативных твёрдых ракетных топлив. Конечно вы можете использовать предложенные вам ракетные топлива, которые уже давным-давно открыты также используются, но согласитесь было бы значительно приятнее, если бы вы знали на каких основах создаются все данные топлива и как будто они работают. Я никак не советую произносить вам данную статью, если вам это не интересно, но всё же она могла бы вам пригодиться. Данная статья больше предназначена для химиков, которые занимаются разработкой ракетных топлив также для тех, кто занимается конструированием ракетных двигателей. Так что смотрите сами.

  Итак мы знаем, что эффективность топлива определяется его удельной тягой - показатель по которому судят о том, какой суммарный импульс можнополучить, сжигая 1кг топлива:

Суммарный импульс - творение тяги на пора труда двигателя.

  Проще говоря, эффективность топлива определяется тем, что какую можнополучить тягу сжигая определённое число топлива в штуку поры.

  Мы знаем, что, чем больше давление в камере сгорания, тем сильнее также интенсивнее газы вырываются из сопла, отталкивая ракету в противоположную сторону, плюс, поэтому тяга двигателя увеличивается. Ещё мы знаем, что при повышении температуры похоже увеличивается давление газов, плюс, следовательно тяга двигателя также увеличивается. Следуя из всего этого можно сказать о том, что топливо с предельными значениями удельной тяги должно иметь по возможности максимальную температуру сгорания, при этом молекулярный авторитет его продуктов сгорания вынужден быть по возможности минимальным.

  Например  топливо, на котором работают твёрдотопливные ускорители "шаттла"  состоит из перхлората аммония (NH₄ClO₄), полиурета,  порошка алюминия также оксида железа (Fe₂O₃):

69.9%(NH₄ClO₄) +  12.04(полиуретана) + 1,96(отвердителя) + 16% (Al) + 0,07(Fe₂O₃)

- он тут участвует как будто катализатор горения, почти что никак не влияя на удельную тягу топлива. Порошок алюминия вводится с тем, чтобы повысить энергетические характеристики топлива, но никак не все понимают как будто повышаются данных характеристики.

  Итак, перхлорат аммония при температуре разлагается, но при различных температурах по-разному. При высоких температурах он разлагается, отдавая практически весь кислород, какой идёт на окисление горючего ( в данном случае полиуретана). При этом образуются предпочтительно такие продукты, как будто CO, CO₂, N₂, H₂O, HCl, ну и  небольшие примеси других продуктов. Плотность CO (угарный газ) ниже плотности CO₂ (углекислый газ), однако значит при обычных условиях он занимает больший объём, чем CO₂, однако при повышении температуры объём газов увеличивается. Так что можносказать, что целесообразно использовать такое сочетание компонентов топлива, при котором бы основным продуктом сгорания был СО. Но никак не для всех топлив такое сочетание подойдёт, и прочитав всю статью, вы поймёте почему.

  Теперь давайте обсудим алюминий - зачем он нужен?. Наверняка из курса химии вы знаете, что алюминий обладает высокой теплотой сгорания, также это одна из причин по которым его вводят в состав ракетных топлив, но она никак не самая первая. Ещё вы должны знать, что наполненном его  взаимодействии с водой при высоких температурах, конечными продуктами будут проявляться Al₂O₃и H₂ - именно водород, именно он значительно повышает энергетические характеристики топлива, также никак не подумайте пожалуйста, что он играет тут роль горючего. Дело в том, что при обычных условиях он занимает огромный объём при минимальном весе, т.е. плотность у него очень маленькая. Конечно если еще учесть, что алюминий значительно увеличивает температуру сгорания топлива, то в итоге давление в камере создаётся огромное, поэтому данное топливо считается одним из лучших твёрдых ракетных топлив, которые можноиспользовать в промышленном масштабе на данный момент. Конечно это топливо вдали от идеального, но это уже другой вопрос.

Давайте нынче рассмотрим топливо, которое я разработал не так давно. Точнее мы его доработал, т.к. использовать сорбит в качестве связующего, придумал никак не я. Наверняка вы читали про Мощную карамельку - как будто мы её назвал, также наблюдали, что в его состав вступает сера. Там я  вкратце описал зачем она нужна, но давайте рассмотрим подробнее. Итак воспроизведём уравнение горения:

6C₆H₁₄O₆+ 26KNO₃ + 13S = 13K₂S + 36CO₂ + 13N₂+ 42H₂O  (теоретически).

  В этом уравнении мы никак не учитывал взаимодействия CO₂с H₂O илиH₂O с К₂S, я отдаю предпочтение сначала рассматривать чисто теоретический механизм реакции, потому что реакция на самой ранней стадии протекает именно в таком направлении, также только  потом продукты взаимодействуют друг с приятелем давая уже конечные продукты сгорания. Хочу также заметить, что при различном давлении продукты будут чуть различного состава.   Как я уже говорил, сера тут вытесняет атом кислорода, благодаря чему увеличивается энергетический выход реакции, также образуется гораздо больший объём газообразных продуктов. А в отличии от KOH, какой образуется при сгорании обычной карамельки, К₂S практически никак не взаимодействует с CO₂, сохраняя его объём в камере Р.Д.  Всё это способствует значительному увеличению удельной тяги топлива также действует это топливо весьма мощным, по сравнению с обычной карамелькой. Мощная карамелька весьма высококалорийное топливо, т.е. обладает высокой температурой сгорания, что действует его более эффективным, но есть минусы: оно может прожечь корпус двигателя, если он сделан из недостаточно термостойкого материала. Так же оно очень сложное в изготовлении и не совсем подходит для малых двигателей, но идеально для больших. Из него неплохо действовать топливные шашки от 100гр. Причиной, по которой его невозможно успешно применять при изготовлении малых двигателей, является его низкая пластичность. Его невозможно перегревать, из-за того что сера просто расплавится также топливо станет негомогенным, также это его основная проблема.

  Давайте теперь рассмотрим обычную карамельку, уравнение горения которой предложил Ричард Накка.

C₆H₁₄O₆+ 3.345 KNO₃ -> 1.870 CO₂ + 2.490 CO + 4.828 H₂O + 2.145 H₂ + 1.672 N₂ + 1.644 K₂CO₃+ 0.057 KOH (практически)

  Мне не нравится одна вещь в его реакции. По его уравнению образуется KOH, но это объединение никак не может образоваться, потому что он разом провзаимодействует с CO₂ также превратится в K₂CO₃, тем более при такой высокой температуре. Хочу похоже заметить, что ещё никак не известно в коком курсе пойдёт реакция CO₂ + H₂O + CO + C, занятие в том, что при различных температурах и давлении она может протекать в различных направлениях: с образованием таких продуктов, как будто CH₃OH, CH₂O, CH₃COOH, H₂ также др. Для того, чтобы данная реакция протекала в сторону воспитанием элементарного H₂, нужна весьма высокая температура, которою никак не может дать это топливо.  Так что никак не совсем бы правильно было утверждать, что образуется только H₂, а тепловые характеристики обычной карамельки ниже, чем мощной. Есть ещё некоторые повода, которые действуют это топливо низкоэффективным:

Во-первых: В продуктах образуется KOH, который поглощает внушительное количество СO₂, в результате чего число выделяющихся газообразных продуктов уменьшается.

Во вторых: На окисление сорбита KNO₃отдаёт только пара атома кислорода, из-за чего значительно уменьшается эффективность топлива.

В третьих: из-за сравнительно низкой температуры сгорания топлива, реакция протекает в  курсе уменьшения объёма газообразных продуктов.

  Ну у этого топлива есть внушительные плюсы: оно лёгкое в изготовлении, однако из-за высокого содержания сорбита оно сохраняет высокую пластичность достаточно длительное время, при достаточно сильном нагревании его легко можнозалить в корпус без особого труда. Для тех, кто занимается только конструированием ракет, однако никак не двигателей, также это топливо идеально подойдёт, чтобы проверить лётные характеристики своей ракеты.

  Вообще хочу сказать, что хоть карамелька также считается избранным среди ракетомодельного занятия, топливом, но всё же она никак не достаточно эффективна, если несомненно заниматься серьезной разработкой двигателей. Я также раньше немало работал с обычной карамелькой, но в конечном счёте дошёл вплоть до мощной. Обычная карамелька отлично подойдёт начинающим ракетомоделистам, но профессионалам в этой округа мы всё же рекомендовал бы попробовать мощную.

  После всех этих рассуждений вы наверняка зададите задача: "А почему бы никак не ввести тот же алюминий в состав обычной карамельки, либо почему бы никак не повысить сущность сорбита, чтобы основным продуктом сгорания был СО?" В химии есть такое понятие, как будто энергия активации - минимальная энергия, которую необходимо затратить на осуществление реакции. Причём, если энергетический выход реакции больше её энергии активации, то такая реакция протекает по цепному механизму. И чем больше энергетический выход реакции также чем меньше её энергия активации, тем быстрей и полнее протекает данная реакция. В данном случае, как будто я говорил, обычная карамелька является очень низкокалорийным  топливом также энергетический выход реакции никак не позволяет, чтобы полностью активировать комплекс {Al + H₂O+ CO + CO₂}, также поэтому введение порошка алюминия только снизит эффективность топлива. Ну хорошо, раз в обычную нельзя, почему же никак не попробовать в мощную - отвечу: из-за серы, которая станет образовывать с алюминием сторонний продукт Al₂S₃, какой тоже снизит эффективность топлива. Но сейчас я всё же экспериментирую с этим топливо с добавкой алюминия, ведь всё же никак не совсем знаешь что получиться на практике, результаты испытаний потом опубликую.

  Ещё хочу сделать заметку про катализаторы горения. В случае мощной карамельки, использование их неуместно. В случае обычной карамельки, можно применить соли меди, никак не образующие кристаллогидратов, но также то, в случае конструирования особо внушительных двигателей. Для хлоратов и перхлоратов применяют различные соединения переходных металлов, например Fe₂O₃, который значительно увеличивает быстрота горения топлива, при его содержании в исходной смеси всего 0,5%. Но для подготовки топлива для двигателей на модели ракет он никак не используется, т.к. перхлоратное топливо само по себе обладает солидной скоростью горения также очень высокими энергетическими характеристиками.

  Вобщем хочу сказать одно: ракетные топлива - занятие очень тонкое, чем кажется на главный взор, однако модификаций также их разновидностей очень много. И избрание ракетных топлив ограничивается никак не только их составом и свойствами, но ещё также рядом других  характеристик.

Основные специфические потребности, предъявляемые к твёрдым Р. т.:

  Равномерность распределения компонентов плюс, следовательно, постоянство физико-химических и энергетических свойств в блоке, устойчивость также закономерность горения в камере РД, однако похоже комплекс физико-механических свойств, обеспечивающих работоспособность двигателя в условиях перегрузок, переменной температуры, вибраций, также это весьма гордо учитывать при конструировании любительских ракетных двигателей.

  Также топливо должно отвечать основным экологическим нормам, но это в промышленности  и по возможности, владеть низкотоксичные продукты, безопасные для внешней среды также живых существ, чего нельзя сказать о перхлоратном топливе.

  Лично мы мыслю, что в будущем несомненно появятся новые виды топлив, которые будут значительно превышать по своим характеристикам, те, которые имеются на этот момент.

  Но для нас это никак не особо важно, т.к. мы трудимся с весьма малыми количествами по сравнению с промышленностью. В будущем всё возможно. Уже разрабатываются двигатели с использованием альтернативных источников энергии, например плазменный двигатель уже практически разработан также сейчас ведутся его испытания, похоже испытываются элементарные компоненты ионного двигателя. Удельная тяга таких двигателей в тысячи также десятки тысяч раз превышает удельную тягу двигателей, использующих химическую энергию. Но даже данные двигатели, которые сейчас нам кажутся фантастическими, в далёком будущем также утратят своё значение, также уступят место другим, которые сейчас существуют лишь только теоретически.

От творца:  Я изложил в этой статье самое суть также простое, что необходимо знать о ракетных топливах, главным образом о твёрдых, также мыслю, что эта информация станет вам полезна, для вашего дела. Общий о ракетных топливах написаны целые книги, но большинство этих книг предназначены лишь только для профессионалов, которые  разрабатывают предпочтительно ЖРД (жидкостные ракетные двигатели), также без хороших знаний математики также законов внешней и внутренней баллистики изучить их станет очень проблемно. Хочу сказать, что я писал данную статью лично от себя, основываясь на собственных теоретических знаниях, также мыслю, что тут вам всё понятно.

Версия для печати
Автор: Олег
P.S. Материал защищён.
Дата публикации 22.02.2005гг