Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
(ФГБОУ ВПО)
«Астраханский государственный технический университет»(АГТУ)
«Институт морских технологий, энергетики и транспорта» (ИМТЭиТ) Кафедра «Теплоэнергетика»(ТЭН)
Курсовая работа
по дисциплине «Топливо»
на тему «Ракетные топлива»
Выполнил студент группы ТЕТ-21
Приказчиков А.А.
Рецензенты:
студенты группы ТЕТ-21
Путятин С.С., Жидков С.М.
Преподаватель:
д.х.н., профессор Рябухин Ю.И.
Астрахань-
1. Историческая справка
2. Основные виды ракетного топлива
2.1 Жидкие ракетные топлива
2.1.1 Окислители
2.1.2 Горючее
2.1.3 Сравнение наиболее распространённых жидких ракетных топлив
2.2 Твёрдые ракетные топлива
2.2.1 Ракетные пороха
2.2.2 Смесевые ракетные топлива Список литературы
1. Историческая справка
К. Э. Циолковский
Наибольших успехов в разработке ЖРД в первой половине XX в. добились немецкие конструкторы Вальтер Тиль, Гельмут Вальтер, Вернер фон Браун и др. В ходе Второй мировой войны они создали целый ряд ЖРД для ракет военного назначения: баллистической Фау-2, зенитных Вассерфаль, Шметтерлинг, Райнтохтер R3. В Третьем рейхе к 1944 г. фактически была создана новая отрасль индустрии — ракетостроение, под общим руководством В. Дорнбергера, в то время, как в других странах разработки ЖРД находились в экспериментальной стадии.
По окончании войны разработки немецких конструкторов подтолкнули исследования в области ракетостроения в СССР и в США, куда эмигрировали многие немецкие учёные и инженеры, в том числе В. фон Браун. Начавшаяся гонка вооружений и соперничество СССР и США за лидерство в освоении космоса явились мощными стимуляторами разработок ЖРД.
С. П. Королёва
В 1969 г. в США был запущен первый космический корабль серии Аполлон, выведенный на траекторию полёта к Луне ракетой-носителем Сатурн-5, первая ступень которой была оснащена 5-ю двигателями F-1. Двигатель этого типа и в настоящее время является самым мощным среди однокамерных ЖРД, уступая по тяге четырёхкамерному двигателю РД-170, разработанному конструкторским бюро (КБ) «Энергомаш» в Советском Союзе в 1976 г.
Зенитно ракетные войска россии
... и начинается официальная история ракетных войск нашей страны. Боевое крещение Впервые ракетные войска России были использованы в ... ракетных войск на различные направления. Но реактивная артиллерия сохранила свои позиции и на сегодняшний день. Были созданы новые виды - это зенитно-ракетные войска и войска ... мире применил электрозапалы для воспламенения твердого топлива. В том же, 1834, году Шильдер ...
В настоящее время космические программы всех стран базируются на использовании ЖРД.
2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ РАКЕТНОГО ТОПЛИВА
Выбор ракетного топлива зависит от многих факторов. Идеального топлива нет, у каждого есть свои плюсы и минусы. Такие факторы, как цена, удельный импульс, скорость горения, функция зависимости скорости горения от давления, безопасность и технологичность изготовления и другие могут влиять на выбор топлива.
2.1 ЖИДКИЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА
Окислитель
К самовоспламеняющимся относят такие двухкомпонентные топлива, горение которых начинается само по себе при смешении окислителя и горючего в камере двигателя.
Несамовоспламеняющиеся топлива для начала горения при запуске двигателей требуют применения дополнительных средств зажигания. Самовоспламеняющиеся топлива обеспечивают более надёжный запуск двигателя и устойчивую его работу.
однокомпонентные
Преимуществом
Таблица 1. Основные характеристики двухкомпонентных жидких топлив при оптимальном соотношении компонентов (давление в камере сгорания 100 кгс / см 2 , на срезе сопла 1 кгс / см2 ).
|
Окисли-тель |
Горючее |
Тепло-творность топлива*, ккал / кг |
Плот-ность*, г / см2 |
Темпера-тура в камере сгорания, К |
Удельный импульс в пустоте, сек |
|
|
Азотная кислота (98%) |
Керосин |
1,36 |
||||
|
ТГ-02 |
1,32 |
|||||
|
Анилин (80%) + фурфуриловый спирт (20%) |
1,39 |
|||||
|
Жидкий кислород |
Спирт (94%) |
0,39 |
||||
|
Водород |
0,32 |
|||||
|
Керосин |
1,04 |
|||||
|
НДМГ |
1,02 |
|||||
|
Гидразин |
1,07 |
|||||
|
Аммиак |
0,84 |
|||||
|
АТ |
Керосин |
1,27 |
||||
|
НДМГ |
1,20 |
|||||
|
Гидразин |
1,23 |
|||||
|
Жидкий фтор |
Водород |
0,62 |
||||
|
Гидразин |
1,31 |
|||||
В двухкомпонентных топливах для полного сгорания обоих компонентов на каждую единицу массы одного из них требуется строго определённое количество другого. Так, для сжигания 1 кг керосина необходимо 15 кг воздуха, или 5,5 кг азотной кислоты, или 3,4 кг жидкого кислорода. В практически выполненных ЖРД окислитель подаётся в камеру в несколько меньшем количестве , чем требуется для полного сгорания.
Оказывается, в этом случае получается наибольшее значение удельной тяги. Причина заключается в том, что при уменьшении расхода окислителя несколько изменяется состав продуктов сгорания. Вследствие этого снижается процесс теплового распада молекул газов — продуктов сгорания — на атомы и ионы, который происходит с большим поглощением теплоты и бесполезным уносом её за пределы сопла, а также улучшаются условия превращения энергии в сопле.
высококипящие
К высококипящим относятся окислители и горючие, которые могут содержаться в жидком состоянии при обычных температурах эксплуатации ракет (до +150 0 C) под атмосферным или повышенным давлением, остальные относятся к низкокипящим .
2.1.1 Окислители
количество окислителя по
Свойства топлива во многом зависят от характера окислителя
Из низкокипящих окислителей наибольшее применение в распространённых двигателях имеет жидкий кислород . Изучается возможность использования жидкого фтора , его соединений с кислородом и озона .
Из высококипящих широко применяются азотная кислота и её смеси с четырё хокисью азота . Может применяться четырё хок сид азота , пер оксид водорода . Исследуются соединения фтора с хлором и тетранитрометаном .
Рассмотрим некоторые виды окислителей.
1.
Особенности
Основное свойство
Жидкий кислород не ядовит . Кратковременно соприкосновение его в небольших количествах с открытыми участками тела человека неопасно: образующийся газообразный слой не допускает обмораживания кожи.
дешёвых окислителей
2.
Особенности
HNO
большим удельным
При обычных условиях эксплуатации азотная кислота — жидкость, что является одним из её преимуществ. Ракеты, в которых она используется в качестве окислителя, могут длительное время храниться заправленными , в постоянной готовности к пуску. К недостаткам в эксплуатации относится значительное повышение давления в герметически закрытых ёмкостях с азотной кислотой , вследствие процесса её разложения. Главный недостаток азотной кислоты — высокая коррозийная активность по отношению к большинству материалов. Агрессивность азотной кислоты значительно усложняет обращение с ней. Хранение и транспортировка её производится с использованием специальных ёмкостей.
Недостатки
Стоимость азотной кислоты невелика. Основной метод получения азотной кислоты заключался в окислении аммиака кислородом воздуха в присутствии платины и растворении получившихся ок сид ов азота в воде.
N 2 + 2 O2 => 2 NO2
3.
Особенности
более эффективным окислителем
Недостатки
низкая температура кипения
4.
Особенности:
веществ-стабилизаторов
малой коррозийной активностью
Недостатки
В настоящее время пероксид водорода мало применяется, т. к. топлива на его основе дают сравнительно невысокую тягу.
5.
Особенности:
образует самовоспламеняющиеся топлива
Недостатки
2.1.2 Горючее
В качестве горючего в жидких топливах применяются в основном вещества, в которых окисляемыми атомами химических элементов являются атомы углерод а и водород а . В природе существует чрезвычайно большое количество химических соединений этих элементов. Большинство из них относятся к органическим веществам.
правильный выбор имеет большое значение
чаще всего применяется углеводород
Рассмотрим некоторые виды горючего.
1.
Особенности
Недостатки
Керосин широко применяется в ракетных топливах с жидким кислородом , азотнокислотными окислителями и пер оксидом водорода [https:// , 6].
2.
Особенность
Недостатки:
Для улучшения физико-химических свойств, амины используются в качестве горючего в смеси с другими веществами, в том числе и с другими аминами .
Горючее на основе аминов нашло применение в самовоспламеняющихся топливах с азотной кислотой, четырё хок сидом азота и их смесями.
3.
применяется в смесях с другими веществами
Особенности:
Недостатки:
4. НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ДИМЕТИЛГИДРАЗИН [H 2 N-N(CH 3 ) 2 ] представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с резким запахом.
Особенности
Недостатки
2.1.3 Сравнение наиболее распространённых жидких ракетных топлив
1. Топлива на основе жидкого кислорода обеспечивают наибольшую удельную тягу из всех применяемых в настоящее время ракетных топлив. Их основной недостаток — низкая температура кипения окислителя. Это затрудняет использование их в боевых ракетах, которые должны длительное время находиться в готовности к пуску.
Особое место
2.
хорошими охлаждающими свойствами
Такие горючие как смесь аминов , несимметричный диметилгидразин и некоторые другие вещества образуют с азотнокислотными окислителями самовоспламеняющиеся топлива . Керосин и другие углеводороды требуют принудительного зажигания .
3.
самовоспламеняемость
2.2 Твёрдые
По внешнему виду
безопасны
Рис. 1. Структурная формула нитроглицерина
2.2.1 Ракетные пороха
Ракетные пороха представляют собой сложные многокомпонентные системы, в которых каждому веществу отведена своя роль с целью получения заданных свойств того или иного вида пороха. Основным компонентом порохов являются нитраты целлюлозы , которые при сгорании выделяют наибольшее количество тепловой энергии. Они же определяют и физико-химические свойства пороха. Рассмотрим некоторые составные части порохов.
1.
легко воспламеняются
2.
НИТРОГЛИЦЕРИН
Нитроглицерин
Для пластификации нитроцеллюлозы с целью облегчения технологии производства, увеличения сроков и допустимой температуры хранения зарядов применяют и другие растворители.
НИТРОГЛИКОЛЬ
Кроме нитроглицерина и нитро гликоля иногда применяется такой растворитель нитроцеллюлозы , как нитрогуанидин .
3.
4.
5.
6.
высоких температур и давления
2.2.2 Смесевые ракетные топлива
Смесевые топлива по сравнению с порохами, по составу значительно проще. Они включают в себя два-три, редко четыре компонента. Рассмотрим некоторые из них.
1.
ПЕРХЛОРАТ
ПЕРХЛОРАТ КАЛИЯ
НИТРАТ АММОНИЯ [ NH
Приведёнными примерами не исчерпывается перечень возможных окислителей твёрдотопливных ракетных двигателей, в качестве которых могут использоваться, например, перхлораты лития [ LiClO 4 ] , нитрозила [ NOClO 4 ] и нитрония [ NO 2 ClO 4 ] , динитрат гидразина [ N 2 H 4 Ч 2 NO 3 ] и др.
2.
Многие твёрдые полимеры получают из жидких веществ — мономеров , молекулы которых состоят из сравнительно небольшого числа атомов. Мономеры способны самопроизвольно соединяться в длинные цепи — полимеры? этот процесс называется полимеризацией .
Для ускорения полимеризации, или отверждения, применяются некоторые специальные вещества, называемые инициаторами , или отвердителями .
смешиваться с наполнителями
Для применения в качестве горюче-связующих веществ удовлетворительными свойствами обладают синтетические соединения типа каучуков , смол и пластмасс , а также тяжёлые нефтепродукты — асфальт и битум . Состав и свойства нефтепродуктов колеблются в очень широких пределах, а нужные механические свойства сохраняются только в небольшом интервале температур. Поэтому чаще употребляются синтетические вещества , имеющие более постоянный состав и лучшие механические свойства. На практике применяют каучуки — ПОЛИУРЕТАНОВЫЙ , БУТАДИЕНОВЫЙ и ПОЛИСУЛЬФИДНЫЙ , смолы — ПОЛИЭФИРНУЮ , ЭПОКСИДНУЮ И КАРБАМИДНУЮ , а также некоторые пластмассы, в состав которых входят атомы азот а , кислород а , сер ы или хлор а .
недостатки
3.
БЕРИЛЛИЙ
Кроме чистых металлов изучается применение в качестве дополнительных горючих веществ их соединений с водородом (гидридов).
4.
Технология изготовления зарядов из смесевых топлив включает смешение компонентов топлива, отливку и отверждение. В общем процесс изготовления смесевых топлив проще, чем порохов, однако при изготовлении крупногабаритных зарядов приходится преодолевать большие технологические трудности.
ракетное топливо горючее окислитель Использованные электронные ресурсы:
1. http://vzvod341forever.narod.ru «Ракетные топлива современных межконтинентальных баллистических ракет».
А. В. Карпенко
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Жидкостный_ракетный_двигатель Википедия (свободная энциклопедия).
