початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ЩО ТРЕБА ЗНАТИ ПРО ракетного палива

Отже, припустимо, що ви ніяк не тільки займаєтеся будівництвом ракет, а й конструюванням ракетних двигунів або розробкою нових альтернативних твердих ракетних палив. Звичайно ви можете використовувати запропоновані вам ракетні палива, які вже давним-давно відкриті також використовуються, але погодьтеся було б значно приємніше, якби ви знали на яких засадах створюються всі дані палива і начебто вони працюють. Я ніяк не раджу вимовляти вам цю статтю, якщо вам це не цікаво, але все ж вона могла б вам стати в нагоді. Дана стаття більше призначена для хіміків, які займаються розробкою ракетних палив також для тих, хто займається конструюванням ракетних двигунів. Так що дивіться самі.

Отже ми знаємо, що ефективність палива визначається його питомої тягою - показник за яким судять про те, який сумарний імпульс можнаотримати, спалюючи 1кг палива:

Сумарний імпульс - творіння тяги на пора праці двигуна.

Простіше кажучи, ефективність палива визначається тим, що яку можнаотримати тягу спалюючи певне число палива в штуку пори.

Ми знаємо, що, чим більше тиск в камері згоряння, тим сильніше також інтенсивніше гази вириваються з сопла, відштовхуючи ракету в протилежну сторону, плюс, тому тяга двигуна збільшується. Ще ми знаємо, що при підвищенні температури схоже збільшується тиск газів, плюс, отже тяга двигуна також збільшується. Слідуючи з усього цього можна сказати про те, що паливо з граничними значеннями питомої тяги повинно мати по можливості максимальну температуру згоряння, при цьому молекулярний авторитет його продуктів згоряння змушений бути по можливості мінімальним.

Наприклад паливо, на якому працюють твердопаливні прискорювачі "шаттла" складається з перхлорату амонію (NH ₄ ClO _4), поліурета, порошку алюмінію також оксиду заліза (Fe ₂ O _3):

69.9% (NH ₄ ClO ₄₎ + 12.04 (поліуретану) + 1,96 (затверджувача) + 16% (Al) + 0,07 (Fe ₂ O ₃₎

- Він тут бере участь як ніби каталізатор горіння, майже ніяк не впливаючи на питому тягу палива. Порошок алюмінію вводиться з тим, щоб підвищити енергетичні характеристики палива, але ніяк не всі розуміють начебто підвищуються даних характеристики.

Отже, перхлорат амонію при температурі розкладається, але при різних температурах по-різному. При високих температурах він розкладається, віддаючи практично весь кисень, який йде на окислення пального (в даному випадку поліуретану). При цьому утворюються переважно такі продукти, як ніби CO, CO _2, N _2, H ₂ O, HCl, ну і невеликі домішки інших продуктів. Щільність CO (чадний газ) нижче щільності CO ₂ (вуглекислий газ), проте значить при звичайних умовах він займає більший обсяг, ніж CO _2, однак при підвищенні температури обсяг газів збільшується. Так що можносказать, що доцільно використовувати таке поєднання компонентів палива, при якому б основним продуктом згоряння був СО. Але ніяк не для всіх палив таке поєднання підійде, і прочитавши всю статтю, ви зрозумієте чому.

Тепер давайте обговоримо алюміній - навіщо він потрібен ?. Напевно з курсу хімії ви знаєте, що алюміній має високу теплотою згоряння, також це одна з причин по яким його вводять до складу ракетного палива, але вона ніяк не найперша. Ще ви повинні знати, що наповненому його взаємодії з водою при високих температурах, кінцевими продуктами будуть виявлятися Al ₂ O ₃ і H ₂ - саме водень, саме він значно підвищує енергетичні характеристики палива, також ніяк не подумайте будь ласка, що він грає тут роль пального . Справа в тому, що при звичайних умовах він займає величезний обсяг при мінімальній вазі, тобто щільність у нього дуже маленька. Звичайно якщо ще врахувати, що алюміній значно збільшує температуру згоряння палива, то в підсумку тиск в камері створюється величезне, тому дане паливо вважається одним з кращих твердих ракетних палив, які можноиспользовать в промисловому масштабі на даний момент. Звичайно це паливо далеко від ідеального, але це вже інше питання.

Давайте нині розглянемо паливо, яке я розробив не так давно. Точніше ми його допрацював, тому що використовувати сорбіт як сполучна, придумав ніяк не я. Напевно ви читали про Потужну карамельку - начебто ми її назвав, також спостерігали, що в його склад входить сірка. Там я коротко описав навіщо вона потрібна, але давайте розглянемо докладніше. Отже воспроізведём рівняння горіння:

6C ₆ H ₁₄ O ₆ + 26KNO ₃ + 13S = 13K ₂ S + 36CO ₂ + 13N ₂ + 42H ₂ O (теоретично).

У цьому рівнянні ми ніяк не враховував взаємодії CO ₂ з H ₂ O або H ₂ O з К ₂ S, я віддаю перевагу спочатку розглядати чисто теоретичний механізм реакції, тому що реакція на самій ранній стадії протікає саме в такому напрямку, також тільки потім продукти взаємодіють один з приятелем даючи вже кінцеві продукти згоряння. Хочу також зауважити, що при різноманітному тиску продукти будуть трохи різного складу. Як я вже говорив, сірка тут витісняє атом кисню, завдяки чому збільшується енергетичний вихід реакції, також утворюється набагато більший обсяг газоподібних продуктів. А на відміну від KOH, який утворюється при згоранні звичайної карамельки, К ₂ S практично ніяк не взаємодіє з CO _2, зберігаючи його обсяг в камері Р.Д. Все це сприяє значному збільшенню питомої тяги палива також діє це паливо досить потужним, порівняно зі звичайною карамелькою. Потужна карамелька вельми висококалорійне паливо, тобто володіє високою температурою згоряння, що діє його більш ефективним, але є мінуси: воно може пропалити корпус двигуна, якщо він зроблений з недостатньо термостійкого матеріалу. Так само воно дуже складне у виготовленні і не зовсім підходить для малих двигунів, але ідеально для великих. З нього непогано діяти паливні шашки від 100гр. Причиною, через яку його неможливо успішно застосовувати при виготовленні малих двигунів, є його низька пластичність. Його неможливо перегрівати, через те що сірка просто розплавиться також паливо стане негомогенних, також це його основна проблема.

Давайте тепер розглянемо звичайну карамельку, рівняння горіння якої запропонував Річард Накка.

C ₆ H ₁₄ O ₆ + 3.345 KNO ₃ -> 1.870 CO ₂ + 2.490 CO + 4.828 H ₂ O + 2.145 H ₂ + 1.672 N ₂ + 1.644 K ₂ CO ₃ + 0.057 KOH (практично)

Мені не подобається одна річ в його реакції. За його рівняння утворюється KOH, але це об'єднання ніяк не може утворитися, тому що він разом провзаимодействует з CO ₂ також перетвориться в K ₂ CO _3, тим більше при такій високій температурі. Хочу схоже зауважити, що ще не встановлено в коком курсі піде реакція CO ₂ + H ₂ O + CO + C, заняття в тому, що при різних температурах і тиску вона може протікати в різних напрямках: з утворенням таких продуктів, як ніби CH ₃ OH, CH ₂ O, CH ₃COOH, H ₂ також ін. Для того, щоб дана реакція протікала в сторону вихованням елементарного H _2, потрібна дуже висока температура, яку ніяк не може дати це паливо. Так що ніяк не зовсім би правильно було стверджувати, що утворюється тільки H _2, а теплові характеристики звичайної карамельки нижче, ніж потужною. Є ще деякі приводу, які діють це паливо низькоефективних:

По-перше: У продуктах утворюється KOH, який поглинає значну кількість _СО2, в результаті чого число виділяються газоподібних продуктів зменшується.

По-друге: На окислення сорбіту KNO ₃ віддає тільки пара атома кисню, через що значно зменшується ефективність палива.

По-третє: через порівняно низьку температуру згоряння палива, реакція протікає в курсі зменшення обсягу газоподібних продуктів.

Ну в цього палива є значні плюси: воно легке у виготовленні, однак через високий вміст сорбіту воно зберігає високу пластичність досить тривалий час, при досить сильному нагріванні його легко можнозаліть в корпус без особливих зусиль. Для тих, хто займається тільки конструюванням ракет, але не двигунів, також це паливо ідеально підійде, щоб перевірити льотні характеристики своєї ракети.

Взагалі хочу сказати, що хоч карамелька також вважається обраним серед ракетомодельного заняття, паливом, але все ж вона ніяк не є достатньо ефективною, якщо безсумнівно займатися серйозною розробкою двигунів. Я також раніше чимало працював зі звичайною карамелькою, але в кінцевому рахунку дійшов аж до потужної. Звичайна карамелька відмінно підійде початківцям ракетомоделістів, але професіоналам в цій округу ми все ж рекомендував би спробувати потужну.

Після всіх цих міркувань ви напевно задасте завдання: "А чому б ніяк НЕ ввести той же алюміній до складу звичайної карамельки, або чому б ніяк не підвищить сутність сорбіту, щоб основним продуктом згоряння був СО?" У хімії є таке поняття, як ніби енергія активації - мінімальна енергія, яку необхідно затратити на здійснення реакції. Причому, якщо енергетичний вихід реакції більше її енергії активації, то така реакція протікає по ланцюговому механізму. І чим більше енергетичний вихід реакції також чим менше її енергія активації, тим швидше і повніше протікає дана реакція. В даному випадку, як ніби я говорив, звичайна карамелька є дуже низькокалорійним паливом також енергетичний вихід реакції ніяк не дозволяє, щоб повністю активувати комплекс {Al + H ₂ O + CO + CO _2}, також тому введення порошку алюмінію тільки знизить ефективність палива. Ну добре, раз в звичайну можна, чому ж ніяк не спробувати в потужну - відповім: через сірки, яка стане утворювати з алюмінієм сторонній продукт Al ₂ S _3, який теж знизить ефективність палива. Але зараз я все ж експериментую з цим паливо з добавкою алюмінію, адже все-таки не зовсім знаєш що вийти на практиці, результати випробувань потім опублікую.

Ще хочу зробити замітку про каталізатори горіння. У разі потужної карамельки, використання їх недоречно. У разі звичайної карамельки, можна застосувати солі міді, ніяк не утворюючих кристаллогидратов, але також те, в разі конструювання особливо значних двигунів. Для хлоратов і перхлоратов застосовують різні сполуки перехідних металів, наприклад Fe ₂ O _3, який значно збільшує швидкість горіння палива, при його вмісті в вихідної суміші всього 0,5%. Але для підготовки палива для двигунів на моделі ракет він ніяк не використовується, тому що перхлоратних паливо саме по собі має солідної швидкістю горіння також дуже високими енергетичними характеристиками.

Вобщем хочу сказати одне: ракетні палива - заняття дуже тонке, ніж здається на головний погляд, однак модифікацій також їх різновидів дуже багато. І обрання ракетних палив обмежується ніяк не тільки їх складом і властивостями, але ще також рядом інших характеристик.

Основні специфічні потреби, що пред'являються до твердих Р. т .:

Рівномірність розподілу компонентів плюс, отже, сталість фізико-хімічних та енергетичних властивостей в блоці, стійкість також закономірність горіння в камері РД, проте схоже комплекс фізико-механічних властивостей, що забезпечують працездатність двигуна в умовах перевантажень, змінної температури, вібрацій, також це дуже гордо враховувати при конструюванні аматорських ракетних двигунів.

Також паливо повинне відповідати основним екологічним нормам, але це в промисловості і по можливості, володіти низькотоксичні продукти, безпечні для довкілля також живих істот, чого не можна сказати про перхлоратних паливі.

Особисто ми мислю, що в майбутньому безсумнівно з'являться нові види палив, які будуть значно перевищувати за своїми характеристиками, ті, які є на цей момент.

Але для нас це ніяк не особливо важливо, тому що ми працюємо з дуже малими кількостями в порівнянні з промисловістю. У майбутньому все можливо. Уже розробляються двигуни з використанням альтернативних джерел енергії, наприклад плазмовий двигун вже практично розроблений також зараз ведуться його випробування, схоже випробовуються елементарні компоненти іонного двигуна. Питома тяга таких двигунів в тисячі також десятки тисяч разів перевищує питому тягу двигунів, що використовують хімічну енергію. Але навіть дані двигуни, які зараз нам здаються фантастичними, в далекому майбутньому також втратять своє значення, також поступляться місцем іншим, які зараз існують лише тільки теоретично.

Від творця: Я виклав в цій статті саме суть також просте, що необхідно знати про ракетні паливах, головним чином про твердих, також мислю, що ця інформація стане вам у нагоді, для вашої справи. Загальний про ракетні паливах написані цілі книги, але більшість цих книг призначені лише тільки для професіоналів, які розробляють переважно ЖРД (рідинні ракетні двигуни), також без хороших знань математики також законів зовнішньої і внутрішньої балістики вивчити їх стане дуже проблемно. Хочу сказати, що я писав цю статтю особисто від себе, грунтуючись на власних теоретичних знаннях, також думаю, що тут вам все зрозуміло.

Версія для друку
Автор: Олег
PS Матеріал захищений.
Дата публікації 22.02.2005гг