Чем заправляют ракеты

Чем заправляют ракеты

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», грант 14.B37.21.0827

РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА (РТ) – это индивидуальные вещества или смеси веществ,

используемые в ракетных двигателях различных конструкций для получения тяги и ускорения ракеты посредством энергии химической реакции горения.

Жидкие

Гелеобразные

Твердые

Гибридные

+

Жидкие ракетные топлива

Однокомпонентные

Двухкомпонентные

Горючее

Окислитель

ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ ЖИДКИЕ РК – соединения, в присутствии катализатора

и/или при нагревании разлагающиеся с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов

- Гидразин

[Fe2O3]

N2 + 4NH3 + Q

3N2H4

- Пероксид водорода

t

2H2O2

2H2O + O2 + Q

- Тринитроглицерин

t

4C3H5N3O9

12CO2 + 6N2 + O2 + 10H2O + Q

Двухкомпонентные жидкие ракетные топлива

горючее: - лигроино-керосиновые и ккеросино-газойлевые нефтяные фракции (Ткип = 150-315 оС) - жидкий H2 - жидкий СH4 - этиловый спирт - N2H4 и его производные - NH3 - бороводороды BnHn+4, BnHn+6 - боргидриды Me(BH4)n, где Me – Li, Be, Al

окислители: - жидкий O2 - H2O2 - конц. HNO3 - NO - N2O4 - жидкий F2 - жидкий Cl2 - тетранитрометан С(NO2)4 - OF2 - СlF3 - NO3F

Критерии подбора компонентов жидких рт

- плотность H2 + O2 < NH3 + O2 < керосин + N2O4 < N2H4 + F2 - температура кипения - криогенные (Ткип < 0 oC): H2, O2, NH3, N2H4, F2 - высококипящие (Ткип > 0 oC): H2NN(CH3)2, N2O4 - химическая агрессивность O2 < HNO3 (конц.) < N2O4 - токсичность H2 + F2

HF – чрезвычайно токсичен

H2O - нетоксично

H2 + O2

Однокомпонентные жидкие рт

Двухкомпонентные жидкие рт

Достоинства: - простота конструкции двигателя

Недостатки: - невысокая эффективность токсичность пожароопасность

Достоинства: - высокая эффективность

Недостатки: - токсичность пожароопасность сложность конструкции двигателя

Твердые ракетные топлива

Гомогенные

Гетерогенные

Смесевые

Баллистические

+

БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ (ПРЕССОВАННЫЕ) ТВЕРДЫЕ РТ – твердые гомогенные растворы в нелетучем растворителе.

СМЕСЕВЫЕ (ЛИТЫЕ) ТВЕРДЫЕ РТ - многокомпонентные грубодисперсные смеси, состоящие из окислителя, связующего-горючего и специальных добавок.

Нитроцеллюлоза

Нитроглицерин

ДОБАВКИ: - катализаторы горения - пластификаторы - порошки металлов - отвердители

СВЯЗУЮЩЕЕ-ГОЮЧЕЕ: - каучуки - полиуретан - полиэфирные смолы - эпоксидные смолы

ОКИСЛИТЕЛИ: - nh4clo4 - kclo4 - NH4NO3 - KNO3

ГИБРИДНЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА - топлива, содержащие горючее в твердом

ИБРИДНЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА - топлива, содержащие горючее в твердом состоянии (в камере сгорания), а окислитель - в жидкой фазе (в отдельной емкости) или наоборот.

Горючее: отвержденные нефтепродукты - N2H4 полимеры с добавками порошка al beh2 - lih

окислители: HNO3 N2O4 H2O2 FClO3 ClF3 О2 F2 OF2

ВеН2 - О2

BeH2 - F2

ВеН2 - Н2О2

ГЕЛЕОБРАЗНЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА – однокомпо- нентные или

ЕЛЕОБРАЗНЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА – однокомпо- нентные или двухкомпонентные жидкие РТ, загущен-ные специальными добавками до состояния консис- тентных жидкостей или упругих гелей.

Горючее: - N2H4 углеводородное горючее - H2 - CH4 - NH3

окислители: - F2 - O2 - N2O4 - NH4ClO4 - NH3 - С(NO2)4 - ClF3

Загустители: соли высокомолекулярных органических кислот (стеараты и пальмитаты) синтетический каучук полиизобутилен

Твердые ракетные топлива

Недостатки: - невысокая эффективность

Гелеобразные ракетные топлива

Гибридные ракетные топлива

Достоинства: относительная простота нетоксичность низкая пожароопасность

Достоинства: - высокая эффективность

Недостатки: сложность конструкции двигателя

достоинства: - более простоты, чем жидкие РТ эффективнее твердых РТ и не уступают в этом жидким РТ

Недостатки: - пожароопасность

Высокоэнергетические добавки для твердых рт