ملحمة وقود الصواريخ. اسم الوقود الدافع للصواريخ

لقد أصبح حلم الإنسان الأبدي بالفضاء حقيقة بفضل الكيمياء. مع أن الوقود الذي يستخدم في إطلاق الصواريخ هو نفس الهيدروكربونات التي أحرقها أجدادنا في النيران والمصابيح.

الفرق المهم بين الصاروخ والطائرة هو أنه يجب أن يحمل ليس فقط الوقود، ولكن أيضًا مادة مؤكسدة ضرورية لاحتراقه. المواد من بيئةهي لا تنطبق.

يتم تحديد سرعة طيران الصاروخ من خلال سرعة وحجم الكتلة المقذوفة أثناء الطيران. أي أنه يطير بشكل أسرع، وكلما كانت المادة أثقل التي يمكنه التخلص منها، زاد حجمها سرعة أعلىتستطيع فعلها. ولضمان هذه العملية، من الضروري تحويل طاقة الوقود والمؤكسد إلى انبعاثات تفاعلية بأكبر قدر ممكن من الكفاءة.

كم عمر الصواريخ حقا؟

"أقل من مائة"، سوف يجيب كل شخص تقريبًا بثقة. وسيكون مخطئا، لأنه منذ ألفي عام، تم إجراء محاولات لإنشاء صواريخ في الصين. ثم حاولوا إطلاق الصواريخ باستخدام خليط من الفحم (الوقود) والملح الصخري (المؤكسد) والكبريت (المحفز).

وبطبيعة الحال، لم يحقق هذا أي نتائج مبهرة.

ومع تطور العلم، أصبح من الواضح أن الوقود الصلب لم يكن مناسبًا لهذا الغرض على الإطلاق: فقد كانت كفاءته منخفضة للغاية، وكان من المستحيل تقريبًا التحكم في الاحتراق في صاروخ طائر.

أحدث نظريات الصواريخ

في بداية القرن العشرين، ظهرت التطورات الأولى محركات الصواريخالوقود السائل مع التوجه المتحكم فيه. من الناحية النظرية، كل شيء سار على ما يرام: نأخذ الكحول وعامل مؤكسد، ونبني غرفة خاصة. تحترق المواد ويتم إخراجها من الفوهة بسرعة كبيرة، مما يوفر الدرجة المطلوبة من الدفع النفاث. نحن نتحكم في الجر من خلال تنظيم توريد المواد.

ولكن ماذا عن حقيقة أن الوقود مطلوب مرتين؟ بعد كل شيء، يدخل الصاروخ أولا مدار الأرض ثم يعود إلى الأرض. وللقيام بذلك، يجب أولاً تسريعه ثم إبطائه؛ وكل هذا يحتاج إلى وقود، ويجب أن يحمله الصاروخ معه. وكلما زاد الوزن، كلما كانت المرحلة الأولى أقوى، وإلا فإن الصاروخ لن يغادر الأرض على الإطلاق.

وسرعان ما توصلوا إلى استنتاج مفاده أنهم يحتاجون إلى ناقلات مختلفة بأنواع مختلفة من الوقود من أجل الإطلاق الفعال. وكان الاختيار بين الكيروسين والكحول، وكان العامل المؤكسد هو حمض النيتريك أو الأكسجين السائل. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، تم استخدام خليط من الكيروسين والأكسجين السائل في عمليات الإطلاق المأهولة؛

ثم ظهرت خيارات أخرى. ولا يزال الهيبتيل مع حمض النيتريك يُستخدم لإطلاق البضائع إلى المدار. في الولايات المتحدة الأمريكية، عند إطلاق أبولو، تم استخدام مزيج من الكيروسين والأكسجين في المرحلة الأولى، وتم استخدام ترادف الهيدروجين السائل والأكسجين السائل في المرحلة الثانية والثالثة. أظهر الخيار الأخير فعالية ممتازة ويستخدم على نطاق واسع حتى يومنا هذا.

كيف تطورت هذه الصناعة؟

تم العمل على تحسين كفاءة الكيروسين منذ الخمسينيات. والنتيجة هي ظهور مادة سينتين، التي تعاني أيضًا من مشاكل معينة، والموارد اللازمة لإنتاج الكيروسين ليست لا نهاية لها. بجانب، خزانات الوقودتتطلب مساحة كبيرة وحجمًا كبيرًا، وتصبح هذه المشكلة أكثر حدة كلما طالت مدة التخطيط للرحلة.

وعندما ظهرت فكرة استخدام الغاز المسال بدلا من الكيروسين، لفت الميثان انتباه العلماء. ومن مزاياها أنها لا تشكل السخام عند حرقها، مما يجعل من الممكن إنشاء محركات صاروخية قابلة لإعادة الاستخدام.

لقد تغير أيضًا النظرة إلى العوامل المؤكسدة المستخدمة. أصبح بيروكسيد الهيدروجين وأحماض النيتريك والبيركلوريك وغيرها من العوامل المؤكسدة التي تحتوي على الأكسجين منتشرة على نطاق واسع. في الواقع، العامل المؤكسد الأكثر فائدة هو الأكسجين السائل - الأحماض والعوامل المؤكسدة الأخرى لا تحتوي على أكثر من ¾ منه، والباقي هو في الأساس صابورة.

بدءًا من السبعينيات، بدأ استخدام محفزات الاحتراق على نطاق واسع من أجل زيادة اكتمال احتراق الوقود، والقضاء على الاحتراق السفلي، وزيادة كفاءة المحرك.

ماذا يفعل الكيميائيون اليوم؟

محاولة الحصول على خيارات وقود أكثر كفاءة وأرخص. لقد جربنا أيضًا تركيبات تعتمد على الفلور النقي والكوبالت والبريليوم.

في الواقع، أصبح مفهوم وقود الصواريخ في حد ذاته الآن غير دقيق بعض الشيء. لم نعد نتحدث عن المواد التي يمكن أن تحترق وتنتج انبعاثات، بل عن تركيبات جديدة، ومصادر جديدة للطاقة تطلقها دون احتراق نفسها.

لذا، إذا أخذت كيلوغرامًا واحدًا من الهيدروجين الذري (المقسم إلى ذرات)، ثم قمت بدمج ذراته مرة أخرى لتشكل جزيئات، فيمكنك الحصول على إطلاق حراري هائل، يكفي لغلي خمسمائة لتر من الماء. ًيبدو جيدا؟ نعم، ولكن هناك أيضا عيوب - عدم الاستقرار الشديد للهيدروجين الذري وصعوبة الحصول عليه بكميات كبيرة.

ويستمر المصممون في المطالبة بحلول "مدمجة" من شأنها تقليل حجم خزانات وقود الصواريخ.

ماذا تتوقع في المستقبل القريب؟

منذ عشر سنوات، يجري تطوير واختبار المحركات التي تعمل بالغاز الطبيعي. وتتمثل ميزة هذا الوقود في توفره على نطاق واسع وسعره المنخفض واحتياطياته التي لا تنضب عمليا.

إن المحركات الأيونية والبلازما تعمل بالفعل، وهناك حديث جدي عن الأنظمة التي تعمل بالطاقة الذرية.

على ما يبدو، فإن عصر الوقود الفضائي الجديد قادم - وهذا حرفيا مسألة عقد واحد. وربما تصبح هذه التركيبات الجديدة نقطة انطلاق للاستخدام الواسع النطاق للوقود النووي كوقود للصواريخ.

في محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل، يتم تخزين الوقود والمؤكسد في خزانات منفصلة. يتم تغذيتها من خلال نظام من الأنابيب والصمامات والمضخات التوربينية إلى غرفة الاحتراق، حيث تتحد وتحترق لإنتاج قوة الدفع. تعد محركات الصواريخ السائلة أكثر تعقيدًا من نظيراتها التي تعمل بالوقود الصلب. ومع ذلك، لديهم العديد من المزايا. ومن خلال تنظيم تدفق المواد المتفاعلة إلى غرفة الاحتراق، يمكن اختناق المحرك أو إيقافه أو إعادة تشغيله.

يمكن تقسيم الوقود السائل المستخدم في صناعة الصواريخ إلى ثلاثة أنواع: الوقود الهيدروكربوني (الذي يعتمد على البترول)، والوقود المبرد، والاحتراق الذاتي.

الوقود البترولي هو بترول مكرر ويتكون من خليط من الهيدروكربونات المعقدة. مثال على وقود الصواريخ هذا هو نوع من الكيروسين عالي النقاء. يتم استخدامه عادةً مع الأكسجين السائل كعامل مؤكسد.

يتكون وقود الصواريخ المبرد في الغالب من الهيدروجين السائل الممزوج بالأكسجين السائل. درجات الحرارة المنخفضة تجعل من الصعب تخزين الوقود لفترات طويلة من الزمن. وعلى الرغم من هذا العيب، يتمتع وقود الصواريخ السائل بميزة إطلاق كمية هائلة من الطاقة عند حرقه.

وقود الصواريخ ذاتي الاشتعال عبارة عن خليط مكون من عنصرين يشتعل عند ملامسته للهواء. إن التشغيل السريع للمحركات المبنية على هذا النوع من الوقود يجعلها خيارًا مثاليًا لأنظمة المناورة سفن الفضاء. ومع ذلك، فإن هذا الوقود قابل للاشتعال للغاية، لذلك يلزم اتخاذ تدابير أمنية خاصة عند العمل معه.

وقود الصواريخ الصلب

تصميم محركات الوقود الصاروخي الصلب بسيط للغاية. يتكون من جسم فولاذي مملوء بخليط من المركبات الصلبة (الوقود والمؤكسد). تحترق هذه المكونات بسرعة عالية، وتترك الفوهة وتخلق قوة دفع. ويتم اشتعال وقود الصواريخ الصلب في وسط الخزان، ثم تنتقل العملية إلى جوانب الجسم. يحدد شكل القناة المركزية سرعة وطبيعة الاحتراق، وبالتالي يوفر طريقة للتحكم في الدفع. على عكس المحركات النفاثة السائلة، لا يمكن إيقاف محرك الحالة الصلبة بعد بدء التشغيل. بمجرد بدء العملية، سوف تحترق المكونات حتى نفاد الوقود.

هناك نوعان من الوقود الصلب: متجانس ومركب. كلا النوعين مستقران جدًا في درجات الحرارة العادية كما يسهل تخزينهما.

الفرق بين الوقود المتجانس والمركب هو أن النوع الأول هو نوع واحد من المادة - غالباً ما يكون نيتروسليلوز. يتكون الوقود المركب من مساحيق غير متجانسة تعتمد على الأملاح المعدنية.

وقود الصواريخ الهجين

تشكل المحركات الصاروخية التي تعمل بهذا النوع من الوقود مجموعة وسيطة بين وحدات الطاقة ذات الحالة الصلبة والسائلة. في هذا النوع من المحركات، تكون إحدى المادتين صلبة والأخرى سائلة. العامل المؤكسد عادة ما يكون سائلا. الميزة الرئيسية لهذه المحركات هي أن لديها كفاءة عالية. وفي هذه الحالة يمكن إيقاف احتراق الوقود أو حتى إعادة تشغيل المحرك.

لنبدأ بالشيء الأكثر أهمية - مع Km0. هذه النسبة مهمة جدًا بالنسبة لمحرك الصاروخ، لأنها الوقود الموجود فيه يمكن أن يحترق بشكل مختلف. ومع ذلك، هذا ليس حرق الخشب المعتاد في الموقد، حيث يعمل الأكسجين الجوي كعامل مؤكسد. إن احتراق الوقود في غرفة محرك الصاروخ هو في المقام الأول تفاعل أكسدة كيميائي يطلق الحرارة. ويعتمد مسار التفاعلات الكيميائية بشكل كبير على عدد المواد التي تتفاعل (نسبتها). كيف تغفو أثناء الدفاع عن مشروع الدورة أو الامتحان أو إجراء الاختبار. تعتمد قيمة Km0 على التكافؤ الذي يمكن أن تظهره العناصر الكيميائية في الشكل النظري للمعادلة تفاعل كيميائي. مثال لـ LRT: AT+UDMH.

تصنيف الوقود الكيميائي لمحركات الصواريخ

قائمة المصطلحات

• محرك الصاروخ السائل (LPRE) هو محرك صاروخي سائل.
• العلاج التعويضي بالهرمونات هو وقود صاروخي كيميائي.
• LRT- وقود الصواريخ السائل.
• وحدة المضخة التوربينية TNA.
• كانساس - غرفة الاحتراق.
• كم المواد الإنشائية.
• عامل مؤكسد O.
• الوقود G.
• وقود الصواريخ (وقود الصواريخ، حتى لا يتم الخلط بينه وبين RT، انظر أدناه) هو مادة تخضع لتفاعلات كيميائية أو نووية أو كهروحرارية في محرك الصاروخ لتوليد قوة الدفع.
• سائل العمل (WF) هو مادة تحدث بها تحولات فيزيائية وكيميائية مختلفة داخل RD، مما يشكل عملية عملها.
• النسبة المتكافئة لمكونات الوقود (Km0)() هي نسبة كتلة المؤكسد إلى كتلة الوقود في التفاعلات المتكافئة.
• تركيبة الوقود عبارة عن أجزاء قابلة للاحتراق وغير قابلة للاشتعال (بشكل عام).
  أنواع الوقود (بشكل عام).

من المعلمات المهمة معامل المؤكسد الزائد (يُشار إليه بالحرف اليوناني "α" مع الحرف المنخفض "تقريبًا") ونسبة الكتلة للمكونات Km.

كم=(dmok./dt)/(dmg../dt)،

أولئك. نسبة تدفق كتلة المؤكسد إلى تدفق شاملوقود. وهي محددة لكل وقود. من الناحية المثالية، فهي عبارة عن نسبة متكافئة من المؤكسد والوقود، أي. يوضح عدد كجم من المؤكسد اللازم لأكسدة 1 كجم من الوقود. ومع ذلك، فإن القيم الحقيقية تختلف عن القيم المثالية. نسبة الكيلومترات الحقيقية إلى المثالية هي معامل الأكسدة الزائد.

كقاعدة عامة αok.<=1. И вот почему. Зависимости Tk(αок.) и Iуд.(αок.) нелинейны и для многих топлив последняя имеет максимум при αок. не при стехиометрическом соотношении компонентов, т.е макс. значения Iуд. получаются при некотором снижении количества окислителя по отношению к стехиометрическому.

متطلبات ZhRT:

1. المتطلبات من وجهة نظر ديناميات الغاز الحراري.
2. التصميم.
3. التشغيلية.

هذه المتطلبات هي مثال كلاسيكي على "البجعة السرطانية والبايك"، والتي تسحب في اتجاهات مختلفة:

• من وجهة نظر الديناميكا الحرارية للمحركات التي تعمل بالوقود السائل، للحصول على الحد الأقصى. ومن الضروري أن: كان الوزن الجزيئي لمنتجات الاحتراق في حده الأدنى، وكان المحتوى الحراري المحدد هو الحد الأقصى.
• من وجهة نظر المصمم، يجب أن يكون الوقود: تكون ذات كثافة قصوى، خاصة في المراحل الأولى. من الواضح أن هذا المطلب لا يتوافق مع الرغبة في الحد الأدنى من الوزن الجزيئي.

من الناحية التشغيلية:

• يجب أن يكون الوقود مستقرًا كيميائيًا؛
• ومن المرغوب فيه أن تخزين الوقود وتزويده بالوقود لا يسبب أي مشاكل خاصة؛

• الحد الأدنى من خطر انفجار الوقود.

• الحد الأدنى من سمية كل من الوقود نفسه ومنتجات الاحتراق؛
• الحد الأدنى من التكلفة وتكنولوجيا الإنتاج المتقنة.

تتم إضافة متطلبات إضافية هنا أيضًا، والتي يجب من خلالها البحث عن الإجماع والتسوية:

• يجب أن يتمتع مكون واحد على الأقل بخصائص جيدة كمبرد. يعد هذا ضروريًا لأنه من الضروري تبريد CS بشيء ما.

• من المرغوب فيه أن يكون أحد مكونات الوقود عبارة عن سائل عمل جيد لتوربينات الشاحن التوربيني؛

• أهمية عظيمةلديه ضغط بخار مشبع (تقريبًا، الضغط الذي يبدأ عنده السائل بالغليان عند درجة حرارة معينة). تؤثر هذه المعلمة بشكل كبير على تصميم المضخات ووزن الخزانات.

• الحد الأدنى من العدوانية تجاه محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل. وبخلاف ذلك، يجب اتخاذ تدابير خاصة لحماية الهيكل من الوقود.

جميع عمليات التلاعب في المنزل (المرآب) بمثل هذه المكونات الكيميائية خطيرة للغاية ومن الأفضل عدم الاقتراب من أماكن انسكابها بدون معدات حماية وقناع غاز:


اتصل بوزارة حالات الطوارئ. سيتم اختيار كل شيء بشكل احترافي.

المؤسسة التعليمية لميزانية الدولة الفيدرالية للتعليم المهني العالي

(FSBEI HPE)

"جامعة أستراخان التقنية الحكومية" (AGTU)

"معهد التقنيات البحرية والطاقة والنقل" (IMTEiT)

قسم هندسة الطاقة الحرارية (HEAT)

عمل الدورة

في الانضباط "الوقود"

حول موضوع "وقود الصواريخ"

مكتمل

طالب في مجموعة TET-21

بريكاتشيكوف أ.أ.

المراجعون:

طلاب مجموعة TET-21

بوتياتين إس إس، تشيدكوف إس إم.

مدرس:

دكتور في العلوم الكيميائية البروفيسور ريابوخين يو.

أستراخان-2012

1. الخلفية التاريخية

الأنواع الرئيسية لوقود الصواريخ

1 وقود الصواريخ السائل

1.1 العوامل المؤكسدة

1.2 الوقود

1.3 مقارنة بين أنواع وقود الصواريخ السائلة الأكثر شيوعًا

2 وقود الصواريخ الصلب

2.1 مساحيق الصواريخ

2.2 الوقود الدافع المخلوط

فهرس

. مرجع تاريخي

ظهرت صواريخ الوقود الصلب في وقت أبكر بكثير من الصواريخ ذات المحركات الصاروخية السائلة (LPRE). لقد أصبحت هذه الأخيرة مألوفة جدًا بالنسبة لنا لدرجة أننا ننسى متى بدأ استخدامها لغزو الفضاء وفي العمليات القتالية للأطراف المتحاربة. وقد حدث هذا منذ حوالي 50 عامًا فقط. قبل ذلك، تم تشغيل واستخدام الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، أو الصواريخ ذات المحركات المسحوقة، بنجاح من قبل القوات لعدة قرون. إمكانية استخدام السوائل، بما في ذلك الهيدروجين السائل H2 والأكسجين O2، كوقود للصواريخ، أشار إليها K. E. Tsiolkovsky<#"justify">2. الأنواع الرئيسية لوقود الصواريخ

يعتمد اختيار وقود الصواريخ على عدة عوامل. لا يوجد وقود مثالي؛ لكل منها إيجابياته وسلبياته. عوامل مثل السعر، والنبض المحدد، ومعدل الاحتراق، ومعدل الاحتراق مقابل وظيفة الضغط، والسلامة وقابلية التصنيع، وغيرها يمكن أن تؤثر على اختيار الوقود.

2.1 الوقود السائل

مؤكسدو وقوديتم وضع الوقود المكون من مكونين في حاويات منفصلة - خزانات، وباستخدام أجهزة مختلفة، يتم تغذيتها بشكل منفصل في غرفة المحرك للاحتراق. يتمتع الوقود السائل المكون من مكونين حاليًا بأوسع تطبيق، نظرًا لأنه يوفر أعلى قوة دفع محددة للمحرك، ويتيح لك بسهولة ضبط حجم واتجاه الدفع أثناء الطيران، بالإضافة إلى إيقاف تشغيل المحرك وإعادة تشغيله. عيب أنواع الوقود هذه هو التصميم المعقد للمحرك الذي يحتوي على عدد كبير من الأجزاء والمكونات مع نظام تحكم وتنظيم معقد.

ل الاشتعال الذاتيوتشمل هذه أنواع الوقود المكونة من عنصرين، والذي يبدأ احتراقه من تلقاء نفسه عندما يتم خلط المؤكسد والوقود في غرفة المحرك.

غير قابلة للاشتعال الذاتييتطلب الوقود استخدام وسائل إشعال إضافية لبدء الاحتراق عند بدء تشغيل المحركات. يضمن الوقود ذاتي الإشعال تشغيلًا أكثر موثوقية للمحرك وتشغيلًا مستقرًا.

سائل مكون واحدالوقود مُجهز مسبقًا خليط غير قابل للاشتعال من المؤكسد والوقودبالنسبة اللازمة للاحتراق أو مادة سائلة تتحلل في ظل ظروف معينة مع إطلاق الحرارة وتكوين الغازات. يتم وضع الوقود أحادي المكون على الصاروخ في خزان واحد ويتم توفيره على طول خط واحد إلى غرفة الاحتراق من خلال الفوهات.

ميزةمن هذا النوع من الوقود بالمقارنة مع تلك المكونة من عنصرين تبسيط تصميم المحرك، حيث أن هناك حاجة إلى سطر واحد فقط من نظام الإمداد. لكن أنواع الوقود هذه لا تستخدم على نطاق واسع في محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل، لأنها لا تستطيع توفير الدفع المحدد اللازم. إن أنواع الوقود المكونة من عنصر واحد والتي توفر قوة دفع محددة كافية غير مناسبة للاستخدام بسبب ميلها الكبير إلى الانفجار التلقائي. يعد الوقود الأحادي المكون خطيرًا أيضًا عند استخدامه لتبريد غرفة الاحتراق. يتم استخدام أنواع الوقود هذه في الغالب للأغراض المساعدة فقط: للمحركات منخفضة الدفع، والتي تستخدم للتحكم في الطائرات واستقرارها، وكذلك لتدوير توربينات وحدات المضخة التوربينية لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل.

الجدول 1. الخصائص الرئيسية للوقود السائل ثنائي المكونات مع النسبة المثلى للمكونات (الضغط في غرفة الاحتراق 100 كجم / سم 2عند مخرج الفوهة 1 كجم/سم2 ).

وقود الأكسيليا الإجمالي *، سعر حراري / كجم فلوتا *، شبكة جم / سم 2 في غرفة الاحتراق، دفعة كوداتني في الفراغ، حمض الأكازوتيك (98٪) الكيروسين 14601،362980313TG-0214901.323000310ANILIN (80٪) + FURFURIL FIRILS (80٪) ) 20 %) 14201.393050313 أكسجين سائل كحول (94%) 20200.393300255 هيدروجين 20200.323250391 كيروسين 22001.043755335 UDMH 22001.023670344 هيدرازين 22301.073446346 Am المونيوم ak22000,843070323ATالكيروسين 15501,273516309NDMH22001,203469318هيدرازين22301,233287322الفلور السائل الهيدروجين 23000,624707412هيدرازين22301,314775370

في الوقود المكون من مكونين، للاحتراق الكامل لكلا المكونين، لكل وحدة كتلة لأحدهما، يلزم وجود كمية محددة بدقة من الآخر. وبالتالي، لحرق 1 كجم من الكيروسين، يتطلب الأمر 15 كجم من الهواء، أو 5.5 كجم من حمض النيتريك، أو 3.4 كجم من الأكسجين السائل. في محركات الصواريخ السائلة مكتملة عمليا يتم توفير المؤكسد للغرفة بكميات أقل قليلاًمما هو مطلوب للاحتراق الكامل.

وتبين أنه في هذه الحالة يتم الحصول على أعلى قيمة للدفع النوعي. والسبب هو أنه مع انخفاض استهلاك المؤكسد، يتغير تكوين منتجات الاحتراق قليلا. ونتيجة لذلك، تقل عملية التحلل الحراري لجزيئات الغاز - نواتج الاحتراق - إلى ذرات وأيونات، والتي تحدث مع امتصاص كبير للحرارة وانتقالها عديم الفائدة إلى خارج الفوهة، وتتضاءل شروط تحويل الطاقة في الفوهة. تحسنت أيضا.

بالنسبة لتشغيل الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل، فإن درجة غليان الوقود لها أهمية كبيرة. وتنقسم جميع مكونات الوقود إلى غليان عاليو غليان منخفض.

ل غليان عاليتشمل المؤكسدات والمواد القابلة للاحتراق، والتي يمكن احتواؤها في حالة سائلة عند درجات حرارة التشغيل العادية للصاروخ (تصل إلى +150 0ج) تحت الضغط الجوي أو المرتفع، والباقي يشير إلى غليان منخفض.

2.1.1 العوامل المؤكسدة

في الصواريخ السائلة كمية المؤكسد بالكتلة تتجاوز كمية الوقودفي المتوسط ​​3-6 مرات، وكتلة الوقود أكبر 9 مرات من كتلة هيكل المحرك.

تعتمد خصائص الوقود إلى حد كبير على طبيعة المؤكسد. على سبيل المثال، من حيث أهم خاصية - الدفع المحدد - يختلف الوقود "الأكسجين السائل والكيروسين" عن الوقود "حمض النيتريك والكيروسين" بنحو 15٪.

من بين المؤكسدات منخفضة الغليان، الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في المحركات الشائعة هو الأكسجين السائل. إمكانية الاستخدام الفلور السائل، صلاته مع الأكسجينو الأوزون.

من بين تلك عالية الغليان، يتم استخدامها على نطاق واسع حمض النيتريكوخلطاته مع رابع أكسيد النيتروجين. يمكن تطبيقها رابع أكسيد النيتروجين, بيروكسيد الهيدروجين. يجري التحقيق في المركبات فلوريدمع الكلورو تيترانيتروميثان.

دعونا نلقي نظرة على بعض أنواع العوامل المؤكسدة.

1. الأكسجين السائل (O 2 ). وهو سائل مزرق متحرك أثقل قليلاً من الماء.

الخصائص : الأكسجين هو واحد من أكثر عوامل مؤكسدة قويةحيث أن جزيئه لا يحتوي على ذرات لا تدخل في عملية الأكسدة كما هو الحال مثلاً في حمض النيتريك. الوقود أكثر كفاءة من مع الأكسجينلا يمكن الحصول عليه إلا من الأوزون, الفلورأو فلوريد الأكسجين.

الملكية الرئيسيةالذي يحدد ميزات العمل مع السائل الأكسجين، يكمن في نقطة غليان منخفضة. ولهذا السبب فإنه يتبخر بسرعة كبيرة مما يسبب خسائر كبيرة أثناء تخزين الصاروخ وتزويده بالوقود. خزان الصاروخ مملوء بالسائل الأكسجينقبل إطلاق الصاروخ مباشرة. تصل نسبة فقدان التبخر أثناء التزود بالوقود إلى 50%، وعند الاحتفاظ بها في الصاروخ تصل إلى 3% في الساعة. سائل الأكسجينيتم تخزينها ونقلها في حاويات خاصة - خزانات معدنية ذات عزل حراري جيد.

سائل الأكسجين ليست سامة. إن الاتصال القصير به بكميات صغيرة مع المناطق المفتوحة من جسم الإنسان ليس خطيرًا: فالطبقة الغازية الناتجة تمنع الجلد من التجمد.

سائل الأكسجين- واحدة من أكثر عوامل مؤكسدة رخيصةوهو ما يفسر سهولة الإنتاج ووفرة المواد الخام. يشكل 89% من وزنه في الماء، وفي الهواء 23%. عادة الحصول على الأكسجينمن الهواء، عن طريق الإسالة والفصل في صورة سائلة من نتروجينوغيرها من غازات الغلاف الجوي للأرض.

2. حمض النتريك (HNO 3 ) . حمض النيتريك النقي كيميائيًا بنسبة 100% هو سائل ثقيل عديم اللون وشديد الحركة ويدخن بقوة في الهواء.

الخصائص : 100% حمض النيتريك غير مستقرة وتتحلل بسهولةإلى الماء، الأكسجينو أكاسيد النيتروجين.

HNO 3 - عامل مؤكسد قوي، حيث يحتوي جزيئه

% الأكسجين. عندما تتأكسد أنواع الوقود المختلفة، فإنها تتحلل إلى الماء، الأكسجينو نتروجين. إنه يقارن بشكل إيجابي مع جميع العوامل المؤكسدة المستخدمة على نطاق واسع الثقل النوعي العالي. بسبب قدرة حرارية عاليةيمكن استخدامه كعنصر تبريد في غرفة محرك الصاروخ السائل.

في ظل ظروف التشغيل العادية حمض النيتريك- السائل، ومن مميزاته. الصواريخ،حيث يتم استخدامه كعامل مؤكسد، يمكن تخزينها وإعادة تعبئتها لفترة طويلة، في استعداد دائم للانطلاق. وتشمل عيوب العملية زيادة كبيرة في الضغطفي حاويات محكمة الغلق مع حمض النيتريك،بسبب عملية تحللها. العيب الرئيسي حمض النيتريك - التآكل العاليفيما يتعلق بمعظم المواد. عدوانية حمض النيتريكيجعل التعامل معها أكثر صعوبة. يتم تخزينها ونقلها باستخدام حاويات خاصة.

عيوب : حمض النيتريكلديه سامةملكيات. يؤدي ملامسة جلد الإنسان إلى ظهور تقرحات مؤلمة وطويلة الأمد. الأبخرة ضارة بالصحة أيضًا حمض النيتريك. هم أكثر سمية أول أكسيد الكربون 10 مرات.

سعر حمض النيتريكصغير. الطريقة الرئيسية للحصول على حمض النيتريكيتكون من الأكسدة الأمونيا الأكسجينالهواء في الوجود البلاتينوتذويب الناتج أكاسيد النيتروجينفي الماء.

ن 2+ 2 أو2 => 2 لا 2

. رابع أكسيد الدينتروجين (ن 2 يا 4 ) . وهو سائل أصفر في درجات الحرارة العادية.

الخصائص : مع زيادة درجة الحرارة يتحلل إلى ثاني أكسيد النيتروجينباللون البني المحمر، أو ما يسمى بـ "الغاز البني".

عدة عامل مؤكسد أكثر فعالية، كيف حمض النيتريك. الوقود المعتمد عليه له قوة دفع محددة أعلى بحوالي 5٪ من حمض النيتريك.

عيوب : فيما يتعلق بالمواد رابع أكسيد ثنائي النيتروجينح أقل عدوانية بكثير، كيف حمض النيتريكولكن ليس أقل سامة.

العيب الرئيسي هو نقطة غليان منخفضةو ارتفاع درجة حرارة المعالجةمما يقلل بشكل حاد من إمكانية استخدامه في وقود الصواريخ شكل نقي. تم تحسين شروط استخدامه في المخاليط مع غيرها أكاسيد النيتروجين.

4. بيروكسيد الهيدروجين (ح 2 يا 2 ). سائل ثقيل شفاف عديم اللون.

الخصائص: بيروكسيد الهيدروجين هو مركب كيميائي غير مستقر يتحلل بسهولة إلى الماء و الأكسجين. يزداد الميل للتحلل مع زيادة التركيز. التحلل يولد كمية كبيرة من الحرارة.

الأكثر انتشارا محاليل مائيةتركيز بيروكسيد الهيدروجين 80% و90%. يمكن تحقيق المقاومة الكيميائية للحلول وسلامة العمل بها عن طريق التقديم مواد استقرار. وتشمل هذه الفوسفور, خلو حمض الأكساليك. إلزامي حالة الاستقراربيروكسيد الهيدروجين - نقاء. صغير الشوائبوالتلوث بشكل حاد تسريع تحللهاويمكن أن يؤدي حتى إلى انفجار.

مقارنة مع حمض النيتريك بيروكسيد الهيدروجينلديه نشاط تآكل منخفضولكنه يؤكسد بعض المعادن.

عيوب : بيروكسيد الهيدروجين قابل للاشتعال والانفجار. تشتعل المواد العضوية بسهولة عند ملامستها لها. عند درجة حرارة +175 0ينفجر. الاتصال مع أسباب الجلد حروق شديدة.

في الوقت الحالي، لا يستخدم بيروكسيد الهيدروجين إلا قليلاً، لأن الوقود الذي يعتمد عليه يوفر قوة دفع منخفضة نسبيًا.

5. الفلور السائل (F 2 ). وهو سائل ثقيل ذو لون أصفر ساطع.

الخصائص: الفلورايد لديه خصائص أكسدة أفضل، كيف الأكسجين. من بين جميع العناصر الكيميائية هو الأكثر نشيطالدخول في مركبات تحتوي على جميع المواد المؤكسدة تقريبًا في درجة حرارة الغرفة العادية. في هذه الحالة، غالبا ما يحدث الاشتعال. حتى الأكسجينيتأكسد الفلور، مشتعلة في جوها.

بسبب نشاطه الكيميائي العالي بشكل استثنائي الفلوربجميع المواد القابلة للاشتعال يشكل وقودًا يشتعل ذاتيًا. ومع ذلك، فإن الوقود المفلور يوفر قوة دفع محددة أعلى من الوقود المفلور الأكسجينفقط إذا كان الوقود غنيا هيدروجين. المواد القابلة للاحتراق تحتوي على الكثير كربون، شكل مع الفلوروقود أقل كفاءة بشكل ملحوظ.

عيوب : الفلورجداً سامة. إنه يؤدي إلى تآكل الجلد والعينين والجهاز التنفسي بشدة. وفي تكنولوجيا الصواريخ، يتم استخدامه حتى الآن فقط في المحركات التجريبية.

2.1.2 الوقود

كوقود في الوقود السائل، يتم استخدام المواد التي تكون فيها ذرات العناصر الكيميائية القابلة للأكسدة هي ذرات كربونو هيدروجين. يوجد عدد كبير جدًا من المركبات الكيميائية لهذه العناصر في الطبيعة. معظمها مواد عضوية.

حاليًا، تستخدم تكنولوجيا الصواريخ مجموعة واسعة من أنواع الوقود. على الرغم من أن الوقود يشكل 15-25٪ فقط من كتلة الوقود، إلا أنه الاختيار الصحيحمن الأهمية بمكان. فقط من خلال الجمع الناجح بين المؤكسد والوقود، يمكن تلبية المتطلبات الأكثر أهمية للوقود، إن لم يكن جميعها. معظم أنواع وقود الصواريخ عالية الغليان. مشتركهم عيب - الثقل النوعي المنخفض، مرة ونصف إلى مرتين أقل من العوامل المؤكسدة.

عمليا كوقود الصواريخ الهيدروكربونات الأكثر استخدامًاوهو أحد منتجات تكرير البترول (الكيروسين)، الأمينات, الأمونيا، الهيدرازينومشتقاته.

دعونا نلقي نظرة على بعض أنواع الوقود.

1. الهيدروكربونات (المنتجات البترولية) هي مخاليط من المركبات الكيميائية كربونمع هيدروجين. مستويات الطاقة لديهم أقل من تلك الموجودة في هيدروجين، بل أعلى من ذلك كربون. يستخدم الكيروسين على نطاق واسع.

مميزات الكيروسين: وهو سائل خفيف ذو درجة غليان عالية ومقاوم للغاية للتحلل عند تسخينه. الكيروسين ليس مادة ذات تركيبة محددة بدقةمع رقم واحد صيغة كيميائيةمما يجعل من المستحيل تحديد خصائصه بدقة. اعتمادا على حقل النفط، قد يختلف تكوين وخصائص الكيروسين. يحتوي الكيروسين الصاروخي على زيادة المحتوىهذه الهيدروكربونات، أيّ إنتاج ودائع أقلعند تبريد المحرك.

عيوب الكيروسين: وبالتالي فهو لا يشتعل عند ملامسته للعوامل المؤكسدة التقليدية يتطلب مصدر اشتعال خاص.

ويستخدم الكيروسين على نطاق واسع في وقود الصواريخ السائل. الأكسجين, حمض النيتريكالعوامل المؤكسدة و بيروكسيد الهيدروجين.

2. الأمينات - المركبات التي يتم الحصول عليها إذا كانت في الجزيء الأمونياذرة واحدة أو اثنتين أو ثلاث ذرات هيدروجينيستبدل المجموعات الهيدروكربونية. تُستخدم العناصر التالية في صناعة الصواريخ: ثلاثي إيثيل أمين، وأنيلين، وزيليدين، وما إلى ذلك.

خصوصية : الأمينات تتفاعل بقوة معحمض النيتريكو رابع أكسيد ثنائي النيتروجينمما يؤدي إلى الاشتعال الذاتي. من حيث الكفاءة والوقود على أساس الأميناتبالقرب من الكيروسين. قدرة الأمينات سبب تآكل المعادن منخفض. يتم تخزينها ونقلها في حاويات مصنوعة من معادن حديدية عادية.

عيوب: للأمينات تكلفة أعلى بكثيرمقارنة بالكيروسين ، وكذلك السميةوالذي يظهر عند استنشاق الأبخرة وعند ملامسة الجلد.

لتحسين الخواص الفيزيائية والكيميائية، الأميناتيستخدم كوقود في خليط مع مواد أخرى، بما في ذلك غيرها الأمينات.

على أساس الوقود الأميناتوجدت التطبيق في الوقود الاشتعال الذاتي مع حمض النيتريك، رابع أكسيد النيتروجينوخليط منها.

3. هيدرازين . عندما يحترق الهيدرازين، تشارك الذرات فقط في تفاعل الأكسدة هيدروجين، أ نتروجينيتم إطلاقه بشكل حر، مما يزيد من كمية الغاز.

الهيدرازين هو سائل شفاف عديم اللون (نفس نطاق درجة حرارة الماء تقريبًا) وله رائحة تشبه الأمونيا. عادة تستخدم في مخاليط مع مواد أخرى.

الخصائص: الهيدرازين مادة فعالة قابلة للاشتعال. ومما يسهل ذلك حقيقة أن جزيئه يتشكل بامتصاص الحرارة التي تنطلق أثناء عملية الاحتراق بالإضافة إلى حرارة الأكسدة. الخاصية الإيجابية الأخرى هي الثقل النوعي العالي.

عيوب: الهيدرازين لديه ارتفاع درجة حرارة التصلب، وهو إزعاج كبير في العملية. تنفجر أبخرتها عند تسخينها وارتطامها. عندما يتعرض الأكسجينالهواء يتأكسد. الهيدرازين تآكل. إنهم مقاومون لها الألومنيوموسبائكها والفولاذ المقاوم للصدأ، بولي ايثيلين، بوليفلوروإيثيلين, البلاستيك الفلوري. الهيدرازين سامة، وهو مهيج للغشاء المخاطي للعين ويمكن أن يسبب العمى المؤقت.

4. ثنائي ميثيل هيدرازين غير متماثل وهو سائل شفاف عديم اللون ذو رائحة نفاذة.

الخصائص : بالمقارنة مع الهيدرازين، فهو أكثر ملاءمة للاستخدام، لأنه يظل سائلاً على نطاق أوسع من درجات الحرارة. لديه مقاومة جيدة للتدفئة. وعلى عكس الهيدرازين، فإن أبخرةه لا تنفجر من التأثيرات الخارجية. السمة الرئيسية هي النشاط الكيميائي العالي. يتأكسد بسهولة بواسطة الأكسجين الجوي، ومع حمض الكربونيك يشكل أملاحًا تترسب.

عيوب : ثنائي ميثيل هيدرازين (مقارنة بالهيدرازين) له كفاءة أسوأ كوقود، حيث أن جزيئه يحتوي، بالإضافة إلى ذرات الهيدروجين، على ذرات كربون أقل فعالية. يشتعل ذاتياً في الهواء عند درجة حرارة 250 0ج، مخاليط بخار ثنائي ميثيل هيدرازين مع الهواء تنفجر بسهولة، وهي كذلك سامة.

2.1.3 مقارنة أنواع وقود الصواريخ السائلة الأكثر شيوعًا

. وقود الأكسجين السائل يمد أعلى التوجه المحددمن جميع أنواع وقود الصواريخ المستخدمة حاليا. عيبهم الرئيسي هو نقطة غليان منخفضةمؤكسد. وهذا يجعل من الصعب استخدامها في الصواريخ القتالية التي يجب أن تكون جاهزة للإطلاق لفترة طويلة.

يمكن استخدام الأكسجين السائل مع أنواع الوقود القابلة للاشتعال مثل الكيروسين غير المتماثل ثنائي ميثيل هيدرازين, الأمونيا. مكان خاصيستهلك الوقود الأكسجين+ هيدروجين، والذي يوفر قوة دفع محددة أكبر بنسبة 30-40٪ من أنواع الوقود الشائعة الأخرى. هذا الوقود هو الأكثر ملاءمة للاستخدام في الصواريخ الكبيرة.

2. وقود حمض النيتريك في الخليط 20-30% أكاسيد النيتروجينكثيراً السفلي الأكسجينالوقود بدفعة محددة، ولكن لديها ميزة في الثقل النوعي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذه أنواع الوقود غليان عالي تخزين طويل المدىالمواد التي تسمح لك بإبقاء الصواريخ القتالية مجهزة تجهيزًا كاملاً وتزويدها بالوقود لفترة طويلة.

هناك مؤكسدات حمض النيتريك خصائص تبريد جيدة. ولكن بسبب درجات الحرارة المنخفضة نسبيا في غرفة الاحتراق، يمكن تبريد محركات الدفع المتوسطة والعالية عن طريق الوقود، على الرغم من أن الوقود يحتوي على كمية أقل منه من المؤكسد.

قابل للاشتعال كخليط الأمينات, ثنائي ميثيل هيدرازين غير متماثلوبعض المواد الأخرى استمارةمع مؤكسدات حمض النيتريك وقود الاشتعال الذاتي. الكيروسين وغيرها الهيدروكربونات تتطلب الاشتعال القسري.

3. وقود رابع أكسيد النيتروجين يعطي التوجه المحدد أعلى قليلامن أحماض النيتريك، ولكن لديها انخفاض الجاذبية النوعية. على الرغم من هذه العيوب التشغيلية مثل ارتفاع درجة حرارة تصلب المؤكسدوتستخدم في الصواريخ بعيدة المدى. تم استبدال هذا الوقود الأكسجينالوقود، لأنها تجعل من الممكن تخزين الصاروخ في حالة وقود جاهزة للإطلاق.

ميزة الوقود على أساس رابع أكسيد النيتروجين هي أيضا اشتعال الذاتي.

2.2 الوقود الصلب

بواسطة مظهر تمثل جميع رسوم الوقود الصلب المواد الصلبة الكثيفةالألوان الداكنة في الغالب. عادةً ما يكون لون مساحيق الصواريخ بنيًا داكنًا ولها مظهر يشبه القرن. إذا كانت تحتوي على مواد مضافة (على شكل السخام، على سبيل المثال)، فإن لونها أسود. يكون لون الوقود المخلوط أسود وأسود-رمادي اعتمادًا على لون الوقود والمواد المضافة، وعادةً ما يكون مشابهًا للمطاط المعالج بالكبريت بدرجة عالية، ولكنه أقل مرونة وأكثر هشاشة.

الوقود الصلب تقريبا آمنسواء من حيث التأثير على جسم الإنسان أو فيما يتعلق بمواد البناء المختلفة. عند تخزينها في الظروف العادية فإنها لا تنبعث منها مواد عدوانية. يمكن أن تسبب مساحيق الصواريخ، بسبب الخصائص المتطايرة للمذيب - النتروجليسرين (الشكل 1)، صداعًا قصير المدى وليس شديدًا.

رسم بياني 1. الصيغة الهيكلية للنيتروجليسرين

2.2.1 وقود الصواريخ

المساحيق الصاروخية عبارة عن أنظمة معقدة متعددة المكونات يكون لكل مادة فيها دورها الخاص للحصول على الخصائص المحددة لنوع معين من البارود. المكونات الرئيسية للبارود هي نترات السليلوز،والتي عند حرقها تطلق أكبر قدر من الطاقة الحرارية. كما أنها تحدد الخواص الفيزيائية والكيميائية للبارود. دعونا نلقي نظرة على بعض مكونات البارود.

1. نترات السليلوز يتم الحصول على النيتروسليلوز عن طريق معالجة السليلوز بخليط من أحماض النيتريك والكبريتيك. تسمى هذه المعالجة نترات. مواد خام - السليلوز(الألياف) مادة منتشرة في الطبيعة، يتكون منها الكتان والقنب والقطن وغيرها بالكامل تقريبًا.

نترات السليلوز هي كتلة فضفاضة. هم شديدة الاشتعالحتى من شرارة ضعيفة. يحدث الاحتراق بسبب الأكسجين الموجود في مجموعات النيترو و لا حاجة لإمدادات الأكسجين الخارجية. لكن الاستخدام المباشر النيتروسليلوزيتم استبعاده كوقود صاروخي، لأنه من المستحيل إجراء تهمة تحترق بموجب قانون محدد بدقة. حتى بعد الضغط القوي، فإنه يحتوي على العديد من المسام. لا يحدث احتراقه في الخارج فحسب، بل في الداخل أيضًا، حيث يخترق الغاز القابل للاشتعال من خلال المسام الموجودة في الداخل. بالتالي قد يحدث انفجارقادرة على تدمير المحرك. لمنع هذا ينتجون التلدين النيتروسليلوز، أي يحضر منه محلول صلب ذو تركيبة متجانسة، بدون مسام.

2. المذيبات والملدنات النيتروسليلوز - النتروجليسرين, النتروجليكولوبعض المواد الأخرى. وهي المكون الرئيسي الثاني للبارود من حيث الكتلة واحتياطي الطاقة. غالبا ما يطلق عليهم المذيبات المنخفضة المتطايرة، حيث أنه لا يتم إزالتها من المحلول أثناء عملية الإنتاج، ولكنها تبقى بالكامل في تركيبة البارود.

النتروجليسرين - مادة تتشكل أثناء النترات كحول ثلاثي الهيدريك جلسيرين- خليط نتروجينو حمض الكبريتيك. وهو سائل زيتي عديم اللون.

النتروجليسرين - متفجرة قوية. ينفجر بسهولة عند الاصطدام أو الاحتكاك. يحدث احتراقه بسبب الأكسجين الموجود في مجموعات النيترو. نظرًا لوجود فائض من الأكسجين في جزيئه، يتم استخدام جزء من الأكسجين لأكسدة النيتروسليلوز الإضافية، مما يؤدي إلى زيادة عامة في احتياطي الطاقة للوقود الصلب. مع زيادة محتوى النتروجليسرين في المساحيق ينموليس هم فقط مؤشرات الطاقة، لكن أيضا خطر الانفجارو حساسية الصدمة. توفر المساحيق الصاروخية التي تحتوي على نسبة عالية من النتروجليسرين قوة دفع نوعية عالية.

للتلدين النيتروسليلوزمن أجل تسهيل تكنولوجيا الإنتاج، وزيادة وقت التخزين ودرجة الحرارة المسموح بها للشحنات، يتم استخدام المذيبات الأخرى أيضا.

النتروجليكول مثل المتفجرة أقل حساسية للإجهاد الميكانيكي. يتم الحصول عليها عن طريق النترات أثلين كلايكول. مخزون الأكسجينيوجد في جزيئه أقل منه في الجزيء النتروجليسرينلذلك استخدمه كمذيب يزيد من سوء مستويات الطاقةالبارود.

يستثني النتروجليسرينو النتروجليكولفي بعض الأحيان يتم استخدام مثل هذا المذيب النيتروسليلوز، كيف نيتروجوانيدين.

3. الملدنات الإضافية والمواد التي تنظم خصائص الطاقة للوقود متوافقة مع المذيبات الأساسية. أنها لا تحتوي على أي نشاط أو القليل جدًا منه الأكسجينوبالتالي يتم إدخالها في تركيبة البارود بكميات صغيرة حتى لا تقلل من خصائص الطاقة الخاصة بها. وتشمل هذه مواد مثل دينيترولوين,ديبوتيل فثالات, ثنائي إيثيل فثالات.

4. المثبتات يتم إدخالها في تركيبة البارود لزيادة مقاومتها الكيميائية. عند تخزين البارود، يحدث التحلل النيتروسليلوزمع التعليم أكاسيد النيتروجينمما يؤدي إلى تسريع تحللها، مما يجعلها قابلة للانفجار. المثبتات تبطئ عملية التحلل النيتروسليلوز، التواصل مع البارزين أكاسيد النيتروجينفهي تربطها وتحولها إلى مواد غير نشطة كيميائيا.

5. تحسين المواد الاحتراق بوروخوف ، يمد التسريع, ابطئأو الاستقرارعملية الاحتراق في غرفة محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. وتشمل هذه عددًا كبيرًا من الأملاح أو أكاسيد المعادن المختلفة ( القصديرسن , المنغنيزمن , الزنكالزنك , الكرومسجل تجاري , يقودالرصاص , التيتانيومتي , البوتاسيومك , الباريومبا إلخ.).

6. المضافات التكنولوجية ؟ يتم إدخال المواد التي تسهل عملية صنع البارود في العمليات الأكثر أهمية ل تقليل الاحتكاك والضغط على الآلات. إنهم يلعبون دور مواد التشحيم داخل كتلة الوقود وبين الكتلة والأداة. ولهذا يستخدم الطباشير لتقليل الاحتكاك الداخلي، والفازلين وزيت المحولات، الجرافيت, ستيرات يقودوغيرها من المواد تقليل الضغط أثناء الضغط. يتم تقديمها بكميات صغيرة.

يتم إنتاج مساحيق الصواريخ وفقًا لمجمع المخطط التكنولوجياستخدام ارتفاع درجات الحرارة والضغط. تتضمن مهمة الإنتاج إنتاج شحنات مسحوقية صلبة ومتجانسة تلبي عددًا من المتطلبات الصارمة، من عدد كبير من المواد غير المتجانسة في المواد الكيميائية والكيميائية. الخصائص الفيزيائيةوكذلك حالة التجميع.

2.2.2 الوقود الدفعي المخلوط

الوقود المركب أبسط بكثير في التركيب مقارنة بالبارود. وهي تشمل عنصرين أو ثلاثة، ونادرا ما تكون أربعة مكونات. دعونا ننظر إلى بعض منهم.

1. مثل عامل مؤكسد الوقود المختلط وكقاعدة عامة، يتم استخدام أملاح الأحماض غير العضوية - نتروجينو الكلور. ميزتهم هي نسبة عالية من الأكسجين في الجزيء. كل منهم ما يقرب من نصف الأكسجين بالوزن. في الظروف العادية تكون مقاومة كيميائيًا، ولكن عند تسخينها بقوة فإنها تصبح مقاومة كيميائيًا قادرة على التحلل مع إطلاق الأكسجين الحر.بالإضافة إلى ذلك، تحتوي جميع العوامل المؤكسدة الصلبة على الأكسجينذرات العناصر الكيميائية القادرة على الأكسدة. لذلك، أثناء تحلل هذه العوامل المؤكسدة، جزء الأكسجينتبين أنها مرتبطة بهذه العناصر ومجانية الأكسجينيتم إطلاق كمية أقل بكثير مما هو موجود في الجزيء.

أكثر مؤكسد الوقود الصلب شيوعًا هو بيركلورات الأمونيوم . هذا الملح عبارة عن مسحوق بلوري أبيض (عديم اللون) ويتحلل عند تسخينه فوق 150 درجة 0ج. في الهواء يصبح رطباً قليلاً. حساس للصدمات والاحتكاك، خاصة في وجود الشوائب العضوية. يمكن أن يحترق بدون وقود وينفجر. عند حرقه، فإنه لا ينبعث منه مواد صلبة، ولكن منتجات الاحتراق تحتوي على غاز عدواني وسام إلى حد ما - كلوريد الهيدروجين (HCl)، والذي، في وجود الرطوبة، يشكل حمض الهيدروكلوريك معه. تتمثل مزايا بيركلورات الأمونيوم في أن درجة حرارة تحللها منخفضة وتتحلل فقط إلى منتجات غازية ذات وزن جزيئي منخفض، ولها استرطابية منخفضة، ويمكن الوصول إليها ورخيصة الثمن.

عامل مؤكسد آخر هو بيركلورات البوتاسيوم . يتحلل هذا الملح عند درجات حرارة أعلى من 440 درجة 0ج، لا يرطب في الهواء (غير استرطابي)، لا يحترق ولا ينفجر. كل الأكسجين الموجود في تركيبته نشط. عند حرقه، فإنه يطلق مادة صلبة - كلوريد البوتاسيوم، مما يخلق سحابة دخان كثيفة. إن وجود كلوريد البوتاسيوم في منتجات الاحتراق يؤدي إلى تفاقم خصائص وقود الصواريخ بشكل حاد، أي ظروف انتقال الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية في فوهة محرك الصاروخ.

عامل مؤكسد آخر يستخدم على نطاق واسع هو نترات الأمونيوم (نترات الأمونيوم)، وتستخدم أيضاً كسماد نيتروجيني. وهو مسحوق بلوري عديم اللون (أبيض). يتحلل عند درجة حرارة 243 0ج- قابلة للاشتعال والانفجار. أثناء الاحتراق، يتم إطلاق كمية كبيرة من المنتجات الغازية فقط. إن المخاليط التي تحتوي على مواد عضوية قادرة على الاحتراق التلقائي، لذا فإن تخزين وقود الصواريخ بناءً عليها يشكل مشكلة خطيرة. له خصائص سامة.

الأمثلة المذكورة لا تستنفد قائمة المؤكسدات المحتملة لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، والتي يمكن استخدامها، على سبيل المثال، بيركلورات الليثيوم, نيتروسيلو النيترونيوم, ثنائي النترات هيدرازينوإلخ.

2. المجلدات القابلة للاحتراق من الوقود المختلط - هذا المركبات العضوية ذات الوزن الجزيئي العالي، أو البوليمرات. البوليمراتهذه مركبات تتكون جزيئاتها من عدد كبير جدًا من الوحدات الأولية لنفس البنية. ترتبط الروابط الأولية ببعضها البعض لتشكل سلاسل طويلة من البنية الخطية أو المتفرعة. تعتمد خصائص البوليمر على التركيب الكيميائيالروابط الأولية وعددها وموقعها النسبي.

يتم الحصول على العديد من البوليمرات الصلبة من المواد السائلة - المونومراتوالتي تتكون جزيئاتها من عدد صغير نسبيا من الذرات. المونومرات قادرة على الاندماج تلقائيًا في سلاسل طويلة - البوليمرات؟ تسمى هذه العملية البلمرة.

لتسريع عملية البلمرة، أو التصلب، يتم استخدام بعض المواد الخاصة، والتي تسمى المبادرين، أو تصليب.

العديد من المركبات عالية الجزيئات قادرة على الخلط جيدًا والالتصاق بالمساحيق (مع عامل مؤكسد بلوري ومسحوق معدني)، ثم تتحول إلى كتلة متجانسة صلبة بعد البلمرة. عند تسخينها، تلين بعض البوليمرات، وتصبح لزجة، ويمكن أن تكون في هذا الشكل مزيج مع الحشو, تمسكهم بقوة. وفي الوقت نفسه، يمكن سكبها في قوالب والحصول على رسوم الوقود. الأحجام والأشكال المحددة.

لاستخدامها كمواد رابطة قابلة للاحتراق، والمركبات الاصطناعية مثل المطاط, الراتنجات والبلاستيك، و المنتجات البترولية الثقيلة - الأسفلت والقار. يختلف تكوين وخصائص المنتجات البترولية على مدى واسع جدًا، ولا يتم الحفاظ على الخواص الميكانيكية المطلوبة إلا ضمن نطاق درجات حرارة صغير. لهذا يتم استخدام المواد الاصطناعية في كثير من الأحيان، لها تركيبة أكثر ثباتًا وخصائص ميكانيكية أفضل. في الممارسة العملية، يتم استخدام المطاط - البولي يوريثين , بوتاديين وبوليسلفيد الراتنجات - البوليستر , الايبوكسي واليوريا وكذلك بعض المواد البلاستيكية التي تحتوي على ذرات نتروجين, الأكسجين, الكبريتأو الكلور.

أساسي عيوبراتنجات البوليمر والمواد البلاستيكية كمواد رابطة قابلة للاحتراق - مرونة منخفضةو زيادة الهشاشة في درجات الحرارة المنخفضة. المطاط الصناعي عموما خالي من هذه العيوب.

3. معادن مسحوقة يمكن إضافته إلى الوقود المختلط كمكون إضافي قابل للاحتراق. تلك المعدنية مناسبة لهذا الغرض. البريليوم, الليثيوم, الألومنيوم, المغنيسيوموكذلك بعض مركباتها. ونتيجة لإدخال هذه المعادن، زيادة في احتياطيات الطاقةالوقود، أي زيادات التوجه محددةالمحركات. وبالإضافة إلى ذلك، المضافات المعدنية زيادة الوزن النوعي للوقودمما يحسن أداء المحرك والصاروخ ككل. وينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أنه كلما زاد محتوى الوقود المحتوي على المعدن، كلما ارتفعت درجة حرارة منتجات الاحتراق. تحتوي جميع أنواع الوقود المختلط الحديثة تقريبًا على معادن كمكونات.

الوقود المعدني الأكثر فعالية هو البريليوم ومع ذلك، فإن احتمالات استخدام البريليوم محدودة للغاية، لأنه مخازن تافهةومنتجات الاحتراق شديدة سامة. المعدن التالي الأكثر فعالية هو الليثيوم . يتم إعاقة استخدامه نقطة انصهار منخفضة جدا (+186 0ج) و الاحتراق التلقائي في الهواءفي حالة منصهرة. الوقود المعدني الأكثر شيوعًا والأرخص هو الألومنيوم . إن استخدام مسحوق الألومنيوم المطحون جيدًا في أنواع الوقود المختلط ليس فقط يزيد من التوجه المحددالمحركات، ولكن أيضا يحسن الموثوقيةهُم يطلقويزيد من ثباتية احتراق الوقود. المغنيسيوم ونادرا ما يستخدم، لأنه ينتج قوة دفع محددة منخفضة في الوقود.

بالإضافة إلى المعادن النقية، تتم دراسة استخدام مركباتها مع الهيدروجين (الهيدريدات) كمواد إضافية قابلة للاحتراق.

4. المحفزات والمواد المضافة الأخرى يتم إدخالها في الوقود المختلط في كميات صغيرةل تحسين عملية الاحتراق(السخام وأملاح بعض المعادن) ، إعطاءوقود خصائص البلاستيك(الزيوت النباتية والمعدنية والاصطناعية)، وتحسين مدة الصلاحية واستقرار التركيب ( ثنائي إيثيل فثالات, مركزية الإيثيل)، تسهيل تكنولوجيا الإنتاج.

تتضمن تكنولوجيا تصنيع الشحنات من الوقود المختلط خلط مكونات الوقود والصب والمعالجة. بشكل عام، تعد عملية تصنيع الوقود المختلط أبسط من عملية تصنيع البارود، ولكن عند تصنيع شحنات كبيرة الحجم يتعين على المرء التغلب على صعوبات تكنولوجية كبيرة.

فهرس

مؤكسد وقود الصواريخ

مستخدم الموارد الإلكترونية:

1. “الوقود الصاروخي للصواريخ الباليستية الحديثة العابرة للقارات”.

. أ.ف. كاربينكو "من تاريخ صواريخ الوقود الصلب."

. ويكيبيديا (الموسوعة الحرة).

التدريس

هل تحتاج إلى مساعدة في دراسة موضوع ما؟

سيقوم المتخصصون لدينا بتقديم المشورة أو تقديم خدمات التدريس حول الموضوعات التي تهمك.
تقديم طلبكمع الإشارة إلى الموضوع الآن للتعرف على إمكانية الحصول على استشارة.

وقود الصواريخ السائل- وقود الصواريخ الكيميائي، وجميع مكوناته في حالة سائلة تحت ظروف التشغيل. تعتمد المحركات الصاروخية الحديثة التي تعمل بالوقود السائل على استخدام وقود الصواريخ المكون من مكونين، والذي يطلق الطاقة نتيجة تفاعل المؤكسد والوقود.

اعتمادًا على نوع المكونات المشاركة في تفاعل الأكسدة، يمكن أن يكون هذا الوقود بمثابة وقود صاروخي ذاتي الاشتعال و وقود الصواريخ غير ذاتية الاشتعال. في الحالة الأخيرة، بالنسبة للاشتعال الكيميائي للوقود الرئيسي، بدء الوقود. وجدت التطبيق و وقود الصواريخ الوحدوي.

جزء وقود الصواريخ السائللتحسين الأداء و كفاءة وقود الصواريخيتم إدخال إضافات مختلفة، وتضاف مساحيق دقيقة من بعض المعادن (انظر. الوقود المحتوي على المعدن). ولهذا الغرض، نحن ندرس أيضا وقود الصواريخ متعدد المكونات(بما في ذلك وقود الصواريخ الثلاثي)، قادرة على توفير قيمة دفعة محددة أعلى.

المتطلبات الأساسية ل وقود الصواريخ السائل: ضمان دفعة محددة معينة؛ الاستقرار الكيميائي الجيد. السلامة من الانفجارات في ظل ظروف التشغيل؛ ملاءمة وكفاية أحد المكونات لتبريد محرك الصاروخ (انظر. قدرة تبريد الوقود); الحفاظ على الحالة السائلة في ظل ظروف التشغيل دون تكاليف غير مبررة؛ التوافق مع مواد البناء. ربما كثافة أعلى. الحد الأدنى من اللزوجة والسمية. توفير المواد الخام.

الأكثر استخدامًا في تكنولوجيا الصواريخ هي: من المؤكسدات - الأكسجين السائل، رابع أكسيد النيتروجين، مؤكسدات صاروخية حمض النيتريك، بيروكسيد الهيدروجين؛ من القابلة للاشتعال - الكيروسين, مونوميثيل هيدرازين, ثنائي ميثيل هيدرازين غير متماثل, هيدرازين, الهيدروجين السائل, الأميناتإلخ (نبض محدد 2500-4500 م/ث). كيف تتم دراسة مكونات الوقود الواعدة مؤكسدات الفلور, بوروهيدريد، بالإضافة إلى مجموعات من مكونات الوقود السائل مع المعادن الخفيفة (الليثيوم والبريليوم والألومنيوم) وما إلى ذلك (نبض محدد 3500-5000 م/ث).