Характеристика ракетных топлив

В настоящее время ракетная техника широко используется как в мирных, так и военных целях. Эксплуатация ракетных двигательных установок сопряжена с опасностью воздействия на обслуживающий персонал агрессивных и токсичных компонентов ракетных топлив (РТ) (слайд 36). Перед медицинской службой стоит задача организации и проведения профилактических мероприятий и мероприятий неотложной медицинской помощи при воздействии на личный состав вредных факторов РТ.

Топливами в технике называют вещества, способные в процессе химических превращений, объединяемых под общим термином горение, выделять значительное количество тепла и быть использованными в качестве источника энергии.

Топлива, применяемые в силовых установках ракет, принято называть ракетными топливами. РТ - это совокупность веществ, являющихся источником энергии и рабочим теплом для создания реактивной тяги ракетного двигателя. Такие двигатели могут работать на химическом или ядерном топливе. РТ химического состава разделяют на две основные категории - жидкие топлива и твердые.

В зависимости от этого различают и два типа ракетных двигателей - так называемые жидкостные ракетные (ЖРД) и ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ).

К твердым РТ относятся баллиститные и кордитные пороха на основе нитроцеллюлозы. Эти двигатели называются пороховыми ракетными двигателями (ПРД).

Ракетные двигатели твердого топлива по сравнению с жидкостными двигателями обладают рядом преимуществ, из которых необходимо отметить более простую систему питания двигателя и относительную безопасность при эксплуатации.

Полное снаряжение таких установок, как правило, проходит в заводских условиях. Это освобождает персонал от заправки ракеты непосредственно на стартовой позиции.

Однако благодаря большой энергоемкости, обеспечивающей высокую удельную тягу двигателя, длительности горения, позволяющей изменять траекторию полета ракеты и ее курс, и их сравнительно невысокой стоимости актуальность жидких ракетных топлив сохраняется.

Первым, кто научно обосновал идею жидкостного ракетного двигателя, был выдающийся русский ученый К.Э. Циолковский, труды которого, опубликованные в конце XIX века, положили начало теории реактивного движения. К.Э. Циолковским тогда было предложено и топливо для такого двигателя, состоящее из углеводородов и жидкого кислорода.

Современные жидкие ракетные топлива по способу применения делят на однокомпонентные и двухкомпонентные. В состав двухкомпонентного топлива входят горючее и окислитель, хранящиеся на борту ракеты в раздельных баках, откуда они подаются в камеру сгорания. Свойства топлива и возможность его применения в той или иной системе двигателя в большой мере определяются характером окислителей-веществ, обеспечивающих горение топлива в отсутствии кислорода воздуха.

Ассортимент окислителей является относительно небольшим: кислород, озон, перекись водорода, азотная кислота, окислы азота, тетранитрометан, фтор и его соединения. Число же соединений, которые могут быть использованы в качестве горючих, огромно и практически почти неограниченно: насыщенные и ненасыщенные углеводороды, спирты, амины, эфиры, нитропарафины, вещества ароматического ряда, бороводороды, жидкий водород, некоторые из легких металлов, их сплавы и растворы.

Жидкие однокомпонентные топлива отличаются от топлива раздельной подачи тем, что окислитель и горючее объединены в виде одного химического соединения (топлива молекулярного состава, мономолекулярные) или устойчивой смеси (смесевые).

Как представители первого рода соединений могут быть названы перекись водорода, нитрометан, азид свинца и другие; второго - растворы дихлорэтана, пикриновой кислоты, тринитротолуола в азотной кислоте. Преимущество этого типа топлива состоит в том, что исключается необходимость применения двух баков, что упрощает конструкцию двигателя и что улучшает условия горения топлива, так как они подаются в камеру сгорания уже в смешанном виде.

Однако этот вид топлива еще далеко не полностью освоен, не преодолена постоянная взрывоопасность этих систем. Унитарные топлива служат главным образом для проведения в действие топливных насосных агрегатов и некоторых двигателей малых тяг (например, для ориентации космических кораблей).

В состав двухкомпонентного топлива обычно входит 60-85% окислителя. Иногда в состав топливной композиции могут входить три компонента. Третьим компонентом обычно является порошок легкого металла (алюминия, лития, бериллия), который при горении выделяет большое количество тепла.

Однако применение трехкомпонентных топлив связано с рядом конструктивных трудностей: сложность перекачки суспензии, содержащей взвесь металлического порошка, отложение нагара на стенках камеры и сопла.

Чаще других применяют комбинации: азотную кислоту - углеводородное горючее (например отдельные фракции перегонки нефти), азотную кислоту (четырех окись азота) - несимметричный диметилгидразин, жидкий кислород - керосин, жидкий фтор - аммиак.

В настоящее время как окислители наиболее часто используются азотная кислота и четырех окись азота, а в качестве горючего - гидразин и несимметричный диметилгидразин.

(Для справки лектору)