Характеристика пожарной опасности некоторых горючих

Характеристика	Водород	НДМГ	Керосин	Бензин
rmin% к объему	4,0	2,5	2,5	2,0
rmax% к объему	74,0	84,0	7,5	5,0
tвсп,0С	-	18	30	36

Перед использованием КРТ проводится физико-химическим контроль их качества в специализированной химической лаборатории космодрома или в организациях РАН.

Подготовка КРТ к заправке заключается в создании однородного соста-ва компонента посредством принудительного перемешивания (барботажа), термостатирования высококипящих КРТ и переохлаждения криогенных КРТ на 6-8 °С ниже температуры кипения с точностью до 1 °С.

о,

2 Сжатые газы и их свойства

В ракетно-космической технике нашли широкое применение сжатые газы и их смеси: воздух, азот, гелий, аргон, ксенон. Сжатые газы используются в наземном тех­нологическом оборудовании технических и стартовых комплексов, в автома­тике ДУ РН и КА, в системах наддува топливных баков, в системах отделения КА, а также в качестве рабочего тела двигательных установок систем ориента­ции и стабилизации КА.

Благодаря своей сжимаемости, сжатые газы способны накапливать значительные величины потенциальной энергии. Для сравнения укажем, что потенциальная энергия воздуха давлением 40 МПа (400 кГс/см²) в баллоне объемом 0,4 м³ 400 литров) превосходит в 115 раз потенциальную энергию воды равного давления и объема.

Воздух - смесь газов, из которых состоит земная атмосфера. Не имеет

цвета и запаха. Объемный состав воздуха: азот 78,08 %, кислород 20,95 %, благородные газы 0,94 %, водяной пар и случайные примеси (пыль, микроор­ганизмы). Плотность воздуха при нормальных условиях¹ 1,293 кг/м³. Воздух хорошо растворяет пары воды, а также сам растворяется в жидкостях. При от­носительной влажности 60-80 % в 1 м³ воздуха в зависимости от температуры содержится 10-15 граммов паров воды. Можно рассчитать, что в баллоне объемом 400 л при давлении 40 МПа содержится около 184 кг влажного воздуха, в том числе 1,8 кг паров воды при условии, что осушка воздуха не проводилась. С ростом температуры растворимость паров воды в воздухе также растет.

Для предотвращения возможной конденсации паров воды в элементах автоматики ДУ при дросселировании (расширении) воздуха высокого давле­ния он подвергается осушке. Степень осушки воздуха оценивается температу­рой точки росы. Для ракетно-космической техники эта температура не должна быть выше -55 °С (для сравнения укажем, что в природе роса выпадает из воз­духа при нормальном давлении при температуре +8 °С).

В качестве рабочего тела в системах наддува воздух может использо­ваться только для баков окислителя.

Сжатый воздух получают путем сжатия атмосферного воздуха в ком­прессорах компрессорной станции. Осушка (удаление влаги) воздуха осущест­вляются в адсорберах (осушителях), удаление масел - в маслоотделителях, а механических примесей - в фильтрах компрессорной станции.

Азот N2 [греч. а - приставка, означающее отсутствие, и zое - жизнь] -

газ, без цвета и запаха, плотность 1,25 кг/м³. Нетоксичен, инертен. Как и воз­дух, газообразный азот хорошо растворяет пары воды.

Жидкий азот представляет бесцветную прозрачную жидкость без запа-

ха. Плотность 863 кг/м (при - 196,6 °С), температура плавления (замерзания) - 210 °С, температура кипения -196 °С.

В ракетной технике жидкий азот применяется в качестве хладоагента

для обеспечения хранения КРТ; газообразный - для наддува баков «О» и «Г» ракет-носителей, в автоматике ДУ, в системах ориентации и стабилизации КА и др.

Жидкий азот получают в результате разделения сжиженного воздуха в ректификационной колонне на жидкий кислород и жидкий азот на кислород­но-азотном заводе. Газообразный азот получают посредством газификации жидкого азота в газификационных установках высокого давления.

Гелий Не [греч. helios - Солнце, т.к. впервые был обнаружен в солнеч­ном спектре] - благородный (инертный) газ без цвета и запаха. Плотность при нормальных условиях 0,178 кг/м³. Жидкий гелий - самая легкая жидкость. Температура кипения -268,93 °С. При нормальном давлении не твердеет при температурах, близких к абсолютному нулю. Обладает сверх-

текучестью. Так как гелий практически не растворяется в жидкостях, то является «идеальным» газом наддува топливных баков (РН «Зенит»).

_______________________________

¹Нормальные условия - стандартные физические условия, определяемые дав­лением 101325 Па (760 мм. рт. ст.) и термодинамической температурой 273,15К(0 ° С).

Свойство сверхтекучести гелия используется для проверки герметичности систем РН и КА по методу гелиевого течеискателя. Добывается гелий из природных газов, выде­ляющихся из недр Земли.

Аргон Аг [греч. аrgоs - недеятельный] - благородный (инертный) газ без цвета и запаха. Плотность при нормальных условиях 1,78 кг / м³. Температура кипения – 186°С.

Ксенон Хе [греч. хеnоs - чужой] - благородный (инертный) газ без цвета и запаха. Плотность при нормальных условиях 5,85 кг / м³. Температура кипе­ния -111,8°С.

Аргон и ксенон используются в системах ориентации и стабилизации КА. Так как плотность газообразных аргона и ксенона в 1,4 и 4,7 раза больше плотности азота соответственно, то при равных массово-габаритных характеристиках систем КА на столько же больше на борт КА можно взять газа. Аргон и ксенон производятся из атмосферного воздуха путем его глубокого охлаждения и последующей ректификации.

На РКТ используются газы I и II категории, допустимые нормы приме-

сей представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Допустимые нормы примесей для газов I и II категории

Вид примеси	Контролируемый показатель чистоты	Допустимые I категория	нормы II категория
Вода	Точка росы,0С,не выше: При давлении 0,1 МПа	-55	-55
Масло	Содержание в виде паров, аэрозоли, жидкости,мг/м3, не более	3	5
Механические примеси	Содержание, мг/м3, не более	0,1	0,4
Максимальный размер частиц,, мкм, не более	20	40

3 Выбор ракетного топлива

Выбор топлива при проектировании РКН имеет большое значение, так как физико-химические свойства компонентов и условия их эксплуатации практически полностью определяют тип ДУ, систему проектных параметров, массу, габаритные размеры и баллистические возможности РКН.

В настоящее время известно большое количество жидких и твердых топлив. По существу, при выборе топлива задача проектанта сводится к подбору оптимального топлива из ряда наиболее распространенных с учетом требований ТТЗ к РКК.

Для сравнения различных топлив с использованием критерия «массовая отдача РКН» воспользуемся соотношениями из теории реактивного движения.

Рассмотрим формулу К.Э. Циолковского для конечной скорости одноступенчатой ракеты [ 12,36 ]:

, (1)

где с – эффективная скорость истечения продуктов сгорания в пустоте,

(2)

где - относительная конечная масса ракеты;

m_к – конечная масса ракеты;

m₀ – стартовая масса ракеты.

Скорость истечения продуктов сгорания на срезе сопла w _а зависит от параметров продуктов сгорания рассматриваемых ракетных топлив:

w , (3)

где к – показатель адиабаты;

R – газовая постоянная;

Т_{к .с} – температура в камере сгорания;

р_а – давление на срезе сопла;

р_к.с – давление в камере сгорания.

Будем предполагать, что рассматриваемая одноступенчатая ракета должна иметь определенное значение характеристической скорости V_х. Воспользуемся формулой для относительной конечной массы одноступенчатой ракеты

, (4)

где а_Т.О = m_Т.О/m_Т – относительная масса топливного отсека;

m_Т.О –топливного отсека;

m_Т – рабочий запас топлива;

γ_ДУ = g₀m_ДУ/Р_п – относительная масса ДУ;

m_ДУ –масса ДУ;

n_o = Р_п /g₀m₀ – стартовая перегрузка;

а_δ= m_δ(m₀- m_КГЧ) – относительная масса прочих элементов;

m_δ - масса прочих элементов;

(m₀- m_КГЧ) – стартовая масса РБ;

m_КГЧ – масса КГЧ;

m_КГЧ /m₀ - относительная масса КГЧ, или массовая отдача РКН.

Из формулы (1) найдем

(5)