Сравнительный анализ характеристик метана

139 
2. Наибольшую плотность, минимальную токсичность, физико-
химическую стабильность, дешевизну в производстве, логистике и 
утилизации. 
3. Умеренную температуру сгорания (до 4500К). 
4. Минимальную задержку воспламенения. 
При работе двигателя компоненты топлива должны обеспечивать 
тонкий распыл при подаче через форсунки, а также охлаждение каме-
ры сгорания. Для топливных компонентов большое значение имеет 
давление насыщенных паров (это давление, при котором жидкость на-
чинает кипеть при данной температуре). Этот параметр сильно влияет 
наразработку насосов и вес баков. 
Как было сказано ранее, основными топливными парами в совре-
менной РКД являются: 

керосин (горючее) + жидкий кислород (окислитель), 

жидкий водород (горючее) + жидкий кислород (окислитель), 

НДМГ (горючее) + азотный тетраоксид (окислитель). 
Рассмотрим характеристики жидкого метана в сравнении с указан-
ными горючими – керосином, жидким водородом, гептилом. В таблице 6 
приведены физико-химические характеристики перечисленных горючих. 
Таблица 6 – Физико-химические характеристики горючих 
Компо-
нент 
Молеку-
лярная 
масса 
Плотность, 
г/см
3 
Температура 
плавления, К 
Температура 
кипения, К 
Токсичность, 
ПДК, мг/м
3 
Жидкий 
водород 
2,016 
0,07 
13,9 
20,4 
нетоксичен 
НДМТ 
60,1 
0,79 
216 
335 
0,10 
Керосин 
100 
082-0,85 
200-220 
420-550 
300 
Жидкий 
метан 
16,043 
0,42 
91 
112 
7000 
Из таблицы видно, что плотность метана в 2 раза меньше плотно-
сти водорода. Метан является криогенной жидкостью, но его темпера-
тура кипения существенно выше, чем у водорода. По токсичности ме-
тан близок к экологически чистым веществам. Молекулярная масса 
метана значительно ниже, чем у керосина и гептила, благоприятно 
влияет на энергетику продуктов сгорания. В таблице 7 представлены 
энергетические характеристики различных ЖРТ при давлении 15 МПа. 
Из приведенных в таблице данных видно, что топливо жидкий 
метан + жидкий кислород по удельному импульсу уступает только то-
пливной паре жидкий водород + жидкий кислород, но превосходит ее 
по плотности. 

140 
Таблица 7 – Энергомассовые характеристики ЖРТ 
Горючее 
Окислитель 
Плотность, 
г/см
3 
Температура 
сгорания, К 
Удельный 
импульс, с 
Керосин 
Жидкий ки-
слород 
1,04 
3690 
358 
Жидкий 
водород 
Жидкий ки-
слород 
0,30 
2980 
446 
НДМГ 
АТ 
1,31 
3415 
330 
Жидкий 
метан 
Жидкий ки-
слород 
0,83 
3650 
370
* 
*
Из характеристик двигателя С5.86, созданном в 1997 г. 
Поэтому эффективность использования жидкого метана должна 
оцениваться конкретно для каждой ступени ракеты, если рассматрива-
ется вопрос о замене жидкого водорода на жидкий метан. 
Охлаждающие свойства метана. Защита стенок камеры сгорания 
ЖРД от опасного перегрева – одна из самых важных целей применяе-
мых горючих. Компоненты топлива, во всяком случае – один из них, 
должны быть эффективными охладителями. Их вязкость должна быть 
низкой, а теплопроводность и теплоемкость высокими. Низкая вяз-
кость и высокая теплопроводность обеспечивают возможность получе-
ния высоких коэффициентов местной теплоотдачи для защиты наибо-
лее теплонапряженных участков камеры сгорания, а высокая теплоем-
кость – снятие большого количества тепла со всей охлаждаемой по-
верхности. В таблице 8 представлены физические свойства рассматри-
ваемых горючих. 
Таблица 8 – Физические свойства горючих ЖРТ 
Горючее 
Вязкость, 
Н·с/м
2 
Теплопро-
водность, 
Вт/(М·К) 
Теплоем-
кость, 
Дж/кг·К 
Поверхно-
стноенатя-
жение, Н/м 
Давление 
паров, Па 
Жидкий 
водород 
0,13·10
-3 
0,12 
9460 
0,23·10
-2 
1,013·10
5 
Керосин 
0,15·10
-2 
0,12 
2380 
0,26·10
-1 
0,42·10
4 
НДМГ 
0,51·10
-3 
0,16 
2730 
0,24·10
-1 
0,21·10
5 
Жидкий 
метан 
0,98·10
-4 
0,19 
3424 
0,14·10
-1 
1,013·10
5 
Из таблицы видно, что лучшим охладителем за счет вязкости и 
теплоемкости является жидкий водород. Жидкий метан, уступая ему 

141 
по теплоемкости, имеет меньшую вязкость и по всем параметрам пре-
восходит керосин и НДМТ. 
Распыление топлива в камере сгорания обеспечивается форсун-
ками различных конструкций. Тонкость и однородность распыления 
зависит от конструктивного оформления форсунок, давления впрыски-
вания и давления в камере сгорания, а также от вязкости и поверхност-
ного натяжения топлива. С увеличением вязкости растет средний диа-
метр капель и тонкость распыления ухудшается. Аналогично на размер 
капель влияет и поверхностное натяжение. Вместе с тем эти два пока-
зателя физико-химических свойств определяют и энергетические за-
траты на смесеобразования: при низких значениях вязкости и поверх-
ностного натяжения эти затраты уменьшаются, при их увеличении ДУ 
утяжеляется. Как видно из таблицы 8 вязкость жидкого метана ниже, 
чем у остальных рассматриваемых горючих, а поверхностное натяже-
ние ниже, чем у керосина и гептила. При этом следует учитывать, что 
при горении жидких водорода и метана не остается частиц твердой 
фазы в отличие от НДМГ и керосина, что также снижает энергозатраты 
на подачу топлива. 

жүктеу/скачать 1.91 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: