Химические ракетные топлива
жүктеу/скачать 1.91 Mb. Pdf көрінісі
|
| k
k уд п уд T T R k k J 1 2 . (4.26) следует, что J уд зависит от молекулярной массы продуктов сгорания. При этом молекулы с малой молекулярной массой легче разгоняются в сопле, в результате чего достигается большая скорость истечения. Из (4.26) следует, что с повышением температуры продуктов сгорания J уд возрастает. Однако влияние Т к на эффективность топлива неоднознач- но, так как повышение ее влечет за собой необходимость усиления те- плозащиты, вследствие чего увеличивается пассивная масса двигателя. Поэтому достижение максимального удельного импульса требует ком- промиссного выбора между максимальным тепловыделением и мини- мальной молекулярной массой продуктов сгорания. Температура горения зависит не только от теплового эффекта хи- мических реакций, но и от теплоемкости продуктов сгорания p k H T с , (4.27) где с р – средняя теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении. Следовательно, чем больше с р , тем ниже Т к при одной и той же теплопроизводительности топлива. Данные по теплоемкости некото- рых продуктов сгорания представлены в таблице 4.1. Таблица 4.1 – Средняя теплоемкость продуктов сгорания Газы Газы с р Газы с р H 2 16,2155 N 1,4855 CO 1,2351 H 2 O 2,5937 O 1,3095 N 2 1,2230 OH 1,9506 CO 2 1,2732 NO 1,1706 Примечание: *Размерность теплоемкости с р [кДж/кг·град] Нежелательным последствием высокой Т к является также терми- ческая диссоциация продуктов сгорания, протекающая с затратами тепловой энергии. В результате этого потенциальные возможности топлива реализуются не полностью. 125 Термической диссоциацией называется разложение более слож- ных веществ на более простые под действием высокой температуры. Обратное направление процесса сопровождается рекомбинацией моле- кул. Например, для водяного пара имеем 2Н 2 О ⇄ 2Н 2 +О 2 , 2Н 2 О ⇄ 2ОН+Н 2 , для двуокиси углерода 2СО 2 ⇄ 2СО+О 2 . При высоких температурах (2500 С и выше) двухатомные газы разлагаются на одноатомные: О 2 ⇄ 2О Н 2 ⇄ 2Н N 2 ⇄ 2N Диссоциация – реакция противоположного направления реакции горения и поэтому она требует затраты энергии извне и идет с погло- щением теплоты, то есть это реакция эндотермическая. Диссоциация конечных продуктов сгорания указывает на неполноту реакции и при- водит к снижению термического КПД. С повышением давления сте- пень диссоциации продуктов сгорания уменьшается, поэтому Т к и η t повышаются. Совместное влияние Т к и на J уд значимо проявляется при раз- личных значениях коэффициента α обеспеченности топлива окисли- тельными элементами и кислородного баланса. При сгорании топлив с α<1 (с отрицательным кислородным балансом), несмотря на снижение Тк из-за неполного энерговыделения, удельный импульс может увели- чиваться, благодаря уменьшению молекулярной массы продуктов сго- рания: вместо СО 2 образуется СО, вместо Н 2 О – Н 2 . По этой причине современные СТРТ имеют α≃0,50-0,60. Таким образом, обеспечение высоких энергетических характери- стик ТРТ может быть достигнуто повышением теплопроизводительно- сти (энтальпии топлива), снижением молекулярной массы и повыше- нием термостабильности продуктов сгорания. При близких значениях J уд предпочтение необходимо отдавать топливам с меньшим значением Т к , что обеспечивается повышенным содержанием в топливе атомов водорода по сравнению с атомами углерода и оптимальным значением коэффициента α обеспеченности окислительными элементами. Кроме того следует учитывать, что состав и температура продук- тов сгорания, зависящие от α, оказывают влияние на массу конструк- ции и соответственно на коэффициент массового совершенства РДТТ. Это обусловлено тем, что масса ТЗП элементов при прочих равных условиях зависит от скорости его уноса в процессе работы двигателя. 126 Унос материалов ТЗП связан с окислением углерода композиционных материалов кислородсодержащими продуктами сгорания (СО 2 , Н 2 О и др.), особенно при Т к >2000 К, а тугоплавких металлов (W, Mo) при Т к >900 оК, определяющими являются реакции углерода и металлов с СО 2 и Н 2 О, например Мо+3СО 2 →МоО 3 +3СО 2 , W+3Н 2 О→ WО 3 +3Н 2 . При взаимодействии продуктов сгорания ТРТ с углепластиком образуются газообразныепродукты пиролиза. С учетом этого при выборе состава СТРТ необходимо выбирать топлива с наименьшим окислительным потенциалом. жүктеу/скачать 1.91 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|