Как сгорает твердое топливо ракет
Перейти к содержимому

Как сгорает твердое топливо ракет

  • автор:

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Гатина Р.З., Зайнуллин Р.Р.

Рассматриваются основные этапы осуществления процесса горения твердого ракетного топлива. Особенности протекания химических реакций разложения и взаимодействия компонентов твердого топлива.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Гатина Р.З., Зайнуллин Р.Р.

ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ВНУТРИКАМЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ В МАРШЕВОМ РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ С УЧЕТОМ ПОЛЕТНЫХ ПЕРЕГРУЗОК. ЧАСТЬ 1. МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Анализ существующих воспламенительных устройств и разработка перспективной конструкции воспламенителя стартового ускорителя современных ракетно-прямоточных двигателей на твердом ракетном топливе

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ХРАНЕНИЕ СМЕСЕВЫХ РАКЕТНЫХ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

К вопросу о влиянии геометрии канала заряда и свойств топлива на неустойчивость рабочего процесса в камере сгорания РДТТ

К вопросу о проектировании ракетных твердотопливных двигателей с целью исключения неустойчивости рабочего процесса в камере сгорания

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IMPLEMENTATION OF PROCESS OF BURNING OF SOLID ROCKET FUEL

The main stages of implementation of process of burning of solid rocket fuel are considered. Features of course of chemical reactions of decomposition and interaction of components of solid fuel.

Текст научной работы на тему «ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА»

500 мм, толщиной стенки 14,6 мм и протяженностью 1600 км составляет примерно 16 часов [4, 5].

Таким образом, трубопроводный транспорт сжиженного метана требует использования хладостойких металлов (никелевая сталь, алюминий). Однако возможна транспортировка метана в охлажденном состоянии при давлении 1,2 МПа и температуре минус 70°С, что не потребует использования дорогостоящих легированных сталей.

Поэтому экономичность системы трубопроводного транспорта сжиженного метана значительно зависит от стоимости установок сжижения и переохлаждения метана по трассе трубопровода, стоимости стали, из которой изготавливаются трубы, а также от возможности утилизации холода, получаемого при регазификации сжиженного метана.

1. Рачевский Б.С. Сжиженные углеводородные газы. — М.: Изд-во «Нефть и Газ», 2009. — 640 с.

2. Земенков Ю.Д. Эксплуатация оборудования и объектов газовой промышленности. — М.: Инфра-Инженерия, 2017. — 608 с.

3. Энциклопедия газовой промышленности. 4-е изд. Пер. с франц.: Ред. пер. Басниев К.С. — М.: Акционерное общество ТВАНТ, 1994. 884 с.

4. Гафуров А.М., Осипов Б.М. Турбодетандирование природного газа на газораспределительной станции с последующим его сжижением. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. — 2011. — №2 (9). — С. 6-11.

5. Гафуров А.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Перспективы производства и использования сжиженного природного газа в качестве моторного топлива. // Теория и практика современной науки. — 2016. — № 9 (15). — С. 112-115.

Гатина Р.З. студент 5 курса

факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»

ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедра ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Рассматриваются основные этапы осуществления процесса горения твердого ракетного топлива. Особенности протекания химических реакций разложения и взаимодействия компонентов твердого топлива.

Ключевые слова: ракетный двигатель, горение твердого топлива.

5th year student, faculty of«Energy-intensive materials and products»

«KNRTU» Zainullin R.R.

candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»

«KSPEU» Russia, Kazan

IMPLEMENTATION OF PROCESS OF BURNING OF SOLID

The main stages of implementation ofprocess of burning of solid rocket fuel are considered. Features of course of chemical reactions of decomposition and interaction of components of solid fuel.

Keywords: rocket engine, burning of solid fuel.

В ракетно-космической технике широкое применение находят ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ). Они относятся к сложным техническим системам и характеризуются многообразием конструктивных решений и применяемых материалов, а также сложными внутренними процессами. Одним из важнейших процессов является процесс горения твердого топлива в камере сгорания двигателя, который определяет газоприход в двигателе, его расход и развиваемую тягу. Газоприход обусловлен величиной скорости горения топлива, а скорость горения даже для конкретного топлива может быть различной в зависимости от условий горения и воздействующих внешних факторов. В настоящее время отсутствуют адекватные математические модели, позволяющие точно рассчитать величину скорости горения.

Чтобы оценить роль процесса горения топлива в получение требуемых выходных параметров двигателя рассмотрим принципиальную конструктивную схему РДТТ (рис. 1), которая включает в себя следующие элементы. Заряд твердого топлива 1 располагается в камере сгорания и фиксируется специальными узлами крепления 7, которыми могут быть различные упоры и решетки. Камера сгорания включает в себя цилиндрическую обечайку 2, узлы соединения 8 и два днища (переднее 3 и заднее или сопловое 4). Как правило, днища имеют выпуклую форму (сферическую или эллиптическую) [1].

6 3 8 7 2 1 7 8 4 8 5

Рис. 1. Принципиальная конструктивная схема РДТТ.

Работа двигателя начинается при срабатывании воспламенительного устройства 6. Продукты сгорания воспламенительного состава заполняют внутренний объём камеры и нагревают поверхность заряда. При достижении на поверхности температуры воспламенения топлива заряд начинает гореть и двигатель выходит на основной режим работы. В результате горения заряда образуется значительное количество продуктов сгорания, которые поступают в сопло 5 и истекают в окружающую среду. В сопле газ расширяется. При этом происходит уменьшение давления, плотности и температуры газа, а скорость движения возрастает, достигая максимального значения на выходе (срезе) сопла.

Горение топлива — многоэтапный процесс. На первом этапе происходит нагрев топлива. Перед нагревом топливо имеет начальную температуру от 223 К до 323 К, до которой нагреты все элементы конструкции двигателя перед его запуском. В течение этапа температура поверхности топлива непрерывно повышается за счет подвода теплоты извне к поверхности топлива. В течение этого периода не изменяются физико-химические свойства топлива, его структура остаётся постоянной. В топливе происходит повышение температуры в поверхностном слое, а в глубине его из-за низкой теплопроводности температура остаётся неизменной и равной начальной. В конце этапа температура повышается до температуры 600 К начала разложения топлива, которая характеризуется началом первой реакция разложения одного из компонентов топлива [2].

На втором этапе происходит разложение компонентов топлива, которое начинается при достижении определенной температуры до 800 К. В целом процесс разложения любого твердого топлива — это совокупность последовательных химических реакций разложения сначала сложных, а затем все более простых химических соединений. Первые реакции — реакции разрыва связей в длинных цепочках мономолекул (например, нитроклетчатки, каучука, смолы). Затем последовательно происходят их разложение с образованием различных радикалов и разложение радикалов на малые молекулы типа NO2, NO, H2, Cl2, HCl, O2 и др. Для протекания

каждой из этих реакций требуется определённая температура, т.е. на втором этапе также требуется приток теплоты в топливо и дальнейший его нагрев. При этом сами реакции разложения в большинстве случаев эндотермичны, т.е. поглощают теплоту. Этап заканчивается при завершении последней реакции разложения, что соответствует некоторой температуре до 1300 К. Исходное топливо полностью переходит в конечные продукты разложения, газообразные и конденсированные (частицы сажи, мелкие частицы расплавленного металла). Границу между конденсированной и газовой фазами принято называть поверхностью горения топлива. В целом вся зона, в которой происходит разложение компонентов топлива, называется реакционной зоной в конденсированной фазе [3, 4].

Завершающим третьим этапом является этап химического взаимодействия продуктов разложения топлива. Протекают реакции: 2H2+O2=2H2O; a2+H2=2HCl; 2OH+H2=2H2O; 2NO+C=N2+CO2; 4А1+302=2А1203 и др. Все эти реакции являются экзотермическими, при их протекании выделяется большое количество теплоты. Зона протекания экзотермических реакций называется реакционной зоной в газовой фазе [5].

Каждый слой топлива, начиная с поверхностного слоя заряда, последовательно проходит все три этапа, т.е. нагревается, разлагается, а затем продукты разложения химически реагируют друг с другом. Во времени эти процессы идут непрерывно, и зона горения перемещается в глубь топлива. При неизменных внешних условиях это перемещение происходит с постоянной скоростью — линейной скоростью горения. Именно с такой скоростью перемещается поверхность горения заряда.

Конечные высокотемпературные продукты сгорания в 2500-3200 К поступают в сопло 5 (рис. 1), где происходит преобразование части тепловой энергии в кинетическую энергию истекающего из сопла газового потока. Чем полнее протекают процессы преобразования энергии при прочих равных условиях, тем выше скорость истечения из сопла. А чем выше скорость на срезе, тем меньше потребуется расход топлива для создания заданной тяги.

1. Белов В.П. Скорость горения твердого ракетного топлива и методы ее экспериментального определения: учебное пособие. Балт. гос. техн. ун-т. -СПб., 2008. — 42 с.

2. Козичев В.В., Сергеев А.В., Сухов А.В. Теоретическая оценка влияния параметров работы воспламенительного устройства на характеристики процесса воспламенения твердого ракетного топлива. // Инженерный Вестник. — 2014. — № 08. — С. 10-18.

3. Механизм горения твердых ракетных топлив. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.asvcorp.ru/general/astro/engines/chp03_1.html.

4. Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф. Общие сведения о технологии газификации угля. // Инновационная наука. — 2016. — № 5-2 (17). — С. 59-60.

5. Гафуров Н.М., Багаутдинов И.З. Общие сведения о топливных элементах.

// Инновационная наука. — 2016. — № 4-3. — С. 68-70.

Гатина Р.З. студент 5 курса

факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»

ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедра ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ХРАНЕНИЕ СМЕСЕВЫХ РАКЕТНЫХ

Рассматриваются эксплуатационные свойства смесевых ракетных твердых топлив и их компонентный состав. Особенности применения полимерных каучукоподобных основ в качестве горючего-связующего элемента.

Ключевые слова: смесевое ракетное твердое топливо, эксплуатация и хранение.

5th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»

«KNRTU» Zainullin R.R.

candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»

«KSPEU» Russia, Kazan

OPERATION AND STORAGE OF COMPOSITE ROCKET SOLID

Operational properties of composite rocket solid fuels and their component structure are considered. Features of application polymeric rubber of similar bases as a combustible binding element.

Keywords: composite rocket solid fuel, operation and storage.

Смесевые ракетные твердые топлива (СРТТ) широко применяются в ракетно-космической технике. В составах СРТТ в качестве металлического горючего применяется порошкообразный алюминий, и в качестве окислителя перхлорат аммония (ПХА). Лишь в отдельных частных случаях в качестве горючего рассматривались бериллий, гидрид алюминия, цирконий, а в качестве окислителя — нитрат аммония и перхлорат калия. Топлива содержат также различные добавки специального назначения: пластификаторы, катализаторы, поверхностно-активные вещества и т.п. В

Виды ракетного топлива: современные вещества и перспективные разработки

Оторваться от Земли, набрать скорость, достаточную, чтобы выйти на орбиту – это требует колоссальных затрат топлива. Например, сухая масса ракеты «Союз» – это масса без учета топлива, чуть больше тридцати трех с половиной тонн. Но на старте общая масса ракеты – почти 308 тонн – только одиннадцать процентов от общей массы выходят в космос с полезной нагрузкой. Больше 270 тонн топлива сгорает, чтобы «Союз» преодолел притяжение.

Фото: Роскосмос

В материале «Научной России» о видах ракетного топлива, которые используют сегодня, и о перспективных разработках.

Твердое ракетное топливо

Сегодня дымный порох используют в основном в петардах, салютах и других пиротехнических изделиях, хотя изначально именно он был первым ракетным топливом. Одно из четырех великих китайских изобретений – по отдельным данным, смесь селитры, древесного угля и серы использовали в ракетах еще во втором веке нашей эры.

Твердотопливный двигатель

Твердое ракетное топливо – это вещество, или смесь веществ, которые способны гореть без доступа кислорода, при этом выделяя достаточно много газа. Среди достоинств твёрдотопливных двигателей называют относительную простоту в изготовлении и применении, отсутствие проблемы с утечками токсичных веществ, надежность и возможность долговременного хранения топлива. Недостатки таких двигателей – это невысокий удельный импульс, трудности в управлении тягой двигателя и его повторным запуском, высокий уровень вибраций при работе. Из-за недостатков твёрдотопливных двигателей, первыми в космос полетели именно ракеты с двигателями на жидком топливе, хотя, твердые горючие смеси были изобретены раньше.

Твердотопливные ускорители использовали при запуске американских шаттлов – два таких устройства, длиной сорок пять с половиной метров и общей массой 1180 тонн разгоняли корабли и отделялись на высоте около сорока пяти километров примерно через две минуты после запуска: они спускались на парашютах и после заправки их использовали снова.

Современные твердые топлива – это смесь горючих веществ и окислителя. Для ракетостроения подходят многие, но большинство основаны на окислителях, которые способны взаимодействовать с разным горючим. Это могут быть перхлораты аммония, лития или калия. Или нитраты калия или аммония. Как горючее используют металлы, или их сплавы, например, алюминий, магний, литий и бериллий. Возможно использование и других материалов: полимеров или смол, как полиэтилен, каучук и битум.

Жидкое ракетное топливо

Жидкостные реактивные двигатели могут использовать в качестве топлива одно-, двух- и трёхкомпонентные смеси. У них высокий удельный импульс, их можно останавливать и повторно запускать, что важно при маневрировании в космосе, сами ракеты на жидкостных двигателях получаются легче. Но они сложнее устроены и дороже: система топливных баков, трубопроводов и насосов требует более тщательной подготовки и проверки в процессе сборки и перед запуском.

Элементы жидкого топлива – это горючее и окислитель. Они подаются из разных баков под давлением через форсунки и перемешиваются в камере сгорания. После воспламенения начинается процесс горения, которое продолжается, пока горючее и окислитель поступают в камеру. Керосин, водород, сжиженный для закачки в баки и азотно-водородное соединение гидразин – основные виды горючего для жидкостных ракетных двигателей. Если в качестве горючего используют керосин или водород, в качестве окислителя применяют сжиженный кислород. Если горючим выступает гидразин, то как окислитель используют четырехокись азота — N2O4.

Чище остальных горит водород – соединяясь с кислородом он выделяет только тепло и водяные пары. Керосин, который очищают, чтобы использовать как горючее, при сгорании выделяет угарный и углекислый газы.

Топливо жидкостных двигателей может быть и однокомпонентным. Из-за небольшого удельного импульса и меньшей эффективности такие виды менее популярны, чем двухкомпонентные смеси, но их отличает простота в конструкции двигателя. Однокомпонентное топливо – это жидкость, которая при взаимодействии с катализатором разлагается с образованием горячего газа. Это может быть гидразин, который разлагается на аммиак и азот, или концентрированный пероксид водорода, который образует перегретый водяной пар и кислород. В качестве катализатора может выступать, например, окись железа.

Топливо будущего

Химические ракетные топлива, и жидкие, и твердые, способны вывести космические аппараты на околоземные или лунные орбиты, но для дальних космических миссий их может быть недостаточно.

Одно из предложений, которое может решить проблему с дальними полетами – это ядерные двигатели. По расчетам, ядерный тепловой двигатель может доставить ракету на Марс всего за три месяца. Одна из американских компаний предложила использовать ядерный двигатель со сжиженным водородом в качестве рабочего тела. В такой системе реактор вырабатывает тепло из уранового топлива. Это тепло нагревает жидкий водород, который при расширении и создает тягу. Разработки ядерных ракетных двигателей начинались еще в пятидесятых годах, но пока ни один из таких аппаратов не был запущен.

А в марте 2021 года в Роскосмосе сообщили, что в 2025-2030 годах планируют испытать еще одну перспективную разработку – новые ионные двигатели мощностью от 200 Вт до 35 кВ. Ионные двигатели – это тип электрических ракетных двигателей, которые создают тягу на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Такие разработки уже используются в космических миссиях. Ионные двигатели отличаются малым расходом топлива и долгим временем работы.

Фото на главной странице: Роскосмос

По материалам из открытых источников

Влияние продуктов сгорания жидкого и твердого ракетного топлива на окружающую среду Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Васянина А.Ю., Тонких А.А., Антоновский Т.Н., Швецова Д.С., Чижевская М.В.

Рассмотрены экологические результаты и анализ последствий запусков ракет с жидкостными и твердотопливными ракетными двигателями.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Васянина А.Ю., Тонких А.А., Антоновский Т.Н., Швецова Д.С., Чижевская М.В.

Экологические результаты запуска ракет с жидкостными и твердотопливными ракетными двигателями
Магнитная обработка железосодержащих вод

Состояние исследований и перспективы применения систем вентиляции и пылегазоподавления в атмосфере карьеров

Комплексный технико-экономический анализ баллистических ракет подводных лодок (часть 1)

Исследования по разработке экологически безопасных технологических решений по утилизации ракетных двигателей (РДТТ) в горных выработках

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Влияние продуктов сгорания жидкого и твердого ракетного топлива на окружающую среду»

А. Ю. Васянина, А. А. Тонких, Т. Н. Антоновский, Д. С. Швецова Научные руководители — М. В. Чижевская, В. П. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВЛИЯНИЕ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Рассмотрены экологические результаты и анализ последствий запусков ракет с жидкостными и твердотопливными ракетными двигателями.

При зарождении основ теоретической космонавтики экологические аспекты играли важную роль. Тесное взаимодействие биосферы Земли с космической средой дает основание утверждать, что происходящие во Вселенной процессы оказывают воздействие на нашу планету [1-3].

Нельзя не признать, что сегодня имеет место отрицательное воздействие ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду (разрушение озонового слоя, засорение атмосферы окислами металлов, углерода, азота, а ближнего космоса — частями отработанных космических аппаратов).

Производство, испытания и эксплуатация ракетно-космической техники имеет свои специфические факторы негативного влияния на окружающую среду. Ниже приведены наиболее весомые факторы негативного влияния эксплуатации ракетно-космической техники (РКТ):

— загрязнение атмосферного воздуха и поверхностных водоемов в процессе изготовления элементов ракетно-космической техники и продуктами выбросов ракетных двигателей;

— риск возникновения аварийных ситуаций во время изготовления и хранения ракетного топлива (возможны утечки и испарение токсичных компонентов ракетного топлива (КРТ), их горение и взрывы);

— риск возникновения аварийных ситуаций во время наземных испытаний ракетных двигателей;

— локальное загрязнение атмосферы во время запуска ракет-носителей;

— негативное влияние продуктов реакций в ходе сгорания топлива на состояние озонового слоя Земли;

— отчуждение территорий и загрязнение плодородного слоя почвы отпадающими частями ракет, а также продуктами реакций.

— отделение фрагмента конструкции, либо отделяющейся части ракет-носителей или космического аппарата (КА). «Космический мусор».

В данной работе проанализированы результаты запусков ракет с жидкостными и твердотопливными двигателями, а также факторы ослабления или усиления их воздействий на окружающую природную среду.

При изучении и анализе выявили, что эксплуатация ракетно-космической техники оказывает значительное антропогенное влияние на приземную атмо-

сферу, особенно в районах космодромов во время запуска и в начале полета больших ракет носителей, имеющих на борту сотни тонн топлива. Наибольшую опасность представляют случаи, сопровождающиеся взрывами, пожарами и мощными токсичными выбросами.

Выбросы топлив сгорания и токсичных элементов могут вызывать выпадение кислотных дождей, повышение содержания в воздухе взвешенных веществ, изменение погодных условий на прилежащих территориях.

Основным вредным фактором, влияющим на состояние окружающей среды при пусках ракет-носителей, является большой объем выбросов продуктов сгорания при старте в приземном слое атмосферы (тропосферы). К нежелательным локальным последствиям в районе старта ракет-носителей могут также привести выбросы хлористого водорода и окислов алюминия, содержащиеся в продуктах сгорания некоторых носителей, в частности к таковым относится ракета-носитель «Шаттл».

Проведен анализ по данным выбросов продуктов сгорания в атмосферу при запуске ракет. Мы выяснили, что в отличие от зарубежных ракет-носителей, базирующихся в основном на РДТТ, российские ракеты, использующие ЖРД не выделяют N2, HCl, AI2O3.

Также при исследовании жидких и твердых ракетных топлив мы выявили следующие особенности.

При падениях частей ракетной техники происходит механическое загрязнение твердыми фрагментами, что приводит к перенасыщению почвы соединениями алюминия, наличие которых в почве, даже в незначительном количестве, резко снижает урожайность сельскохозяйственных культур.

Обратимся к анализу влияния продуктов работы ракетных двигателей на нижнюю часть околоземного космического пространства — стратомезосферу. Среда здесь имеет сложный химический состав, одним из компонентов которого является озон, оберегающий нас от воздействия ультрафиолетового излучения. В результате работы ракетных двигателей образуются практически все те вещества, которые обусловливают гибель озона в естественных условиях.

Основную массу продуктов сгорания РДТТ составляют соляная (хлористоводородная) кислота и окись алюминия. Соляная кислота, поступая в почву,

Актуальные проблемы авиации и космонавтики — 2014. Технические науки

повышает ее кислотность, что вызывает ряд изменений, как химических свойств самих почв, так и состояния растительности. Кроме того, есть сведения о неполном сгорании перхлората аммония — вещества второго класса опасности.

В заключение можно сделать вывод о том, что твердые ракетные топлива более опасны для окружающей среды, чем жидкие. И лучшим топливом, с экологической точки зрения, является соединение водорода в качестве горючего и кислорода в качестве окислителя, так как эти вещества не токсичны и не дают никаких вредных продуктов реакций сгорания.

В целом, объекты современной перспективной ракетно-космической техники являются потенциально опасными для экологии. Таким образом, необходимо искать новые пути создания более безопасных компонентов топлива, не жертвуя при этом энергетическими характеристиками, что важно с конструкторской точки зрения, и опираясь на существующие проблемы

окружающей среды. Также, учитывая ряды особенностей различных видов топлива, следует развиваться в направлении наиболее благоприятного для экологии -соединения водорода и кислорода.

1. Федоров Л. А., Кричевский С. В. Химическая безопасность и социально-экологические последствия технической деятельности. М. : МСоЭС, 2005. 167 с.

2. Дорофеев А. А. Основы теории тепловых ракетных двигателей (Общая теория ракетных двигателей). МГТУ им. Н. Э. Баумана. М., 1999.

3. Ушаков В. Г., Шпигун О. Н., Старыгин О. И. Особенности химических превращений НДМГ и его поведение в объектах окружающей среды // Ползу-новский вестник. 2004. № 4.

© Васянина А. Ю., А Тонких. А., Антоновский Т. Н., Швецова Д. С., 2014

П. С. Гапенко, А. О. Иринина Научные руководители — В. А. Миронова, М. В. Чижевская Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ВОД

Работа освещает вопросы, касающиеся магнитной обработки водных систем. Проведены исследования, определяющие влияние омагничивания на процесс коагуляции коллоидных растворов, содержащую золь трехвалентного железа. Предложено практическое применение магнитной обработки железосодержащих вод.

Магнитная обработка воды (МО) применялась уже в первые десятилетия двадцатого века для предотвращения образования накипи на нагревательных элементах паровых машин, для воздействия на образование кристаллов в пересыщенных растворах. Первые опубликованные сообщения и патенты относятся именно к этому периоду.

За прошедшее время опубликовано большое количество статей, обзоров, монографий, в которых акцент делается, прежде всего, на практическую полезность применения МО, состоялись многочисленные конференции и совещания по практике применения МО в широком круге промышленных производств [1; 2].

Целью нашей работы стало определение влияния магнитной обработки на воду содержащую золь трехвалентного железо.

Объектом для исследования мы выбрали дисперсные системы, содержащие золь трехвалентного железа, который готовили по стандартной методике.

Модельные растворы (1, 2) объемом 25 мл пропускали через зазор постоянного магнита напряженностью 8000 эрстед (индукция 0,8 Тл).

Омагниченные коллоидные растворы фильтровали, используя плотные фильтры (синяя лента). Параллельно в таких же условиях проводили фильтрацию неомагниченных проб.

Результаты исследования показали, что время фильтрования 1-й пробы с МО и без нее отличаются.

Причем эта разница была зафиксирована во время проведения эксперимента в разные дни. В омагничен-ных коллоидных растворах фильтрование происходит медленнее и соответственно скорость этого процесса замедляется (табл. 1).

Во второй пробе (табл. 2) разница между этими характеристиками (время и скорость) незначительная.

Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

1. МО в различной степени влияет на процесс коагуляции дисперсной коллоидной системы, содержащей золь трехвалентного железа, в зависимости от размера золя.

Сравнение параметров (1) модельного раствора

Простая проба Омагниченная проба

Время Скорость Время Скорость

(мин) (мл/мин) (мин) (мл/мин)

твердое ракетное топливо

Первые виды твердого ракетного топлива были похожи на оружейный порох и использовались в военной технике, а также при запуске фейерверков. В настоящее время такое топливо применяется только для моделей ракет. Типичный двигатель для модели ракеты — это маленький цилиндр размером с палец, начиненный материалом, похожим на порох. Он поджигается горячей проволокой и горит 1—2 секунды. Благодаря тяге, которая обеспечивается таким маленьким двигателем, можно запустить маленькую ракету (длиной около 0,5 м) на высоту несколько сотен метров, если, конечно, ракете дать возможность стартовать после того, как топливо начнет гореть.

Базовое твердое топливо содержит горючее, окислитель и катализатор, который способствует поддержанию устойчивого горения после воспламенения. Эти составляющие топлива в исходном состоянии находятся в виде порошка. Затем из них создается однородная плотная смесь, чтобы обеспечить ровное, непрерывное, длительное горение. Типичный твердотопливный двигатель военной ракеты работает на смеси древесного угля — углерода (в качестве горючего), нитрата калия (в качестве окислителя) и серы (в качестве катализатора). Эта комбинация называется черным порохом. Другая комбинация материалов, которую можно использовать, чтобы сделать твердое топливо для ракеты, включает хлорат натрия, хлорат калия (бертолетову соль), порошок магнезии или порошок алюминия. Смесь этих веществ называют белым порохом.

Как работает ракетный двигатель на твердом топливе

Как только происходит воспламенение, топливо начинает гореть с управляемой скоростью, обеспечивая тягу, так как продукты горения в виде горячего газа выбрасываются через сопло (открытое отверстие сзади).

После того как в двигателе поджигается топливо, оно горит до тех пор, пока не закончится. Нет никакой возможности выключить двигатель или остановить горение топлива, пока цикл не завершится. Это можно считать недостатком твердотопливных двигателей в сравнении с двигателями на жидком топливе. Однако в реальных космических аппаратах твердое топливо применяется обычно только для начальных стадий полета, а на конечной стадии оно не используется, поэтому на практике это не становится существенной проблемой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *