Использование гелия в жидкостных ракетных двигателях

4 / 11

С.А. Орлин
4 Инженерный журнал: наука и инновации # 1·2017
1
с
уд
к
2 1 ,
1
k
k p k
I RT p k
−  
 
= − 
−
 
 
где R — газовая постоянная (удельная); T — температура продуктов
сгорания в камере сгорания; k — показатель адиабаты расширения,
зависящий от состава продуктов сгорания и температуры газов; pc
и p к — соответственно давление на срезе сопла и в камере сгорания.
Из уравнения следует, что удельный импульс тяги Iуд зависит от
температуры и газовой постоянной продуктов сгорания, а также от
степени их расширения при истечении из сопла двигателя. Последняя
величина определяется конструкцией ЖРД и условиями его приме-
нения. Тяга двигателя повышается с уменьшением отношения p c/p к,
поэтому энергетические показатели топлив сравнивают при одинако-
вых условиях.
Величинами, характеризующими энергетические возможности ис-
пользуемых топлив, как это показано в уравнении для определения Iуд,
является температура Т продуктов сгорания в камере двигателя и газо-
вая постоянная R топливной смеси. Температура продуктов сгорания
определяется теплопроизводительностью топлива, т. е. тепловым эф-
фектом химического взаимодействия между окислителем и горючим
(отнесенным к единице массы или объема топлива). Газовая постоян-
ная продуктов сгорания определяется их составом. Чем меньше моле-
кулярная масса продуктов сгорания топлива, тем при равной тепло-
производительности больше его удельный импульс тяги Iуд.
Одним из таких путей решения указанной задачи является ис-
пользование добавки нейтрального газа (гелия). Прирост удельного
импульса в данном случае будет определяться увеличением значения
газовой постоянной смеси Rсм за счет снижения молекулярной массы.
При выборе гелия за определяющий параметр был взят атомный
вес, так как гелий — одноатомный газ. Представим сравнительную
характеристику атомных масс различных одноатомных нейтральных
газов:
Гелий ……………… 4 Аргон ………………… 40
Неон ………………20 Криптон ……………… 84
Ксенон ……………… 131
Поскольку важно получить наибольшее значение газовой посто-
янной смеси, выбрали гелий как самый оптимальный из перечислен-
ных газов:
см
см
.
R R
=
µ