Применение микрогибридных гетерогенных конденсированных систем для повышения энергетики ракетных двигателей
Авторы: Бечаснов П.М.
Опубликовано в выпуске: #11(131)/2022
DOI: 10.18698/2308-6033-2022-11-2230
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Рассмотрены гетерогенные конденсированные системы, потенциально позволяющие использовать в их составе высокоэффективные окислители, в том числе жидкие, применение которых в составе твердых ракетных топлив невозможно обеспечить существующей технологией. Если разместить такие окислители, как диоксид азота и тетранитрометан, в герметичных сгорающих полимерных капсулах, соединяемых физическими или химическими способами, можно создать микрогибридный ракетный двигатель. Проведенные на основе анализа характеристик аналогичных систем и термодинамических расчетов исследования показывают, что подобные системы способны обеспечить необходимую при работе ракетного двигателя механическую прочность, достаточную скорость и статическую устойчивость горения, химическую совместимость компонентов, а также энергетику на уровне жидкостных высококипящих топливных пар, сохраняя преимущества твердотопливных двигателей. С учетом того что микрогибридные ракетные двигатели на редкость безопасны в производстве и эксплуатации, их легко изготовлять с помощью современных технологий, поэтому такие ракетные двигатели рассматривают в качестве перспективного направления для дальнейших исследований.
Литература
[1] Бахман Н.Н., Беляев А.Ф. Горение гетерогенных конденсированных систем. Москва, Наука, 1967.
[2] Дементьева Д.И., Кононов И.С., Мамашев Р.Г., Харитонов В.А. Введение в технологию энергонасыщенных материалов. Бийск—Барнаул, Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2009.
[3] Курдов С.С., Заволокин В.Е., Комков М.А. Создание твердотопливных зарядов для ракетных двигателей твердого топлива с помощью аддитивных технологий. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 6. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2017-6-1629
[4] Design of Multiport Grain with Hydrogen Peroxide Hybrid Rocket. Journal of Propulsion and Power, 2018, vol. 34 (5), pp. 1–9. DOI: 10.2514/1.B36949
[5] Фитцджеральд М.П., Брюстер М.К. Горение слоевых топлив (обзор). 1. Экспериментальные исследования. Физика горения и взрыва, 2005, т. 11, № 56, с. 95–115.
[6] Фитцджеральд М.П., Брюстер М.К. Горение слоевых топлив (обзор). 2. Теоретические исследования. Физика горения и взрыва, 2006, т. 42, № 1, с. 3–25.
[7] Nachbar W. A theoretical study of the burning of a solid propellant sandwich. In: Solid Propellant Rocket Research. M. Summerfield, ed. (Progress in Astronautics and Rocketry Series). New York, Academic Press, 1960, vol. 1, pp. 207–226.
[8] Fenn J.В. A phalanx flame model for the combustion of composite solid propellants. Combust. Flame, 1968, vol. 12, pp. 201–216.
[9] Bakhman N.N., Librovich V.B. Flame propagation along solid fuel-solid oxidizer interface. Combust. Flame, 1970, vol. 15, no. 2, pp. 143–153.
[10] Струнин В.А., Фирсов А.Н., Шкадинский К.Г., Манелис Г.Б. Закономерности гетерогенного горения. Физика горения и взрыва, 1989, т. 25, № 5, c. 25–32.
[11] Fowling J. Experiments relating to the combustion of ammonium perchlorate-based propellants. Proc. Combust. Inst., 1967, vol. 11, pp. 447–456.
[12] Hightower J.D., Price E.W. Experimental studies relating to the combustion mechanism of composite propellants. Astronaut. Acta, 1968, vol. 14, no. 1, pp. 11–21.
[13] Price E.W., Handley J.C., Panyam R.R., et al. Combustion of ammonium perchloratepolymer sandwiches. AIAA Journal, 1981, vol. 19, no. 3, pp. 380–386.
[14] Ермолаев В.С., Коротков Л.И., Фролов Ю.В. Закономерности горения слоевых конденсированных систем. Физика горения и взрыва, 1970, т. 6, № 3, с. 277–285.
[15] Митрофанов В.В. Детонация гомогенных и гетерогенных систем. Новосибирск, Изд-во Ин-та гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, 2003.
[16] Андреев К.К. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ. Москва, Наука, 1966.
[17] Сарнер С. Химия ракетных топлив. Москва, Мир, 1969.
[18] Tschinkel J.G. Tetranitromethane as Oxidizer in Rocket Propellants. Ind. Eng. Chem., 1956, vol. 48, no. 4, pp. 732–735. https://doi.org/10.1021/ie50556a022
[19] Edwards G. The vapour pressure of tetranitromethane. Trans. Faraday Soc., 1952, vol. 48, art. ID 513. https://doi.org/10.1039/tf9524800513
[20] Boyd W.K., Berry W.E., White E.L. Compatibility of Materials with Rocket Propellants and Oxidizers. Battelle Memorial Institute, Defense Metals Information Center, 1965.
[21] Uney P.E., Fester D.A. Material compatibility with space storable propellants. Design Guidebook. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, NASA, 1972.
[22] Hazardous Substance fact sheet. Tetranitromethane. New Jersey Department of Health and Senior Services. URL: https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1836.pdf
[23] Chemical Resistance of PTFE. Habiateknofluor URL: https://www.habiateknofluor.se/wp-content/uploads/2020/06/Chemical-Resistance-of-PTFE-2.pdf
[24] Chemical resistance PTFE. Polyfluor URL: https://www.polyfluor.nl/en/chemical-resistance/ptfe/
[25] Tisinger L.G., Carraher C.E. Nitric acid induced degradation of high density and linear medium density polyethylene: Physical property sensing techniques. In: Geosynthetics: Microstructure and Performance. Ian D. Peggs, ed. ASTM International, 1990, pp. 48–56.
[26] Cagiao M.E., Rueda D.R., Balt F.J. Degradation of nitric acid-treated bulk polyethylene: Selective removal of chain defects. Polymer Bulletin, 1980, vol. 3, pp. 305–310.
[27] Stein H.L. Ultrahigh molecular weight polyethylenes (uhmwpe). In: Engineered Materials Handbook, 1982, pp. 167–171.
[28] Ogihara Taeko. Oxidative degradation of polyethylene in nitrogen dioxide. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1963, vol. 36, no. 1, pp. 58–63.
[29] Ракетное топливо. Военный энциклопедический словарь Министерства обороны РФ. URL: https://encyclopedia.mil.ru/encyclopedia/dictionary/details.htm?id=14449@morfDictionary
[30] Майофис И.М. Химия диэлектриков. Москва, Высшая школа, 1970.
[31] Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. Mосква, Химия, 1980.