Химия - Жидкий водород - Ракетное топливо

01 марта 2011


Оглавление:
1. Жидкий водород
2. История
3. Спиновые изомеры водорода
4. Ракетное топливо

Жидкий водород является распространенным компонентом ракетных топлив, которое используется для реактивного ускорения ракет-носителей и космических аппаратов. В большинстве жидкостных ракетных двигателях на водороде, он сначала применяется для регенеративного охлаждения сопла и других частей двигателя, перед его смешиванием с окислителем и сжиганием для получения тяги. Используемые современные двигатели на компонентах H₂/O₂ потребляют переобогащенную водородом топливную смесь, что приводит к некоторому количеству несгоревшего водорода в выхлопе. Кроме увеличения удельного импульса двигателя за счет уменьшения молекулярного веса, это еще сокращает эрозию сопла и камеры сгорания.

Такие препятствия использования «ЖВ» в других областях, как криогенная природа и малая плотность, являются также сдерживающим фактором для использования в данном случае. На 2009 год существует только одна ракета-носитель, которая целиком является водородной ракетой. В основном «ЖВ» используется либо на верхних ступенях ракет, либо на блоках, которые значительную часть работы по выводу полезной нагрузки в космос выполняют в вакууме. В качестве одной из мер по увеличению плотности этого вида топлива существуют предложения использования шугообразного водорода, то есть полузамерзшей формы «ЖВ».

Водород с разными окислителями

Данные приводятся на основании таблиц, опубликованных в США в рамках проекта сбора термодинамических данных «JANAF», которые широко используются в этих целях. Изначально вычисления производились компанией «Рокетдайн». При этом делались предположения, что имеет место адиабатическое сгорание, изоэнтропийное расширение в одном направлении и имеет место смещение равновесного состояния. Кроме варианта использования водорода в качестве топлива, приводятся варианты с использованием водорода в качестве рабочего тела, что объясняется его небольшим молекулярным весом. Все данные рассчитаны для давления в камере сгорания, равного 68,05 атмосферы. Последняя строка таблицы содержит данные для газообразных водорода и кислорода.

Оптимальное расширение от 68.05 атм до условий:			поверхности Земли					вакуума
Окислитель	Топливо	Комментарий	Ve	r	Tc	d	C*	Ve	r	Tc	d	C*
LOX	H2	распространено	3816	4.13	2740	0.29	2416	4462	4.83	2978	0.32	2386
	H2-Be 49/51		4498	0.87	2558	0.23	2833	5295	0.91	2589	0.24	2850
	CH4/H2 92.6/7.4		3126	3.36	3245	0.71	1920	3719	3.63	3287	0.72	1897
F2	H2		4036	7.94	3689	0.46	2556	4697	9.74	3985	0.52	2530
	H2-Li 65.2/34.0		4256	0.96	1830	0.19	2680
	H2-Li 60.7/39.3							5050	1.08	1974	0.21	2656
OF2	H2		4014	5.92	3311	0.39	2542	4679	7.37	3587	0.44	2499
F2/O2 30/70	H2		3871	4.80	2954	0.32	2453	4520	5.70	3195	0.36	2417
GOX	GH2		3997	3.29	2576	-	2550	4485	3.92	2862	-	2519

В таблице использованы обозначения:	r		— массовое соотношение смеси «окислитель/топливо»;
	Ve		— средняя скорость истечения газов;
	C*		— характеристическая скорость;
	Tc		— температура в КС;
	d		— средняя плотность топлива и окислителя;

при этом «V_e» является той же единицей, что и удельный импульс, но приведена к размерности скорости, а «C*» вычисляется путем умножения давления в камере сгорания на коэффициент расширения площади сопла и последующего деления на скорость расхода массы топлива и окислителя, что дает приращение скорости на единицу массы.

Просмотров: 5510

<<< Водород в металлах

Искусственный фотосинтез >>>