2%, що еквівалентно збільшенню маси виведеного корисного вантажу на
6,5%. У порівнянні з використанням палива гас + кисень маса виведеного корисного вантажу збільшиться на
Пропоноване паливо призначене для використання в рідинних ракетних двигунах (ЖРД), що застосовуються в складі космічних розгінних блоків (РБ) і ступенів ракетоносіїв (РН).
Аналогом даного палива є паливо гас + кисень [1, 3, 6].
Рідкий кисень в даний час є одним з найбільш поширених окислювачів в паливах ЖРД. Це пов'язано з тим, що рідкий кисень є екологічно безпечним компонентом палива.
При цьому він дешевий, не токсичний, помірно пожежонебезпечний і забезпечує досить високі енергетичні характеристики палив. Наприклад, паливо гас + кисень при тиску в КС 70 ата і геометричній ступеня розширення сопла 40 забезпечує питому пустотний імпульс на
8% більший, ніж паливо гас + AT, де в якості окислювача використовується азотний тетраксід.
Гас є вуглеводневу пальне, що є сумішшю природних вуглеводнів, одержуваних при перегонці нафти. Отримання гасу з природної нафти обумовлює його відносну дешевизну. Крім того, гас є малотоксичних речовиною, що належать до 4-му (нижчого) класу небезпеки, помірно пожежонебезпечний і має досить високою щільністю, що позитивно позначається на його експлуатаційних перевагах.
В цілому паливо гас + кисень, є ефективним паливом з досить високою щільністю
1000 кг / м 3 і досить високим питомим імпульсом витікання продуктів його згоряння, що дозволяє досить ефективно вирішувати існуючі задачі, що стоять перед сучасними засобами виведення.
До недоліків палива гас + кисень відносяться: відносно велика різниця температур експлуатації рідкого кисню (
90 До) і гасу (
290 К), що вимагає прийняття спеціальних заходів, що компенсують температурні напруги, що виникають в баку зберігання окислювача при заправці його рідким киснем, і необхідність використання баків зберігання компонентів з роздільними днищами і значною теплоізоляцією між баками. Це веде до істотного збільшення маси баків зберігання компонентів і до збільшення обсягу, займаного баками зберігання компонентів палива в руховій установці, що також збільшує масові витрати на зберігання палива.
Прототипом запропонованого палива є паливо метан + кисень [2].
Метан є основною складовою природних газів, тому його виробництво, за оцінками, буде навіть дешевше, ніж виробництво гасу. За енергетичними характеристиками це паливо перевершує паливо гас + кисень: при зазначених вище тисках в КС і геометричній ступеня розширення сопла питомий імпульс палива метан + кисень буде вище питомої імпульсу палива гас + кисень на
Однак метан навіть при температурі 91 К (температура його плавлення 90,66 К) має низьку щільність 455 кг / м 3. при цьому щільність палива метан + кисень всього 830 кг / м 3. що призводить до збільшення масових витрат на його зберігання з огляду на необхідність збільшення обсягу баків зберігання компонентів.
Низька щільність палива метан + кисень і неможливість переохолодження кіслорда при використанні баків зберігання компонентів палива з суміщеними днищами ведуть до того, що для космічних РБ істотно (на 20% в порівнянні з гас + кисень) знижується час можливого зберігання палива в навколоземному просторі.
Оскільки температура плавлення метану вище температури кипіння кисню при тиску 1 ата (тобто вище 90 К), то використання баків зберігання компонентів палива з суміщеними днищами навіть для киплячого при 1 ата кисню (а тим більше при використанні переохолодженого кисню, який кипить при більш низькому тиску) неможливо без використання межбаковой теплоізоляції.
Крім того, оскільки бак пального заправлений криогенним метаном, то його треба теплоізолювати від зовнішніх теплопритоків, що додатково збільшує масові витрати на зберігання палива.
Все це веде до істотного в порівнянні з паливом гас + кисень збільшення маси і габаритів баків зберігання палива метан + кисень, що значно, а в деяких випадках аж до нуля, знижує ефект, який можна було б отримати від більш високої питомої імпульсу прототипу.
Завданням винаходу є збільшення щільності палива і, як наслідок, масових витрат на його зберігання в паливних баках. Енергетичні характеристики палива при цьому не погіршуються в порівнянні з прототипом.
При зазначеному змісті метану температура затвердіння такого пального менше 90 К, тобто при використанні в якості окислювача, наприклад, киплячого рідкого кисню баки окислювача і пального можуть мати загальне днище, не покриті теплоізоляцією.
Крім того, пропоноване паливо для зазначеного інтервалу мольної співвідношення метан - етилен матиме щільність від 900 до 970 кг / см 3. що порівнянно з щільністю палива гас + кисень, а з урахуванням великої теплоємності пального в пропонованому паливі можливий час перебування космічних РБ в навколоземному просторі буде таким же, як при використанні палива гас + кисень.
При цьому проведені термодинамічні розрахунки показали, що питома імпульс продуктів закінчення пропонованого палива буде таким же, як для палива метан + кисень.
Застосування пропонованого палива на РН середнього класу із загальним запасом палива 300 т дозволить знизити масу конструкції РН в порівнянні з застосуванням палива метан + кисень на
2%, що еквівалентно збільшенню маси виведеного корисного вантажу на
6,5%. У порівнянні з використанням палива гас + кисень маса виведеного корисного вантажу збільшиться на
Метан, як уже зазначалося вище, є основною складовою природних газів, а етилен є широко поширеним сировиною для хімічної промисловості (наприклад, при виробництві поліетилену), тому виробництво пального для такого палива не зажадає створення нових виробництв і може бути освоєно в досить короткі терміни.
Вартість пропонованого палива за оцінками буде порівнянна з вартістю палива гас + кисень.
2. Паушкін Я. М. Хімічний склад і властивості реактивних палив. - М. Видавництво академії наук СРСР, 1958.- 376 с. мул. стр.302.
3. Сінярев Г.Б. Рідинні ракетні двигуни. - М. Державне видавництво оборонної промисловості. 1955. -488 с. Іл. стор.159 - 161.
4. Довідник по фізико-технічних основах кріогеникі. /М.П.Малков.- 3-е изд. перераб. і доп. - М.: Вища школа, 1985, -432 с. мул. стр.217.
5. Довідник з розділення газових сумішей методом глибокого охолодження. / І. І. Гельперин. - 2-е вид. перераб. - М. Державне науково-технічне видавництво хімічної літератури, 1963. - 512 с. мул. стр.232.
6. Термодинамічні і теплофізичні властивості продуктів згорання / в 3-х томах / під ред. В.П. Глушко, - М. Всезоюзний інститут наукової і технічної інформації. 1968, т. 2, стр.177-308.