Задвижващи системи с водороден пероксид за малки спътници. Разговори за ориентация на ракетни двигатели с горещи газове

Когато водородният пероксид се разлага върху катализатора, се отделя голямо количество топлина и водата, образувана в резултат на реакцията на разлагане на водородния пероксид, се превръща в пара и в смес с атомен кислород, отделен едновременно по време на реакцията, образува т. нар. „парен газ“. Температурата на пара -газ, в зависимост от степента на първоначалната концентрация на водороден пероксид, може да достигне 700 ° -800 °.

Концентриран до около 80-85% водороден пероксид в различни немски документи се нарича "оксилин", "гориво Т" (Т-стоф), "аурол", "перхидрол". Разтворът на катализатора е наречен Z-stoff.

Горивото на двигателя на Walter, което се състои от T-stoff и Z-stoff, се нарича еднопосочно гориво, тъй като катализаторът не е компонент.
...
...
...
Двигатели на Walter в СССР

След войната един от заместниците на Хелмут Валтер, някакъв Франц Статецки, изрази желание да работи в СССР. Statecki и група "техническо разузнаване" за износ на военни технологии от Германия под ръководството на адмирал Л. А. Коршунов, откриха в Германия фирмата "Bruner-Kanis-Raider", която беше съюзнически партньор в производството на турбинни инсталации Walther .

За да копира немска подводница с електроцентралата на Уолтър, първо в Германия, а след това и в СССР, под ръководството на А. А. Антипин, е създадено Антипин бюро, организация, от която, чрез усилията на главния конструктор на подводници (капитан I ранг ) Образувани са AA Antipin LPMB Rubin и SPMB Malakhit.

Задачата на бюрото беше да копира постиженията на германците в нови подводници (дизелови, електрически, парни и газови турбини), но основната задача беше да повтори скоростите на немските подводници с цикъла на Уолтър.

В резултат на извършената работа беше възможно напълно да се възстанови документацията, производството (отчасти от немски, отчасти от новопроизводствените агрегати) и тестване на парогазовата турбинна инсталация на немски лодки от серията XXVI.

След това беше решено да се построи съветска подводница с двигател Walter. Темата за развитието на подводници от Walter PSTU беше наречена Project 617.

Александър Тиклин, описвайки биографията на Антипин, пише: ... Това беше първата подводница в СССР, която прескочи 18-възеловата стойност на подводната скорост: в рамките на 6 часа подводната й скорост беше повече от 20 възела! Корпусът осигурява удвояване на дълбочината на потапяне, тоест до дълбочина 200 метра. Но основното предимство на новата подводница беше нейната електроцентрала, която по онова време беше невероятна иновация. И неслучайно академиците И. В. Курчатов и А. П. Александров посетиха тази лодка - подготвяйки се за създаването на атомни подводници, те нямаше как да не се запознаят с първата подводница в СССР с турбинна инсталация. Впоследствие много дизайнерски решения бяха заимствани при разработването на атомни електроцентрали ...

През 1951 г. лодката по проект 617, наречена S-99, е заложена в Ленинград на завод номер 196. На 21 април 1955 г. лодката е отведена на държавни изпитания, завършени на 20 март 1956 г. Резултатите от теста показват: ... Подводницата достигна първата подводна скорост от 20 възела в рамките на 6 часа ....

През 1956-1958 г. са проектирани големи лодки по проект 643 с денивелация на повърхността 1865 тона и вече с две PGTU на Walther. Въпреки това, във връзка със създаването на проект за проектиране на първите съветски подводници с ядрена техника електроцентралипроектът беше затворен. Но изследванията на лодките PSTU S-99 не спираха, а бяха прехвърлени в основния поток за разглеждане на възможността за използване на двигателя Walter в гигантското торпедо Т-15 с атомен заряд, който се разработваше, предложен от Сахаров за унищожаването на военноморските бази и пристанищата на САЩ. Т-15 трябваше да има дължина 24 метра, подводен обхват до 40-50 мили и да носи термоядрена бойна глава, способна да предизвика изкуствено цунами да унищожи крайбрежните градове в САЩ.

След войната торпеда с двигатели на Walter бяха доставени в СССР и NII-400 започна да разработва вътрешно високоскоростно торпедо с дълъг обсег и без следи. През 1957 г. приключват държавните тестове на DBT торпеда. Торпедото DBT постъпи на въоръжение през декември 1957 г. под код 53-57. Торпедо 53-57 с калибър 533 мм, тегло около 2000 кг, скорост 45 възела с обхват на плаване до 18 км. Бойната част на торпедата тежи 306 кг.

Повечето уреди, които генерират енергия от горенето, използват метод за изгаряне на гориво във въздуха. Съществуват обаче две обстоятелства, когато може да е желателно или необходимо да се използва не въздух, а друг окислител: 1) когато е необходимо да се генерира енергия на такова място, където подаването на въздух е ограничено, например под вода или високо над земната повърхност; 2) когато е желателно за кратко време да се получи много голямо количество енергия от неговите компактни източници, например при задвижване на експлозиви, в инсталации за излитане на самолети (ускорители) или в ракети. В някои такива случаи по принцип е възможно да се използва въздух, който е предварително компресиран и съхраняван в подходящи съдове под налягане; този метод обаче често е непрактичен, тъй като теглото на бутилките (или други видове съхранение) е около 4 кг на 1 кг въздух; теглото на контейнер за течен или твърд продукт е равно на 1 kg / kg или дори по -малко.

В случай, че се използва малко устройство и акцентът е върху простотата на дизайна, например в патрони с огнестрелно оръжие или в малка ракета, се използва твърдо гориво, което съдържа гориво и окислител, смесени заедно. Системите с течно гориво са по -сложни, но имат две различни предимства пред системите с твърдо гориво:

1. Течността може да се съхранява в контейнер от лек материал и да се изпомпва в горивна камера, която само трябва да бъде оразмерена, за да осигури желаната скорост на горене (техниката на впръскване на твърди частици в горивната камера под високо налягане обикновено е незадоволителна; следователно цялата зареждането на твърдо гориво от самото начало трябва да бъде в горивната камера, която следователно трябва да бъде голяма и здрава).
2. Скоростта на генериране на електроенергия може да се променя и контролира чрез съответно регулиране на дебита на флуида. Поради тази причина комбинации от течни окислители и горива се използват за различни сравнително големи ракетни двигатели, за двигатели на подводници, торпеда и др.

Идеалният течен окислител трябва да има много желани свойства, но най -важните от практическа гледна точка са следните три: 1) освобождаване на значително количество енергия по време на реакцията, 2) сравнителна устойчивост на удар и повишени температури, и 3) ниски производствени разходи. В същото време е желателно окислителят да не притежава корозивни или токсични свойства, да реагира бързо и да притежава подходящи физични свойства, например ниска точка на замръзване, висока точка на кипене, висока плътност, нисък вискозитет и т.н. гориво , постижимата температура на пламъка и средното молекулно тегло на продуктите от горенето са от особено значение. Очевидно никое химично съединение не може да задоволи всички изисквания за идеален окислител. И има много малко вещества, които обикновено имат дори приблизително желаната комбинация от свойства и само три от тях са намерили известна употреба: течен кислород, концентрирана азотна киселина и концентриран водороден пероксид.

Водородният пероксид има недостатъка, че дори при 100% концентрация съдържа само 47 тегл.% Кислород, който може да се използва за изгаряне на гориво, докато в азотната киселина съдържанието на активен кислород е 63,5%, а за чист кислород е възможно дори 100% използване . Този недостатък се компенсира от значителното отделяне на топлина по време на разлагането на водороден пероксид във вода и кислород. Всъщност мощността на тези три окислителя или силата на тягата, развита от тяхната единица тегло във всяка конкретна система и за всякакъв вид гориво, могат да се различават с максимум 10-20%и следователно изборът на един или друг окислител за двукомпонентна система обикновено се определя от други съображения.водородният пероксид като източник на енергия е доставен за първи път в Германия през 1934 г. в търсене на нови видове енергия (независими от въздуха) за движение на подводници. Това потенциално военно приложение стимулира индустриалното развитие на метода на компанията "Electrochemische Werke" в Мюнхен (EW M.) за концентрация на водороден пероксид за получаване на водни разтвори с висока якост, които могат да се транспортират и съхраняват с приемлива ниска скорост на разлагане. Първоначално за военни нужди се произвежда 60% воден разтвор, но по -късно тази концентрация се увеличава и накрая те започват да получават 85% пероксид. Увеличаването на наличността на високо концентриран водороден пероксид в края на тридесетте години на този век доведе до използването му в Германия по време на Втората световна война като източник на енергия за други военни нужди. Така водородният пероксид е използван за първи път през 1937 г. в Германия като помощно средство в горивото за самолетни и ракетни двигатели.

Силно концентрирани разтвори, съдържащи до 90% водороден пероксид, също са произведени в промишлени мащаби до края на Втората световна война от Buffalo Electro-Chemical Co. в САЩ и B. Лапорт, ООД " Във Великобритания. Въплъщението на идеята за процеса на генериране на тягова мощност от водороден пероксид в по -ранен период е представено в схемата на Лисхолм, който предлага метод за генериране на енергия чрез термично разлагане на водороден пероксид с последващо изгаряне на гориво в резултат кислород. На практика обаче тази схема очевидно не е намерила приложение.

Концентрираният водороден пероксид може да се използва както като еднокомпонентно гориво (в този случай той се разлага под налягане и образува газообразна смес от кислород и прегрята пара), така и като окислител за изгаряне на гориво. Механично неразделната система е по-проста, но осигурява по-малко енергия на единица тегло гориво. В двукомпонентна система първо можете да разложите водороден пероксид и след това да изгорите горивото в горещите продукти на разпадане или да въведете и двете течности директно в реакцията, без първо да разлагате водороден пероксид. Вторият метод е по -лесен за механично настройване, но може да бъде трудно да се осигури запалване, както и равномерно и пълно изгаряне. Във всеки случай, енергията или тягата се създават от разширяването на горещите газове. Различни видоверакетни двигатели, базирани на действието на водороден пероксид и използвани в Германия по време на Втората световна война, са описани много подробно от Уолтър, който е пряко участвал в разработването на много видове военни приложения на водороден прекис в Германия. Публикуваният от него материал също е илюстриран с редица рисунки и фотографии.

действието на силен катализатор. Една десетхилядна част от калиев цианид почти напълно унищожава каталитичния ефект на платината. Разграждането на пероксид и други вещества рязко се забавя: въглероден дисулфид, стрихнин, фосфорна киселина, натриев фосфат, йод.

Много свойства на водородния пероксид са проучени подробно, но има някои, които все още остават загадка. Разкриването на нейните тайни също имаше непосредствено практическо значение. Преди широкото използване на пероксид трябваше да се разреши стар спор: какво е пероксид - експлозив, който е готов да експлодира при най -малкия удар, или безобидна течност, която не изисква предпазни мерки при боравене?

Химически чистият водороден пероксид е много стабилно вещество. Но когато се замърси, той започва бързо да се разлага. А химиците казаха на инженерите: можете да транспортирате тази течност на всяко разстояние, трябва ви само едно нещо, за да я поддържате чиста. Но в края на краищата може да се замърси на пътя или по време на съхранение, какво да правим тогава? Химиците отговориха на този въпрос: добавете малко количество стабилизатори, катализаторни отрови към него.

Веднъж, по време на Втората световна война, се случи подобен инцидент. На гарата имаше резервоар с водороден пероксид. По неизвестни причини температурата на течността започна да се покачва, което означава, че вече е започнала верижна реакция и заплашва експлозия. Резервоарът се полива със студена вода и температурата на водородния пероксид постоянно се повишава. След това в резервоара се изсипват няколко литра слаб воден разтвор на фосфорна киселина. И температурата падна бързо. Експлозията беше предотвратена.

Класифицирано вещество

Кой не е виждал синьо боядисани стоманени бутилки, които пренасят кислород? Но малко хора знаят колко нерентабилен е такъв транспорт. Бутилката побира малко повече от осем килограма кислород (6 кубически метра), а само един бутилка тежи над седемдесет килограма. По този начин трябва да се транспортират около 90 / о безполезни товари.

Много по -изгодно е да транспортирате течен кислород. Факт е, че кислородът се съхранява в цилиндър под високо налягане от 150 атмосфери, така че стените му са направени доста здрави и дебели. Съдовете за транспортиране на течен кислород имат по -тънки стени и по -малко тегло. Но при транспортиране на течен кислород, той постоянно се изпарява. В малките съдове 10-15% кислород се изпарява на ден.

Водородният пероксид съчетава ползите от сгъстен и течен кислород. Почти половината от теглото на пероксида е кислород. Загубите на пероксид при правилно съхранение са незначителни - 1% годишно. Пероксидът има още едно предимство. Сгъстеният кислород трябва да се изпомпва в бутилки с помощта на мощни компресори. Водородният пероксид се излива лесно и просто в съдове.

Но кислородът, направен от пероксид, е много по -скъп от компресиран или течен кислород. Използването на водороден пероксид е оправдано само когато е целесъобразно

повишаването на ефективността отстъпва на заден план, където основното е компактността и ниското тегло. На първо място, това се отнася за реактивни самолети.

По време на Втората световна война името "водороден пероксид" изчезна от лексиката на воюващите държави. В официалните документи това вещество започва да се нарича: инголин, компонент Т, бъбрек, аурол, хепрол, субсидол, тимол, оксилин, неутралин. И само малцина знаеха това

всичко това са псевдоними на водороден пероксид, неговите класифицирани имена.

Какво класифицира водородния пероксид?

Факт е, че той започна да се използва в двигатели с течни реактивни двигатели - ракетни двигатели с течно гориво. Кислородът за тези двигатели се съхранява в втечнен вид или под формата на химични съединения. Това дава възможност за доставяне на много голямо количество кислород за единица време в горивната камера. Това означава, че е възможно да се увеличи мощността на двигателя.

Първият боен самолет с течност реактивни двигателисе появява през 1944 г. Дървеният алкохол, смесен с хидразин хидрат, се използва като гориво, а 80% водороден пероксид се използва като окислител.

Пероксидът е използван и в ракети с голям обсег, които германците изстрелват в Лондон през есента на 1944 г. Двигателите на тези снаряди работеха на етилов алкохол и течен кислород. Но черупката също съдържаше спомагателен двигателкоето задвижва горивни и окислителни помпи. Този двигател - малка турбина - работеше на водороден пероксид, по -точно на парогазова смес, образувана по време на разлагането на пероксид. Мощността му беше 500 литра. с. е повече от мощността на 6 тракторни двигателя.

Пероксидът действа за хората

Но наистина широкото използване на водороден пероксид, открито в следвоенните години. Трудно е да се назове клон на технологията, където водородният пероксид или неговите производни: натрий, калий, бариев пероксид (виж третата страница на корицата на този брой на списанието) няма да се използват.

Химиците използват пероксид като катализатор в производството на много пластмаси.

Строителите използват водороден пероксид за получаване на порест бетон, така наречения газобетон. За това към бетонната маса се добавя пероксид. Кислородът, образуван по време на разлагането му, прониква в бетона и се получават мехурчета. Кубичен метър такъв бетон тежи около 500 кг, тоест е два пъти по -лек от водата. Газобетонът е отличен изолационен материал.

В сладкарската индустрия водородният пероксид изпълнява същата функция. Само вместо бетонна маса, тя набъбва тестото, замествайки перфектно содата.

В медицината водородният пероксид отдавна се използва като дезинфектант. Дори пастата за зъби, която използвате, съдържа пероксид: тя премахва микробите от устната кухина. Съвсем наскоро неговите производни - твърди пероксиди - намериха ново приложение: една таблетка от тези вещества, например, хвърлена във вана с вода, я прави „кислородна“.

В текстилната промишленост тъканите се избелват с помощта на пероксид, в хранително -вкусовата промишленост - мазнини и масла, в хартиената промишленост - дърво и хартия, в нефтопреработвателната промишленост, пероксидът се добавя към дизеловото гориво: подобрява качеството на горивото и т.н. .

Твърдите пероксиди се използват в водолазни костюми и изолационни противогази. Поглъщайки въглероден диоксид, пероксидите отделят кислород, необходим за дишането.

Всяка година водородният пероксид завладява все повече нови области на приложение. Доскоро се смяташе за неикономично използването на водороден пероксид при заваряване. Но в ремонтната практика има и случаи, когато обемът на работа е малък, а счупената машина се намира някъде в отдалечена или недостъпна зона. След това, вместо обемен генератор на ацетилен, заварчикът взема малък резервоар за бензин, а вместо тежък кислороден цилиндър - преносим преобразувател. Водородният пероксид, излят в това устройство, автоматично се подава в камера със сребърна мрежа, разлага се и освободеният кислород отива за заваряване. Цялата инсталация е поместена в малък куфар. Това е просто и удобно

Нови открития в химията наистина се правят в не особено празнична атмосфера. В дъното на епруветката, в окуляра на микроскоп или в горещ тигел, се появява малка бучка, може би капка, може би зърно от ново вещество! И само химик е в състояние да различи неговите прекрасни свойства. Но точно в това се състои истинският роман на химията - да се предскаже бъдещето на новооткрито вещество!

Авторът би искал да посвети това изследване на едно известно вещество. Веществото, което даде на света Мерилин Монро и бели конци, антисептици и пенообразуващи вещества, епоксидно лепило и реагент за определяне на кръвта и дори използвано от акваристи за освежаване на водата и почистване на аквариума. Говорим за водороден пероксид, по -точно за един аспект от използването му - за военната му кариера.

Но преди да продължи с основната част, авторът би искал да изясни две точки. Първият е заглавието на статията. Имаше много опции, но в крайна сметка беше решено да се използва заглавието на една от публикациите, написани от инженера-капитан от втори ранг Л.С. Шапиро, като най -ясно отговарящо не само на съдържанието, но и на обстоятелствата, съпътстващи въвеждането на водороден пероксид във военната практика.

Второ, защо авторът се интересува от тази конкретна субстанция? Или по -точно какво точно го интересуваше? Колкото и да е странно, неговата напълно парадоксална съдба във военната сфера. Работата е там, че водородният пероксид има цял набор от качества, които, изглежда, му обещаха блестяща военна кариера. И от друга страна, всички тези качества се оказаха напълно неприложими за използването му като военно снабдяване. Е, не е като да го наречете напълно неизползваем - напротив, той е бил използван и то доста широко. Но от друга страна, нищо необикновено не излезе от тези опити: водородният пероксид не може да се похвали с такъв впечатляващ опит като нитратите или въглеводородите. Оказа се виновен за всичко ... Нека обаче не бързаме. Нека просто разгледаме някои от най -интересните и драматични моменти на военния пероксид и всеки от читателите ще направи свои собствени изводи. И тъй като всяка история има свое начало, ще се запознаем с обстоятелствата на раждането на героя от историята.

Откриване на професор Тенар ...

Извън прозореца беше ясен, мразовит декемврийски ден през 1818 г. Група студенти по химия от École Polytechnique Paris Paris набързо изпълниха залата. Нямаше хора, които да искат да пропуснат лекцията на известния професор в училището и прочутия Сорбона (Парижки университет) Жан Луи Тенар: всеки от неговите класове беше необичайно и вълнуващо пътешествие в света на невероятната наука. И така, отваряйки вратата, професорът влезе в залата с лека пружинираща походка (почит към предците на гасконите).

По навик, кимвайки на публиката, той бързо се приближи до дългата демонстрационна маса и каза нещо на дрогата на стареца Лешо. След това, изкачвайки се на амвона, огледа студентите и започна тихо:

Когато от предната мачта на фрегатата един моряк извика "Земя!" Но нима моментът, в който химик за пръв път открива частици от ново, непознато досега вещество на дъното на колбата, не е ли също толкова страхотен?

Тенар напусна кабинета и отиде до демонстрационната маса, на която Лешо вече беше успял да постави просто устройство.

Химията обича простотата, продължи Тенар. - Запомнете това, господа. Има само два стъклени съда, външен и вътрешен. Между тях има сняг: новото вещество предпочита да се появи при ниски температури. Във вътрешния съд се излива разредена 6% сярна киселина. Сега е почти студено като снега. Какво се случва, ако пусна щипка бариев оксид в киселината? Сярна киселина и бариев оксид ще дадат безобидна вода и бяла утайка - бариев сулфат. Всеки знае това.

З 2 SO4 + BaO = BaSO4 + H2O

Публиката беше толкова тиха, че тежкото дишане на студения Лешо се чуваше ясно. Тенар, внимателно разбърквайки киселината със стъклена пръчка, бавно, зърно по зърно, изля бариев пероксид в съда.

Ще филтрираме утайката, обикновен бариев сулфат - каза професорът, излива вода от вътрешния съд в колба.

З 2 SO4 + BaO2 = BaSO4 + H2O2

Това е специална вода. Той съдържа два пъти повече кислород от обикновено. Водата е водороден оксид и тази течност е водороден пероксид. Но аз харесвам друго име - "окислена вода". И с право като пионер предпочитам това име.

Когато навигатор открие непозната земя, той вече знае: някой ден на нея ще растат градове, ще се полагат пътища. Ние, химиците, никога не можем да бъдем сигурни в съдбата на нашите открития. Какво следва за ново вещество след век? Може би същото широко приложение като сярна или солна киселина. Или може би пълна забрава - като ненужна ...

Публиката бушуваше.

Но Тенар продължи:

И все пак съм уверен в голямото бъдеще на „окислената вода“, защото тя съдържа голямо количество „животворен въздух“ - кислород. И най -важното, той се откроява много лесно от такава вода. Само това вдъхва увереност в бъдещето на "окислената вода". Земеделие и занаятчийство, медицина и производство и дори още не знам къде ще се използва "окислената вода"! Това, което все още се побира в колбата днес, може да нахлуе във всяка къща с утре.

Професор Тенар бавно напусна кабинета.

Наивен парижки мечтател ... Убеден хуманист, Тенар винаги е вярвал, че науката трябва да носи ползи за човечеството, като улеснява живота и го прави по -лесен и щастлив. Дори постоянно да има пред очите си примери от пряко противоположна природа, той твърдо вярваше в голямо и мирно бъдеще на своето откритие. Понякога започвате да вярвате в истинността на твърдението „Щастието е в невежеството“ ...

Началото на кариерата с водороден пероксид обаче беше доста спокойно. Работи редовно в текстилни фабрики, избелва конци и лен; в лаборатории, окисляващи органични молекули и помагащи за получаване на нови вещества, които не съществуват в природата; започва да овладява медицинските отделения, уверено се утвърждава като местен антисептик.

Но скоро стана ясно, че някои отрицателни страни, един от които се оказа с ниска стабилност: може да съществува само в разтвори с относително ниска концентрация. И както обикновено, тъй като концентрацията не ви подхожда, тя трябва да се увеличи. И така започна ...

... и находката на инженер Уолтър

1934 г. в европейската история е белязана от немалко събития. Някои от тях развълнуваха стотици хиляди хора, други преминаха тихо и незабелязано. Първото, разбира се, може да се дължи на появата в Германия на термина „арийска наука“. Що се отнася до второто, това беше внезапното изчезване от откритата преса на всички препратки към водороден пероксид. Причините за тази странна загуба станаха ясни едва след смазващото поражение на "хилядолетния Райх".

Всичко започна с идея, която дойде начело на Хелмут Валтер, собственик на малка фабрика в Кил за производство на прецизни инструменти, изследователско оборудване и реактиви за германски институти. Той беше способен, ерудиран човек и, което е важно, предприемчив. Той забеляза, че концентрираният водороден пероксид може да продължи доста дълго време в присъствието на дори малки количества стабилизиращи вещества, като например фосфорна киселина или нейните соли. Пикочната киселина се оказа особено ефективен стабилизатор: 1 g пикочна киселина беше достатъчна за стабилизиране на 30 литра силно концентриран пероксид. Но въвеждането на други вещества, катализатори на разлагане, води до насилствено разлагане на веществото с освобождаване на голямо количество кислород. Така се появи изкусителната перспектива за регулиране на процеса на разграждане с доста евтини и прости химикали.

Само по себе си всичко това беше известно от дълго време, но освен това Уолтър обърна внимание на другата страна на процеса. Разграждането на пероксид

2 З 2 O2 = 2 H2 O + O2

Кил е бил аванпост на германското строителство на подводници, а Уолтър е заловен от идеята за подводен двигател с водороден прекис. Той привлече със своята новост и освен това инженерът Уолтър беше далеч от нетърговски. Той отлично разбираше, че в условията на фашистка диктатура най -краткият път към просперитета е да работи за военните ведомства.

Още през 1933 г. Уолтър независимо предприема проучване на енергийния потенциал на разтворите на H 2 O2... Той направи графика на зависимостта на основните термофизични характеристики от концентрацията на разтвора. И това разбрах.

Разтвори, съдържащи 40-65% Н 2 O2разлагайки се, те значително се нагряват, но недостатъчно за образуването на газ високо налягане... При разлагането на по-концентрирани разтвори се отделя много повече топлина: цялата вода се изпарява без остатък, а остатъчната енергия се изразходва напълно за нагряване на парния газ. И това, което също е много важно; всяка концентрация съответства на строго определено количество отделена топлина. И строго определено количество кислород. И накрая, трето - дори стабилизираният водороден пероксид се разлага почти мигновено под действието на калиеви перманганати KMnO 4 или калций Ca (MnO 4 )2 .

Уолтър успя да види абсолютно нова зонаизползването на вещество, известно повече от сто години. И той изследва това вещество от гледна точка на предвидената употреба. Когато той изнесе съображенията си във висшите военни кръгове, беше получена незабавна заповед: да се класифицира всичко, което по някакъв начин е свързано с водороден пероксид. Отсега нататък техническата документация и кореспонденцията включваха „аурол“, „оксилин“, „гориво Т“, но не и добре познатия водороден пероксид.

Схематична диаграма на парогазотурбинна инсталация, работеща на "студен" цикъл: 1 - витло; 2 - редуктор; 3 - турбина; 4 - сепаратор; 5 - камера за разлагане; 6 - регулиращ вентил; 7- електрическа помпа от разтвор на пероксид; 8 - еластични контейнери с разтвор на пероксид; 9 - възвратен клапан за отстраняване извън борда на продуктите на разпадане на пероксид.

През 1936 г. Уолтър представя първата инсталация на ръководството на подводния флот, който работи на посочения принцип, който въпреки по -скоро висока температура, получи името "студено". Компактната и лека турбина развива 4000 к.с. на щанда, като напълно отговаря на очакванията на дизайнера.

Продуктите от реакцията на разлагане на силно концентриран разтвор на водороден пероксид се подават в турбина, която завърта витло през редукторна скоростна кутия и след това се изнася на борда.

Въпреки очевидната простота на такова решение, имаше съпътстващи проблеми (и как можем без тях!). Например, беше установено, че прахът, ръждата, основите и други примеси също са катализатори и драстично (и много по -лошо - непредвидимо) ускоряват разлагането на пероксид, като по този начин създават опасност от експлозия. Следователно, за съхранение на разтвора на пероксид бяха използвани еластични контейнери, изработени от синтетичен материал. Планирано е да се поставят такива контейнери извън плътно тяло, което дава възможност за ефективно използване на свободните обеми от вътрешното тяло и в допълнение, за създаване на задна вода от разтвора на пероксида пред помпата на агрегата поради налягането на морската вода .

Но другият проблем се оказа много по -сложен. Кислородът, съдържащ се в отработените газове, е доста слабо разтворим във вода и издава местоположението на лодката, оставяйки следа от мехурчета по повърхността. И това въпреки факта, че „безполезният“ газ е жизненоважно вещество за кораб, проектиран да остане на дълбочина възможно най -дълго.

Идеята за използване на кислород като източник на окисляване на гориво беше толкова очевидна, че Уолтър започна паралелен дизайн на двигател с горещ цикъл. При този вариант в камерата за разлагане се подава органично гориво, което се изгаря в неизползван досега кислород. Силата на инсталацията рязко се увеличи и освен това следите намаляха, тъй като продуктът на горене - въглеродният диоксид - се разтваря много по -добре от кислорода във водата.

Уолтър е бил наясно с недостатъците на "студения" процес, но се е примирил с тях, тъй като е разбирал, че в конструктивен смисъл такава електроцентрала би била несравнимо по -проста, отколкото с "горещ" цикъл, което означава, че можете да изградите лодка много по -бързо и демонстрира своите предимства ...

През 1937 г. Уолтър съобщава резултатите от експериментите си на ръководството на германския флот и уверява всички във възможността за създаване на подводници с пара-газови турбинни инсталации с безпрецедентна скорост на потопяване над 20 възела. В резултат на срещата беше решено да се създаде експериментална подводница. В процеса на проектирането му бяха решени въпроси, свързани не само с използването на необичайна електроцентрала.

Така че, проектната скорост на подводното течение направи по -рано използваните контури на корпуса неприемливи. Тук моряците бяха подпомогнати от производители на самолети: няколко модела на корпуса бяха тествани във въздушна тунел. Освен това, за да подобрим управляемостта, използвахме двойни кормила, моделирани на кормилата на самолетите Junkers-52.

През 1938 г. в Кил е положена първата в света експериментална подводница с електроцентрала с водороден прекис с водоизместимост 80 тона, обозначена като V-80. Тестовете, проведени през 1940 г., буквално зашеметяват - сравнително проста и лека турбина с мощност 2000 к.с. позволи на подводницата да развие скорост от 28,1 възела под вода! Вярно е, че такава безпрецедентна скорост трябваше да бъде платена с незначителен круизен обхват: запасите от водороден пероксид бяха достатъчни за един и половина до два часа.

За Германия по време на Втората световна война подводниците са стратегически, тъй като само с тяхна помощ е възможно да се нанесат осезаеми щети върху икономиката на Англия. Следователно, още през 1941 г. започва разработката, а след това и изграждането на подводницата V-300 с парна газова турбина, работеща на „горещ“ цикъл.

Принципиална схема на парогазотурбинна инсталация, работеща на "горещ" цикъл: 1 - витло; 2 - редуктор; 3 - турбина; 4 - гребен електродвигател; 5 - сепаратор; 6 - горивна камера; 7 - запалително устройство; 8 - клапан на тръбата за запалване; 9 - камера за разлагане; 10 - вентил за включване на инжектори; 11 - трикомпонентен превключвател; 12 - четирикомпонентен регулатор; 13 - помпа за разтвор на водороден пероксид; 14 - горивна помпа; 15 - водна помпа; 16 - охладител за кондензат; 17 - кондензатна помпа; 18 - смесителен кондензатор; 19 - газов колектор; 20 - компресор на въглероден диоксид

Лодката V-300 (или U-791-тя получи такова буквено-цифрово обозначение) имаше две задвижващи системи(по -точно три): газова турбина Walter, дизелов двигател и електродвигатели. Такъв необичаен хибрид се появи в резултат на разбирането, че турбината всъщност е двигател на догарянето. Големият разход на горивни компоненти направи просто неикономично да се правят дълги „бездействащи“ пресичания или тихо „да се промъкнат“ на вражески кораби. Но тя беше просто незаменима за бързо напускане на позицията на атака, смяна на мястото на атака или други ситуации, когато „миришеше пържено“.

U -791 никога не е завършен, но веднага са поставени четири експериментални бойни подводници от две серии - Wa -201 (Wa - Walter) и Wk -202 (Wk - Walter Krupp) на различни корабостроителни фирми. По отношение на своите електроцентрали те бяха идентични, но се различаваха по кърмовото оперение и някои елементи от контурите на кабината и корпуса. През 1943 г. започват техните изпитания, които са трудни, но до края на 1944г. всички основни технически проблемибяха отзад. По-специално, U-792 (серия Wa-201) беше тестван за пълния си круизен обхват, когато, с доставка на водороден пероксид от 40 тона, той премина под форсажа за почти четири часа и половина и поддържаше скорост от 19,5 възела за четири часа.

Тези цифри толкова изумиха ръководството на Kriegsmarine, че, без да чакат края на изпитанията на експериментални подводници, през януари 1943 г. индустрията получи заповед за строителството на 12 кораба от две серии - XVIIB и XVIIG наведнъж. С водоизместимост 236/259 тона, те имаха дизелов електрически агрегат с мощност 210/77 к.с., което даваше възможност да се движи със скорост 9/5 възела. В случай на бойна необходимост бяха включени два PGTU общ капацитет 5000 к.с., което позволи да се развие подводна скорост от 26 възела.

Фигурата схематично, схематично, без да се наблюдава мащаба, показва устройството на подводница с PGTU (показана е една от двете такива инсталации). Някои обозначения: 5 - горивна камера; 6 - запалително устройство; 11 - камера за разлагане на пероксид; 16 - трикомпонентна помпа; 17 - горивна помпа; 18 - водна помпа (според материалите http://technicamolodezhi.ru/rubriki_tm/korabli_vmf_velikoy_otechestvennoy_voynyi_1972/v_nadejde_na_totalnuyu_voynu)

Накратко, работата на PSTU изглежда така. За захранване е използвана помпа с тройно действие дизелово гориво, водороден пероксид и чиста вода през 4-позиционен регулатор за подаване на сместа към горивната камера; когато помпата работи при 24000 оборота в минута. доставката на сместа достигна следните обеми: гориво - 1,845 куб. м / час, водороден пероксид - 9,5 куб. м / час, вода - 15,85 куб. м / час. Дозирането на тези три компонента на сместа се извършва с помощта на 4 -позиционен регулатор на подаването на сместа в тегловно съотношение 1: 9: 10, който регулира и четвъртия компонент - морска вода, който компенсира разликата в теглото водороден пероксид и вода в контролните камери. Управляващите елементи на 4-позиционния регулатор се задвижват от електрически мотор с мощност 0,5 к.с. и осигури необходимия дебит на сместа.

След 4-позиционния регулатор, водородният пероксид влезе в камерата за каталитично разлагане през отвори в капака на това устройство; върху ситото на което имаше катализатор - керамични кубчета или тръбни гранули с дължина около 1 cm, импрегнирани с разтвор на калциев перманганат. Парата се нагрява до температура от 485 градуса по Целзий; 1 кг катализаторни елементи преминават до 720 кг водороден пероксид на час при налягане от 30 атмосфери.

След камерата за разлагане тя влезе в горивна камера с високо налягане, изработена от здрава закалена стомана. Шест дюзи служиха като входни канали, страничните отвори на които служеха за преминаване на пара и газ, а централният за гориво. Температурата в горната част на камерата достигна 2000 градуса по Целзий, а в долната част на камерата тя спадна до 550-600 градуса поради инжектирането на чиста вода в горивната камера. Получените газове се подават в турбината, след което отработената пара-газова смес влиза в кондензатора, монтиран на корпуса на турбината. С помощта на система за водно охлаждане температурата на сместа на изхода е спаднала до 95 градуса по Целзий, кондензатът се е събрал в резервоара за кондензат и с помощта на помпа за извличане на кондензат е влязъл в хладилниците с морска вода, които са използвали работа морска вода за охлаждане, когато лодката се движи в потопено положение. В резултат на преминаването през хладилниците температурата на получената вода намалява от 95 на 35 градуса по Целзий и тя се връща през тръбопровода като чиста вода за горивната камера. Остатъците от парогазовата смес под формата на въглероден диоксид и пара под налягане от 6 атмосфери бяха взети от резервоара за кондензат чрез сепаратор за газ и отстранени зад борда. Въглеродният диоксид се разтваря сравнително бързо в морската вода, без да оставя забележима следа върху повърхността на водата.

Както можете да видите, дори в такава популярна презентация PSTU не изглежда просто устройство, което изискваше участието на висококвалифицирани инженери и работници за изграждането му. Изграждането на подводници от PSTU се извършва в атмосфера на абсолютна тайна. На корабите е допуснат строго ограничен кръг лица съгласно списъците, договорени във висшите органи на Вермахта. На пунктовете имаше жандармеристи, преоблечени като пожарникари ... В същото време производствените мощности бяха увеличени. Ако през 1939 г. Германия произвежда 6800 тона водороден пероксид (по отношение на 80% разтвор), то през 1944 г. - вече 24 000 тона, а допълнителните мощности са изградени за 90 000 тона годишно.

Все още без пълноценни бойни подводници от PSTU, без опит в бойното им използване, гранд адмирал Доениц излъчва:

Ще дойде ден, когато ще обявя още една подводна война на Чърчил. Подводният флот не е разбит от ударите през 1943 г. Той е по -силен от преди. 1944 г. ще бъде трудна година, но година, която ще донесе голям успех.

Чудя се дали Карл Доениц си спомни тези силни обещания през онези 10 години, които трябваше да прекара в затвора в Шпандау с присъдата на Нюрнбергския трибунал?

Финалът на тези обещаващи подводници се оказа плачевен: за цялото време само 5 (според други източници - 11) лодки бяха построени от PSTU Walter, от които само три бяха тествани и бяха записани в бойната сила на флота. Без екипаж, който не направи нито един боен изход, те бяха наводнени след капитулацията на Германия. Два от тях, изхвърлени в плитка зона в британската окупационна зона, по-късно бяха издигнати и транспортирани: U-1406 в САЩ и U-1407 във Великобритания. Там експертите внимателно проучиха тези подводници, а британците дори проведоха полеви тестове.

Нацистко наследство в Англия ...

Лодките на Уолтър, изпратени до Англия, не са бракувани. Напротив, горчивият опит от двете минали световни войни в морето внуши на британците убеждението за безусловния приоритет на противолодочните сили. Наред с други, Адмиралтейството разглеждаше въпроса за създаването на специална подводна подводница. Предполага се, че те ще бъдат разположени на подстъпите към вражески бази, където трябваше да атакуват вражески подводници, излизащи в морето. Но за това самите подводни подводници трябваше да притежават две важни качества: способността тайно да останат под носа на противника дълго време и поне за кратко да развиват високи скорости за бърз подход към врага и внезапното му атака. И германците им представиха добър старт: RPD и газова турбина. Най -голямо внимание беше насочено към Пермския държавен технически университет, като напълно автономна система, която освен това осигуряваше наистина фантастични подводни скорости за онова време.

Германският U-1407 е ескортиран до Англия от германския екипаж, който е предупреден за смъртното наказание в случай на саботаж. Там е отведен и Хелмут Уолтър. Възстановеният U-1407 е включен във флота под името „Метеорит“. Тя служи до 1949 г., след което е изтеглена от флота и демонтирана за метал през 1950 г.

По-късно, през 1954-55 г. британците построиха две подобни експериментални подводници „Explorer“ и „Excalibur“ по свой собствен дизайн. Промените обаче засягат само външния вид и вътрешното оформление, тъй като за PSTU те остават практически в първоначалния си вид.

И двете лодки така и не станаха родоначалници на нещо ново във английския флот. Единственото постижение са 25 -те потопени възела, получени по време на тестовете на Explorer, което даде основание на британците да тръбят по целия свят за техния приоритет за този световен рекорд. Цената на този запис също беше рекордна: постоянните неуспехи, проблеми, пожари, експлозии доведоха до факта, че повечетовреме, прекарано в докове и работилници в ремонт, отколкото в кампании и изпитания. И това не брои чисто финансовата страна: един работен час на "Explorer" струваше 5000 паунда стерлинги, което по онова време е равно на 12,5 кг злато. Те бяха изгонени от флота през 1962 г. („Explorer“) и през 1965 г. („Excalibur“) с убийствените характеристики на един от британските подводничари: "Най -доброто нещо, което можете да направите с водороден пероксид, е да привлечете потенциални противници към него!"

... и в СССР]
Съветският съюз, за ​​разлика от съюзниците, не получи XXVI лодки, и техническа документацияотносно тези събития: „съюзниците“ останаха верни на себе си, като отново скриха малко. Но имаше информация и доста обширна информация за тези неуспешни новости на Хитлер в СССР. Тъй като руските и съветските химици винаги са били в челните редици на световната химическа наука, решението да се проучат възможностите на такива интересен двигателна чисто химическа основа беше приет бързо. Разузнавателните агенции успяха да намерят и съберат група германски специалисти, които преди това са работили в тази област и изразиха желание да ги продължат срещу бившия враг. По -специално такова желание беше изразено от един от заместниците на Хелмут Валтер, някакъв Франц Статецки. Statecki и група "техническо разузнаване" за износ на военна техника от Германия под ръководството на адмирал Л.А. Коршунов, открил в Германия фирмата "Bruner-Kanis-Raider", която е била сътрудник в производството на турбинни агрегати Walter.

За да копирате немска подводница с електроцентралата на Уолтър, първо в Германия, а след това в СССР под ръководството на А.А. Създадено е „Бюрото на Антипин“ на Антипин, организация, от която, с усилията на главния конструктор на подводници (капитан I ранг А. А. Антипин), се формира ЛПМБ „Рубин“ и СПМБ „Малахит“.

Задачата на бюрото беше да проучи и възпроизведе постиженията на германците в нови подводници (дизелови, електрически, парни и газови турбини), но основната задача беше да повтори скоростите на германските подводници с цикъла на Уолтър.

В резултат на извършената работа беше възможно напълно да се възстанови документацията, производството (отчасти от немски, отчасти от новопроизводствените агрегати) и тестване на парогазовата турбинна инсталация на немски лодки от серията XXVI.

След това беше решено да се построи съветска подводница с двигател Walter. Темата за развитието на подводници от Walter PSTU беше наречена Project 617.

Александър Тиклин, описвайки биографията на Антипин, пише:

„... Това беше първата подводница в СССР, която превиши 18-възеловата скорост на подводната скорост: за 6 часа подводната й скорост беше над 20 възела! Корпусът осигурява удвояване на дълбочината на потапяне, тоест до дълбочина 200 метра. Но основното предимство на новата подводница беше нейната електроцентрала, която по онова време беше невероятна иновация. И неслучайно тази лодка беше посетена от академици И.В. Курчатов и А.П. Александров - подготвяйки се за създаването на атомни подводници, те нямаше как да не се запознаят с първата подводница в СССР, която имаше турбинна инсталация. Впоследствие много дизайнерски решения бяха заимствани при развитието на атомните електроцентрали ... "

S-99 се счита за експериментален от самото начало. На него се практикува решаването на въпроси, свързани с висока подводна скорост: формата на корпуса, управляемостта, стабилността на движението. Данните, натрупани по време на експлоатацията му, направиха възможно рационалното проектиране на корабите с ядрено задвижване от първо поколение.

През 1956 - 1958 г. са проектирани 643 големи лодки по проект с водоизместимост 1865 тона и вече с две PGTU, които трябваше да осигурят на подводната скорост 22 възела. Въпреки това, във връзка със създаването на чернови проект на първите съветски подводници с атомни електроцентрали, проектът беше затворен. Но изследванията на лодките PSTU S-99 не спираха, а бяха прехвърлени в основния поток за разглеждане на възможността за използване на двигателя Walter в гигантското торпедо Т-15 с атомен заряд, който се разработваше, предложен от Сахаров за унищожаването на военноморските бази и пристанищата на САЩ. Т-15 трябваше да има дължина 24 метра, подводен обхват до 40-50 мили и да носи термоядрена бойна глава, способна да предизвика изкуствено цунами да унищожи крайбрежните градове в САЩ. За щастие и този проект беше изоставен.

Опасността от водороден прекис не пропусна да засегне съветския флот. На 17 май 1959 г. на него се случи инцидент - експлозия в машинното отделение. Лодката по чудо не умря, но възстановяването й беше счетено за неподходящо. Лодката е предадена за скрап.

В бъдеще PSTU не получи широко разпространение в корабостроенето на подводници, нито в СССР, нито в чужбина. Напредъкът в ядрената енергетика даде възможност за по -успешно решаване на проблема с мощните подводни двигатели, които не се нуждаят от кислород.

Следва продължение…

Ctrl Въведете

Петнист Ош С бку Маркирайте текст и натиснете Ctrl + Enter

Водородният пероксид H 2 O 2 е бистра, безцветна течност, забележимо по -вискозна от водата, с характерен, макар и слаб, мирис. Безводен водороден пероксид е труден за получаване и съхранение и е твърде скъп за използване като гориво. Като цяло високата цена е един от основните недостатъци на водородния пероксид. Но в сравнение с други окислители е по -удобно и по -малко опасно за работа.
Тенденцията на пероксид да се разлага спонтанно традиционно е преувеличена. Въпреки че наблюдавахме намаляване на концентрацията от 90% на 65% след две години съхранение в 1 -литрови бутилки от полиетилен при стайна температура, но в по -големи обеми и в по -подходящ контейнер (например в 200 -литров варел, направен от доста чист алуминий) скоростта на разлагане е 90%, пероксидът би бил по -малък от 0,1% годишно.
Плътността на безводния водороден пероксид надвишава 1450 kg / m 3, което е много по -високо от това на течния кислород и малко по -малко от това на окислителите на азотна киселина. За съжаление водните примеси бързо го намаляват, така че 90% разтвор има плътност 1380 kg / m 3 при стайна температура, но това все още е много добър показател.
Пероксидът в ракетните двигатели с течно гориво може да се използва както като единично гориво, така и като окислител - например в тандем с керосин или алкохол. Нито керосинът, нито алкохолът се запалват спонтанно с пероксид и за да се запали, към горивото трябва да се добави катализатор за разлагане на пероксид - тогава отделената топлина е достатъчна за запалване. За алкохол подходящ катализатор е манганов (II) ацетат. За керосина има и съответни добавки, но техният състав се пази в тайна.
Използването на пероксид като единично гориво е ограничено от неговите относително ниски енергийни характеристики. И така, постигнатият специфичен импулс във вакуум за 85% пероксид е само около 1300 ... 1500 m / s (за различна степен на разширение), а за 98% - около 1600 ... 1800 m / s. Независимо от това, пероксидът е използван за първи път от американците за ориентиране на спускащото се превозно средство на космическия кораб "Меркурий", след това, със същата цел, от съветските конструктори на космическия кораб "Союз". В допълнение, водородният пероксид се използва като спомагателно гориво за задвижване на TNA-за първи път на ракетата V-2, а след това и на нейните потомци, до R-7. Всички модификации на Седемте, включително най -модерните, все още използват пероксид за задвижване на THA.
Като окислител водородният пероксид е ефективен с различни горива. Въпреки че дава по -нисък специфичен импулс от течния кислород, когато се използва висока концентрация на пероксид, стойностите на SI надвишават тези за окислители на азотна киселина със същите горива. От всички космически ракети -носители само един използва пероксид (свързан с керосин) - британската черна стрела. Параметрите на двигателите му бяха скромни - AI на двигателите от 1 -ви етап леко надвишава 2200 m / s на земята и 2500 m / s във вакуум, тъй като тази ракета използва само 85% концентрация на пероксид. Това беше направено поради факта, че пероксидът беше разложен върху сребърен катализатор, за да се осигури самозапалване. По -концентрираният пероксид би стопил среброто.
Въпреки факта, че интересът към пероксид се засилва от време на време, перспективите му остават слаби. Така че, въпреки че съветският ракетен двигател RD-502 ( горивна пара- пероксид плюс пентаборан) и демонстрира специфичен импулс от 3680 m / s, той остава експериментален.
В нашите проекти ние се фокусираме върху пероксид и защото двигателите върху него се оказват по -студени от подобни двигателисъс същия потребителски интерфейс, но на различни горива. Например, продуктите от горенето на "карамелено" гориво имат почти 800 ° по -висока температура със същия постигнат потребителски интерфейс. Това се дължи на голямото количество вода в продуктите на пероксидната реакция и в резултат на това на ниското средно молекулно тегло на реакционните продукти.