Използването на водороден пероксид във вътрешните двигатели с вътрешно горене. Моторни инсталации в водороден пероксид за малки спътници. Удар от дълбочина

При разлагане на водороден пероксид върху катализатора се освобождава голямо количество топлина, а водата се генерира в резултат на реакцията на водороден пероксид, водата се превръща в пара и в сместа с атомен кислород, освободен по време на реакцията, форми така наречената "Steamhouse". Температурата на парата, в зависимост от степента на начална концентрация на водороден пероксид, може да достигне 700 ° С -800 ° С.

Концентрира се до около 80-85% водороден пероксид в различни немски документи, се нарича "оксилин", "гориво t" (t-stoff), "аурол", "перигеро". Разтворът на катализатора се нарича Z-Stoff.

Горивото за валтерните двигатели, състоящо се от T-Stoff и Z-Stoff, се нарича един компонент, тъй като катализаторът не е компонент.
...
...
...
Уолтър двигатели в СССР

След войната в СССР той изрази желание да работи един от депутатите на Хелмут Уолтър на някои френски станци. Stttski и група "Техническа разузнаване" за премахване на военните технологии под ръководството на адмирал Л. Коршунова, намерена в Германия, компанията "Brewer-Kanis-Rider", която е селекция в производството на турбини Walter инсталации.

За да копирате немската подводница с мощността на Уолтър, първо в Германия, а след това в СССР под ръководството на АА Антипина е създадена "Бюрото на Антипина", организация, от която чрез усилията на основния дизайнер Образуваха се на подводници (капитан I ранг) АА Антипина LPMB "Рубин" и SPMM "Малахит".

Задачата на Бюрото трябваше да копира постиженията на германците на нови подводници (дизел, електрически, пара-буббар), но основната задача беше да се повторят скоростите на немските подводници с цикъл на Уолтър.

В резултат на извършената работа е възможно напълно да се възстанови документацията, да се произвежда (частично от немски, частично от новоизработени възли) и да тества инсталирането на парабургера на германските лодки на серията XXVI.

След това беше решено да се изгради съветска подводница с двигателя на Уолтър. Темата за развитието на подводница с PGTU WALTER получи проект 617.

Александър Таклин, описвайки биографията на Антипината, написа: ... Това беше първата подводница на СССР, която пресича 18-нодуларната стойност на подводната скорост: в продължение на 6 часа, нейната подводна скорост е повече от 20 възли! Случаят предвижда увеличение на дълбочината на гмуркане два пъти, т.е. до дълбочина 200 метра. Но основното предимство на новата подводница е нейната енергийна обстановка, която е невероятна по време на иновациите. И това не беше случайно посещението на тази лодка от академиците I. В. Курчатов и А. П. Александров - подготовка за създаването на ядрени подводници, те не биха могли да се запознаят с първата подводница в СССР, която имаше турбинна завод. Впоследствие много конструктивни решения бяха привлечени в развитието на атомните електроцентрали ...

През 1951 г. проектната лодка 617, наречена C-99, е поставена в Ленинград в завода № 196. На 21 април 1955 г. лодката е била изправена на държавни тестове, завършени на 20 март 1956 година. В резултатите от теста се посочва: ... на подводница за първи път скоростта на подводен ход от 20 възли е достигната в рамките на 6 часа.

През 1956-1958 г. големи лодки са проектирани проект 643 с повърхностно преместване през 1865 тона и вече с два PSTU Walter. Въпреки това, поради създаването на проекта за скица на първите съветски подводници с атомни електроцентрали, проектът беше затворен. Но проучванията на лодката на PSTU C-99 не са спрели и са били прехвърлени в посока на разглеждане на възможността за използване на двигателя на Уолтър в развитите гигант T-15 торпедо с атомна такса, предложена от захарта, за да се унищожат военноморските бази данни и САЩ пристанища. Т-15 трябваше да има дължина 24 м, диапазон на гмуркане до 40-50 мили и носят арконуклейската бойна глава, която може да предизвика изкуствени цунами да унищожи крайбрежните градове на САЩ.

След войната в СССР, торпеда бяха доставени на Уолтър Двигатели, а NII-400 започнаха да развиват вътрешен донален непредпроизведен скорост. През 1957 г. са завършени правителствени тестове на Tored DBT. Торпеда ДББ беше приет през декември 1957 г., в рамките на сектора 53-57. Torpeda 53-57 калибър 533 mm, имаше тегло около 2000 кг, скоростта на 45 възли при завой диапазон до 18 км. Торпедо бойна глава с тегло 306 кг.

1 .. 42\u003e .. \u003e\u003e Следващ
Ниска температура на замръзване на алкохол ви позволява да я използвате в широка гама от температури на околната среда.
Алкохолът се произвежда в много големи количества и не е недостатъчен запалим. Алкохолът има агресивно въздействие върху структурните материали. Това ви позволява да прилагате относително евтини материали за алкохолни танкове и магистрали.
Метилов алкохол може да служи като заместител на етилов алкохол, който дава малко по-лошо качество с кислород. Метилов алкохол се смесва с етил във всякакви пропорции, което дава възможност да се използва с липса на етилов алкохол и да се добави към слайд в гориво. Горивото, основано на течен кислород, се използва почти изключително в дълги гарнитури, позволяващи и дори, поради по-голямо тегло, изискващо ракетно зареждане с компоненти на мястото на стартиране.
Водороден пероксид
H2O2 водороден пероксид (т.е. 100% концентрация) в техниката не се прилага, тъй като е изключително нестабилен продукт, способен на спонтанно разлагане, лесно се превръща в експлозия под влиянието на всички, привидно незначителни външни влияния: въздействие, осветление, най-малкото замърсяване от органични вещества и примеси на някои метали.
В ракетна техника"По-устойчиви висококачествени обучени (най-често се използват 80"% концентрации) разтвори на водородно помпено във вода. За увеличаване на устойчивостта на водороден пероксид, се добавят малки количества вещества, предотвратяват неговото спонтанно разлагане (например фосфорна киселина). Използването на 80 "% водороден пероксид изисква понастоящем приема само конвенционални предпазни мерки, необходими при работа със силни окислители. Водороден пероксид такава концентрация е прозрачна, леко синкав течност с температура на замръзване -25 ° C.
Водороден пероксид, когато е разложен върху кислород и водни двойки, подчертава топлина. Това освобождаване на топлина се обяснява с факта, че топлината на образуването на пероксид е 45.20 kcal / g-mol,
126
GL. IV. Гориво ракетни двигатели
времето, когато топлината на образуването на вода е равно на 68.35 kcal / g-mol. Така, с разлагане на пероксида съгласно формулата H2O2 \u003d --H2O + V2O0, химическата енергия се подчертава, еднаква разлика 68.35-45,20 \u003d 23.15 kcal / g-mol, или 680 kcal / kg.
Концентрацията на водороден пероксид 80е / oog има способността да се разлага в присъствието на катализатори с топлинно освобождаване в количеството от 540 kcal / kg и с освобождаване на свободен кислород, който може да се използва за окисление на горивото. Водородният пероксид има значително специфично тегло (1.36 kg / l за концентрации от 80%). Невъзможно е да се използва водороден пероксид като охладител, защото когато се нагрява, не кипи, но веднага се разлага.
Неръждаема стомана и много чиста (с съдържание на примеси до 0,51%) алуминий може да служи като материали за резервоари и тръбопроводи на двигатели, работещи на пероксид. Напълно неприемливо използване на мед и други тежки метали. Мед е силен катализатор, който допринася за разграждането на водород перокси. Някои видове пластмаси могат да бъдат приложени за уплътнения и уплътнения. Проникването на концентриран водороден пероксид върху кожата причинява тежки изгаряния. Органични вещества, когато водородният пероксид падне върху тях.
Гориво на базата на водороден пероксид
Въз основа на водороден пероксид бяха създадени два вида горива.
Горивото от първия тип е горивото на отделен фураж, при който кислород се освобождава при разлагане на водороден пероксид, за да се изгори горивото. Пример за това е горивото, използвано в двигателя на въздухоплавателното средство, описано по-горе (стр. 95). Състои се от водороден пероксид от 80% концентрация и смес от хидразин хидрат (N2H4H2O) с метилов алкохол. Когато се добави специалният катализатор, това гориво става самозапалване. Сравнително ниска калоричност (1020 kcal / kg), както и малкото молекулно тегло на горивните продукти, определя ниската температура на горене, която улеснява работата на двигателя. Въпреки това, поради ниската калоричност, двигателят има ниско специфично желание (190 kgc / kg).
С вода и алкохол, водороден пероксид може да образува относително устойчиви на експлозия тройни смеси, които са пример за еднокомпонентно гориво. Калоричността на такива експлозионни смеси е сравнително малка: 800-900 kcal / kg. Следователно, като основното гориво за EDD, те едва ли ще се прилагат. Такива смеси могат да се използват в парахода.
2. Модерно гориво Ракетни двигатели
127
Реакцията на разграждането на концентриран пероксид, както вече споменато, се използва широко в ракетна технология за получаване на пари, което е работещ флуорид на турбината при изпомпване.
Известни двигатели, в които топлината на пероксидното разлагане служи за създаване на сила на тягата. Специфичното сцепление на такива двигатели е ниско (90-100 kgc / kg).
За разлагане на пероксид се използват два вида катализатори: течност (разтвор на калиев перманганат KMNO4) или твърдо вещество. Прилагането на последното е по-предпочитано, тъй като прави прекомерна течна катализаторна система към реактора.

Безспорно двигателят е най-важната част от ракетата и един от най-сложните. Задача на двигателя - Смесете компонентите на горивото, осигурете тяхното изгаряне и при висока скорост, за да изхвърлите газа, получен по време на горивния процес в дадена посока, създаване реактивно желание. В тази статия ще разгледаме химическите двигатели, използвани сега в ракетни техники. Има няколко от техните видове: твърдо гориво, течен, хибриден и течен един компонент.

Всеки ракетен двигател се състои от две основни части: горивна камера и дюза. С горивна камера, мисля, че всичко е ясно - това е определен затворен обем, при който горивото горя. Дюзата е предназначена за овърклокването на газа в процеса на изгаряне на газове до свръхзвукова скорост в една посочена посока. Дюзата се състои от объркване, канал на критика и дифузор.

Конфекос е фуния, която събира газове от горивната камера и ги насочва към критичния канал.

Критиката е най-тясната част на дюзата. В него газ ускорява скоростта на звука поради високо налягане от объркването.

Дифузорът е разширяваща се част от дюзата след критика. Необходимо е да се намали налягането и температурата на газа, поради което газът получава допълнително ускорение до свръхзвукова скорост.

И сега ще преминем през всички основни видове двигатели.

Да започнем с прост. Най-лесният дизайн е RDTT - ракетен двигател на твърдо гориво. Всъщност, това е барел, натоварен от твърдо гориво и окислителна смес с дюза.

Камерата на горивната камера в такъв двигател е канала в зареждане на гориво и изгарянето се появява в цялата повърхност на този канал. Често, за да се опрости зареждането с гориво за двигателя, таксата е направена от горивни пулове. След това изгарянето се появява и на повърхността на вратовете на пуловете.

За получаване на различна зависимост на тяга от времето се прилагат различни напречни сечения Канал:

RDTT. - най-древният изглед на ракета. Той е изобретен в древен Китай, но до ден днешен намира да се използва както в бойни ракети, така и в космическата технология. Също така, този двигател, дължащ се на своята простота, се използва активно в аматьорското ракетно осветление.

Първият американски космически кораб на живак е оборудван с шест RDTT:

Три малки кораба от ракетата на носача след отделяне от нея и три големи - инхибират го за отстраняване на орбитата.

Най-мощният RDTT (и обикновено най-мощният ракетен двигател в историята) е страничният ускорител на системата за космическа совалка, която е разработила максималната тяга от 1400 тона. Две от тези ускорители, които дадоха толкова зрелищна пост на огъня в началото на сованите. Това е ясно видимо, например, в началото на началото на Shuttok Atlantis на 11 май 2009 г. (мисия STS-125):

Същите ускорители ще бъдат използвани в новите SLS ракети, които ще донесат новия американски кораб Орион до орбита. Сега можете да видите записи от тестове за ускорителя на земята:

RDTT е инсталиран и в системи за аварийно спасяване, предназначени за космически кораб от ракета в случай на инцидент. Тук, например, тестовете на КС на корабния кораб на 9 май 1960:

На космически кораби Съюзът освен SAS са инсталирани меки кацане. Това е и RDTT, която работи на секундата, като раздава мощен импулс, угасвайки скоростта на намаляването на кораба почти до нула преди докосването на повърхността на земята. Работата на тези двигатели е видима при влизане на разтоварването на корабния съюз TMA-11M на 14 май 2014 г.:

Основният недостатък на RDTT е невъзможността да се контролира тежестта и невъзможността за повторно стартиране на двигателя след спиране. Да, и спирането на двигателя в случай на RDTT на факта на спиране не е: двигателят не спира да работи поради края на горивото или, ако е необходимо, да го спре по-рано, прекъсването на Намалява се: Специална болест е стрелба топ покритие Двигателят и газовете започват да излизат от двата края си, като нулират жаждата.

Ще разгледаме следното хибриден двигател . Неговата функция е, че използваните компоненти на горивото са в различни съвкупни държави. Най-често се използват твърдо гориво и течен или газов окислител.

Ето какво изглежда тестът за пейката на такъв двигател:

Това е този тип двигател, който се прилага върху първото частно пространство Shuttle SpaceShipone.
За разлика от RDTT GD, можете да рестартирате и да го регулирате. Но това не беше без недостатък. Поради голямата горивна камера, PD е нерентабилна да постави на големи ракети. Също така, UHD е склонен да "твърд старт", когато много окислител е натрупал в горивната камера и при пренебрегването на двигателя дава голям пулс на тяга за кратко време.

Е, сега разгледайте най-широко използвания тип ракетни двигатели в астронавтиката. то Едр - Течни ракетни двигатели.

В горивната камера, EDD смесените и изгори две течности: гориво и окислително средство. Три горивни и окислителни двойки се използват в ракетите на пространството: течен кислород + керосин (Soyuz ракета), течен водород + течен кислород (втори и трети етап от ракетата на Сатурн-5, втори етап на Changzhin-2, космическа совалка) и асиметричен диметилхидразин + нитроксид нитроксид (азотен ракетен протон и първият етап Changzhin-2). Има и тестове на нов тип гориво - течен метан.

Ползите от EDD са с ниско тегло, способността за регулиране на тягата над широк диапазон (дроселиране), възможността за множество стартирания и по-голям специфичен импулс в сравнение с двигателите на други видове.

Основният недостатък на такива двигатели е спиращата дъха сложност на дизайна. Това е в моята схема всичко просто изглежда, и всъщност, когато проектира EDD, е необходимо да се справим с редица проблеми: необходимостта от добро смесване на горивните компоненти, сложността на поддържането на високо налягане в горивната камера, неравномерно Гориво изгаряне, силно нагряване на горивната камера и стените на дюзата, сложността със запалване, корозионно излагане на окислителя по стените на горивната камера.

За да се решат всички тези проблеми, се прилагат много сложни и не много инженерни решения, какви начини, които EDD изглежда често като кошмар мечта за пиян водопровод, например, този RD-108:

Горенето и камерите на дюзите са ясно видими, но обръщайте внимание на колко тръби, агрегати и проводници! И всичко това е необходимо за стабилна и надеждна работа на двигателя. Има турбокомпресора за подаване на гориво и окисляващо средство в горивни камери, газов генератор за турбокомпресорно устройство, изгаряне и охлаждащи ризи, пръстенови тръби на дюзи за създаване на охлаждаща завеса от гориво, дюза за нулиране на генераторски газови и дренажни тръби.

Ще разгледаме работата по-подробно в един от следните статии, но все пак отидем на най-новия тип двигатели: един компонент.

Работата на такъв двигател се основава на каталитичното разлагане на водороден пероксид. Със сигурност много от вас помнете училищния опит:

Училището използва аптека три процента пероксид, но реакцията при използване на 37% пероксид:

Може да се види как Steam Jet (в смес с кислород, разбира се), се вижда от шията на колбата. От не реактивен двигател?

Моторите при водороден пероксид се използват в ориентационните системи на космическия кораб, когато голяма стойност на тяга не е необходима и простотата на дизайна на двигателя и нейната малка маса е много важна. Разбира се, използваната концентрация на водороден пероксид е далеч от 3% и дори 30%. 100% концентриран пероксид дава смес от кислород с водна пара по време на реакцията, нагрявана до една и половина хиляда градуса, която създава високо налягане В горивната камера и висока степен на изтичане на газ от дюзата.

Простотата на еднокомпонентния дизайн на двигателя не може да привлече вниманието на любителите на аматьори. Ето пример за аматьорски еднокомпонентен двигател.

В 1818 Френски химик Л. Й. ДЖ. ТЕНАР отвори "окислена вода". По-късно това вещество има име водороден пероксид. Неговата плътност е 1464.9 кг / кубичен метър. Така полученото вещество има формула H 2O 2, ендотермално, преобръща кислород в активна форма с високо освобождаване на топлина: Н2О2\u003e Н20 + 0.5О 2 + 23.45 ккал.

Химиците също знаеха за собствеността водороден пероксид Като окисляване: решения H 2O 2 (наричан по-долу кислородна вода") възпламени запалими вещества, така че те не винаги са успели. Следователно се прилагат кислородна вода в реалния живот Като енергийно вещество и все още не се изисква допълнителен окислител, инженер дойде на ум Хелмут Уолтър. от града Кил. И по-специално на подводници, където всеки грам кислород трябва да бъде взет под внимание, особено след като тя отиде 1933.И фашистката лакът взе всички мерки, за да се подготви за война. Незабавно работа с кислородна вода са класифицирани. H 2O 2 - Продуктът е нестабилен. Уолтър намери продукти (катализатори), които допринесоха още по-бързо разлагане Перокси. Реакция на разцепване на кислород ( H 2O 2 = H 2 O. + O 2.) Получих веднага до края. Въпреки това, имаше нужда да се отървете от кислород. Защо? Факт е това кислородна вода Най-богатата връзка с O 2. Неговата почти 95% От теглото на веществото. И тъй като първоначално се отличава атомният кислород, тогава да не го използва като активен окислител е просто неудобно.

След това в турбината, където е приложена кислородна вода, органично гориво, както и вода, тъй като топлината е подчертана достатъчно. Това допринесе за растежа на мощността на двигателя.

В 1937 Годината е преминала успешни тестове за щанги на инсталациите за парар-турбини и в 1942. Първата подводница е построена F-80.които се развиват под скоростта на водата 28.1 възли (52.04 км / час). Германската команда реши да изгради 24 подводница, която трябваше да има две електроцентрали Power Power 5000 К.С.. Те консумират 80% решение Перокси. В Германия, подготвяйки капацитет за освобождаване 90 000 тона пероксид през година. Въпреки това, анологичният край дойде за "хилядолетието" ...

Трябва да се отбележи, че в Германия кислородна вода започна да се прилага в различни модификации на въздухоплавателни средства, както и на ракети Fow-1. и Fow-2.. Знаем, че всички тези произведения не могат да променят хода на събитията ...

В Съветския съюз работи с кислородна вода Проведохме и в интерес на подводния флот. В 1947 Година валиден член на Академията на науките в СССР Б. S. Stechkin.който съветва специалисти по течноактивни двигатели, които след това наричат \u200b\u200bZhdists, в Института на Академията на артилерийските науки, дадоха задачата на бъдещия академик (и след това инженер) Warsaw I. L. Направете двигателя Пероксипредложен от академик Д. А. Чудаков. Да направя това, серийно дизелови двигатели Подводници като " Щука"И практически" благословение "на работа дадоха себе си Сталин. Това позволи да се принуди развитието и да получи допълнителен обем на борда на лодката, където можете да поставите торпеда и други оръжия.

Работи С. кислородна вода Бяха извършени академичници Център, Чудаков И Варшава за много кратко време. Преди 1953 Според наличната информация е оборудван 11 подводница. За разлика от работата с кислородна водаТова, което се провежда от САЩ и Англия, нашите подводници не оставят никаква следа от тях, докато газовата турбина (САЩ и Англия) имаше димаски балон. Но въпросът в вътрешното въведение перокси и използването му за подводница Хрушчов: Страната се е преместила да работи с ядрени подводници. И мощен най-близки H 2.- Разрешаване на метален скрап.

Въпреки това, какво имаме в "сухи остатъци" с кислородна вода? Оказва се, че тя трябва да бъде последователна някъде, а след това зареждане на резервоари (резервоари) на автомобили. Не винаги е удобно. Ето защо би било по-добре да го получите директно на борда на колата и дори по-добре преди инжектиране в цилиндъра или преди да сервирате турбината. В този случай пълната безопасност на всички работи ще бъде гарантирана. Но какви източници са необходими, за да го получи? Ако вземете малко киселина и кислородна воданека кажем барий ( Va O 2.) Този процес става много неудобен за употреба директно на борда на същия "mercedes"! Следователно обърнете внимание на простата вода - H 2 O.! Оказва се, че е за получаване Перокси Можете спокойно да го използвате безопасно! И просто трябва да запълните резервоарите с обикновена вода и можете да отидете на пътя.

Единствената резервация е: в този процес, атомният кислород се образува отново (запомнете реакцията, с която се сблъска Уолтър), Но тук е разумно за него с него, както се оказа. За правилна употреба е необходима емулсия на водата, като част от която е достатъчно, за да има поне 5-10% Някакво въглеводородно гориво. Същото мазутно масло може да се приближи, но дори когато се използва, въглеводородните фракции ще осигурят флегматизация на кислород, т.е. те ще влязат в реакцията с него и ще дадат допълнителен импулс, с изключение на възможността за неконтролирано експлозия.

За всички изчисления кавитацията идва в дясно, образуването на активни мехурчета, които могат да унищожат структурата на водната молекула, за да се подчертае хидроксилната група ТОЙ ЛИ Е и да го свържете с една и съща група, за да получите желаната молекула Перокси H 2O 2.

Този подход е много полезен с всяка гледна точка, защото позволява да се изключи производственият процес. Перокси Извън обекта на употреба (т.е. дава възможност да се създаде директно в двигателя вътрешно горене). Тя е много печеливша, защото елиминира етапите на индивидуално зареждане с гориво и съхранение H 2O 2. Оказва се, че само по време на инжектирането е образуването на съединението, от което се нуждаем и, заобикаляйки процеса на съхранение, кислородна вода Влиза в работата. И в саксиите на една и съща кола може да има емулсия с вода с голям процент от въглеводородното гориво! Тук красотата ще бъде! И би било абсолютно страшно, ако един литър гориво имаше цена дори и в 5 Щатски долари. В бъдеще можете да отидете до твърд горивен вид каменни въглища, а бензинът е спокойно синтезиран. Въглищата са достатъчни за няколкостотин години! Само Якутия на малка дълбочина запазва милиарди тонове на този изкопаем. Това е огромен регион, ограничен до дъното на конеца на бамата, на която северната граница е далеч над реките Алдан и може ...

но Перокси Съгласно описаната схема, тя може да бъде получена от всякакви въглеводороди. Мисля, че главната дума в този въпрос остава за нашите учени и инженери.

Резюме. Тъй като размерът на разработените сателити се намалява, става все по-трудно да ги вземете моторни инсталации (Du), осигуряващи необходимите параметри на управляемостта и маневреността. Компресираният газ традиционно се използва за най-малките спътници. За да се повиши ефективността и в същото време намалява разходите в сравнение с хидразиновото отстраняване, се предлага водороден пероксид. Минималната токсичност и малките необходими размери на монтажа позволяват множество тестове в удобни лабораторни условия. Постиженията са описани в посоката на създаване на евтини двигатели и резервоари за гориво с АД-АД.

Въведение

В последните години Изследването на концентриран водороден пероксид се съживява като ракетно гориво за двигатели с различни скали. Пероксидът е най-привлекателен, когато се използва в нови разработки, където предишните технологии не могат да се конкурират директно. Такива разработки са сателитите с тегло 5-50 кг. Като еднокомпонентно гориво, пероксидът има висока плътност (\u003e 1300 kg / кубични метра) и специфичен импулс (UI) във вакуум от около 150 ° С [приблизително 1500 m / s]. Въпреки че е значително по-малка от хидразината UI, приблизително 230 s [около 2300 m / s], алкохол или въглеводород в комбинация с пероксид са способни да повдигат UI в диапазона от 250-300 s [от около 2500 до 3000 m / s ].

Цената е важен фактор тук, тъй като има само смисъл да се използва пероксид, ако е по-евтин, отколкото да се изграждат намалени варианти на класически du технологии. Шистотата е много вероятно да обмисли, че работата с отровни компоненти увеличава развитието, проверката и пускането на системата. Например, за тестване на ракетни двигатели върху отровни компоненти има само няколко щанда и техният брой постепенно намалява. За разлика от това, разработчиците на микросалелит могат сами да развият собствената си пероксидантна технология. Аргументът за безопасност на горивото е особено важен при работа с малко ускорени системи. Много по-лесно е да се правят такива системи, ако можете да извършвате чести евтини тестове. В този случай произшествията и разливите на компонентите на ракетата трябва да се считат за правилни, както например, извънредна ситуация за спиране на компютърна програма, когато го отстранявате. Следователно, когато работите с отровни горива, стандартът са методи на работа, които предпочитат еволюционни, постепенни промени. Възможно е използването на по-малко токсични горива в микростеп да се възползва от сериозни промени в дизайна.

Описаната по-долу работа е част от по-голяма изследователска програма, насочена към изучаване на нови космически технологии за малки приложения. Тестовете са завършени от попълнените прототипи на микросалетелити (1). Подобни теми, които представляват интерес, включват малки запълвания с помпено подаване на гориво за полети до Марс, Луната и обратно с малки финансови разходи. Тези възможности могат да бъдат много полезни за изпращане на малки изследователски апарат за приспадане на траекториите. Целта на тази статия е да се създаде технология DU, която използва водороден пероксид и не изисква скъпи материали или методи за развитие. Критерият за ефективност в този случай е значително превъзходство по отношение на възможностите, предоставени от дистанционното управление върху компресирания азот. Чист анализ на нуждите от микросателит помага да се избегнат ненужни системни изисквания, които увеличават цената му.

Изисквания за двигателната технология

Ако е за електронни системи Обикновено характеристиките се считат за уточнени, след това за du тя изобщо не е. Това се отнася до възможността за съхраняване на орбита, остри включвания и изключване, способността да издържат произволно дълги периоди на бездействие. От гледна точка на инженера на двигателя, дефиницията на задачата включва график, показващ кога и колко време трябва да работи всеки двигател. Тази информация може да бъде минимална, но във всеки случай той намалява инженерните трудности и разходите. Например, AU може да бъде тестван с използване на относително евтино оборудване, ако няма значение за наблюдение на времето на работа на Ду с точност на милисекунди.

Други условия, обикновено намаляващи системата, могат да бъдат, например, необходимостта от точно предсказване на тягата и специфичния импулс. Традиционно, такава информация направи възможно прилагането на точно изчислена корекция на скоростта с предварително определено време на работа на ДУ. Като се има предвид съвременното ниво на сензори и изчислителни възможности на борда на сателита, има смисъл да се интегрира ускорението, докато се достигне определена промяна в скоростта. Опростените изисквания ви позволяват да намалите индивидуалните развития. Възможно е да се избегне точното под налягане и потоци, както и скъпи тестове във вакуумна камера. Термичните условия на вакуума обаче все още трябва да се вземат под внимание.

Най-лесният двигател Maswer - включете двигателя само веднъж, на ранен етап от сателита. В този случай първоначалните условия и времето на отопление на думите влияят най-малко. Госъди за изтичане на гориво преди и след маневра няма да повлияе на резултата. Такъв прост сценарий може да бъде труден по друг начин, например поради голямата скорост. Ако необходимото ускорение е високо, тогава размерът на двигателя и нейната маса стават още по-важни.

Най-сложните задачи на работата на ДУ са десетки хиляди или повече къси импулси, разделени с часовник или минути на бездействие през годините. Преходни процеси в началото и края на импулса, термични загуби в устройството, изтичане на гориво - всичко това трябва да бъде сведено до минимум или елиминиране. Този тип тяга е типичен за задачата 3-ос стабилизиране.

Проблемът с междинната сложност може да се счита за периодични включвания на ду. Примерите са променя орбита, компенсация на атмосферната загуба или периодични промени в ориентацията на сателита се стабилизира чрез въртене. Такъв начин на работа се среща и в сателити, които имат инерционни маховици или които се стабилизират от гравитационното поле. Такива полети обикновено включват кратки периоди на висока активност DU. Това е важно, защото горещите компоненти на горивото ще загубят по-малко енергия по време на тези периоди на дейност. Можете да използвате повече прости устройстваОтколкото за дългосрочно поддържане на ориентацията, така че тези полети са добри кандидати за използване на евтини ликвидни врати.

Изисквания за разработения двигател

Изискванията за експлоатационния живот също ограничават допустимата маса и размера на моторната инсталация. Например, в случай на еднокомпонентно гориво, добавянето на катализатора може да увеличи експлоатационния живот. Двигателят на ориентационната система може да работи в количество от няколко часа по време на обслужването. Въпреки това, сателитните резервоари могат да бъдат празни за минути, ако има достатъчно голяма промяна на орбитата. За да предотвратите течове и да се осигури плътно затваряне на клапана, дори след като много започват в линиите, няколко клапана поставят подред. Допълнителните клапани могат да бъдат неоправдани за малки спътници.

Фиг. 1 показва това течни двигатели Не винаги е възможно да се намали пропорционално, за използване за малки тягови системи. Големи двигатели Обикновено рейзвайте 10 - 30 пъти повече от теглото им, а този брой се увеличава до 100 за двигатели с ракетни носачки с изпомпване на гориво. Въпреки това, най-малките течни двигатели дори не могат да повишат теглото си.

Двигателите за сателити е трудно да се направи малък.

Дори ако малък съществуващ двигател е леко лесен за обслужване като основен двигател за маневриране на двигателя, изберете комплект от 6-12 течни двигателя за 10-килограм устройство е почти невъзможно. Следователно, микрозависимите се използват за ориентиране на сгъстен газ. Както е показано на фиг. 1 има газови двигатели с тясно съотношение за маса, същите като големи ракети. Газови двигатели Това е просто соленовиден клапан с дюза.

В допълнение към решаването на проблема с масата на задвижването, системата на компресирания газ ви позволява да получавате по-къси импулси от течните двигатели. Това свойство е важно за непрекъснато поддържане на ориентация за дълги полети, както е показано в приложението. Тъй като размерът на космически кораба намалява, все по-кратки импулси могат да бъдат доста достатъчни за поддържане на ориентация с дадена точност за този експлоатационен живот.

Въпреки че системите за сгъстен газ изглеждат като цяло за използване на малки космически кораби, контейнерите за съхранение на газ заемат доста голям обем и тежат доста много. Съвременни композитни резервоари за съхранение на азот, предназначени за малки спътници, тежат до самата азот в тях. За сравнение, резервоарите за течни горива в космическите кораби могат да съхраняват гориво с тегло до 30 маси. Като се има предвид теглото на резервоарите и двигателите, би било много полезно да се съхранява гориво в течна форма и да го преобразува в газа за разпределение между различни двигатели на ориентационната система. Такива системи са предназначени да използват хидразин в къси субборнитарни експериментални полети.

Водороден пероксид като ракетно гориво

Концентрация и почистване

За използване в този проект, 35% пероксид се купува в полиетиленови контейнери с обем от 1 галон. Първо, тя се концентрира до 85%, след което се почиства върху инсталацията, показана на фиг. 2. Този вариант на използвания по-рано метод опростява инсталационната схема и намалява необходимостта от почистване на стъклените части. Процесът е автоматизиран, така че за получаване на 2 литра пероксид на седмица изисква само ежедневно пълнене и изпразване на съдове. Разбира се, цената на литър е висока, но пълната сума все още е оправдана за малки проекти.

Първо, в два литрови очила на електрически щитове в изпускания шкаф се изпарява повечето Вода за период на контролиран период в 18 часа. Обемът на течността във всяко стъкло намалява четири твърди, до 250 ml, или около 30% от първоначалната маса. Когато се изпарява, една четвърт от първоначалните пероксидни молекули се губят. Степента на загуба нараства с концентрация, така че за този метод практическата граница на концентрация е 85%.

Монтажът отляво е търговски достъпен вакуум изпарител. 85% разтвор, имащ около 80 ppm външни примеси се нагрява от количествата от 750 ml на водна баня при 50 ° С. Инсталацията се поддържа от вакуум, не по-висок от 10 mm Hg. Изкуство. Това осигурява бърза дестилация за 3-4 часа. Кондензатът тече в контейнера отляво по-долу със загуби по-малко от 5%.

Ваната с водна струя помпа е видима зад изпарителя. Разполага с две електрически помпи, едната от които доставя вода към водната струя помпата, а вторият циркулира водата през фризера, водния хладилник на ротационния изпарител и самата баня, поддържайки температурата на водата точно над нула, което се подобрява Както кондензацията на пара в хладилника и вакуума в системата. PACKEY двойки, които не се кондензираха на хладилника, попадат в банята и се отглеждат в безопасна концентрация.

Чистият водороден пероксид (100%) е значително гъсто вода (1.45 пъти при 20 ° С), така че плаващата граница на стъклото (в диапазона от 1.2-1.4) обикновено определя концентрацията с точност до 1%. Както е закупен първоначално, пероксидът и дестилираният разтвор се анализират на съдържанието на примесите, както е показано в таблицата. 1. Анализът включва плазмено-емисионна спектроскопия, йонна хроматография и измерване на цялостното съдържание на органичен въглерод (общо органичен въглерод - ТС). Имайте предвид, че фосфатът и калай са стабилизатори, те се добавят под формата на калиеви и натриеви соли.

Таблица 1. Анализ на разтвор на водороден пероксид

Мерки за безопасност при работа с водороден пероксид

Действието върху очите и белите дробове са по-опасни. За щастие, налягането на пероксидните пари е доста ниско (2 mm Hg. Изкуство. При 20 ° С). Изпускателната вентилация лесно поддържа концентрацията под респираторната граница в 1 ppm, инсталирана от OSHA. Пероксидът може да бъде препълнен между отворени контейнери над гънките в случай на разлив. За сравнение, N2O4 и N2H4 трябва да бъдат постоянно в запечатани съдове, често се използва специален дихателен апарат, когато се работи с тях. Това се дължи на значително по-голямото им налягане на изпаренията и ограничаването на концентрацията във въздуха при 0.1 ppm за N2H4.

Измиването на разлята пероксидна вода го прави не опасен. Що се отнася до защитните изисквания за облекло, неудобните костюми могат да увеличат вероятността от протока. Когато работите с малки количества, възможно е да е по-важно да се следват въпросите на удобството. Например, работата с мокри ръце е разумна алтернатива да се работи в ръкавици, които дори могат да пропуснат пръските, ако продължат.

Въпреки че течният пероксид не се разлага в масата под действието на източника на пожар, двойката концентриран пероксид може да бъде открита с незначителни ефекти. Тази потенциална опасност поставя границата на производствения обем на описаната по-горе инсталация. Изчисленията и измерванията показват много висока степен на сигурност за тези малки производствени обеми. На фиг. 2 Въздухът е привлечен в хоризонтални вентилационни пропуски, разположени зад устройството, при 100 CFM (кубични фута на минута, около 0,3 кубични метра в минута) по 6 фута (180 см) от лабораторната маса. Концентрацията на пари под 10 ppm се измерва директно върху концентриращи очила.

Използването на малки количества пероксид след развъждането им не води до екологични последици, въпреки че противоречи на най-стриктното тълкуване на правилата за обезвреждане на опасни отпадъци. Пероксид - окислител, и следователно потенциално запалим. В същото време обаче е необходимо за наличието на запалими материали, а тревожността не е оправдана при работа с малки количества материали, дължащи се на разсейване на топлина. Например, мокри петна върху тъканите или хлабавата хартия ще спрат грозния пламък, тъй като пероксидът има висок специфичен топлинен капацитет. Контейнерите за съхранение на пероксид трябва да имат вентилационни отвори или предпазни клапани, тъй като постепенното разлагане на пероксид на кислород и вода увеличава налягането.

Съвместимост на материалите и самозаустването при съхранение

Историческите произведения включват експерименти за съвместимост с проби от материали, провеждани в стъклени съдове с концентриран пероксид. При поддържането на традиция малките уплътнителни съдове са направени от проби за тестване. Наблюденията за смяна на налягането и съдовете показват скоростта на разлагане и изтичане на пероксид. В допълнение към това, възможното увеличение на обема или отслабването на материала става забележимо, тъй като стените на съда са изложени на натиск.

Флуорополимери, като политетрафлуороетилен (политетрафлуротилен), полихлохлотрифлуротилен) и поливинилиден флуорид (PLDF - поливинилиден флуорид) не се разлагат под действието на пероксид. Те също така водят до забавяне на пероксидното разлагане, така че тези материали да могат да бъдат използвани за покриване на резервоарите, или междинните контейнери, ако трябва да съхраняват гориво в продължение на няколко месеца или години. По същия начин, компакторите от флуорооластомер (от стандартния "витуал") и флуор-съдържащи лубриканти са доста подходящи за дългосрочен контакт с пероксид. Поликарбонатната пластмаса е изненадващо засегната от концентриран пероксид. Този материал, който не образува фрагменти, се използва, когато е необходима прозрачност. Тези случаи включват създаването на прототипи със сложна вътрешна структура и резервоари, в които е необходимо да се види нивото на течността (виж фиг. 4).

Разлагането при контактуване на материала AL-6061-T6 е само няколко пъти по-бързо, отколкото с най-съвместимите алуминиеви сплави. Тази сплав е трайна и лесно достъпна, докато най-съвместимите сплави имат недостатъчна сила. Отворете чисто алуминиевите повърхности (т.е. ал-6061-Т6) се запазват в продължение на много месеци при контакт с пероксид. Това е въпреки факта, че водата, например, окислява алуминий.

Противно на исторически установените препоръки, сложни почистващи операции, които използват вредни за здравните почистващи препарати, не са необходими за повечето приложения. Повечето части на устройствата, използвани в тази работа с концентриран пероксид, се измиват просто с вода с прах за пране при 110F. Предварителните резултати показват, че подобен подход е почти същото хубави резултатикато препоръчителни процедури за почистване. По-специално, промиването на плавателния съд от PVDF през деня с 35% азотна киселина намалява скоростта на разлагане само с 20% за период от 6 месеца.

Лесно е да се изчисли, че разграждането на един процент от пероксида, съдържащ се в затворения съд с 10% свободен обем, повдига налягането до почти 600psi (паунда на квадратен инч, т.е. приблизително 40 атмосфера). Този брой показва, че намаляването на ефективността на пероксида с намаление на нейната концентрация е значително по-малко важно от съображенията за сигурност по време на съхранението.

Планирането на космическите полети, използващи концентриран пероксид, изисква цялостно разглеждане на възможната необходимост от нулиране на налягането чрез вентилация на резервоарите. Ако работата на системата започва в продължение на дни или седмици от началото на самото начало, празният обем на резервоарите може веднага да нарасне няколко пъти. За такива сателити има смисъл да се правят всички метални резервоари. Срокът за съхранение, разбира се, включва времето, присвоено на заетостта.

За съжаление, формални правила за работа с гориво, които се разработват, като се вземат предвид използването на високо токсични компоненти, обикновено забраняват автоматични вентилационни системи на полетното оборудване. Обикновено се използват скъпи системи за проследяване на налягането. Идеята за подобряване на безопасността от забраната на вентилационните клапани противоречи на нормалната "земна" практика при работа с системи за течно налягане. Този въпрос може да се наложи да се преразгледа в зависимост от това, че ракетата на превозвача се използва при стартиране.

Ако е необходимо, разграждането на пероксид може да се поддържа на 1% годишно или по-ниско. В допълнение към съвместимостта с материалите на резервоарите, коефициентът на разлагане е силно зависим от температурата. Възможно е да се съхранява пероксид за неопределено време в космическите полети, ако е възможно да се замръзне. Пероксидът не се разширява по време на замръзване и не създава заплахи за клапани и тръби, както се случва с вода.

Тъй като пероксидът се разлага върху повърхностите, увеличаването на обемното съотношение към повърхността може да увеличи срока на годност. Сравнителен анализ С проби от 5 кубични метра. Виж и 300 кубични метра. cm Потвърдете това заключение. Един експеримент с 85% пероксид в контейнери 300 CU. Виж, направен от PVDF, показва коефициента на разпадане при 70f (21с) 0.05% на седмица, или 2,5% годишно. Екстраполацията до 10 литра резервоара дава резултат от около 1% годишно при 20 ° С.

В други сравнителни експерименти, използващи PVDF или PVDF покритие върху алуминий, пероксид, притежаващ 80 ррт стабилизиращи добавки, разлагат само 30% по-бавно от пречистения пероксид. Това всъщност е добро, че стабилизаторите не увеличават значително срока на годност на пероксид в танкове с дълги полети. Както е показано в следващия раздел, тези добавки силно се намесват в използването на пероксид в двигатели.

Развитие на двигателя

Сребърен катализатор

Съставът на повърхността и механизмът на операцията на катализатора е напълно неясен, както следва от различни необясними и противоречиви изявления в литературата. Каталитичната активност на повърхността на чистата сребро може да бъде засилена чрез прилагане на самариев нитрат с последващо калциниране. Това вещество се разлага на самарийски оксид, но може също да окислява среброто. Други източници В допълнение към това се отнасят до лечението на чиста сребърна азотна киселина, която разтваря среброто, но също така е окислително средство. Доривният начин се основава на факта, че чисто сребърен катализатор може да увеличи дейността си, когато се използва. Това наблюдение беше проверено и потвърдено, което доведе до използването на катализатор без нитрат от самария.

Сребърен оксид (AG2O) има кафяв-черен цвят, а сребърният пероксид (AG2O2) има сив цвят. Тези цветове се появяват един след друг, показвайки, че среброто постепенно се окислява все повече и повече. Най-младият цвят съответства на най-доброто действие на катализатора. В допълнение, повърхността става все по-неравна в сравнение с "свежата" сребро, когато се анализира под микроскоп.

Намерен е прост метод за проверка на активността на катализатора. Отделни чаши на сребърната мрежа (диаметър 9/16 инча [приблизително 14 mm] бяха насложени върху капки пероксид върху стоманената повърхност. Купената сребърна решетка предизвика бавно "съскане". Подобно е най-активният катализатор пара поток за 1 секунда.

Това изследване не доказва, че окисленото сребро е катализатор или че наблюдаваното потъмняване се дължи главно на окисление. Спокойствието също така си струва да се отбележи, че е известно, че и сребърен оксид се разлагат с относително ниски температури. Излишният кислород по време на работа на двигателя обаче може да премести равновесието на реакцията. Опитите за експериментално откриване на значението на окислението и нередностите на повърхността на недвусмислен резултат не дава. Опитите включват анализ на повърхността, използвайки рентгенова фотоелектронна спектроскопия (рентгенова фотооелектронна спектроскопия, XPS), известна също като електронен спектроскопски химически анализатор (химически анализ на електронната спектроскопия, ESCA). Също така бяха направени опити за премахване на вероятността от повърхностно замърсяване в прясно извадени сребърни решетки, които влошават каталитичната активност.

Независимите проверки показват, че нито нитрат от самария, нито нейният твърд продукт (който е вероятно оксид), не катализират разграждането на пероксид. Може да означава, че лечението с самарий нитрат може да работи чрез окисление на сребро. Въпреки това, има и версия (без научна обосновка), че лечението на самариев нитрат предотвратява адхезията на мехурчетата от газообразни разграждащи продукти на повърхността на катализатора. В настоящата работа, в крайна сметка развитието на леки двигатели се счита за по-важно от решението на кантасовите пъзели.

Схема на двигателя

Вместо това в тази статия бяха получени доста добри резултати с помощта на камери на двигателя, направени от бронз (медна сплав C36000) на струга. Бронзът се обработва лесно и в допълнение, нейният термичен коефициент на разширение е близък до коефициента на среброто. При температура на разлагане от 85% пероксид, около 1200F [приблизително 650 ° С], бронзът има отлична якост. Тази относително ниска температура ви позволява да използвате алуминиев инжектор.

Такъв избор на лесно преработени материали и концентрации на пероксид, лесно постижими в лабораторни условия, е доста успешна комбинация за експерименти. Имайте предвид, че използването на 100% пероксид би довело до топене както на катализатора, така и на стените на камерата. Полученият избор е компромис между цената и ефективността. Заслужава да се отбележи, че бронзовите камери се използват на двигателите RD-107 и RD-108, прилагани върху такъв успешен носител като съюз.

На фиг. 3 е показан лесен вариант Двигателят, който се завива директно към основата на течния клапан на малка маневрираща машина. Ляв - 4 грама алуминиев инжектор с флуороластомер печат. 25-грам сребърният катализатор е разделен, за да може да го покаже от различни страни. Дясно - 2-грама плака, поддържаща катализаторната мрежа. Пълна маса Части, показани на фигурата - приблизително 80 грама. Един от тези двигатели е използван за наземни контроли на 25-килограм изследователски апарат. Системата работи в съответствие с дизайна, включително използването на 3,5 килограма пероксид без видимата загуба на качество.

150-грама в търговската мрежа соленоиден клапан за директно действие, с 1,2 mm дупка и 25-ома, контролирана от 12 волта, показва задоволителни резултати. Повърхността на клапана влиза в контакт с течността, състои се от неръждаема стомана, алуминий и без. Пълната маса е благоприятно различна от масата над 600 грама за 3-килограм [приблизително 13N] двигател, използван за поддържане на ориентацията на централата до 1984 година.

Тестване на двигателя

Фиг. 4 показва инсталацията, готова за експеримента. Преките експерименти в лабораторните условия са възможни поради използването на достатъчно безвредно гориво, ниски стойности на пръти, експлоатация при нормални вътрешни условия и атмосферно налягане и прилагане на прости устройства. Защитните стени на инсталацията са направени от поликарбонатни листове с дебелини на половина: приблизително 12 mm], които са монтирани на алуминиевата рамка, в добра вентилация. Панелите бяха тествани за сила на зачервяване при 365.000 n * c / m ^ 2. Например, фрагмент от 100 грама, движещ се със свръхзвукова скорост от 365 m / s, спрете, ако инсултът от 1 kV. см.

На снимката, камерата на двигателя е ориентирана вертикално, точно под изпускателната тръба. Сензорите за налягане при входа в инжектора и налягането в камерата са разположени на платформата на скалите, които измерват жаждата. Цифровите показатели и температурните индикатори са извън инсталационните стени. Отварянето на главния клапан включва малък масив от индикатори. Записването на данни се извършва чрез инсталиране на всички показатели в полето Видимост на видеокамерата. Крайните измервания бяха извършени с помощта на топлочувствителна тебешир, която провежда линия по дължината на катската камера. Промяна на цвета съответства на температури над 800 F [приблизително 430 ° С.

Капацитетът с концентриран пероксид се намира вляво от везните на отделна опора, така че промяната в масата на горивото не влияе на измерването на тягата. С помощта на референтните тегла е проверено, че тръбите, привеждането на пероксид в камерата, са доста гъвкави за постигане на точност на измерване в рамките на 0.01 паунда [приблизително 0.04N]. Пероксидният капацитет е направен от голяма поликарбонатна тръба и е калибрирана така, че промяната в нивото на флуида да може да се използва за изчисляване на потребителския интерфейс.

Параметри на двигателя

Първоначалният краткосрочен старт е извършен, за да се избегне "мокро" начало, при което се появи видимо изпускане. Обикновено първоначалният старт е извършен в рамките на 5 s при потребление<50%, но вполне хватало бы и 2 с. Затем шёл основной прогон в течение 5-10 с, достаточных для полного прогрева двигателя. Результаты показывали температуру газа в 1150F , что находится в пределах 50F от теоретического значения. 10-секундные прогоны при постоянных условиях использовались для вычисления УИ. Удельный импульс оказывался равным 100 с , что, вероятно, может быть улучшено при использовании более оптимальной формы сопла, и, особенно, при работе в вакууме.

Дължината на сребърния катализатор се намалява успешно от консервативен 2.5 инча [приблизително 64 mm до 1,7 инча [приблизително 43 mm]. Крайната схема на двигателя има 9 отвора с диаметър 1/64 инча [приблизително 0,4 mm] в равна повърхност на инжектора. Критичният раздел от размера на 1/8 инча е позволил да се получи 3.3 килограм сила на сила при налягане в камерата на PSIг 220 и разликата в налягането 255 psig между клапана и критичния участък.

Дестилираното гориво (Таблица 1) дава стабилни резултати и стабилни измервания на налягането. След изтичане на 3 кг гориво и 10 започва, точка с температура 800F е на камерата на разстояние 1/4 инча от повърхността на инжектора. В същото време, за сравнение, времето за изпълнение на двигателя при 80 ppm примеси е неприемливо. Колебанията на налягането в камерата при честота от 2 Hz достигнаха стойност от 10% след прекарването само на 0.5 kg гориво. Температурната точка е 800F, заминавана от 1 инча от инжектора.

Няколко минути в 10% азотна киселина възстановиха катализатор към добро състояние. Въпреки факта, че заедно със замърсяване се разтваря определено количество сребро, катализаторната активност е по-добра от лечението с азотна киселина на нов, който не е използван катализатор.

Трябва да се отбележи, че въпреки че времето за затопляне на двигателя се изчислява за секунди, са възможни значително по-къси емисии, ако двигателят вече се нагрява. Динамичният отговор на течната подсистема на сцепление с тегло 5 kg върху линейната част показва времето за импулс накратко, отколкото в 100 mS, с предаван импулс около 1 h * p. По-специално, отместването е приблизително +/- 6 mm при честота 3 Hz, с ограничение, настроен от системата за скорост на системата.

Опции за изграждане на DU

Традиционни схеми

Аспект Б е най-простата течна схема и многократно е тествана в полети с хидразин като гориво. Газното налягане в резервоара обикновено отнема четвърт от резервоара по време на начало. Газът постепенно се разширява по време на полета, така че те казват, че натискът "изгаря". Въпреки това спадът на налягането намалява както гладките, така и потребителския интерфейс. Максималното налягане на флуид в резервоара се извършва по време на пускането, което увеличава масата на резервоарите по съображения за сигурност. Неотдавнашен пример е устройството на лунния проспектор, който имаше около 130 кг хидразин и 25 kg тежест на ду.

Вариант С е широко използван с традиционни отровни еднокомпонентни и двукомпонентни горива. За най-малките сателити е необходимо да се добави дю на сгъстен газ за поддържане на ориентацията, както е описано по-горе. Например, добавянето на DU върху компресиран газ към варианта С води до опция D. моторни системи от този тип, работещи върху азот и концентриран пероксид, са построени в лабораторията Laurenov (LLNL), така че да можете безопасно да изпитате ориентацията Системи за микростеп прототипи, работещи на негорива.

Поддържане на ориентация с горещи газове

За да се намали допълнително масата на оборудването и да се опрости системата за съхранение, е желателно да се избегнат капацитета за съхранение на газ. Вариант F е потенциално интересен за миниатюрни системи на пероксид. Ако преди началото на работата се изисква дългосрочно съхранение на гориво в орбита, системата може да започне без първоначално налягане. В зависимост от свободното пространство в резервоарите, размера на резервоарите и техния материал, системата може да бъде изчислена за изпомпване на предварително определен момент в полет.

Във версия D има два независими източника на горива, за маневриране и поддържане на ориентацията, което го прави отделно да се вземе предвид дебитът за всяка от тези функции. E и F системи, които произвеждат горещ газ за поддържане на горивната ориентация, използвана за маневриране, имат по-голяма гъвкавост. Например, неизползвано, когато маневрирането може да се използва за удължаване на живота на сателита, който трябва да запази ориентацията си.

Идеи Самонадува

Варианти G и H могат да се нарекат течни системи на "горещ газ под налягане" или "взривяване", както и "газ от течност" или "самостоятелен ствол". За контролиран надзор на резервоара, отработеното гориво е необходимо да се увеличи налягането.

Вариант G използва резервоар с мембрана, отклонена от налягане, така че първото налягане на флуида над налягането на газа. Това може да бъде постигнато с помощта на диференциален клапан или еластична диафрагма, която споделя газ и течност. Може да се използва и ускорение, т.е. Гравитация в наземни приложения или центробежна сила в въртящ се космически кораб. Вариант H работи с всеки резервоар. Специална помпа за поддържане на налягането осигурява циркулация чрез газов генератор и обратно към свободен обем в резервоара.

И в двата случая течният контролер предотвратява появата на обратна връзка и появата на произволно по-голям натиск. За нормална работа на системата, допълнителен клапан е включен в последователно с регулатора. В бъдеще може да се използва за управление на налягането в системата в рамките на инсталирането на регулатора. Например, маневри по промяната на орбитата ще бъдат направени под пълно налягане. Намаленото налягане ще позволи да се постигне по-точна поддръжка на ориентацията на 3 оси, като същевременно се поддържа гориво за удължаване на експлоатационния живот на устройството (виж Приложението).

През годините експериментите с помпи от различна зона бяха извършени както в помпи, така и в резервоари, и има много документи, описващи такива структури. През 1932 г. Robert H. Goddard и други изграждат помпа, задвижвана от машина за контрол на течността и газовия азот. Няколко опита бяха направени между 1950 и 1970 г., в които бяха разгледани възможностите G и H за атмосферни полети. Тези опити за намаляване на обема бяха извършени, за да се намали устойчивостта на предното стъкло. Впоследствие тези произведения бяха преустановени с широкото развитие на ракети на твърдо гориво. Работата по самозаконодателни системи и диференциални клапани бяха извършени сравнително наскоро, като някои иновации за конкретни приложения.

Системите за съхранение на течни горива със самореклами не се считат за сериозно за дългосрочни полети. Има няколко технически причини, поради които за разработването на успешна система е необходимо да се гарантират добре предвидими свойства на тягата по време на целия експлоатационен живот на ДУ. Например, катализатор, суспендиран в газовия газ, може да разложи гориво в резервоара. Тя ще изисква разделяне на резервоарите, както в версията G, за постигане на ефективност в полети, които изискват дълъг период на почивка след първоначалното маневриране.

Работният цикъл на тягата също е важен от термичните съображения. На фиг. 5g и 5h топлината, освободена по време на реакцията в газовия генератор, се губят в околните части в процеса на дълъг полет с редки включвания на ду. Това съответства на използването на меки уплътнения за системи за горещи газове. Високотемпературните метални уплътнения имат по-голямо изтичане, но те ще бъдат необходими само ако работният цикъл е интензивен. Трябва да се обмислят въпроси относно дебелината на топлоизолацията и топлинния капацитет на компонентите, което представлява предвидената природа на работата на ДУ по време на полета.

Помпени двигатели

Въпреки че Фиг. 5J е малко опростена, тя е включена тук, за да се покаже, че това е съвсем различна опция от H. в последния случай, помпата се използва като спомагателен механизъм, а изискванията на помпата се различават от двигателната помпа.

Работата продължава, включително тестване на ракетни двигатели, работещи при концентриран пероксид и използване на помпени единици. Възможно е лесно да се повтарят евтините тестове на двигатели, използващи нетоксично гориво, ще позволят постигането на още по-прости и надеждни схеми, отколкото преди това, когато се използват изпомпване на хидразиново развитие.

Прототипна самозалепваща се система

Фиг. 6 изобразява евтин тестово оборудване, което използва диференциална клапа помпа, направена от сегмент от алуминиева тръба с диаметър 3 инча [приблизително 75 mm със дебелина на стената от 0,065 инча [приблизително 1,7 mm], притиснат в края между уплътнителните пръстени. Заваряването тук липсва, което опростява проверката на системата след тестване, променяйки конфигурацията на системата и също така намалява разходите.

Тази система със самостоятелен концентриран пероксид е тестван с помощта на соленоидни клапани, налични в продажба, и евтини инструменти, както при развитието на двигателя. Примерна система за система е показана на фиг. 7. В допълнение към термодвойката, потопена в газ, температурата също се измерва на резервоара и газовия генератор.

Резервоарът е проектиран така, че налягането на течността в него е малко по-високо от налягането на газа (???). Извършени са многобройни старт, като се използва първоначалното налягане на въздуха от 30 psig [приблизително 200 kPa]. Когато контролният вентил се отвори, потокът през газовия генератор доставя пара и кислород в канала за поддръжка на налягането в резервоара. Първият ред на положителна обратна връзка на системата води до експоненциално нарастване на налягането, докато течният контролер бъде затворен, когато се достигне 300 psi [приблизително 2 mPa].

Входната чувствителност е невалидна за регулатори на налягането на газа, които понастоящем се използват за сателити (фиг. 5а и в). В течността със самочувствие входното налягане на регулатора остава в тесния диапазон. По този начин е възможно да се избегнат много трудности, присъщи на конвенционалните регулаторни схеми, използвани в аерокосмическата индустрия. Регулатор с тегло 60 грама има само 4 движещи се части, без да брои пружини, уплътнения и винтове. Регулаторът има гъвкаво уплътнение за затваряне, когато налягането е надвишено. Тази проста осмиметрична диаграма е достатъчна поради факта, че не е необходимо да се поддържа налягането при определени граници на входа на регулатора.

Газовият генератор също е опростен благодарение на ниските изисквания за системата като цяло. Когато разликата в налягането в 10 psi, потокът на горивото е достатъчно малък, което позволява използването на най-простите инжекторни схеми. В допълнение, липсата на предпазен клапан в входа в газовия генератор води само до малки вибрации от около 1 Hz в реакцията на разлагане. Съответно, относително малък обратен поток по време на началото на системата започва регулатора не по-висок от 100F.

Първоначалните тестове не използват регулатора; В този случай е показано, че налягането в системата може да се поддържа от всеки в границите на уплътнителя, разрешен чрез триене към ограничителя на безопасно налягане в системата. Такава гъвкавост на системата може да се използва за намаляване на необходимата система за ориентация за по-голямата част от спътниковия експлоатационен живот поради посочените по-горе причини.

Едно от наблюденията, които изглеждат очевидни по-късно, е, че резервоарът се нагрява по-силен, ако в системата се появят нискочестотни колебания на налягането, без да се използва регулаторът. Предпазният клапан на входа на резервоара, където се доставя компресиран газ, може да елиминира допълнителния топлинен поток, който се наблюдава поради колебанията на налягането. Този клапан също няма да даде на Баку да натрупа натиск, но не е непременно важно.

Въпреки че алуминиевите части се разтопяват при температура на разлагане от 85% пероксид, температурата е малко леко поради загубата на топлина и периодичния газов поток. Резервоарът, показан на снимката, имаше температура, забележимо под 200F по време на изпитване с поддръжка на налягането. В същото време температурата на газа на изхода надвишава 400F по време на доста енергично превключване на топъл газов клапан.

Температурата на газа на изхода е важна, защото показва, че водата остава в състояние на прегряване на пара в системата. Диапазонът от 400F до 600F изглежда перфектен, тъй като това е достатъчно студено за евтино летно оборудване (алуминий и меки уплътнения) и достатъчно топлина, за да се получи значителна част от горивната енергия, използвана за поддържане на ориентацията на апарата, използвайки газови струи. При периоди на работа при понижено налягане допълнително предимство е, че минималната температура. За да се избегне кондензацията на влага, също намалява.

За да работят колкото е възможно по-дълго в допустимите температурни граници, такива параметри като дебелината на топлоизолацията и общата топлинна изолация на дизайна трябва да бъдат персонализирани за специфичен тежест профил. Както се очаква, след тестване в резервоара, кондензираната вода е открита, но тази неизползвана маса е малка част от общата горивна маса. Дори ако цялата вода от газовия поток, използвана за ориентацията на апарата, е кондензирана, всеки равен на 40% от масата на горивото ще бъде газообразен (за 85% пероксид). Дори тази опция е по-добра от използването на компресиран азот, тъй като водата е по-лесна от скъпите модерен азотен резервоар.

Тестово оборудване, показано на фиг. 6, очевидно, далеч от наречената система за теглене. Течните двигатели на приблизително същия тип, както е описано в този член, могат например да са свързани към изходния съединител, както е показано на фиг. 5g.

Планове за надзор на помпата

Планирано е да се използва двойка помпени камери, които работят последователно, вместо минималната необходима единична камера. Това ще осигури постоянната работа на подсистемата за ориентация върху топъл газ при постоянно налягане. Задачата е да вземете резервоара, за да намалите масата на системата. Помпата ще работи върху газовите части на газовия генератор.

Дискусия

Тази статия се обърна към възможността за използване на водороден пероксид, като се използват евтини материали и техники, приложими в малки скали. Получените резултати могат също да бъдат приложени към ДУ върху еднокомпонентен хидразин, както и в случаите, когато пероксидът може да служи като окисляващ агент в непоколебими две компонентни комбинации. Последният вариант включва самозаломни алкохолни горива, описани в (6), както и течни и твърди въглеводороди, които са запалими при контакт с горещ кислород, което води до разлагане на концентриран пероксид.

Сравнително проста технология с пероксид, описана в тази статия, може да се използва директно в експериментален космически кораб и други малки спътници. Просто едно поколение на нисък почти земни орбити и дори дълбоко пространство бяха изследвани с помощта на нови и експериментални технологии. Например, системата за засаждане на лунната трева включи многобройни меки уплътнения, които могат да се считат за неприемливи днес, но бяха доста адекватни на задачите. В момента много научни инструменти и електроника са силно миниатюризирани, но технологията на DU не отговаря на исканията на малки спътници или малки лунни сонди за кацане.

Идеята е, че персонализираното оборудване може да бъде проектирано за конкретни приложения. Това, разбира се, противоречи на идеята за "наследяване" технологии, която обикновено преобладава при избора на сателитни подсистеми. Базата за това становище е предположението, че подробностите за процесите не са добре проучени добре, за да развиват и стартират напълно нови системи. Този член е причинен от становището, че възможността за чести евтини експерименти ще позволи да се даде необходимите знания за дизайнерите на малки спътници. Заедно с разбирането както на нуждите на спътниците и възможностите на технологията, идва потенциалното намаляване на ненужните изисквания за системата.

Благодаря

Проучването е част от програмата "Климент-2" и микросалелетни технологии в лабораторията Лорен, с подкрепата на американската изследователска лаборатория на военновъздушните сили. Тази работа използва средствата на правителството на САЩ и се проведе в Националната лаборатория на Louuren в Ливърмор, Калифорния от Университета като част от договора W-7405-eng-48 с Министерството на енергетиката на САЩ.