Yakıt buharı alkol hidrojen peroksit. Roket motorları hakkında konuşmalar. Derinden üfle

Özet. Geliştirilen uyduların boyutları küçüldükçe seçim yapmak zorlaşıyor. tahrik sistemleri(DU), gerekli kontrol edilebilirlik ve manevra kabiliyeti parametrelerini sağlar. En küçük uydular artık geleneksel olarak sıkıştırılmış gaz kullanıyor. Hidrazin dizel yakıtına kıyasla verimliliği artırmak ve aynı zamanda maliyeti azaltmak için hidrojen peroksit kullanılması önerilmektedir. Minimum toksisite ve kurulumun gereken küçük boyutları, uygun bir laboratuvar ortamında birden fazla testin gerçekleştirilmesine olanak tanır. Düşük maliyetli kendinden basınçlı motorlardaki ve yakıt tanklarındaki gelişmeler anlatılmaktadır.

Tanıtım

V son yıllar her boyuttaki motorlar için itici gaz olarak konsantre hidrojen peroksit kullanımına olan ilgi yeniden canlandı. Peroksit, önceki teknolojilerin doğrudan rekabet edemediği yeni tasarımlarda kullanıldığında en çekicidir. 5-50 kg ağırlığındaki uydular tam da bu tür gelişmelerdir. Tek bileşenli bir yakıt olarak peroksit, yaklaşık 150 s [yaklaşık 1500 m / s] vakumda yüksek bir yoğunluğa (> 1300 kg / m3) ve belirli bir darbeye (SI) sahiptir. Yaklaşık 230 s'de [yaklaşık 2300 m/s], hidrazin için SI'dan önemli ölçüde daha düşük olmasına rağmen, peroksit ile birleştirilmiş bir alkol veya hidrokarbon, SI'yi 250-300 s [yaklaşık 2500 ila 3000 m/s] aralığına yükseltebilir. ].

Fiyat burada önemli bir faktördür, çünkü sadece klasik uzaktan kumanda teknolojisinin küçültülmüş versiyonlarını oluşturmaktan daha ucuzsa peroksit kullanmak mantıklıdır. Zehirli bileşenlerle çalışmanın sistemi geliştirme, test etme ve başlatma maliyetini artırdığı göz önüne alındığında, maliyetin düşmesi çok olasıdır. Örneğin, test etmek roket motorları zehirli bileşenler üzerinde sadece birkaç stant var ve sayıları giderek azalıyor. Buna karşılık, mikro uydu tasarımcıları kendi peroksit teknolojilerini kendileri geliştirebilirler. Yakıt güvenliği argümanı, özellikle yeterince anlaşılmamış sistem seçenekleriyle uğraşırken önemlidir. Sık sık düşük maliyetli testler yapmak mümkünse, bu tür sistemleri yapmak çok daha kolaydır. Bu durumda, örneğin bir bilgisayar programının hata ayıklaması sırasında acil olarak kapatılması gibi, roket yakıtı bileşenlerinin kazaları ve dökülmeleri kabul edilmelidir. Bu nedenle, zehirli yakıtlarla çalışırken standart çalışma yöntemleri, evrimsel, artımlı değişiklikleri destekleyenlerdir. Mikro uydularda daha az toksik yakıt kullanımının büyük tasarım değişikliklerinden faydalanması mümkündür.

Aşağıda açıklanan çalışma, küçük ölçekli uygulamalar için yeni uzay teknolojilerini keşfetmeyi amaçlayan daha büyük bir araştırma programının parçasıdır. Tamamlanan mikro uydu prototipleri test ediliyor (1). İlgiye değer ilgili konular arasında, Mars'a, Ay'a ve geri uçuşlar için düşük finansal maliyetlerle yakıt pompalayan küçük roket motorları yer alıyor. Bu tür yetenekler, küçük araştırma araçlarını kalkış yörüngelerine göndermek için çok faydalı olabilir. Bu makalenin amacı, hidrojen peroksit kullanan ve pahalı malzemeler veya geliştirme yöntemleri gerektirmeyen bir sevk kontrol teknolojisi oluşturmaktır. Bu durumda verimlilik kriteri, PS tarafından sıkıştırılmış nitrojen kullanılarak sağlanan yeteneklere göre önemli bir üstünlüktür. Mikro uyduların ihtiyaçlarının dikkatli bir analizi, maliyetini artıran gereksiz sistem gereksinimlerinden kaçınmaya yardımcı olur.

Tahrik teknolojisi için gereklilikler

eğer için elektronik sistemler Genellikle, özelliklerin ayarlanmış olduğu kabul edilir, ancak bir uzaktan kumanda için bu hiç de geçerli değildir. Bu, yörüngede depolama, ani açılıp kapanma, keyfi olarak uzun süre hareketsizliğe dayanma yeteneği ile ilgilidir. Motor mühendisinin bakış açısından, görev tanımı, her motorun ne zaman ve ne kadar süreyle çalışması gerektiğini gösteren bir program içerir. Bu bilgi minimum düzeyde olabilir, ancak her durumda mühendislik karmaşıklığını ve maliyetini düşürür. Örneğin, bir uzaktan kumanda, uçuş için uzaktan kumandanın çalışma süresini milisaniyelik bir doğrulukla tutması önemli değilse, nispeten ucuz ekipman kullanılarak test edilebilir.

Genellikle sistemin maliyetini artıran diğer koşullar, örneğin, itme ve spesifik itmenin doğru tahmin edilmesi ihtiyacı olabilir. Geleneksel olarak bu bilgi, önceden belirlenmiş bir sevk süresi ile kesin olarak hesaplanmış hız düzeltmelerinin uygulanmasına izin verdi. Uyduda bulunan son teknoloji sensörler ve mevcut hesaplama yetenekleri göz önüne alındığında, belirli bir hız değişimi elde edilene kadar ivmeyi entegre etmek mantıklıdır. Basitleştirilmiş gereksinimler, bireysel geliştirme maliyetini azaltmanıza olanak tanır. Bir vakum odasında basınç ve akışların hassas ayarlanması ve maliyetli testlerden kaçınılır. Bununla birlikte, vakumun termal koşullarının yine de dikkate alınması gerekir.

En basit tahrik manevrası, uydu operasyonunun erken bir aşamasında motoru sadece bir kez çalıştırmaktır. Bu durumda, sevk sisteminin başlangıç ​​koşulları ve ısınma süresi en az etkiye sahiptir. Manevra öncesi ve sonrasında tespit edilen yakıt kaçakları sonucu etkilemeyecektir. Böyle basit bir senaryo, gereken büyük hız artışı gibi başka bir nedenden dolayı zor olabilir. Gerekli ivme yüksekse, motorun boyutu ve kütlesi daha da önemli hale gelir.

Bir uzaktan kumandanın çalıştırılması için en zor görevler, uzun yıllar boyunca saatlerce veya dakikalarca hareketsizlikle ayrılan on binlerce veya daha fazla kısa darbedir. Bir darbenin başlangıcındaki ve sonundaki geçici süreçler, aparattaki ısı kayıpları, yakıt sızıntıları - tüm bunlar en aza indirilmeli veya ortadan kaldırılmalıdır. Bu tip itme, 3 eksenli stabilizasyon görevi için tipiktir.

Uzaktan kumandanın periyodik olarak açılması, orta düzeyde karmaşık bir görev olarak kabul edilebilir. Örnekler, yörüngelerdeki değişiklikler, atmosferik kayıpların telafisi veya dönüşle stabilize edilmiş bir uydunun yönelimindeki periyodik değişikliklerdir. Bu çalışma modu, atalet volanları olan veya yerçekimi alanı tarafından stabilize edilen uydularda da bulunur. Bu tür uçuşlar genellikle kısa süreli yüksek tahrik aktivitesi içerir. Bu önemlidir çünkü sıcak yakıt bileşenleri bu tür faaliyet dönemlerinde daha az enerji kaybeder. Bu durumda, daha fazlasını kullanabilirsiniz. basit cihazlar yönlendirmenin uzun süreli korunmasından ziyade, bu tür uçuşlar, ucuz sıvı sevk sistemlerinin kullanımı için iyi adaylardır.

Geliştirilmekte olan motor için gereksinimler

Hizmet ömrü gereksinimleri, sevk sisteminin izin verilen ağırlıklarını ve boyutlarını da sınırlar. Örneğin, bir monopropellant yakıt durumunda, bir katalizörün eklenmesi hizmet ömrünü uzatabilir. Durum kontrol motoru, tüm hizmet ömrü boyunca toplam birkaç saat çalışabilir. Bununla birlikte, yeterince büyük bir yörünge değişikliği gerekiyorsa, bir uydunun tankları dakikalar içinde boşalabilir. Sızıntıları önlemek ve valfin sıkıca kapatıldığından emin olmak için, birçok çalıştırmadan sonra bile hatlara birkaç valf arka arkaya yerleştirilir. Küçük uydular için ek kapılar gereksiz olabilir.

Pirinç. 1 gösteriyor ki sıvı motorlar küçük çekiş sistemleri ile kullanım için her zaman orantılı olarak azaltılamaz. Büyük motorlar genellikle ağırlıklarının 10 ila 30 katını kaldırır ve bu sayı pompalı fırlatma aracı motorları için 100'e yükselir. Ancak en küçük sıvı motorlar ağırlıklarını bile kaldıramazlar.

Uydu motorlarını küçük yapmak zordur.

Mevcut küçük motor, bir mikro uydu için ana manevra motoru olarak hizmet edecek kadar hafif olsa bile, 10 kg'lık bir araç için 6-12 sıvı motor seti seçmek neredeyse imkansızdır. Bu nedenle, mikro uydular yönlendirme için sıkıştırılmış gaz kullanır. Şekilde gösterildiği gibi. 1, büyük roket motorlarına benzer itme-kütle oranlarına sahip gaz motorları vardır. Gaz motorları sadece nozullu bir solenoid valftir.

Tahrik kütlesi sorununu çözmenin yanı sıra, sıkıştırılmış gaz sistemleri sıvı motorlardan daha kısa darbeler üretir. Bu özellik, Ek'te gösterildiği gibi, uzun uçuşlar sırasında sürekli yönlendirme için önemlidir. Uzay aracının boyutu küçüldükçe, belirli bir ömür boyunca belirli bir doğrulukla yönelimi sürdürmek için giderek daha kısa darbeler yeterli olabilir.

Sıkıştırılmış gaz sistemleri genellikle küçük uzay aracı uygulamaları için en iyisi gibi görünse de, gaz depolama tankları büyük ve ağırdır. Küçük uydular için tasarlanmış modern kompozit nitrojen depolama tankları, nitrojenin kendisiyle yaklaşık olarak aynı ağırlığa sahiptir. Karşılaştırma için, uzay aracındaki sıvı yakıt tankları, 30 tank kütlesine kadar yakıt depolayabilir. Hem tankların hem de motorların ağırlığı göz önüne alındığında, yakıtı sıvı halde depolamak ve çeşitli tutum kontrol motorları arasında dağıtım için gaza dönüştürmek çok faydalı olacaktır. Bu tür sistemler, kısa yörünge altı deneysel uçuşlarda hidrazin kullanımı için geliştirilmiştir.

Roket yakıtı olarak hidrojen peroksit

Konsantrasyon ve saflaştırma

Bu projede kullanılmak üzere 1 galonluk polietilen kaplarda %35 peroksit satın alınmıştır. Önce %85'e kadar konsantre edilir, daha sonra Şekil 2'de gösterilen tesisatta saflaştırılır. 2. Daha önce kullanılan yöntemin bu varyasyonu, kurulumu basitleştirir ve cam parçaları temizleme ihtiyacını azaltır. İşlem otomatiktir, böylece haftada 2 litre peroksit üretmek için kapların yalnızca günlük doldurulması ve boşaltılması gerekir. Tabii ki, litre başına fiyat yüksek çıkıyor, ancak küçük projeler için tam miktar hala haklı.

İlk olarak, bir davlumbazdaki elektrikli ocaklarda iki litrelik bardaklarda buharlaşın çoğu 18 saatlik bir zaman periyodu için su. Her bir bardaktaki sıvının hacmi dört kat azaltılarak 250 ml'ye veya ilk kütlenin yaklaşık %30'una düşürülür. Buharlaşma sırasında, orijinal peroksit moleküllerinin dörtte biri kaybolur. Kayıp oranı konsantrasyonla artar, dolayısıyla bu yöntem için pratik konsantrasyon limiti %85'tir.

Soldaki ünite, piyasada bulunan bir döner vakumlu evaporatördür. Yaklaşık 80 ppm safsızlık içeren %85'lik bir çözelti, 50°C'de bir su banyosunda 750 ml'lik miktarlarda ısıtılır. Ünite, 10 mm Hg'den fazla olmayan bir vakum sağlar. 3-4 saat içinde hızlı bir damıtma sağlayan Art. Kondensat, %5'ten daha az kayıplarla sol alttaki tanka akar.

Su jeti pompası banyosu, evaporatörün arkasında görülebilir. Biri su jeti pompasına su besleyen ve ikincisi suyu dondurucuda, döner buharlaştırıcının su soğutucusunda ve banyonun kendisinde dolaştıran iki elektrikli pompa monte edilmiştir, su sıcaklığını sıfırın sadece biraz üzerinde tutar, bu da hem buzdolabındaki buharların yoğunlaşmasını hem de sistemdeki vakumu iyileştirir. Buzdolabında yoğuşmayan peroksit buharları banyoya girer ve güvenli bir konsantrasyona seyreltilir.

Saf hidrojen peroksit (%100) sudan önemli ölçüde daha yoğundur (20C'de 1,45 kat), bu nedenle yüzen bir cam hidrometre (1.2-1.4 aralığında) konsantrasyonu genellikle %1 doğrulukla belirler. Hem orijinal olarak satın alınan peroksit hem de damıtılmış çözelti, tabloda gösterildiği gibi safsızlık içeriği için analiz edildi. 1. Analiz, plazma emisyon spektroskopisi, iyon kromatografisi ve toplam organik karbon (TOC) ölçümünü içeriyordu. Fosfat ve kalay stabilizatördür, potasyum ve sodyum tuzları şeklinde eklenirler.

Tablo 1. Hidrojen peroksit çözeltisinin analizi

Hidrojen peroksit ile çalışırken güvenlik önlemleri

Gözler ve akciğerler üzerindeki etkiler daha tehlikelidir. Neyse ki, peroksitin buhar basıncı oldukça düşüktür (20C'de 2 mmHg). Egzoz havalandırması, konsantrasyonu OSHA tarafından belirlenen 1 ppm solunum sınırının altında kolayca korur. Dökülme durumunda tepsilerin üzerine açık kaplar arasına peroksit dökülebilir. Buna karşılık, N2O4 ve N2H4 her zaman kapalı kaplarda tutulmalıdır ve bunlarla çalışırken genellikle özel bir solunum cihazı kullanılır. Bunun nedeni, önemli ölçüde daha yüksek buhar basıncı ve N2H4 için 0.1 ppm'lik havadaki konsantrasyon limitidir.

Dökülen peroksiti suyla yıkamak zararsız hale getirir. Koruyucu giysi gereksinimleri açısından, rahatsız edici giysiler dökülme olasılığını artırabilir. Küçük miktarlarla uğraşırken, kolaylık konularını takip etmek daha önemli olabilir. Örneğin, ıslak ellerle çalışmak eldivenlerle çalışmaya mantıklı bir alternatif olduğunu kanıtlıyor, bu da sızarsa sıçramaların geçmesine bile izin verebilir.

Bir yangın kaynağına maruz kaldığında sıvı peroksit kütle içinde ayrışmamasına rağmen, konsantre peroksit buharları ihmal edilebilir maruziyetle patlayabilir. Bu potansiyel tehlike, yukarıda açıklanan tesisin üretimine bir sınır getirir. Hesaplamalar ve ölçümler, yalnızca bu küçük üretim hacimleri için çok yüksek derecede güvenlik gösterir. İncirde. 2 hava, 6 fit (180 cm) bir laboratuvar tezgahı boyunca 100 cfm'de (dakikada fit küp, dakikada yaklaşık 0,3 metreküp) cihazın arkasındaki yatay havalandırma yuvalarına çekilir. 10 ppm'nin altındaki buhar konsantrasyonu, doğrudan konsantrasyon beherlerinin üzerinde ölçülmüştür.

Su ile seyreltmeden sonra az miktarda peroksitin atılması, tehlikeli atıkların bertarafı kurallarının en katı yorumuyla çelişmesine rağmen, çevre için sonuçlara yol açmaz. Peroksit oksitleyici bir ajandır ve bu nedenle potansiyel olarak yanıcıdır. Ancak bu, yanıcı malzemeler gerektirir ve ısı yayılımı nedeniyle küçük miktarlarda malzeme işlenirken endişeler garanti edilmez. Örneğin, kumaşlar veya gevşek kağıtlar üzerindeki ıslak noktalar, peroksitin yüksek bir özgül ısıya sahip olması nedeniyle iyi bir alevi durduracaktır. Peroksitin oksijene ve suya kademeli olarak ayrışması basıncı arttırdığından, peroksit saklama kaplarında havalandırma delikleri veya emniyet valfleri bulunmalıdır.

Depolama sırasında malzeme uyumluluğu ve kendi kendine bozunma

Tarihsel çalışma, konsantre peroksitli cam kaplarda gerçekleştirilen malzeme örnekleriyle uyumluluk deneylerini içerir. Geleneğe uygun olarak, test için numunelerden küçük sızdırmaz kaplar yapılmıştır. Basınç ve kap kütlesindeki değişikliklerin gözlemleri, peroksitin ayrışma ve sızıntı oranını gösterir. Ek olarak, kabın duvarları basınca maruz kaldıkça hacimde olası bir artış veya malzemenin zayıflaması fark edilir hale gelir.

Politetrafloroetilen (PTFE), poliklorotrifloroetilen (PCTFE) ve poliviniliden florür (PVDF) gibi floropolimerler peroksit tarafından bozulmaz. Ayrıca peroksitin ayrışmasını da yavaşlatırlar, bu nedenle bu malzemeler, yakıtı aylarca veya yıllarca depolamaları gerekiyorsa tankları veya ara kapları kaplamak için kullanılabilir. Benzer şekilde, floroelastomer contalar (standart Viton'dan) ve florlu gresler peroksitle uzun süreli temas için çok uygundur. Polikarbonat plastik, konsantre peroksite şaşırtıcı şekilde dirençlidir. Bu kırılmaz malzeme, şeffaflığın gerekli olduğu her yerde kullanılır. Bu durumlar, sıvı seviyesini görmenin gerekli olduğu karmaşık iç yapılara ve tanklara sahip prototiplerin oluşturulmasını içerir (bkz. Şekil 4).

Al-6061-T6 malzemesiyle temas halinde bozunma, en uyumlu alüminyum alaşımlarından yalnızca birkaç kat daha hızlıdır. Bu alaşım toktur ve kolayca temin edilebilirken, en uyumlu alaşımlar mukavemetten yoksundur. Açıkta kalan saf alüminyum yüzeyler (yani Al-6061-T6) peroksitle temas ettiğinde aylarca varlığını sürdürür. Bu, örneğin suyun alüminyumu oksitlemesine rağmen.

Tarihsel yönergelerin aksine, çoğu uygulama için sağlıksız temizlik maddeleri kullanan karmaşık temizlik işlemleri gerekli değildir. Bu konsantre peroksit işinde kullanılan makine parçalarının çoğu, 110F'de su ve deterjanla basitçe durulandı. Ön sonuçlar, bu yaklaşımın neredeyse aynı olduğunu göstermektedir. güzel sonuçlar yanı sıra önerilen temizleme prosedürleri. Özellikle, PVDF kabının 24 saat boyunca %35 nitrik asit ile durulanması, 6 aylık bir süre içinde bozunma oranını sadece %20 oranında azaltır.

%10 serbest hacme sahip kapalı bir kapta bulunan peroksitin yüzde birinin bozunmasının, basıncı neredeyse 600 psi'ye (psi, yani yaklaşık 40 atmosfer) yükselttiğini hesaplamak kolaydır. Bu sayı, azalan konsantrasyonla peroksitin etkinliğinin azaltılmasının, depolama sırasında güvenlik hususlarından önemli ölçüde daha az önemli olduğunu gösterir.

Konsantre peroksit kullanarak uzay uçuşlarının planlanması, tankların havalandırılması yoluyla olası basınç tahliyesi ihtiyacının tam olarak dikkate alınmasını gerektirir. Sevk sistemi, başlangıçtan itibaren günler veya haftalar içinde çalışmaya başlarsa, tankların gerekli boş hacmi hemen birkaç kat artabilir. Bu tür uydular için tamamen metal tanklar yapmak mantıklıdır. Depolama süresi, elbette, uçuş öncesi operasyonlar için ayrılan süreyi içerir.

Ne yazık ki, son derece toksik bileşenler göz önünde bulundurularak geliştirilen resmi yakıt düzenlemeleri, genellikle uçuş ekipmanındaki otomatik havalandırma sistemlerini yasaklamaktadır. Pahalı basınç izleme sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Havalandırma valflerini yasaklayarak güvenliği artırma fikri, basınçlı akışkan sistemleriyle çalışırken normal dünyevi uygulamaya aykırıdır. Fırlatma sırasında hangi fırlatma aracının kullanıldığına bağlı olarak bu sorunun yeniden ele alınması gerekebilir.

Gerekirse peroksit bozunması yılda %1 veya altında tutulabilir. Tank malzemeleriyle uyumlu olmasının yanı sıra bozunma hızı da yüksek oranda sıcaklığa bağlıdır. Dondurulabilirse peroksiti uzay yolculuğunda süresiz olarak saklamak mümkün olabilir. Peroksit donduğunda genleşmez ve su ile olduğu gibi vana ve borular için tehdit oluşturmaz.

Peroksit yüzeylerde bozunduğundan, hacim-yüzey oranını artırmak raf ömrünü uzatabilir. Karşılaştırmalı analiz 5 metreküp numune ile. cm ve 300 cc. bkz. bu sonucu doğrulamak. 300 cc'lik bir tankta %85 peroksit ile bir deney. bakınız, PVDF'den yapılmış, 70F'de (21C) haftada %0.05 veya yılda %2.5'lik bir ayrışma oranı göstermiştir. 10 litrelik tanklara yapılan ekstrapolasyon, 20C'de yılda yaklaşık %1 sonuç verir.

Alüminyum üzerinde PVDF veya PVDF kaplama kullanan diğer karşılaştırmalı deneylerde, 80 ppm stabilizatörlü peroksit, saflaştırılmış peroksitten sadece %30 daha yavaş ayrıştı. Aslında stabilizatörlerin uzun uçuşlarda tanklardaki peroksitin raf ömrünü çok fazla artırmaması iyi bir şey. Bir sonraki bölümde gösterildiği gibi, bu katkı maddeleri motorlarda hidrojen peroksit kullanımına müdahale eder.

Motor geliştirme

Gümüş bazlı katalizör

Literatürdeki birçok açıklanamayan ve çelişkili ifadeden de anlaşılacağı gibi, yüzeyin bileşimi ve katalizörün çalışma mekanizması tamamen belirsizdir. Saf gümüş yüzeyin katalitik aktivitesi, samaryum nitrat uygulaması ve ardından kalsinasyon ile arttırılabilir. Bu madde samaryum okside ayrışır, ancak gümüşü de oksitleyebilir. Buna ek olarak diğer kaynaklar, saf gümüşün, gümüşü çözen ama aynı zamanda oksitleyici bir madde olan nitrik asit ile muamelesine atıfta bulunur. Daha da basit bir yöntem, saf bir gümüş katalizörün kullanıldığında etkinliğini artırabileceği gerçeğine dayanmaktadır. Bu gözlem test edildi ve onaylandı, bu da samaryum nitrat içermeyen bir katalizörün kullanılmasına yol açtı.

Gümüş oksit (Ag2O) kahverengimsi-siyah, gümüş peroksit (Ag2O2) ise gri-siyah renktedir. Bu renkler birbiri ardına ortaya çıktı ve gümüşün giderek daha fazla oksitlendiğini gösteriyordu. En koyu renk, en iyi katalizör performansına karşılık geldi. Ek olarak, mikroskop altında analiz edildiğinde yüzeyin "taze" gümüşe kıyasla giderek daha düzensiz olduğu ortaya çıktı.

Katalizörün aktivitesini test etmek için basit bir yöntem bulundu. Bireysel gümüş ağ çemberleri (9/16 "çap [yaklaşık 14 mm]) çelik bir yüzey üzerindeki peroksit damlalarının üzerine bindirildi. Yeni satın alınan bir gümüş ağ, yavaş bir "tıslamaya" neden oldu. En aktif katalizör, çoklu buhar akışına neden oldu. 1 saniye içinde 10 kez (10 kez).

Bu çalışma, oksitlenmiş gümüşün bir katalizör olduğunu veya gözlenen kararmanın esas olarak oksidasyondan kaynaklandığını kanıtlamaz. Ayrıca, her iki gümüş oksidin de nispeten düşük sıcaklıklarda bozunduğu bilinmektedir. Bununla birlikte, motorun çalışması sırasında fazla oksijen, reaksiyonun dengesini değiştirebilir. Oksidasyonun ve yüzey pürüzlülüğünün önemini deneysel olarak açıklığa kavuşturma girişimleri, kesin bir sonuç vermemiştir. Girişimler, Elektron Spektroskopisi Kimyasal Analizi (ESCA) olarak da bilinen bir X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile yüzey analizini içermektedir. Yeni satın alınan gümüş gazlı bezlerden katalitik aktiviteyi bozabilecek yüzey kontaminasyonu olasılığını ortadan kaldırmak için de girişimlerde bulunulmuştur.

Bağımsız testler, ne samaryum nitratın ne de katı bozunma ürününün (muhtemelen bir oksittir) peroksitin bozunmasını katalize etmediğini göstermiştir. Bu, samaryum nitrat işleminin gümüşü oksitleyerek işe yarayabileceği anlamına gelebilir. Bununla birlikte, samaryum nitrat ile muamelenin, gaz halindeki bozunma ürünlerinin kabarcıklarının katalizör yüzeyine yapışmasını önlediği (bilimsel gerekçesi olmayan) bir versiyonu da vardır. Mevcut çalışmada, hafif motorların geliştirilmesi, nihayetinde kataliz bulmacalarını çözmekten daha önemli kabul edildi.

Motor şeması

Bunun yerine, bir torna tezgahında bronzdan (bakır alaşımı C36000) yapılmış motor odaları kullanılarak bu çalışmada iyi sonuçlar elde edildi. Bronzun işlenmesi kolaydır ve ayrıca termal genleşme katsayısı gümüşünkine yakındır. %85 peroksit, yaklaşık 1200F [yaklaşık 650C] ayrışma sıcaklığı ile bronz mükemmel bir güce sahiptir. Bu nispeten düşük sıcaklık ayrıca bir alüminyum enjektörün kullanılmasına izin verir.

Laboratuar koşullarında kolayca elde edilebilen bu kolay işlenebilen malzemeler ve peroksit konsantrasyonu seçimi, deneylerin yürütülmesi için oldukça başarılı bir kombinasyon gibi görünmektedir. %100 peroksit kullanmanın hem katalizörü hem de hazne duvarlarını eriteceğini unutmayın. Verilen seçim, fiyat ve verimlilik arasında bir dengeyi temsil eder. Soyuz gibi başarılı bir taşıyıcıda kullanılan RD-107 ve RD-108 motorlarında bronz odaların kullanıldığı belirtilmelidir.

İncirde. 3 gösteri kolay seçenek küçük manevra aparatının sıvı valfinin tabanına doğrudan vidalanan motor. Sol - floroelastomer contalı 4g alüminyum enjektör. 25 gramlık gümüş katalizör, farklı açılardan gösterilebilmesi için bölünmüştür. Sağda, katalizör gazlı bezi destekleyen 2 gramlık bir plaka bulunur. Tam kütleşekilde gösterilen parçalar yaklaşık 80 gramdır. Bu motorlardan biri 25 kg'lık araştırma aracının yer kontrol testleri için kullanıldı. Sistem, belirgin bir kalite kaybı olmaksızın 3,5 kilogram peroksit kullanımı da dahil olmak üzere tasarlandığı gibi çalıştı.

1.2 mm delikli ve 12 voltluk bir kaynak tarafından çalıştırılan 25 ohm'luk bir bobine sahip, ticari olarak temin edilebilen 150 gramlık bir doğrudan etkili solenoid valf, tatmin edici sonuçlar göstermiştir. Sıvı ile temas eden valf yüzeyleri paslanmaz çelik, alüminyum ve Viton'dan oluşmaktadır. GVW, 1984 yılına kadar Erboğa etabının yönünü korumak için kullanılan 3 libre [yaklaşık 13H] motor için 600 gramın üzerinde bir değerle karşılaştırılabilir.

Motor testi

Pirinç. 4, bir deney için hazır bir kurulumu gösterir. Oldukça zararsız yakıt kullanımı, düşük itme değerleri, normal oda koşullarında ve atmosfer basıncında çalışma ve basit aletlerin kullanılması nedeniyle laboratuvar koşullarında doğrudan deneyler mümkündür. Ünitenin koruyucu duvarları, iyi havalandırmalı bir alüminyum çerçeve üzerine monte edilmiş yarım inç [yaklaşık 12 mm] kalınlığında polikarbonat levhalardan yapılmıştır. Paneller, 365.000 N * s / m ^ 2'lik bir kırılma kuvveti için test edildi. Örneğin, 365 m/s süpersonik hızda hareket eden 100 gramlık bir parça, çarpma alanı 1 metrekare ise duracaktır. santimetre.

Fotoğrafta, motor odası bacanın hemen altında dikey olarak yönlendirilmiştir. Enjektörün girişindeki basınç sensörleri ve hazne içindeki basınç, itmeyi ölçen tartı plakasında bulunur. Çalışma süresi ve sıcaklığın dijital göstergeleri ünitenin duvarlarının dışında bulunur. Ana valfin açılması, küçük bir dizi göstergeyi açar. Veri kaydı, video kameranın görüş alanına tüm göstergeler kurularak gerçekleştirilir. Son ölçümler, kataliz odasının uzunluğu boyunca çizilen, ısıya duyarlı bir tebeşirle alınmıştır. Renk değişimi 800 F [yaklaşık 430C] üzerindeki sıcaklıklara karşılık geldi.

Konsantre peroksit içeren kap, terazinin solunda ayrı bir destek üzerinde bulunur, böylece yakıt kütlesindeki değişiklik itme ölçümünü etkilemez. Referans ağırlıkları kullanılarak, bölmeye giden peroksit besleme borusunun 0,01 lbf [yaklaşık 0,04 N] ölçüm doğruluğu elde etmek için yeterince esnek olduğu doğrulanmıştır. Peroksit kabı büyük bir polikarbonat borudan yapılmıştır ve sıvı seviyesindeki değişimin ID'yi hesaplamak için kullanılabilmesi için kalibre edilmiştir.

Motor parametreleri

İlk kısa süreli başlangıç, görünür egzozun olduğu "ıslak" bir kalkıştan kaçınmak için gerçekleştirildi. Tipik olarak, ilk başlatma, bir akış hızında 5 saniye içinde gerçekleştirildi.<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.

Gümüş katalizörün uzunluğu, muhafazakar bir 2.5 "[yaklaşık 64 mm]'den 1.7" [yaklaşık 43 mm]'ye başarıyla düşürülmüştür. Nihai motor düzeni, enjektörün düz yüzeyinde 9 1/64 inç [yaklaşık 0,4 mm] deliklere sahipti. 1/8-inç boğaz 220 psig oda basıncında 3,3 lbf itme ve valf ile boğaz arasında 255 psig basınç farkı üretti.

Damıtılmış yakıt (Tablo 1) tutarlı sonuçlar ve tutarlı basınç okumaları verdi. 3 kg yakıt çalıştırdıktan ve 10 çalıştırmadan sonra 800F noktası, enjektör yüzeyinden 1/4 inç odacıktaydı. Aynı zamanda, karşılaştırma için, 80 ppm kirlilikte motor çalışma süresi kabul edilemezdi. Sadece 0,5 kg yakıt tüketildikten sonra 2 Hz frekansında haznedeki basınç dalgalanmaları %10'a ulaştı. 800F sıcaklık noktası enjektörden 1 inç'in üzerinde.

%10 nitrik asit içinde birkaç dakika katalizörü iyi duruma getirdi. Bir miktar gümüşün kirletici maddelerle birlikte çözülmesine rağmen, katalizörün etkinliği, henüz kullanılmamış yeni bir katalizörün nitrik asit ile muamelesinden sonra olduğundan daha iyiydi.

Motor ısınma süresi saniye cinsinden ölçülse de, motor zaten ısınmışsa önemli ölçüde daha kısa darbelerin mümkün olduğu unutulmamalıdır. Lineer bölümde 5 kg kütleye sahip sıvı itme alt sisteminin dinamik tepkisi, yaklaşık 1 N * s iletilen bir darbe ile 100 ms'den daha kısa bir darbe süresi gösterdi. Spesifik olarak, ofset 3 Hz'de yaklaşık +/- 6 mm idi ve sistem kontrol hızı ile sınırlandırıldı.

DU inşaat seçenekleri

Geleneksel şemalar

Seçenek B, en basit akışkan tasarımıdır ve yakıt olarak hidrazin ile tekrar tekrar uçmuştur. Tanktaki basıncı koruyan gaz genellikle başlangıçta tankın dörtte birini kaplar. Gaz uçuş sırasında kademeli olarak genişler, bu nedenle basıncın "üflendiği" söylenir. Bununla birlikte, basınç düşüşü hem itmeyi hem de PI'yi azaltır. Tanktaki maksimum sıvı basıncı, başlatma sırasında meydana gelir ve bu, güvenlik nedenleriyle tanklara ağırlık ekler. Yakın tarihli bir örnek, yaklaşık 130 kg hidrazin ve 25 kg tahrik kütlesine sahip olan Lunar Prospector'dur.

Seçenek C, geleneksel zehirli tek ve iki bileşenli yakıtlarla yaygın olarak kullanılır. En küçük uydular için, yönlendirmeyi korumak için yukarıda açıklandığı gibi sıkıştırılmış bir gaz tahrik sistemi eklenmelidir. Örneğin, Seçenek C'ye sıkıştırılmış gaz tahrik sisteminin eklenmesi, Seçenek D ile sonuçlanır. Azot ve konsantre peroksit ile beslenen bu tip tahrik sistemi, prototip mikro uyduların yönlendirme sistemlerini güvenli bir şekilde test etmek için Lawrence Laboratuvarı'nda (LLNL) inşa edilmiştir. toksik olmayan yakıtlarla beslenir. ...

Sıcak gazlarla oryantasyonu koruma

Ekipmanın ağırlığını daha da azaltmak ve depolama sistemini basitleştirmek için gaz depolama tanklarından tamamen kaçınmak arzu edilir. Seçenek F, minyatür peroksit sistemleri için potansiyel olarak ilginçtir. Çalışmaya başlamadan önce yörüngede uzun süreli yakıt depolanması gerekiyorsa, sistem ilk basınç olmadan başlayabilir. Tanklardaki boş alana, tankların boyutlarına ve malzemelerine bağlı olarak sistem, uçuşta önceden belirlenmiş bir anda basınçlandırılacak şekilde tasarlanabilir.

D Seçeneği, manevra yapmak ve oryantasyonu korumak için iki bağımsız yakıt kaynağına sahiptir; bu, bu işlevlerin her biri için akış hızının önceden ayrı ayrı dikkate alınmasını gerekli kılar. Manevra yapan yakıttan yönlendirmeyi korumak için sıcak gaz üreten Sistem E ve F, büyük esnekliğe sahiptir. Örneğin, manevra sırasında kullanılmayan yakıt, yönünü koruması gereken bir uydunun ömrünü uzatmak için kullanılabilir.

Kendi Kendini Güçlendiren Fikirler

G ve H seçenekleri, "basınçlı sıcak gaz" veya "üfle ve pres" sıvı sistemleri ve ayrıca "sıvıdan gaz" veya "kendinden basınçlı" sistemler olarak adlandırılabilir. Kullanılmış yakıt deposunun kontrollü basınçlandırılması, basıncı artırma kabiliyetini gerektirir.

Seçenek G, basınç saptırmalı bir diyafram tankı kullanır, bu nedenle sıvı basıncı önce gaz basıncından daha yüksektir. Bu, gaz ve sıvıyı ayıran bir diferansiyel valf veya elastik bir diyafram ile sağlanabilir. Hızlanma da kullanılabilir, yani. karasal uygulamalarda yerçekimi veya dönen bir uzay aracında merkezkaç kuvveti. Seçenek H herhangi bir tankla çalışır. Özel bir basınç bakım pompası, gaz jeneratörü boyunca dolaşır ve tanktaki serbest hacme geri döner.

Her iki durumda da sıvı regülatörü, geri beslemeyi ve keyfi olarak yüksek basınçları önler. Sistemin normal çalışması için regülatöre seri bağlı ek bir valf gereklidir. Gelecekte, regülatör tarafından ayarlanan basınca kadar sistemdeki basıncı kontrol etmek için kullanılabilir. Örneğin yörünge değiştirme manevraları tam basınçta gerçekleştirilecektir. Azaltılmış basınç, aracın ömrünü uzatmak için yakıt tasarrufu yaparken daha doğru 3 eksenli yönlendirmeye izin verecektir (Ek'e bakınız).

Yıllar boyunca hem pompalarda hem de tanklarda diferansiyel alanlı pompalarla deneyler yapılmıştır ve bu tür tasarımları açıklayan birçok belge bulunmaktadır. 1932'de Robert H. Goddard ve diğerleri, sıvı ve gaz halindeki nitrojeni kontrol etmek için makineyle çalışan bir pompa yaptı. 1950 ve 1970 arasında, atmosferik uçuş için G ve H seçeneklerinin dikkate alındığı birkaç girişimde bulunuldu. Hacmi azaltmaya yönelik bu girişimler, sürtünmeyi azaltmak için gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar daha sonra katı yakıtlı roketlerin yaygın olarak geliştirilmesiyle sonlandırıldı. Daha yakın zamanlarda, belirli uygulamalar için bazı yeniliklerle birlikte, hidrazin ve diferansiyel valfler kullanan kendinden basınçlı sistemler üzerinde çalışmalar yapılmıştır.

Kendinden emişli sıvı yakıt depolama sistemleri uzun süreli uçuşlar için ciddiye alınmadı. Başarılı bir sistem geliştirmek için tahrik sisteminin ömrü boyunca iyi tahmin edilebilir itme özellikleri sağlamanın gerekli olmasının birkaç teknik nedeni vardır. Örneğin, bir takviye gazında asılı duran bir katalizör, tankın içindeki yakıtı bozabilir. İlk manevradan sonra uzun bir dinlenme süresi gerektiren uçuşlarda çalışabilirliği sağlamak için G seçeneğinde olduğu gibi tank ayrımı gerekecektir.

İtki görev döngüsü, termal hususlar için de önemlidir. İncirde. 5G ve 5H'de, gaz jeneratöründe reaksiyon sırasında açığa çıkan ısı, uzun bir uçuş sırasında, ara sıra tahrik sisteminin aktivasyonu ile çevreleyen kısımlarda kaybolur. Bu, sıcak gaz sistemleri için yumuşak contaların kullanımı ile tutarlıdır. Yüksek sıcaklıktaki metal contalarda çok fazla sızıntı vardır, ancak bunlara yalnızca DU görev döngüsü sıkıysa ihtiyaç duyulacaktır. Isı yalıtımının kalınlığı ve bileşenlerin ısı kapasitesi ile ilgili sorular, uçuş sırasında sevk sisteminin beklenen doğasının iyi anlaşılmasıyla birlikte düşünülmelidir.

Pompa beslemeli motorlar

Pirinç olmasına rağmen. 5J biraz basitleştirilmiştir, bunun H seçeneğinden çok farklı bir seçenek olduğunu göstermek için buraya dahil edilmiştir. İkinci durumda, pompa yardımcı bir mekanizma olarak kullanılır ve pompa gereksinimleri motor pompasından farklıdır.

Konsantre peroksit üzerinde çalışan roket motorlarının test edilmesi ve pompalama ünitelerinin kullanılması dahil olmak üzere çalışmalar devam etmektedir. Toksik olmayan yakıtlar kullanılarak kolayca tekrarlanabilen düşük maliyetli motor testlerinin, daha önce pompalı hidrazin tasarımları kullanılarak elde edilenden daha basit ve daha güvenilir devrelere yol açması mümkündür.

Kendinden basınçlandıran bir tank sisteminin prototipi

Pirinç. Şekil 6, uçlarında O-ringler arasına kenetlenmiş, duvar kalınlığı 0.065" [yaklaşık 1.7 mm] olan 3 "[yaklaşık 75 mm] çapında bir alüminyum boru parçasından yapılmış bir diferansiyel valf pompası kullanan pahalı olmayan bir test ekipmanını göstermektedir. Burada kaynak yoktur, bu da testten sonra sistemi kontrol etmeyi, sistem konfigürasyonunu değiştirmeyi ve ayrıca maliyeti düşürmeyi kolaylaştırır.

Bu kendinden basınçlı konsantre peroksit sistemi, tıpkı motor tasarımında olduğu gibi, piyasada bulunan solenoid valfler ve ucuz aletler kullanılarak test edilmiştir. Sistemin yaklaşık bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 7. Gaza daldırılan termokuplun yanı sıra tank ve gaz jeneratörü üzerinde de sıcaklık ölçümü yapılmıştır.

Tank, içindeki sıvı basıncı gaz basıncından (???) biraz daha yüksek olacak şekilde tasarlanmıştır. 30 psig [yaklaşık 200 kPa] başlangıç ​​hava basıncı kullanılarak çok sayıda başlatma gerçekleştirilmiştir. Kontrol vanası açıldığında, gaz jeneratöründen geçen akış, tanktaki basınç bakım kanalına buhar ve oksijen sağlar. Sistemden gelen ilk pozitif geri besleme sırası, sıvı regülatörü 300 psi'ye [yaklaşık 2 MPa] ulaştığında kapanana kadar basınçta üstel bir artışla sonuçlanır.

Giriş basıncı hassasiyeti, şu anda uydularda kullanılan gaz basıncı regülatörleri için kabul edilemez (Şekil 5A ve C). Kendinden basınçlı bir akışkan sisteminde, regülatörün giriş basıncı dar bir aralıkta kalır. Bu, havacılık endüstrisinde kullanılan geleneksel regülatör tasarımlarında bulunan karmaşıklıkların çoğunu önler. 60 gramlık regülatör, yaylar, contalar ve vidalar hariç sadece 4 hareketli parçaya sahiptir. Regülatör, aşırı basınç kapatması için esnek bir contaya sahiptir. Bu basit asimetrik tasarım yeterlidir çünkü regülatörün girişinde basıncın belirli sınırlar içinde tutulması gerekmemektedir.

Genel sistem için düşük gereksinimler nedeniyle gazlaştırıcı da basitleştirilmiştir. 10 psi'lik bir basınç farkı ile yakıt akışı, en basit enjektör konfigürasyonlarına izin verecek kadar küçüktür. Ek olarak, gaz jeneratörü girişinde bir emniyet valfinin olmaması, ayrışma reaksiyonunda sadece 1 Hz mertebesinde küçük titreşimlere neden olur. Buna göre, sistemin başlatılması sırasında nispeten küçük bir geri akış, regülatörü 100F'den fazla ısıtmaz.

İlk testler bir regülatör kullanmadı; Aynı zamanda, sistemdeki basıncın, contanın izin verilen sürtünmesinden sistemdeki güvenlik basınç sınırlayıcısına kadar herhangi bir aralıkta korunabileceği gösterilmiştir. Sistemin bu esnekliği, yukarıda belirtilen nedenlerle, uydunun ömrünün büyük bir bölümünde konum kontrol sisteminin gerekli itişini azaltmak için kullanılabilir.

Daha sonra bariz görünen bir gözlem, sistem bir regülatör olmadan çalıştırıldığında düşük frekanslı basınç dalgalanmaları yaşarsa tankın daha fazla ısınmasıydı. Basınçlı gazın beslendiği tankın girişinde bulunan bir emniyet valfi, basınç dalgalanmaları nedeniyle oluşan ek ısı akışını ortadan kaldırabilir. Bu valf ayrıca tankın basınç oluşturmasını da önleyecektir, ancak bu mutlaka önemli değildir.

Alüminyum parçalar %85 peroksit ayrışma sıcaklığında erimesine rağmen, ısı kaybı ve aralıklı gaz akışı nedeniyle sıcaklık biraz düşer. Fotoğrafta gösterilen tank, basınç tutma testleri sırasında 200F'nin çok altında bir sıcaklığa sahipti. Aynı zamanda, oldukça kuvvetli sıcak gaz valfi geçişleri sırasında çıkış gazı sıcaklığı 400F'yi aştı.

Çıkış gazı sıcaklığı önemlidir çünkü suyun sistem içinde kızgın buhar halinde kaldığını gösterir. 400F - 600F aralığı, ucuz hafif ekipman (alüminyum ve yumuşak contalar) için yeterince soğuk ve gaz jetleriyle oryantasyonu korumak için kullanılan yakıt enerjisinin önemli bir bölümünü yakalayacak kadar sıcak olduğu için ideal görünüyor. Düşük basınç altında çalışma periyotları sırasında ek bir avantaj, sıcaklığın minimumda tutulmasıdır. nem yoğuşmasını önlemek için gerekli olan da azalır.

İzin verilen sıcaklık aralığında mümkün olduğunca uzun süre çalışabilmesi için, ısı yalıtımının kalınlığı ve yapının toplam ısı kapasitesi gibi parametreler, belirli itme profiline göre ayarlanmalıdır. Beklendiği gibi, testten sonra tankta yoğuşmuş su bulundu, ancak bu kullanılmayan kütle, yakıtın toplam kütlesinin küçük bir kısmını temsil ediyor. Aracın yönlendirilmesi için kullanılan gaz akımındaki tüm su yoğunlaşsa bile, yakıt kütlesinin %40'ı yine gaz halinde olacaktır (%85 peroksit için). Su, pahalı modern nitrojen tankından daha hafif olduğu için, bu seçenek bile sıkıştırılmış nitrojen kullanmaktan daha iyidir.

Şekil 2'de gösterilen test ekipmanı. 6 açıkça tam bir tahrik sistemi olarak adlandırılmaktan uzaktır. Bu makalede açıklananla yaklaşık olarak aynı tipteki sıvı motorlar, örneğin, Şekil 2'de gösterildiği gibi tank çıkışına bağlanabilir. 5G.

Pompa takviye planları

Gerekli minimum bir odacık yerine dönüşümlü olarak çalışan bir çift pompa odası kullanılması planlanmaktadır. Bu, oryantasyon alt sisteminin sabit basınçta sıcak gaz üzerinde sürekli çalışmasını sağlayacaktır. Zorluk, sistemin ağırlığını azaltmak için tankı eşleştirebilmektir. Pompa, gaz jeneratöründen gelen gazın bir kısmı üzerinde çalışacaktır.

Tartışma

Bu makale, küçük ölçekte uygulanabilecek ucuz malzemeler ve teknikler kullanarak hidrojen peroksit kullanma olanaklarını araştırdı. Elde edilen sonuçlar, tek bileşenli hidrazin bazlı dizel yakıta ve ayrıca peroksitin toksik olmayan iki bileşenli kombinasyonlarda oksitleyici bir madde olarak işlev görebileceği durumlarda da uygulanabilir. İkinci seçenek, (6)'da açıklanan kendiliğinden tutuşan alkol yakıtlarının yanı sıra, konsantre peroksitin ayrışmasından kaynaklanan sıcak oksijen ile temas ettiğinde tutuşan sıvı ve katı hidrokarbonları içerir.

Bu makalede açıklanan nispeten basit peroksit teknolojisi, deneysel uzay gemilerinde ve diğer küçük uydularda doğrudan kullanılabilir. Sadece bir nesil önce, neredeyse yeni ve deneysel teknolojiler kullanılarak alçak dünya yörüngeleri ve hatta derin uzay keşfedildi. Örneğin, Lunar Surveyor'ın iniş sistemi, bugün kabul edilemez olarak kabul edilebilecek, ancak belirlenen görevler için oldukça yeterli olan çok sayıda yumuşak paket içeriyordu. Şu anda, birçok bilimsel alet ve elektronik cihaz oldukça minyatürleştirilmiştir, ancak uzaktan kumanda teknolojisi, küçük uyduların veya küçük aya iniş sondalarının ihtiyaçlarını karşılamamaktadır.

Buradaki fikir, özel ekipmanın belirli uygulamalar için tasarlanabilmesidir. Bu, elbette, uydu alt sistemlerini seçerken genellikle geçerli olan teknolojilerin "miras" fikriyle çelişir. Bu görüşün temeli, tamamen yeni sistemler geliştirmek ve başlatmak için süreçlerin ayrıntılarının iyi anlaşılmadığı varsayımıdır. Bu makale, sık sık düşük maliyetli deneyler yapma olasılığının küçük uydu tasarımcılarına gerekli bilgiyi sağlayacağı görüşünden yola çıktı. Hem uyduların ihtiyaçlarını hem de teknolojinin yeteneklerini anlamanın yanı sıra, gereksiz sistem gereksinimlerindeki potansiyel azalma da geliyor.

Teşekkür

Çalışma, Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı'nın desteğiyle Clementine II programının ve Lawrence Laboratuvarı Mikrosatellit Teknolojisi Programının bir parçasıydı. Bu çalışma ABD hükümetinin finansmanını kullandı ve ABD Enerji Bakanlığı ile W-7405-Eng-48 sözleşmesi kapsamında Livermore, California Üniversitesi'ndeki Lawrence Ulusal Laboratuvarı'nda gerçekleştirildi.

Hidrojen peroksit H 2 O 2, berrak, renksiz bir sıvıdır, sudan belirgin şekilde daha viskozdur ve karakteristik, hafif de olsa bir kokuya sahiptir. Susuz hidrojen peroksitin elde edilmesi ve depolanması zordur ve itici gaz olarak kullanılması çok pahalıdır. Genel olarak, yüksek maliyet, hidrojen peroksitin ana dezavantajlarından biridir. Ancak, diğer oksidanlarla karşılaştırıldığında, işlenmesi daha uygun ve daha az tehlikelidir.
Peroksitin kendiliğinden ayrışma eğilimi geleneksel olarak abartılmıştır. Her ne kadar oda sıcaklığında 1 litrelik polietilen şişelerde, ancak daha büyük hacimlerde ve daha uygun bir kapta (örneğin, oldukça saf malzemeden yapılmış 200 litrelik bir varilde) iki yıllık depolamadan sonra konsantrasyonda %90'dan %65'e bir düşüş gözlemlesek de. alüminyum) ayrışma oranı %90 peroksit ise yılda %0.1'den az olacaktır.
Susuz hidrojen peroksitin yoğunluğu, sıvı oksijenden çok daha yüksek ve nitrik asit oksidanlarından biraz daha az olan 1450 kg / m3'ü aşıyor. Ne yazık ki, su safsızlıkları onu hızla azaltır, böylece% 90'lık bir çözelti oda sıcaklığında 1380 kg / m3 yoğunluğa sahiptir, ancak bu hala çok iyi bir göstergedir.
Sıvı yakıtlı roket motorlarındaki peroksit, hem üniter yakıt hem de oksitleyici ajan olarak kullanılabilir - örneğin, gazyağı veya alkol ile birlikte. Ne gazyağı ne de alkol peroksit ile kendiliğinden tutuşmaz ve tutuşmayı sağlamak için yakıta peroksitin ayrışması için bir katalizör eklenmelidir - o zaman açığa çıkan ısı tutuşma için yeterlidir. Alkol için uygun bir katalizör manganez (II) asetattır. Gazyağı için uygun katkı maddeleri de vardır, ancak bunların bileşimi gizli tutulur.
Üniter bir yakıt olarak peroksitin kullanımı, nispeten düşük enerji özellikleri ile sınırlıdır. Bu nedenle, % 85 peroksit için vakumda elde edilen spesifik dürtü sadece yaklaşık 1300 ... 1500 m / s (farklı genleşme dereceleri için) ve% 98 - yaklaşık 1600 ... 1800 m / s'dir. Bununla birlikte, peroksit ilk olarak Amerikalılar tarafından Merkür uzay aracının iniş aracını yönlendirmek için, daha sonra aynı amaçla Sovyet tasarımcıları tarafından Soyuz uzay aracında kullanıldı. Ek olarak, hidrojen peroksit, TNA'yı sürmek için yardımcı bir yakıt olarak kullanılır - ilk kez V-2 roketinde ve daha sonra R-7'ye kadar torunlarında. En modern olanlar da dahil olmak üzere Yedi'nin tüm modifikasyonları, THA'yı sürmek için hala peroksit kullanıyor.
Oksitleyici bir ajan olarak hidrojen peroksit, çeşitli yakıtlarda etkilidir. Sıvı oksijenden daha düşük bir özgül dürtü vermesine rağmen, yüksek konsantrasyonda peroksit kullanıldığında, SI değerleri aynı yakıtlara sahip nitrik asit oksidanlar için olan değerleri aşmaktadır. Tüm uzay fırlatma araçlarından yalnızca biri peroksit kullandı (gazyağı ile eşleştirilmiş) - İngiliz Kara Ok. Motorlarının parametreleri mütevazıydı - 1. aşama motorların kimliği, bu roket sadece% 85 peroksit konsantrasyonu kullandığından, zeminde 2200 m / s'yi ve vakumda 2500 m / s'yi biraz aştı. Bu, kendiliğinden tutuşmayı sağlamak için peroksitin gümüş bir katalizör üzerinde ayrıştırılması nedeniyle yapıldı. Daha konsantre peroksit gümüşü eritir.
Peroksite ilgi zaman zaman yoğunlaşmasına rağmen, umutları belirsizliğini koruyor. Bu nedenle, Sovyet RD-502 LPRE (yakıt çifti - peroksit artı pentaboran) 3680 m / s'lik belirli bir dürtü göstermesine rağmen, deneysel kaldı.
Projelerimizde peroksite de odaklanıyoruz çünkü üzerindeki motorlar aynı yapay zekaya sahip ancak farklı yakıtlara sahip benzer motorlardan daha soğuk çıkıyor. Örneğin, "karamel" yakıtının yanma ürünleri, elde edilen aynı UI ile neredeyse 800 ° daha yüksek sıcaklığa sahiptir. Bunun nedeni, peroksit reaksiyon ürünlerindeki büyük miktarda su ve sonuç olarak reaksiyon ürünlerinin düşük ortalama moleküler ağırlığıdır.

Kullanım: içten yanmalı motorlarda, özellikle hidrokarbon bileşiklerinin katılımıyla yakıtların daha iyi yanmasını sağlama yönteminde. Buluşun özü: yöntem, 10-80 vol. % peroksit veya perokso bileşiği. Bileşim yakıttan ayrı olarak uygulanır. 1 wp f-ly, 2 sekmesi.

Buluş, hidrokarbon bileşiklerinin yanmasını başlatmak ve optimize etmek ve egzoz gazları ve emisyonlarındaki zararlı bileşiklerin konsantrasyonunu azaltmak için bir yöntem ve bir sıvı bileşim ile ilgilidir; burada, bir peroksit veya bir perokso bileşiği içeren bir sıvı bileşimin yanma havasına veya içine beslendiği yer. bir yakıt-hava karışımı. Buluşun arka planı. Son yıllarda, özellikle ormanların dramatik bir şekilde kaybolması nedeniyle çevre kirliliğine ve yüksek enerji tüketimine giderek daha fazla ilgi gösterildi. Ancak egzoz dumanları şehir merkezlerinde her zaman sorun olmuştur. Daha düşük emisyonlu veya egzoz dumanlı motorların ve ısıtma teknolojisinin sürekli olarak iyileştirilmesine rağmen, artan sayıda araba ve yakma tesisi, egzoz gazlarının miktarında genel bir artışa yol açmıştır. Eksik yanma, egzoz dumanlarının ve yüksek enerji tüketiminin başlıca nedenidir. Yanma süreci diyagramı, ateşleme sisteminin verimi, yakıtın kalitesi ve hava-yakıt karışımı, yanma verimini ve gazlardaki yanmamış ve tehlikeli bileşiklerin içeriğini belirler. Bu bileşiklerin konsantrasyonunu azaltmak için, örneğin devridaim ve iyi bilinen katalizörler gibi, egzoz gazlarının ana yanma bölgesinin dışında yanmasına neden olan çeşitli yöntemler kullanılır. Yanma, ısı etkisi altında oksijen (O 2) ile birleşme reaksiyonudur. Karbon (C), hidrojen (H 2), hidrokarbonlar ve kükürt (S) gibi bileşikler, yanmalarını sürdürmek için yeterli ısı üretir ve örneğin nitrojen (N 2), ısının oksitlenmesini gerektirir. 1200-2500 °C gibi yüksek bir sıcaklıkta ve yeterli miktarda oksijende, her bir bileşiğin maksimum miktarda oksijeni bağladığı tam yanma sağlanır. Son ürünler CO2 (karbon dioksit), H2O (su), SO2 ve SO3 (kükürt oksitler) ve bazen NO ve NO2'dir (azot oksitler, NOx). Kükürt ve azot oksitler ortamın asitlenmesinden sorumludur, solunması tehlikelidir ve özellikle ikincisi (NOx) yanma enerjisini emer. Soğuk alevler de üretilebilir, örneğin sıcaklığın sadece yaklaşık 400 ° C olduğu mavi salınımlı mum alevi. Burada oksidasyon tamamlanmaz ve nihai ürünler H 2 O 2 (hidrojen peroksit), CO (karbon monoksit) olabilir. ve muhtemelen C (kurum) ... NO gibi bahsedilen son iki bileşik zararlıdır ve tamamen yandığında enerji sağlayabilir. Benzin, kaynama noktaları 40-200 °C aralığında olan ham petrol hidrokarbonlarının bir karışımıdır. 4-9 karbon atomlu yaklaşık 2000 farklı hidrokarbon içerir. Ayrıntılı yanma işlemi basit bağlantılar için çok karmaşıktır. Yakıt molekülleri, çoğu sözde serbest radikaller olan daha küçük parçalara ayrılır, yani. örneğin oksijen ile hızlı reaksiyona giren kararsız moleküller. En önemli radikaller atomik oksijen O, atomik hidrojen H ve hidroksil radikali OH'dir. İkincisi, hem doğrudan ekleme hem de hidrojenin ortadan kaldırılması yoluyla su oluşumuyla sonuçlanan yakıtın ayrışması ve oksidasyonu için özellikle önemlidir. Yanmanın başlangıcında su, H 2 O + M ___ H + CH + M reaksiyonuna girer, burada M başka bir moleküldür, örneğin nitrojen veya su molekülünün çarpıştığı kıvılcım elektrotunun duvarı veya yüzeyi ile birlikte. Su çok kararlı bir molekül olduğundan, ayrışması için çok yüksek bir sıcaklık gerektirir. Daha iyi bir alternatif, benzer şekilde ayrışan hidrojen peroksit ilavesidir. daha kontrollü. Yüzey reaksiyonunun ek bir olumlu etkisi, hidrojen peroksitin duvarlarda ve bujide kurum ve katranla kolayca reaksiyona girerek karbon dioksit (CO2) oluşturmasıdır, bu da daha temiz elektrot yüzeyleri ve daha iyi ateşleme ile sonuçlanır. Su ve hidrojen peroksit, aşağıdaki şemaya göre egzoz gazlarındaki CO içeriğini büyük ölçüde azaltır 1) CO + O 2 ___ CO 2 + O: başlatma 2) O: + H 2 O ___ 2OH dallanma 3) OH + CO ___ CO 2 + H büyümesi 4) H + O 2 ___ OH + O; 2. reaksiyondan dallanma suyun bir katalizör rolü oynadığı ve daha sonra tekrar oluştuğu görülmektedir. Hidrojen peroksit, sudan binlerce kat daha fazla OH-radikal içeriğine yol açtığından, aşama 3) önemli ölçüde hızlanır ve oluşan CO'nun çoğunun çıkarılmasına yol açar. Sonuç olarak, yanmayı sürdürmek için ek enerji açığa çıkar. NO ve NO2 oldukça toksik bileşiklerdir ve CO'dan yaklaşık 4 kat daha toksiktir. Akut zehirlenmede akciğer dokusu zarar görür. NO istenmeyen bir yanma ürünüdür. Su varlığında NO, HNO3'e oksitlenir ve bu formda asitlenmenin yaklaşık yarısına neden olur ve diğer yarısı H2SO4'ten kaynaklanır. Ayrıca NOx, üst atmosferde ozonu bozabilir. NO'nun çoğu, yüksek sıcaklıklarda havadaki oksijen ile nitrojen reaksiyonunun bir sonucu olarak oluşur ve bu nedenle yakıtın bileşimine bağlı değildir. Oluşan POx miktarı, yanma koşullarının korunma süresine bağlıdır. Sıcaklık düşüşü çok yavaş gerçekleştirilirse, bu orta derecede yüksek sıcaklıklarda dengeye ve nispeten düşük NO konsantrasyonuna yol açar. Düşük NO içeriği elde etmek için aşağıdaki yöntemler kullanılabilir. 1. Yakıt açısından zengin bir karışımın iki aşamalı yanması. 2. Aşağıdakilerden dolayı düşük yanma sıcaklığı: a) fazla hava,
b) güçlü soğutma,
c) yanma gazlarının devridaimi. Bir alevin kimyasal analizinde sıklıkla gözlemlendiği gibi, alevdeki NO konsantrasyonu, alevden sonrakinden daha yüksektir. Bu, O'nun ayrışma sürecidir. Olası reaksiyon:
CH 3 + NO ___ ... H + H 2 O
Böylece, N2 oluşumu, sıcak yakıt açısından zengin alevlerde yüksek konsantrasyonda CH3 veren koşullarla desteklenir. Uygulamada gösterildiği gibi, örneğin piridin gibi heterosiklik bileşikler formunda nitrojen içeren yakıtlar daha fazla NO verir. Çeşitli yakıtlardaki N içeriği (yaklaşık),%: Ham petrol 0,65 Asfalt 2,30 Ağır benzinler 1,40 Hafif benzinler 0,07 Kömür 1-2
SE-B-429.201, hacimce %1-10 hidrojen peroksit ve denge suyu, alifatik alkol, yağlama yağı ve muhtemelen bir korozyon inhibitörü içeren bir sıvı bileşimi açıklar, burada söz konusu sıvı bileşim yanma havasına veya bir hava/yakıt karışımına beslenir. Böyle düşük bir hidrojen peroksit içeriği ile oluşan OH radikallerinin miktarı hem yakıtla hem de CO ile reaksiyon için yeterli değildir. Yakıtın kendiliğinden yanmasına neden olan formülasyonlar dışında, burada elde edilen faydalı etki, tek başına su ilavesiyle karşılaştırıldığında küçüktür. DE-A-2.362.082, yanma sırasında hidrojen peroksit gibi bir oksitleyici maddenin eklenmesini açıklar, ancak hidrojen peroksit, yanma havasına verilmeden önce bir katalizör tarafından su ve oksijene ayrıştırılır. Mevcut buluşun amacı ve en önemli özellikleri. Mevcut buluşun amacı, yanmanın başlamasını iyileştirerek ve zararlı egzoz gazlarının büyük ölçüde azaltıldığı iyi koşullar altında optimal ve tam yanmayı sürdürerek hidrokarbon bileşiklerini içeren yanma işlemlerinden kaynaklanan yanmayı iyileştirmek ve zararlı egzoz gazlarının emisyonunu azaltmaktır. Bu, bir peroksit veya perokso bileşiği ve su içeren bir sıvı bileşimin yanma havasına veya bir hava-yakıt karışımına beslenmesi ile elde edilir, burada sıvı bileşim hacimce %10-80 oranında peroksit veya perokso bileşiği içerir. Alkali koşullar altında, hidrojen peroksit, aşağıdaki şemaya göre hidroksil radikallerine ve peroksit iyonlarına ayrışır:
H 2 O 2 + HO 2 ___ H O + O 2 + H 2 O
Oluşan hidroksil radikalleri birbirleriyle, peroksit iyonları veya hidrojen peroksit ile reaksiyona girebilir. Aşağıda sunulan bu reaksiyonlar sonucunda hidrojen peroksit, gaz halinde oksijen ve hidroperoksit radikalleri oluşur:
H O + H O ___ H 2 O 2
H O + O ___ 3 O 2 + OH -
HO + H 2 O 2 ___ HO 2 + H 2 O Peroksit radikallerinin pKa'sının 4.88 0.10 olduğu bilinmektedir, bu da tüm hidroperoksi radikallerinin peroksit iyonlarına ayrıştığı anlamına gelir. Peroksit iyonları ayrıca hidrojen peroksit ile birbirleriyle reaksiyona girebilir veya ortaya çıkan tekli oksijeni yakalayabilir. O + H 2 O 2 ___ O 2 + H O + OH -
O + O 2 + H 2 O ___ I O 2 + HO - 2 + OH -
O + I O 2 ___ 3 O 2 + O + 22 kcal. Böylece gaz halinde oksijen, hidroksil radikalleri, singlet oksijen, hidrojen peroksit ve triplet oksijen 22 kcal'lik bir enerji salınımı ile oluşur. Hidrojen peroksitin katalitik bozunması sırasında mevcut olan ağır metal iyonlarının hidroksil radikallerine ve peroksit iyonlarına yol açtığı da doğrulanmıştır. Tipik petrol alkanları için aşağıdaki veriler gibi hız sabitleri bilinmektedir. n-oktanın H, O ve OH ile etkileşiminin hız sabitleri. k = A exp / E / RT Reaksiyon A / cm3 / mol: s / E / kJ / mol / n-C 8 H 18 + H 7.1: 10 14 35.3
+ Ç 1.8: 10 14 19.0
+ OH 2.0: 10 13 3.9
Bu örnekten, OH radikallerinin saldırısının H ve O'dan daha hızlı ve daha düşük bir sıcaklıkta ilerlediğini görüyoruz. Reaksiyon hızı sabiti CO + + OH _ CO2 + H, negatif aktivasyon enerjisi ve yüksek sıcaklık katsayısı. Şu şekilde yazılabilir: 4.4 x 106 x T 1.5 exp / 3.1 / RT. Reaksiyon hızı, 1000 ° K'nin altındaki sıcaklıklarda yaklaşık 10 11 cm3 / mol sn'ye eşit ve neredeyse sabit olacaktır, yani. E. oda sıcaklığına kadar. 1000 ° K'nin üzerinde, reaksiyon hızı birkaç kez artar. Bu nedenle, reaksiyon, hidrokarbonların yanması sırasında CO'nun CO2'ye dönüştürülmesinde tamamen baskındır. Bu nedenle, CO'nun erken ve tam yanması termal verimliliği artırır. O2 ve OH arasındaki antagonizmayı gösteren bir örnek, H2O2 ilavesinin oksijensiz bir ortamda NOx'te %90'lık bir azalmayla sonuçlandığı NH3—H202—NO reaksiyonudur. O2 varsa, o zaman sadece %2 PO x ile bile düşüş büyük ölçüde azalır. Mevcut buluşa göre, yaklaşık 500 °C'de ayrışan OH radikalleri oluşturmak için H2O2 kullanılır. Ömürleri en fazla 20 msn'dir. Etanolün normal yanması sırasında, yakıtın %70'i OH-radikalleri ve %30 - H atomları ile reaksiyon için tüketilir. OH radikallerinin zaten yanmanın başlama aşamasında oluştuğu bu buluşta, yakıtın ani saldırısı nedeniyle yanma önemli ölçüde iyileştirilir. Hidrojen peroksit içeriği yüksek (%10'un üzerinde) bir sıvı bileşim eklendiğinde, ortaya çıkan CO'yu hemen oksitlemek için yeterli OH radikali vardır. Daha düşük hidrojen peroksit içeriklerinde oluşan OH radikalleri hem yakıt hem de CO ile etkileşime girmek için yetersizdir. Sıvı bileşim, sıvı ile kap ve yanma odası arasında kimyasal reaksiyon olmayacak şekilde sağlanır, yani E. hidrojen peroksitin su ve gaz halinde oksijene ayrışması ilerlemez ve değişiklik olmaksızın sıvı doğrudan yanma bölgesine veya ana yanma odasının dışında bir sıvı ve yakıt karışımının ateşlendiği ön odalara ulaşır. Yeterince yüksek bir hidrojen peroksit konsantrasyonunda (yaklaşık %35), yakıtın kendiliğinden yanması ve yanmanın sürdürülmesi meydana gelebilir. Sıvı ile yakıt karışımının tutuşması, kendiliğinden yanma veya sigorta veya benzeri bir şeye ihtiyaç duyulmayan katalitik bir yüzey ile temas yoluyla gerçekleşebilir. Ateşleme, örneğin bir ateşleyici, biriken ısı, bir açık alev ve benzerleri gibi termal enerji yoluyla gerçekleştirilebilir. Bir alifatik alkolün hidrojen peroksitle karıştırılması kendiliğinden yanmayı başlatabilir. Bu, hidrojen peroksit ve alkolün ön odaya ulaşmadan önce karışmasının önlenebildiği bir ön oda sisteminde özellikle yararlıdır. Her silindir bir sıvı bileşim için bir enjeksiyon valfi ile donatılmışsa, tüm hizmet koşulları için çok hassas ve uyarlanmış bir sıvı dozajı elde edilir. Enjeksiyon valflerini ve motora bağlı çeşitli sensörleri ayarlayan, kontrol cihazına motor milinin konumu, motor hızı ve yükü ve muhtemelen ateşleme sıcaklığı hakkında sinyaller veren bir kontrol cihazı yardımıyla, enjeksiyon valflerinin açılıp kapanmasının sıralı enjeksiyonunu ve senkronizasyonunu sağlamak ve sıvıyı sadece yüke ve gerekli güce değil, aynı zamanda motorun hızına ve iyi harekete yol açan enjekte edilen havanın sıcaklığına da bağlı olarak dozlamak her koşulda. Sıvı karışım bir dereceye kadar hava beslemesinin yerini alır. Su ve hidrojen peroksit karışımları arasındaki etki farklarını ortaya çıkarmak için çok sayıda test yapılmıştır (sırasıyla %23 ve %35). Seçilen yükler, yüksek hızlı yollarda ve şehirlerde sürüşe karşılık gelir. Su frenli bir B20E motoru test edildi. Testten önce motor ısıtıldı. Motordaki yüksek hızlı yük ile hidrojen peroksiti suyla değiştirirken NOx, CO ve HC emisyonları artar. NOx içeriği, hidrojen peroksit miktarındaki artışla azalır. Su ayrıca NOx'i azaltır, ancak bu yük, aynı NOx indirgemesi için %23 hidrojen peroksitten 4 kat daha fazla su gerektirir. Şehir içi trafik yükü ile ilk önce %35 hidrojen peroksit verilirken motorun hızı ve torku biraz artar (20-30 rpm / 0.5-1 nM). %23 hidrojen peroksite geçildiğinde, NOx içeriğindeki eş zamanlı artışla motorun torku ve hızı düşer. Temiz su sağlarken motorun dönmesini sağlamak zordur. HC içeriği keskin bir şekilde artar. Böylece hidrojen peroksit, NOx içeriğini azaltırken yanmayı iyileştirir. SAAB 900i ve VoIvo 760 Turbo modellerinde, yakıta %35 hidrojen peroksit katkılı ve katkısız olarak İsveç Motor ve Taşımacılık Müfettişliği'nde gerçekleştirilen testler, CO, HC, NOx ve CO2 salınımı için aşağıdaki sonuçları verdi. Sonuçlar, karışım kullanılmadan elde edilen sonuçlara göre hidrojen peroksit kullanılarak elde edilen değerlerin %'si olarak sunulmuştur (tablo 1). Bir Volvo 245 G14FK / 84 üzerinde rölantide test edildiğinde, CO içeriği %4 ve HC içeriği, hava darbesi olmadan (egzoz gazı temizleme) 65 ppm idi. %35 hidrojen peroksit çözeltisi ile karıştırıldığında, CO içeriği %0.05'e ve HC içeriği - 10 ppm'ye düştü. Her iki durumda da ateşleme süresi 10 ° ve rölanti hızı 950 rpm idi. Trondheim'daki Norveç Denizcilik Araştırma Enstitüsü A / S'de yapılan testlerde, bir Volvo 760 Turbo için HC, CO ve NOx emisyonları ECE yönetmeliği N 15.03'e göre sıcak bir motorla, %35 hidrojen peroksit çözeltisi kullanılarak veya kullanılmadan başlayarak kontrol edildi. yanma (tablo 2). Yukarıdakiler sadece hidrojen peroksit kullanımıdır. Benzer bir etki, hem inorganik hem de organik olan diğer peroksitler ve perokso bileşikleri ile de elde edilebilir. Sıvı bileşim, peroksit ve suya ek olarak, 1-8 karbon atomlu %70'e kadar alifatik alkol ve bir korozyon önleyici içeren %5'e kadar yağ içerebilir. Yakıta karıştırılan sıvı bileşimin miktarı, sıvı bileşimin yüzde birkaç onda birinden yakıt miktarına kadar birkaç yüzde değişebilir. Örneğin, düşük yanıcı yakıtlar için büyük miktarlar kullanılır. Sıvı bileşim içten yanmalı motorlarda ve yağ, kömür, biyokütle vb. gibi hidrokarbonları içeren diğer yanma işlemlerinde, daha eksiksiz yanma ve emisyonlardaki zararlı bileşiklerin azaltılması için yanma fırınlarında kullanılabilir.

İddia

1. HİDROKARBON BİLEŞİKLERİNİN KATILIMI İLE GELİŞTİRİLMİŞ YANMA SAĞLAMAYA YÖNELİK BİR YÖNTEM, yanma için sırasıyla havaya veya bir yakıt-hava karışımına peroksit veya perokso bileşikleri ve su içeren bir sıvı bileşimin verilmesiyle karakterize edilir. egzoz gazlarındaki zararlı bileşiklerin içeriği, bileşim 10 - 60 hacim içerir. % peroksit veya perokso bileşiği ve peroksit veya perokso bileşiğinin ön bozunması olmadan doğrudan ve yakıttan ayrı olarak yanma odasına verilir veya yakıt ve sıvı bileşim karışımının yakıtın dışında ateşlendiği ön odaya verilir. ana yanma odası. 2. İstem l'e göre yöntem, şu şekilde karakterize edilir: 1 ila 8 karbon atomu içeren alifatik alkol ön hazneye ayrı olarak verilir.

Gazyağı ve yüksek konsantrasyonlu hidrojen peroksit ile çalışan sıvı yakıtlı roket motorumuzun (LRE) ilk örneği, Moskova Havacılık Enstitüsü'ndeki stantta monte edildi ve test edilmeye hazır.

Her şey yaklaşık bir yıl önce 3D modellerin oluşturulması ve tasarım belgelerinin yayınlanmasıyla başladı.

Bitmiş çizimleri, metal işlemedeki ana ortağımız ArtMekh dahil olmak üzere birkaç müteahhite gönderdik. Odadaki tüm çalışmalar kopyalandı ve enjektörlerin üretimi genellikle birkaç tedarikçi tarafından alındı. Ne yazık ki, burada görünüşte basit metal ürünler yapmanın tüm karmaşıklığıyla karşı karşıyayız.

Özellikle yakıtı hazneye püskürtmek için santrifüj nozullara çok fazla çaba harcanması gerekiyordu. Bölümdeki 3D modelde, sonunda mavi somunlu silindirler olarak görünürler. Ve metalde böyle görünüyorlar (nozullardan biri vidasız bir somunla gösterilir, ölçek için bir kalem verilir).

Enjektörlerin testleri hakkında zaten yazdık. Sonuç olarak, düzinelerce memeden yedisi seçildi. Gazyağı onlar aracılığıyla odaya girecek. Gazyağı memelerinin kendileri, oksitleyici gazlaştırıcı olan odanın tepesine yerleştirilmiştir - hidrojen peroksitin katı katalizörden geçeceği ve su buharı ve oksijene ayrışacağı alan. Daha sonra ortaya çıkan gaz karışımı da roket motor odasına girecektir.

Nozul imalatının neden bu tür zorluklara neden olduğunu anlamak için içeriye bakmanız gerekir - nozul kanalının içinde bir vidalı girdap vardır. Yani, memeye giren kerosen sadece aşağı doğru eşit şekilde akmaz, aynı zamanda girdaplar da yapar. Vidalı girdap birçok küçük parçaya sahiptir ve kerosenin içinden akacağı ve hazneye püskürteceği boşlukların genişliği, boyutlarına ne kadar doğru dayanabileceklerine bağlıdır. Olası sonuçların aralığı - "nozuldan hiç sıvı akmıyor"dan "her yöne eşit şekilde püskürtülmesine" kadar. İdeal sonuç - kerosen aşağı doğru ince bir koni ile püskürtülür. Aşağıdaki fotoğraf gibi bir şey.

Bu nedenle, mükemmel memenin elde edilmesi, yalnızca üreticinin becerisine ve vicdanına değil, aynı zamanda kullanılan ekipmana ve son olarak uzmanın ince motor becerilerine de bağlıdır. Farklı basınçlarda bitmiş memelerin birkaç dizi testi, ideale yakın püskürtme konisi olanları seçmemize izin verdi. Fotoğraf, seçimi geçemeyen bir girdap gösteriyor.

Bakalım motorumuz metalde nasıl görünüyor. İşte peroksit ve gazyağı temini için hatları olan sıvı yakıtlı roket motoru kapağı.

Kapağı kaldırırsanız, uzun tüpten peroksitin pompalandığını ve kısa olandan gazyağı pompalandığını görebilirsiniz. Ayrıca, gazyağı yedi deliğe dağıtılır.

Kapağın altına bir gazlaştırıcı takılıdır. Bir de kamera tarafından bakalım.

Bu noktadan bize parçanın alt kısmı gibi görünen aslında üst kısmıdır ve sıvı yakıtlı motor kapağına takılacaktır. Yedi delikten gazyağı, nozullardan hazneye dökülecek ve sekizinciden (solda, asimetrik olarak yerleştirilmiş tek), peroksit katalizöre dökülecektir. Daha doğrusu, doğrudan değil, akışı eşit olarak dağıtan mikro delikli özel bir plakadan akacaktır.

Bir sonraki fotoğrafta, bu plaka ve gazyağı memeleri gazlaştırıcıya zaten yerleştirilmiştir.

Gazlaştırıcının neredeyse tüm serbest hacmi, içinden hidrojen peroksitin akacağı katı bir katalizör tarafından işgal edilecektir. Gazyağı, peroksit ile karışmadan nozullardan akacaktır.

Bir sonraki fotoğrafta, gazlaştırıcının yanma odasının yanında bir kapakla zaten kapatıldığını görüyoruz.

Gazyağı özel somunlarla biten yedi delikten akacak ve küçük deliklerden sıcak buhar gazı akacaktır, yani. peroksit zaten oksijen ve su buharına ayrışmıştır.

Şimdi nereye akacaklarını bulalım. Ve gazyağının katalizörde ısıtılan oksijende ateşlendiği ve yanmaya devam ettiği içi boş bir silindir olan yanma odasına akacaklar.

Isıtılmış gazlar, yüksek hızlara çıkacakları nozüle girecektir. İşte farklı açılardan nozul. Nozulun büyük (yakınlaşan) kısmına kritik altı denir, daha sonra kritik kısım gider ve daha sonra genişleyen kısım süper kritiktir.

Sonuç olarak, monte edilmiş motor böyle görünüyor.

Yakışıklı, değil mi?

Paslanmaz çelik roket motorunun en az bir örneğini daha yapacağız ve ardından inconel'den roket motoru üretmeye geçeceğiz.

Dikkatli okuyucu, motorun yanlarındaki bağlantı parçalarının ne işe yaradığını soracaktır. Sıvı yakıtlı roket motorumuz bir perdeye sahiptir - sıvı, aşırı ısınmaması için odanın duvarları boyunca enjekte edilir. Uçuşta roket tanklarından peroksit veya kerosen (test sonuçlarına göre belirlenecek) perdeye akacaktır. Standdaki ateşleme testleri sırasında perdeye hem gazyağı hem de peroksitin yanı sıra su veya hiç bir şey (kısa testler için) beslenemez. Bu armatürlerin yapıldığı perde içindir. Ayrıca iki perde vardır: biri hazneyi soğutmak için, diğeri nozülün kritik altı kısmı ve boğaz bölümü için.

Bir mühendis iseniz veya sıvı yakıtlı bir motorun özellikleri ve cihazı hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, o zaman size özel bir mühendislik notu verilir.

ZhRD-100S

Motor, temel tasarım ve teknolojik çözümlerin tezgah testi için tasarlanmıştır. Motorun tezgah testleri 2016 için planlanıyor.

Motor, kararlı, yüksek kaynama noktalı yakıt bileşenleriyle çalışır. Deniz seviyesinde tahmini itme - 100 kgf, vakumda - 120 kgf, deniz seviyesinde hesaplanan spesifik itme darbesi - 1840 m / s, vakumda - 2200 m / s, hesaplanan özgül ağırlık - 0.040 kg / kgf. Gerçek motor performansı test sırasında doğrulanacaktır.

Motor tek odacıklıdır, bir oda, bir dizi otomasyon sistemi birimi, üniteler ve genel montajın parçalarından oluşur.

Motor, haznenin üst kısmındaki bir flanş vasıtasıyla doğrudan tezgahın destek elemanlarına bağlanmıştır.

Temel kamera parametreleri
yakıt:
- oksitleyici ajan - PV-85
- yakıt - TS-1
itme, kgf:
- deniz seviyesinde - 100.0
- boşlukta - 120.0
belirli itme dürtüsü, m / s:
- deniz seviyesinde - 1840
- boşlukta - 2200
ikinci akış hızı, kg / s:
- oksitleyici ajan - 0.476
- yakıt - 0.057
yakıt bileşenlerinin ağırlık oranı (O: G) - 8,43: 1
oksitleyici fazlalık oranı - 1.00
gaz basıncı, bar:
- yanma odasında - 16
- memenin çıkış bölümünde - 0.7
hazne ağırlığı, kg - 4.0
motorun iç çapı, mm:
- silindirik kısım - 80.0
- meme çıkışı alanında - 44.3

Bölme prefabrike bir yapıdır ve içine entegre bir oksitleyici gazlaştırıcıya sahip bir meme başı, silindirik bir yanma odası ve profilli bir memeden oluşur. Hazne elemanları flanşlara sahiptir ve birbirine cıvatalanmıştır.

Kafada 88 adet tek bileşenli jet oksitleyici meme ve 7 adet tek bileşenli santrifüj yakıt püskürtücüsü bulunmaktadır. Memeler eşmerkezli daireler halinde düzenlenmiştir. Her yakıt nozulu on oksitleyici nozül ile çevrilidir, kalan oksitleyici nozüller kafa boşluğunda bulunur.

Haznenin soğutulması, iki perde kayışından - üst ve alt - hazne boşluğuna giren bir sıvı (yakıt veya oksitleyici, seçim tezgah testlerinin sonuçlarına göre yapılacaktır) tarafından gerçekleştirilen dahili, iki aşamalıdır. Perdenin üst kayışı haznenin silindirik kısmının başlangıcında yapılır ve haznenin silindirik kısmının soğutulmasını sağlar, alt kısmı ise nozülün kritik altı kısmının başlangıcında yapılır ve kritik altı kısmın soğutulmasını sağlar. memenin bir kısmı ve kritik bölümün bölgesi.

Motor, yakıt bileşenlerinin kendiliğinden tutuşmasını kullanır. Motorun çalıştırılması sürecinde oksitleyicinin yanma odasına girişinin ilerlemesi sağlanır. Oksitleyici gazlaştırıcıda ayrıştığında, sıcaklığı 900 K'ye yükselir, bu da TC-1 yakıtının havadaki kendiliğinden tutuşma sıcaklığından (500 K) önemli ölçüde yüksektir. Sıcak bir oksitleyici atmosferinde odaya verilen yakıt kendiliğinden tutuşur ve daha sonra yanma süreci kendi kendine devam eden bir sürece dönüşür.

Oksitleyici gazlaştırıcı, katı bir katalizör varlığında yüksek oranda konsantre hidrojen peroksitin katalitik ayrışması ilkesine göre çalışır. Hidrojen peroksitin (su buharı ve gaz halindeki oksijen karışımı) ayrışması sonucu oluşan buhar gazı oksitleyici bir maddedir ve yanma odasına girer.

Gaz jeneratörünün ana parametreleri
Bileşenler:
- stabilize hidrojen peroksit (ağırlıkça konsantrasyon), % - 85 ± 0,5
hidrojen peroksit tüketimi, kg / s - 0.476
özgül yük, (kg / s hidrojen peroksit) / (kg katalizör) - 3.0
sürekli çalışma süresi, daha az değil, s - 150
gazlaştırıcı çıkışındaki buhar gazı parametreleri:
- basınç, bar - 16
- sıcaklık, K - 900

Gazlaştırıcı, meme başı tasarımına entegre edilmiştir. Cam, iç ve orta dipleri gazlaştırıcı boşluğunu oluşturur. Alt kısımlar yakıt memeleri ile birbirine bağlanmıştır. Dipler arasındaki mesafe, camın yüksekliği ile düzenlenir. Yakıt enjektörleri arasındaki hacim katı bir katalizör ile doldurulur.

Üçüncü Reich'in Jet "Kuyruklu Yıldızı"

Ancak, Helmut Walter türbinine dikkat eden tek kuruluş Kriegsmarine değildi. Hermann Göring'in bölümüyle yakından ilgilendi. Diğerleri gibi, bunun da başlangıcı vardı. Ve alışılmadık uçak tasarımlarının ateşli bir destekçisi olan "Messerschmitt" uçak tasarımcısı Alexander Lippish firmasının çalışanının adıyla bağlantılıdır. İnançla ilgili genel kabul görmüş kararlar ve görüşler almaya meyilli olmayan, her şeyi yeni bir şekilde gördüğü temelde yeni bir uçak yaratmaya başladı. Konseptine göre, uçak hafif olmalı, mümkün olduğunca az mekanizmaya ve yardımcı üniteye sahip olmalı, kaldırma ve en güçlü motor yaratma açısından rasyonel bir forma sahip olmalıdır.

Geleneksel pistonlu motor Lippisch'e uymadı ve dikkatini jet motorlarına, daha doğrusu roket motorlarına çevirdi. Ancak hantal ve ağır pompaları, tankları, ateşleme ve düzenleme sistemleri ile o zamana kadar bilinen tüm destek sistemleri de ona uymuyordu. Böylece kendiliğinden tutuşan bir yakıt kullanma fikri yavaş yavaş kristalleşti. Daha sonra, en basit iki bileşenli pompayı ve jet nozullu bir yanma odasını oluşturmak için yalnızca yakıt ve oksitleyici yerleştirmek mümkündür.

Lippisch bu konuda şanslıydı. Ve iki kez şanslıydım. İlk olarak, böyle bir motor zaten vardı - Walter türbini. İkincisi, bu motorla ilk uçuş, 1939 yazında bir He-176 uçağında tamamlandı. Elde edilen sonuçların, hafifçe söylemek gerekirse, etkileyici olmamasına rağmen - bu uçağın 50 saniyelik motor çalışmasından sonra ulaştığı maksimum hız sadece 345 km / s idi - Luftwaffe liderliği bu yönü oldukça umut verici buldu. Uçağın geleneksel düzenindeki düşük hızın nedenini gördüler ve varsayımlarını "kuyruksuz" Lippisch üzerinde test etmeye karar verdiler. Böylece Messerschmitt yenilikçisi, DFS-40 uçak gövdesini ve RI-203 motorunu emrine verdi.

Kullanılan motora güç sağlamak için (hepsi çok gizli!) T-stoff ve C-stoff'tan oluşan iki bileşenli yakıt. Zor kodlar aynı hidrojen peroksiti ve yakıtı sakladı - %30 hidrazin, %57 metanol ve %13 su karışımı. Katalizör çözeltisine Z-stoff adı verildi. Üç çözeltinin varlığına rağmen, yakıt iki bileşenli olarak kabul edildi: nedense katalizör çözeltisi bir bileşen olarak kabul edilmedi.

Yakında hikaye kendini anlatacak, ama yakında bitmeyecek. Bu Rus atasözü, önleyici avcı uçağının yaratılış tarihini mümkün olan en iyi şekilde anlatıyor. Düzen, yeni motorların geliştirilmesi, etrafta uçmak, pilotların eğitimi - tüm bunlar tam teşekküllü bir makine yaratma sürecini 1943'e kadar geciktirdi. Sonuç olarak, uçağın savaş versiyonu - Me-163V - öncekilerden yalnızca temel düzeni devralan tamamen bağımsız bir makineydi. Gövdenin küçük boyutu, tasarımcılara geri çekilebilir iniş takımları veya herhangi bir geniş kokpit için bir yer bırakmadı.

Tüm alan yakıt tankları ve roket motorunun kendisi tarafından işgal edildi. Ve onunla da her şey "Tanrı'ya şükür değil" idi. Helmut Walter Veerke, Me-163V için planlanan RII-211 roket motorunun 1.700 kg itme gücüne sahip olacağını ve tam itişte T yakıt tüketiminin saniyede yaklaşık 3 kg olacağını hesapladı. Bu hesaplamalar sırasında, RII-211 motoru sadece bir model şeklinde mevcuttu. Yerde üç ardışık çalışma başarısız oldu. Motor aşağı yukarı sadece 1943 yazında uçuş durumuna getirildi, ancak o zaman bile hala deneysel olarak kabul edildi. Ve deneyler yine teori ve pratiğin genellikle birbiriyle aynı fikirde olmadığını gösterdi: yakıt tüketimi, maksimum itişte hesaplanan bir - 5 kg / s'den çok daha yüksekti. Böylece Me-163V, tam motor itişinde sadece altı dakikalık uçuş için bir yakıt rezervine sahipti. Aynı zamanda, kaynağı ortalama olarak yaklaşık 20 - 30 uçuş veren 2 saatlik bir çalışmaydı. Türbin inanılmaz oburluğu, bu savaşçıları kullanma taktiklerini tamamen değiştirdi: kalkış, tırmanma, bir hedefe yaklaşma, bir saldırı, bir saldırıdan çıkış, eve dönüş (uçuş için yakıt kalmadığından genellikle planör modunda) . Hava muharebelerinden bahsetmeye gerek yoktu, tüm hesap çeviklik ve sürat üstünlüğü üzerineydi. Saldırının başarısına olan güven, Kometa'nın sağlam silahıyla da eklendi: iki adet 30 mm top ve bir zırhlı kokpit.

En azından bu iki tarih, Walter motorunun uçak versiyonunun yaratılmasına eşlik eden problemler hakkında bilgi verebilir: deneysel modelin ilk uçuşu 1941'de gerçekleşti; Me-163, 1944'te hizmet için kabul edildi. Tanınmış bir Griboyedov karakterinin dediği gibi, mesafe çok büyük. Ve bu, tasarımcıların ve geliştiricilerin tavana tükürmemesine rağmen.

1944'ün sonunda Almanlar uçağı geliştirmek için bir girişimde bulundu. Uçuş süresini artırmak için motor, azaltılmış itme ile seyir uçuşu için yardımcı bir yanma odası ile donatıldı, ayrılabilir bir boji yerine yakıt rezervini artırdı, geleneksel tekerlekli bir şasi kuruldu. Savaşın sonuna kadar, Me-263 adını alan yalnızca bir örnek oluşturmak ve test etmek mümkün oldu.

Dişsiz "Engerek"

"Binyıl Reich'ının" havadan saldırılardan önceki acizliği, onları müttefiklerin halı bombalamasına karşı koymanın her türlü, bazen en inanılmaz yolunu aramaya zorladı. Yazarın görevi, Hitler'in bir mucize gerçekleştirmeyi umduğu ve Almanya'yı değilse de kendisini kaçınılmaz ölümden kurtarmayı umduğu tüm merakları analiz etmek değildir. Sadece bir "icat" üzerinde duracağım - Ba-349 "Nutter" ("Viper") dikey kalkış önleyici. Bu düşmanca teknoloji mucizesi, seri üretime ve malzeme israfına vurgu yapılarak Me-163 "Kometa"ya ucuz bir alternatif olarak yaratıldı. Üretimi için en uygun fiyatlı ahşap ve metal türlerinin kullanılması planlandı.

Erich Bachem'in bu beyninde her şey biliniyordu ve her şey olağandışıydı. Arka gövdenin yanlarına yerleştirilmiş dört toz güçlendirici yardımıyla bir roket gibi dikey olarak havalanması planlandı. 150 m yükseklikte, harcanan füzeler düşürüldü ve ana motorun çalışması nedeniyle uçuş devam etti - Walter 109-509A LPRE - bir tür iki aşamalı roket prototipi (veya katı yakıtlı güçlendiricili roketler) . Hedefleme önce makineli tüfekle telsizle, ardından pilot tarafından manuel olarak gerçekleştirildi. Silahlanma daha az olağandışı değildi: hedefe yaklaşırken, pilot uçağın burnunda kaporta altına monte edilmiş yirmi dört 73 mm roketten oluşan bir salvo ateşledi. Sonra gövdenin önünü ayırmak ve yere paraşütle inmek zorunda kaldı. Motorun tekrar kullanılabilmesi için ayrıca bir paraşütle düşürülmesi gerekiyordu. İsterseniz, bağımsız eve dönüşlü modüler bir uçak olan "Shuttle" prototipini burada görebilirsiniz.

Genellikle bu yerde, bu projenin, ilk aşamadaki felaketi açıklayan Alman endüstrisinin teknik yeteneklerinin önünde olduğunu söylüyorlar. Ancak, kelimenin tam anlamıyla böyle bir sağır edici sonuca rağmen, 25'i test edilen ve sadece 7'si insanlı uçuşta olan 36 "Şapkacı" daha inşa edildi. Nisan ayında, 10 "Hatters" A-serisi (ve sadece bir sonrakine kim güvendi?) Amerikan bombardıman uçaklarının baskınlarını püskürtmek için Stuttgart yakınlarındaki Kirheim'de konuşlandırıldı. Ancak bombardıman uçaklarından önce bekledikleri müttefiklerin tankları, Bachem'in beynini savaşa girmesi için vermedi. Haters ve fırlatıcıları kendi ekipleri tarafından imha edildi. Bundan sonra, en iyi hava savunmasının hava alanlarındaki tanklarımız olduğu görüşüyle ​​tartışın.

Yine de sıvı yakıtlı roket motorunun çekiciliği muazzamdı. O kadar büyük ki Japonya roket avcısını üretme lisansını satın aldı. ABD havacılığıyla sorunları Almanya'nın sorunlarına benziyordu, bu yüzden bir çözüm için Müttefiklere başvurmaları şaşırtıcı değil. Teknik dokümantasyon ve teçhizat örnekleri bulunan iki denizaltı imparatorluğun kıyılarına gönderildi, ancak bunlardan biri geçiş sırasında battı. Japonlar eksik bilgileri kendi başlarına buldular ve Mitsubishi bir J8M1 prototipi yaptı. 7 Temmuz 1945'teki ilk uçuşunda, tırmanış sırasında motor arızası nedeniyle düştü, ardından denek güvenli ve sessizce öldü.

Okuyucunun, istenen meyveler yerine, hidrojen peroksitin özür dileyenlerine sadece hayal kırıklıkları getirdiği fikrine sahip olmaması için, açıkçası, yararlı olduğu tek durumdan bir örnek vereceğim. Ve tam olarak tasarımcı, olasılıkların son damlalarını ondan sıkmaya çalışmadığında alındı. Mütevazı ama gerekli bir ayrıntıdan bahsediyoruz: A-4 roketine ("V-2") itici yakıt sağlamak için bir turbo pompa ünitesi. Bu sınıftaki bir roket için tanklarda aşırı basınç oluşturarak yakıt (sıvı oksijen ve alkol) sağlamak imkansızdı, ancak hidrojen peroksit ve permanganata dayalı küçük ve hafif bir gaz türbini, bir santrifüj pompayı döndürmek için yeterli buhar gazı yarattı.

Turbopompa ünitesi, türbin için buhar ve gaz jeneratörü ve hidrojen peroksit ve potasyum permanganat için iki küçük tank, tahrik sistemi ile aynı bölmeye yerleştirildi. Türbinden geçen kullanılmış buhar gazı hala sıcaktı ve ek işler yapabilirdi. Bu nedenle, bir miktar sıvı oksijeni ısıttığı bir ısı eşanjörüne gönderildi. Tanka geri dönen bu oksijen, orada küçük bir basınçlandırma yarattı, bu da turbo pompa ünitesinin çalışmasını bir şekilde kolaylaştırdı ve aynı zamanda boşaldığında tank duvarlarının düzleşmesini önledi.

Hidrojen peroksit kullanımı tek olası çözüm değildi: ana bileşenleri kullanmak, bunları gaz jeneratörüne optimalden uzak bir oranda beslemek ve böylece yanma ürünlerinin sıcaklığında bir azalma sağlamak mümkün oldu. Ancak bu durumda, güvenilir ateşlemeyi sağlamak ve bu bileşenlerin istikrarlı bir şekilde yanmasını sağlamakla ilgili bir dizi zor problemi çözmek gerekecektir. Orta konsantrasyonda hidrojen peroksit kullanımı (aşırı bir güce gerek yoktu) sorunu basit ve hızlı bir şekilde çözmeyi mümkün kıldı. Böylece kompakt ve önemsiz mekanizma, tonlarca patlayıcıyla dolu bir roketin ölümcül kalbini attı.

Derinden üfle

Z. Pearl'ün kitabının başlığı, yazarın düşündüğü gibi, bu bölümün başlığına mümkün olduğunca uyuyor. Nihai hakikat için bir iddiada bulunmadan, yine de, perdelerin patladığı, çelik bükülmeler ve çok katlı TNT'nin iki veya üç centlik yan tarafına ani ve neredeyse kaçınılmaz bir darbeden daha korkunç bir şey olmadığını iddia etme izni vereceğim. -ton mekanizmalar montajlardan uçar. Kavurucu buharın kükremesi ve ıslığı, sarsılmalarda ve sarsılmalarda su altına giren ve suya atlamak ve denizden uzaklaşmak için zamanı olmayan talihsizleri Neptün krallığına götüren gemi için bir ağıt haline gelir. batan gemi. Ve sinsi bir köpekbalığı gibi sessiz ve anlaşılmaz olan denizaltı, çelik karnında bir düzine daha ölümcül armağan taşıyarak yavaş yavaş denizin derinliklerinde kayboldu.

Bir geminin hızını ve bir çapa "uçağının" devasa patlayıcı gücünü birleştirebilen kendinden tahrikli bir mayın fikri uzun zaman önce ortaya çıktı. Ancak metalde, yalnızca yeterince kompakt ve güçlü motorlar ortaya çıktığında gerçekleşti ve ona yüksek hız verdi. Torpido bir denizaltı değildir, ancak motorunun da yakıt ve oksitleyiciye ihtiyacı vardır ...

Katil torpido...

Ağustos 2000'deki trajik olaylardan sonra efsanevi 65-76 "Balina" bu şekilde adlandırılır. Resmi versiyon, "kalın torpido" nun kendiliğinden patlamasının K-141 "Kursk" denizaltısının ölümüne neden olduğunu söylüyor. İlk bakışta, versiyon en azından dikkati hak ediyor: 65-76 torpido hiç de bebek çıngırağı değil. Tehlikelidir ve ele alınması özel beceriler gerektirir.

Torpidonun "zayıf noktalarından" biri, tahrik ünitesiydi - hidrojen peroksite dayalı bir tahrik ünitesi kullanılarak etkileyici bir atış menzili sağlandı. Ve bu, zaten bilinen tüm lezzet buketlerinin varlığı anlamına gelir: devasa basınçlar, şiddetli tepki veren bileşenler ve patlayıcı nitelikte istemsiz bir reaksiyonun başlama potansiyeli. Bir argüman olarak, patlamanın "kalın torpido" versiyonunun destekçileri, dünyanın tüm "uygar" ülkelerinin hidrojen peroksit ile çalışan torpidoları terk ettiği gerçeğine atıfta bulunuyor.

Geleneksel olarak, bir torpido motoru için oksitleyici stoğu, miktarı ünitenin gücü ve seyir aralığı tarafından belirlenen bir hava silindiriydi. Dezavantajı açıktır: daha kullanışlı bir şeye dönüştürülebilecek kalın duvarlı bir silindirin balast ağırlığı. 200 kgf / cm² (196 GPa) basınca kadar havayı depolamak için, kütlesi tüm enerji bileşenlerinin ağırlığını 2,5 - 3 kat aşan kalın duvarlı çelik tanklar gereklidir. İkincisi, toplam kütlenin sadece yaklaşık %12-15'ini oluşturur. ESU'nun çalışması için, yakıt ve oksitleyici rezervlerini sınırlayan büyük miktarda tatlı su (enerji bileşenlerinin kütlesinin %22 - 26'sı) gereklidir. Ek olarak, basınçlı hava (%21 oksijen) en etkili oksitleyici ajan değildir. Havada bulunan nitrojen de sadece balast değildir: suda çok az çözünür ve bu nedenle torpido arkasında 1-2 m genişliğinde açıkça görülebilen bir kabarcık izi oluşturur. Bununla birlikte, bu tür torpidoların, en önemlisi yüksek güvenlik olan eksikliklerin devamı olan daha az belirgin avantajları yoktu. Saf oksijen (sıvı veya gaz) üzerinde çalışan torpidoların daha etkili olduğu ortaya çıktı. İzi önemli ölçüde azalttılar, oksitleyicinin verimliliğini artırdılar, ancak ağırlık dağılımı ile ilgili sorunları çözmediler (balon ve kriyojenik ekipman hala torpido ağırlığının önemli bir bölümünü oluşturuyordu).

Bu durumda, hidrojen peroksit bir tür antipoddu: önemli ölçüde daha yüksek enerji özellikleriyle, aynı zamanda artan bir tehlike kaynağıydı. Havalı termal torpidodaki sıkıştırılmış havanın eşdeğer miktarda hidrojen peroksit ile değiştirilmesiyle, hareket menzili 3 kat arttırıldı. Aşağıdaki tablo, ESU torpidolarında çeşitli uygulamalı ve gelecek vaat eden enerji taşıyıcılarının kullanılmasının verimliliğini göstermektedir:

Bir torpido ESU'sunda, her şey geleneksel şekilde gerçekleşir: peroksit suya ve oksijene ayrışır, oksijen yakıtı (gazyağı) oksitler, ortaya çıkan buhar gazı türbin şaftını döndürür - ve şimdi ölümcül kargo yan tarafa akar. gemi.

Torpido 65-76 "Kit", 1947'de NII-400'ün Lomonosov şubesinde "akla getirilmeyen" bir Alman torpido çalışmasıyla başlatılan bu türün son Sovyet gelişimidir (daha sonra - NII). "Morteplotekhnika") baş tasarımcı DA başkanlığında ... Kokryakov.

Çalışma, 1954-55'te Feodosia'da test edilen bir prototipin oluşturulmasıyla sona erdi. Bu süre zarfında, Sovyet tasarımcıları ve malzeme bilimcileri, çalışmalarının ilkelerini ve termodinamiğini anlamak, torpido gövdesinde kompakt kullanım için uyarlamak için o zamana kadar bilmedikleri mekanizmalar geliştirmek zorunda kaldılar (tasarımcılardan biri bir keresinde şunu söyledi: karmaşıklık, torpidolar ve uzay roketleri saate yaklaşıyor). Motor olarak kendi tasarımımız olan yüksek hızlı, açık tip bir türbin kullanıldı. Bu ünite, yaratıcıları için çok fazla kan bozdu: yanma odasının yanması ile ilgili sorunlar, peroksit depolama tankı için malzeme arayışı, yakıt bileşenlerinin (gazyağı, düşük su hidrojen peroksit) temini için bir regülatörün geliştirilmesi (% 85 konsantrasyon), deniz suyu) - tüm bu gecikmeli testler ve torpidoyu bu yıl 1957'ye getirerek filo ilk hidrojen peroksit torpidosunu aldı 53-57 (bazı kaynaklara göre adı "Timsah"tı, ama belki de projenin adıydı).

1962'de bir gemi karşıtı torpido kabul edildi. 53-61 53-57'ye dayanan ve 53-61M gelişmiş bir hedef arama sistemi ile.

Torpido geliştiricileri sadece elektronik doldurmalarına dikkat etmediler, aynı zamanda kalbini de unutmadılar. Ve hatırladığımız gibi, oldukça kaprisliydi. Artan güç ile operasyonun stabilitesini artırmak için yeni bir çift odacıklı türbin geliştirilmiştir. Yeni homing dolgusu ile birlikte 53-65 endeksi aldı. Motorun güvenilirliğindeki artışla bir başka modernizasyonu, modifikasyonun ömrüne bir başlangıç ​​​​yaptı. 53-65M.

70'lerin başlangıcı, torpidoların savaş başlığına yerleştirilebilecek kompakt nükleer silahların geliştirilmesiyle işaretlendi. Böyle bir torpido için, güçlü bir patlayıcı ve yüksek hızlı bir türbinin sembiyozu oldukça açıktı ve 1973'te güdümsüz bir peroksit torpido kabul edildi. 65-73 büyük yüzey gemilerini, gruplarını ve kıyı tesislerini yok etmek için tasarlanmış bir nükleer savaş başlığı ile. Bununla birlikte, denizciler sadece bu tür hedeflerle ilgilenmediler (ve büyük olasılıkla hiç de değil) ve üç yıl sonra akustik bir uyanık rehberlik sistemi, bir elektromanyetik patlatıcı ve 65-76 endeksi aldı. Savaş başlığı da daha çok yönlü hale geldi: hem nükleer olabilir hem de 500 kg geleneksel TNT taşıyabilir.

Ve şimdi yazar, hidrojen peroksit torpidolarıyla donanmış ülkelerin "yalvarması" hakkındaki teze birkaç kelime ayırmak istiyor. Birincisi, SSCB / Rusya'ya ek olarak, diğer bazı ülkelerle hizmet veriyorlar, örneğin, 1984'te geliştirilen, hidrojen peroksit ve etanol karışımı üzerinde çalışan İsveç ağır torpido Tr613, İsveç Donanması ile hala hizmet veriyor. ve Norveç Donanması. FFV Tr61 serisinin başı olan Tr61 torpido, 1967'de yüzey gemileri, denizaltılar ve kıyı bataryaları tarafından kullanılmak üzere ağır güdümlü bir torpido olarak hizmete girdi. Ana enerji santrali, 12 silindirli bir buhar motoruna güç sağlamak için hidrojen peroksit ve etanol kullanıyor ve torpidonun neredeyse tamamen iz bırakmamasını sağlıyor. Benzer hızdaki modern elektrikli torpidolarla karşılaştırıldığında, menzil 3 ila 5 kat daha fazladır. 1984 yılında, daha uzun menzilli Tr613, Tr61'in yerini alarak hizmete girdi.

Ancak İskandinavlar bu alanda yalnız değildi. Askeri işlerde hidrojen peroksit kullanımına ilişkin beklentiler, ABD Donanması tarafından 1933'ten önce bile dikkate alındı ​​​​ve ABD, Newport'taki deniz torpido istasyonunda savaşa girmeden önce, hidrojenin olduğu torpidolar üzerinde kesinlikle sınıflandırılmış çalışmalar yapıldı. peroksit oksitleyici olarak kullanılacaktı. Bir motorda,% 50'lik bir hidrojen peroksit çözeltisi, sulu bir permanganat çözeltisi veya başka bir oksitleyici madde ile basınç altında ayrışır ve ayrışma ürünleri alkolün yanmasını sağlamak için kullanılır - görebildiğimiz gibi, zaten sıkıcı hale gelen bir şema hikaye sırasında. Motor savaş sırasında önemli ölçüde geliştirildi, ancak hidrojen peroksit ile çalışan torpidolar, düşmanlıkların sonuna kadar ABD Donanması'nda savaş kullanımı bulamadı.

Bu nedenle, sadece "fakir ülkeler" peroksiti torpidolar için oksitleyici bir madde olarak kabul etmedi. Oldukça saygın Birleşik Devletler bile böylesine çekici bir maddeye itibar etti. Yazarın gördüğü gibi bu ESU'ları kullanmayı reddetmenin nedeni, oksijen üzerinde ESA'lar geliştirmenin maliyetinde değil (SSCB'de, çeşitli koşullarda mükemmel olduğu kanıtlanan bu tür torpidolar da başarıyla kullanıldı). oldukça uzun bir süre için), ancak aynı agresiflik, tehlike ve istikrarsızlıkta hidrojen peroksit: hiçbir stabilizatör, hiçbir bozulma sürecinin olmayacağının %100 garantisini garanti edemez. Bunun nasıl bitebileceğini söylememe gerek yok sanırım...

... ve intiharlar için bir torpido

Kötü şöhretli ve yaygın olarak bilinen Kaiten güdümlü torpido için böyle bir ismin haklı olduğunu düşünüyorum. İmparatorluk Donanması liderliğinin "insan-torpido" tasarımına bir tahliye kapağı getirilmesini talep etmesine rağmen, pilotlar onları kullanmadı. Sadece samuray ruhunda değil, aynı zamanda basit bir gerçeğin anlaşılmasında da oldu: 40-50 metre mesafedeki bir buçuk ton mühimmatın suyundaki bir patlamadan kurtulmak imkansız.

"Kaiten" "Tip-1" in ilk modeli, 610 mm oksijen torpido "Tip 93" temelinde oluşturuldu ve esasen torpido ile mini denizaltı arasında bir niş işgal eden genişletilmiş ve insanlı versiyonuydu. . 30 knot hızda maksimum seyir aralığı yaklaşık 23 km idi (uygun koşullar altında 36 knot hızda 40 km'ye kadar gidebilir). 1942'nin sonunda yaratıldı, daha sonra Yükselen Güneş Ülkesi filosu tarafından kabul edilmedi.

Ancak 1944 yılının başlarında durum önemli ölçüde değişti ve "her torpido hedefte" ilkesini gerçekleştirebilecek bir silah projesi raftan kaldırıldı ve neredeyse bir buçuk yıldır toz topluyordu. . Amirallerin tutumlarını neyin değiştirdiğini söylemek zor: Teğmen Nishima Sekio ve Kıdemli Teğmen Kuroki Hiroshi'nin tasarımcılarından gelen mektubun kendi kanlarıyla yazılmış olup olmadığı (onur kuralları böyle bir mektubun derhal okunmasını ve hükmünü gerektiriyordu). gerekçeli bir cevap) veya deniz harekat tiyatrosundaki felaket durumu. Küçük değişikliklerden sonra "Kaiten Type 1" Mart 1944'te seriye girdi.

Ama zaten Nisan 1944'te, onu geliştirmek için çalışmalar başladı. Ayrıca, mevcut bir geliştirmeyi değiştirmekle ilgili değil, sıfırdan tamamen yeni bir geliştirme oluşturmakla ilgiliydi. Filo tarafından yeni "Kaiten Type 2" için verilen taktik ve teknik görev, en az 50 knot maksimum hız, -50 km seyir menzili ve -270 m dalış derinliği sağlamayı içeren taktik ve teknik görevle de eşleştirildi. Bu "insan torpidosunun" tasarımı üzerindeki çalışmalar, "Mitsubishi" endişesinin bir parçası olan "Nagasaki-Heiki KK" şirketine emanet edildi.

Seçim tesadüfi değildi: yukarıda belirtildiği gibi, Alman meslektaşlarından alınan bilgilere dayanarak hidrojen peroksit bazlı çeşitli roket sistemleri üzerinde aktif olarak çalışan bu şirketti. Çalışmalarının sonucu, 1500 hp kapasiteli bir hidrojen peroksit ve hidrazin karışımı üzerinde çalışan "6 numaralı motor" idi.

Aralık 1944'e kadar, yeni "insan torpidosunun" iki prototipi test için hazırdı. Testler bir zemin standında gerçekleştirildi, ancak gösterilen özellikler ne geliştirici ne de müşteri için tatmin edici değildi. Müşteri, deniz denemelerine bile başlamamaya karar verdi. Sonuç olarak, ikinci "Kaiten" iki parça miktarında kaldı. Bir oksijen motoru için daha fazla modifikasyon geliştirildi - ordu, endüstrilerinin böyle bir miktarda hidrojen peroksit bile üretemediğini anladı.

Bu silahın etkinliğini yargılamak zor: Savaş sırasında Japon propagandası, "Kaitens" kullanımının neredeyse her vakasını büyük bir Amerikan gemisinin ölümüne bağladı (savaştan sonra, bu konudaki konuşmalar bariz nedenlerle azaldı). Öte yandan Amerikalılar, kayıplarının önemsiz olduğuna dair her şey üzerine yemin etmeye hazırlar. Bir düzine yıl sonra bu tür şeyleri prensipte genellikle inkar ederlerse şaşırmam.

En güzel saat

Alman tasarımcıların V-2 roketi için bir turbo pompa ünitesi tasarımındaki çalışmaları fark edilmedi. Miras aldığımız füze silahları alanındaki tüm Alman gelişmeleri, yerli tasarımlarda kullanılmak üzere kapsamlı bir şekilde araştırıldı ve test edildi. Bu çalışmaların sonucunda Alman prototipi ile aynı prensipte çalışan turbopompa üniteleri doğdu. Amerikan füze adamları da elbette bu çözümü uyguladılar.

İkinci Dünya Savaşı sırasında neredeyse tüm imparatorluklarını kaybeden İngilizler, kupa miraslarını sonuna kadar kullanarak eski büyüklüklerinin kalıntılarına tutunmaya çalıştılar. Roket alanında neredeyse hiç tecrübesi olmayanlar, sahip oldukları şeylere odaklandılar. Sonuç olarak, neredeyse imkansız bir başarı elde ettiler: Katalizör olarak bir çift gazyağı, hidrojen peroksit ve gözenekli gümüş kullanan Black Arrow roketi, İngiltere'nin uzay güçleri arasındaki yerini sağlamlaştırdı. Ne yazık ki, hızla yıpranan Britanya İmparatorluğu için uzay programının daha da sürdürülmesi, son derece pahalı bir girişim olarak ortaya çıktı.

Kompakt ve oldukça güçlü peroksit türbinleri, yalnızca yanma odalarına yakıt sağlamak için kullanılmadı. Amerikalılar tarafından uzay aracı "Merkür" in iniş aracını yönlendirmek için kullanıldı, daha sonra aynı amaç için Sovyet tasarımcıları tarafından "Soyuz" uzay aracının CA'sında.

Enerji özelliklerine göre, oksitleyici bir ajan olarak peroksit, sıvı oksijenden daha düşüktür, ancak nitrik asit oksidanlarından üstündür. Son yıllarda, her boyuttaki motorlar için itici gaz olarak konsantre hidrojen peroksit kullanımına olan ilgi yeniden artmıştır. Uzmanlara göre, peroksit, önceki teknolojilerin doğrudan rekabet edemediği yeni gelişmelerde kullanıldığında en çekici hale geliyor. 5-50 kg ağırlığındaki uydular tam da bu tür gelişmelerdir. Bununla birlikte, şüpheciler hala umutlarının hala zayıf olduğuna inanıyor. Bu nedenle, Sovyet RD-502 LPRE (yakıt çifti - peroksit artı pentaboran) 3680 m / s'lik belirli bir dürtü göstermesine rağmen, deneysel kaldı.

"Benim adım Bond. James Bond"

Sanırım bu cümleyi duymayan pek yoktur. Biraz daha az sayıda "casus tutkusu" hayranı, İstihbarat Servisi süper ajanı rolünün tüm oyuncularını kronolojik sırayla tereddüt etmeden adlandırabilecek. Ve kesinlikle hayranlar bu olağandışı gadget'ı hatırlayacak. Ve aynı zamanda, bu alanda da dünyamızın çok zengin olduğu ilginç bir tesadüf oldu. Bell Aerosystems'de bir mühendis ve bu rolün en ünlü sanatçılarından birinin adaşı olan Wendell Moore, bu ebedi karakterin egzotik ulaşım araçlarından birinin mucidi oldu - uçan (veya daha doğrusu zıplayan) bir sırt çantası.

Yapısal olarak, bu cihaz harika olduğu kadar basit. Temel üç balondan oluşuyordu: biri 40 atm'ye kadar sıkıştırılmış. nitrojen (sarı ile gösterilmiştir) ve ikisi hidrojen peroksit (mavi) ile. Pilot, çekiş kontrol düğmesini çevirir ve ayar valfi (3) açılır. Sıkıştırılmış nitrojen (1), gaz jeneratörüne (4) verilen sıvı hidrojen peroksitin (2) yerini alır. Orada bir katalizörle (bir samaryum nitrat tabakasıyla kaplanmış ince gümüş plakalar) temas eder ve ayrışır. Ortaya çıkan yüksek basınç ve sıcaklıktan oluşan buhar-gaz karışımı, gaz jeneratöründen çıkan iki boruya girer (borular, ısı kaybını azaltmak için bir ısı yalıtkanı tabakası ile kaplanır). Daha sonra sıcak gazlar döner jet nozullarına (Laval nozul) girerler, burada önce hızlanırlar ve sonra genleşirler, süpersonik hız kazanırlar ve jet itişi oluştururlar.

Çekiş düzenleyiciler ve nozul kontrol çarkları bir kutuya monte edilmiş, pilotun göğsüne monte edilmiş ve ünitelere kablolarla bağlanmıştır. Yana dönmek gerekirse, pilot el çarklarından birini döndürerek bir nozulu saptırdı. Pilot, ileri veya geri uçmak için her iki el çarkını aynı anda döndürdü.

Teoride böyle görünüyordu. Ancak pratikte, genellikle hidrojen peroksit biyografisinde olduğu gibi, her şey tam olarak böyle olmadı. Ya da daha doğrusu, hiç: sırt çantası asla normal bir bağımsız uçuş yapamadı. Roket paketinin maksimum uçuş süresi 21 saniye, menzil 120 metre idi. Aynı zamanda, sırt çantasına bütün bir servis personeli ekibi eşlik etti. Yirmi saniyelik bir uçuş için 20 litreye kadar hidrojen peroksit tüketildi. Orduya göre, Bell Rocket Belt, verimli bir araçtan çok muhteşem bir oyuncaktı. Ordu, Bell Aerosystems ile yapılan sözleşme kapsamında 150.000 dolar harcadı, Bell 50.000 dolar daha harcadı. Ordu program için daha fazla fon vermeyi reddetti, sözleşme feshedildi.

Yine de "özgürlük ve demokrasi düşmanları" ile savaşmayı başardı, ancak "Sam Amca'nın oğulları"nın elinde değil, ekstra bir süper zeka filminin omuzlarının arkasında. Ancak gelecekteki kaderi ne olacak, yazar varsayımlarda bulunmayacak: bu nankör bir iş - geleceği tahmin etmek ...

Belki de, bu sıradan ve olağandışı maddenin askeri kariyerinin hikayesinin bu noktasında, buna bir son verilebilir. Bir peri masalındaki gibiydi: ne uzun ne kısa; hem başarılı hem başarısız; hem umut verici hem de umutsuz. Onun için büyük bir gelecek öngördüler, onu birçok güç üreten tesiste kullanmaya çalıştılar, hayal kırıklığına uğradılar ve tekrar geri döndüler. Genel olarak, her şey hayattaki gibidir ...

Edebiyat
1. Altshuller G.S., Shapiro R.B. Oksitlenmiş su // "Gençler için teknoloji". 1985. No. 10. 25-27.
2. Shapiro L.S. Çok gizli: su artı bir oksijen atomu // Kimya ve Yaşam. 1972. Hayır. S. 45-49 (http://www.nts-lib.ru/Online/subst/ssvpak.html)
3.http: //www.submarine.itishistory.ru/1_lodka_27.php).
4. Veselov P. "Bu konudaki kararı erteleyin ..." // Teknik - gençler için. 1976. No. 3. 56-59.
5. Shapiro L. Toplam savaş umuduyla // "Gençlik için teknoloji". 1972. No. 11. 50-51.
6. Ziegler M. Savaş pilotu. Savaş operasyonları "Me-163" / Per. İngilizceden N.V. Hasanova. Moskova: ZAO Tsentrpoligraf, 2005.
7. Irving D. Misilleme silahları. Üçüncü Reich'in balistik füzeleri: İngiliz ve Alman bakış açısı / Per. İngilizceden ONLAR. Lyubovskoy. Moskova: ZAO Tsentrpoligraf, 2005.
8. Dornberger V. Üçüncü Reich'ın Süper Silahı. 1930-1945 / Per. İngilizceden I.E. Polotsk. M.: ZAO Tsentrpoligraf, 2004.
9. Kaptsov O..html.
10.http: //www.u-boote.ru/index.html.
11. Burly V.P., Lobashinsky V.A. Torpidolar. Moskova: DOSAAF SSCB, 1986 (http://weapons-world.ru/books/item/f00/s00/z0000011/st004.shtml).
12.http: //voenteh.com/podvodnye-lodki/podvodnoe-oruzhie/torpedy-serii-ffv-tp61.html.
13.http: //f1p.ucoz.ru/publ/1-1-0-348.
14..html.
15. Shcherbakov V. İmparator için Öl // Kardeş. 2011. No. 6 // http://www.bratishka.ru/archiv/2011/6/2011_6_14.php.
16. Ivanov V.K., Kashkarov A.M., Romasenko E.N., Tolstikov L.A. NPO Energomash tarafından tasarlanan LPRE'nin turbopump üniteleri // Makine mühendisliğinde dönüşüm. 2006. No. 1 (http://www.lpre.de/resources/articles/Energomash2.pdf).
17. "İleri, İngiltere! .." // http://www.astronaut.ru/bookcase/books/afanasiev3/text/15.htm.
18.http: //www.airbase.ru/modelling/rockets/res/trans/h2o2/whitehead.html.
19.http: //www.mosgird.ru/204/11/002.htm.