Компоненты ракетного топлива

Двигатель работает на жидком двухкомпонентном несамовоспламеняющемся топливе, состоящем из жидкого кислорода и керосина. В качестве компонента, обеспечивающего работу турбонасосного агрегата используется перекись водорода.

Таблица 2.

Основные физико–химические свойства применяемых компонентов

Жидкий кислород – криогенный компонент прозрачного цвета, не имеющий запаха. Кислород считается не токсичным, ПДК»0,84 г/л. Контакт с жидким кислородом опасен из-за возможностей обморожения. Кроме того, опасен контакт кислорода с маслами нефтяного происхождения, так как это приводит к взрыву. Для систем, работающих с кислородом разработаны специальные смазки. Все емкости и трубопроводы для кислорода должны перед заполнением обезжириваться.

Жидкий кислород обладает хорошей текучестью, проникает в малые зазоры, что обуславливает его хорошие смазывающие свойства.

Коррозионная активность кислорода невысокая. Выбор конструкционных материалов ограничивается лишь возможностью охрупчивания при низких температурах. Это необходимо учитывать при изготовлении детали установок. Хорошо зарекомендовали при работе в кислороде медь и ее сплавы, а в качестве уплотняющих материалов -фторопласт, винипласт, специальные сорта резины.

Жидкий кислород обладает высокой упругостью паров, что затрудняет его хранение и транспортировку (при температуре -150°C давление паров 1,1 МПа, при температуре -120°C давление паров 4 МПа). Это обстоятельство с одной стороны позволяет производить самовытеснение из бака, с другой - баки должны обладать высокой прочностью и, следовательно массой. Емкости с кислородом должны иметь хорошую теплоизоляцию.

Для использования кислорода в ракетоносителях применяют теплоизолированные баки с постоянной дозаправкой и дренированием на стартовой позиции. Перед заполнением любых емкостей и трубопроводов жидким кислородом кроме обезжиривания необходима тщательная осушка и захолаживание.

Кислород получают сжижением атмосферного воздуха, поэтому производство его простое и достаточно дешевое.

Керосины – продукты переработки нефти. Это смесь углеводородов, выкипающих в интервале (420...580)К. Получаются дистилляцией нефти или крекингом тяжелых нефтепродуктов. Керосины - жидкости желто-зеленого цвета с температурой замерзания 200...220 К. Их плотность колеблется в пределах (820...850) кг/м³.

Коррозионная активность керосинов определяется наличием примесей воды и сернистых соединений, что важно с точки зрения применения черных металлов.

Керосины сохраняемые, стабильные вещества, слаботоксичны (ПДК 0,3 мг/л). Пары, вызывают возбуждение, при длительном действии наступает отравление.

Керосины пожаро- и взрывоопасны. Они хорошо растворяют газы и очень гигроскопичны, что предъявляет особые требования к системам хранения и заправки. Наддув баков необходимо производить азотом. Энергетические характеристики керосинов высоки, особенно в сочетании с кислородом.

Керосин как смесь жидких углеводородов является загрязнителем окружающей среды. При эксплуатации двигателя должны быть обеспечены минимальные выбросы его в виде паров в атмосферу, а также попадание его на почву и в водные бассейны.

Продукты сгорания керосина с кислородом содержат вредные вещества – окись углерода СО, несгоревшие углеводороды.

Перекись водорода (H₂O­). Чистая перекись водорода – бесцветная маловязкая жидкость без запаха. Недостатком перекиси является высокая температура (»-2°C) замерзания. При замерзании перекись водорода уменьшается в объеме. Водные растворы H₂O₂ имеют более низкую температуру замерзания, при концентрации 80% она составляет -22°C, а при концентрации 70% около -37°C. Однако такое разбавление приводит к снижению плотности и ухудшению энергетических характеристик H₂O₂. В двигателе применяется 82 %-ная перекись водорода.

Перекись водорода нестабильна. Она склонна к разложению в присутствии катализаторов, которыми могут выступать перманганаты калия и натрия, свинец, медь, хром, а также технологические примеси и пыль. Постоянно происходит саморазложение перекиси (до 2% в год) для предотвращения которого применяются стабилизаторы: растворы фосфорной, серной, уксусной кислот и их солей в количествах (2-5)%.

Коррозионная активность H₂O­₂ и ее растворов достаточно высока. В процессе коррозии могут образоваться вещества, являющиеся катализаторами разложения перекиси. Снижение коррозионной активности достигается введением в перекись специальных веществ – ингибиторов коррозии. Лучшим ингибитором коррозии считается нитрат аммония NH₄NO₃ в количестве (30-50) мг/л. Выбор конструкционных материалов в связи с этим не так велик: чистый Al, сплавы алюминия с магнием (AlMg), нержавеющие стали (например, Х18Н9Т), тщательно очищенные от окалины (например, после сварки), которая может являться катализатором. Запрещено использовать резьбовые соединения, т.к. резьбу практически невозможно очистить от технологических загрязнений. Из неметаллических материалов разрешено применение фторопласта, винипласта, полихлорвинила и некоторых синтетических каучуков.

Перекись водорода слабо токсична. ПДК – 0,01 мг/л. Ее попадание на кожу вызывает ощущение ожога, но это явление быстро проходит. Пары перекиси вызывают слезотечение и ожог глаз, раздражение слизистой оболочки носа.

Перекись водорода Н₂О₂ является мало ядовитым веществом. Вызывает сильное раздражение, при попадании на кожу, на слизистые и в дыхательные пути. При работе рекомендуется использовать защитные костюмы, очки (маску), сапоги и перчатки. В закрытом помещении с туманом Н₂О₂ – противогаз.