F02K9 / 00 Ракетні рухові установки, ті установки, для роботи яких використовується пальне і окислювач; управління цими установками
Чванов Володимир Костянтинович (RU). Хазов Володимир Миколайович (RU). Стернин Леонід Євгенович (RU). Губерт Арнольд Михайлович (RU). Мосолов Сергій Володимирович (RU). Фату Ігор Юрійович (RU). Скибин Сергій Олександрович (RU). Коновалов Сергій Георгійович (RU)
Товариство з обмеженою відповідальністю "Науково-виробниче об'єднання Енергомаш імені академіка В.П. Глушко" (RU)
Винахід відноситься до області ракетної техніки, а саме - до ракетного палива для рідинних ракетних двигунів. Ракетне паливо для ракетних двигунів, що складається з рідкого окислювача, краще рідкого кисню, і пального у вигляді розчину пального компонента в рідкому аміаку, відповідно до винаходу, як пальне компонента застосований ацетилен, при цьому концентрація розчину ацетилену в рідкому аміаку становить від 40% до 90% по масі. Винахід забезпечує підвищення питомої імпульсу тяги двигунів на 15-25 кгс · с / кг. 1 мул. 1 табл.
Малюнки до патенту РФ 2442904
Пропоноване технічне рішення відноситься до області ракетної техніки, а саме - до ракетного палива для рідинних ракетних двигунів.
Попередній рівень техніки
Широко відомо, що в даний час найкращим паливом для рухових установок перших ступенів ракетоносіїв є паливо, що складається з рідкого кисню і вуглеводневого палива - гасу. Це паливо є ефективним паливом з досить високою щільністю близько 1 г / см 3 і досить високим питомим імпульсом тяги, що дозволяє досить ефективно вирішувати існуючі задачі, що стоять перед сучасними засобами виведення.
Однак в разі двигунів багаторазового включення або багаторазового використання проблемою є очищення паливних магістралей від залишків гасу. Для двигунів космічних апаратів проблемою є також зростання в'язкості при захолажіваніі гасу.
Відомо також паливо для рідинного ракетного двигуна, що складається з вуглеводневого палива, в якості якого використовується діціклобутіл (C8 H10) в парі з окислювачем - рідким киснем, яке дозволило забезпечити збільшення питомої імпульсу тяги двигунів від 2 до 4,8 кгс · с / кг ( см. патент RU № 2146334 МКІ F02K 9/42).
Недоліком цього палива, токсичного і вельми дорогого, є відносно невисокий виграш в питомій імпульсі тяги двигуна.
Відомо також паливо для ракетних двигунів з використанням в якості вуглеводневого палива 1-метил-1,2-діціклопропілціклопропана (C10 H16) в парі з рідким окислювачем - киснем.
Використання цього палива дає можливість отримати велику щільність ракетного палива в порівнянні з паливами на основі гасу і діціклобутіла, а також отримати більш високий приріст питомої імпульсу. Однак його використання також обмежується надмірно високою вартістю.
Застосування зазначеної паливної пари призводить до зниження питомої імпульсу тяги двигуна в порівнянні з імпульсом тяги, що досягається в киснево-керосиновом двигуні
до 10 кгс · с / кг. Однак через хороших теплос'емних властивостей аміаку дозволяє істотно підвищити надійність роботи двигуна. Крім того, він дешевий і широко освоєний в хімічній промисловості,
Недоліком такої паливної пари є небезпека засмічення магістралей і форсунок змішувальних головок газогенератора і камери згоряння двигуна, а також внутрішньої поверхні сопла камери двигуна твердими фрагментами окису літію.
Завданням запропонованого технічного рішення є створення ракетного палива, що складається з рідкого окислювача - переважно рідкого кисню, і вуглеводневого палива, що дозволяє істотно підвищити питомий імпульс тяги кисневих двигунів.
Зазначена задача вирішена за рахунок того, що в ракетному паливі для рідинних ракетних двигунів, що складається з рідкого окислювача, краще з рідкого кисню, і пального - розчину пального компонента в рідкому аміаку, як пальне компонента застосований ацетилен.
Іншою відмінністю є те, що концентрація розчину ацетилену в рідкому аміаку становить від 40% до 90% по масі, решта - аміак.
Технічний результат полягає в тому, що продукти згоряння пропонованого пального утворюють леткі оксиди (що не мають твердих фрагментів) з високим аеродинамічним якістю. При цьому отримується виграш в питомій імпульсі тяги (від 15 до 25 кгс · с / кг) настільки значний, що відповідні ракетні системи по масі виведеного корисного вантажу наближаються до киснево-водневим двигунів. Це визначається значно більшою - 0,7 проти 0,07 г / см 3 - щільністю пропонованого пального, в порівнянні з рідким воднем, що радикально знижує обсяг і масу ракетного бака.
Короткий опис графіка
На кресленні представлений графік залежності розрахункових значень питомої імпульсу тяги і масових співвідношень компонентів для киснево-ацетилено-аміачного палива при різній відносній частці ацетилену і аміаку в паливі порівняно з киснево-гасових паливом.
З графіка видно, що порівняно з киснево-гасових паливом (крива А) використання киснево-ацетилено-аміачної пари при різному вмісті ацетилену щодо аміаку (крива В) - 50 вагу.%, 60 і 70 - дає значний приріст питомої імпульсу тяги (
на 20 кгс · с / кг) - від
376 кгс · с / кг до
У табл.1 для тих же значень проведено порівняння ряду важливих для оцінки ракетних ступенів характеристик сучасних палив на основі кисню і різних горючих - гасу (РГ-1), водню і пропонованого пального 50/50, 60/40, 70/30.
При цьому для повноти охоплення можливих ситуацій відповідні дані наведені для крайніх значень геометричній ступеня розширення сопла r = 6 і r = 25, тобто для двигунів бустерних і висотних ступенів ракет.
В цілому видно, що пропоноване пальне дозволяє підняти імпульс тяги на 15-25 кгс · с / кг, поступаючись лише водню. За результатами табл.1 більш представницький інтегральний розрахунок по масі виведеного корисного вантажу показує, що пропоноване пальне практично водню не поступається.
Таким чином, використання пропонованого пального дозволяє зберегти простоту і освоєність киснево-гасових двигунів і в той же час наблизитися за ефективністю до киснево-водневим.
Використання розчину ацетилену в аміаку в якості ракетного пального для рідинних ракетних двигунів не вимагає істотних конструктивних переробок існуючих рідинних ракетних двигунів, що працюють на пальному на основі гасу і окислювача - рідкого кисню.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Офіційна публікація
патенту РФ № 2442904
patent-2442904.pdf
Патентний пошук по класах МПК-8:
Патенти РФ в класі F02K9 / 00: