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CE QUE VOUS DEVEZ SAVOIR SUR LES COMBUSTIBLES ROCKET

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Glossaire des termes

a | b | dans | g | d | ж-и | à | l | m | n | à propos de n | rs | t-y | fc | ш-я

Supposons donc que vous n'êtes pas seulement engagé dans la construction de missiles, mais également dans la conception de moteurs-fusées ou dans le développement de nouveaux carburants de remplacement pour fusées solides. Bien sûr, vous pouvez utiliser les carburants proposés depuis longtemps déjà, mais ce serait bien mieux si vous saviez sur quelle base toutes les données de carburant sont créées et comme si elles fonctionnaient. Je ne vous conseille pas de vous dire cet article, si cela ne vous intéresse pas, mais cela pourrait quand même vous être utile. Cet article s'adresse plus aux chimistes qui développent des carburants pour ceux qui se consacrent à la conception de moteurs-fusées. Alors regarde toi-même.

Nous savons donc que le rendement énergétique est déterminé par sa gravité spécifique - l'indicateur par lequel on juge sur quelle impulsion totale peut être obtenue en brûlant 1 kg de carburant:

quelle impulsion totale peut être obtenue en brûlant 1 kg de carburant

L'impulsion totale est la création de poussée au moment du travail du moteur.

L'impulsion totale est la création de poussée au moment du travail du moteur.

En termes simples, l'efficacité énergétique est déterminée par le fait qu'il est possible d'obtenir une traction en brûlant une certaine quantité de carburant par pore.

Nous savons que plus la pression dans la chambre de combustion est élevée, plus les gaz s'échappent de la buse, ce qui pousse la fusée dans la direction opposée et la poussée du moteur augmente. Nous savons également que lorsque la température augmente, la pression des gaz semble augmenter, de même que la poussée du moteur augmente également. Après tout cela, nous pouvons dire que le carburant avec les valeurs maximales de poussée spécifique doit avoir la température de combustion maximale possible, alors que l'autorité moléculaire de ses produits de combustion doit être aussi faible que possible.

Par exemple, le combustible sur lequel les boosters de combustibles solides de la navette fonctionnent est constitué de perchlorate d’ammonium ( NH 4 ClO 4 ), de polyuréthane, de poudre d’aluminium, ainsi que d’oxyde de fer ( Fe 2 O 3 ):

69,9% (NH 4 ClO 4 ) + 12,04 (polyuréthane) + 1,96 (durcisseur) + 16% (Al) + 0,07 ( Fe2O3)

- il est impliqué ici comme si le catalyseur de la combustion, presque sans affecter le tirage de carburant spécifique. De la poudre d'aluminium est injectée afin d'augmenter les caractéristiques énergétiques du carburant, mais tout le monde ne comprend pas que ces caractéristiques augmentent.

Ainsi, le perchlorate d'ammonium à une température se décompose, mais à différentes températures de différentes manières. À haute température, il se décompose en donnant presque tout l'oxygène nécessaire à l'oxydation du combustible (en l'occurrence le polyuréthane). Dans ce cas, des produits tels que CO, C02, N2, H20, HCl et de petites impuretés d'autres produits sont de préférence formés. La densité de CO (monoxyde de carbone) est inférieure à la densité de CO 2 (dioxyde de carbone), mais cela signifie que dans des conditions normales, il prend un volume plus important que le CO 2 , mais avec l'augmentation de la température, le volume des gaz augmente. On peut donc dire qu’il est conseillé d’utiliser une telle combinaison de composants combustibles, pour lesquels le principal produit de combustion est le CO . Mais pas pour tous les carburants, cette combinaison est appropriée, et après avoir lu l'article en entier, vous comprendrez pourquoi.

Parlons maintenant de l'aluminium - pourquoi est-il nécessaire? Le cours de chimie vous a sûrement fait comprendre que l'aluminium avait un pouvoir calorifique élevé, et c'est l'une des raisons pour lesquelles il est introduit dans les carburants pour fusées, mais ce n'est pas le premier. Vous devez également savoir que, avec son interaction avec l'eau à haute température, les produits finaux seront Al 2 O 3 et H 2 - à savoir l'hydrogène, augmentant considérablement les caractéristiques énergétiques du carburant, ne pensez pas non plus qu'il joue un rôle de carburant . Le fait est que dans des conditions normales, il occupe un volume énorme avec un poids minimum, à savoir sa densité est très petite. Bien sûr, si vous tenez compte du fait que l’aluminium augmente considérablement la température de combustion du carburant, la pression dans la chambre est énorme et ce carburant est considéré comme l’un des meilleurs combustibles solides pouvant être utilisés à l’échelle industrielle. Bien sûr, ce carburant est loin d’être idéal, mais c’est une autre affaire.

Considérons maintenant le carburant que j'ai développé il n'y a pas si longtemps. Plus précisément, nous l'avons finalisé, tk. Utilisez le sorbitol comme liant, je n'ai rien trouvé. Vous avez sûrement lu sur le puissant caramel - comme si nous l'appelions, a également observé que sa composition est le soufre. Là, je décris brièvement pourquoi cela est nécessaire, mais examinons de plus près. Alors, reproduisons l'équation de la combustion:

6C6H14O6 + 26 KNO3 + 13S = 13K2S + 36CO2 + 13N2 + 42H20 (théoriquement) .

Dans cette équation, nous n'avons pas tenu compte de l'interaction du CO 2 avec H 2 O ou H 2 O avec K 2 S , je préfère d'abord considérer un mécanisme purement théorique de la réaction, car la réaction au plus tôt se déroule précisément dans cette direction. interagir les uns avec les autres en donnant déjà des produits finaux de combustion. Je tiens également à noter qu’à différentes pressions, la composition des produits sera légèrement différente. Comme je l'ai dit, le soufre déplace ici l'atome d'oxygène, ce qui augmente le rendement énergétique de la réaction, et un volume beaucoup plus important de produits gazeux se forme également. Et contrairement au KOH , qui se forme lors de la combustion du caramel ordinaire, le K 2 S n'interagit pratiquement pas avec le CO 2 , gardant son volume dans la chambre RD . Tout cela contribue à une augmentation significative de la poussée spécifique du carburant, et ce carburant est très puissant, comparé au caramel conventionnel. Caramel puissant est un carburant très calorique, à savoir Il a une température de combustion élevée, qui agit de manière plus efficace, mais il y a des inconvénients: il peut brûler le carter du moteur s'il est fabriqué avec un matériau insuffisamment résistant à la chaleur. Il est également très difficile à fabriquer et pas entièrement adapté aux petits moteurs, mais idéal pour les gros. Il est bon d'utiliser des pastilles de combustible à partir de 100 gr . La raison pour laquelle il ne peut pas être utilisé avec succès dans la fabrication de petits moteurs est sa faible plasticité. On ne peut pas surchauffer, car le soufre fond juste et le carburant devient non homogène, c'est aussi son problème principal.

Considérons maintenant le caramel habituel, l'équation de combustion proposée par Richard Nakka .

C 6 H 14 O 6 + 3,345 KNO 3 -> 1,870 CO 2 + 2,490 CO + 4,828 H 2 + 2,145 H 2 + 1,672 N 2 + 1,644 K 2 CO 3 + 0,057 KOH (pratiquement)

Je n'aime pas une chose dans sa réaction. Par son équation, KOH se forme, mais cette combinaison ne peut être formée en aucune façon, car elle interagit simultanément avec le CO 2 et se transforme en K 2 CO 3 , en particulier à une température aussi élevée. Je veux noter que la réaction CO 2 + H 2 O + CO + C ne sait toujours pas dans le cours COO, l'occupation est que, à différentes températures et pressions, il peut s'écouler dans des directions différentes: avec la formation de produits tels que CH 3 OH, CH 2 O, CH 3 COOH , H 2 , etc. Pour que cette réaction progresse vers l'éducation de l' H 2 élémentaire, une température très élevée est nécessaire, que le carburant ne peut pas donner. Il ne serait donc pas absolument correct de dire que seul H 2 est formé et que les caractéristiques thermiques d’un caramel régulier sont inférieures à celles d’un caramel puissant. Il y a d'autres raisons pour lesquelles ce carburant n'est pas efficace:

Premièrement: le KOH se forme dans les produits, ce qui absorbe une quantité impressionnante de CO 2 , entraînant une diminution du nombre de produits gazeux libérés.

Deuxièmement: Pour l'oxydation du sorbitol, KNO 3 ne donne qu'une paire d'atomes d'oxygène, ce qui réduit considérablement l'efficacité du combustible.

Troisièmement, en raison de la température de combustion relativement basse du combustible, la réaction se déroule en réduisant le volume des produits gazeux.

Eh bien, ce combustible a des avantages impressionnants: il est facile à fabriquer, cependant, en raison de sa teneur élevée en sorbitol, il conserve une grande plasticité pendant longtemps, avec un chauffage suffisamment fort, il peut facilement être versé sans difficulté dans la coque. Pour ceux qui ne sont engagés que dans la conception de fusées, mais pas de moteurs, ce carburant est également idéal pour tester les caractéristiques de vol de sa fusée.

En général, je tiens à dire que, bien que le caramel soit également considéré comme étant choisi parmi les classes de fabrication de fusées, le carburant, mais il n’est toujours pas assez efficace, s’il s’agit sans aucun doute d’un développement sérieux du moteur. J'avais l'habitude de travailler beaucoup avec le caramel habituel, mais finalement, le caramel était puissant. Le caramel habituel est parfait pour les modélistes de fusées débutants, mais les professionnels de ce quartier, nous vous recommandons quand même d’essayer un modèle puissant.

Après tout ce raisonnement, vous vous demanderez probablement: "Pourquoi ne pas introduire le même aluminium dans le caramel ordinaire, ou pourquoi ne pas augmenter l'essence de sorbitol pour que le principal produit de la combustion soit le CO ?" En chimie, il y a une telle chose, comme si l'énergie d'activation était l'énergie minimale à dépenser pour la réaction. De plus, si le rendement énergétique de la réaction est supérieur à son énergie d'activation, une telle réaction se produit le long du mécanisme de la chaîne. Et plus le rendement énergétique de la réaction est élevé, moins son énergie d'activation est grande, plus cette réaction se déroule rapidement et pleinement. Dans ce cas, comme si je le disais, le caramel ordinaire est un carburant à très faible teneur en calories et le rendement énergétique de la réaction ne permet pas d’activer complètement le complexe {Al + H 2 O + CO + CO 2 } . Eh bien, une fois dans l'ordinaire ne peut pas, pourquoi ne pas essayer dans un puissant - je vais répondre: à cause du soufre, qui va former un produit Al 2 S 3 avec de l'aluminium, ce qui réduira également le rendement énergétique. Mais maintenant, je continue à expérimenter ce carburant avec l'ajout d'aluminium, car je ne sais toujours pas ce qui se passe dans la pratique, les résultats des tests seront ensuite publiés.

Je veux aussi faire une remarque sur les catalyseurs de combustion. En cas de caramel puissant, leur utilisation est inappropriée. Dans le cas d'un caramel traditionnel, on peut utiliser des sels de cuivre qui ne forment pas du tout de cristaux, mais également dans le cas de la conception de moteurs particulièrement impressionnants. Différents composés de métaux de transition, par exemple Fe 2 O 3 , sont utilisés pour les chlorates et les perchlorates, ce qui augmente significativement la vitesse de combustion du combustible, avec une teneur de seulement 0,5% dans le mélange initial. Mais pour la préparation du carburant pour les moteurs sur le modèle des fusées, il n’est en aucune façon utilisé, car Le perchlorate lui-même présente un taux de combustion solide et des caractéristiques énergétiques très élevées.

En général, je veux dire une chose: les carburants de fusée - l’occupation est très subtile, à première vue, mais il ya beaucoup de modifications de leurs variétés. Et le choix des carburants est limité non seulement par leur composition et leurs propriétés, mais aussi par un certain nombre d'autres caractéristiques.

Les principales exigences spécifiques pour la RT solide:

Uniformité dans la distribution des composants et, par conséquent, la persistance des propriétés physicochimiques et énergétiques dans le bloc, la stabilité de la combustion dans la chambre RD est également stable, mais un complexe de propriétés physiques et mécaniques garantissant la performance du moteur en surcharge lors de la conception de moteurs de fusées amateurs.

En outre, le carburant doit satisfaire aux normes environnementales de base, mais il est dans l’industrie et, si possible, posséder des produits peu toxiques, qui sont également sûrs pour l’environnement, ainsi que des êtres vivants, dont on ne peut pas parler du perchlorate.

Personnellement, nous pensons qu'à l'avenir, il y aura sans aucun doute de nouveaux types de carburants qui dépasseront largement leurs caractéristiques, celles disponibles à ce moment-là.

Mais pour nous ce n’est pas particulièrement important, car nous travaillons avec de très petites quantités par rapport à l'industrie. Dans le futur, tout est possible. Déjà, les moteurs sont développés à l'aide de sources d'énergie alternatives, par exemple, un moteur à plasma a déjà été développé et ses essais sont en cours, il semble que les composants élémentaires du moteur à ions soient en cours de test. La poussée spécifique de ces moteurs en milliers est également des dizaines de milliers de fois supérieure à la poussée spécifique des moteurs utilisant l’énergie chimique. Mais même ces moteurs, qui nous semblent maintenant fantastiques, perdront également de leur importance dans un avenir lointain, et ils céderont également la place à d'autres, qui n'existent plus que théoriquement.

Du Créateur: J'ai dit dans cet article que l'essence même est simple, ce que vous devez savoir sur les carburants pour fusée, principalement les carburants solides, pensez également que cette information vous sera utile pour votre travail. Le tout sur les carburants est écrit en entier, mais la plupart de ces livres sont destinés uniquement aux professionnels qui développent des moteurs-fusées à propergol liquide, et sans étudier les mathématiques des lois de la balistique extérieure et intérieure. Je veux dire que j'ai personnellement écrit cet article à partir de mes propres connaissances théoriques. Je pense aussi que tout est clair pour vous.

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Auteur: Олег
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Date de publication 22.02.2005гг