Peroxid de hidrogen pentru efectul motorului cu combustie internă. Metoda de asigurare a arderii îmbunătățite cu participarea compușilor de hidrocarburi

Primul eșantion al motorului nostru de rachetă lichid (ERDRD) care funcționează pe kerosen și peroxid de hidrogen foarte concentrat este asamblat și pregătit pentru teste pe standul din MAI.

Totul a început cu aproximativ un an în urmă de la crearea modelelor 3D și eliberarea documentației de proiectare.

Am trimis desene gata făcute mai multor contractori, inclusiv partenerul nostru principal pentru prelucrarea metalelor "Artmehu". Toate lucrările din cameră au fost duplicate, iar fabricarea duzelor a fost, în general, obținută de mai mulți furnizori. Din păcate, aici ne-am confruntat cu toată complexitatea fabricării ar părea ca niște produse metalice simple.

Mai ales o mulțime de efort trebuiau să cheltuiască pe duzele centrifuge pentru pulverizarea combustibilului în cameră. Pe modelul 3D din tăietură, ele sunt vizibile ca cilindri cu nuci de culoare albastră la sfarsit. Și astfel se uită în metal (unul dintre injectori este arătat cu o piuliță respinsă, creionul este dat pentru scară).

Am scris deja despre testele injectoarelor. Ca rezultat, multe zeci de duze au fost selectate șapte. Prin ele, Kerosen va veni în cameră. Duzele de kerosen în sine sunt construite în partea superioară a camerei, care este un gazificator oxidant - o zonă în care peroxidul de hidrogen va trece printr-un catalizator solid și se descompune pe vapori de apă și oxigen. Apoi amestecul de gaze rezultat va merge, de asemenea, la camera EDD.

Pentru a înțelege de ce fabricarea duzelor a cauzat astfel de dificultăți, este necesar să se uite înăuntru - în interiorul canalului duzei există un jigger cu șurub. Asta este, kerosenul care intră în duză nu este doar curgerea exact în jos, dar răsucite. Jiggerul cu șurub are o mulțime de părți mici și pe cât de precis este posibil să reziste dimensiunii lor, lățimea golurilor, prin care kerosenul va curge și va spray în cameră. Gama de rezultate posibile - de la "prin duză, lichidul nu curge deloc" pentru a "pulveriza uniform în toate laturile". Rezultatul perfect - kerosenul este pulverizat cu un conul subțire în jos. Aproximativ la fel ca în fotografia de mai jos.

Prin urmare, obținerea unei duze ideale depinde nu numai de abilitatea și conștiința producătorului, ci și de echipamentul utilizat și, în cele din urmă, motilitatea superficială a specialistului. Mai multe serii de teste de duze gata făcute sub presiune diferită ne-au permis să alegem pe cei a cărui conuri este aproape de perfectă. În fotografie - un turneu care nu a trecut selecția.

Să vedem cum arată motorul nostru în metal. Aici este capacul LDD cu autostrăzi pentru primirea peroxidului și a kerosenului.

Dacă ridicați capacul, atunci puteți vedea acea pompe de peroxid prin tubul lung și prin scurt-kerosen. Mai mult, kerosenul este distribuit peste șapte găuri.

Un gazificator este conectat la capac. Să ne uităm de la cameră.

Faptul că noi din acest punct pare să fie partea de jos a detaliilor, de fapt este partea superioară și va fi atașată la capacul LDD. Din cele șapte găuri, kerosenul din duzele este turnat în cameră și din al optulea (în stânga, singurul peroxid situat asimetric) pe catalizatorul se grăbește. Mai precis, se blochează direct, ci printr-o placă specială cu microceri, distribuind uniform fluxul.

În următoarea fotografie, această placă și duze pentru kerosen sunt deja introduse în gazificator.

Aproape toate gazeificatoarele libere vor fi angajate într-un catalizator solid prin care fluxurile de peroxid de hidrogen. Kerosenul va merge pe duze fără amestecare cu peroxid.

În următoarea fotografie, vedem că gazeificatorul a fost deja închis cu o copertă din camera de combustie.

Prin șapte găuri terminând cu nuci speciale, fluxurile de kerosen și un abur fierbinte vor trece prin găurile minore, adică. Deja descompus pe peroxidul de oxigen și de vapori de apă.

Acum să ne ocupăm de locul în care se vor îneca. Și curg în camera de combustie, care este un cilindru gol, în care inflamive de kerosen în oxigen, încălzite în catalizator și continuă să ardă.

Gazele preîncălzite vor merge la o duză, în care accelerează la viteze mari. Aici este duza din diferite unghiuri. O parte mare (îngustare) a duzei se numește pretreatic, apoi se întâmplă o secțiune critică, iar apoi partea de extindere este cortexul.

Ca rezultat, motorul asamblat arată așa.

Frumos, cu toate acestea?

Vom produce cel puțin o instanță de platforme din oțel inoxidabil și apoi vom trece la fabricarea de EDR de la Inkonel.

Cititorul atent va cere și pentru care sunt necesare fitinguri pe părțile laterale ale motorului? Relocarea noastră are o perdea - lichidul este injectat de-a lungul pereților camerei, astfel încât acesta să nu se supraîncălzească. În zbor, perdeaua va curge peroxidul sau kerosenul (clarificați rezultatele testului) din rezervoarele de rachete. În timpul testelor de incendiu de pe bancă într-o perdea, atât kerosen, cât și peroxid, precum și apă sau nimic care trebuie servite (pentru teste scurte). Este pentru perdea și aceste accesorii sunt făcute. Mai mult, perdelele sunt două: una pentru răcirea camerei, cealaltă - partea pre-critică a duzei și a secțiunii critice.

Dacă sunteți inginer sau doriți doar să aflați mai multe caracteristici și dispozitivul EDD, atunci o notă de inginerie este prezentată în detaliu pentru dvs.

Edd-100s.

Motorul este conceput pentru standardele principalelor soluții constructive și tehnologice. Testele motorului sunt programate pentru 2016.

Motorul funcționează pe componente de combustibil de înaltă fierbere. Amplasarea calculată la nivelul mării este de 100 kgf, în vid 120 kgf, impulsul specific estimat al împingătorului la nivelul mării - 1840 m / s, în vid - 2200 m / s, cota estimată este de 0,040 kg / kgf. Caracteristicile reale ale motorului vor fi rafinate în timpul testului.

Motorul este single-camera, constă dintr-o cameră, un set de unități automate de sistem, noduri și părți ale Adunării Generale.

Motorul este fixat direct la rulment stă prin flanșa din partea superioară a camerei.

Parametrii principali ai Camerei
combustibil:
- oxidant - PV-85
- combustibil - TS-1
Traction, KGF:
- La nivelul mării - 100.0
- în gol - 120.0
Tracțiune specifică a impulsurilor, m / s:
- La nivelul mării - 1840
- în gol - 2200
Al doilea consum, kg / s:
- oxidant - 0,476
- Combustibil - 0,057
Raportul în greutate al componentelor combustibilului (O: D) - 8,43: 1
Coeficientul excesiv de oxidant - 1.00
Presiune gaz, Bar:
- În camera de combustie - 16
- în week-endul duzei - 0,7
Masa camerei, kg - 4.0
Diametrul motorului interior, mm:
- partea cilindrică - 80.0
- în zona duzei de tăiere - 44.3

Camera este un design prefabricat și constă dintr-un cap de duză, cu un gazificator oxidant integrat în ea, o cameră cilindrică de combustie și o duză profilată. Elementele camerei au flanșe și sunt conectate prin șuruburi.

Pe cap 88 duze de oxidant cu un singur component și 7 injectoare de combustibil centrifugal cu o singură componentă sunt plasate pe cap. Duzele sunt situate pe cercuri concentrice. Fiecare duză de combustie este înconjurată de zece duze oxidante, duzele de oxidare rămase sunt situate pe spațiul liber al capului.

Răcirea camerei interne, în două etape, este efectuată prin lichid (agent combustibil sau oxidant, alegerea se va face în funcție de rezultatele testelor de bancă) care intră în cavitatea camerei prin două vene ale vălului - partea superioară și inferioară. Cortina cu bandă superioară se face la începutul părții cilindrice a camerei și asigură răcirea părții cilindrice a camerei, cea mai mică - se face la începutul părții subcritice a duzei și asigură răcirea părții subcritice a duza și secțiunea critică.

Motorul utilizează auto-aprinderea componentelor combustibilului. În procesul de pornire a motorului, în camera de combustie este îmbunătățită un agent de oxidare. Odată cu descompunerea oxidantului în gazificator, temperatura sa crește la 900 K, ceea ce este semnificativ mai mare decât temperatura auto-aprinsă a combustibilului TC-1 în atmosfera aerului (500 K). Combustibilul furnizat camerei în atmosfera de oxidantul fierbinte este auto-propagat, în viitor procesul de combustie merge în auto-susținere.

Gazificatorul oxidatorului funcționează pe principiul descompunerii catalitice a peroxidului de hidrogen foarte concentrat în prezența unui catalizator solid. Peroxidul de hidrogen cadru format prin descompunerea hidrogenului (un amestec de vapori de apă și oxigen gazos) este un agent de oxidare și intră în camera de combustie.

Parametrii principali ai generatorului de gaze
Componente:
- peroxid de hidrogen stabilizat (concentrație în greutate),% - 85 ± 0,5
Consumul de peroxid de hidrogen, kg / s - 0,476
Sarcină specifică (kg / s peroxid de hidrogen) / (kg de catalizator) - 3.0
timp de lucru continuu, nu mai puțin, C - 150
Parametrii vaporilor de ieșire din gazificator:
- Presiune, Bar - 16
- Temperatură, K - 900

Gasificatorul este integrat în designul capului duzei. Paharul ei, fundul interior și mijlocul din cavitatea gazeificatorului. Fundul sunt conectate între duzele de combustibil. Distanța dintre partea de jos este reglată de înălțimea sticlei. Volumul dintre duzele de combustibil este umplut cu un catalizator solid.

1 .. 42\u003e .. \u003e\u003e Următor
Temperatura înghețului de alcool scăzut vă permite să o utilizați într-o gamă largă de temperaturi ambientale.
Alcoolul este produs în cantități foarte mari și nu este un deficitar inflamabil. Alcoolul are un impact agresiv asupra materialelor structurale. Acest lucru vă permite să aplicați materiale relativ ieftine pentru rezervoarele de alcool și autostrăzile.
Alcoolul metilic poate servi ca înlocuitor al alcoolului etilic, ceea ce oferă o calitate oarecum mai gravă cu oxigen. Alcoolul metilic este amestecat cu etil în orice proporție, ceea ce face posibilă utilizarea acesteia cu o lipsă de alcool etilic și se adaugă la un glisier într-un combustibil. Combustibilul bazat pe oxigenul lichid este utilizat aproape exclusiv în rachete cu rază lungă de acțiune, permițând și chiar, datorită unei greutăți mai mari, care necesită realimentare cu rachete cu componente la locul de pornire.
Apă oxigenată
H2O2 peroxid de hidrogen (adică, concentrație de 100%) în tehnica nu se aplică, deoarece este un produs extrem de instabil capabil de o descompunere spontană, transformând cu ușurință într-o explozie sub influența oricăror influențe externe aparent minore: impact, iluminat, Cea mai mică poluare a substanțelor organice și a impurităților unor metale.
ÎN tehnica racheteiSe utilizează soluții mai rezistente la nivel înalt (cele mai des concentrații%) de pompare hidrogen în apă. Pentru a crește rezistența la peroxidul de hidrogen, se adaugă cantități mici de substanțe împiedică descompunerea spontană (de exemplu, acidul fosforic). Utilizarea peroxidului de hidrogen 80 "necesită în prezent numai măsuri de precauție convenționale necesare atunci când manipulează agenți de oxidare puternici. Peroxid de hidrogen o astfel de concentrație este transparent, lichid ușor albastru cu o temperatură de congelare -25 ° C.
Peroxid de hidrogen Când este descompus pe perechi de oxigen și apă, se evidențiază căldura. Această eliberare de căldură este explicată prin faptul că căldura formării peroxidului este de 45,20 KCAL / G-MOL,
126
Gl. IV. Motoarele cu rachete de combustibil
timpul de formare a apei este egal cu 68,35 kcal / g-mol. Astfel, cu descompunerea peroxidului conform formulei H2O2 \u003d --H2O + V2O0, energia chimică este evidențiată, diferența egală 68,35-45,20 \u003d 23,15 KCAL / G-MOL sau 680 kcal / kg.
Concentrația de peroxid de hidrogen 80E / OO are capacitatea de a se descompune în prezența catalizatorilor cu eliberare de căldură în cantitatea de 540 kcal / kg și cu eliberarea de oxigen liber, care poate fi utilizată pentru oxidarea combustibilului. Peroxidul de hidrogen are o greutate specifică semnificativă (1,36 kg / l pentru concentrații de 80%). Este imposibil să se utilizeze peroxid de hidrogen ca un răcitor, deoarece atunci când este încălzit, nu se fierbe, dar se descompune imediat.
Oțel inoxidabil și foarte curat (cu un conținut de impurități de până la 0,51%) Aluminiu poate servi ca materiale pentru rezervoare și conducte de motoare care funcționează pe peroxid. Utilizarea complet inacceptabilă a cuprului și a altor metale grele. Cuprul este un catalizator puternic care contribuie la descompunerea hidrogenului Peroxy. Unele tipuri de materiale plastice pot fi aplicate pentru garnituri și sigilii. Ingheșarea peroxidului de hidrogen concentrat pe piele provoacă arsuri grele. Substanțe organice atunci când peroxidul de hidrogen cade pe ele se aprinde.
Combustibil bazat pe peroxid de hidrogen
Pe baza peroxidului de hidrogen, au fost create două tipuri de combustibili.
Combustibilul primului tip este combustibilul unui furaje separate, în care oxigenul eliberat la descompunerea peroxidului de hidrogen este utilizat pentru arderea combustibilului. Un exemplu este combustibilul utilizat în motorul aeronavei interceptorului descris mai sus (p. 95). Acesta a constat dintr-un peroxid de hidrogen de concentrație de 80% și un amestec de hidrat hidrat de hidrazină (N2H4 H2O) cu alcool metilic. Când se adaugă catalizatorul special, acest combustibil devine auto-aprins. O valoare calorică relativ scăzută (1020 kcal / kg), precum și greutatea moleculară mică a produselor de combustie, determină temperatura scăzută de combustie, care facilitează funcționarea motorului. Cu toate acestea, datorită valorii calorice scăzute, motorul are o dorință specifică (190 kgc / kg).
Cu apă și alcool, peroxidul de hidrogen poate forma amestecuri triple relativ explozive, care sunt un exemplu de combustibil cu o componentă. Valoarea calorică a unor astfel de amestecuri rezistente la explozie este relativ mică: 800-900 kcal / kg. Prin urmare, ca combustibil principal pentru EDD, acestea vor fi aplicate cu greu. Astfel de amestecuri pot fi utilizate în abur exterior.
2. Motoarele moderne de rachete combustibili
127
Reacția descompunerii peroxidului concentrat, așa cum sa menționat deja, este utilizată pe scară largă în tehnologia rachetelor pentru a obține o vapori, care este o fluorură de lucru a turbinei la pompare.
Motoare cunoscute în care căldura descompunerii peroxidului a servit pentru a crea o forță de tracțiune. Tracțiunea specifică a acestor motoare este scăzută (90-100 kgc / kg).
Pentru descompunerea peroxidului, se utilizează două tipuri de catalizatori: lichid (soluție permanganată de potasiu KMNO4) sau solidă. Aplicarea acestuia din urmă este mai preferată, deoarece face ca un sistem de catalizator lichid excesiv la reactor.

ÎN 1818 Chimist francez L. J. Tenar. a deschis "apa oxidată". Mai târziu, această substanță a primit un nume apă oxigenată. Densitatea sa este 1464,9 kg / metru cubic. Deci, substanța rezultată are o formulă H 2 O 2, endotermic, rotiți oxigenul în formă activă cu eliberare ridicată la căldură: H202\u003e H20 + 0,5 O 2 + 23,45 KCAL.

Chimiștii știau de asemenea despre proprietate apă oxigenată ca oxidare: soluții H 2 O 2 (denumită în continuare " peroxid") a aprins substanțe inflamabile, astfel încât acestea să nu reușească întotdeauna. Prin urmare, aplicați peroxid în viața reală ca o substanță energetică și încă nu necesită un oxidant suplimentar, un inginer a venit în minte Helmut Walter. din oras Chilă. Și în special pe submarine, unde trebuie luată în considerare fiecare gram de oxigen, mai ales că a mers 1933.Iar cotul fascist a luat toate măsurile pentru a se pregăti pentru război. Lucrați imediat cu peroxid au fost clasificate. H 2 O 2 - Produsul este instabil. Walter a găsit produse (catalizatori) care au contribuit cu o descompunere și mai rapidă Peroxy.. Reacția de scindare a oxigenului ( H 2 O 2 = H 2 O. + O 2.) Am ajuns imediat la sfârșit. Cu toate acestea, a fost nevoie să "scapi" de la oxigen. De ce? Faptul este că peroxid Cea mai bogată conexiune la O 2. Aproape 95% Din greutatea substanței. Și din moment ce oxigenul atomic este distins inițial, atunci să nu-l folosească ca o oxidant activ a fost pur și simplu inconvenient.

Apoi, în turbină, unde a fost aplicată peroxid, combustibil organic, precum și apa, deoarece căldura a subliniat destul de mult. Acest lucru a contribuit la creșterea puterii motorului.

ÎN 1937 Anul a trecut testele de succes ale instalațiilor cu turbină și în 1942. Primul submarin a fost construit F-80.care a fost dezvoltată sub viteza apei 28.1 Noduri (52.04 km / oră). Comandamentul german a decis să construiască 24 submarin care a trebuit să aibă două instalații de alimentare fiecare 5000 hp.. Ei consumau 80% soluţie Peroxy.. În Germania, pregătirea capacității de eliberare 90.000 de tone de peroxid în anul. Cu toate acestea, un sfârșit inglorat a venit pentru "Reichul Millennial" ...

Trebuie remarcat faptul că în Germania peroxid a început să aplice în diferite modificări ale aeronavelor, precum și pe rachete Fow-1. și Fow-2.. Știm că toate aceste lucrări nu au putut schimba cursul evenimentelor ...

În Uniunea Sovietică lucrează cu peroxid De asemenea, am efectuat în interesul flotei subacvatice. ÎN 1947 Anul un membru valabil al Academiei de Științe URSS B. S. STECHINKIN.care au sfătuit specialiști în motoarele reactive lichide, care apoi numite Zhdiști, la Institutul Academiei de Științe Artilerie, au dat sarcina viitorului academician (și apoi un inginer) Varșovia I. L. Face motorul pe Peroxy.propus de academician E. A. Chudakov.. Pentru acest lucru, motoarele diesel serial de submarine de tip " Ştiucă"Și practic" binecuvântare "la locul de muncă sa dat sine Stalin.. Acest lucru a făcut posibilă forțarea dezvoltării și a obține un volum suplimentar la bordul barcii, unde ați putea pune torpile și alte arme.

Funcționează S. peroxid Au fost efectuate academicii Stacky., Chudakov. Și Varșovia într-un timp foarte scurt. Inainte de 1953 ani, conform informațiilor disponibile, a fost echipat 11 submarin. Spre deosebire de lucrări cu peroxidCeea ce a fost realizat de SUA și Anglia, submarinele noastre nu au lăsat nici o urmă în spatele lor, în timp ce turbina cu gaz (SUA și Anglia) au avut o buclă de demasking cu bule. Dar punctul în introducerea internă peroxy. și utilizarea sa pentru submarin Khrushchev.: Țara sa mutat la locul de muncă cu submarine nucleare. Și cel mai apropiat puternic H 2.- tăiat pe resturi metalice.

Cu toate acestea, ceea ce avem în "reziduul uscat" cu peroxid? Se pare că trebuie să fie consecventă undeva, iar apoi rezervoarele de alimentare cu combustibil (tancurile) mașinilor. Nu este întotdeauna convenabil. Prin urmare, ar fi mai bine să o primiți direct la bordul mașinii și chiar mai bine înainte de injectare în cilindru sau înainte de a servi pe turbină. În acest caz, ar fi garantată siguranța deplină a tuturor lucrărilor. Dar ce fel de fluide sursă este nevoie pentru ao obține? Dacă luați niște acid și peroxid, Să spunem Bariu ( Va 2.) Acest proces devine foarte incomod pentru utilizarea direct la bordul aceluiași "Mercedes"! Prin urmare, acordați atenție apa simplă - H 2 O.Fotografiile! Se pare că este pentru obținerea Peroxy. Puteți să o utilizați în siguranță în siguranță! Și trebuie doar să umpleți tancurile cu apă obișnuită și puteți merge pe drum.

Singura rezervare este: În acest proces, oxigenul atomic se formează din nou (amintiți-vă reacția cu care sa ciocnit Walter.), Dar aici este rezonabil pentru el cu el, așa cum sa dovedit. La utilizarea corectă, este necesară o emulsie de apă-combustibil, ca parte a cărei parte este suficientă pentru a avea cel puțin 5-10% Unele combustibil de hidrocarburi. Același ulei de combustibil se poate aborda, dar chiar și atunci când se utilizează, fracțiunile de hidrocarburi vor oferi flegmatizarea oxigenului, adică vor intra în reacție cu el și vor da un impuls suplimentar, excluzând posibilitatea unei explozii necontrolate.

Pentru toate calculele, cavitația vine în dreapta proprie, formarea bulelor active care pot distruge structura moleculei de apă, pentru a evidenția gruparea hidroxilului ESTE EL și să se conecteze la același grup pentru a obține molecula dorită Peroxy. H 2 O 2.

Această abordare este foarte benefică în orice punct de vedere, pentru că permite excluderea procesului de fabricație. Peroxy. În afara obiectului de utilizare (adică face posibilă crearea acestuia direct în motor combustie interna). Este foarte profitabil, deoarece elimină etapele de realimentare și depozitare individuală H 2 O 2. Se pare că numai la momentul injectării este formarea compusului de care avem nevoie și, ocolind procesul de stocare, peroxid Intră în muncă. Și în ghivecele aceleiași mașini poate exista o emulsie cu combustibil cu apă cu un procent slab de combustibil de hidrocarburi! Aici frumusețea ar fi! Și nu ar fi absolut ciudat dacă un litru de combustibil a avut un preț chiar și în 5 Dolari americani. În viitor, puteți merge la tipul de combustibil solid de cărbune de piatră, iar benzina este sintetizată calm. Cărbunele este încă suficient timp de câteva sute de ani! Numai Yakutia On adâncimea superficială Stochează miliarde de tone de această fosilă. Aceasta este o regiune uriașă limitată la fundul firului Bam, granița nordică din care se află departe de râurile Aldan și mai ...

dar Peroxy. Conform schemei descrise, acesta poate fi preparat din orice hidrocarburi. Cred că cuvântul principal în această chestiune rămâne pentru oamenii de știință și inginerii noștri.

Acest studiu ar dori să se dedice unei substanțe cunoscute. Marylin Monroe și fire albe, antiseptice și penii, adeziv epoxidic și reactiv pentru determinarea sângelui și chiar reactivi de acvariu și reactivi de acvariu egal și reactivi egali ai acvariului. Vorbim despre peroxidul de hidrogen, mai precis, despre un aspect al aplicației sale - despre cariera ei militară.

Dar, înainte de a continua cu partea principală, autorul ar dori să clarifice două puncte. Primul este titlul articolului. Au existat multe opțiuni, dar, în cele din urmă, sa decis să profite de numele uneia dintre publicațiile scrise de capitanul inginer al celui de-al doilea rang L.S. Shapiro, ca fiind cel mai clar responsabil, nu numai conținutul, ci și circumstanțele care însoțesc introducerea peroxidului de hidrogen în practica militară.

În al doilea rând - de ce este autorul interesat exact această substanță? Sau mai degrabă - ce-i interesa exact? Destul de ciudat, cu soarta sa complet paradoxală pe un domeniu militar. Lucrul este că peroxidul de hidrogen are un set de calități întregi, care ar părea că i-ar fi făcut referire la o carieră militară strălucitoare. Și, pe de altă parte, toate aceste calități s-au dovedit a fi complet inaplicabile pentru ao folosi în rolul unei furnizări militare. Ei bine, nu asta-l numiți absolut necorespunzător - dimpotrivă, a fost folosit și destul de larg. Dar, pe de altă parte, nu sa dovedit nimic extraordinar de aceste încercări: peroxidul de hidrogen nu se poate lăuda cu o astfel de înregistrare impresionantă ca nitrați sau hidrocarburi. Sa dovedit a fi credincios pentru tot ... Cu toate acestea, nu ne grăbim. Să luăm în considerare câteva momente cele mai interesante și dramatice ale peroxidului militar, iar concluziile fiecăruia dintre cititori o vor face singur. Și din moment ce fiecare poveste are propriul său principiu, ne vom familiariza cu circumstanțele nașterii eroului narativ.

Deschiderea profesorului Tenar ...

În afara ferestrei a fost o zi liberă de decembrie din decembrie din 1818. Un grup de studenți chimici ai școlii politehnice din Paris au umplut în grabă audiența. Dorind să rateze prelegerea faimosului profesor de școală și faimosul Sorbonne (Universitatea din Paris) lui Lui nu a fost: fiecare ocupație a fost o călătorie neobișnuită și interesantă în lumea științei uimitoare. Și așa, deschizând ușa, un profesor a intrat în audiența unui mers de primăvară ușoară (tribut al strămoșilor galesc).

Potrivit obiceiului de a omoli publicul, el a abordat rapid tabelul demonstrativ lung și a spus ceva preparatului Starik Lesho. Apoi, ridicându-se la departament, se află cu studenții și au început ușor:

Când, cu catargul frontal al fregatei, marinarul strigă "Pământul!", Iar căpitanul vede mai întâi coasta necunoscută în tubul Pylon, este un moment minunat în viața navigatorului. Dar nu este doar un moment în care chimistul descoperă mai întâi particulele unui nou pe fundul balonului, a reprezentat oricine nu este o substanță cunoscută?

Tenar a intrat peste departament și sa apropiat de tabelul demonstrativ, pe care Lesho a reușit deja să pună un dispozitiv simplu.

Chimia iubește simplitatea, - continuarea tenarului. - Ține minte asta, domnilor. Există doar două vase de sticlă, externe și interne. Între ei zăpadă: o substanță nouă preferă să apară la temperaturi scăzute. În vasul interior, acidul sulfuric diluat cu șase procente este nanite. Acum este aproape la fel de rece ca zăpada. Ce se întâmplă dacă m-am rupt în vârful acid al oxidului de bariu? Acidul sulfuric și oxidul de bariu vor produce apa inofensivă și precipitatul alb - sulfat bariu. Totul știe.

H. 2 SO4 + Bao \u003d BASO4 + H2O

- Dar acum vă voi întreba atenția! Ne apropiem de țărmuri necunoscute, iar acum cu catargul anterior, strigă "Pământul!" Am aruncat acid nu oxid, dar peroxidul de bariu este o substanță care este obținută prin arderea barului într-un exces de oxigen.

Audiența a fost atât de liniștită încât respirația severă a Lasho rece a fost clar auzită. Tenar, amestecând cu prudență o baghetă de sticlă, încet, într-un bob, turnată într-un vas de peroxid de bariu.

Sedimentul, bariul de sulfat obișnuit, filtru, - a spus profesorul, îmbină apa din vasul interior la balon.

H. 2 SO4 + BAO2 \u003d BASO4 + H2O2

- Această substanță arată ca apa, nu-i așa? Dar este o apă ciudată! Am arunc o bucată de rugină obișnuită în ea (Lesho, Lucin!) Și vezi cum luminile goale clipește. Apă care susține arderea!

Aceasta este apă specială. De două ori mai multe oxigen decât în \u200b\u200bobișnuit. Apa - oxid de hidrogen și acest lichid este un peroxid de hidrogen. Dar îmi place un alt nume - "apă oxidată". Și în dreapta descoperitorului, prefer acest nume.

Când navigatorul deschide un teren necunoscut, el știe deja: într-o zi orașele vor crește pe ea, vor fi așezate drumuri. Noi, chimiștii, nu pot fi niciodată încrezători în soarta descoperirilor lor. Ce așteaptă o substanță nouă până în secolul? Poate aceeași utilizare largă ca în acid sulfuric sau clorhidric. Și poate uitarea completă - ca inutilă ...

Audiența Zarel.

Dar tenar a continuat:

Cu toate acestea, sunt încrezător în viitorul mare al "a apei oxidate", deoarece conține un număr mare de "aer de viață" - oxigen. Și, cel mai important, este foarte ușor să ieșiți din astfel de apă. Deja una dintre acestea insuflează încrederea în viitorul "a apei oxidate". Agricultura și meșteșugurile, medicina și fabricarea, și nici măcar nu știu, unde se va găsi utilizarea "apei oxidate"! Faptul că astăzi se potrivește încă în balon, mâine poate fi puternic pentru a intra în fiecare casă.

Profesorul Tenar a coborât încet din departament.

Videanul naiv parizian ... Un umanist convins, Tenar a crezut întotdeauna că știința ar trebui să aducă bine la umanitate, să atenueze viața și să o facă mai ușoară și mai fericită. Chiar și în mod constant, având exemple de caracter exact opus înaintea ochilor lor, el a crezut sacru într-un viitor mare și pașnic al descoperirii sale. Uneori începeți să credeți în validitatea declarațiilor "fericirea - în ignoranță" ...

Cu toate acestea, începutul carierei peroxidului de hidrogen a fost destul de pașnic. A lucrat bine pe fabricile textile, fire de albire și panza; În laboratoare, moleculele organice oxidante și ajută la primirea unor substanțe noi, inexistente în natură; El a început să stăpânească camerele medicale, s-au dovedit cu încredere ca un antiseptic local.

Dar în curând au dovedit unele laturi negativeDintre care unul sa dovedit a fi stabilitate scăzută: ar putea exista numai în soluții cu privire la concentrația mică. Și ca de obicei, concentrarea nu se potrivește, trebuie îmbunătățită. Și aici a început ...

... și să găsească un inginer Walter

1934 în istoria europeană sa dovedit a fi remarcat de mai multe evenimente. Unii dintre ei tremură sute de mii de oameni, alții au trecut în liniște și neobservată. Primul, desigur, apariția termenului "știința ariena" în Germania poate fi atribuită. În ceea ce privește al doilea, a fost o dispariție bruscă a imprimării deschise a tuturor referințelor la peroxidul de hidrogen. Motivele acestei pierderi ciudate au devenit clare numai după înfrângerea zdrobitoare a "Reich-ului milenal".

Totul a început cu ideea că a venit la Helmut Walter - proprietarul unei mici fabrici în Kiel pentru producția de instrumente exacte, echipamente de cercetare și reactivi pentru instituțiile germane. El a fost capabil, erudit și, important, întreprinzător. A observat că peroxidul de hidrogen concentrat poate rămâne de o perioadă lungă de timp în prezența unor cantități mici de stabilizatori, cum ar fi acidul fosforic sau sărurile sale. Un stabilizator deosebit de eficient a fost acidul urinar: pentru a stabiliza 30 litri de peroxid concentrat, 1 g de acid uric a fost suficient. Dar introducerea altor substanțe, catalizatorii de descompunere duce la o descompunere rapidă a substanței cu eliberarea unei cantități mari de oxigen. Astfel, sa observat prin tentarea perspectivei de reglementare a procesului de descompunere cu substanțe chimice destul de ieftine și simple.

În sine, toate acestea erau cunoscute de mult timp, dar, pe lângă aceasta, Walter a atras atenția asupra celeilalte părți a procesului. Reacția descompunerii peroxidului

2 H. 2 O2 \u003d 2 H2O + O2

procesul este exotermic și este însoțit de eliberarea unei cantități destul de semnificative de energie - aproximativ 197 kJ de căldură. Este foarte mult, atât de mult încât este suficient pentru a aduce la fierbere în două ori mai multă apă decât se formează când se formează descompunerea peroxidului. Nu este surprinzător faptul că toată masa sa transformat imediat într-un nor de gaz supraîncălzit. Dar acesta este un vapor gata - corpul de lucru al turbinelor. Dacă acest amestec supraîncălzit este îndreptat spre lame, vom obține motorul care poate lucra oriunde, chiar dacă aerul este lipsit cronic. De exemplu, într-un submarin ...

Kiel a fost avanpostul construcțiilor de nave subacvatice germane, iar ideea motorului subacvatică la peroxidul de hidrogen a capturat Walter. Ea și-a atras noutatea și, în plus, inginerul Walter era departe de cerșetor. El a înțeles perfect că, în condițiile dictaturii fasciste, cel mai scurt mod de prosperitate - lucrul pentru departamentele militare.

Deja în 1933, Walter a făcut independent un studiu al capacităților energetice ale soluțiilor 2 o2.. Acesta a compilat un grafic al dependenței principalelor caracteristici termofizice din concentrația soluției. Și asta am aflat.

Soluții care conțin 40-65% n 2 o2., descompunerea, sunt încălzite considerabil, dar nu sunt suficiente pentru a forma gaze presiune ridicata. Atunci când se descompune mai multe soluții de căldură concentrate se evidențiază mult mai mult: toate apa se evaporă fără un reziduu, iar energia reziduală este complet cheltuită pe încălzirea Stabazelor. Și ceea ce este încă foarte important; Fiecare concentrație corespundea unei cantități strict definite de căldură eliberată. Și cantitatea strict definită de oxigen. În cele din urmă, cel de-al treilea - chiar stabilizat peroxid de hidrogen este aproape instantaneu descompus sub acțiunea permanganelor de potasiu KMNO 4 Sau calciu CA (MNO 4 )2 .

Walter a reușit să vadă o zonă complet nouă de aplicare a unei substanțe cunoscute mai mult de o sută de ani. Și a studiat această substanță din punctul de vedere al utilizării intenționate. Când și-a adus considerațiile la cele mai înalte cercuri militare, a fost primit o ordine imediată: pentru a clasifica tot ceea ce este conectat cumva cu peroxid de hidrogen. De acum înainte, documentația tehnică și corespondența au apărut "Aurol", "Oxilin", "combustibil T", dar nu este cunoscut peroxid de hidrogen.

Diagrama schematică a unei instalații turbinei de vapori care funcționează pe un ciclu "rece": 1 - șurub de curățare; 2 - cutie de viteze; 3 - turbină; 4 - separator; 5 - Camera de descompunere; 6 - Valve de reglare; 7-pompă electrică de soluție de peroxid; 8 - Containere elastice de soluție de peroxid; 9 - Supapă de îndepărtare nerambursabilă a produselor de descompunere pe peroxid de peroxid.

În 1936, Walter a prezentat prima instalare a flotei subacvatice, care a lucrat la principiul specificat, care, în ciuda frumosului temperatura ridicata, a primit numele "rece". Turbina compactă și ușoară dezvoltată la capacitatea de suprafață de 4000 CP, schimbând pe deplin așteptările constructorului.

Produsele de reacție de descompunere a unei soluții extrem de concentrate de peroxid de hidrogen au fost hrănite în turbină, rotind printr-o unitate înclinată a elicei și apoi retras peste bord.

În ciuda simplității evidente a unei astfel de decizii, au apărut probleme (și unde fără ei!). De exemplu, sa constatat că praful, rugina, alcalii și alte impurități sunt, de asemenea, catalizatori și brusc (și ceea ce este mult mai rău - imprevizibil) accelerează descompunerea peroxidului decât pericolul exploziei. Prin urmare, recipientele elastice din materialul sintetic aplicat la stocarea soluției de peroxid. Aceste capacități au fost planificate să fie plasate în afara cazului durabil, ceea ce a făcut posibilă utilizarea rațional a volumelor libere de spațiu de intercroducție și, în plus, pentru a crea o sub-soluție a soluției de peroxid înainte de pompa de instalare prin presiunea apei de admisie .

Dar o altă problemă a fost mult mai complicată. Oxigenul conținut în gazul de eșapament este destul de slab dizolvat în apă și a emis în mod intenționat locația barcii, lăsând semnul pe suprafața bulelor. Și acest lucru este în ciuda faptului că gazul "inutil" este o substanță vitală pentru navă, proiectată să fie la o adâncime cât mai mult timp posibil.

Ideea de a folosi oxigenul, ca sursă de oxidare a combustibilului, a fost atât de evidentă că Walter a preluat designul paralel al motorului care a lucrat la "ciclul fierbinte". În acest exemplu de realizare, combustibil organic a fost furnizat camerei de descompunere, care a ars în anterior, spre deosebire de oxigen. Capacitatea de instalare a crescut dramatic și, în plus, piesa a scăzut, deoarece produsul de combustie - dioxid de carbon - oxigen semnificativ mai bun se dizolvă în apă.

Walter și-a dat un raport în dezavantajele procesului "rece", dar a demisionat cu ei, așa cum a înțeles că în termeni constructivi o astfel de instalare a energiei ar fi mai ușor de a fi mai ușor decât cu un ciclu "fierbinte", ceea ce înseamnă că este mult mai rapid pentru a construi o barcă și pentru a-și demonstra avantajele.

În 1937, Walter a raportat rezultatele experimentelor sale la conducerea Marinei Germane și a asigurat tuturor în posibilitatea de a crea submarine cu plante de turbină cu gaz de vapori cu o viteză de acumulare fără precedent a cursei subacvatice a mai mult de 20 de noduri. Ca urmare a întâlnirii, sa decis crearea unui submarin cu experiență. În procesul de design, problemele au fost rezolvate nu numai cu utilizarea unei instalații neobișnuite de energie.

Astfel, viteza proiectului de mutare subacvatică a făcut inacceptabilă suprasolicitare a locuințelor utilizate anterior. Marinarii au ajutat marinarii: Au fost testate mai multe modele de corp în trompeta aerodinamică.. În plus, au fost folosite utrele duale pentru a îmbunătăți manipularea manipulării volanului "Junkers-52".

În 1938, în Kiel, primul submarin cu experiență a fost pus în lume cu o instalație de energie la peroxid de hidrogen cu o deplasare de 80 de tone, care a primit desemnarea V-80. Efectuate în 1940 teste asomate literal - turbină relativ simplă și ușoară, cu o capacitate de 2000 CP a permis submarinului să dezvolte o viteză de 28,1 nod sub apă! Adevărat, a fost necesar să se plătească pentru o astfel de viteză fără precedent: rezervorul de peroxid de hidrogen a fost suficient timp de o jumătate sau jumătate sau două ore.

Pentru Germania în timpul celui de-al doilea război mondial, submarinele au fost strategice, deoarece numai cu ajutorul lor, a fost posibilă aplicarea unei daune tangibile economiei Angliei. Prin urmare, în 1941, începe dezvoltarea și apoi construirea unui submarin V-300 cu o turbină de vapori care operează în ciclul "Hot".

Diagrama schematică a unei instalații turbinei de vapori care operează într-un ciclu "fierbinte": 1 - șurub de elice; 2 - cutie de viteze; 3 - turbină; 4 - Motorul electric curat; 5 - separator; 6 - camera de combustie; 7 - un dispozitiv remarcabil; 8 - supapa conductei turnate; 9 - Camera de descompunere; 10 - includerea supapei de duze; 11 - comutator cu trei componente; 12 - Regulator de patru componente; 13 - pompă de soluție de peroxid de hidrogen; paisprezece - pompă de combustibil; 15 - pompa de apă; 16 - răcitor de condens; 17 - pompa de condensare; 18 - Condensator de amestecare; 19 - colectarea gazelor; 20 - compresor de dioxid de carbon

Boat V-300 (sau U-791 - a primit o astfel de scrisoare și denumire digitală) a avut două instalații de motor (Mai precis, trei): Turbină cu gaz Walter, motor diesel și motoare electrice. Un astfel de hibrid neobișnuit a apărut ca urmare a înțelegerii că turbina, de fapt, este un motor forțat. Consumul ridicat de componente de combustibil a făcut pur și simplu neeconomic să comită tranziții lungi de "inactiv" sau o "ascunsă" liniștită a navelor inamicului. Dar a fost pur și simplu indispensabilă pentru îngrijirea rapidă din poziția de atac, schimbări ale locului de atac sau alte situații când "mirosea".

U-791 nu a fost niciodată finalizat și a pus imediat patru submarine pilot de două episoade - WA-201 (WA-WALTER) și WK-202 (WK - Walter-Krupp) de diferite firme de construcție navale. În instalațiile sale de energie, acestea erau identice, dar au fost distinse printr-un penaj pentru furaje și unele elemente de tăiere și carcasă. Din 1943, au început testele lor, care au fost greu, dar până la sfârșitul anului 1944. Toate majore. probleme tehnice Au fost în urmă. În special, U-792 (seria WA-201) a fost testat pentru o gamă completă de navigație, când, având un stoc de peroxid de hidrogen 40 t, a fost de aproape patru ore și jumătate sub turbina de lesing și patru ore au susținut viteza de 19,5 nod.

Aceste cifre au fost atât de lovite de conducerea lui Crymsmarine, care nu așteaptă ca sfârșitul submarinelor experimentate, în ianuarie 1943, industria a emis o comandă de a construi 12 nave de două serii - XVIIB și XVIIG. Cu o deplasare de 236/259 t, au avut o instalație diesel-electrică cu o capacitate de 210/77 CP, lăsată să se deplaseze la o viteză de 9/5 noduri. În cazul unei nevoi de luptă, două PGTU cu o capacitate totală de 5000 CP, care au permis să dezvolte viteza submarinului în 26 de noduri.

Cifra este condiționată, schematic, fără a respecta amploarea, este prezentată dispozitivul submarin cu PGTU (una dintre aceste instalații este reprezentată una). Unele notații: 5 - camera de combustie; 6 - un dispozitiv remarcabil; 11 - Camera de descompunere a peroxidului; 16 - Pompă cu trei componente; 17 - pompă de combustibil; 18 - Pompa de apă (pe baza materialelor http://technicamolodezhi.ru/rubriki_tm/korabli_vmf_velikoy_otechestvennoy_voynyi_1972/v_nadejde_na_totalnuyu_naynu)

Pe scurt, lucrarea PGTU arată în acest fel. Cu ajutorul unei pompe triple un hrană combustibil diesel, peroxid de hidrogen și apă curată printr-un regulator de 4 poziții de furnizare a amestecului în camera de combustie; Când pompa funcționează de 24.000 rpm. Fluxul amestecului a atins următoarele volume: combustibil - 1,845 metri cubi / oră, peroxid de hidrogen - 9,5 metri cubi / oră, apă - 15,85 metri cubi / oră. Dozarea celor trei componente specificate ale amestecului a fost realizată utilizând un regulator de 4 poziții de alimentare al amestecului în raportul de greutate de 1: 9: 10, care a reglementat, de asemenea, cea de-a 4-a componentă - apă de mare, compensând diferența în Greutatea peroxidului de hidrogen și a apei în reglarea camerelor. Elementele reglabile ale regulatorului de 4 poziții au fost determinate de un motor electric cu o capacitate de 0,5 CP Și a asigurat consumul necesar al amestecului.

După un regulator de 4 poziții, peroxidul de hidrogen a intrat în camera de descompunere catalitică prin găurile din capacul acestui dispozitiv; Pe sită a cărui avertisment catalizator - cuburi ceramice sau granule tubulare cu o lungime de aproximativ 1 cm, impregnată cu soluție de permanganat de calciu. Parkaz a fost încălzit la o temperatură de 485 grade Celsius; 1 kg de elemente de catalizator au trecut la 720 kg de peroxid de hidrogen pe oră la o presiune de 30 de atmosfere.

După camera de descompunere, a intrat într-o cameră de combustie de înaltă presiune realizată din oțel călit durabil. Canalele de intrare au servit șase duze, ale căror deschideri laterale au fost servite pentru a trece vaporul, iar centrul - pentru combustibil. Temperatura din partea superioară a camerei a ajuns la 2000 de grade Celsius, iar la partea inferioară a camerei a scăzut la 550-600 de grade datorită injecției în camera de combustie a apei pure. Gazele obținute au fost hrănite cu turbina, după care a fost uzat amestecul aburit a venit la condensatorul instalat pe carcasa turbinei. Cu ajutorul unui sistem de răcire a apei, temperatura temperaturii de ieșire a scăzut la 95 de grade Celsius, condensul a fost colectat în rezervorul de condens și cu o pompă pentru selectarea condensului curge în frigidere de apă de mare utilizând aportul de apă marină de curgere atunci când barca se deplasează în poziția subacvatică. Ca rezultat al trecerii la frigider, temperatura apei rezultate a scăzut de la 95 la 35 grade Celsius și a revenit prin conducta ca apă curată pentru camera de combustie. Rămășițele amestecului de gaze de vapori sub formă de dioxid de carbon și abur sub presiune 6 atmosfere au fost luate din rezervorul de condens cu un separator de gaz și îndepărtate peste bord. Dioxidul de carbon a fost dizolvat relativ rapid în apă de mare, fără a lăsa o pistă vizibilă pe suprafața apei.

După cum se poate observa, chiar și într-o astfel de prezentare populară, PSTU nu arată ca un dispozitiv simplu, care a necesitat implicarea inginerilor și lucrătorilor cu înaltă calificare pentru construcția sa. Construcția submarinelor cu PGTU a fost efectuată într-o aliniere a secretului absolut. Navele au permis un cerc strict limitat de persoane prin liste convenite în cele mai înalte cazuri ale Wehrmacht. În punctele de control se aflau jandarmi, deghizați sub formă de pompieri ... în paralel capacitatea de producție. Dacă în 1939, Germania a produs 6800 de tone de peroxid de hidrogen (în termeni de soluție de 80%), apoi în 1944 deja 24.000 de tone, iar capacitatea suplimentară a fost construită de 90.000 de tone pe an.

Nu având submarine militare cu PGTU, fără a avea experiență în ceea ce privește utilizarea lor de luptă, amiralul brut Denitz difuzat:

Ziua vine când declarăm Churchill un nou război subacvatic. Flota subacvatică nu a fost ruptă de lovituri din 1943. A devenit mai puternic decât înainte. 1944 va fi un an greu, dar un an care va aduce progrese importante.

Denitsa a tras comentatorul radio de stat. El era încă sincer, promițând națiunea "război subacvatic total cu participarea unor submarine complet noi împotriva cărora inamicul va fi neajutorat".

Mă întreb dacă Karl Denitz a reamintit aceste promisiuni puternice pentru cei 10 ani pe care trebuia să o împiedice în închisoare Shpandau, la sentința Tribunalului Nurezberg?

Finala acestor submarine promițătoare a fost deplorabilă: pentru tot timpul 5 (conform altor date - 11) bărci cu PGTU Walter, dintre care doar trei au fost testate și au fost înscriși în compoziția de luptă a flotei. Nu au un echipaj care nu a comis o singură ieșire de luptă, au fost inundate după predarea Germaniei. Doi dintre ei, inundați într-o zonă superficială în zona de ocupație britanică, au fost ulterior ridicate și expediate: U-1406 în SUA și U-1407 în Marea Britanie. Acolo, experții au studiat cu atenție aceste submarine, iar britanicii au efectuat chiar teste de tortură.

Patrimoniul nazist în Anglia ...

Bărbații Walter transportate în Anglia nu au mers pe resturi de metale. Dimpotrivă, experiența amară a celor două războaie mondiale de pe mare a instilat în convingerea britanică în prioritatea necondiționată a forțelor anti-submarine. Printre alte admiralitate, problema creării unui anti-submarin special PL. Sa presupus că le-a desfășurat la abordările bazelor de date ale inamicului, unde trebuiau să atace submarinele inamice cu vedere la mare. Dar, pentru aceasta, submarinele anti-submarine înșiși ar trebui să aibă două calități importante: abilitatea de a fi în secret sub nas la adversar pentru o lungă perioadă de timp și, cel puțin să dezvolte viteze de viteză mare pentru rapperma rapidă cu inamicul și atac brusc. Și germanii le-au prezentat cu un bun spate: Rap și turbină cu gaz. Cea mai mare atenție a fost concentrată asupra PGTU, ca un sistem complet autonom, care, în plus, a oferit cu adevărat viteze subacvatice cu adevărat fantastice pentru acel moment.

U-1407 german a fost escortat în Anglia de către echipajul german, care a fost avertizat de moarte în orice sabotaj. De asemenea, a livrat Helmut Walter. Restaurat U-1407 a fost creditat la marină sub numele "Meteorite". Ea a servit până în 1949, după care a fost îndepărtată din flotă și în 1950 dezmembrați pentru metal.

Mai târziu, în 1954-55 Britanicii au fost construiți două de același tip de experimental PL "Explorer" și "Eccalibur" de design propriu. Cu toate acestea, schimbările se referea numai la aspectul și aspectul interior, ca și pentru PSTU, apoi a rămas aproape în formă pristină.

Ambele bărci nu au devenit progenitorii a ceva nou în flota engleză. Singura realizare - cele 25 de noduri ale mișcării subacvatice primite pe testele "Explorer", care au dat britanicii motivul neagă întreaga lume cu privire la prioritatea lor asupra acestei înregistrări mondiale. Prețul acestei înregistrări a fost, de asemenea, o înregistrare: eșecuri constante, probleme, incendii, explozii au condus la faptul că de cele mai multe ori petrecute în docuri și ateliere de lucru în reparații decât în \u200b\u200bdrumeții și teste. Și aceasta nu numără partea pur financiară: o oră de funcționare a exploratorului a reprezentat 5 000 de lire sterline, care, la rata de timp, este de 12,5 kg de aur. Ei au fost excluși din flota din 1962 (Explorer) și în 1965 ("eccalibur") de ani de zile cu o caracteristică de ucidere a unuia dintre submarinii britanici: "Cel mai bun lucru de-a face cu peroxidul de hidrogen este de a interesa potențialii adversari!"

... și în URSS]
Uniunea Sovietică, spre deosebire de aliații, bărcile din seria XXVI nu au obținut modul în care documentația tehnică nu a ajuns la aceste evoluții: "Aliații" au rămas loiali, care odată ascunsă o ordonată. Dar informațiile și destul de extinse, despre aceste noutăți eșuate ale lui Hitler în URSS au avut. Din moment ce rușii și chimistii sovietici au mers mereu în fruntea științei chimice mondiale, decizia de a studia posibilitățile de astfel de motor interesant Baza pur chimică a fost făcută rapid. Autoritățile de informații au reușit să găsească și să colecteze un grup de specialiști germani care au lucrat anterior în acest domeniu și și-au exprimat dorința de a le continua pe fostul adversar. În special, o astfel de dorință a fost exprimată de unul dintre deputații lui Helmut Walter, un stattski francezi. Stattski și un grup de "inteligență tehnică" privind exportul de tehnologii militare din Germania sub conducerea amiralului L.A. Korshunova, găsită în Germania, firma Brunetra-Kanis Rider, care a fost o selecție în fabricarea instalațiilor Walter de turbină.

Pentru a copia submarinul german cu instalarea de energie a Walter, mai întâi în Germania și apoi în URSS sub conducerea a.a. Antipina a fost creată de Biroul Antipina, de organizația, din care eforturile designerului-șef al submarinelor (căpitanul I rang A.a. Antipina) au fost formate de LPM "Rubin" și SPMM "Malachit".

Sarcina Biroului a fost de a studia și de a reproduce realizările germanilor pe noile submarine (motorină, electrică, abur-bubbină), dar sarcina principală a fost de a repeta vitezele submarinelor germane cu un ciclu Walter.

Ca urmare a lucrărilor efectuate, a fost posibilă restabilirea pe deplin a documentației, fabricarea (parțial din germană, parțial de la nodurile nou fabricate) și să testeze instalarea Barco-Burgerbar a Bărciului German din seria XXVI.

După aceea, sa decis construirea unui submarin sovietic cu motorul Walter. Subiectul dezvoltării unui submarin cu PGTU Walter a primit numele de nume 617.

Alexander Tyklin, care descrie biografia lui Antipina, a scris:

"... A fost primul submarin al URSS, care a trecut valoarea 18-nodală a vitezei subacvatice: timp de 6 ore, viteza sa subacvatică era mai mult de 20 de noduri! Cazul a furnizat o creștere a adâncimii de două ori, adică la o adâncime de 200 de metri. Dar principalul avantaj al noului submarin a fost stabilirea energiei, care a fost uimitoare la momentul inovării. Și nu a fost întâmplător ca vizita la această barcă de către academicieni I.V. Kurchatov și A.P. Alexandrov - Pregătirea pentru crearea de submarine nucleare, nu au putut să se familiarizeze cu primul submarin din URSS, care avea o instalație a turbinei. Ulterior, multe soluții constructive au fost împrumutate în dezvoltarea plantelor energetice atomice ... "

La proiectarea C-99 (această cameră a primit această barcă), a fost luată în considerare experiența sovietică și străină în crearea de motoare unice. Proiectul pre-scăpat finalizat la sfârșitul anului 1947. Barca avea 6 compartimente, turbina era în compartimentul 5 ermetic și nelocuit, panoul de control PSTU, generator diesel și mecanisme auxiliare au fost montate în 4, care au avut și ferestre speciale pentru monitorizarea turbinei. Combustibilul a fost de 103 tone de peroxid de hidrogen, combustibil diesel - 88,5 tone și combustibili speciali pentru turbină - 13,9 tone. Toate componentele au fost în saci și rezervoare speciale în afara carcasei solide. O noutate, spre deosebire de evoluțiile germane și engleze, a fost folosită ca un catalizator care nu este permanganat de potasiu (calciu), ci oxid de mangan MNO2. Fiind un solid, este ușor aplicat la rețea și grila, care nu este pierdută în procesul de lucru, ocupată semnificativ mai puțin spațiu decât soluțiile și nu a depus în timp. Toate celelalte PSTU a fost o copie a motorului Walter.

C-99 a fost considerat o experiență de la început. Ea a elaborat soluția de probleme legate de viteza înaltă subacvatică: forma corpului, controlabilitatea, stabilitatea mișcării. Datele acumulate în timpul funcționării sale sunt permise rațional pentru a proiecta atomii de primă generație.

În 1956-1958, bărcile mari au fost proiectate proiectul 643 cu deplasare de suprafață în 1865 tone și deja cu două PSTU, care trebuiau să ofere o viteză subacvatică cu barcă în 22 de noduri. Cu toate acestea, datorită creării proiectului de schiță al primelor submarine sovietice cu atomic centrale electrice Proiectul a fost închis. Dar studiile privind barca PSTU C-99 nu s-au oprit și au fost transferați în direcția de a examina posibilitatea de a utiliza motorul Walter în torpila Giant dezvoltată T-15 cu o taxă atomică propusă de zahăr pentru a distruge bazele de date navale și SUA porturi. T-15 ar fi trebuit să aibă o lungime de 24 m, o gamă de scufundări de până la 40-50 de mile și să poarte focul de avertizare amonucleară care poate provoca tsunami artificiali pentru a distruge orașele de coastă ale Statelor Unite. Din fericire, și din acest proiect a refuzat, de asemenea.

Pericolul de peroxid de hidrogen nu a afectat marina sovietică. La 17 mai 1959, a avut loc un accident - o explozie în camera motorului. Barca miraculos nu a murit, dar recuperarea ei a fost considerată inadecvată. Barca a fost predată pentru resturile metalice.

În viitor, PGTU nu a obținut distribuția în construcția de nave subacvatice, nici în URSS, fie în străinătate. Succesele de energie nucleară fac posibilă rezolvarea mai reușită a problemei motoarelor subacvatice puternice care nu necesită oxigen.

Va urma…

Ctrl. INTRODUCE

Observă Osh. Bku. Evidențiați textul și faceți clic pe Ctrl + ENTER.

John C. Whitehead, Lawrence Livermore Laboratorul Național L-43, PO Box 808 Livermore, CA 94551 925-423-4847 [E-mail protejat]

Rezumat. Pe măsură ce dimensiunile sateliților dezvoltați scad, devine din ce în ce mai dificil să se selecteze instalațiile motorii (DF), oferind parametrii necesari ai controlabilității și manevrabilității. Gazul comprimat este folosit în mod tradițional pe cele mai mici sateliți. Pentru a crește eficiența și, în același timp, reduceți costul în comparație cu îndepărtarea hidrazină, se propune peroxidul de hidrogen. Toxicitatea minimă și dimensiunile mici de instalare necesare permit mai multe teste în condiții convenabile de laborator. Realizările sunt descrise în direcția creării motoarelor cu costuri reduse și a rezervoarelor de combustibil cu auto-anunț.

Introducere

Tehnologia clasică au ajuns la un nivel ridicat și continuă să evolueze. Este capabil să satisfacă pe deplin nevoile spațiale care cântăresc sute și mii de kilograme. Sistemele trimise la zbor uneori nu trece chiar teste. Se dovedește a fi destul de suficientă pentru a utiliza soluții conceptuale bine cunoscute și pentru a alege nodurile testate în zbor. Din păcate, astfel de noduri sunt de obicei prea mari și grele pentru utilizare în sateliți mici, cântărind zeci de kilograme. Ca urmare, acesta din urmă a trebuit să se bazeze în principal pe motoare care operează pe azot comprimat. Azotul comprimat oferă UI doar 50-70 C [aproximativ 500-700 m / s], necesită rezervoare grele și are densitate scăzută (de exemplu, aproximativ 400 kg / metri cubi. M la o presiune de 5000 psi [aproximativ 35 MPa]) . O diferență semnificativă în prețul și proprietățile Du pe azotul comprimat și pe hidrazină face să caute soluții intermediare.

ÎN anul trecut Investigarea peroxidului de hidrogen concentrat a fost reînviată ca combustibil de rachetă pentru motoarele diferitelor scale. Peroxidul este cel mai atractiv atunci când este utilizat în noile evoluții, în care tehnologiile anterioare nu pot concura direct. Astfel de evoluții sunt sateliții care cântăresc 5-50 kg. Ca combustibil unic, peroxidul are o densitate mare (\u003e 1300 kg / cubi metri) și un impuls specific (UI) într-un vid de aproximativ 150 ° C [aproximativ 1500 m / s]. Deși este semnificativ mai mică decât UI hidrazină, aproximativ 230 s [aproximativ 2300 m / s], alcool sau hidrocarbură în combinație cu peroxidul sunt capabile să ridice UI în intervalul 250-300 s [de la aproximativ 2500 la 3000 m / s ].

Prețul este un factor important aici, deoarece are sens doar pentru a utiliza peroxidul dacă este mai ieftin decât să construiască variante reduse de tehnologii clasice du. Claritatea este foarte probabil să considere că lucrările cu componente otrăvitoare mărește dezvoltarea, verificarea și lansarea sistemului. De exemplu, pentru testarea motoarelor de rachete pe componente otrăvitoare există doar câteva standuri, iar numărul lor scade treptat. În contrast, dezvoltatorii de microsatelit își pot dezvolta propria tehnologie peroxidantă. Argumentul privind siguranța combustibilului este deosebit de important atunci când lucrați cu sisteme puțin accelerate. Este mult mai ușor să faceți astfel de sisteme dacă puteți efectua teste frecvente ieftine. În acest caz, accidentele și scurgerile componentelor combustibilului de rachete ar trebui considerate ca fiind corecte, la fel cum, de exemplu, o situație de urgență pentru a opri un program de calculator atunci când îl depanează. Prin urmare, atunci când lucrați cu combustibili otrăviți, standardul sunt metode de lucru care preferă schimbările evolutive și treptate. Este posibil ca utilizarea combustibililor mai puțin toxici în microsteps să beneficieze de schimbări grave în design.

Lucrarea descrisă mai jos face parte dintr-un program de cercetare mai mare care vizează studierea noilor tehnologii spațiale pentru aplicații mici. Testele sunt completate de prototipurile completate ale microsateliților (1). Subiecte similare, care sunt de interes, includ umpluturi mici, cu o alimentare de pompare de combustibil pentru zboruri către Marte, Lună și înapoi cu costuri financiare mici. Astfel de posibilități pot fi foarte utile pentru trimiterea unui aparat de cercetare mic la traiectoriile deductibile. Scopul acestui articol este de a crea o tehnologie de durată care utilizează peroxid de hidrogen și nu necesită materiale scumpe sau metode de dezvoltare. Criteriul de eficiență în acest caz este o superioritate semnificativă față de posibilitățile furnizate de telecomanda asupra azotului comprimat. O analiză îngrijită a nevoilor de microsatelit ajută la evitarea cerințelor de sistem inutile care își sporesc prețul.

Cerințe pentru tehnologia motorii

În lumea perfectă a satelitului, satelitul trebuie să fie fără sudură, precum și periferice de computer astăzi. Cu toate acestea, nu aveți caracteristicile care nu au alt subsistem de satelit. De exemplu, combustibilul este adesea cea mai masivă parte a satelitului, iar cheltuielile sale pot schimba centrul de masă al dispozitivului. Vectorii de împingere, concepute pentru a schimba viteza satelitului, trebuie, desigur, să treacă prin centrul de masă. Deși problemele asociate schimbului de căldură sunt importante pentru toate componentele satelitului, ele sunt deosebit de complexe pentru du. Motorul creează cele mai fierbinți puncte prin satelit și, în același timp, combustibilul are adesea o gamă mai îngustă de temperatură admisibilă decât alte componente. Toate aceste motive duc la faptul că sarcinile de manevră afectează în mod serios întregul proiect de satelit.

Dacă pentru sistemele electronice, caracteristicile sunt de obicei considerate specificate, atunci nu este așa pentru el. Aceasta se referă la posibilitatea stocării în orbită, incluziuni și opriri ascuțite, capacitatea de a rezista perioadelor de inacțiune arbitrar. Din punctul de vedere al inginerului motorului, definiția sarcinii include un program care arată când și cât timp ar trebui să funcționeze fiecare motor. Aceste informații pot fi minime, dar în orice caz, reduce dificultățile și costurile de inginerie. De exemplu, UA poate fi testat folosind un echipament relativ ieftin dacă nu contează să respecte timpul de funcționare a DU cu o precizie de milisecunde.

Alte condiții, reducând de obicei sistemul, pot fi, de exemplu, necesitatea unei predicții exacte a impulsului și a impulsului specific. În mod tradițional, astfel de informații au făcut posibilă aplicarea corecției precise a vitezei cu un moment de funcționare predeterminat al DU. Având în vedere nivelul modern de senzori și capabilități computaționale disponibile la bordul satelitului, este logic să se integreze accelerația până când se atinge o modificare specificată a vitezei. Cerințele simplificate vă permit să reduceți evoluțiile individuale. Este posibil să se evite presiunea și fluxurile de fixare precise, precum și teste scumpe într-o cameră de vid. Condițiile termice ale vidului, totuși, trebuie încă să ia în considerare.

Cea mai ușoară Motor Maswer - Porniți motorul o singură dată, într-o etapă timpurie a satelitului. În acest caz, condițiile inițiale și timpul de încălzire nu afectează cel puțin. Dispozitivele de scurgere a combustibililor înainte și după manevră nu va afecta rezultatul. Un astfel de scenariu simplu poate fi dificil pentru un alt motiv, de exemplu, datorită câștigului mare de viteză. Dacă accelerația necesară este ridicată, atunci dimensiunea motorului și masa sa devin și mai importante.

Cele mai complexe sarcini ale lucrării DU sunt zeci de mii sau mai multe impulsuri scurte separate de ceas sau minute de inacțiune de-a lungul anilor. Procesele de tranziție la începutul și la sfârșitul pulsului, pierderile termice din dispozitiv, scurgerea combustibilului - toate acestea trebuie minimizate sau eliminate. Acest tip de împingere este tipic pentru sarcina stabilizării cu 3 axe.

Problema complexității intermediare poate fi considerată incluziuni periodice ale du. Exemplele sunt modificări orbite, compensarea pierderilor atmosferice sau modificările periodice în orientarea satelitului stabilizat prin rotație. Un astfel de mod de funcționare se găsește și în sateliții care au volante inerțiale sau care sunt stabilizate de domeniul gravitațional. Astfel de zboruri includ, de obicei, perioade scurte de activitate de înaltă activitate. Acest lucru este important deoarece componentele fierbinți ale combustibilului vor pierde mai puțină energie în timpul unor astfel de perioade de activitate. În același timp, puteți utiliza dispozitive mai simple decât pentru menținerea orientării pe termen lung, astfel încât astfel de zboruri sunt candidați buni pentru utilizarea ușilor lichide ieftine.

Cerințe pentru motorul dezvoltat

Un nivel mic de împingere adecvat pentru manevrele schimbă orbita sateliților mici este aproximativ egală cu cea utilizată pe nave spațiale mari pentru a menține orientarea și orbita. Cu toate acestea, motoarele minore existente de împingere testate în zborurile sunt de obicei concepute pentru a rezolva a doua sarcină. Astfel de noduri suplimentare ca încălzitor electric încălzind sistemul înainte de utilizare, precum și izolarea termică vă permit să atingeți un impuls specific mediu cu numeroase motoare scurte. Dimensiunile și greutatea creșterii echipamentului, care pot fi acceptabile pentru dispozitive mari, dar nu se potrivesc pentru mici. Masa relativă a sistemului de împingere este chiar mai puțin benefică pentru motoarele cu rachete electrice. Motoarele cu arc și ionic au o împingere foarte mică în raport cu masa motoarelor.

Cerințe pentru durata de viață limitează, de asemenea, masa și dimensiunea admisibilă a instalării motorului. De exemplu, în cazul combustibilului cu o singură componentă, adăugarea catalizatorului poate crește durata de viață a serviciului. Motorul sistemului de orientare poate funcționa în cantitate de câteva ore în timpul serviciului. Cu toate acestea, rezervoarele prin satelit pot fi goale în câteva minute dacă există o schimbare suficient de mare a orbitei. Pentru a preveni scurgerile și pentru a asigura închiderea strânsă a supapei, chiar și după ce multe porniri în linii, mai multe supape au fost puse la rând. Supapele suplimentare pot fi nejustificate pentru sateliții mici.

Smochin. 1 arată că motoarele lichide nu pot fi întotdeauna reduse în proporție cu utilizarea pentru sisteme mici de împingere. Motoarele mari ridică de obicei 10 - 30 de ori mai mare decât greutatea lor, iar acest număr crește la 100 pentru motoarele purtătoare de transport cu pompa de combustibil. Cu toate acestea, cele mai mici motoare lichide nu pot chiar să-și ridice greutatea.

Motoarele pentru sateliți sunt greu de făcut mici.

Chiar dacă un mic motor existent este ușor ușor de servit ca motor principal de manevrare a motorului, selectați un set de 6-12 motoare lichide pentru un dispozitiv de 10 kilograme este aproape imposibil. Prin urmare, microșii sunt utilizați pentru orientarea gazului comprimat. Așa cum se arată în fig. 1, există motoare cu gaz cu un raport de tracțiune la masă la fel ca motoarele cu rachete mari. Motoare cu gaz Este pur și simplu o supapă solenoidă cu duză.

În plus față de rezolvarea problemei masei propulsiei, sistemul de gaz comprimat vă permite să obțineți impulsuri mai scurte decât motoarele lichide. Această proprietate este importantă pentru menținerea continuă a orientării pentru zborurile lungi, așa cum se arată în aplicație. Deoarece dimensiunile spațialelor scade, impulsurile din ce în ce mai scurte pot fi destul de suficiente pentru a menține orientarea cu o precizie dată pentru această durată de viață.

Deși sistemele de pe gaz comprimat arată ca un întreg bine pentru utilizarea pe nave spațiale mici, recipientele de stocare a gazelor ocupă un volum destul de mare și cântăresc foarte mult. Rezervoarele compozite moderne pentru stocarea azotului, proiectați pentru sateliți mici, cântăresc la fel de mult ca azotul însuși, în sine. Pentru comparație, rezervoarele pentru combustibilii lichizi în navele spațiale pot stoca combustibilul cântărind până la 30 de mase de rezervoare. Având în vedere greutatea rezervoarelor și motoarelor, ar fi foarte util să stocați combustibilul în formă lichidă și să îl transformați în gaz pentru distribuția între motoarele de sistem de orientare diferite. Astfel de sisteme au fost concepute pentru a utiliza hidrazină în zboruri experimentale subboroatale scurte.

Hidrogen peroxid ca combustibil de rachete

Deoarece combustibilul cu o singură componentă, H2O2 pur se descompune pe oxigen și abur supraîncălzit, având o temperatură puțin mai mare de 1800f [aproximativ 980C - aprox. Per.] În absența pierderilor de căldură. De obicei, peroxidul este utilizat sub forma unei soluții apoase, dar la o concentrație mai mică de 67% din energia de expansiune nu este suficientă pentru a evapora toată apa. Dispozitive de testare pilot în anii 1960. Peroolele de 90% au fost utilizate pentru a menține orientarea dispozitivelor, care au dat temperatura descompunerii adiabatice de aproximativ 1400f și impulsul specific cu procesul de echilibru 160 s. La o concentrație de 82%, peroxidul oferă o temperatură a gazului de 1030F, ceea ce duce la mișcarea principalelor pompe ale rachetei cu rachetă a motorului. Sunt utilizate diferite concentrații deoarece prețul combustibilului crește cu o creștere a concentrației, iar temperatura afectează proprietățile materialelor. De exemplu, aliajele de aluminiu sunt utilizate la temperaturi la aproximativ 500f. Când utilizați procesul adiabatic, limitează concentrația de peroxid la 70%.

Concentrarea și curățarea

Peroxidul de hidrogen este disponibil comercial într-o gamă largă de concentrații, grade de curățare și cantități. Din păcate, recipientele mici de peroxid pur, care ar putea fi utilizate direct ca combustibil, sunt practic disponibile în vânzare. Rocket peroxidul este disponibil în butoaie mari, dar poate să nu fie destul de accesibil (de exemplu, în SUA). În plus, atunci când lucrează cu cantități mari, sunt necesare echipamente speciale și măsuri suplimentare de siguranță, care nu este pe deplin justificată, dacă este necesar, numai în cantități mici de peroxid.

Pentru utilizare în acest proiect, 35% peroxid este cumpărat în recipiente din polietilenă cu un volum de 1 galon. În primul rând, se concentrează la 85%, apoi curățată pe instalația prezentată în fig. 2. Această variantă a metodei utilizate anterior simplifică schema de instalare și reduce necesitatea curățării pieselor de sticlă. Procesul este automatizat, astfel încât pentru obținerea a 2 litri de peroxid pe săptămână necesită doar umplerea și golirea zilnică a vaselor. Desigur, prețul pe litru este ridicat, dar suma totală este încă justificată pentru proiecte mici.

În primul rând, în două litri ochelari pe sobe electrice din dulapul de evacuare, cea mai mare parte a apei sunt evaporate în timpul perioadei controlate de cronometrul la ora 18. Volumul de fluid din fiecare sticlă scade cu patru solide, la 250 ml sau aproximativ 30% din masa inițială. Când evaporarea, se pierde un sfert din moleculele inițiale de peroxid. Rata de pierdere crește cu o concentrație, astfel încât, pentru această metodă, limita de concentrație practică este de 85%.

Instalarea din stânga este un vaporizator de vid rotativ disponibil în comerț. Soluția 85% având aproximativ 80 ppm impurități străine este încălzită de cantități de 750 ml pe o baie de apă la 50 ° C. Instalarea este acceptată de un vid nu mai mare de 10 mm Hg. Artă. Care asigură o distilare rapidă timp de 3-4 ore. Condensul curge în recipientul din stânga de mai jos, cu pierderi mai mici de 5%.

Baia cu pompă cu jet de apă este vizibilă în spatele vaporizatorului. Are două pompe electrice, dintre care una furnizează apă la pompa cu jet de apă, iar al doilea circulă apa prin congelator, frigiderul de apă al vaporizatorului rotativ și baia în sine, menținând temperatura apei chiar deasupra zeroului, care se îmbunătățește atât condensarea vaporilor în frigider, cât și în vid în sistem. Pachi de pachete care nu au condensat pe frigider intră în baie și crescute la o concentrație sigură.

Peroxidul de hidrogen pur (100%) este semnificativ dens (1,45 ori la 20 ° C), astfel încât intervalul de sticlă plutitor (în intervalul de 1,2-1,4) determină de obicei concentrația cu o precizie de până la 1%. Așa cum au fost achiziționate inițial, peroxidul și soluția distilată au fost analizate în conținutul impurităților, așa cum se arată în tabelul. 1. Analiza a inclus spectroscopia de emisie de plasmă, cromatografia ionică și măsurarea conținutului complet de carbon organic (TOC organic total). Rețineți că fosfat și staniu sunt stabilizatori, sunt adăugați sub formă de săruri de potasiu și sodiu.

Tabelul 1. Analiza soluției de peroxid de hidrogen

Măsuri de siguranță la manipularea peroxidului de hidrogen

H2O2 se descompune pe oxigen și apă, prin urmare nu are toxicitate pe termen lung și nu reprezintă un pericol pentru mediu. Cele mai frecvente probleme din peroxidul are loc în timpul contactului cu picăturile din piele, prea mici pentru a detecta. Acest lucru cauzează pete temporare non-periculoase, dar dureroase, care trebuie decolorate care trebuie să fie laminate cu apă rece.

Acțiunea asupra ochilor și a plămânilor sunt mai periculoase. Din fericire, presiunea vaporilor de peroxid este destul de scăzută (2 mm Hg. Artă. La 20 ° C). Ventilația de evacuare acceptă cu ușurință concentrația sub limita respiratorie în 1 ppm instalat de OSHA. Peroxidul poate fi depășit între recipientele deschise peste pliuri în caz de deversare. Pentru comparație, N2O4 și N2H4 trebuie să fie în mod constant în recipiente sigilate, un aparat special de respirație este adesea folosit atunci când lucrați cu ei. Acest lucru se datorează presiunii lor semnificativ mai mari a vaporilor și limitarii concentrației în aer la 0,1 ppm pentru N2H4.

Spălarea apei peroxidului vărsate nu o face periculoasă. În ceea ce privește cerințele de îmbrăcăminte de protecție, costumele incomode pot crește probabilitatea strâmtoarei. Când lucrați cu cantități mici, este posibil ca acesta să fie mai important să urmați problemele de confort. De exemplu, lucrul cu mâinile ude este o alternativă rezonabilă pentru a lucra în mănuși care pot sări chiar și stropi dacă procedează.

Deși peroxidul lichid nu se descompune în masă sub acțiunea sursei de incendiu, perechea de peroxid concentrat poate fi detectată cu efecte nesemnificative. Acest pericol potențial pune limita volumului de producție a instalației descrise mai sus. Calculele și măsurătorile arată un grad foarte ridicat de securitate pentru aceste volume mici de producție. În fig. 2 Aerul este tras în goluri de ventilație orizontale situate în spatele dispozitivului, la 100 cfm (picioare cubice pe minut, aproximativ 0,3 metri cubi pe minut) de-a lungul a 6 picioare (180 cm) de masă de laborator. Concentrația de vapori sub 10 ppm a fost măsurată direct peste ochelarii de concentrare.

Utilizarea unor cantități mici de peroxid după reproducere nu conduce la consecințe asupra mediului, deși contrazice cea mai strictă interpretare a regulilor de eliminare a deșeurilor periculoase. Agent de oxidare a peroxidului și, prin urmare, potențial inflamabil. În același timp, totuși, este necesar ca prezența materialelor combustibile, iar anxietatea nu este justificată atunci când lucrează cu cantități mici de materiale datorate disipării căldurii. De exemplu, petele umede pe țesuturi sau hârtie liberă vor opri flacăra urâtă, deoarece peroxidul are o capacitate de căldură specifică ridicată. Containerele pentru stocarea peroxidului trebuie să aibă găuri de ventilație sau supape de siguranță, deoarece descompunerea treptată a peroxidului pe oxigen și apă mărește presiunea.

Compatibilitatea materialelor și a descărcărilor atunci când sunt stocate

Compatibilitatea dintre peroxidul concentrat și materialele structurale include două clase diferite de probleme care trebuie evitate. Contactul cu peroxidul poate duce la deteriorarea materialelor, așa cum se întâmplă cu mulți polimeri. În plus, rata de descompunere a peroxidului diferă foarte mult în funcție de materialele de contabile. În ambele cazuri, există un efect al acumulării efectelor cu timpul. Astfel, compatibilitatea ar trebui exprimată în valori numerice și este luată în considerare în contextul aplicării și nu este considerată o proprietate simplă, fie că este acolo, fie nu. De exemplu, o cameră de motor poate fi construită dintr-un material care nu este potrivit pentru utilizarea rezervoarelor de combustibil.

Lucrările istorice includ experimente privind compatibilitatea cu eșantioanele de materiale efectuate în vase de sticlă cu peroxid concentrat. În menținerea tradiției, navele de etanșare mici au fost făcute din probe de testare. Observațiile pentru schimbarea presiunii și a vaselor arată rata de descompunere și scurgeri de peroxid. În plus față de aceasta, posibila creștere a volumului sau slăbirea materialului devine vizibilă, deoarece pereții navelor sunt expuși la presiune.

Fluoropolmerii, cum ar fi politetrafluoretilenă (politetraflurtilen), policlochlorotrocurotilenă) și fluorură de poliviniliden (PLDF - poliviniliden) nu sunt descompuse sub acțiunea peroxidului. Ele conduc, de asemenea, la o încetinire a descompunerii peroxidului, astfel încât aceste materiale să poată fi utilizate pentru a acoperi rezervoarele sau containerele intermediare dacă au nevoie să stocheze combustibil timp de câteva luni sau ani. În mod similar, compactorii de la Fluoroolastomer (de la standardul "Witon") și lubricanții care conțin fluor sunt destul de potriviți pentru contactul pe termen lung cu peroxidul. Plasticul din policarbonat este surprinzător de nu este afectat de peroxidul concentrat. Acest material care nu formează fragmente este utilizat ori de câte ori este necesară transparența. Aceste cazuri includ crearea de prototipuri cu o structură internă complexă și rezervoare în care este necesar să se vadă nivelul lichidului (vezi figura 4).

Descompunere Când contactați materialul Al-6061-T6 este de mai multe ori mai rapid decât cu cele mai compatibile aliaje de aluminiu. Acest aliaj este durabil și ușor accesibil, în timp ce aliajele cele mai compatibile au o rezistență suficientă. Deschideți suprafețele pur aluminiu (adică al-6061-T6) sunt salvate timp de mai multe luni la contactul cu peroxidul. Acest lucru este în ciuda faptului că apa, de exemplu, oxidizează aluminiu.

Contrar recomandări stabilite istoric, operațiuni complexe de curățare care utilizează curățătorii de sănătate nu sunt necesare pentru majoritatea aplicațiilor. Cele mai multe părți ale dispozitivelor utilizate în această lucrare cu peroxid concentrat au fost pur și simplu spălate cu apă cu pulbere de spălare la 110f. Rezultatele preliminare arată că o astfel de abordare este aproape la fel de bună ca și procedurile de curățare recomandate. În particular, spălarea navei din PVDF în timpul zilei cu acid azotic 35% reduce rata de descompunere de numai 20% pentru o perioadă de 6 luni.

Este ușor de calculat faptul că descompunerea unui procent din peroxidul conținut în vasul închis cu volum liber de 10%, ridică presiunea la aproape 600psi (kilograme per inch pătrat, adică aproximativ 40 de atmosfere). Acest număr arată că reducerea eficienței peroxidului cu o scădere a concentrației sale este semnificativ mai puțin importantă decât considerentele de securitate în timpul depozitării.

Zborurile spațiale de planificare care utilizează peroxid concentrat necesită o examinare completă a nevoii posibile de resetare a presiunii prin ventilarea rezervoarelor. Dacă funcționarea sistemului motor începe timp de zile sau săptămâni de la începutul pornirii, volumul gol al rezervoarelor poate crește imediat de mai multe ori. Pentru astfel de sateliți, are sens să se facă rezervoarele din metal. Perioada de depozitare, desigur, include timpul atribuit asigurării.

Din păcate, regulile formale de lucru cu combustibilul, care au fost dezvoltate ținând cont de utilizarea componentelor extrem de toxice, interzice, de obicei, sisteme automate de ventilație pe echipamentul de zbor. Utilizate de obicei sisteme de urmărire a presiunii costisitoare. Ideea îmbunătățirii siguranței prin interzicerea supapelor de ventilație contravine practicii normale "pământești" atunci când lucrează cu sisteme de presiune lichidă. Este posibil ca această întrebare să trebuiască să revizuiască în funcție de faptul că racheta purtătoare este utilizată la pornire.

Dacă este necesar, descompunerea peroxidului poate fi menținută la 1% pe an sau mai mică. În plus față de compatibilitatea cu materialele rezervoare, coeficientul de descompunere este extrem de dependent de temperatură. Este posibil să fie posibilă stocarea peroxidului pe termen nelimitat în zborurile spațiale dacă este posibilă înghețarea. Peroxidul nu se extinde în timpul înghețării și nu creează amenințări pentru supape și țevi, așa cum se întâmplă cu apa.

Deoarece peroxidul se descompune pe suprafețe, o creștere a raportului volum la suprafață poate crește durata de valabilitate. Analiza comparativă cu eșantioane de 5 Cu. Vedeți și 300 de metri cubi. cm confirmă această concluzie. Un experiment cu 85% peroxid în 300 de containere cu. Vezi, realizată din PVDF, a arătat coeficientul de descompunere la 70f (21c) 0,05% pe săptămână sau 2,5% pe an. Extrapolarea de până la 10 litri rezervoare oferă rezultatul a aproximativ 1% pe an la 20 ° C.

În alte experimente comparative care utilizează PVDF sau PVDF acoperire pe aluminiu, peroxid, având de 80 de aditivi de stabilizare a PPM, descompuse doar cu 30% mai lentă decât peroxidul purificat. Acest lucru este de fapt bun că stabilizatorii nu cresc foarte mult durata de valabilitate a peroxidului în rezervoarele cu zboruri lungi. După cum se arată în următoarea secțiune, acești aditivi sunt puternic interferați cu utilizarea peroxidului în motoare.

Dezvoltarea motorului

Microsatetul planificat necesită inițial o accelerație de 0,1 g pentru a controla o masă de 20 kg, adică aproximativ 4,4 kilograme de forță [aproximativ 20N] împingeți în vid. Deoarece multe proprietăți ale motoarelor obișnuite de 5 lire nu au fost necesare, a fost dezvoltată o versiune specializată. Numeroase publicații considerate blocuri de catalizatori pentru utilizare cu peroxid. Debitul de masă pentru astfel de catalizatori este estimat, aproximativ 250 kg pe metru pătrat de catalizator pe secundă. Schițele motoarelor în formă de clopot folosite pe blocuri de mercur și Centaur arată că doar aproximativ un sfert din acesta a fost utilizat efectiv în timpul eforturilor de direcție de aproximativ 1 kilogram [aproximativ 4.5n]. Pentru această aplicație, un bloc de catalizator a fost selectat cu un diametru de 9/16 inci [aproximativ 14 mm]. Debitul de masă este de aproximativ 100 kg pe pătrat. M pe secundă va da aproape 5 kilograme de împingere la un impuls specific în 140 ° C [aproximativ 1370 m / s].

Catalizator pe bază de argint

Plasă de sârmă de argint și plăci de nichel acoperite cu argint au fost utilizate pe scară largă în trecut pentru cataliză. Sârmă de nichel ca bază mărește rezistența la căldură (pentru concentrații de peste 90%) și mai ieftine pentru aplicarea în masă. Argintul curat a fost selectat pentru datele de cercetare pentru a evita procesul de acoperire al nichelului și, de asemenea, deoarece metalul moale poate fi tăiat cu ușurință în benzi, care sunt apoi pliate în inele. În plus, problema uzurii suprafeței poate fi evitată. Am folosit grile ușor accesibile cu 26 și 40 de fire pe un centimetru (diametrul de sârmă corespunzător de 0,012 și 0,009 inci).

Compoziția suprafeței și mecanismul operației de catalizator este complet neclară, după cum rezultă dintr-o varietate de afirmații inexplicabile și contradictorii din literatură. Activitatea catalitică a suprafeței argintului pur poate fi îmbunătățită prin aplicarea azotatului de samariu cu calcinare ulterioară. Această substanță se descompune pe oxidul de samariu, dar poate, de asemenea, să oxideze argintul. Alte surse în plus față de aceasta se referă la tratamentul acidului azotic pur argint, care dizolvă argintul, dar este, de asemenea, un agent de oxidare. Un mod mai simplu se bazează pe faptul că un catalizator pur de argint poate crește activitatea atunci când este utilizat. Această observație a fost verificată și confirmată, ceea ce a dus la utilizarea unui catalizator fără un azotat de Samaria.

Oxidul de argint (AG2O) are o culoare maronie-negru, iar peroxidul de argint (AG2O2) are o culoare gri-negru. Aceste culori au apărut unul după altul, arătând că argintul oxidat treptat din ce în ce mai mult. Cea mai tânără culoare corespundea celei mai bune acțiuni ale catalizatorului. În plus, suprafața a fost din ce în ce mai inegală în comparație cu argintul "proaspăt" atunci când este analizat sub microscop.

Sa constatat o metodă simplă de verificare a activității catalizatorului. Cani separate ale ochiului de argint (diametrul 9/16 inch [aproximativ 14 mm] au fost suprapuse pe picături de peroxid pe suprafața oțelului. Doar grila de argint achiziționată a provocat un "hiss" lent. Catalizatorul cel mai activ este în mod repetat (de 10 ori) cauzat un flux de abur timp de 1 secundă.

Acest studiu nu dovedește că argintul oxidat este un catalizator sau că întunecarea observată se datorează în principal oxidării. Mențiunea este de remarcat, de asemenea, că atât oxidul de argint, sunt cunoscuți că se descompun cu temperaturi relativ scăzute. Excesul de oxigen în timpul funcționării motorului poate schimba echilibrul de reacție. Încercările de a afla experimental importanța oxidării și a neregulilor suprafeței rezultatului neechivoc nu a dat. Încercările au inclus o analiză a suprafeței utilizând spectroscopia fotoelectronului cu raze X (spectroscopie fotoelectronică cu raze X, XPS), cunoscută și ca analizor chimic pe spectroscopică electronică (analiza chimică de spectroscopie electronică, ESCA). S-au făcut, de asemenea, încercările de a elimina probabilitatea de poluare a suprafețelor în rețelele de argint proaspăt trase, care s-au înrăutățit activitatea catalitică.

Controalele independente au arătat că nici nitratul Samaria, nici produsul său de descompunere solidă (care este probabil oxid) nu catalizează descompunerea peroxidului. Poate însemna că tratamentul cu nitrați de samariu poate funcționa prin oxidarea argintului. Cu toate acestea, există și o versiune (fără o justificare științifică) că tratamentul azotatului de samariu împiedică aderența bulelor de produse de descompunere gazoasă pe suprafața catalizatorului. În lucrarea de față, în cele din urmă, dezvoltarea motoarelor ușoare a fost considerată mai importantă decât soluția puzzle-urilor de cataliză.

Schema motorului

În mod tradițional, construcția sudată din oțel este utilizată pentru motoarele peroxide. Mai mare decât oțelul, coeficientul de expansiune termică a argintului duce la compresia ambalajului catalizatorului de argint atunci când este încălzit, după care apar sloturile dintre ambalaj și pereții camerei după răcire. Pentru ca peroxidul lichid să eludeze ochiul catalizatorului pentru aceste sloturi, sigiliile inelare dintre rețele sunt de obicei utilizate.

În schimb, în \u200b\u200baceastă lucrare au fost obținute rezultate destul de bune folosind camerele de motor realizate din bronz (aliaj de cupru C36000) pe strung. Bronzul este ușor procesat și, în plus, coeficientul de expansiune termic este aproape de coeficientul de argint. La temperatura de descompunere a peroxidului de 85%, aproximativ 1200f [aproximativ 650C], bronzul are o rezistență excelentă. Această temperatură relativ scăzută vă permite, de asemenea, să utilizați un injector de aluminiu.

O astfel de alegere a materialelor ușor prelucrate și a concentrațiilor de peroxid, ușor de realizat în condiții de laborator, este o combinație destul de reușită pentru experimente. Rețineți că utilizarea peroxidului de 100% ar duce la topirea atât a catalizatorului cât și a pereților camerei. Alegerea rezultată este un compromis între preț și eficiență. Este demn de remarcat faptul că camerele de bronz sunt folosite pe motoarele RD-107 și RD-108 aplicate pe un transportator de succes ca o alianță.

În fig. 3 prezintă o variantă a motorului luminos care se înșurubează direct la baza supapei lichide a unei mașini de manevră mici. La stânga - 4 grame de injector de aluminiu cu etanșare fluoroalastomer. Catalizatorul de argint de 25 de grame este împărțit pentru ao arăta din diferite părți. Dreapta - placă de 2 grame care susține grila de catalizator. Masa completă. Piese afișate în figură - aproximativ 80 de grame. Unul dintre aceste motoare a fost utilizat pentru controalele terestre ale aparatului de cercetare de 25 de kilograme. Sistemul a lucrat în conformitate cu proiectul, inclusiv utilizarea de 3,5 kilograme de peroxid fără o pierdere vizibilă de calitate.

Supapa solenoidală disponibilă de 150 grame a acțiunii directe, având o gaură de 1,2 mm și o bobină de 25 de ohmi, controlată de o sursă de 12 volți, a arătat rezultate satisfăcătoare. Suprafața supapei care vine în contact cu lichidul constă din oțel inoxidabil, aluminiu și vot. Masa completă este favorabilă diferită de masă de peste 600 de grame pentru un motor de 3 kilograme [aproximativ 13N] utilizat pentru a menține orientarea stadiului centaurian până în 1984.

Testarea motorului

Motorul conceput pentru a efectua experimente a fost oarecum mai greu decât final, astfel încât a fost posibil să se testeze, de exemplu, efectul mai multor catalizator. Duza a fost înșurubată separat la motor, ceea ce a făcut posibilă personalizarea catalizatorului în dimensiune, ajustarea forței de strângere a șuruburilor. Puțin mai mare decât duzele de curgere au fost conectori pentru senzorii de presiune și temperatura gazului.

Smochin. 4 prezintă instalarea pregătită pentru experiment. Experimentele directe în condițiile de laborator sunt posibile datorită utilizării de combustibil suficient de inofensiv, a valorilor cu tijă scăzută, a funcționării în condiții normale de interior și a presiunii atmosferice și aplicarea dispozitivelor simple. Pereții protectori ai instalației sunt realizați din foi de policarbonat de grosimi în jumătate: aproximativ 12 mm], care sunt instalate pe cadrul din aluminiu, în bună ventilație. Panourile au fost testate pentru o forță de spălare în 365.000 N * C / m ^ 2. De exemplu, un fragment de 100 de grame, care se deplasează cu o viteză supersonică de 365 m / s, opriți dacă cursa de 1 kV. cm.

În fotografie, camera de motor este orientată vertical, chiar sub conducta de eșapament. Senzorii de presiune la intrarea în injector și presiunea din interiorul camerei sunt situate pe platforma scalelor care măsoară pofta. Performanțele digitale și indicatorii de temperatură sunt în afara pereților de instalare. Deschiderea supapei principale include o gamă mică de indicatori. Înregistrarea datelor se efectuează prin instalarea tuturor indicatorilor din câmpul de vizibilitate al camerei video. Măsurătorile finale au fost efectuate utilizând o cretă sensibilă la căldură, care a condus o linie de-a lungul lungimii camerei de cataliză. Schimbarea culorii corespunde temperaturilor de peste 800 f [aproximativ 430C].

Capacitatea cu peroxid concentrat este localizată în partea stângă a cântarelor pe un suport separat, astfel încât schimbarea masei combustibilului nu afectează măsurarea împințuirii. Cu ajutorul greutăților de referință, a fost verificată că tuburile, aducând peroxidul la cameră, sunt destul de flexibile pentru a obține precizia măsurătorilor în valoare de 0,01 kilograme [aproximativ 0,04N]. Capacitatea de peroxid a fost realizată dintr-o țeavă mare de policarbonat și este calibrată astfel încât schimbarea nivelului fluidului să poată fi utilizată pentru a calcula UI.

Parametrii motorului

Motorul experimental a fost testat în mod repetat în 1997. Rulațiile precoce utilizate de limitare a injectorului și dimensiunea critică critică, la presiuni foarte scăzute. Eficiența motorului, așa cum sa dovedit a fi strâns corelată cu activitatea catalizatorului cu un singur strat utilizat. După obținerea unei descompuneri fiabile, presiunea din rezervor a fost înregistrată la 300 psig [aproximativ 2,1 MPa]. Toate experimentele au fost efectuate la temperatura inițială a echipamentelor și combustibilului în 70f [aproximativ 21C].

Lansarea inițială pe termen scurt a fost efectuată pentru a evita un început "umed" la care a apărut o evacuare vizibilă. În mod tipic, începutul inițial a fost efectuat în 5 s la consum<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.

Lungimea catalizatorului de argint a fost redusă cu succes de la un conservator de 2,5 inci [aproximativ 64 mm până la 1,7 inci [aproximativ 43 mm]. Schema finală a motorului a avut 9 găuri cu un diametru de 1/64 inci [aproximativ 0,4 mm] într-o suprafață plană a injectorului. Secțiunea critică a dimensiunii de 1/8 inci a făcut posibilă obținerea unei forțe de forță de 3,3 kilograme la o presiune în camera PSIG 220 și diferența de presiune 255 psig între supapă și secțiunea critică.

Combustibil distilat (tabelul 1) a dat rezultate stabile și măsurători de presiune stabile. După o perioadă de 3 kg de combustibil și 10 începe, un punct cu o temperatură de 800F a fost pe cameră la o distanță de 1/4 centimetri de pe suprafața injectorului. În același timp, pentru comparație, timpul de performanță al motorului la 80 de impurități PPM a fost inacceptabil. Fluctuațiile de presiune în cameră la o frecvență de 2 Hz au atins o valoare de 10% după ce a petrecut doar 0,5 kg de combustibil. Punctul de temperatură este de 800f plecat de peste 1 centimetru de la injector.

Câteva minute în acid azotic 10% au restabilit un catalizator într-o stare bună. În ciuda faptului că, împreună cu poluarea, o anumită cantitate de argint a fost dizolvată, activitatea catalizatorului a fost mai bună decât după tratamentul cu acid azotic al unui nou catalizator nou utilizat.

Trebuie remarcat faptul că, deși timpul de încălzire a motorului este calculat de secunde, sunt posibile emisii semnificative mai scurte dacă motorul este deja încălzit. Răspunsul dinamic al subsistemului lichid al tracțiunii de 5 kg pe porțiunea liniară a arătat timpul de puls în scurt, decât în \u200b\u200b100 ms, cu un impuls cu transmisie de aproximativ 1 h * p. În particular, offsetul a fost de aproximativ +/- 6 mm la o frecvență de 3 Hz, cu o limitare stabilită de sistemul de viteză a sistemului.

Opțiuni pentru construirea du

În fig. 5 prezintă unele dintre circuitele motoare posibile, deși, desigur, nu toate. Toate schemele de lichid sunt adecvate pentru utilizarea peroxidului și fiecare poate fi, de asemenea, utilizat pentru un motor cu două componente. Rândul de sus enumeră schemele utilizate în mod obișnuit pe sateliții cu componente tradiționale de combustibil. Numărul mediu indică modul de utilizare a sistemelor pe un gaz comprimat pentru sarcini de orientare. Scheme mai complexe care permit potențial să obțină o greutate mai mică a echipamentului, prezentată în rândul inferior. Pereții rezervoarelor prezintă schematic diferite niveluri de presiune tipice pentru fiecare sistem. De asemenea, observăm diferența dintre denumirile pentru EDD și du care lucrează pe gazul comprimat.

Scheme tradiționale

Opțiunea A a fost utilizată pe unii dintre cei mai mici sateliți datorită simplității sale și, de asemenea, deoarece sistemele de pe gaz comprimat (supapele cu duze) pot fi foarte ușor și mici. Această opțiune a fost de asemenea utilizată pe nave spațiale mari, de exemplu, un sistem de azot pentru menținerea orientării stației Skylab în anii 1970.

Realizarea B este cea mai simplă schemă de lichid și a fost testat în mod repetat în zboruri cu hidrazină drept combustibil. Presiunea de susținere a gazului în rezervor durează de obicei un sfert de rezervor în timpul începerii. Gazul se extinde treptat în timpul zborului, astfel încât ei spun că presiunea "suflă". Cu toate acestea, scăderea presiunii reduce atât pofurile, cât și UI. Presiunea maximă a fluidului în rezervor are loc în timpul lansării, ceea ce mărește masa rezervoarelor din motive de securitate. Un exemplu recent este dispozitivul prospectorului lunar, care avea aproximativ 130 kg de hidrazină și 25 kg de greutate a du.

Varianta C este utilizată pe scară largă cu combustibili tradiționali otrăvuri otrăvuri și cu două componente. Pentru cei mai mici sateliți, este necesar să se adauge pe gaz comprimat pentru a menține orientarea, așa cum este descris mai sus. De exemplu, adăugarea de du pe un gaz comprimat la varianta C duce la opțiunea D. Sistemele de motor de acest tip, care lucrează la azot și peroxid concentrat, au fost construite în laboratorul Laurenov (LLNL), astfel încât să puteți experimenta în siguranță orientarea Sisteme de prototipuri de microteps care operează pe non-combustibili.

Menținerea orientării cu gaze fierbinți

Pentru cei mai mici sateliți pentru a reduce alimentarea cu gaz și rezervoare comprimate, este logic să se facă un sistem de sistem de orientare care rulează pe gaze fierbinți. La nivelul de împingere mai mic de 1 kilogram de forță [aproximativ 4,5, sistemele existente pe gaz comprimat sunt mai ușoare decât EDD-ul unu component, o ordine de mărime (figura 1). Controlul fluxului de gaz, impulsurile mai mici pot fi obținute decât controlul fluidului. Cu toate acestea, să aibă un gaz inert comprimat la bord ineficient datorită volumului mare și masa rezervoarelor sub presiune. Din aceste motive, aș dori să generez gaz pentru a menține orientarea de la lichid ca dimensiuni de satelit scăzând. În spațiu, această opțiune nu a fost încă utilizată, dar în versiunea de laborator E a fost testat utilizând hidrazina, așa cum s-a menționat mai sus (3). Nivelul miniaturizării componentelor a fost foarte impresionant.

Pentru a reduce în continuare masa echipamentului și a simplifica sistemul de stocare, este de dorit să se evite în general capacitățile de stocare a gazelor. Opțiunea F este potențial interesantă pentru sistemele miniaturale pe peroxid. Dacă înainte de începerea muncii, este necesară o depozitare pe termen lung a combustibilului pe orbită, sistemul poate începe fără presiune inițială. În funcție de spațiul liber din rezervoare, dimensiunea rezervoarelor și a materialului lor, sistemul poate fi calculat pentru pomparea presiunii la un moment predeterminat în zbor.

În versiunea D, există două surse independente de combustibil, pentru a manevra și menține orientarea, ceea ce îl face separat să ia în considerare debitul pentru fiecare dintre aceste funcții. Sistemele E și F care produc gaze fierbinți pentru a menține orientarea combustibilului utilizate pentru manevră au o mai mare flexibilitate. De exemplu, neutilizate atunci când combustibilul de manevră poate fi utilizat pentru a extinde durata de viață a satelitului, care trebuie să-și mențină orientarea.

Idei Samonaduva.

Doar opțiuni mai complexe în ultimul rând. 5 poate face fără rezervor de stocare a gazului și, în același timp, asigurați o presiune constantă ca consum de combustibil. Acestea pot fi lansate fără pompa inițială sau presiunea scăzută, ceea ce reduce masa rezervoarelor. Absența gazelor comprimate și a fluidelor de presiune reduce pericolele la început. Acest lucru poate duce la reduceri semnificative ale valorii în măsura în care echipamentul standard achiziționat este considerat a fi sigur pentru a lucra cu presiuni scăzute și nu componente prea otrăvitoare. Toate motoarele din aceste sisteme utilizează un singur rezervor cu combustibil, ceea ce asigură o flexibilitate maximă.

Variantele G și H pot fi numite sisteme lichide de "gaz fierbinte sub presiune" sau "suflare", precum și "gaz din lichid" sau "auto-trunchi". Pentru supravegherea controlată a rezervorului, combustibilul uzat este necesar pentru a crește presiunea.

Realizarea G utilizează un rezervor cu o membrană deflectată prin presiune, astfel încât presiunea fluidului deasupra presiunii gazului. Acest lucru poate fi realizat folosind o supapă diferențială sau o diafragmă elastică care împărtășește gazul și lichidul. Accelerația poate fi de asemenea utilizată, adică Gravitatea în aplicații la sol sau în forța centrifugă într-o navă spațială rotativă. Opțiunea H funcționează cu orice rezervor. O pompă specială pentru menținerea presiunii asigură circulația printr-un generator de gaze și înapoi la un volum liber în rezervor.

În ambele cazuri, controlerul lichid previne apariția feedback-ului și apariția unor presiuni arbitrar mai mari. Pentru funcționarea normală a sistemului, o supapă suplimentară este inclusă în mod secvențial cu regulatorul. În viitor, acesta poate fi utilizat pentru a controla presiunea în sistem în cadrul presiunii regulatorului instalat. De exemplu, manevrele de schimbare a orbitei vor fi făcute sub presiune deplină. Presiunea redusă va permite obținerea unei întrețineri mai precise a orientării a 3 axe, menținând în același timp combustibilul pentru a extinde durata de viață a dispozitivului (a se vedea apendicele).

De-a lungul anilor, experimentele cu pompe de diferență au fost efectuate atât în \u200b\u200bpompe, cât și în rezervoare și există multe documente care descriu astfel de structuri. În 1932, Robert H. Goddard și alții au construit o pompă condusă de o mașină pentru a controla azotul lichid și gazos. Au fost făcute mai multe încercări între 1950 și 1970, în care au fost luate în considerare opțiunile G și H pentru zborurile atmosferice. Aceste încercări de reducere a volumului au fost efectuate pentru a reduce rezistența parbrizului. Aceste lucrări au fost întrerupte ulterior cu dezvoltarea pe scară largă a rachetelor de combustibil solid. Lucrul la sistemele de auto-adecvare și supapele diferențiale au fost efectuate relativ recent, cu unele inovații pentru aplicații specifice.

Sistemele de stocare a combustibililor lichide cu auto-anunțuri nu au fost considerate în mod serios pentru zboruri pe termen lung. Există mai multe motive tehnice pentru a dezvolta un sistem de succes, este necesar să se asigure proprietăți bine previzibile ale forței de muncă în timpul întregii durată de viață a DU. De exemplu, un catalizator suspendat într-un gaz de alimentare cu gaz poate descompune combustibilul în interiorul rezervorului. Acesta va necesita separarea rezervoarelor, ca în versiunea G, pentru a obține performanțe în zborurile care necesită o perioadă lungă de odihnă după manevrarea inițială.

Ciclul de lucru al forței de muncă este, de asemenea, important din considerațiile termice. În fig. 5G și 5H Căldura eliberată în timpul reacției din generatorul de gaz este pierdută în părțile înconjurătoare, în procesul de zbor lung, cu incluziuni rare ale du. Aceasta corespunde utilizării sigiliilor moi pentru sistemele de gaz fierbinte. Sigiliile metalice cu temperatură ridicată au o scurgere mai mare, dar vor fi necesare doar dacă ciclul de lucru este intens. Întrebările cu privire la grosimea izolației termice și capacitatea de căldură a componentelor trebuie luate în considerare, care reprezintă bine natura dorită a lucrării DU în timpul zborului.

Motoare de pompare

În fig. 5j Pompa furnizează combustibil de la rezervor de presiune scăzută în motor de înaltă presiune. Această abordare dă o manevră maximă și este standard pentru etapele lansării transportatorilor. Atât viteza dispozitivului, cât și accelerația acestuia pot fi mari, deoarece nici motorul, nici rezervorul de combustibil nu sunt deosebit de greu. Pompa trebuie proiectată pentru un raport energetic foarte ridicat la masă pentru a justifica aplicarea acesteia.

Deși Fig. 5J este oarecum simplificată, este inclusă aici pentru a arăta că aceasta este o opțiune complet diferită de H. În ultimul caz, pompa este utilizată ca un mecanism auxiliar, iar cerințele pompei diferă de pompa motorului.

Lucrările continuă, inclusiv testarea motoarelor de rachete care funcționează la peroxid concentrat și utilizând unități de pompare. Este posibil ca testele ieftine cu ușurință repetate de motoare care utilizează combustibil netoxic vor permite realizarea unor scheme mai simple și mai fiabile decât cele obținute anterior atunci când se utilizează dezvoltări hidrazinei de pompare.

Rezervorul de sistem auto-adeziv prototip

Deși munca continuă cu privire la punerea în aplicare a schemelor H și J din fig. 5, cea mai ușoară opțiune este G și a fost testat mai întâi. Echipamentul necesar este oarecum diferit, dar dezvoltarea de tehnologii similare sporește reciproc efectul de dezvoltare. De exemplu, durata de viață a temperaturii și a serviciului de etanșare a garniturilor de fluoroelastomer, lubrifianți care conțin fluor și aliaje de aluminiu este direct legată de toate cele trei concepte de concept.

Smochin. 6 prezintă echipamente de testare necostisitoare care utilizează o pompă de supapă diferențială realizată dintr-un segment de țeavă de aluminiu cu un diametru de 3 inci [aproximativ 75 mm cu o grosime a peretelui de 0,065 cm [aproximativ 1,7 mm], stoarse la capetele între inele de etanșare. Sudarea aici lipsește, ceea ce simplifică verificarea sistemului după testarea, schimbarea configurației sistemului și reduce, de asemenea, costul.

Acest sistem cu peroxid concentrat auto-adecvat a fost testat folosind supape solenoid disponibile în vânzare și instrumente ieftine, ca în dezvoltarea motorului. O diagramă de sistem exemplară este prezentată în fig. 7. În plus față de termocuplu imersată în gaz, temperatura măsurată și pe rezervor și generatorul de gaze.

Rezervorul este proiectat astfel încât presiunea lichidului să fie puțin mai mare decât presiunea gazului (???). Au fost efectuate numeroase porniri folosind presiunea inițială a aerului de 30 psig [aproximativ 200 kPa]. Când se deschide supapa de control, fluxul prin generatorul de gaz furnizează abur și oxigen în canalul de întreținere a presiunii din rezervor. Prima ordine de feedback pozitiv al sistemului duce la o creștere a presiunii exponențiale până când controlerul lichid este închis când 300 psi este atins [aproximativ 2 MPa].

Sensibilitatea la intrare este nevalidă pentru regulatoarele de presiune a gazelor, care sunt utilizate în prezent pe sateliți (figura 5a și c). În sistemul fluid cu auto-admirație, presiunea de intrare a regulatorului rămâne în intervalul îngust. Astfel, este posibil să se evite multe dificultăți inerente sistemelor de reglementare convenționale utilizate în industria aerospațială. Un regulator care cântărește 60 de grame are doar 4 părți în mișcare, fără a număra izvoare, sigilii și șuruburi. Regulatorul are o etanșare flexibilă pentru închiderea când presiunea este depășită. Această diagramă aximmetrică simplă este suficientă datorită faptului că nu este necesar să se mențină presiunea la anumite limite la intrarea în regulator.

Generatorul de gaze este, de asemenea, simplificat datorită cerințelor reduse pentru sistem în ansamblu. Când diferența de presiune din 10 psi, debitul de combustibil este suficient de mic, ceea ce permite utilizarea celor mai simple scheme de injectori. În plus, absența unei supape de siguranță la intrarea în generatorul de gaze conduc numai la vibrații mici de aproximativ 1 Hz în reacția de descompunere. În consecință, un flux relativ mic în timpul începerii sistemului începe regulatorul nu mai mare de 100f.

Testele inițiale nu au folosit regulatorul; În acest caz, sa demonstrat că presiunea din sistem poate fi menținută de oricare în limitele compactorului permise prin frecare la limitorul de presiune sigur din sistem. O astfel de flexibilitate a sistemului poate fi utilizată pentru a reduce sistemul de orientare necesar pentru cea mai mare parte a duratei de viață a serviciului de satelit, din motivele specificate mai sus.

Una dintre observațiile care par a fi evidente mai târziu a fost că rezervorul este încălzit mai puternic dacă apar fluctuațiile de presiune cu frecvență redusă în sistem în timpul controlului fără a utiliza regulatorul. Supapa de siguranță la intrarea în rezervor, unde este furnizat gaz comprimat, ar putea elimina fluxul de căldură suplimentar care apare din cauza fluctuațiilor de presiune. Această supapă nu ar da, de asemenea, Baku să acumuleze presiune, dar nu este neapărat important.

Deși părțile din aluminiu sunt topite la o temperatură de descompunere de 85% peroxid, temperatura este oarecum ușor datorită pierderii căldurii și a fluxului de gaze intermitent. Rezervorul prezentat în fotografie a avut o temperatură semnificativ sub 200 ° în timpul testării cu întreținerea presiunii. În același timp, temperatura gazului la ieșirea a depășit 400F în timpul unei comutare destul de energice a unei supape calde de gaze.

Temperatura gazului la ieșire este importantă deoarece arată că apa rămâne într-o stare de abur supraîncălzit în interiorul sistemului. Intervalul de la 400f la 600F arată perfect, deoarece acest lucru este suficient de rece pentru echipamente de lumină ieftine (aluminiu și sigilii moi) și suficient de căldură pentru a obține o parte semnificativă a energiei de combustibil utilizate pentru a susține orientarea aparatului utilizând jeturi de gaz. În perioadele de lucru sub presiune redusă, un avantaj suplimentar este că temperatura minimă. Necesar pentru a evita condensarea umidității, scade, de asemenea,.

Pentru a lucra cât mai mult timp în limitele de temperatură admise, astfel de parametri, cum ar fi grosimea izolației termice și capacitatea globală de căldură a designului, trebuie să fie personalizate pentru un profil specific de tracțiune. După cum era de așteptat, după testarea în rezervor, apa condensată a fost descoperită, dar această masă neutilizată este o mică parte a masei totale de combustibil. Chiar dacă toată apa din debitul gazului utilizat pentru orientarea aparatului este condensată, orice egalitate cu 40% din masa combustibilului va fi gazoasă (pentru 85% peroxid). Chiar și această opțiune este mai bună decât utilizarea azotului comprimat, deoarece apa este mai ușoară decât dragul rezervor modern de azot.

Echipamentul de testare prezentat în fig. 6, evident, departe de a fi numit un sistem complet de tracțiune. Motoarele lichide de aproximativ același tip, așa cum este descris în acest articol pot, de exemplu, să fie conectate la conectorul rezervorului de ieșire, așa cum se arată în fig. 5g.

Planuri de supraveghere a pompei

Pentru a verifica conceptul prezentat în fig. 5h, există o dezvoltare a unei pompe fiabile care funcționează pe gaz. Spre deosebire de rezervor cu reglare prin diferența de presiune, pompa trebuie umplută de mai multe ori în timpul funcționării. Aceasta înseamnă că vor fi necesare supape de siguranță lichide, precum și supapele automate de gaze pentru emisiile de gaz la sfârșitul cursei de lucru și creșterea presiunii este din nou.

Se planifică utilizarea unei perechi de camere de pompare care funcționează alternativ, în loc de camera minimă necesară unică. Acest lucru va asigura lucrarea permanentă a subsistemului de orientare pe gaz cald la o presiune constantă. Sarcina este de a ridica rezervorul pentru a reduce masa sistemului. Pompa va funcționa pe părțile de gaz ale generatorului de gaze.

Discuţie

Lipsa opțiunilor potrivite pentru sateliții mici nu este știri și există mai multe opțiuni (20) pentru a rezolva această problemă. O mai bună înțelegere a problemelor asociate dezvoltării DU, printre clienții sistemelor va contribui la rezolvarea mai bună a acestei probleme, iar cea mai bună înțelegere a problemelor sateliților este naful pentru dezvoltatorii de motoare.

Acest articol a abordat posibilitatea utilizării peroxidului de hidrogen utilizând materiale și tehnici cu costuri reduse aplicabile în scale mici. Rezultatele obținute pot fi de asemenea aplicate la DU pe o hidrazină monofonentă, precum și în cazurile în care peroxidul poate servi ca agent de oxidare în combinații nevăzute cu două componente. Ultima opțiune include combustibilii de alcool auto-flacără, descrisă în (6), precum și hidrocarburile lichide și solide, care sunt inflamabile atunci când contactul cu oxigen fierbinte, rezultând descompunerea peroxidului concentrat.

Tehnologia relativ simplă cu peroxid, descrisă în acest articol, poate fi utilizată direct în nave spațiale experimentale și în alte sateliți mici. Doar o generație înapoi orbite inferioare din apropiere și chiar spațiu profund au fost studiate folosind tehnologii noi și experimentale. De exemplu, sistemul de plantare Lunar Sirewiper a inclus numeroase sigilii moi, care pot fi considerate inacceptabile astăzi, dar au fost destul de adecvate sarcinilor. În prezent, multe instrumente științifice și electronice sunt foarte miniaturizate, însă tehnologia DU nu îndeplinește cererile de sateliți mici sau sonde mici de aterizare lunară.

Ideea este că echipamentul personalizat poate fi proiectat pentru aplicații specifice. Acest lucru, desigur, contrazice ideea tehnologiilor de "moștenire", care, de obicei, predomină la selectarea subsistemelor prin satelit. Baza pentru acest aviz este presupunerea că detaliile proceselor nu sunt bine studiate bine pentru a dezvolta și a lansa sisteme complet noi. Acest articol a fost cauzat de avizul că posibilitatea unor experimente frecvente ieftine va permite să dea cunoștințele necesare designerilor sateliților mici. Împreună cu înțelegerea atât a nevoilor sateliților, cât și a capacităților tehnologului, vine o reducere potențială a cerințelor inutile pentru sistem.

Mulțumiri

Mulți oameni au ajutat la familiarizarea autorului cu tehnologie de rachete pe baza peroxidului de hidrogen. Printre ei Fredgedgedge, Kevin Bolyrger, Mitchell Clapp, Ferion Tony, George Garboden, Ron Humbil, Jordin Kare, Andrew Kyubika, Tim Lawrence, Martin Minor, Malcolm Paul, Jeff Robinson, John Rozek, Jerry Sanders, Jerry Vanzers și Mark Ventura.

Studiul a făcut parte din programul Clementine-2 și tehnologiile de microsatelit din laboratorul Laureren, cu sprijinul Laboratorului de Cercetare a Forțelor Aeriene ale SUA. Această lucrare a folosit fondurile guvernamentale americane și a avut loc la laboratorul național Louuuren din Livermore, Universitatea din California, ca parte a contractului W-7405-ENG-48 cu Departamentul de Energie al SUA.