Piroteknik Kimya: Roket Teknolojisine Giriş - Fedov V.i. Motor teknolojisi için hidrokarbon bileşiklerinin gereksinimlerine katılımı ile geliştirilmiş yanma sağlamanın yöntemi

Kuşkusuz, motor roketin en önemli kısmı ve en karmaşık olanlardan biridir. Motorun görevi, yakıtın bileşenlerini, yanmalarını sağlamak ve yanma işlemi sırasında elde edilen gazları belirli bir yönde elde etmek için yüksek hızlı bir şekilde karıştırmak, reaktif bir çekiş oluşturur. Bu yazıda sadece şimdi kullanılanları düşüneceğiz. roket tekniği Kimyasal motorlar. Türlerinin birkaçı vardır: katı yakıt, sıvı, hibrit ve sıvı tek bileşenlidir.

Herhangi bir roket motoru iki ana bölümden oluşur: bir yanma odası ve nozül. Bir yanma odası ile, her şeyin açık olduğunu düşünüyorum - bu, yakıtın yanması için belirli bir kapalı hacimdir. Bir nozül, gazların belirtilen yönde süpersonik hıza kadar gazların yanması sürecinde gazı hızlandırmak için tasarlanmıştır. Nozül, bir karışıklık, bir eleştiri kanalı ve difüzörden oluşur.

Konfüçler, yanma odasından gazları toplayan ve onları eleştirmen kanalına yönlendiren bir hunidir.

Eleştiri, nozülün en dar kısmıdır. Bunda, gas, karışıklığın yüksek basınç nedeniyle ses hızını hızlandırır.

Difüzör, eleştiriden sonra nozülün genişleyen bir parçasıdır. Gazın süpersonik hıza kadar ek ivme aldığı basınç ve gaz sıcaklığında bir damla alır.

Ve şimdi tüm büyük motor türlerinden geçeceğiz.

Basit bir şekilde başlayalım. Tasarımının en kolay olanı RDTT'dir - katı yakıtta bir roket motorudur. Aslında, katı bir yakıt ve nozül olan oksidasyon karışımı tarafından yüklenen bir namludur.

Böyle bir motordaki yanma odası yakıt yükündeki kanaldır ve yanma bu kanalın yüzey alanı boyunca ortaya çıkar. Genellikle, motor yakıt ikmalini basitleştirmek için, şarj yakıt denetleyicilerden yapılmıştır. Daha sonra yanma, ayrıca dama boynunun yüzeyinde de oluşur.

Zamandan itme farklı bağımlılığını elde etmek için, kanalın çeşitli enine bölümleri kullanılır:

Rdtt - Roket motorunun en eski görünüşü. Eski Çin'de icat edildi, ancak bu gün için hem savaş füzeleri hem de uzay teknolojisinde kullanmayı buldu. Ayrıca, bu motor basitliği nedeniyle amatör roket aydınlatmasında aktif olarak kullanılmaktadır.

Merkür'in ilk Amerikan uzay aracı altı RDTT ile donatıldı:

Ondan ayrıldıktan sonra taşıyıcı roketten üç küçük gemi ve üç büyük - yörüngenin çıkarılması için inhibe eder.

En güçlü RDTT (ve genellikle tarihteki en güçlü roket motoru), 1400 tonun maksimum itişini geliştiren uzay mekiği sisteminin yan hızlandırıcısıdır. Mekiklerin başında bu kadar muhteşem bir ateşten vazgeçen bu hızlandırıcılardan ikisidir. Bu, örneğin, 11 Mayıs 2009 tarihinde Shuttok Atlantis'in başlangıcının başlangıcında açıkça görülebilir (Mission STS-125):

Aynı hızlandırıcılar, yeni Amerikan gemisini yörüngeye getirecek olan yeni SLS roketinde kullanılacak. Artık yer tabanlı hızlandırıcı testlerinden girişleri görebilirsiniz:

RDTT, bir kaza durumunda bir roket tarafından bir uzay aracı için tasarlanmış acil kurtarma sistemlerine de kurulur. Burada, örneğin, 9 Mayıs 1960'ta Merkür gemisinin CAC'nin testleri:

Uzay gemilerinde, SAS'ın yanı sıra SIR, yumuşak iniş motorları kuruludur. Bu aynı zamanda bir saniyenin bölmelerini yapan bir RDTT, güçlü bir dürtü vererek, geminin dünyanın yüzeyindeki dokunuşundan neredeyse sıfıra kadar azaltan güçlü bir dürtü verir. Bu motorların çalışması, 14 Mayıs 2014 tarihinde TMA-11M'nin THE-11M'sinin inişinin girişinde görünür:

RDTT'nin ana dezavantajı, yükü kontrol etmenin imkansızlığı ve motoru durdurduktan sonra yeniden başlatmanın imkansızlığıdır. Evet ve motorun durdurulması durumunda, motorun durması durumunda durdurulur, motorun yakıtın sonundan dolayı çalışmayı durdurur ya da gerekirse, daha önce durdurun, itişin kesilmesidir. Yapılan: Üst motor ve gazlar özel bir hastalıkla çekim yapıyor. Sıfırlama istekleri.

Aşağıdakileri göz önünde bulunduracağız hibrit motor . Özelliği, kullanılan yakıt bileşenlerinin farklı agrega durumlarda olmasıdır. En sık kullanılan katı yakıt ve sıvı veya gaz oksitleyici kullanılır.

Burada, böyle bir motorun tezgah testi neye benziyor:

İlk özel alan servisi uzay gemisi üzerinde uygulanan bu tür bir motor türüdür.
RDTT GD'nin aksine, yeniden başlatabilir ve ayarlayabilirsiniz. Ancak, kusursuz değildi. Büyük yanma odası nedeniyle, PD, büyük roketleri koymak için kârsızdır. Ayrıca, UHD, yanma odasında bir sürü oksitleyici biriktirdiğinde ve motoru görmezden geldiğinde, kısa sürede çok fazla oksitleyici biriktirdiğinde "sert bir başlangıç" seçeneğine meyillidir.

Şimdi, kozmonotiklerde kullanılan en geniş türü göz önünde bulundurun. roket motorları. o EDr - Sıvı roket motorları.

Yanma odasında, EDD karıştırılır ve iki sıvıyı yakar: yakıt ve oksitleyici ajan. Uzay roketlerinde üç yakıt ve oksidatif çift kullanılır: Sıvı oksijen + kerosen (SOYUZ roket), sıvı hidrojen + sıvı oksijen (Satürn-5 füzesinin ikinci ve üçüncü aşaması, Changzhin-2'nin ikinci aşaması, uzay mekiği) ve Asimetrik dimetilhidrazin + nitroksit nitroksit (azot roketleri proton ve ilk aşama changzhin-2). Yeni bir tür yakıt türünün testleri de vardır - sıvı metan.

EDD'nin faydaları düşük ağırlıktır, geniş bir yelpazedeki (kısırlaştırma), birden fazla lansman olasılığı ve diğer türlerin motorlarına kıyasla daha fazla spesifik bir dürtü olanağı düzenleme yeteneğidir.

Bu tür motorların ana dezavantajı, tasarımın nefes kesen karmaşıklığıdır. Bu benim şemamda, her şey sadece bakar ve aslında, EDD'yi tasarlarken, bir dizi problemlerle uğraşmak gerekir: yakıt bileşenlerinin iyi karışmasına ihtiyaç duyulması, yanma odasında yüksek basınç sürdürme karmaşıklığı, düzensiz Yakıt yanması, yanma odasının ve nozul duvarlarının güçlü ısıtılması, ateşleme ile karmaşıklık, yanma odasının duvarları üzerinde oksidanın korozyona maruz kalması.

Tüm bu problemleri çözmek için, çok karmaşık ve çok değil mühendislik ÇözümleriNeden, örneğin, bu RD-108'in sarhoş bir sıhhi tesisat kabusuna benziyor?

Yanma ve nozul kameraları açıkça görülebilir, ancak kaç tane tüp, agrega ve kabloya dikkat edin! Ve tüm bunlar istikrarlı ve güvenilir motor çalışması için gereklidir. Yakıt ve oksitleyici ajan, yanma odalarında yakıt ve oksitleyici ajan sağlamak için, turboşarjlanabilir birim için bir gaz jeneratörü, yanma ve nozul soğutma gömlekleri, yakıtlı bir soğutma perdesi oluşturmak için nozüllerde zil tüpleri, jeneratör gazını ve drenaj tüplerinin sıfırlanması için nozül için zil sesleri.

Çalışmaya aşağıdaki makalelerden birinde daha ayrıntılı olarak bakacağız, ancak yine de en son motorlara gidelim: tek bileşenli.

Böyle bir motorun çalışması, hidrojen peroksitin katalitik ayrışmasına dayanır. Kesinlikle çoğu okul deneyimini hatırlıyorsunuz:

Okul eczane yüzde üç peroksit kullanıyor, ancak% 37 peroksit kullanılarak reaksiyon:

Buhar jetinin (elbette oksijenli bir karışımdaki), şişenin boynundan nasıl görülür. O zaman olmaz jet motoru?

Hidrojen peroksitindeki motorlar, uzay aracının oryantasyon sistemlerinde kullanılır, itişin büyük değeri gerekli olmadığında ve motor tasarımının ve küçük kütlesinin basitliği çok önemlidir. Tabii ki, kullanılan hidrojen peroksit konsantrasyonu% 3 ve hatta% 30'dur. % 100 konsantre peroksit, reaksiyon sırasında su buharlı bir oksijen karışımı verir, bu da yaratan bir buçuk bin derecede ısıtılır. yüksek basınç Yanma odasında ve nozuldan yüksek gaz oranı.

Tek bileşenli motor tasarımının basitliği, amatör roket kullanıcılarının dikkatini çekemez. İşte amatör tek bileşenli bir motor örneğidir.

Hidrojen Peroksit H20 2 - Şeffaf renksiz sıvı, gözle görülür şekilde sudan daha fazla viskoz, karakteristik, zayıf koku da olsa. Susuz hidrojen peroksit elde etmek ve saklanmak zordur ve roket yakıtı olarak kullanmak için çok pahalıdır. Genel olarak, yüksek maliyet, hidrojen peroksitin ana dezavantajlarından biridir. Ancak, diğer oksitleyici ajanlarla karşılaştırıldığında, dolaşımda daha rahat ve daha az tehlikelidir.
Peroksitin kendiliğinden ayrışma önerisi geleneksel olarak abartılıdır. Her ne kadar iki yıllık depolama alanında% 90 ila% 65 arasında bir düşüş gözlemlememize rağmen, oda sıcaklığında litre polietilen şişelerde, ancak büyük hacimlerde ve daha uygun bir kapta (örneğin, yeterince saf alüminyumdan oluşan 200 litrelik bir varilde) )% 90 PACKSI'nin ayrışma oranı yılda% 0.1'den az olacaktır.
Susuz hidrojen peroksitin yoğunluğu, sıvı oksijenden önemli ölçüde daha büyük ve nitrik asit oksidanlardan biraz daha az olan 1450 kg / m3'ü aşar. Ne yazık ki, su safsızlıkları hızlı bir şekilde azaltır, böylece% 90 çözeltinin oda sıcaklığında 1380 kg / m3 yoğunluğuna sahip olması, ancak hala çok iyi bir göstergedir.
EDD'deki peroksit ayrıca üniter yakıt olarak ve bir oksitleyici ajan olarak kullanılabilir - örneğin, kerosen veya alkollü bir çiftte. Ne kerosen ne de alkol, peroksit ile kendi kendine teklif değildir ve yakıtta tutuşmayı sağlamak için, peroksitin ayrışması için bir katalizör eklemek gerekir - o zaman serbest bırakılan ısı kontak için yeterlidir. Alkol için uygun bir katalizör asetat manganezdir (II). Kerosen için ayrıca uygun katkı maddeleri vardır, ancak kompozisyonları gizli tutulur.
Aitary yakıt olarak peroksit kullanımı, nispeten düşük enerji özellikleriyle sınırlıdır. Böylece,% 85 peroksit için vakumdaki elde edilen belirli bir darlık sadece yaklaşık 1300 ... 1500 m / s'dir (farklı genişleme dereceleri için) ve% 98 - yaklaşık 1600 ... 1800 m / s'dir. Bununla birlikte, peroksit, öncelikle Amerikalılar tarafından, Merkür uzay aracının iniş aparatının oryantasyonu, daha sonra, aynı amaçla, Sovyet tasarımcıları Kurtarıcı Soyk QC'sinde. Ek olarak, hidrojen peroksit, TNA sürücüsü için yardımcı bir yakıt olarak kullanılır - V-2 roketinde ilk kez ve ardından "torunlardan", P-7'ye kadar olan "torunlar" da kullanılır. Tüm değişiklikler "sexok", en modern, hala tna sürmek için hala peroksit kullanıyor.
Oksitleyici olarak, hidrojen peroksit çeşitli yanıcı ile etkilidir. Sıvı oksijen yerine daha küçük spesifik bir dürtü vermesine rağmen, ancak yüksek bir konsantrasyon peroksit kullanırken, UI'nin değerleri aynı yanıcı ile nitrik asit oksidanlar için bunu aşıyor. Tüm uzay taşıyıcı füzelerin, yalnızca bir kullanılmış peroksit (Kerosen ile eşleştirilmiş) - İngilizce "Siyah ok". Motorlarının parametreleri mütevazı - Motor I adımlarının UI'si, bir kısmı dünyada 2200 m / s'yi aştı ve bu rokette sadece% 85 konsantrasyon kullanıldı. Bu, bir gümüş katalizör üzerinde ayrışmış kendi kendine ateşleme peroksitinin sağlanması nedeniyle yapıldı. Daha konsantre peroksit gümüşü eritecekti.
Peroksite zaman zaman aktif hale getirilmesine rağmen, umutlar sisli kalır. Yani, Sovyet EDR RD-502 ( yakıt buharı - Peroksit Plus Pentabran) ve 3680 m / sn özel bir dürtü gösterdi, deneysel kaldı.
Projelerimizde, peroksitlere de odaklanıyoruz, çünkü motorlar, aynı UI, ancak diğer yakıtlardaki benzer motorlardan daha "soğuk" olduğu ortaya çıkıyor. Örneğin, "karamel" yakıtların yanma ürünleri, aynı UI ile birlikte daha büyük bir sıcaklıkta neredeyse 800 ° cinsindendir. Bu, peroksit reaksiyon ürünlerinde ve sonuç olarak, reaksiyon ürünlerinin ortalama bir molekül ağırlığı ile sonuç olarak.

1 .. 42\u003e .. \u003e\u003e Sonraki
Alkolün düşük filizlenmesi, çok çeşitli sıcaklıklarda kullanmanızı sağlar ortam.
Alkol çok büyük miktarlarda üretilir ve eksik bir yanıcı değildir. Alkol yapısal malzemeler üzerinde agresif bir etkiye sahiptir. Bu, alkol tankları ve karayolları için nispeten ucuz malzemeleri uygulamanıza olanak sağlar.
Metil alkol, oksijen ile biraz daha kötü bir kalite sağlayan etil alkolün bir ikamesi olarak hizmet edebilir. Metil alkol, herhangi bir oranda etil ile karıştırılır, bu da onu etil alkol eksikliği ile kullanmayı ve yakıttaki bir kaygıya eklenmesini mümkün kılar. Sıvı oksijene dayanan yakıt, neredeyse sadece uzun menzilli füzelerde kullanılır, daha büyük ağırlık nedeniyle, daha fazla ağırlık nedeniyle, Start sitesindeki bileşenlerle roket yakıt ikmali gerektirir.
Hidrojen peroksit
Teknikte H2O2 hidrojen peroksit (yani,% 100 konsantrasyon) uygulanmaz, çünkü kendiliğinden ayrışma yeteneğine sahip son derece dengesiz bir ürün olduğundan, görünüşte küçük dış etkilerin etkisi altında bir patlamaya dönüşür: Etki, aydınlatma, Bazı metallerin organik maddeleri ve safsızlıkları ile en ufak bir kirlilik.
Roket teknolojisinde, "daha dayanıklı high-end eğitimli (çoğu zaman% 80"% konsantrasyon) suda pompalanan hidrojen çözeltileri. Hidrojen peroksit direncini arttırmak için, az miktarda maddeler spontan ayrışmasını önler (örneğin, fosforik asit) eklenir. 80 "% hidrojen peroksitinin kullanılması, şu anda güçlü oksitleyici ajanları kullanırken gerekli olan geleneksel ihtiyati önlemleri alarak gerektirir. Hidrojen peroksit, böyle bir konsantrasyon, donma sıcaklığı -25 ° C ile şeffaf, hafif mavimsi bir sıvıdır.
Oksijen ve su çiftleri üzerinde ayrıştığında hidrojen peroksit, ısıyı vurgular. Bu ısı salımı, peroksit oluşumunun ısısının 45.20 kcal / g-mol olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır.
126
GL İv. Yakıt Roket Motorları
su oluşumunun ısısının 68.35 Kcal / G-köstüsüne eşit olduğu zaman. Böylece, peroksitin Formül H2O2 \u003d --H2O + V2O0'a göre ayrışması ile, kimyasal enerji vurgulanır, eşit fark 68.35-45,20 \u003d 23.15 kcal / g-mol veya 680 kcal / kg.
Hidrojen peroksit 80e / oo konsantrasyonu, 540 kcal / kg miktarında ısı salınması olan katalizörlerin varlığında ve yakıtın oksidasyonu için kullanılabilecek serbest oksijen salınması ile birlikte ayrışma yeteneğine sahiptir. Hidrojen peroksit, önemli bir spesifik ağırlığa sahiptir (% 80 konsantrasyonlar için 1.36 kg / l). Hidrojen peroksiti bir soğutucu olarak kullanmak imkansızdır, çünkü ısıtıldığında kaynatılmaz, ancak hemen ayrışır.
Paslanmaz çelik ve çok temiz (% 0.51'e kadar olan safsızlık içeriği ile) alüminyum, peroksit üzerinde çalışan motorların tankları ve boru hatları için malzeme olarak hizmet edebilir. Bakır ve diğer ağır metallerin tamamen kabul edilemez kullanımı. Bakır, hidrojen peroksi ayrışmasına katkıda bulunan güçlü bir katalizördür. Contalar ve contalar için bazı plastikler türleri uygulanabilir. Ciltte konsantre hidrojen peroksitin girişi ağır yanıklara neden olur. Organik maddeler hidrojen peroksit onlara düştüğünde yanar.
Hidrojen peroksitine göre yakıt
Hidrojen peroksitine dayanarak, iki tür yakıt oluşturulmuştur.
Birinci tipin yakıtı, ayrı bir beslemenin yakıtıdır, burada hidrojen peroksiti parçalanırken salınan oksijenin yakıt yakmak için kullanıldığı şekilde kullanılır. Bir örnek, yukarıda tarif edilen önleyici uçağın motorunda kullanılan yakıtdır (s. 95). % 80 konsantrasyon hidrojen peroksit ve metil alkollü bir hidrazin hidrat (N2H4 H20) karışımıdan oluşuyordu. Özel katalizör eklendiğinde, bu yakıt kendi kendine tutuşmaz hale gelir. Nispeten düşük kalorifik bir değer (1020 kcal / kg), yanı sıra yanma ürünlerinin küçük moleküler ağırlığı, motorun çalışmasını kolaylaştıran düşük yanma sıcaklığını belirler. Bununla birlikte, düşük kalorifik değer nedeniyle, motor düşük spesifik bir özlem (190 kgc / kg) sahiptir.
Su ve alkol ile, hidrojen peroksit, bir bileşenli yakıtın bir örneği olan nispeten patlamaya dayanıklı üçlü karışımlar oluşturabilir. Bu tür patlamaya dayanıklı karışımların kalorifik değeri nispeten küçüktür: 800-900 kcal / kg. Bu nedenle, Edd için ana yakıt olarak, neredeyse hiç uygulanacaktır. Bu tür karışımlar vapur-dışta kullanılabilir.
2. Modern roket motorları yakıtlar
127
Konsantre peroksitin ayrışmasının, daha önce belirtildiği gibi ayrışmasının tepkisi, roket teknolojisinde yaygın olarak, pompalamada türbin çalışan bir florürü olan bir buhar elde etmek için yaygın olarak kullanılır.
Peroksit ayrışmasının ısısının bir çekiş gücü oluşturmak için hizmet ettiği bilinen motorlar. Bu tür motorların özel çekişi düşüktür (90-100 kgc / kg).
Peroksitin ayrışması için, iki tür katalizör kullanılır: Sıvı (Potasyum permanganat çözeltisi Solüsyon Solüsyonu KMNO4) veya katı. İkincisinin uygulanması daha tercih edilir, çünkü reaktöre aşırı bir sıvı katalizör sistemi yapar.

John C. Whitehead, Lawrence LIVERMORE Ulusal Laboratuvarı L-43, PO Box 808 LIVERMORE, CA 94551 925-423-4847 [E-posta Korumalı]

Özet. Geliştirilen uyduların boyutları azaldıkça, kontrol edilebilirlik ve manevra kabiliyetinin gerekli parametrelerini sağlayan motor tesisatlarını (DF) seçmek daha zorlaşır. Sıkıştırılmış gaz geleneksel olarak en küçük uydularda kullanılır. Verimliliği artırmak için ve aynı zamanda hidrazin çıkarılmasıyla karşılaştırıldığında maliyeti azaltmak, hidrojen peroksit önerilmektedir. Minimum toksisite ve küçük gerekli kurulum boyutları, uygun laboratuvar koşullarında çoklu testlere izin verir. Başarılar, kişisel olarak düşük maliyetli motorlar ve yakıt depoları oluşturma yönünde açıklanmaktadır.

Giriş

Klasik teknoloji dua ulaştı yüksek seviye Ve gelişmeye devam ediyor. Yüzlerce ve binlerce kilogram ağırlığındaki uzay aracının ihtiyaçlarını tam olarak tatmin edebilir. Uçuşa gönderilen sistemler bazen testler bile geçmez. İyi bilinen kavramsal çözümler kullanmak ve uçuşta test edilen düğümleri seçmek oldukça yeterli olduğu ortaya çıkıyor. Ne yazık ki, bu tür düğümler genellikle küçük uydularda kullanım için çok yüksek ve ağırdır, onlarca kilogram ağırlığındadır. Sonuç olarak, ikincisi çoğunlukla sıkıştırılmış azot üzerinde çalışan motorlara güvenmek zorunda kaldı. Sıkıştırılmış azot, UI'ye sadece 50-70 c [yaklaşık 500-700 m / s] verir, ağır tanklar gerektirir ve düşük yoğunluğa sahiptir (örneğin, yaklaşık 400 kg / metreküp. M 5000 psi [yaklaşık 35 MPa] basınçta m) . DU'nun sıkıştırılmış azot üzerindeki ve hidrazin üzerindeki fiyat ve özelliklerinde önemli bir fark, ara çözümleri aramayı sağlar.

İÇİNDE son yıllar Konsantre hidrojen peroksitinin incelenmesi, çeşitli ölçeklerdeki motorlar için roket yakıtı olarak yeniden canlandı. Peroksit, önceki teknolojilerin doğrudan rekabet edemediği yeni gelişmelerde kullanıldığında en çekicidir. Bu gelişmeler 5-50 kg ağırlığındaki uydulardır. Tek bileşenli bir yakıt olarak, peroksit, yüksek bir yoğunluğa (\u003e 1300 kg / metreküp) ve yaklaşık 150 ° C'nin [yaklaşık 1500 m / s] bir vakumda spesifik bir darbe (UI) sahiptir. Hidrazin UI'den önemli ölçüde daha az olmasına rağmen, yaklaşık 230 s [yaklaşık 2300 m / s], peroksit ile birlikte alkol veya hidrokarbon, UI'yi 250-300 s aralığına (yaklaşık 2500 ila 3000 m / s aralığına kadar kaldırabilir. ].

Fiyat burada önemli bir faktördür, çünkü sadece klasik DU teknolojilerinin azaltılmış varyantlarını oluşturmaktan daha ucuzsa, peroksit kullanmak mantıklıdır. Netlik, zehirli bileşenlerle çalışmanın, sistemin geliştirilmesini, kontrol etmesini ve piyasaya sürülmelerini arttırdığını düşünmesi çok muhtemeldir. Örneğin, roket motorlarını zehirli bileşenlere test etmek için sadece birkaç stand vardır ve bunların sayısı yavaş yavaş azalır. Buna karşılık, mikrocatellit geliştiricilerin kendi peroksidant teknolojilerini geliştirebilirler. Yakıt güvenliği argümanı, az hızlandırılmış sistemlerle çalışırken özellikle önemlidir. Sık ucuz testler yapabiliyorsanız, bu tür sistemleri yapmak çok daha kolaydır. Bu durumda, roket yakıtının bileşenlerinin kazaları ve dökülmeleri uygun olarak kabul edilmelidir, örneğin, bir bilgisayar programını hata ayıklamada bir acil durum olarak kabul edilmelidir. Bu nedenle, zehirli yakıtlarla çalışırken, standart, evrimsel, kademeli değişiklikleri tercih eden çalışma yöntemleridir. Mikrosteplerde daha az toksik yakıtların kullanımının tasarımdaki ciddi değişikliklerden faydalanması mümkündür.

Aşağıda açıklanan işler, küçük uygulamalar için yeni alan teknolojilerini incelemeyi amaçlayan daha büyük bir araştırma programının bir parçasıdır. Testler, Mikrocatellitlerin (1) tamamlanmış prototipleri ile tamamlanır. İlgi çekici olan benzer konular, Mars, Moon'a ve geri küçük finansal maliyetlerle uçuşlar için pompalama yakıt beslemesine sahip küçük dolguları içerir. Bu tür olasılıklar, indirilebilir yörüngelere küçük araştırma aparatı göndermek için çok faydalı olabilir. Bu makalenin amacı, hidrojen peroksit kullanan ve pahalı malzemeler veya geliştirme yöntemleri gerektirmeyen bir du teknolojisi oluşturmaktır. Bu durumda verimlilik kriteri, sıkıştırılmış azot üzerindeki uzaktan kumanda tarafından sağlanan olanaklar üzerinde önemli bir üstünlüktür. Mikrosatellitin düzgün bir analizi, fiyatını artıran gereksiz sistem gereksinimlerini önlemeye yardımcı olur.

Motor teknolojisi için gereksinimler

Uydunun mükemmel dünyasında, uydu bugün bilgisayar çevre birimlerinin yanı sıra kesintisiz olmalıdır. Bununla birlikte, başka uydu alt sistemi olmayan özelliklere sahip değilsiniz. Örneğin, yakıt genellikle uydunun en büyük kısmıdır ve harcamaları cihazın kütlesinin merkezini değiştirebilir. Uydu hızını değiştirmek için tasarlanmış, elbette, elbette, kütle merkezinden geçmek zorundayım. Her ne kadar ısı değişimi ile ilgili konular uydunun tüm bileşenleri için önemli olmasına rağmen, özellikle du için komplekslerdir. Motor, en sıcak uydu noktalarını oluşturur ve aynı zamanda yakıt genellikle diğer bileşenlerden daha dar izin verilen bir sıcaklık aralığına sahiptir. Tüm bu nedenler, manevra görevlerinin tüm uydu projesini ciddi şekilde etkilemesi gerçeğine yol açmaktadır.

Elektronik sistemler için, özellikler genellikle belirtilmiş olarak kabul edilir, o zaman bunun için değil. Bu, yörüngede, keskin kapanımlarda ve kapanmalarda, keyfi olarak uzun süre açıklığa dayanma kabiliyetine dayanma olasılığı ile ilgilidir. Motor mühendisinin açısından, görevin tanımı, her motorun ne zaman ve ne kadar süre çalışması gerektiğini gösteren bir program içerir. Bu bilgi minimum olabilir, ancak her durumda mühendislik zorluklarını ve maliyetini düşürür. Örneğin, AU, DU'nun çalışma süresini milisaniye doğruluğu ile gözlemlemek önemli değilse, nispeten ucuz ekipman kullanılarak test edilebilir.

Sistemi genellikle azaltarak diğer koşullar, örneğin, itme ve spesifik dürtü doğru tahminine ihtiyaç duyulabilir. Geleneksel olarak, bu tür bilgiler, DU'nin önceden belirlenmiş bir süre boyunca tam olarak hesaplanmış hız düzeltmesini uygulamayı mümkün kılmıştır. Uyduda bulunan modern sensör ve hesaplama yetenekleri seviyesi göz önüne alındığında, hızda belirtilen bir değişiklike ulaşılana kadar ivmeyi entegre etmek mantıklıdır. Basitleştirilmiş şartlar, bireysel gelişmeleri azaltmanıza izin verir. Doğru montaj basıncı ve akışların yanı sıra bir vakum odasında pahalı testlerden kaçınmak mümkündür. Bununla birlikte, vakumun termal koşulları hala dikkate almak zorundadır.

En Kolay Motor Maswer - Motoru yalnızca bir kez, uydunun erken bir aşamasında açın. Bu durumda, başlangıç \u200b\u200bkoşulları ve Isıtma DU zamanı en azını etkiler. Manevra öncesi ve sonrası yakıt kaçağı düzeltici sonuçları etkilemeyecek. Böyle basit bir senaryo, örneğin, büyük hız kazancı nedeniyle başka bir sebep için zor olabilir. Gerekli ivme yüksekse, motorun boyutu ve kütlesi daha da önemli hale gelir.

DU'nun çalışmalarının en karmaşık görevleri, saatlerce ayrılan on binlerce veya daha kısa darbeler, yıllar boyunca harekete geçer. Nabızın başlangıcındaki ve sonunda geçiş süreçleri, cihazdaki termal kayıplar, yakıt kaçağı - tüm bunlar minimize edilmeli veya ortadan kaldırılmalıdır. Bu tip itme, 3 eksenli stabilizasyonun görevi için tipiktir.

Orta karmaşıklık problemi, DU'nin periyodik kapanımları olarak kabul edilebilir. Örnekler, yörünge, atmosferik kayıp telafisi veya dönme ile stabilize edilmiş uydunun oryantasyonunda periyodik değişikliklerdir. Böyle bir çalışma şekli, ataletli volanlara sahip veya yerçekimi alanı tarafından stabilize edilen uydularda da bulunur. Bu uçuşlar genellikle yüksek aktivite DU'nin kısa süreleri içerir. Bu önemlidir, çünkü yakıtın sıcak bileşenleri bu tür faaliyet dönemlerinde daha az enerji kaybeder. Daha fazlasını kullanabilirsiniz basit cihazlarUzun vadeli oryantasyon bakımından daha fazla, böylece bu tür uçuşlar ucuz sıvı kapıların kullanımı için iyi adaylardır.

Geliştirilen motor için gereksinimler

Manevralar için uygun küçük bir baskı seviyesi yörünge değişikliği küçük uydularoryantasyonu ve yörüngeyi korumak için büyük uzay aracında kullanılana yaklaşık olarak eşittir. Ancak, uçuşlarda test edilen mevcut küçük baskı motorları genellikle ikinci görevi çözmek için tasarlanmıştır. Kullanmadan önce sistemi ısınan bir elektrikli ısıtıcı olarak bu tür ek düğümler, yanı sıra termal yalıtım, çok sayıda kısa motorlu yüksek orta spesifik bir dürtü elde etmesine izin verir. Ekipmanların boyutları ve ağırlığı, büyük cihazlar için kabul edilebilir, ancak küçüklere uygun olmayabilir. İttüs sisteminin göreceli kütlesi, elektrikli roket motorları için daha az faydalıdır. ARC ve İyon motorları, motorların kütlesi ile ilgili olarak çok küçük bir itme sahiptir.

Servis ömrü için gereksinimler ayrıca motor kurulumunun izin verilen kütlesini ve boyutunu da sınırlandırır. Örneğin, tek bileşenli bir yakıt durumunda, katalizör eklenmesi servis ömrünü artırabilir. Oryantasyon sistemi motoru, hizmet süresi boyunca birkaç saat tutarında çalışabilir. Ancak, yeterince büyük bir yörünge değişikliği varsa, uydu tankları dakikalar içinde boş olabilir. Sızıntıları önlemek ve vananın sıkı kapanmasını sağlamak için, çoğu çizgilerde başladıktan sonra bile, birkaç vananın üst üste koyulur. Küçük uydular için ilave valfler haksız olabilir.

İncir. Şekil 1, sıvı motorların, küçük baskı sistemleri için kullanılacak oranda her zaman azaltılamayacağını göstermektedir. Büyük motorlar Genellikle ağırlıklarından 10 - 30 kat daha fazla yükseltir ve bu numara, pompalama yakıtlı roket taşıyıcı motorlar için 100'e yükselir. Bununla birlikte, en küçük sıvı motorları kilolarını bile yükseltemezler.

Uydu motorları küçük yapmak zordur.

Küçük bir motorun ana motor manevra motoru olarak hizmet etmesi biraz kolay olsa bile, 10 kilogram bir cihaz için 6-12 sıvı motor kümesi'ni seçin neredeyse imkansızdır. Bu nedenle, mikrosaVerler sıkıştırılmış gazın oryantasyonu için kullanılır. Şekil l'de gösterildiği gibi. 1, büyük roket motorları ile aynı kütleye sahip bir çekiş oranı ile gaz motorları vardır. Gaz motorları Bu sadece bir memeli olan bir solenoid valftır.

Tahrik kitlesinin problemini çözmenin yanı sıra, sıkıştırılmış gazdaki sistem, sıvı motorlardan daha kısa darbeler elde etmenizi sağlar. Bu özellik, uygulamada gösterildiği gibi uzun uçuşlar için sürekli bakım oryantasyonu için önemlidir. Uzay aracının boyutları azaldıkça, bu hizmet ömrü için belirli bir doğrulukla yönelimi korumak için giderek daha kısa darbeler oldukça yeterli olabilir.

Sıkıştırılmış gaz üzerindeki sistemler, küçük uzay aracında kullanım için bir bütün olarak görünse de, gaz saklama kapları oldukça büyük bir hacim işgal eder ve oldukça fazla ağırlığındadır. Küçük uydular için tasarlanmış, azotun depolanması için modern kompozit tanklar, azotun kendilerine mahkum olduğu kadar ağırlığındadır. Karşılaştırma için, uzay gemilerindeki sıvı yakıtlar için tanklar, yakıtı 30 kitleye kadar tanklara kadar saklayabilir. Hem tankların hem de motorların ağırlığı göz önüne alındığında, yakıtı sıvı halde saklamak ve farklı oryantasyon sistemi motorları arasındaki dağılım için gaza dönüştürmek çok faydalı olacaktır. Bu tür sistemler kısa subborital deneysel uçuşlarda hidrazin kullanmak için tasarlanmıştır.

Roket yakıtı olarak hidrojen peroksit

Tek bileşenli bir yakıt olarak, saf H202, oksijen ve aşırı ısıtılmış buhar üzerine ayrışır, 1800F'den biraz daha yüksek bir sıcaklığa sahip [yaklaşık 980c - yakl. Başına.] Isı kayıplarının yokluğunda. Genellikle peroksit, sulu bir çözelti formunda kullanılır, ancak genişleme enerjisinin% 67'sinden az bir konsantrasyonda, tüm suyu buharlaştırmak için yeterli değildir. 1960'larda Pilotluk Test Cihazları. Cihazların oryantasyonunu korumak için, yaklaşık 1400F adyabatik ayrışmasının sıcaklığını ve sabit işlem 160 sn ile spesifik dürtüsünün sıcaklığını veren% 90'lık tokatlar kullanıldı. % 82'lik bir konsantrasyonda, peroksit, 1030F'lik bir gaz sıcaklığını verir, bu da motor roket roket birliğinin ana pompalarının hareketine yol açar. Yakıt fiyatı konsantrasyonda bir artışla büyüdüğü için çeşitli konsantrasyonlar kullanılır ve sıcaklık malzemelerin özelliklerini etkiler. Örneğin, alüminyum alaşımları sıcaklıklarda yaklaşık 500F'ye kadar kullanılır. Adyabatik işlemi kullanırken, peroksit konsantrasyonunu% 70'e sınırlar.

Konsantrasyon ve temizleme

Hidrojen peroksit, ticari olarak çok çeşitli konsantrasyonlarda, temizlik derecelerinde ve miktarlarda mevcuttur. Ne yazık ki, doğrudan yakıt olarak kullanılabilecek küçük saf peroksit kapları, pratik olarak satışta mevcut değildir. Roket peroksit büyük varillerde mevcuttur, ancak oldukça erişilebilir olmayabilir (örneğin, ABD'de). Ek olarak, büyük miktarlarda çalışırken, özel ekipman ve ek güvenlik önlemlerine ihtiyaç duyulduğunda, gerekirse sadece az miktarda peroksitlerde gerekirse tam olarak haklı değildir.

Bu projede kullanım için,% 35 peroksit, 1 galon hacimli polietilen kaplarda satın alınır. İlk olarak,% 85'e kadar konsantre eder, ardından Şekil 2'de gösterilen kurulumda temizlenir. 2. Daha önce kullanılan yöntemin bu varyantı, kurulum şemasını basitleştirir ve cam parçaları temizleme ihtiyacını azaltır. İşlem otomatik olarak, haftada 2 litre peroksit elde etmek için sadece günlük doldurma ve damarların boşaltılmasını gerektirir. Tabii ki, litre başına fiyat yüksek, ancak tüm miktar küçük projeler için hala haklı.

İlk olarak, egzoz dolapındaki elektrikli sobalar üzerinde iki litrelik bardakta, su çoğu zamanlayıcı tarafından saat 18'de kontrol edilen dönemde buharlaştırılır. Her camdaki sıvı hacmi dört katı, 250 ml veya ilk kütlenin yaklaşık% 30'unu azaltır. Buharlaşma olduğunda, ilk peroksit moleküllerinin dörtte biri kaybolur. Kayıp oranı bir konsantrasyon ile büyüyor, böylece bu yöntem için pratik konsantrasyon sınırı% 85'tir.

Soldaki kurulum, ticari olarak temin edilebilen bir döner vakum buharlaştırıcıdır. Yaklaşık 80 ppm yabancı safsızlığa sahip% 85 çözelti, 50C'de bir su banyosunda 750 ml'lik miktarlar ile ısıtılır. Kurulum, 10 mm Hg'den yüksek olmayan bir vakumla desteklenir. Sanat. Bu, 3-4 saat boyunca hızlı damıtma sağlar. Yoğuşma, soldaki kabın içine% 5'ten az kayıplarla akar.

Su jeti pompalı banyo, evaporatör için görülebilir. Biri su jeti pompasına su sağlayan iki elektrik pompasına sahiptir ve ikincisi, suyu dondurucudan, döner buharlaştırıcının su buzdolabını ve banyosundaki su buzdolabını dolaştırarak, su sıcaklığını hemen koruyan, Hem buzdolabındaki buharın hem de sistemdeki vakumdaki yoğunlaşması. Buzdolabında yoğuşmasız olmayan Packey pairleri banyoya girer ve güvenli bir konsantrasyona sahiptir.

Saf hidrojen peroksit (% 100) önemli ölçüde yoğun su (20C'de 1.45 kez), böylece yüzer cam aralığı (1.2-1.4 aralığında), genellikle% 1'e kadar bir doğrulukla konsantrasyonu belirler. Başlangıçta satın alındığı gibi, peroksit ve damıtılmış çözelti, tabloda gösterildiği gibi safsızlıkların içeriğine analiz edildi. 1. Analiz, plazma emisyon spektroskopisi, iyon kromatografisi ve organik karbonun tam içeriğinin ölçülmesi (toplam organik karbon - TOC) dahildir. Fosfat ve kalayın stabilizatör olduklarını unutmayın, potasyum ve sodyum tuzları şeklinde eklenir.

Tablo 1. Hidrojen peroksit çözeltisinin analizi

Hidrojen peroksit kullanırken güvenlik önlemleri

H2O2 oksijen ve suya ayrışır, bu nedenle uzun vadeli bir toksisite yoktur ve çevre için tehlikeyi temsil etmez. Peroksitten en sık sık sık sıkıntılar, deri damlacıkları ile temas sırasında, tespit etmek için çok küçüktür. Bu, geçici olmayan, ancak soğuk suyla yuvarlanması gereken ağrılı renksiz lekelere neden olur.

Gözler ve akciğerlerdeki eylem daha tehlikelidir. Neyse ki, peroksit buharının basıncı oldukça düşüktür (2 mm Hg. Sanat. 20C'de). Egzoz havalandırması, OSHA tarafından kurulu 1 ppm'de solunum limitinin altındaki konsantrasyonu kolayca desteklemektedir. Peroksit, dökülme durumunda kıvrımların üzerindeki açık kaplar arasında taşılabilir. Karşılaştırma için N2O4 ve N2H4 sürekli kapalı damarlarda olmalıdır, bunlarla çalışırken özel bir nefes alma aparatı sıklıkla kullanılır. Bu, buharların anlamlı derecede yüksek basınçları ve N2H4 için 0,1 ppm'de havadaki sınırlayıcı konsantrasyonundan kaynaklanmaktadır.

Dökülen peroksit suyu yıkamak, tehlikeli olmadığını sağlar. Koruyucu giysi gereksinimlerine gelince, rahatsız edici takımlar boğanın olasılığını artırabilir. Küçük miktarlarla çalışırken, rahatlık konularını takip etmenin daha önemli olması mümkündür. Örneğin, ıslak ellerle çalışmak, devam ederse sıçramaları atlayabilen eldivenlerde çalışmak için makul bir alternatiftir.

Her ne kadar sıvı peroksit, yangın kaynağının etkisi altındaki kütlede ayrışmaz olmasına rağmen, konsantre peroksit çifti önemsiz etkilerle tespit edilebilir. Bu potansiyel tehlike, yukarıda açıklanan kurulumun üretim hacminin sınırını ortaya koyar. Hesaplamalar ve ölçümler bu küçük üretim hacimleri için çok yüksek bir güvenlik göstermektedir. İncirde. 2 Hava, 6 feet (180 cm) laboratuvar tablosu boyunca 6 feet (180 cm) boyunca, 100 CFM (dakikada yaklaşık 0.3 metreküp), cihazın arkasında bulunan yatay havalandırma boşluklarına yerleştirilir. 10 ppm'nin altındaki buharların konsantrasyonu doğrudan konsantre camlar üzerinde ölçülmüştür.

Bunları üremeden sonra az miktarda peroksitin kullanılması, çevresel sonuçlara yol açmaz, ancak tehlikeli atıkların imhası için kuralların en katı yorumlanmasını çelişir. Peroksit - oksitleyici ajan ve bu nedenle potansiyel olarak yanıcıdır. Bununla birlikte, aynı zamanda, yanıcı malzemelerin varlığı için gereklidir ve ısı dağılımı nedeniyle az miktarda malzeme ile çalışırken endişe gerekmez. Örneğin, dokulardaki veya gevşek kağıt üzerindeki ıslak lekeler çirkin alevi durdurur, çünkü peroksit yüksek spesifik bir ısı kapasitesine sahiptir. Peroksit depolamak için kaplar havalandırma deliklerine veya emniyet valflerine sahip olmalıdır, çünkü peroksitin oksijen ve su başına kademeli olarak ayrışması basıncı artırır.

Depolandığında malzemelerin ve kendi deşarjının uyumluluğu

Konsantre peroksit ve yapısal malzemeler arasındaki uyumluluk, önlenmesi gereken iki farklı problem sınıfı içerir. Peroksit ile temas, birçok polimerle gerçekleştiğinden, malzemelerin zarar görmesine neden olabilir. Ek olarak, peroksitin ayrışma oranı, temas edilebilir malzemelere bağlı olarak büyük ölçüde farklılık gösterir. Her iki durumda da, biriken etkilerin zamanla etkisi vardır. Böylece, uyumluluk sayısal değerlerde ifade edilmeli ve uygulama bağlamında göz önünde bulundurulmalıdır ve bu da orada olan basit bir özellik olarak kabul edilmemektedir. Örneğin, bir motor kamerası yakıt depoları için kullanılmak üzere uygun olmayan bir malzemeden oluşturulabilir.

Tarihsel çalışmalar, konsantre peroksit ile cam damarlarda yapılan malzeme örnekleri ile uyumluluk üzerinde deneyler içerir. Geleneği korumak için, test için numunelerden küçük sızdırmazlık damarları yapıldı. Basınç ve damarların değiştirilmesi için gözlemler ayrışma ve peroksit sızıntısı oranını göstermektedir. Buna ek olarak, malzemenin hacmindeki veya zayıflamasındaki olası artış fark edilir, çünkü damar duvarları basınca maruz kalır.

Politetrafloroetilen (politetraflaflurotilen), polychlochlorotriflurothilen) ve poliviniliden florür (PLDF - poliviniliden florür) gibi floropolimerler, peroksit etkisi altında ayrıştırılmaz. Ayrıca peroksit ayrışmasında yavaşlamaya yol açarlar, böylece bu malzemeler birkaç ay veya yıl boyunca yakıt depolamaları gerekirse, tankları veya ara kapları örtmek için kullanılabilir. Benzer şekilde, florooelastomer (standart "Witon") ve flor içeren kayganlaştırıcılardaki kompaktörler, peroksit ile uzun süreli temas için oldukça uygundur. Polikarbonat plastik, şaşırtıcı bir şekilde konsantre peroksitten etkilenmez. Fragman oluşturmayan bu malzeme, şeffaflığın gerekli olduğu yerde kullanılır. Bu durumlar, akışkan seviyesini görmek için gerekli olduğu karmaşık bir iç yapı ve tanklarla prototiplerin oluşturulmasını içerir (bakınız Şekil 4).

Materyalle iletişim kurarken ayrışma Al-6061-T6, en uyumlu alüminyum alaşımlarından sadece birkaç kat daha hızlıdır. Bu alaşım dayanıklıdır ve kolay erişilebilir, en uyumlu alaşımların yetersiz gücü yoktur. Tamamen alüminyum yüzeyler (yani AL-6061-T6), peroksit ile temas ettikten sonra aylarca kaydedilir. Bu, örneğin su, alüminyum oksitler olmasına rağmen.

Tarihsel olarak belirlenmiş tavsiyelerin aksine, çoğu uygulama için sağlık temizleyicilere zararlı karmaşık temizleme işlemleri gerekli değildir. Bu çalışmada konsantre peroksit ile kullanılan cihazların çoğu parçası, 110F'de yıkama tozu ile su ile yıkandı. Ön sonuçlar, böyle bir yaklaşımın neredeyse aynı olduğunu göstermektedir. güzel sonuçlarÖnerilen temizlik prosedürleri olarak. Özellikle,% 35 nitrik asit ile gün boyunca PVDF'den geminin yıkanması, 6 aylık bir süre boyunca sadece% 20'lik ayrışma oranını azaltır.

Kapalı kabın yüzde birinin% 10 serbest hacme sahip olan peroksitin yüzdesinin ayrışmasının, neredeyse 600PSI'ye (santim başına kilo, yani yaklaşık 40 atmosfer) basıncı arttırdığını hesaplamak kolaydır. Bu numara, peroksitin konsantrasyonunda bir düşüşle verimliliğinin azaltılmasının, depolama sırasında güvenlik hususlarından önemli ölçüde daha az önemli olduğunu göstermektedir.

Konsantre peroksit kullanarak alan uçuşlarını planlama, montajı tankların havalandırılmasıyla sıfırlama ihtimalinin kapsamlı bir değerlendirmesini gerektirir. Motor sisteminin çalışması başlangıcın başlangıcından itibaren günler veya haftalarca başlarsa, tankların boş hacmi hemen birkaç kez büyüyebilir. Bu tür uydular için, tüm metal tankları yapmak mantıklıdır. Depolama süresi, tabii ki, dengeye atanan zamanı içerir.

Ne yazık ki, çok toksik bileşenlerin kullanımı dikkate alınarak geliştirilen yakıtla çalışmak için resmi kurallar, genellikle uçuş ekipmanlarındaki otomatik havalandırma sistemlerini yasaklamaktadır. Genel olarak kullanılan sevgili Sistemler Basınç izleme. Havalandırma valflerinin yasaklanmasıyla güvenliği geliştirme fikri, sıvı basınçlı sistemlerle çalışırken normal "dünyevi" uygulamaya ayırır. Bu sorunun başlarken taşıyıcı roketin kullanıldığı bağlı olarak gözden geçirilmesi gerekebilir.

Gerekirse, peroksitin ayrışması yılda% 1 veya daha düşük tutulabilir. Tank malzemeleri ile uyumluluğun yanı sıra, ayrışma katsayısı sıcaklığa bağlıdır. Dondurmayı mümkünse, peroksiti uzay uçuşlarında süresiz olarak saklamak mümkün olabilir. Peroksit donma sırasında genişlemiyor ve su ile olduğu gibi vanalar ve borular için tehdit oluşturmaz.

Peroksit yüzeylere ayrıştığından, yüzeye hacim oranındaki bir artış raf ömrünü artırabilir. Karşılaştırmalı analiz 5 metreküp örnekleri ile. Bakınız ve 300 metreküp. cm bu sonuca onaylayın. 300 CU kaplarında% 85 peroksitli bir deney. Bkz. PVDF'den yapılmış, haftada% 0.05 (21C) 70F (21C) 'de ayrışma katsayısını veya yılda% 2,5 gösterdi. 10 litre tanklara kadar ekstrapolasyon, 20C'de yılda yaklaşık% 1'in sonucunu verir.

Alüminyumda PVDF veya PVDF kaplamayı kullanarak diğer karşılaştırmalı deneylerde, 80 ppm stabilize edici katkı maddesi olan peroksit, saflaştırılmış peroksitten sadece% 30 daha yavaş ayrıştırılır. Bu aslında stabilizatörlerin, uzun uçuşlarla tanklarda peroksitin raf ömrünü büyük ölçüde artırmadıkları için iyidir. Bir sonraki bölümde gösterildiği gibi, bu katkı maddeleri, motorlarda peroksit kullanımına şiddetle engellenir.

Motor gelişimi

Planlanan mikrocatetter başlangıçta, 20 kg kütleyi kontrol etmek için 0,1 g'lık bir ivme gerektirir, yani yaklaşık 4,4 kilo kuvveti [yaklaşık 20N] vakumda itme. Sıradan 5 kiloluk motorların birçok özelliği gerekli olmadığından, uzman bir versiyon geliştirildi. Çok sayıda yayın, peroksit ile kullanım için katalizör bloklarını kabul etti. Bu tür katalizörler için kütle akışı tahmin edilir, saniyede kare metrekare başına yaklaşık 250 kg. Merkür ve Centaur bloklarında kullanılan çan şeklindeki motorların eskizleri, yalnızca yaklaşık bir çeyrekte, aslında yaklaşık 1 pound [yaklaşık 4.5n]. Bu uygulama için, 9/16 inç çapında bir katalizör bloğu seçildi [yaklaşık 14 mm]. Kütle akışı, kare başına yaklaşık 100 kg'dır. saniyede m, 140 ° C'de spesifik bir dürtüde neredeyse 5 kilo itme verecek [yaklaşık 1370 m / s].

Gümüş tabanlı katalizör

Gümüş tel örgü ve gümüş kaplı nikel plakaları kataliz için geçmişte yaygın olarak kullanılmıştır. Temel olarak nikel tel, ısı direncini arttırır (% 90'ın üzerinde konsantrasyonlar için) ve kitle uygulaması için daha ucuzdur. Temiz Gümüş, nikelin kaplama işlemini önlemek için araştırma verileri için seçilmiştir ve ayrıca yumuşak metalin, daha sonra halkalara katlanmış olan şeritler halinde kolayca kesilebileceği için seçildi. Ek olarak, yüzey aşınma sorunu önlenebilir. Bir inç (karşılık gelen tel çapı 0.012 ve 0.009 inç) ile 26 ve 40 iplik ile kolayca erişilebilir ızgaralar kullandık.

Yüzeyin bileşimi ve katalizör çalışmasının mekanizması, literatürdeki çeşitli açıklanamaz ve çelişkili ifadelerden aşağıdaki gibi tamamen belirsizdir. Saf gümüş yüzeyinin katalitik aktivitesi, sonraki kalsinin ardından samaryum nitratın uygulanmasıyla arttırılabilir. Bu madde samaryum oksit üzerinde ayrışır, ancak gümüşü de oksitleyebilir. Buna ek olarak diğer kaynaklar, gümüşü çözen, fakat aynı zamanda bir oksitleyici ajan olan saf gümüş nitrik asidin tedavisine atıfta bulunur. En kolay bir yol, tamamen gümüş bir katalizörün kullanıldığında aktivitesini artırabileceği gerçeğine dayanır. Bu gözlem kontrol edildi ve onaylandı; bu da bir katalizörün samiriye nitrat olmadan kullanılmasına neden oldu.

Gümüş oksit (AG2O) kahverengimsi-siyah renge sahiptir ve gümüş peroksit (AG2O2) gri-siyah bir renge sahiptir. Bu renkler birbiri ardına göründü, gümüşün yavaş yavaş oksitlendiğini gösteriyor. En genç renk, katalizörün en iyi etkisine karşılık geldi. Ek olarak, yüzey mikroskop altında analiz ederken "taze" gümüşe kıyasla giderek daha düzensizdi.

Katalizörün aktivitesini kontrol etmek için basit bir yöntem bulundu. Gümüş ağın ayrı kupaları (çapı 9/16 inç [yaklaşık 14 mm] çelik yüzeydeki peroksit damlalarına bindirildi. Sadece satın alınan gümüş ızgara yavaş "HISS" neden oldu. En aktif katalizör art arda (10 kez) 1 saniye boyunca bir buhar akımı.

Bu çalışma, oksitlenmiş gümüşün bir katalizör olduğunu veya gözlenen kararmanın esas olarak oksidasyon nedeniyle olduğunu kanıtlamaz. Mansiyon ayrıca, her iki gümüş oksitin nispeten düşük sıcaklıklarla ayrıştığı bilindiğinden bahsetmeye değer. Bununla birlikte, motor çalışması sırasında aşırı oksijen, reaksiyon dengesini kaydırabilir. Deneysel olarak oksidasyonun önemini ve eşitsizliğin yüzeyinin usulsüzlüklerini öğrenmeye çalışır. Bir elektronik spektroskopik kimyasal analizör (Elektron Spektroskopisi Kimyasal Analizi, ESCA) olarak da bilinen bir X-ışını fotoelektron spektroskopisi (X-ışını fotoelektron spektroskopisi, XPS) kullanılarak yüzeylerin bir analizini içeriyordu. Katalitik aktiviteyi kötüleştiren taze çekilmiş gümüş ızgaralarda yüzey kirliliğinin olasılığını ortadan kaldırmak için girişimler de yapılmıştır.

Bağımsız çekler, Samiriye'nin nitresinin ne de katı ayrışma ürününün (muhtemelen oksit olan), peroksitin ayrışmasını katalize etmeyi göstermiştir. Samaryum nitrat tedavisinin gümüşün oksidasyonu ile çalışabileceği anlamına gelebilir. Bununla birlikte, samaryum nitrat tedavisinin, samaryum nitrat tedavisinin, gazlı ayrışma ürünlerinin kabarcıklarının katalizör yüzeyine yapışmasını önler. Mevcut çalışmada, nihayetinde, hafif motorların gelişimi, kataliz bulmacalarının çözeltisinden daha önemli olarak kabul edildi.

Motor şeması

Geleneksel olarak, peroksider motorlar için çelik kaynaklı yapı kullanılır. Çelikten daha yüksek, gümüşün ısıl genleşmesi katsayısı, ısıtıldığında gümüş katalizör ambalajının sıkıştırılmasına neden olur, daha sonra paketi ile odanın duvarları arasındaki yuvalar soğutulduktan sonra görünür. Sıvı peroksitin, bu yuvalar için katalizörün ağını aşınması için, ızgaralar arasındaki halka şeklindeki contalar genellikle kullanılır.

Bunun yerine, bu yazıda, tornadaki bronz (bakır alaşımı C36000) yapılan motor kameraları kullanılarak oldukça iyi sonuçlar elde edildi. Bronz kolayca işlenir ve ek olarak, termal genleşme katsayısı gümüş katsayısına yakındır. % 85 peroksitin ayrışma sıcaklığında, yaklaşık 1200F [yaklaşık 650c], bronz mükemmel bir dayanıma sahiptir. Bu nispeten düşük sıcaklık ayrıca bir alüminyum enjektörü kullanmanızı sağlar.

Laboratuar koşullarında kolayca ulaşılabilen kolayca işlenmiş malzemeler ve peroksit konsantrasyonları, deneyler için oldukça başarılı bir seçimdir. % 100 peroksit kullanımının hem katalizörün hem de haznenin duvarlarının erimesine yol açacağını unutmayın. Elde edilen seçim fiyat ve verimlilik arasında bir uzlaşmadır. Bronz odaların RD-107 ve RD-108 motorlarında kullanıldığını, bu kadar başarılı bir taşıyıcıya ittifak olarak kullanıldığını belirtmekte fayda var.

İncirde. Şekil 3, kendisini doğrudan küçük bir manevra makinesinin sıvı vanasının tabanına vidalayan bir hafif motor varyantını göstermektedir. Sol - floroalastomer contalı 4 gram alüminyum enjektör. 25 gram gümüş katalizörü, farklı taraflardan gösterebilmek için ayrılmıştır. Sağ - Katalizör ızgarasını destekleyen 2 gram plaka. Tam kütle Şekilde gösterilen parçalar - yaklaşık 80 gram. Bu motorlardan biri 25 kilogram araştırma aparatının karasal kontrolleri için kullanılmıştır. Sistem, görünür kalite kaybı olmadan 3,5 kilogram peroksit kullanımı da dahil olmak üzere tasarıma uygun olarak çalıştı.

150 gram ticari olarak temin edilebilen 150 gram doğrudan hareketin solenoid valfi, bir 1,2 mm'lik bir deliğe sahip ve bir 12 volt kaynakla kontrol edilen 25 ohm bir bobin tatmin edici sonuçlar ortaya çıktı. Sıvı ile temas eden vananın yüzeyi paslanmaz çelik, alüminyum ve witon oluşur. Tam kütle, 3 kiloluk bir [yaklaşık 13n] motoru, 1984 yılına kadar Centaurian sahnesinin oryantasyonunu korumak için kullanılan 3 kiloluk [yaklaşık 13n] motordan 600 gramdan fazladır.

Motor testi

Deneyler yapmak için tasarlanan motor, finalden biraz daha ağırdı, böylece daha fazla katalizörün etkisini test etmek mümkün olacaktı. Meme, motora ayrı olarak vidalanmış, bu da cıvataları sıkma kuvvetini ayarlayarak, katalizörün boyutunu ayarlamayı mümkün kılmıştır. Akış nozullarının hafifçe üstünde basınç sensörleri ve gaz sıcaklığı için konektörler idi.

İncir. Şekil 4, deneme için hazır kurulumu gösterir. Laboratuar koşullarındaki doğrudan deneyler, yeterince zararsız yakıt, düşük çubuk değerleri, normal iç koşullar altında işlem ve atmosferik basınç ve basit cihazlar uygulamaktan dolayı mümkündür. Kurulumun koruyucu duvarları, alüminyum çerçeveye monte edilmiş, yaklaşık 12 mm kalınlıktaki polikarbonat tabakalardan yapılmıştır. Paneller, 365.000 N * C / m ^ 2'de yıkama kuvveti için test edildi. Örneğin, 100 gramın bir parçası, 365 m / s'lik bir süpersonik hızla hareket eden, 1 kV darbesi ise durur. santimetre.

Fotoğrafta, motor kamerası, egzoz borusunun hemen altında dikey olarak yönlendirilir. Enjektördeki girişteki basınç sensörleri ve haznenin içindeki basınç, özlemi ölçen terazilerin platformunda bulunur. Dijital performans ve sıcaklık göstergeleri kurulum duvarlarının dışında. Ana valfin açıklığı, küçük bir dizi gösterge içerir. Veri kaydı, tüm göstergeleri kameranın görünürlük alanına yükleyerek gerçekleştirilir. Nihai ölçümler, kataliz odasının uzunluğu boyunca bir çizgi gerçekleştiren ısıya duyarlı bir tebeşir kullanılarak gerçekleştirildi. Renk değişimi, 800 f'un üzerindeki sıcaklıklara karşılık geldi [yaklaşık 430c].

Konsantre peroksitli kapasitans, ölçeklerin solundaki ayrı bir destek üzerinde bulunur, böylece yakıt kütlesinin kütlesindeki değişim itişin ölçülmesini etkilemez. Referans ağırlıklarının yardımı ile, hazneye peroksit getiren tüplerin, 0.01 pound içinde [yaklaşık 0.04n] içinde ölçüm doğruluğunu elde etmek için oldukça esnek olduğu kontrol edildi. Peroksit kapasitansı, büyük bir polikarbonat borudan yapılmıştır ve kalibre edilir, böylece sıvı seviyesindeki değişimin UI'yi hesaplamak için kullanılabilir.

Motor parametreleri

Deneysel motor 1997 yılında tekrar tekrar test edildi. Erken, çok düşük basınçlarda, enjektörün sınırlayıcı enjektörü ve küçük kritik kesit boyutunu kullandı. Motor verimliliği, çıktığı gibi, kullanılan tek katmanlı katalizörün aktivitesiyle güçlü bir şekilde koreledir. Güvenilir ayrışmaya başladıktan sonra, tanktaki basınç 300 psig [yaklaşık 2.1 MPa] olarak kaydedildi. Tüm deneyler, 70F [yaklaşık 21C] 'de ekipmanın ve yakıtın ilk sıcaklığında gerçekleştirildi.

Görünür bir egzozun ortaya çıktığı "ıslak" bir çalışmayı önlemek için ilk kısa vadeli lansman yapıldı. Tipik olarak, ilk başlangıç, tüketimde 5 saniye içinde gerçekleştirildi.<50%, но вполне хватало бы и 2 с. Затем шёл основной прогон в течение 5-10 с, достаточных для полного прогрева двигателя. Результаты показывали температуру газа в 1150F , что находится в пределах 50F от теоретического значения. 10-секундные прогоны при постоянных условиях использовались для вычисления УИ. Удельный импульс оказывался равным 100 с , что, вероятно, может быть улучшено при использовании более оптимальной формы сопла, и, особенно, при работе в вакууме.

Gümüş katalizörün uzunluğu, konservatif 2,5 inçlik [yaklaşık 64 mm ila 1,7 inç [yaklaşık 43 mm] arasında başarıyla azaltıldı. Son motor şeması, enjektörün düz bir yüzeyinde 1/64 inç çapında [yaklaşık 0.4 mm] çapında 9 delik vardı. 1/8 inç boyutunun kritik kısmı, PSIG odasının 220'deki bir basınçta 3.3 kiloluk kuvvet kuvveti ve vana ile kritik bölüm arasındaki 255 psig basınç farkını elde etmeyi mümkün kıldı.

Damıtılmış yakıt (Tablo 1) kararlı sonuçlar ve istikrarlı basınç ölçümleri verdi. 3 kg yakıt ve 10 başladıktan sonra, 800F sıcaklığa sahip bir nokta, enjektörün yüzeyinden 1/4 inç mesafedeki odada bulundu. Aynı zamanda, karşılaştırma için, 80 ppm safsızlıktaki motor performans süresi kabul edilemezdi. Odadaki 2 Hz frekansta basınç dalgalanmaları sadece 0,5 kg yakıt harcadıktan sonra% 10 değerindedir. Sıcaklık noktası 800F, enjektörden 1 inçten fazla çıktı.

% 10'dan birkaç dakika nitrik asit bir katalizörü iyi bir duruma getirdi. Kirliliğin, belirli bir miktarda gümüş çözündüğü gerçeğine rağmen, katalizör aktivitesi, yeni, kullanılmış bir katalizörün nitrik asit tedavisinden sonra daha iyiydi.

Motor ısınma süresi saniyelerce hesaplanmasına rağmen, motor zaten ısıtıldığında önemli ölçüde daha kısa emisyonlar mümkün olduğu belirtilmelidir. Doğrusal kısımdaki 5 kg ağırlığında çekişin sıvı alt sisteminin dinamik tepkisi, darbe süresini kısa, 100 ms'den, yaklaşık 1 saat 1 saatlik bir darbe ile birlikte, 100 ms'den daha fazla gösterdi. Özellikle, ofset, sistem hızı sistemi tarafından belirlenen bir sınırlama ile 3 Hz frekansta yaklaşık +/-6 mm'dir.

DU Binası için Seçenekler

İncirde. Şekil 5, elbette hepsi olmasa da, olası motor devrelerinin bazılarını göstermektedir. Tüm sıvı şemaları peroksit kullanımı için uygundur ve her biri iki bileşenli bir motor için de kullanılabilir. Üst sıra, geleneksel yakıt bileşenleri ile uydularda yaygın olarak kullanılan şemaları listeler. Ortalama numara, oryantasyon görevleri için sıkıştırılmış bir gazda sistemlerin nasıl kullanılacağını gösterir. Daha düşük satırda gösterilen, ekipmanın daha küçük bir ağırlığını elde etmesine izin veren daha karmaşık şemalar. Tankların duvarları, her sistem için tipik olarak farklı basınç seviyelerini şematik olarak göstermektedir. Ayrıca, sıkıştırılmış gaz üzerinde EDD ve DU için atamalar arasındaki farkı da not ederiz.

Geleneksel şemalar

Seçenek A, basitliği nedeniyle en küçük uydulardan bazılarında kullanılmıştır ve ayrıca sıkıştırılmış gaz (nozullu valfler) çok kolay ve küçük olabilir. Bu seçenek, büyük uzay aracında, örneğin, 1970'lerde Skylab istasyonunun oryantasyonunu korumak için bir azot sistemi.

Düzenleme B, en basit sıvı şemasıdır ve tekrar tekrar hidrazinli uçuşlarda yakıt olarak test edildi. Depoda gaz destekleme basıncı genellikle başlangıç \u200b\u200bsırasında bir tankın dörtte birini alır. Gaz yavaş yavaş uçuş sırasında genişler, bu yüzden "patlamasının" basıncını söylerler. Bununla birlikte, basınç düşüşü hem istekleri hem de ui'yi azaltır. TANK'teki maksimum sıvı basıncı, lansman sırasında meydana gelir; bu, güvenlik nedeniyle tankların kütlesini artırır. Son bir örnek, yaklaşık 130 kg hidrazin ve DU'nin 25 kg ağırlığına sahip olan Ay Pospector cihazının cihazıdır.

C varyant C, geleneksel zehirli tek bileşenli ve iki bileşenli yakıtlarla yaygın olarak kullanılmaktadır. En küçük uydular için, yukarıda açıklandığı gibi oryantasyonu korumak için sıkıştırılmış gaz üzerine DU eklemek gerekir. Örneğin, Du'da basınçlı bir gazda, C değişkenine sıkıştırılmış bir gazın eklenmesi, D seçeneğine yol açar. Bu tip motor sistemlerine, azot ve konsantre peroksit üzerinde çalışan motor sistemleri, Laurenov Laboratuvarı (LLNL) üzerine inşa edilmiştir, böylece oryantasyonu güvenli bir şekilde deneyimleyebilirsiniz. Yakıtsızlar üzerinde çalışan Microsteps prototiplerinin sistemleri.

Sıcak gazlarla yönlendirilmesi

En küçük uyduların sıkıştırılmış gaz ve tankların tedarikini azaltması için, sıcak gazlarda çalışan bir oryantasyon sistemi sistemini yapmak mantıklıdır. 1 kilo kuvvetten az itme düzeyinde [yaklaşık 4.5, basınçlı gazdaki mevcut sistemler, bir bileşenli EDD'den daha hafiftir (Şekil 1). Gaz akışını kontrol etmek, sıvının kontrolünden daha küçük darbeler elde edilebilir. Bununla birlikte, basınç altındaki tankların büyük hacmi ve kütlesi nedeniyle verimsiz bir şekilde inert gazın etkisiz hale getirilmesi. Bu nedenlerden dolayı, uydu boyutları azaldıkça sıvıdan yönelimi korumak için gaz üretmek istiyorum. Uzayda, bu seçenek henüz kullanılmamıştır, ancak laboratuar sürümünde E yukarıda belirtildiği gibi hidrazin kullanılarak test edildi. (3). Bileşenlerin minyatürizasyonu seviyesi çok etkileyiciydi.

Ekipmanın kütlesini daha da azaltmak ve depolama sistemini basitleştirmek için, genellikle gaz depolama kapasitelerinden kaçınmak arzu edilir. Seçenek F, peroksit üzerindeki minyatür sistemler için potansiyel olarak ilginçtir. İş başlangıcından önce, yörüngede uzun süreli bir yakıt depolanması gerekirse, sistem başlangıç \u200b\u200bbasıncı olmadan başlayabilir. Tanklardaki boş alana bağlı olarak, tankların ve malzemelerin boyutu, sistem uçuşta önceden belirlenmiş bir anda basınç pompalamak için hesaplanabilir.

D versiyonunda, iki bağımsız yakıt kaynağı vardır, oryantasyonu manevra yapmak ve korumak için, bu fonksiyonların her biri için akış hızını dikkate almasını sağlar. Manevra için kullanılan yakıt yönünü korumak için sıcak gaz üreten E ve F sistemleri daha fazla esnekliğe sahiptir. Örneğin, manevra yakıtının, yönünü korumak için gereken uydunun ömrünü uzatmak için kullanılabileceği durumlarda kullanılamaz.

Fikirler Samonaduva

Son satırda sadece daha karmaşık seçenekler. 5 Gaz depolama tankı olmadan yapabilir ve aynı zamanda yakıt tüketimi olarak sabit basınç sağlamak. İlk pompa veya düşük basınç olmadan, tankların kütlesini azaltır. Sıkıştırılmış gazların ve basınç sıvılarının yokluğu, başlangıçtaki tehlikeleri azaltır. Bu, standart satın alınan ekipmanın, düşük basınçlarla çalışmak için güvenli olduğu ve çok zehirli olmayan bileşenler için güvenli olduğu düşünülen önemli düşüşlere neden olabilir. Bu sistemdeki tüm motorlar, maksimum esneklik sağlayan yakıtlı tek bir tank kullanır.

G ve H varyantları, "basınç altındaki sıcak gaz" veya "blow-up", ayrıca "sıvıdan gaz" veya "kendi kendine gövde" olarak adlandırılabilir. Tankın kontrollü denetimi için, baskıyı artırmak için harcanan yakıt gereklidir.

Düzenleme G, basınçla saplanan bir membranlı bir tank kullanır, bu nedenle önce gaz basıncının üstündeki sıvı basıncı. Bu, bir diferansiyel valf veya gaz ve sıvıyı paylaşan bir elastik diyafram kullanılarak elde edilebilir. Hızlanma da kullanılabilir, yani. Yerel uygulamalarda yerçekimi veya dönen bir uzay aracında santrifüj kuvvet. Seçenek H herhangi bir tankla çalışıyor. Basıncı korumak için özel bir pompa, bir gaz jeneratöründen dolaşım sağlar ve tanktaki boş bir hacme geri döner.

Her iki durumda da, sıvı kontrol cihazı geri bildirimin görünümünü ve keyfi olarak daha fazla basınç oluşumunu önler. Sistemin normal çalışması için, regülatör ile sırayla ek bir valf dahil edilir. Gelecekte, sistemdeki basıncı, kurulu olan regülatörün basıncı dahilinde kontrol etmek için kullanılabilir. Örneğin, yörüngenin değişikliği üzerindeki manevralar tam basınç altında yapılacaktır. Azaltılmış basınç, cihazın kullanım ömrünü uzatmak için yakıtı korurken, 3 eksen oryantasyonunun daha doğru bir şekilde korunmasını sağlayacaktır (bakınız Ek).

Yıllar boyunca, fark alan pompaları ile deneyler hem pompalar hem de tanklarda yapıldı ve bu yapıları tanımlayan birçok belge var. 1932'de Robert H. Goddard ve diğerleri, sıvı ve gaz azotunu kontrol etmek için bir makine tarafından tahrik edilen bir pompa kurdu. G ve H seçeneklerinin atmosferik uçuşlar için değerlendirildiği 1950 ile 1970 arasında birkaç girişimde bulunuldu. Cam direncini azaltmak için hacmi azaltma girişimleri gerçekleştirildi. Bu eserler daha sonra katı yakıt füzelerinin yaygın gelişimi ile durduruldu. Kendiliğinden yeterli sistemler ve diferansiyel vanalar üzerinde çalışmak, belirli uygulamalar için bazı yeniliklerle nispeten son zamanlarda yapıldı.

Kendi kendine reklamlı sıvı yakıt depolama sistemleri, uzun vadeli uçuşlar için ciddiye alınmamıştır. Bazı teknik nedenlerden dolayı, başarılı bir sistem geliştirmek için, DU'nin tüm hizmet ömrü boyunca iyi öngörülebilir özelliklerin iyi tahmin edilebilir özelliklerini sağlamak gereklidir. Örneğin, bir gaz besleme gazında asılı bir katalizör, tankın içindeki yakıtı parçalayabilir. İlk manevradan sonra uzun süre dinlenme gerektiren uçuşlarda performans elde etmek için, G sürümünde olduğu gibi tankların ayrılmasını gerektirecektir.

İtme çalışma döngüsü de termal düşüncelerden önemlidir. İncirde. 5G ve 5H Gaz jeneratöründeki reaksiyon sırasında salınan ısı, DU'nin nadir kapanımları ile uzun uçuş sürecinde çevresindeki parçalarda kaybolur. Bu, sıcak gaz sistemleri için yumuşak mühürlerin kullanımına karşılık gelir. Yüksek sıcaklıkta metal contalar daha fazla sızıntıya sahiptir, ancak yalnızca çalışma döngüsü yoğun ise gerekli olacaktır. Uçuş sırasında DU'nun çalışmalarının amaçlanan niteliğini temsil eden, bileşenlerin ısı yalıtımı ve ısı kapasitesinin kalınlığı ile ilgili sorular dikkate alınmalıdır.

Pompalama motorları

İncirde. 5J pompa, düşük basınçlı tanktan yüksek basınçlı motora yakıt sağlar. Bu yaklaşım maksimum manevra sağlar ve taşıyıcı başlatıcılarının aşamaları için standarttır. Hem cihazın hızı hem de ivmesi büyük olabilir, çünkü ne motor ne de yakıt deposu özellikle ağır değildir. Pompa, uygulamasını haklı çıkarmak için çok yüksek bir enerji oranı için tasarlanmalıdır.

Her ne kadar şek. 5J biraz basitleştirildi, buraya, bunun H'den tamamen farklı bir seçenek olduğunu göstermek için buraya dahil edilmiştir. İkinci durumda, pompa bir yardımcı mekanizma olarak kullanılır ve pompa gereksinimleri motor pompasından farklıdır.

Konsantre peroksitte çalışan ve pompalama üniteleri kullanılarak test roket motorları da dahil olmak üzere çalışma devam eder. Toksik olmayan yakıt kullanarak ucuz motor testlerinin kolayca tekrarlanabilmesi mümkündür, daha önce elde edilebilenden daha basit ve güvenilir şemaları elde edilmesine izin verecektir.

Prototip Kendinden Yapışkanlı Sistem Tankı

Her ne kadar iş, H ve J şemalarının uygulanmasına devam etse de, ŞEKİL 2'deki. 5, en kolay seçenek g ve önce test edildi. Gerekli ekipman biraz farklıdır, ancak benzer teknolojilerin gelişimi gelişim etkisini karşılıklı olarak arttırır. Örneğin, floroelastomer contaları, flor içeren kayganlaştırıcıların ve alüminyum alaşımlarının sıcaklığı ve servis ömrü ve tüm üç konsept kavramları ile ilişkilidir.

İncir. Şekil 6, 3 inç çapında bir alüminyum boru parçasından yapılmış bir diferansiyel valf pompasını kullanan ucuz test ekipmanlarını göstermektedir [yaklaşık 75 mm [yaklaşık 75 mm [yaklaşık 1,7 mm], sızdırmazlık halkaları arasındaki uçlarda sıkılır. Buradaki kaynak, sistem konfigürasyonunu değiştirdikten sonra, sistem konfigürasyonunu değiştirdikten sonra sistem kontrolünü basitleştirir ve ayrıca maliyeti azaltır.

Kendiliğinden yeterli konsantre peroksitli bu sistem, satışta bulunan solenoid valfler kullanılarak test edildi ve motor gelişiminde olduğu gibi ucuz araçlar. Örnek bir sistem diyagramı, Şekil 2'de gösterilmiştir. 7. Gaza batırılmış termokupl'a ek olarak, sıcaklık ayrıca tank ve gaz jeneratöründe de ölçülür.

Tank, sıvının üzerindeki basıncının gazın basıncından biraz daha yüksek olması için tasarlanmıştır (???). 30 psig [yaklaşık 200 kPa] ilk hava basıncı kullanılarak sayısız başlangıç \u200b\u200byapıldı. Kontrol vanası açıldığında, gaz jeneratöründeki akış, tanktaki basınç bakım kanalına buhar ve oksijen sağlar. Sistemin pozitif geribildiriminin ilk sırası, 300 psi'ye [yaklaşık 2 MPa] ulaşıldığında, sıvı kontrol cihazı kapatılıncaya kadar üstel basınç artmasına neden olur.

Giriş hassasiyeti, şu anda uydularda kullanıldığı gaz basıncı regülatörleri için geçersizdir (Şekil 5A ve C). Sıvı sisteminde kendi kendine hayranlıkla, regülatörün giriş basıncı dar aralıkta kalır. Böylece, havacılık endüstrisinde kullanılan geleneksel regülatör şemalarında doğal olan birçok zorluktan kaçınmak mümkündür. 60 gram ağırlığındaki bir regülatör, yayları, contaları ve vidaları saymaz, sadece 4 hareketli parçaya sahiptir. Regülatörün, basınç aşıldığında kapanması için esnek bir sızdırmazlık vardır. Bu basit eksen setimetrik diyagramı, regülatörün girişindeki belirli sınırlardaki basıncın korunması gerekli olmadığı için yeterlidir.

Gaz jeneratörü, bir bütün olarak sistemin düşük gereksinimleri sayesinde aynı zamanda basitleştirilmiştir. 10 PSI'deki basınç farkı olduğunda, yakıt akışı yeterince küçüktür, bu da en basit enjektör şemalarının kullanımına izin verir. Ek olarak, gaz jeneratöründeki girişte bir emniyet valfinin yokluğu, ayrışma reaksiyonunda sadece 1 Hz'in küçük titreşimlerine neden olur. Buna göre, sistemin başlangıcında nispeten küçük bir ters akış, regülatörü 100F'den daha yüksek değildir.

İlk testler regülatörü kullanmadı; Bu durumda, sistemdeki basıncın, sistemdeki güvenli basınç sınırlayıcısına sürtünmeden izin verilen kompaktör sınırlarında herhangi bir şekilde tutulabileceği gösterilmiştir. Sistemin bu esnekliği, yukarıda belirtilen nedenlerden dolayı, uydu servis ömrünün çoğu için gerekli oryantasyon sistemini azaltmak için kullanılabilir.

Daha sonra görünen gözlemlerden biri, regülatörü kullanmadan kontrol sırasında sistemde düşük frekanslı basınç dalgalanmaları meydana gelirse, tankın daha güçlü olması gerektiğiydi. Sıkıştırılmış gazın sağlandığı tankın girişindeki emniyet valfi, basınç dalgalanmaları nedeniyle ortaya çıkan ek ısı akışını ortadan kaldırabilir. Bu vana aynı zamanda Basıncı biriktirmek için Bakü vermeyecektir, ancak mutlaka önemli değildir.

Alüminyum parçalar% 85 peroksitin ayrışma sıcaklığında eritilmesine rağmen, sıcaklık, ısı kaybı ve aralıklı gaz akışı nedeniyle biraz hafiftir. Fotoğrafta gösterilen tank, basınç bakımıyla test sırasında 200F'nin altındaki bir sıcaklığa sahipti. Aynı zamanda, çıkıştaki gaz sıcaklığı, sıcak bir gaz valfinin oldukça enerjik bir şekilde değiştirilmesi sırasında 400F'yi aştı.

Çıkıştaki gaz sıcaklığı önemlidir, çünkü suyun sistemin içindeki aşırı ısınmış bir buhar durumunda kaldığını gösterir. 400F ila 600F arasındaki aralık mükemmel görünüyor, çünkü bu, ucuz ışık ekipmanı (alüminyum ve yumuşak conta) için yeterince soğuk ve gaz jetleri kullanarak aparatın yönünü desteklemek için kullanılan yakıt enerjisinin önemli bir bölümünü elde etmek için yeterince ısı. Düşük basınç altında çalışma dönemlerinde, ek bir avantaj, minimum sıcaklık olmasıdır. Nem yoğuşmasını önlemek için gereklidir, ayrıca azalır.

İzin verilen sıcaklık sınırlarında mümkün olduğu kadar uzun süre çalışmak için, termal yalıtımın kalınlığı ve tasarımın genel ısı kapasitesi gibi parametreler, belirli bir çekiş profili için özelleştirilmelidir. Beklendiği gibi, tankta test edildikten sonra, yoğunlaştırılmış su keşfedildi, ancak bu kullanılmayan kütle, toplam yakıt kütlesinin küçük bir parçasıdır. Cihazın oryantasyonu için kullanılan gaz akışından gelen tüm su yoğunlaştırılmış olsa bile, yakıt kütlesinin% 40'ına eşit olan herhangi biri gaz halinde olacaktır (% 85 peroksit için). Bu seçenek bile, Suyun modern azot tankından daha kolay olması nedeniyle, sıkıştırılmış azot kullanmaktan daha iyidir.

Şekil l'de gösterilen test cihazları. 6, açıkçası, tam bir çekiş sistemi olarak adlandırılmaktan uzak. Bu maddede tarif edildiği gibi yaklaşık olarak aynı tipte sıvı motorlar, örneğin, Şekil 2'de gösterildiği gibi çıkış tankı konnektörüne bağlanabilir. 5g.

Pompayı denetlemek için planlar

Şekil l'de gösterilen kavramı doğrulamak için. 5h, gaz üzerinde çalışan güvenilir bir pompanın gelişimi vardır. Ayarla montaj farkına göre tanktan farklı olarak, pompa işlem sırasında birçok kez doldurulmalıdır. Bu, sıvı emniyet valflerinin gerekli olacağı ve ayrıca çalışma strokunun sonunda gaz emisyonları için otomatik gaz vanaları ve basınçtaki artışın tekrar olduğu anlamına gelir.

Gerekli tek kamera yerine, dönüşümlü olarak çalışan bir çift pompalama odasının kullanılması planlanmaktadır. Bu, oryantasyon alt sisteminin sabit basınçta sıcak gazda kalıcı işini sağlayacaktır. Görev, sistemin kütlesini azaltmak için tankı almaktır. Pompa, gaz jeneratörünün gaz parçaları üzerinde çalışacaktır.

Tartışma

Küçük uydular için uygun seçeneklerin eksikliği haber değil ve bu sorunu çözmek için birkaç seçenek (20) var. DU'nin geliştirilmesiyle ilgili sorunların daha iyi anlaşılması, sistemlerin müşterileri arasında bu sorunu daha iyi çözmeye yardımcı olacak ve uyduların sorunlarının en iyi anlaşılması, motor geliştiricileri için nadly.

Bu makale, düşük maliyetli malzemeler ve küçük ölçeklerde uygulanabilir teknikleri kullanarak hidrojen peroksit kullanma olasılığını ele aldı. Elde edilen sonuçlar, DU'ya, tek bileşenli bir hidrazin üzerinde ve ayrıca peroksitin, tamamen iki bileşenli kombinasyonlarda bir oksitleyici madde olarak hizmet edebileceği durumlarda da uygulanabilir. İkinci seçenek, (6) 'da (6)' de tarif edilen, sıcak oksijenle temas edildiğinde yanıp sönen sıvı ve katı hidrokarbonların yanı sıra, konsantre peroksitin ayrışmasına neden olan kendi kendine alevsiz alkol yakıtları içerir.

Bu makalede tarif edilen peroksitli nispeten basit teknoloji, doğrudan deneysel uzay aracında ve diğer küçük uydularda kullanılabilir. Aslında yeni ve deneysel teknolojiler kullanılarak sadece bir nesil daha düşük yer orbitleri ve derin uzayda bile derin alan incelenmiştir. Örneğin, Lunar Sirewiper ekim sistemi, bugün kabul edilemez olarak kabul edilemez sayısız yumuşak mühür içeriyordu, ancak görevler için oldukça yeterliydi. Halen, birçok bilimsel araç ve elektronik, çok az minari hale getirilmiştir, ancak DU teknolojisi, küçük uydular veya küçük ayın iniş problarının isteklerini karşılamıyor.

Fikir, özel ekipmanın belirli uygulamalar için tasarlanabileceğidir. Bu, elbette, genellikle uydu alt sistemlerini seçerken genellikle hüküm süren "miras" teknolojileri fikrine aykırıdır. Bu görüşün temel, işlemlerin ayrıntılarının tamamen yeni sistemler geliştirmek ve başlatmak için iyi çalışılmadığı varsayımıdır. Bu makale, sık sık ucuz deneylerin olasılığının, küçük uyduların tasarımcılarına gerekli bilgiyi vermelerine izin vereceği görüşünden kaynaklandı. Hem uyduların ihtiyaçlarını hem de tekniğin yeteneklerini anlamasıyla birlikte, sistem için gereksiz gereksinimlerin potansiyel olarak azalması geliyor.

Teşekkürler

Birçok kişi, yazarı hidrojen peroksitine göre roket teknolojisi ile tanıştırmaya yardımcı oldu. Aralarında Fred Oldridge, Kevin Bolererger, Mitchell Clapp, Tony Ferion, George Garboden, Ron Mütevazı, Jordin Kare, Andrew Kyubika, Tim Lawrence, Martin Minor, Malcolm Paul, Jeff Robinson, John Rezek, Jerry Sanders, Jerry Sellers ve Mark Ventura.

Çalışma, ABD Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı'nın desteğiyle Laureren'in laboratuarındaki Clementine-2 programının ve mikrosatellite teknolojilerinin bir parçasıydı. Bu çalışma ABD devlet fonlarını kullandı ve ABD Enerji Bakanlığı ile birlikte W-7405-ENG-48 sözleşmesinin bir parçası olarak California Üniversitesi olan Louuren Ulusal Laboratuvarı'nda yapıldı.

HİDROJEN PEROKSİT H20 2 - Peroksitin en basit gösterimi; Yüksek kaynayan oksitleyici ajan veya tek bileşenli roket yakıtı, ayrıca TNA'yı sürmek için bir buhar kaynağıdır. Sulu çözelti formunda (% 99'a kadar) konsantrasyonda kullanılır. Renksiz şeffaf sıvı ve "metal" lezzetiyle koku. Yoğunluk 1448 kg / m3 (20 ° C'de), TL ~ 0 ° C, ~ 150 ° C'lik Ting. Zayıf zehirli, yanarken, yanıklara neden olur, bazı organik maddeler patlayıcı karışımlar oluşturur. Saf çözümler oldukça kararlıdır (ayrışma oranı genellikle yılda% 0.6'yı geçmez); Birkaç ağır metalin izlerinin varlığında (örneğin, bakır, demir, manganez, gümüş) ve diğer safsızlıklar, ayrışma hızlandırır ve bir patlamaya geçebilir; Uzun süreli depolama sırasında istikrarı artırmak hidrojen peroksit Stabilizatörler (fosfor ve kalay bileşikleri) tanıtıldı. Katalizörlerin etkisi altında (örneğin, demir korozyon ürünleri) ayrışma hidrojen peroksit Oksijen ve su, enerji salınımıyla giderken, reaksiyon ürünlerinin sıcaklığı (buhar) konsantrasyona bağlıdır. hidrojen peroksit: 560 ° C% 80 konsantrasyonda ve 1000 ° C% 99'da. Paslanmaz çelik ve saf alüminyum ile en iyi uyumludur. Sektörde, sülfürik asit H2S04'ün elektrolizi sırasında oluşan destekleyici asit H2 S20 8'in hidroliziyle elde edilir. Konsantre hidrojen peroksit Roket teknolojisinde yaygın kullanım bulundu. Hidrojen peroksit TNA sürücüsü için bir sıra için bir parogaz kaynağıdır (FAU-2, "Redstone", "Viking", "Doğu", vb.), Roketlerde (siyah ok, vb.) Ve uçakta bir roket yakıt oksitleyici ( 163, X-1, X-15, vb.), Uzay aracı motorlarında bir bileşenli yakıt (SOYUZ, UNION T, vb.). Hidrokarbonlar, pentaboran ve berilyum hidrit ile bir çift kullanımına vaat ediyor.