Raket yanacağının tərkibində yanacaq və oksidləşdirici var və təyyarə yanacağından fərqli olaraq xarici bir komponentə ehtiyac yoxdur: hava və ya su. Roket yanacaqları, yığılma vəziyyətinə görə, maye, bərk və hibridə bölünür. Maye yanacaqlar kriogen (komponentlərin qaynama nöqtəsi sıfırdan aşağı Selsi) və yüksək qaynama (qalanlar) bölünür. Qatı yanacaqlar kimyəvi birləşmədən, bərk məhluldan və ya plastikləşdirilmiş komponentlərdən ibarətdir. Hibrid yanacaqlar müxtəlif məcmu hallardakı komponentlərdən ibarətdir və hazırda tədqiqat mərhələsindədir.
Tarixən ilk raket yanacağı qara rengi, selitra (oksidləşdirici), kömür (yanacaq) və kükürd (bağlayıcı) qarışığı olub, eramızdan əvvəl II əsrdə Çin raketlərində istifadə edilmişdir. Möhkəm itələyici raket mühərriki olan döyüş sursatı, hərbi işlərdə yandırıcı və siqnal vasitəsi kimi istifadə olunurdu.
19-cu əsrin sonunda tüstüsüz tozun icad edilməsindən sonra onun əsasında nitrogliserində (oksidləşdirici maddə) nitroselülozun (yanacağın) möhkəm bir həllindən ibarət tək komponentli ballistit yanacağı hazırlanmışdır. Ballistit yanacağı, qara tozla müqayisədə bir neçə qat daha yüksək enerjiyə malikdir, yüksək mexaniki gücə malikdir, yaxşı formalaşmışdır, saxlama zamanı uzun müddət kimyəvi stabilliyini saxlayır və aşağı qiymətə malikdir. Bu keyfiyyətlər bərk itələyicilər - raketlər və qumbaralarla təchiz edilmiş ən kütləvi sursatda ballistik yanacağın geniş yayılmasını əvvəlcədən müəyyənləşdirdi.
XX əsrin birinci yarısında qaz dinamikası, yanma fizikası və yüksək enerjili birləşmələrin kimyası kimi elmi fənlərin inkişafı maye komponentlərdən istifadə etməklə raket yanacaqlarının tərkibini genişləndirməyə imkan verdi. "V -2" maye itələyici raket mühərriki (LPRE) olan ilk döyüş raketində kriogen oksidləşdirici - maye oksigen və yüksək qaynar yanacaq - etil spirti istifadə edilmişdir.
İkinci Dünya Müharibəsindən sonra raket silahları, nüvə yüklərini istənilən məsafədə - bir neçə kilometrdən (raket sistemləri) qitələrarası məsafəyə (ballistik raketlər) çatdırmaq qabiliyyətinə görə digər silah növləri üzərində inkişafda prioritet aldı. Bundan əlavə, raket silahları, raket mühərrikləri ilə döyüş sursatı buraxarkən geri çəkilmə qüvvəsinin olmaması səbəbindən aviasiya, hava hücumundan müdafiə, quru qüvvələri və donanmada artilleriya silahlarını əhəmiyyətli dərəcədə əvəz etdi.
Balistik və maye raket yanacağı ilə eyni vaxtda, geniş işləmə diapazonu, komponentlərin dağılma təhlükəsinin aradan qaldırılması, olmaması səbəbindən bərk yanacaqlı raket mühərriklərinin aşağı qiyməti səbəbindən hərbi istifadə üçün ən uyğun olaraq hazırlanmış çox komponentli qarışıq bərk yanacaqlar. vahid çəkiyə görə daha yüksək təzyiqə malik boru kəmərləri, klapanlar və nasoslar.
Raket yanacaqlarının əsas xüsusiyyətləri
Komponentlərinin yığılma vəziyyətinə əlavə olaraq, raket yanacaqları aşağıdakı göstəricilərlə xarakterizə olunur:
- xüsusi vuruş impulsu;
- istilik sabitliyi;
- kimyəvi sabitlik;
- bioloji toksiklik;
- sıxlıq;
- tüstü.
Raket yanacağının spesifik itələmə impulsu mühərrikin yanma kamerasındakı təzyiq və temperaturdan, həmçinin yanma məhsullarının molekulyar tərkibindən asılıdır. Bundan əlavə, spesifik impuls mühərrik nozzinin genişlənmə nisbətindən asılıdır, lakin bu daha çox raket texnologiyasının xarici mühiti (hava atmosferi və ya kosmos) ilə əlaqədardır.
Artan təzyiq, yüksək gücü olan struktur materiallarının (raket mühərrikləri üçün polad ərintiləri və bərk yanacaqlar üçün orqanoplastiklər) istifadəsi ilə təmin edilir. Bu baxımdan, maye yanacaqlı raket mühərrikləri, iri yanma kamerası olan bərk yanacaqlı mühərrikin gövdəsi ilə müqayisədə itələyici qurğusunun yığcam olması səbəbindən bərk yanacaqlardan üstündür.
Yanma məhsullarının yüksək temperaturu bərk yanacağa metal alüminium və ya kimyəvi birləşmə - alüminium hidrid əlavə etməklə əldə edilir. Maye yanacaqlar bu cür aşqarlardan yalnız xüsusi qatqılarla qatılaşdıqda istifadə edə bilərlər. Maye yanacaqlı raket mühərriklərinin istilik mühafizəsi yanacaqla soyutma, bərk yanacaqların istiliklə qorunması-yanacaq blokunu mühərrikin divarlarına möhkəm bağlamaqla və mühərrikin kritik hissəsində karbon-karbon kompozitdən hazırlanmış tükənmiş əlavələrlə istifadə etməklə təmin edilir. burun.
Yanacağın yanma / parçalanma məhsullarının molekulyar tərkibi, burun çıxışındakı axın sürətinə və birləşmə vəziyyətinə təsir göstərir. Molekulların çəkisi nə qədər aşağı olarsa, axın sürəti də o qədər yüksəkdir: ən çox seçilən yanma məhsulları su molekullarıdır, sonra azot, karbon qazı, xlor oksidləri və digər halogenlər; ən az üstünlük alüminiumdur ki, bu da mühərrik ağzında bir bərkə çevrilərək genişlənən qazların həcmini azaldır. Bundan əlavə, alüminium oksid fraksiyası, ən səmərəli parabolik Laval nozzlelarının aşındırıcı aşınması səbəbindən konik burunların istifadəsini məcbur edir.
Hərbi raket yanacaqları üçün raket texnologiyası əməliyyatının geniş temperatur aralığına görə onların istilik dayanıqlığı xüsusi əhəmiyyət kəsb edir. Buna görə, kriogen maye yanacaqlardan (oksigen + kerosin və oksigen + hidrogen) yalnız qitələrarası ballistik raketlərin (R-7 və Titan) inkişafının ilkin mərhələsində, eləcə də təkrar istifadə edilə bilən kosmik vasitələrin (Space Shuttle və Energia) alçaq yer orbitinə peyklər və kosmik silahların buraxılması üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Hal-hazırda ordu yalnız azot tetroksid (AT, oksidləşdirici) və asimmetrik dimetilhidrazinə (UDMH, yanacaq) əsaslanan yüksək qaynar maye yanacaqdan istifadə edir. Bu yanacaq cütünün istilik sabitliyi, ICBM və SLBM raket siloslarında termostatlı şəraitdə raketlərin bu yanacağın istifadəsini məhdudlaşdıran AT (+ 21 ° C) qaynama nöqtəsi ilə müəyyən edilir. Komponentlərin təcavüzkarlığı səbəbindən raket tanklarının istehsalı və istismarı texnologiyası dünyada yalnız bir ölkəyə - SSRİ / RF -yə (ICBMs "Voevoda" və "Sarmat", SLBMs "Sineva" və ") sahib idi. Layner "). İstisna olaraq, AT + NDMG, Kh-22 Tempest təyyarəsinin qanadlı raketləri üçün yanacaq olaraq istifadə edilir, lakin yerdəki problemlərlə əlaqədar olaraq, Kh-22 və yeni nəsil Kh-32-nin reaktiv mühərriklə əvəz edilməsi planlaşdırılır. Yanacaq olaraq kerosin istifadə edən "Zirkon" qanadlı raketləri.
Qatı yanacaqların istilik dayanıqlığı əsasən həlledicinin və polimer bağlayıcının uyğun xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir. Balistit yanacaqlarının tərkibində, həlledici nitroselülozlu bərk məhlulda mənfi 50 ° C -ə qədər bir temperatur aralığına malik olan nitrogliserindir. Qarışıq yanacaqlarda polimer bağlayıcı olaraq eyni işləmə temperatur aralığına malik olan müxtəlif sintetik kauçuklar istifadə olunur. Bununla birlikdə, bərk yanacaqların əsas komponentlərinin istilik sabitliyi (ammonium dinitramide + 97 ° C, alüminium hidrid + 105 ° C, nitroselüloz + 160 ° C, ammonium perklorat və HMX + 200 ° C) məlum bağlayıcıların oxşar xüsusiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir. və buna görə də onların yeni kompozisiyalarının axtarışı aktualdır.
Ən kimyəvi cəhətdən dayanıqlı yanacaq cütü AT + UDMG -dir, çünki alüminium çənlərdə az miqdarda azot təzyiqi altında, demək olar ki, məhdud olmayan müddət ərzində ampulalı saxlama üçün unikal bir yerli texnologiya hazırlanmışdır. Bütün bərk yanacaqlar polimerlərin və onların texnoloji həlledicilərinin özbaşına parçalanması səbəbindən zamanla kimyəvi olaraq parçalanır, bundan sonra oliqomerlər digər daha sabit yanacaq komponentləri ilə kimyəvi reaksiyalara girirlər. Buna görə də, qatı itələyici dama müntəzəm olaraq dəyişdirilməlidir.
Raket yanacaqlarının bioloji cəhətdən zəhərli komponenti mərkəzi sinir sistemini, gözlərin selikli qişalarını və insanın həzm sistemini təsir edən və xərçəngə səbəb olan UDMH -dir. Bu baxımdan, UDMH ilə iş, özünəməxsus tənəffüs aparatının istifadəsi ilə kimyəvi qoruyucu kostyumların təcrid edilməsində aparılır.
Yanacaq sıxlığının dəyəri LPRE yanacaq çənlərinin kütləsinə və bərk itələyici raket gövdəsinə birbaşa təsir edir: sıxlıq nə qədər yüksək olsa, raketin parazitar kütləsi o qədər az olar. Hidrogen + oksigen yanacaq cütünün ən aşağı sıxlığı 0,34 q / kubdur. sm, bir cüt kerosin + oksigen sıxlığı 1,09 q / kubdur. sm, AT + NDMG - 1,19 q / kub. sm, nitroselüloz + nitrogliserin - 1.62 q / kub. sm, alüminium / alüminium hidrid + perklorat / ammonium dinitramid - 1,7 q / cc, HMX + ammonium perklorat - 1,9 q / cc. Bu vəziyyətdə, eksenel yanmanın bərk yanacaqlı raket mühərriki, yanacaq doldurma sıxlığının, istifadə olunan yanma kanalının ulduz şəkilli hissəsinə görə yanacağın sıxlığından təxminən iki dəfə az olduğunu nəzərə almaq lazımdır. yanacağın yanma dərəcəsindən asılı olmayaraq yanma kamerasında sabit bir təzyiq saxlamaq. Eyni şey, raketlərin və raketlərin yanma müddətini və sürətlənmə məsafəsini qısaltmaq üçün bir kəmər və ya çubuq dəsti olaraq meydana gələn ballistik yanacaqlara da aiddir. Onlardan fərqli olaraq, HMX -ə əsaslanan son yanma bərk yanacaqlı raket mühərriklərində yanacaq yükünün sıxlığı onun üçün göstərilən maksimum sıxlıqla üst -üstə düşür.
Raket yanacaqlarının əsas xüsusiyyətlərindən sonuncusu, yanma məhsullarının tüstüsüdür, raketlərin və raketlərin uçuşunu vizual olaraq gizlədir. Bu xüsusiyyət, alüminiumdan ibarət olan bərk yanacaqlara xasdır, oksidləri raket mühərrikinin burnunda genişlənmə zamanı bərk vəziyyətə keçir. Buna görə də, bu yanacaqlar, traektoriyasının aktiv hissəsi düşmənin görmə xəttinin kənarında olan ballistik raketlərin bərk itələyicilərində istifadə olunur. Təyyarə raketləri HMX və ammonium perklorat yanacağı, raketlər, qumbaralar və tank əleyhinə raketlərlə - ballistik yanacaqla doldurulur.
Raket yanacaqlarının enerjisi
Müxtəlif növ raket yanacağının enerji imkanlarını müqayisə etmək üçün yanma kamerasındakı təzyiq və raket mühərriki nozzinin genişlənmə nisbəti şəklində müqayisə edilə bilən yanma şərtləri təyin etmək lazımdır - məsələn, 150 atmosfer və 300 qat genişlənmə. Sonra, yanacaq cütləri / üçüzləri üçün xüsusi impuls olacaq:
oksigen + hidrogen - 4,4 km / s;
oksigen + kerosin - 3,4 km / s;
AT + NDMG - 3.3 km / s;
ammonium dinitramid + hidrogen hidrid + HMX - 3.2 km / s;
ammonium perklorat + alüminium + HMX - 3,1 km / s;
ammonium perklorat + HMX - 2,9 km / s;
nitroselüloz + nitrogliserin - 2,5 km / s.
Ammonium dinitramide əsaslanan bərk yanacaq, 1980-ci illərin sonlarında yerli bir inkişafdır, RT-23 UTTKh və R-39 raketlərinin ikinci və üçüncü mərhələləri üçün yanacaq olaraq istifadə edilmişdir və hələ də ən yaxşı nümunələrlə enerji xüsusiyyətlərinə görə aşılmamışdır. Minuteman-3 və Trident-2 raketlərində istifadə olunan ammonium perklorat əsaslı xarici yanacaq. Ammonium dinitramide, hətta işıq radiasiyasından da partlayan bir partlayıcıdır, buna görə də onun istehsalı aşağı güclü qırmızı lampalarla işıqlandırılan otaqlarda aparılır. Texnoloji çətinliklər SSRİ istisna olmaqla dünyanın heç bir yerində raket yanacağı istehsal prosesini mənimsəməyə imkan vermədi. Başqa bir şey, sovet texnologiyası müntəzəm olaraq yalnız Ukrayna SSR -in Dnepropetrovsk bölgəsində yerləşən Pavlograd kimya zavodunda tətbiq edilmiş və 1990 -cı illərdə zavod məişət kimyəvi maddələr istehsalına çevrildikdən sonra itirilmişdi. Bununla birlikdə, RS-26 "Rubezh" tipli perspektivli silahların taktiki və texniki xüsusiyyətlərinə görə, texnologiya Rusiyada 2010-cu illərdə bərpa edildi.
Adına yüksək dövlət tərkibli Perm Zavoduna məxsus 2241693 saylı Rusiya patentindən bərk raket yanacağının tərkibi yüksək effektiv tərkibə nümunədir. SANTİMETR. Kirov :
oksidləşdirici maddə - ammonium dinitramid, 58%;
yanacaq - alüminium hidrid, 27%;
plastikləşdirici - nitroisobutiltrinitrategliserin, 11, 25%;
bağlayıcı - polibutadien nitril kauçuk, 2, 25%;
sertleştirici - kükürd, 1,49%;
yanma stabilizatoru - çox incə alüminium, 0,01%;
əlavələr - karbon qara, lesitin və s.
Raket yanacaqlarının inkişaf perspektivləri
Maye raket yanacaqlarının inkişafının əsas istiqamətləri (tətbiq edilmə prioritetinə görə):
- oksidləşdiricinin sıxlığını artırmaq üçün super soyudulmuş oksigenin istifadəsi;
alüminium çənlərin maye metan temperaturunda sərtləşdiyini nəzərə alaraq, yanan komponenti kerosindən 15% yüksək enerjiyə və 6 qat daha yaxşı istilik qabiliyyətinə malik olan yanacaq buxarı oksigen + metana keçid;
oksidləşdiricinin qaynama nöqtəsini və enerjisini artırmaq üçün oksigen tərkibinə 24% səviyyəsində ozon əlavə etmək (ozonun böyük bir hissəsi partlayıcıdır);
- tərkibində pentaboran, pentafluorid, metallar və ya onların hidridləri olan süspansiyonlar olan tiksotrop (qalınlaşdırılmış) yanacağın istifadəsi.
Falcon 9 raketində super soyudulmuş oksigen artıq istifadə olunur; oksigen + metanla işləyən raket mühərrikləri Rusiya və ABŞ-da hazırlanır.
Qatı raket yanacaqlarının inkişafının əsas istiqaməti, bütövlükdə bərk yanacaqların oksidləşmə balansını yaxşılaşdıran molekullarında oksigen olan aktiv bağlayıcılara keçiddir. Belə bir bağlayıcının müasir bir yerli nümunəsi, "Kristall" Dövlət Tədqiqat İnstitutu (Dzerjinsk) tərəfindən hazırlanmış, dinitril dioksid və butilenediol polieteruretandan ibarət tsiklik qrupları ehtiva edən "Nika-M" polimer kompozisiyasıdır.
Digər perspektivli istiqamət, HMX ilə müqayisədə daha yüksək oksigen balansına malik olan istifadə olunan nitramin partlayıcılarının çeşidinin genişləndirilməsidir (mənfi 22%). Hər şeydən əvvəl bunlar heksanitroheksaazaisowurtzitane (Cl-20, oksigen balansı mənfi 10%) və oktanitrokubandır (sıfır oksigen balansı), perspektivləri istehsal xərclərinin azaldılmasından asılıdır-hazırda Cl-20 daha bahalı bir sifarişdir HMX -dən daha çox, oktonitrokuban Cl -iyirmidən daha bahalı bir əmrdir.
Məlum komponent növlərini təkmilləşdirməklə yanaşı, molekulları tək bağlarla bağlanmış azot atomlarından ibarət olan polimer birləşmələrin yaradılması istiqamətində də tədqiqatlar aparılır. Isıtma təsiri altında bir polimer birləşmənin parçalanması nəticəsində azot üçlü bir əlaqə ilə bağlanmış iki atomdan ibarət sadə molekullar əmələ gətirir. Bu vəziyyətdə ayrılan enerji nitramin partlayıcı maddələrin enerjisindən iki qat çoxdur. İlk dəfə brilyant kimi kristal qəfəsli azotlu birləşmələr Rusiya və Almaniya alimləri tərəfindən 2009-cu ildə 1 milyon atmosfer təzyiqi və 1725 ° C temperaturda birgə sınaq qurğusunda aparılan təcrübələr zamanı əldə edilmişdir. Hazırda adi təzyiq və temperaturda azot polimerlərinin metastabil vəziyyətinə nail olmaq üçün işlər aparılır.
Yüksək azot oksidləri oksigen ehtiva edən kimyəvi birləşmələr vəd edir. Tanınmış azot oksidi V (düz molekulu iki azot atomundan və beş oksigen atomundan ibarətdir) aşağı ərimə nöqtəsinə görə (32 ° C) bərk yanacağın tərkib hissəsi kimi praktiki əhəmiyyət daşımır. Bu istiqamətdə araşdırmalar, çərçivə molekulu tetraedr şəklində olan, uclarında dörd azot atomu bağlanmış olan nitrat oksidin VI (tetra-azot heksaoksid) sintezi üçün bir üsul axtarılaraq aparılır. tetrahedronun kənarında yerləşən altı oksigen atomu. Azot oksidi VI molekulunda atomlararası bağların tamamilə bağlanması, urotropinə bənzər artan istilik sabitliyini proqnozlaşdırmağa imkan verir. Azot oksid VI oksigen balansı (üstəgəl 63%) bərk raket yanacağında metallar, metal hidridləri, nitraminlər və karbohidrogen polimerləri kimi yüksək enerjili komponentlərin xüsusi çəkisini əhəmiyyətli dərəcədə artırmağa imkan verir.
