Топлива ракетных двигателей

Под топливом РД будем понимать вещество или совокупность веществ, способных к химическим реакциям с выделением энергии и к образованию высокотемпературных продуктов для создания тяги. Таких веществ известно немало и всякий раз возникает вопрос о выборе топлива двигателей конкретной ракеты.

К топливам предъявляется широкий спектр требований, который можно разделить на два класса:

1. Баллистические требования - обеспечение наибольшей дальности полета ракеты или наибольшей массы полезной нагрузки.

2. Эксплуатационные требования - обеспечение условий эксплуатации ракеты в процессе транспортировки, заправки ракеты (жидкие топлива), хранения, воздействие продуктов сгорания на окружающую среду, наличие промышленной базы для изготовления серии ракет и др.

Ясно, что в первую очередь рассматриваются топлива с наибольшей баллистической эффективностью для выполнения целевого назначения ракеты, а эксплуатационные требования выступают как ограничения в процессе поиска лучших решений по баллистической эффективности.

Критерий эффективности топлива ракетного двигателя в составе ракеты.

Критерием качества ступени ракеты является конечная скорость (3.1).

Для достижения ее максимума следует применять топлива с наибольшим значением удельного импульса и с максимально возможной плотностью (большая плотность топлива приводит к меньшей массе конструкции двигателя и баков жидкостных ракет). Для идеальной конечной скорости ЛА характерно выражение

, (3.2)
где - относительное содержание топлива на борту или коэффициент заполнения топливом. Изменение коэффициента с от величины показано на рис. 3.1 - с ростом значения коэффициента заполнения влияние плотности топлива на коэффициент с падает. Для первых ступеней ракет характерны малые значения - влияние плотности соизмеримо с влиянием удельного импульса.

В общем случае критерием баллистической эффективности топлива в составе ДУ ступени УБР служит показатель, вытекающий из (3.2) и из условия максимума конечной скорости

. (3.3)

Значения величины «с» необходимо определять для каждой ступени ракеты в ходе баллистического анализа проектируемой УБР. В общем случае можно рекомендовать следующее:

- влияние плотности топлива на баллистическую эффективность существенно для одноступенчатых ракет и первых ступеней составных ракет – с = 0,6.. .0,75;

- влияние плотности топлива для верхних ступеней менее существенно и с = 0,15...35.

В общем случае на разных стадиях выполнения сложной программы активного полета рационально использовать топлива с различным сочетанием удельного импульса и плотности. Первые ступени ракетно-космических систем работают на недорогом топливе с повышенной плотностью (кислород + керосин), а последующие ступени на высокоимпульсном дорогом топливе с малой плотностью (кислород + водород).

В ряде случаев целесообразно даже применение топлив переменного состава (с разной плотностью) в пределах одной ступени.