"Буферный" ракетный двигатель на плавком твердом топливе.

«Буферный двигатель» Альтернатива твердотопливной ракете.
К преимуществам ракетного двигателя на твердом топливе можно отнести высокую мощность, надежность и простоту.
Эти характеристики двигателю на твердом топливе придает его простая конструкция.
Твердотопливный двигатель состоит только из топливных баков, заполненных твердым топливом и сопла. Топливный бак является так же и камерой сгорания, так как топливо горит в баке.
Традиционное твердое топливо, которое используется в двигателях космических ракет, состоит из смеси нескольких основных компонентов, и называется «Смесевое». Компонентами топлива являются: Порошкообразный минеральный окислитель - перхлорат аммония, алюминиевая пудра, и органический полимер, который склеивает порошкообразные компоненты, и превращает их в однородную твердую массу. При горении топлива перхлорат аммония выделяет кислород и легкие газы, алюминиевая пудра повышает температуру горения, так как она при горении выделяет много энергии. В качестве связывающего органического клея, как правило, используется резина. При изготовлении топливной массы, жидкий резиновый клей смешивается с порошком перхлората аммония и алюминиевой пудрой. Вязкая топливная масса помещается в формы. Потом резиновый клей затвердевает. И затвердевшее топливо сохраняет приданную ему форму.
От формы топливного заряда зависит мощность двигателя, и изменения мощности в процессе работы. Твердое топливо горит на поверхности, как порох, или пиротехническая масса. Поэтому чем выше поверхность топливного заряда, тем выше мощность двигателя. Для увеличения поверхности, топливным зарядам придают форму с внутренним каналом в виде звезды. Как правило, топливной массе двигателей космических ракет придают звездообразную форму. При такой форме топливного заряда, двигатель имеет максимальную мощность в начале работы, когда ракета имеет максимальный вес, и испытывает сильное сопротивление воздуха. В процессе работы двигателя, звездообразный топливный заряд обгорает, его площадь уменьшается, соответственно уменьшается и мощность двигателя.
Мощность твердотопливного двигателя совершенно не поддается дросселированию, так как влиять на площадь горения, используя дроссель, невозможно. Это один из недостатков твердотопливных ракет.
Кроме того что мощность твердотопливного двигателя невозможно контролировать в реальном времени, его работу сложно остановить, и снова возобновить. Для остановки твердотопливного двигателя, используются огнетушители устройства, для старта воспламенители. Дополнительные устройства создают лишний вес, поэтому, как правило, твердотопливные двигатели не глушат. Они работают до полного выгорания топлива. Из-за этого их невозможно остановить при аварии, аварийный двигатель продолжает работать. Из-за аварии твердотопливного ускорителя разбился шаттл Челенджер.
Окислителем для твердотопливных двигателей служит перхлорат аммония. Это вещество по своим свойствам промежуточное между хлоратом калия и аммиачной селитрой. Перхлорат аммония способен быстро гореть, со скоростью пороха, при горении он выделяет много кислорода, в этом он похож на хлорат калия (или соль Бертолье). В то же время он легкий, и при горении образует много легких газов, как аммиачная селитра.
Но у этого окислителя есть свои недостатки. В смесях с органическими материалами, перхлорат аммония крайне горючий. Кроме того он взрывчатый.
Перхлорат аммония при горении выделяет гидрид хлора – соляную кислоту. Гидрид хлора в атмосфере окисляется, превращаясь в хлор. В продуктах горения перхлората аммония содержится 30% хлора, это вызывает его экологическую опасность. Твердотопливные двигатели выделяют так много хлора, что после каждого запуска шаттла, в ускорителях которого сгорает приблизительно 1000 тонн твердого топлива, над космодромом образуется локальная озоновая дыра. При взаимодействии гидрида хлора с продуктами сгорания органических компонентов топлива, образуются диоксины, высокотоксичные вещества.
Перхлорат аммония нечем заменить в традиционных твердотопливных двигателях. Потому что нет доступных окислителей с нужной скоростью горения, и нужным количеством выделяемого кислорода.
Были попытки заменить перхлорат аммония нитратом аммония, который еще называется – аммиачная селитра.
Но нитрат аммония, в отличие от перхлората, очень медленно горит, и при горении выделяет меньше кислорода.
Нитрат аммония, при горении легко плавится, но горит очень медленно, его горение больше похоже на тление. При горении нитрат аммония выделяет меньше кислорода, чем перхлорат, поэтому топливо с нитратом аммония имеет меньшую эффективность, чем содержащее перхлорат.
Нитрат аммония дешевле перхлората, и при горении он не выделяет токсичных веществ. Но по своим свойствам он не пригоден в качестве окислителя, для традиционного твердотопливного двигателя.
Но есть принципиальная возможность изменить конструкцию двигателя. Чтобы адаптировать его для работы на топливе, содержащем нитрат аммония, в качестве окислителя.
Я изобрел двигатель способный работать на нитрате аммония, и имеющий некоторые другие преимущества, перед традиционным твердотопливным двигателем.
Я назвал этот двигатель «Буферным» из-за особенностей горения топлива, и внутреннего устройства. Топливо в буферном двигателе горит в две стадии. Топливо буферного двигателя разделяется на основное твердое топливо, и промежуточное «Буферное» жидкое топливо.
В буферном двигателе основное твердое топливо не способно гореть самостоятельно. Топливо плавится и немного обгорает, но полностью не сгорает. Расплавленное топливо стекает в камеру сгорания, где оно распыляется, и быстро сгорает, в мелко дисперсном состоянии. Основное твердое топливо плавится в пламени промежуточного, жидкого «Буферного» топлива. Буферным топливом является концентрированная перекись. Жидкостные двигатели на перекиси используют только один компонент, поэтому простые, и более надежные, чем двухкомпонентные двигатели.
Перекись способна разлагаться под действием катализатора. При разложении перекиси образуется газ, состоящий из паров воды и кислорода. Температура «Паро-газа» перекиси – 700, 900, градусов, по Цельсию. При этой температуре воспламеняется любое горючее вещество.
Основное твердое топливо, состоит из смеси нитрата аммония, алюминиевой пудры и нефтяного парафина. Основной компонент топлива – нитрат аммония, легкоплавкое вещество, парафин тоже хорошо плавится. Нитрат аммония в сочетании с парафином не воспламеняется при нагревании, и не горит в расплавленном состоянии. Он горит только в сочетании с углем, или с веществами, которые образуют уголь при горении, с целлюлозой, с крахмалом, и подобными. С парафином расплавленный нитрат аммония не реагирует. Основное твердое топливо в буферном двигателе обгорает на поверхности в атмосфере горячего, насыщенного кислородом паро-газа перекиси. Но так как топливо легкоплавкое и плохо горючее, в основном оно не сгорает, а плавится.
Расплавленное топливо стекает в камеру сгорания. В камере сгорания топливо проходит через распылители, разделяющие жидкие и газообразные струи топлива. Газообразное топливо под прямым углом направляется на струи жидкости. Жидкая часть топлива распыляется и сгорает в этом пламени.
Основное топливо буферного двигателя имеет недостаток окислителя, так как нитрат аммония выделяет мало кислорода, но избыточный кислород от паро-газа перекиси компенсирует этот недостаток кислорода, и поддерживает высокую температуру горения.
Буферный двигатель, по удельной эффективности аналогичен традиционному твердотопливному. Некоторые меры позволяют повысить удельную эффективность буферного двигателя.
Топливо для буферного двигателя менее пожароопасное, чем традиционное твердое топливо. При горении оно не образует токсичных веществ.
На буферном двигателе возможно дросселирование мощности в широких пределах.
Его схема позволяет останавливать и повторно запускать двигатель без дополнительных приспособлений.
Плотность топлива буферного двигателя немного уступает традиционному. Но у буферного двигателя меньше минимальное давление в топливных баках, а значит и баки можно сделать легче.
Буферный двигатель по всем характеристикам конкурентоспособен по сравнению с традиционным твердотопливным.
Он может стать реальной альтернативой твердотопливному двигателю.
Источник: http://emv3tullio.narod.ru/stranicanomer188.htm