Горючее жидкого топлива
Изобретение относится к жидким криогенным топливам для ракет и воздушно-реактивных двигателей. Горючее представляет собой раствор жидкого ацетилена в жидком этилене или этане при соотношении молекул ацетилена к этилену или этану 1:1 и характеризуется доступной температурой сжижения. Обеспечивается увеличение температуры в камере сгорания, уменьшение объема бака.
Изобретение относится к жидким криогенным ракетным топливам, а также к топливам для воздушно-реактивных двигателей.
Известны ракетные топлива, которыми называется комплекс из окислителя и горючего /см. Большую Советскую энциклопедию, т.14 стр.92/.
Лучшим экологически чистым ракетным горючим считается водород /см. А.Первушин "Битва за звезды", ACT, 2004, с 477/. Однако жидкий водород обладает определенными недостатками: очень низкая температура сжижения и очень малая плотность, из-за чего бак для него приходится делать очень большим.
Задача изобретения - применить горючее с более доступной температурой сжижения, увеличить температуру в камере сгорания, уменьшить объем бака и в итоге - уменьшить стоимость выведения на орбиту. Сущность изобретения в части "горючее" состоит в том, что в качестве горючего используется раствор жидкого ацетилена в другом жидком горючем газе. Ацетилен как горючее по тепловыделению на единицу массы ракетного топлива среди нетоксичных топлив несколько уступает водороду, зато его плотность в жидком виде намного больше плотности водорода, а температура его горения в кислороде наивысшая среди нетоксичных топлив.
В чистом виде ацетилен при охлаждении переходит сразу в твердое состояние. Кроме того, при определенных условиях он способен образовывать взрывоопасные кристаллы. Поэтому он может применяться только в виде смеси. Анализ строения молекулы ацетилена позволяет предположить, что жидкий ацетилен полностью растворится в жидком газе и не будет образовывать взрывоопасные кристаллы при соотношении их молекул 1:1.
Из сравнительно нетоксичных и экономически приемлемых газов-растворителей представляет интерес этилен. Он имеет близкие к ацетилену температуру кипения и атомную массу, и легко будет образовывать ковалентные связи с ацетиленом.
Тепловыделение такого горючего на единицу массы ракетного топлива будет меньше, чем у чистого ацетилена, но все же существенно больше, чем, например, у керосина.
Возможен раствор жидкого ацетилена в более дешевом, чем этилен, жидком этане. Но тепловыделение такого горючего меньше.
По сравнению с водородом ацетилено-этиленовая смесь обладает одним недостатком - меньшим тепловыделением. Т.е. суммарная масса топлива будет на 17% больше. Зато она обладает следующими преимуществами:
1. Большая плотность /суммарный объем баков жидкого кислорода и жидкого горючего по сравнению с водородом уменьшается в 1,7 раза, а при применении кислородно-озонового окислителя - в 1,8-2 раза, т.е. примерно во столько же уменьшится вес конструкции ракеты/.
2. При той же длине ракеты она будет обладать в 1,7-2 раза меньшим сечением, и следовательно, в 1,7-2 раза меньшим аэродинамическим сопротивлением/.
3. Повысится температура в камере сгорания двигателя, а следовательно - повысится импульс двигателя. Т.е. повысится термический кпд ракетного двигателя как разновидности теплового двигателя/.
4. Более доступное, а значит - более дешевое сжижение: -104°С против -253°С у водорода.
Указанные четыре преимущества позволяют предположить, что стоимость выведения 1 кг полезной нагрузки на орбиту у ракеты на данном горючем будет ниже, чем у водородной.
Указанное горючее может применяться в экстремальных, например гиперзвуковых, воздушно-реактивных двигателях, где его преимущества по сравнению с водородом еще более очевидны - объем бака уменьшается в 7,5 раза, в то время как тепловыделение уменьшается всего в 1,13 раза. Работает ракетное топливо так: окислитель и горючее подаются в двигатель, где сгорают и дают тягу.
Жидкое горючее, состоящее из смеси горючих газов, отличающееся тем, что представляет собой раствор жидкого ацетилена в жидком этилене или этане при соотношении молекул ацетилена и этилена или этана 1:1.
