Возможно ли использовать в ракетной технике соединения фтора как окислителя? Или чистый фтор?
Вот это да. С чистого листа, тсзть.
То есть про фторный Протон... ничего?
Начните отсюда, прежде чем столбить новую тему:
http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum16/topic10824/
Прочитали?
Можно далее про РД-301 почитать и на форуме и в инете.
ЦитироватьШтуцер пишет:
Прочитали?
Можно далее про РД-301 почитать и на форуме и в инете.
Отказались из-за высокой токсичности. Но ндмг не менее токсичен и выхлоп от него тоже не безвреден а распространение вон какое получил, при куда более скромных характеристиках.
Вот еще, почитайте:
http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic13524/message1051346/#message1051346
ЦитироватьДима Краснов пишет:
Но ндмг не менее токсичен и выхлоп от него тоже не безвреден а распространение вон какое получил, при куда более скромных характеристиках.
Распространение НДМГ - заслуга гонки вооружений.
Откуда известно, что НДМГ токсичнее фтора?
И насчет выхлопа. При пуске Протона вредных веществ в атмосферу выделяется на порядок меньше, чем при пуске любой пороховой ракеты. НДМГ сгорает.
У Кларка в главе 8:
Несколько агентств немедленно исследовали эффективность фтора с гидразином, аммиаком и их смесью с весьма неплохими результатами. Они не только получили хорошую эффективность, но и отметили отсутствие проблем с зажиганием, жидкий фтор самовосламенялся почти со всеми горючими, что они опробовали.
К сожалению, он также самовоспламенялся практически со всем остальным. Фтор не только чрезвычайно токсичен; он также суперокислитель и при подходящих условиях реагирует со всем, кроме азота, легчайшими из благородных газов и соединениями, что были до предела фторированы. И обычно реакция происходит бурно.
Фтор может храниться в емкостях из некоторых металлов - стали, меди, алюминии и т.д. - по причине немедленного им формирования тонкого инертного покрытия из фторида металла, что предотвращает последующую реакцию. Но если этот инертный слой поцарапан или расплавился, может получиться впечатляющее зрелище. К примеру, если газу позволено течь быстро в проходе или через клапан, или он приходит к контакт с пятнами жира или что-то вроде этого, металл с высокой степенью вероятности вспыхивает - и фторо-алюминиевое пламя является впечатляющим зрелищем. Которое лучше видеть на расстоянии.
Но, как это обычно и бывает, с этой штукой можно иметь дело, и если вы обращаетесь с ним аккуратно и желаете сжечь в своей ракете, то компания Allied Chemical Co. будет счастлива доставить вам грузовик, полный жидкого фтора. Указанная машина сама по себе является замечательной конструкцией, где внутренний фторовый бак окружен емкостью с жидкий азотом для предотвращения испарения и утечки любого количества фтора в атмосферу. Всевозможные предосторожности - передняя тележка, полицейское сопровождение и все что угодно ещё - применялись когда данные грузовики путешествовали по общественным дорогам, но иногда мне было просто интересно, на что это будет похоже, если одна машина с фтором столкнется с другой, перевозящей, скажем, жидкий пропан или бутан.
Создание больших фторовых двигателей было медленным процессом и, порой, весьма впечатляющим. Я видел один фильм испытания, проведенного Bell Aerosystems, при котором заглушка для фтора разрушилась и метал вспыхнул. Это выглядело как если бы двигатель имел два сопла под прямым углом с большим пламенем, бьющим из места утечки так же, как и из сопла. Двигатель был разрушен, и весь тестовый стенд сгорел до того, как операторы смогли всё выключить.
Но большеразмерные двигатели были разработаны и удачно испытаны, хотя никто из них до сих пор не слетал в составе космических миссий. Рокетдайн создала Номад, 5,5-тонный двигатель, работающий на жидком фторе и гидразине и предназначенный для использования в составе верхних ступеней, а Белл построила 16-тонный Чариот для третьей ступени Титана III. Он сжигал фтор и смесь монометилгидразина, воды и гидразина, сбалансированную до CO и HF и имевшую точку замерзания значительно ниже, чем у гидразина. А Дженерал Электрик разработала фторо-водородный двигатель X-430 тягой в 34 тонны.
ЦитироватьДима Краснов пишет:
ЦитироватьШтуцер пишет:
Прочитали?
Можно далее про РД-301 почитать и на форуме и в инете.
Отказались из-за высокой токсичности. Но ндмг не менее токсичен и выхлоп от него тоже не безвреден а распространение вон какое получил, при куда более скромных характеристиках.
НДМГ остаётся жидким при комнатной температуре, что компенсирует скромность его характеристик.
ЦитироватьДмитрий Инфан пишет:
Отказались из-за высокой токсичности. Но ндмг не менее токсичен и выхлоп от него тоже не безвреден а распространение вон какое получил, при куда более скромных характеристиках.
И еще потому,что продукты сгорания также весьма ядовиты.
Если кратко - то мое понимание следующее. Во-первых, просто в силу наличия плавиковой кислоты в выхлопе фтор автоматически отпадает как окислитель для первой ступени (стартовые сооружения растворятся нафиг + экологическая катастрофа на месте запуска). На верхних ступенях же есть смысл только с водородом его применять (у.и. РД-301 был меньше чем даже у безгенераторного RL-10 при несравнимо больших проблемах при эксплуатации). Но 470 сек. водорода-фтора всего на 4,5% выше у.и. водорода-кислорода - и не факт, что эта разница не будет съедена конструктивными мероприятиями, необходимыми для фтора.
Согласно Кларку, воевали со фтором в двух направлениях. Первое - это его производные, что по крайнем мере не будут сильно криогенными жидкостями как фтор (вершиной усилий был ClF5). Второе - это отработка системы Li-F-H с удельным импульсом в 542 секунды и низкой температурой сгорания. И то и другое, кардинально не решая основных проблем, не имела перед традиционными компонентами радикальных преимуществ - проще было даже сразу на ядерных двигатель перейти с его 850-900 секунд у.и.
Цитироватьdmitryskey пишет:
Если кратко - то мое понимание следующее. Во-первых, просто в силу наличия плавиковой кислоты в выхлопе фтор автоматически отпадает как окислитель для первой ступени (стартовые сооружения растворятся нафиг + экологическая катастрофа на месте запуска). На верхних ступенях же есть смысл только с водородом его применять (у.и. РД-301 был меньше чем даже у безгенераторного RL-10 при несравнимо больших проблемах при эксплуатации). Но 470 сек. водорода-фтора всего на 4,5% выше у.и. водорода-кислорода - и не факт, что эта разница не будет съедена конструктивными мероприятиями, необходимыми для фтора.
У водород-фторного топлива плотность значительно выше.
Да, конечно, Вы правы, причем больше 50 лет (до 1951 года) плотность жидкого фтора считалась меньше таковой для ЖК - и только когда ее перемеряли и она оказалась чуть выше 1,54 - в Штатах занялись фтором. Но насколько я понимаю - плотность не так критична на верхних ступенях - притом что ракетчики и, скорее всего даже в большей степени, наземщики не хотели со фтором дел иметь. Как ни крути - пожар в среде кислорода и среде фтора - это совершенно разные вещи - если уж даже Кларк (а он как химик лицо заинтересованное) в качестве лучшего средства борьбы с пожаром в среде галогеновых окислителей рекомендовал пару беговых кроссовок .
Цитироватьdmitryskey пишет:
Да, конечно, Вы правы, причем больше 50 лет (до 1951 года) плотность жидкого фтора считалась меньше таковой для ЖК - и только когда ее перемеряли и она оказалась чуть выше 1,54 - в Штатах занялись фтором. Но насколько я понимаю - плотность не так критична на верхних ступенях - притом что ракетчики и, скорее всего даже в большей степени, наземщики не хотели со фтором дел иметь. Как ни крути - пожар в среде кислорода и среде фтора - это совершенно разные вещи - если уж даже Кларк (а он как химик лицо заинтересованное) в качестве лучшего средства борьбы с пожаром в среде галогеновых окислителей рекомендовал пару беговых кроссовок .
Не плотность фтора, а плотность топлива.
Хм... Немного глупый вопрос: а не пытались сделать двигатель на ClF5 , пентаборане и аммиаке? Аммиак для ТНА и охлаждения камеры сгорания.
Все эти компоненты жидкие при температуре кипения аммиака (-33 С) вроде как...
Глушко всей этой экзотикой активно занимался в 60-х-70-х гг.
Согласно Кларку, эффективность пентаборана с галогенными окислителями не была настолько выше, чем у гидразиновых горючих, насколько возрастала токсичность и стоимость. И если уж и использовать аммиак для привода ТНА и охлаждения камеры, то опять-таки гораздо логичнее это делать с связке со старыми добрыми НДМГ и ММГ, являющимися производными аммиака.
Но когда пентаборан был доведен до рабочего состояния, никто не смог найти особого для него применения. Эффективность была действительно хороша, но плотность пентаборана низка – 0,618 – что препятствует его использованию в тактических ракетах. Далее, окислители (кислородного типа), с которыми он показывал наилучшую эффективность, пероксид и N2O4 обладали неприемлемыми точками замерзания, в случае использования азотной кислоты вы теряли существенную долю преимущества в эффективности. И, конечно же, с любым из этих окислителей продукты сгорания содержали большие количества B2O3 , и бросающийся в глаза истекающий поток мог быть нежелательным. А когда вы применяли галогеновый окислитель вроде ClF3, эффективность не была настолько выше по сравнению с гидразином, чтобы служить оправданием возникающих проблем. И, в конце концов, он все ещё был дорог
ЦитироватьИван57 пишет:
Немного глупый вопрос: а не пытались сделать двигатель на ClF5
РД-503 :)
Там планировался пентафторид хлора и АГ-25 - 25% аммиака в гидразине.
ЖРД предназначался для первой ступени БРПЛ макеевского КБ. Разработка была, если не ошибаюсь, в 72-м году. У пентафторида большое преимущество именно как окислителя для БРПЛ - высокая плотность. Ну и хороший удельный импульс.
Но он сильно ядовит. Тогда (начало 70-х) отказались и от гораздо более консервативной БРПЛ комплекса Д-9М.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
ЦитироватьИван57 пишет:
Немного глупый вопрос: а не пытались сделать двигатель на ClF5
РД-503 :)
Там планировался пентафторид хлора и АГ-25 - 25% аммиака в гидразине.
ЖРД предназначался для первой ступени БРПЛ макеевского КБ. Разработка была, если не ошибаюсь, в 72-м году. У пентафторида большое преимущество именно как окислителя для БРПЛ - высокая плотность. Ну и хороший удельный импульс.
Но он сильно ядовит. Тогда (начало 70-х) отказались и от гораздо более консервативной БРПЛ комплекса Д-9М.
Да, народ очень хотел ClF5 использовать - но не срослось
ClF5 был очень близок к ClF3 , но для заданного горючего был эффективнее примерно на двадцать секунд. Он кипел при -13,6° и имел плотность 1,735 при 25°. И вся технология, разработанная для обращения с CTF, могла быть применена без изменений и к новому окислителю.
Так что просто сказать, что топливное сообщество было полно энтузиазма – значит ничего не сказать.
Цитироватьdmitryskey пишет:
Да, народ очень хотел ClF5 использовать - но не срослось
Кстати, а что у пентафторида с коррозионной способностью? Насколько долго его будет держать АМг6 и можно ли в нём утопить ЖРД второй ступени?
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
Цитироватьdmitryskey пишет:
Да, народ очень хотел ClF5 использовать - но не срослось
Кстати, а что у пентафторида с коррозионной способностью? Насколько долго его будет держать АМг6 и можно ли в нём утопить ЖРД второй ступени?
Ну, добавление 0,5% HF к азотной кислоте резко снижало коррозию за счёт образования пленки фторида и служило ингибитором. Кларк описывает такой же эффект для ClF3 и не видно причин, почему пентафторид имел бы другое поведение. Другое дело, что все хорошо до тех пор, пока слой фторида металла не поврежден
Трифторид хлора может храниться в некоторых металлах с обычной структурой – стали, меди, алюминии и т.д. – по причине формирования тонкой пленки нерастворимого фторида металла, защищающего основную часть материала точно таким же образом, как невидимый слой оксида алюминия предотвращает его сгорание в атмосфере. Однако если этот слой расплавлен или поцарапан и не имеет шанса к восстановлению, испытатель сталкивается с разрешением проблемы метал-фторового огня. Для того, чтобы иметь дело с подобного рода ситуацией, я всегда рекомендовал хорошую пару беговой обуви.
А такая бяка как NF3 в качестве окислителя не рассматривалась?
ЦитироватьГусев_А пишет:
А такая бяка как NF3 в качестве окислителя не рассматривалась?
(Голосом Капитошки) А как же!!!
Прожигали, в том числе, и с упомянутым выше пентабораном с хорошей эффективностью. Но температура кипения -129°C, токсичность и сложность получения не позволяют реальное применение в качестве окислителя в ракете. Так и видится ракета на старте в обжигающих парах этого трифторида :-). Вот что Кларк пишет
Изготовление NF3 достаточно хитроумно. Это может быть сделано путем электролиза расплавленного бифторида аммиака при помощи графитных электродов. Они должны быть графитными – если вы используете никель, вы не получите NF3 – и выход продукта зависит от того, кто произвел этот графит. И не спрашивайте меня, почему.Дон Рогиллио из Edwards Air Force Base в 1962-64 годах прожег пентаборан с NF3 и N2F4 и получил довольно хорошую производительность, хотя, ввиду того, что данная комбинация была дьявольски горяча, он имел дело с большим количеством проблем с прогоревшими форсунками и соплами. Я не вижу места для бериллия в реактивном движении так же, как и для N2F4 и NF3 . Вообще, в "этой стране" в 40-60-ых проверили, по-моему, все какие только можно кандидаты на роль топлив. По этой причине мне сразу была подозрительна шумиха (сейчас, судя по всему, заглохшая) вокруг Ацетама - ну не могли американские химики такое простое топливо пропустить и не исследовать.
Кстати, может кто просветит - к идее НДМГ мы сами пришли в 50-ых - или, как с плутониевой имплозией, разведка в клюве принесла?
Цитироватьdmitryskey пишет:
Трифторид хлора может храниться в некоторых металлах с обычной структурой – стали, меди, алюминии и т.д. – по причине формирования тонкой пленки нерастворимого фторида металла, защищающего основную часть материала точно таким же образом, как невидимый слой оксида алюминия предотвращает его сгорание в атмосфере. Однако если этот слой расплавлен или поцарапан и не имеет шанса к восстановлению, испытатель сталкивается с разрешением проблемы метал-фторового огня.
Покрытие нужно наносить в последнюю очередь, после того как все трубопроводы и соединения агрегатов будут собраны (например, погрузив их в ванну с HF). Тогда плёнка с внутренней стороны уже не поцарапается.
ЦитироватьДмитрий Инфан пишет:
Цитироватьdmitryskey пишет:
Трифторид хлора может храниться в некоторых металлах с обычной структурой – стали, меди, алюминии и т.д. – по причине формирования тонкой пленки нерастворимого фторида металла, защищающего основную часть материала точно таким же образом, как невидимый слой оксида алюминия предотвращает его сгорание в атмосфере. Однако если этот слой расплавлен или поцарапан и не имеет шанса к восстановлению, испытатель сталкивается с разрешением проблемы метал-фторового огня.
Покрытие нужно наносить в последнюю очередь, после того как все трубопроводы и соединения агрегатов будут собраны (например, погрузив их в ванну с HF). Тогда плёнка с внутренней стороны уже не поцарапается.
Ну Кларк эту процедуру описывает для CTF и упоминает, что для ClF5 меры такие же, там всё очень непросто. Тут ещё нужно учитывать сверхплотную компоновку морских ракет, даже пассивированный в HF агрегат при установке легко поцарапать. Да и что если потерянная шайбочка в баке окислителя при качке в море слегка процарапает плёнку - с N2O4 ничего страшного, с пентафторидом полыхнет метал-фтор.
Но... Если ваше оборудование было грязным, и имелись пятна масла или смазки где-нибудь внутри топливной магистрали, указанная магистраль воспламенялась и полностью сгорала, оставляя только пепел. Прокладки и О-кольца в основном должны были быть из металла; не допускалось контакта с органическими материалами в ходе зажигания. Тефлон мог продержаться при статических условиях, но если CTF с любой скоростью протекал через него, то тефлон растворялся подобно сахару в горячей воде даже если и не происходило воспламенения. Так что соединительные элементы должны были быть приварены во всех возможных случаях, и сварка должна была быть качественной. Попадание окалины в сварной шов могло вызвать реакцию и далее передать эстафету даже без предварительных попыток. Так что швы должны были быть сварены, проверены, гладко отполированы и перепроверены, и затем все магистрали очищены и пассивированы перед тем, как вам хватило смелости залить CTF в систему. Вначале проводилась промывка водой и линии осушались азотом. Затем наступал черёд трихлорида этилена для удаления всех следов масла или смазки, после чего следовала еще одна продувка азотом. Потом газообразный CTF добавлялся в систему и оставлялся там на несколько часов для захвата всего, что могло быть не удалено промывкой, и только затем жидкий трифторид хлора мог попасть в топливные магистрали.
Цитироватьdmitryskey пишет:
Согласно Кларку, эффективность пентаборана с галогенными окислителями не была настолько выше, чем у гидразиновых горючих, насколько возрастала токсичность и стоимость. И если уж и использовать аммиак для привода ТНА и охлаждения камеры, то опять-таки гораздо логичнее это делать с связке со старыми добрыми НДМГ и ММГ, являющимися производными аммиака.
... А когда вы применяли галогеновый окислитель вроде ClF3, эффективность не была настолько выше по сравнению с гидразином, чтобы служить оправданием возникающих проблем. И, в конце концов, он все ещё был дорог
Т.е. эффективность пентаборана с ClF5 выше, чем у гидразина с ClF5.
А насчет плотности... Не думаю, что на автоматической межпланетной станции будут такие большие проблемы из-за плотности пентаборана 0,6. Тем более - его значительно меньше, чем ClF5.
Ну и у аммиака плотность 0,68. Баш-на-баш. Для Глушко вполне себе топливо было.
А вот иметь "водородный" УИ на АМС - наверно было бы приятно?
ЦитироватьИван57
Т.е. эффективность пентаборана с ClF5 выше, чем у гидразина с ClF5.
А насчет плотности... Не думаю, что на автоматической межпланетной станции будут такие большие проблемы из-за плотности пентаборана 0,6. Тем более - его значительно меньше, чем ClF5.
Ну и у аммиака плотность 0,68. Баш-на-баш. Для Глушко вполне себе топливо было.
А вот иметь "водородный" УИ на АМС - наверно было бы приятно?
Ну согласно Википедии удельный импульс ММГ-ClF5 в вакууме составляет 348 секунд и с учётом замечания Кларка с пентабораном не должен быть выше "глушковских" ~400 секунд на аммиак-фторе в РД-301. Так что тут и "водородного" у.и. не получается, и не прослеживается следующий шаг в виде перехода на водород-фтор, как хотел Глушко.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Liquid_rocket_propellant
Цитироватьdmitryskey пишет:
ЦитироватьИван57
Т.е. эффективность пентаборана с ClF5 выше, чем у гидразина с ClF5.
А насчет плотности... Не думаю, что на автоматической межпланетной станции будут такие большие проблемы из-за плотности пентаборана 0,6. Тем более - его значительно меньше, чем ClF5.
Ну и у аммиака плотность 0,68. Баш-на-баш. Для Глушко вполне себе топливо было.
А вот иметь "водородный" УИ на АМС - наверно было бы приятно?
Ну согласно Википедии удельный импульс ММГ-ClF5 в вакууме составляет 348 секунд и с учётом замечания Кларка с пентабораном не должен быть выше "глушковских" ~400 секунд на аммиак-фторе в РД-301. Так что тут и "водородного" у.и. не получается, и не прослеживается следующий шаг в виде перехода на водород-фтор, как хотел Глушко.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Liquid_rocket_propellant
По ссылке там при 68 атмосферах в камере сгорания такой УИ.
Если давление выше, то и УИ будет больше.
Так что можно рассчитывать на 400 - 425 секунд, вероятно. (Глядя на потолок :))
Не водород, но весьма неплохо, если вдруг потребуется с Венеры привезти пару скорпиончиков для Космозоо. ( :) )