군용 로켓 연료의 종류
역사적 배경
로켓 연료에는 연료와 산화제가 포함되어 있으며 제트 연료와 달리 외부 성분 인 공기 또는 물이 필요하지 않습니다. 응집 상태의 로켓 연료는 액체, 고체 및 하이브리드로 나뉩니다. 액체 연료는 극저온 (섭씨 영하 0 도의 비등점)과 고비 등 (나머지)으로 나뉩니다. 고체 연료는 화합물, 고체 용액 또는 가소 화 된 성분 혼합물로 구성됩니다. 하이브리드 연료는 연구 단계에있는 다른 집계 상태의 구성 요소로 구성됩니다.
역사적으로, 최초의 로켓 연료는 질산염 (산화제), 숯 (연료) 및 황 (바인더)의 혼합물로 구성된 연기 분말로, 2 A.D.에서 중국 로켓에서 처음으로 사용되었습니다. 군에서는 탄약 추진 로켓 엔진 (RDTT)을 갖춘 탄약을 소이 및 신호 장치로 사용했습니다.
19 세기 말 무연 화약이 발명 된 후, 니트로 글리세린 (산화제) 중 니트로 셀룰로오스 (연료)의 고용체로 구성된 일 액형 탄도 연료가 개발되었다. 탄도 연료는 흑색 분말에 비해 다중 에너지를 가지며, 기계적 강도가 높으며, 잘 형성되고, 저장 동안 장기간 화학적 안정성이 있으며, 비용이 저렴하다. 이 특성들은 로켓과 수류탄과 같은 견고한 추진 로켓 추진 로켓을 장착 한 가장 인기있는 탄약에서 탄도 연료의 광범위한 사용을 미리 결정했습니다.
20 세기 전반에 가스 역학, 연소 물리학, 고 에너지 화합물의 화학과 같은 과학 분야의 개발로 액체 성분의 사용을 통해 로켓 연료의 구성을 확장 할 수있었습니다. 최초의 Fau-2 액체 연료 로켓 추진 군용 로켓 엔진은 극저온 산화제-액체 산소 및 고비 등 연료-에틸 알코올을 사용했습니다.
제 2 차 세계 대전 후 로켓 оружие 수 킬로미터 (반응 시스템)에서 대륙간 거리 (탄도 미사일)에 이르기까지 모든 거리에서 표적에 핵 전하를 전달할 수있는 능력으로 인해 다른 유형의 무기와 비교하여 개발에서 우선 순위를 얻었습니다. 또한, 로켓 무기는 대포를 크게 대체했습니다 항공, 방공, 지상군 및 함대 로켓 엔진으로 탄약을 발사 할 때 반동이 없기 때문에.
탄도 및 액체 로켓 연료와 동시에, 광범위한 온도 범위로 인해 군사용으로 가장 적합한 것으로 개발 된 다 성분 혼합 고체 연료, 파이프 라인, 밸브 및 밸브의 부재로 인한 고체 로켓 엔진의 저렴한 비용으로 부품의 유출 위험 제거 펌프, 단위 중량 당 더 많은 견인력.
로켓 연료의 주요 특징
로켓 연료는 구성 요소의 응집 상태 외에도 다음과 같은 지표가 특징입니다.
-추력의 특정 충동;
-열 안정성;
-화학적 안정성;
-생물학적 독성;
-밀도;
-스모키.
로켓 연료의 특정 추력 충격은 엔진의 연소실의 압력과 온도뿐만 아니라 연소 생성물의 분자 조성에 달려 있습니다. 또한, 특정 임펄스는 엔진 노즐의 팽창 정도에 따라 다르지만, 이는 로켓 기술의 외부 환경 (공기 대기 또는 외부 공간)에 더 많이 적용됩니다.
강도가 높은 구조 재료 (로켓 엔진 용 강철 합금 및 고체 추진제 로켓 엔진 용 유기 플라스틱)를 사용하면 압력이 증가합니다. 이러한 측면에서, 액체 추진제 로켓 엔진은 하나의 큰 연소실 인 고체 연료 엔진 하우징에 비해 추진 시스템의 소형화로 인해 고체 추진제 로켓 엔진보다 앞서있다.
연소 생성물의 고온은 고체 연료 또는 화합물-알루미늄 수 소화물에 알루미늄 금속을 첨가함으로써 달성된다. 액체 연료는 특수 첨가제로 농축 된 경우에만 이러한 첨가제를 사용할 수 있습니다. 로켓 엔진의 열 보호는 연료 냉각에 의해 보장되며, 고체 추진 로켓 엔진의 열 보호는 연료 블록을 엔진의 벽에 단단히 결합하고 노즐 임계 섹션에서 연소 가능한 탄소-탄소 복합 라이너를 사용함으로써 달성됩니다.
연료의 연소 / 분해 생성물의 분자 조성은 노즐 출구에서의 유량 및 이들의 응집 상태에 영향을 미친다. 분자의 중량이 작을수록 유속이 커진다 : 가장 바람직한 연소 생성물은 물 분자,이어서 질소, 이산화탄소, 염소 및 다른 할로겐 산화물이다; 엔진 노즐에서 고체 상태로 응축되어 팽창 가스의 부피를 감소시키는 산화 알루미늄이 가장 바람직하다. 또한, 산화 알루미늄 분획은 포물선 표면을 갖는 가장 효율적인 라발 노즐의 마모로 인해 원뿔형 노즐의 사용을 강제한다.
군용 로켓 연료의 경우, 로켓 기술의 넓은 온도 범위로 인해 열 안정성이 특히 중요합니다. 따라서 극저온 액체 연료 (산소 + 등유 및 산소 + 수소)는 대륙간 탄도 미사일 (P-7 및 Titan)의 개발 초기 단계와 우주 왕복선 발사기 (우주 왕복선 및 에너지)에만 사용되었습니다. 거의 지구 궤도에 위성 및 우주 무기 발사.
현재 군 부문은 사 산화 질소 (AT, 산화제)와 비대칭 디메틸 히드라진 (UDMH, 연료)을 기본으로 한 고비 점 액체 연료를 독점적으로 사용합니다. 이 연료 쌍의 열 안정성은 AT (+ 21 ° C)의 비점에 의해 결정되며, ICBM 및 SLBM의 미사일 사일로의 온도 조절 상태에있는 미사일에 의한이 연료의 사용을 제한합니다. 구성 요소의 공격성으로 인해 전 세계의 한 국가에서만 미사일 탱크 생산 및 운영 기술인 소련 / RF (Voevoda 및 Sarmat ICBM, Sineva 및 Liner SLBM)를 소유 / 소유하고 있습니다. 예외적으로 AT + UDMH는 X-22 스톰 크루즈 미사일의 연료로 사용되지만, 지상 작전 문제로 인해 X-22 및 차세대 X-32는 제트 엔진을 사용하는 지르콘 크루즈 미사일로 대체 될 예정입니다. 연료로 등유.
고체 연료의 열 안정성은 주로 용매 및 중합체 결합제의 상응하는 성질에 의해 결정된다. 탄도 연료의 조성물에서, 용매는 니트로 글리세린이고, 니트로 셀룰로오스를 포함하는 고체 용액에서 작동 온도 범위는 마이너스에서 50 ° C까지이다. 혼합 연료에서, 작동 온도 범위가 동일한 다양한 합성 고무가 폴리머 바인더로 사용됩니다. 그러나, 고체 연료 (암모늄 디 니트라 마이드 + 97 ° C, 알루미늄 하이드 라이드 + 105 ° C, 니트로 셀룰로오스 + 160 ° C, 과염소산 암모늄 및 옥토 겐 + 200 ° C)의 주요 구성 요소의 열 안정성은 알려진 결합제의 유사한 특성을 상당히 초과하므로 관련이 있습니다. 그들의 새로운 화합물을 찾으십시오.
가장 화학적으로 안정적인 연료 쌍은 AT + UDMH입니다. 사실상 거의 무제한의 시간 동안 약간의 과도한 질소 압력 하에서 알루미늄 탱크에 증폭 저장을위한 독창적 인 국내 기술을 개발했기 때문입니다. 모든 고체 연료는 폴리머와 기술 용매의 자발적 분해로 인해 시간이 지남에 따라 화학적으로 분해되며, 그 후 올리고머는 다른보다 안정적인 연료 성분과 화학 반응을 시작합니다. 따라서 견고한 추진체 검사기는 정기적으로 교체해야합니다.
로켓 연료의 생물학적 독성 성분은 UDMH이며, 이는 중추 신경계, 눈의 점막 및 사람의 소화관에 영향을 미치고 암을 유발합니다. 이와 관련하여 UDMH와의 작업은 자 급식 호흡 장치를 사용하여 화학 물질 보호 단열재로 수행됩니다.
연료 밀도의 값은 로켓 엔진의 연료 탱크 및 고체 추진체 로켓 선체의 질량에 직접 영향을 미칩니다. 밀도가 높을수록 로켓의 기생 질량이 낮아집니다. 수소 + 산소 연료 쌍의 최저 밀도는 0,34 g / cu입니다. cm, 한 쌍의 등유 + 산소의 경우 밀도는 1,09 g / cu입니다. cm, AT + UDMH-1,19 g / cu. cm, 니트로 셀룰로오스 + 니트로 글리세린-1,62 g / cu. cm, 알루미늄 / 수소화 알루미늄 + 과염소산 암모늄 / 디 니트라 미드-1,7 g / cc, 옥토 겐 + 과염소산 암모늄-1,9 g / cc 축 방향 연소 고체 추진제 고체 추진제는 연료 연소 정도에 관계없이 연소실에서 일정한 압력을 유지하기 위해 사용되는 연소 채널의 별 모양 부분으로 인해 연료 밀도의 약 절반 인 연료 충전 밀도를 갖는다는 것을 명심해야한다. 로켓 및 로켓의 연소 시간 및 가속 거리를 줄이기 위해 리본 또는 체커 세트 형태로 형성된 탄도 연료에도 동일하게 적용된다. 이에 반해, HMX에 기초한 고체 추진제 고체 추진제 고체 추진제 고체 연료에서의 연료 충전 밀도는 지시 된 최대 밀도와 일치한다.
로켓 연료의 주요 특징 중 마지막은 연소 생성물의 스모키 (smokiness)로, 로켓과 로켓의 비행을 시각적으로 가리지 않습니다. 이 특징은 알루미늄을 함유 한 고체 연료에 내재되어 있으며, 로켓 엔진의 노즐에서 팽창하는 동안 산화물이 고체 상태로 응축된다. 따라서, 이들 연료는 탄도 로켓 추진 탄도 미사일에 사용되는데, 궤도의 활성 부분은 적의 직접 시선 밖에 있습니다. 항공기 미사일에는 탄도 연료와 함께 옥토 겐 및 과염소산 암모늄 기반 연료, 로켓, 수류탄 및 대전차 미사일이 장착되어 있습니다.
로켓 연료 에너지
다른 유형의 로켓 연료의 에너지 성능을 비교하려면 연소실의 압력 및 로켓 엔진 노즐의 팽창 정도 (예 : 150 대기 및 300- 폴드 팽창)로 비슷한 연소 조건을 설정해야합니다. 그런 다음 연료 쌍 / 트리플의 경우 특정 임펄스는 다음과 같습니다.
산소 + 수소-4,4 km / s;
산소 + 등유-3,4 km / s;
AT + UDMH-3,3km / s;
암모늄 디 니트라 미드 + 수소화 수소 + 옥토 겐-3,2 km / s;
과염소산 암모늄 + 알루미늄 + 옥토 겐-3,1 km / s;
암모늄 퍼클로레이트 + 옥토 겐-2,9 km / s;
니트로 셀룰로오스 + 니트로 글리세린-2,5 km / s.
암모늄 디 니트라 마이드를 기반으로 한 고체 연료는 1980-ies 후기의 국내 개발이었으며 RT-23 UTTX 및 P-39 로켓의 두 번째 및 세 번째 단계의 연료로 사용되었으며 과염소산 암모늄을 기반으로 한 최고의 외래 연료 샘플로 에너지 성능을 능가하지 못했습니다. Minuteman-3 및 Trident-2 미사일에 사용됩니다. 암모늄 디 니트라 마이 드는 폭발로부터 폭발하는 폭발물이므로 저전력 적색광 램프가 켜진 실내에서 생산됩니다. 기술적 인 어려움으로 인해 소련을 제외하고 세계 어디에서나 로켓 연료를 기반으로 로켓 연료를 제조하는 과정을 마스터 할 수 없었습니다. 소비에트 기술이 우크라이나 SSR의 드네 프로 페트로프 스크 지역에 위치한 파블로 그라드 화학 플랜트에서만 일상적으로 구현되었고, 가정용 화학 물질을 생산하기 위해 플랜트를 개축 한 후 1990 년 동안 손실 된 것은 또 다른 문제입니다. 그러나 RS-26 "Frontier"유형의 유망한 무기 모델의 전술적 및 기술적 특성에 따라이 기술은 러시아에서 2010-s로 복원되었습니다.
매우 효과적인 구성의 예는 다음의 이름을 딴 Federal State Unitary Enterprise Perm Plant가 소유 한 러시아 특허 2241693의 고체 로켓 연료 구성입니다. S.M. 키로프 ":
산화제는 암모늄 디 니트라 미드, 58 %이고;
연료-알루미늄 하이드 라이드, 27 %;
가소제-니트로 이소 부틸 트리 니트 레이트 글리세롤, 11,25 %;
결합제-폴리 부타디엔 니트릴 고무, 2,25 %;
경화제-황, 1,49 %;
연소 안정제-초 미세 알루미늄, 0,01 %;
첨가제-그을음, 레시틴 등
로켓 연료 개발 전망
액체 로켓 연료의 주요 개발 영역은 다음과 같습니다 (우선 순위).
-산화제의 밀도를 증가시키기 위해 과냉각 산소의 사용;
-액체 탱크의 액체 메탄 온도에서 알루미늄 탱크가 경화되는 경우 가연성 성분이 등유보다 15 % 더 많은 에너지와 6 배 더 우수한 열용량을 갖는 연료 + 산소 + 메탄으로의 전이;
-산화제의 비점 및 에너지를 증가시키기 위해 24 % 수준으로 산소 조성물에 오존을 첨가 함 (오존 비율이 폭발적 임);
-성분이 펜타 보란, 펜타 플루오 라이드, 금속 또는 그 수 소화물의 현탁액을 포함하는 요 변성 (두꺼운) 연료의 사용.
과냉각 산소는 이미 팔콘 9 발사 차량에 사용되고 있으며 산소와 메탄 연료 유 로켓 엔진은 러시아와 미국에서 개발되고 있습니다.
고체 로켓 연료의 주요 개발 방향은 분자 내에 산소를 함유 한 활성 결합 제로의 전이인데, 이는 고체 연료의 산화 균형을 전체적으로 개선시킨다. 이러한 결합제의 현대적인 국내 예는 Nika-M 중합체 조성물이며, 이는 스테이트 리서치 연구소 (Dzerzhinsk)에 의해 개발 된 이산화 니트릴 및 부틸 렌 디올 폴리 에테르 우레탄의 환식기를 포함한다.
또 다른 유망한 영역은 사용 된 니트 라민 폭발물 범위의 확장으로 옥토 겐에 비해 산소 균형이 더 큽니다 (-22 %). 우선, 그것은 hexanitrohexaazaisowurtzitane (Cl-20, 산소 균형 마이너스 10 %) 및 octanitrocubane (제로 산소 균형)이며, 사용 전망은 생산 비용을 낮추는 것에 달려 있습니다. -20.
공지 된 유형의 성분을 개선하는 것 외에도, 분자가 단일 결합으로 연결된 질소 원자로 만 구성된 중합체 화합물을 생성하는 방향으로 연구가 수행되고있다. 가열의 영향 하에서 중합체 화합물의 분해 결과, 질소는 삼중 결합으로 연결된 두 원자의 단순한 분자를 형성한다. 이 경우 방출되는 에너지는 니트 라민 폭발물의 에너지의 두 배입니다. 처음으로 다이아몬드와 같은 결정 격자를 갖는 질소 화합물은 2009 백만 대기압 및 1 ° C의 온도의 영향하에 공동 실험 설정에 대한 실험 중에 1725의 러시아 및 독일 과학자들에 의해 얻어졌습니다. 현재, 일반적인 압력 및 온도에서 준 안정 상태의 질소 중합체를 달성하기위한 연구가 진행되고있다.
유망한 산소 함유 화학 화합물은 더 높은 질소 산화물이다. 알려진 산화 질소 V (2 개의 질소 원자 및 5 개의 산소 원자로 구성된 평면 분자)는 낮은 융점 (32 ° C)으로 인해 고체 연료의 성분으로서 실용적인 가치를 나타내지 않는다. 이 방향에 대한 연구는 사면체의 형태 인 골격 분자가 4 면체의 가장자리에 위치한 6 개의 산소 원자에 연결된 4 개의 질소 원자가있는 4 산화 질소 VI (테트라 아조 톤 헥 시드 옥사이드)의 합성 방법을 검색함으로써 수행되고있다. 산화 질소 VI의 분자에서 원 자간 결합의 완전한 폐쇄는 우로 트로 핀과 유사한 증가 된 열 안정성을 예측할 수있게한다. 산화 질소 VI의 산소 균형 (63 % 포함)을 사용하면 금속, 금속 수 소화물, 질산 및 탄화수소 중합체와 같은 고 에너지 성분의 고체 로켓 연료의 비중을 크게 높일 수 있습니다.
- 안드레이 바실리 에프
- militaryarms.ru, mirnovogo.ru, dic.academic.ru, findpatent.ru, plesetzk.ru, oko-planet.su, glav.su
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