4.1. Гибридные топлива

Гибридным называют топливо, в котором один компонент перед запуском двигателя находится в твердом виде, а другой - в жидком. Твердый компонент размещен в корпусе двигателя (аналогия с РДТТ), жидкий - в отдельном баке. Топлива с жидким окислителем называют топливами прямой схемы, а с жидким горючим - обратной. Эти топлива могут быть самовоспламеняющимися и несамовоспламеняющимися. Требования к гибридным топливам аналогичны требованиям к жидким и твердым топливам, специфичным является условие «несамогорение» твердого компонента при выключении подачи жидкого. Это требование возникает для двигателей многократного включения. Рассмотрим компоненты топлив прямой схемы. В качестве окислителя могут быть использованы все традиционные окислители ЖРД. Наибольшее применение нашел кислород по соображениям высокого значения удельного импульса, а также стоимости и опыта эксплуатации. Однако такой криогенный компонент не подходит к ДУ длительного срока эксплуатации. В качестве твердого горючего могут быть применены полимерные материалы горючих-связующих твердых топлив, но из соображений механических характеристик и возможности изготовления больших зарядов используют полиэтилен, полиметилметакрилат, полиизобутилен.

Полиэтилен, химическая формула , плотность , имеет высокие механические свойства. Полиметилметакрилат (ПММА), химическая формула ( ), известен как «оргстекло», обладает высокой прочностью, малой эластичностью. Энергетические характеристики гибридных топлив прямой схемы приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7

По значению удельного импульса пара + ПЭ не уступает паре «кислород + керосин» при несколько большей плотности. Особенно стоит вопрос о выборе компонентов и их соотношения. В зависимости от системы подачи жидкого компонента (вытеснительная или насосная) значение давления в баке определяет массовое совершенство ДУ в целом. При вытеснительной системе подачи необходимо минимизировать массу окислителя, т.е. искать топливо с меньшей долей окислителя.

Топливо обратной схемы представляет собой тройную систему: жидкое горючее и два твердых продукта - окислитель и связующее, объединенных в твердый компонент, называемый «окислитель». В качестве горючего используют керосин Т-1, НДМГ и другие. «Окислитель» представляет собой композицию на основе перхлоратов и полимерного связующего. Энергетические показатели топлива на основе керосина, перхлората нитрония и фторполимерного связующего приведены в таблице 4.8. Данная рецептура не содержит криогенных составляющих и может быть реализована в ДУ многократного включения с большим сроком эксплуатации. Принятое соотношение компонентов учитывает прочностные характеристики твердого «окислителя».

Таблица 4.8