Фто топлива: Фильтр тонкой очистки топлива ФТО ДУ-80 – ПоволжьеТехМаш

Жидкий фтор практически стопроцентно чист и содержит только следы кислорода, азота и фтористого водорода. Жидкость имеет ярко-желтый цвет, тогда как газ имеет бледный зеленовато-желтый цвет при температуре окружающей среды. Имеет характерный резкий запах галогена. Фтор — сильнейший из известных окислителей. При надлежащих условиях фтор реагирует практически со всеми элементами или соединениями, кроме инертных газов. Он устойчив к ударам, теплу и электрической искре. Он не воспламеняется на воздухе. Фтор очень токсичен и раздражает все ткани.

Фтор получают из расплавленной смеси HF и KF электролитическим способом. Производство жидкого фтора в США в 1959 году оценивалось в 40 000 метрических тонн в год. Стоимость жидкого фтора на условиях самовывоза тогда составляла 6 долларов за кг.

В Советском Союзе Глушко основал завод по производству фтористых топлив в 23 км от Ленинграда в Карлельско. Население в конечном итоге достигло 120 000 человек, но, хотя один двигатель был готов к производству, это так и не было разрешено из-за проблем с безопасностью в случае отказа ракеты-носителя.

Разработка в США, от Ignition! Джона Д. Кларка, 1972:

Работа над жидким фтором началась примерно в то же время, что и работа над жидким водородом. JPL, начиная с 1947 года, была пионером. В то время он не был особенно доступен, поэтому они сделали и сжижали фтор на месте, подвиг, который внушает уважение любому, кто когда-либо пытался заставить фторсодержащую ячейку работать какое-то время. Сжигали сначала газообразным водородом, но к 1948 им удалось зажечь жидкий водород и использовать последний в качестве регенеративного хладагента. А к весне 1950 года они сделали то же самое с гидразином. Учитывая тогдашнее состояние технологий, их достижение было в некотором роде чудом.

Билл Дойл из North American также запустил небольшой фторный двигатель в 1947 году, но, несмотря на эти успехи, работа не получила немедленного продолжения. Характеристики были хорошими, но плотность жидкого фтора (предположительно равная 1,108 при температуре кипения) была намного ниже, чем у кислорода, и военные (в то время Лаборатория реактивного движения работала на армию) не хотели, чтобы он попал в его состав. .

Это положение вскоре должно было измениться. Некоторые люди в Aerojet просто не поверили цифре Дьюара 54-летней давности о плотности жидкого фтора, и Скотт Килнер из этой организации решил сам ее измерить. (Управление военно-морских исследований вложило деньги.) Экспериментальные трудности были огромными, но он выстоял и в июле 1951 г. установил, что плотность жидкого фтора при температуре кипения составляет не 1,108, а несколько больше. чем 1,54. В ракетном сообществе произошла какая-то сенсация, и несколько агентств решили подтвердить его результаты. Килнер был прав, и положение фтора пришлось пересмотреть. (ONR, эталон среди спонсоров и самое изощренное с разницей в несколько парсеков агентство по финансированию в бизнесе, позволило Килнеру опубликовать свои результаты в открытой литературе в 1952, но во многих текстах и ​​ссылках до сих пор указана старая цифра. И многие инженеры, к сожалению, склонны верить всему, что написано на бумаге.)

Несколько агентств немедленно исследовали эффективность фтора с гидразином, аммиаком и их смесями и получили обнадеживающие результаты. Они не только показали хорошие характеристики, но и не было проблем с воспламенением, поскольку жидкий фтор был гиперголен почти ко всему, что они пробовали использовать в качестве топлива.

К сожалению, он также был гиперголичен почти во всем остальном. Фтор не только чрезвычайно токсичен; это сверхокислитель, и он реагирует при надлежащих условиях почти со всем, кроме азота, более легкого из благородных газов, и веществ, которые уже фторированы до предела. И реакция обычно бурная.

Он может содержаться в некоторых конструкционных металлах, стали, меди, алюминии и т. д., поскольку сразу же образует тонкое инертное покрытие из фторида металла, которое предотвращает дальнейшее воздействие. Но если этот инертный слой стереть или расплавить, результаты могут быть впечатляющими. Например, если газу дать возможность быстро выйти из отверстия или клапана, или если он коснется пятна смазки или чего-то подобного, металл с такой же вероятностью воспламенится, как и не воспламенится, а фторо-алюминиевый пожар — это нечто подобное. чтобы увидеть. Издалека.

Но, как это обычно бывает, с этим материалом можно справиться, если подойти к делу разумно, и если вы хотите запустить его в ракете, Allied Chemical Co. будет рада отправить вам грузовик с прицепом, полный жидкого фтора. Этот трейлер сам по себе довольно примечательное устройство. Внутренний резервуар для фтора окружен оболочкой из жидкого азота для предотвращения испарения и утечки фтора в атмосферу. Когда один из этих грузовиков едет по дороге общего пользования, используются всевозможные предупредительные пилоты, полицейский эскорт и тому подобное, но иногда я задаюсь вопросом, что было бы, если бы грузовик с фторсодержащей цистерной столкнулся с грузовиком, перевозящим, скажем, жидкость. пропан или бутан.

Разработка больших фторных двигателей была медленным процессом, а иногда и впечатляющим. Я видел один фильм о пробеге, снятый Bell Aerosystems, во время которого фтористое уплотнение не выдержало, и металл воспламенился. Выглядело так, как будто у мотора было два сопла под прямым углом, причем от течи исходило столько же пламени, сколько и от сопла. Двигатель был разрушен, и вся испытательная камера сгорела до того, как операторы смогли отключиться.

Но были разработаны и успешно запущены фтористые двигатели больших размеров, хотя ни один из них еще не летал в космос. Rocketdyne построила Nomad, двигатель весом 12 000 фунтов, работающий на фторе и гидразине, для работы верхней ступени, а Bell разработала Chariot весом 35 000 фунтов для третьей ступени Titan III. Это сжигание фтора и смеси монометилгидразина, воды и гидразина, сбалансированное для сжигания до CO и HF и имеющего температуру замерзания значительно ниже, чем у гидразина. И GE разработала фтороводородный двигатель X-430 весом 75 000 фунтов.

К середине 1960-х годов в Соединенных Штатах прекратилась дальнейшая разработка больших фторсодержащих двигателей. Продолжалась работа с соединениями фтора для питания химических лазеров и небольших противоспутниковых или противоракетных транспортных средств.

Плотность: 1,510 г/куб.см. Температура замерзания: -219°С. Температура кипения: -188°С.

пусков — Почему водородно-фтористое топливо не используется для ракет чаще?

LF2/Lh3, или жидкое дифторидное жидкое двухкомпонентное топливо на основе диводорода (бинарное криогенное топливо) имеет удельный импульс 410 секунд (по весу) на уровне моря, что больше, чем, например, LOX/Lh3 (жидкий кислород жидкий диводород) со средним удельным импульсом по массе 391 секунд, также на уровне моря. Поскольку в обоих случаях окислитель находится на борту и является одним из бинарных криогенных топлив, разница в удельных импульсах (19 секунд) останется такой же и в вакууме. Я не знаю, откуда у вас ваши цифры.

Итак, это кажется довольно простым, LF2/Lh3 имеет примерно на 4-5% больший удельный импульс на вес. Но, как упоминалось многими в этой ветке до меня, жидкий дифторид (LF2) представляет собой гораздо больше, чем кажется на первый взгляд, с представлением нескольких простых статистических данных о его характеристиках в качестве ракетного топлива. Главным образом, он токсичен, является сильным раздражителем и, как самый сильный окислитель (то есть самый электроотрицательный элемент), который мы знаем, будет реагировать со всем, что готово предоставить ему запасной электрон. Это нехорошо, потому что делает его — с практической точки зрения — слишком реактивным:

Реакции с элементарным фтором часто бывают внезапными или взрывоопасными. Многие
вещества, которые обычно считаются нереакционноспособными, такие как порошкообразные
сталь, осколки стекла и волокна асбеста — легко потребляются
холодный газообразный фтор. Дерево и даже вода горят пламенем при воздействии
к струе фтора, без искры.

^{Источник выдержки: Википедия о фторе}

Излишне говорить, что это делает его производство чрезвычайно трудным и довольно дорогостоящим (НАСА платило 6,00 долларов США за кг, по сравнению с LOX, который стоил 0,04 доллара США за кг в 1959), хранить и использовать в качестве компонента топлива любой системы, ракеты не являются исключением. Сочетание его с жидким водородом в нижних слоях атмосферы также приводит к уравнению кислорода и водяного пара, образуя плавиковую кислоту. Хотя это слабая кислота, на самом деле это нежелательный побочный продукт реакции фтора и водорода, в то время как реакция LOX с Lh3 дает H ₂ O (вода).

Короче говоря, LOX/Lh3 намного дешевле, намного безопаснее, во много раз проще в конструкции (двигатели, резервуары для хранения и т. д.) и, благодаря всем этим преимуществам, является предпочтительным окислителем для больших космических пусковых установок. У него есть несколько недостатков, но мы научились их проектировать, и они использовались во многих запусках, без необходимости эвакуации большого радиуса вокруг стартовой площадки до и во время фактического использования LF2, опасаясь экологической катастрофы.