Основы ЖРД Рабочие тела

В прошлый раз я обещал рассмотреть классификацию и требования к ЖРД. Однако поразмыслив, я пришел к выводу, что сначала необходимо рассказать о топливах, применяемых в ЖРД. Посему тема сегодняшней лекции

Рабочие тела (топлива) ЖРД.

Глоссарий

ЖРТ -- жидкие ракетные топлива.
ТНА -- турбонасосный агрегат.
КМ -- конструкционные материалы.

Источники
1. http://solar.rtd.utk.edu/~mwade/props/rocindex.htm

2. В.Е.Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П.Тишин "Теория ракетных двигателей" под.р. В.П.Глушко, М., "Машиностроение",1980

3. Добровольский М.Б. "ЖРД", М., Машиностроение", 1968

Я осознаю флэймоопастность :) этой темы -- сабж обсуждались в эхе уже не раз и всегда довольно горячо :). В институте у нас был отдельный курс под
аналогичным названием, поэтому было бы наивно считать, что за одну лекцию можно рассказать _все_. Но я постараюсь не пропустить ключевые моменты.
Считаю своим долгом напомнить вам, что ЖРД есть реальные устройства в реальном мире. Как говорят наши заокеанские коллеги -- "нет серебряной
пули", а выражаясь русским языком -- "нельзя убить двух зайцев". А реальных "зайцев" зачастую много больше двух и бегут они в разные стороны :). В
практике разработки ЖРД великолепно виден принцип "борьбы и единства". Может поэтому в СССР с его идеологией разрабатывали
столь хорошие двигатели :) ? Однако вернемся к нашим зайцам, т.е. рассмотрим

Требования к ЖРТ.
Их можно разделить на три группы :
1. Требования с точки зрения термогазодинамики.
2. Конструкторские.
3. Эксплуатационные.
Вот вам яркий пример, когда все три зайца тянут в разные стороны :).
С точки зрения термогазодинамики ЖРД, для получения макс. Iуд необходимо, что бы молекулярная масса продуктов сгорания была минимальной, максимальным было удельное теплосодержание.

С точки зрения конструктора топливо должно :

-- иметь максимальную плотность, особенно на первых ступенях. Это требование очевидно не согласуется со стремлением к минимальной молекулярной массе.

Но тут приходится искать компромисс.

-- хотя бы один компонент должен иметь хорошие свойства как охладителя. Это необходимо из-за того, что надо же чем то охлаждать КС.
-- желательно, что бы один из компонентов топлива был хорошим рабочим телом для турбины ТНА;
-- большое значение имеет давление насыщенных паров ( это грубо говоря давление при котором жидкость начинает кипеть при данной температуре). Этот
параметр сильно влияет на разработку насосов и вес баков.
-- минимальная агрессивность к КМ ЖРД. В противном случае приходится принимать специальные меры для защиты конструкции от топлива.
-- самовоспламеняемость компонентов иногда нужна, иногда вредна :).

С точки зрения эксплуатации :
-- топливо должно быть химически стабильным;
-- желательно, что бы хранение и заправка топлива не вызывали особых проблем;
-- минимальная взрывоопасность топлива;
-- минимальная токсичность как самого топлива, так и продуктов сгорания;
-- минимальная стоимость и освоенная технология производства.

Как видите требований много и зачастую противоречивых. Задача выбора оптимального топлива не всегда проста и не всегда легко формализуема.
Очень большое значение для ЖРД РН имеет плотность топлива. Если объяснять на пальцах :), то для первых ступеней выгоднее использовать топливо пусть и с
меньшим Iуд, но с большей плотностью. Это объясняется тем фактом, что расход ЖРД первой ступени выше, чем последующих (массу надо поднимать большую). Поэтому приоритетной становится задача снижения объемов, а значит и массы
баков 1-й ступени. Поэтому на 1-х ступенях как правило используют керосин, который хоть и уступает тому же водороду по удельному импульсу, но
значительно превосходит его по плотности. На более высоких ступенях на первое место выходит Iуд.

Рассмотрим классификацию ЖРТ.
По давлению насыщенных паров или температуре тройной точки (вспомните физику -- это равнозначные характеристики :) ), а проще говоря температуре
кипения при нормальном давлении различают :

-- высококипящие компоненты ЖРТ. Это вещества, у которых при максимальной эксплуатационной температуре в баках давление насыщенных паров значительно
ниже допустимого уровня давления в баках по прочности. Грубо говоря температура кипения значительно выше эксплутационной. К подобным топливам
относится например керосин, НДМГ, азотная кислота. Их можно хранить не прибегая к особым ухищрениям по охлаждению баков. Эту категорию еще наз.
долгохранимыми.

-- низкокипящие компоненты ЖРТ. У них давление насыщенных паров близко к максимально допустимому в баках по условиям прочности. Т.о. температура
кипения у них довольно невысокая. Хранить их в герметичных баках без принятия специальных мер по охлаждению и возврату конденсата нельзя. Примеры
таких компонентов -- аммиак, пропан, тетраоксид азота.

-- криогенные компоненты ЖРТ. У них температура критической точки значительно ниже эксплутационной. Т.е. температура кипения весьма и весьма
низкая. Хранить их в герметичных баках нельзя. Как правило это жидкие газы -- кислород и особенно водород. При заправке необходимо принимать
специальные меры по предварительному захолаживание топливных магистралей. Часто для уменьшения потерь приходится покрывать магистрали теплоизоляцией. Например РД-0120 (водород-кислород) снаружи полностью залит теплоизоляционным материалом.

По взаимодействию компонентов при контакте различают самовоспламеняющиеся, ограниченно-самовоспламеняющиеся и несамовоспламеняющиеся топлива.
Если при контакте окислителя и топлива в жидком состоянии они воспламеняются (вспомните школьную химию и эксперименты со скипидаром и азотной кислотой :) ) во всем диапазоне эксплуатационных давлений и температур. Это свойство хорошо с точки зрения упрощения системы поджига, но очень нехорошо когда компоненты могут подтечь где нибудь в другом месте, а не в форсуночной головке :). К таким топливам относятся почти все топлива с азотной кислотой
и азотным тетраоксидом в качестве окислителя, а также все топлива на основе фтора.
Ограниченно-самовоспламеняющиеся наз. очевидно топлива, для самовоспламенния которых нужно принимать специальные меры.
Несамовоспламеняющиеся топлива требуют поджига. Это "классические" пары керосин-кислород и водрод-кислород.

По количеству компонентов ЖРТ можно разделить на 1 компонентные топлива и 2-х компонентные (иногда бывает еще и 3-й вспомогательный компонент) (больше 2-х не слышал :) -- как правило такие ЖРД наз многотопливными, но пока их не так уж и много :) ).
В качестве однокомпонентных топлив используют вещества, которые разлагаются в КС или газогенераторе, как правило каталитически. Они обладают весьма
умеренным Iуд. и как правило используются либо в ЖРД малой тяги (ДУ ориентации и т.д.) либо для привода ТНА. Преимущества в простоте конструкции
ЖРД. Яркий пример такого топлива -- перекись водорода.
Двухкомпонентные топлива состоят из окислителя и горючего.

Горючим называют компонент ЖРТ, который в процессе экзотермической реакции (горения :) ) окисляется.

Окислителем называется компонент ЖРТ, который в процессе экзотермической реакции (горения :) ) служит для окисления горючего в
процессе этой реакции (почти по Гахуну, не бейте за "сепульки-сепулькарии" ;) ).

Рассмотрим основные окислители и горючие, применяющиеся в настоящее (sic!) время.

(Небольшое отступление.

Я думаю будет много реплик -- "А почему так мало, почему не написал про "твердый водород", пентаборан, антивещество !" :) Да
все очень просто. Во-первых -- нельзя объять необъятное. Веществ, которые могут использоваться в качетсве ЖРТ теоретически масса, а реально используют
несколько пар. Ну и во-вторых -- это же лекции а не справочник :).
Настоятельно рекомендую в качестве справочника использовать сайт Вэйда

Конец отступления).

Окислители.

Кислород.

Химическая формула -- О2 (мне нравится американское обозначение LOX).
Молекулярный вес -- 32.
Плотность -- 1140 кг/м^3
Температура кипения -- 90,16 К

Самый простой и давно используемый окислитель. Имеет неплохую плотность. Используется практически со всеми горючим, при этом удельный импульс неплох :
LOX-керосин : 2930 м/с
LOX-НДМГ : 3040 м/с
LOX-H2 : 3840 м/с
Очень низкая коррозионная активность. Производство давно освоено, стоимость небольшая -- менее $0,1 (в разных источниках по разному :)).
Недостатки
Криогенный -- необходимо захолаживание и постоянная дозаправка для компенсации потерь перед стартом. Трудно использовать в качестве охладителя
(как впрочем и почти все остальные окислители -- это ж на горячий металл окислитель лить ! ).

Как перспектива рассматривается использования переохлажденного кислорода либо кислорода в шугообразной форме, т.е. взвеси твердого кислорода в жидком. Это необходимо для увеличения плотности.

Озон
O3
Молекулярный вес -- 48.
Плотность -- 1700 кг/м^3
Температура кипения -- 161,66 К
Одно время фигурировал как перспективный. Имеет более высокую плотность, температуру кипения и удельный импульс, чем O2. Но нестоек -- может
взорваться, более химически активен, т.е. агрессивен, токсичен.
Увы, насколько я знаю к нему так и не подступились :(.

Азотные окислители

Азотная кислота
HNO3
Молекулярный вес -- 63,016
Плотность -- 1510 кг/м^3
Температура кипения -- 359 К

Относится к долгохранимым компонентам. Довольно распространена на военных ЖРД. Исторически тоже начала использоваться как один из первых окислителей.
Освоена в производстве и дешева.
Удельные импульсы :
HNO3-НДМГ : 2795 м/с
HNO3-керосин : 2310 м/с

Недостатки
Коррозионною активна. Удельный импульс недостаточно высок. В настоящее время в чистом виде почти не используется.

Азотный тетраоксид
N2O4
Молекулярный вес -- 92,016
Плотность -- 1450 кг/м^3
Температура кипения -- 294,36 К
Пришел на смену азотной кислоте в военных двигателях. Обладает саомовосплменяемостью с гидразином, НДМГ. Низкокипящий компонент, но может
долго хранится при принятии особых мер.
Удельные импульсы :
N2O4-НДМГ : 2800 м/с
N2O4-керосин : 2710 м/с
N2O4-гидразин : 2860 м/с

Недостатки
Может разлагаться на окись азота. Токсичен. Низкий удельный импульс. Часто использовали и используют окислитель АК-NN. Это смесь азотной кислоты
и азотного тетраоксида. (Ее еще иногда наз. "красной дымящейся азотной кислотой") Цифры обозначают процентное кол-во N2O4.
В целом можно сказать, что в основном эти окислители используются в ЖРД военного назначения и ЖРД КА в силу своей долгохранимости (это весьма важный
фактор в этом случае) и самовоспламеняемости. Характерные горючие -- НДМГ и гидразин.
(Топлива на основе азотных окислителей и гидразина и его производных на профессиональном жаргоне наз. "вонючими". Комментарии нужны :) ? ).

Фтор
F2
Молекулярный вес -- 38
Плотность -- 1510 кг/м^3
Температура кипения -- 85,16 К

Оооох. Я его включил только зная что будут претензии по его поводу :). Да это прекрасный окислитель с точки зрения химии. Его можно даже использовать
для окисления кислорода или воды. Расчеты показывают, что максимальный теоретический Iуд можно получить на паре F2-Be (бериллий) -- порядка 6000 м/с ! Но...
Чрезвычайно коррозионною активен, токсичен, склонен к взрывам при контакте с окисляющимися материалами. Криогенен. Но самое важное пожалуй то, что любой продукт сгорания также имеет почти те же "грехи". Для пары F2-H2 Iуд=4020 м/с ! Но представьте себе что останется от стартовой после запуска ? Лужа ? А использованию его в ЖРД КА (т.е. там где он бед не натворит :) ) невозможно из-за сложностей хранения. Одно время к фтору относились как к перспективному веществу, но нет ни одного известного мне серийного фторного ЖРД. Уж больно неприятный он в обращении :).
То же относится и к остальным жидким галогенам, например к хлору.

Перекись водорода.
H2O2
Молекулярный вес -- 34,016
Плотность -- 1440 кг/м^3
Температура разложения -- 423 К

Тоже может использоваться в кач-ве окислителя. Но т.к. на 1 молекулу кислорода образуется две молекулы воды имеет низкий импульс. Практически не
используется как окислитель. Нестоек -- склонен к разложению, что при используемой концентрации (95%) приводит фактически к взрыву. Но благодаря
этому свойству активно используется как однокомпонентное топливо на КА (например на ИСЗ AST-1) или в качестве вспомогательного топлива для привода
ТНА.

Собственно на этом список более менее реальных :) окислителей исчерпывается.
В отличие от них горючих гораздо больше.

Горючие

В отличие от окислителей их можно разбить на несколько групп.

Углеводородные горючие

Это группа углеводородов.

Керосин

Условная формула C7,2107H13,2936

Молекулярный вес -- 100 (усл.)
Плотность -- 834,7 кг/м^3
Температура кипения -- 423-588 К

Небольшие комментарии по характеристикам. Т.к. керосин является на самом деле смесью из различных углеводородов, то появляются страшные дроби :) в хим формуле и "размазанная" температура кипения.

Удобное высококипящее горючее. Используется давно и успешно в советских двигателях. Первое "космическое топливо" :) -- именно на нем до сих пор летают "Союзы". Малотоксичен (скорее в нем утонуть можно :) ), стабилен. Сравнительно недорог, освоен в производстве.

С моей точки зрения пара керосин-кислород идеальна для первой ступени. Ее удельный импульс на земле 3283 м/с, пустотный 3475 м/с.
Недостатки. Плотность могла бы быть и повыше :). Именно с целью повышения плотности были разработаны синтин (СССР) и RJ-5 (США). Имеет склонность к
отложению смолистых осадков в магистралях и тракте охлаждения, что в последнем случае не лучшим образом сказывается на охлаждении. Удельный
импульс мог бы быть и повыше.
Керосиновые двигатели наиболее освоены в СССР.
Надо отметить, что в последнее время более актуальным названием для горючих на основе керосина становится УВГ -- "углеводородное горючее", т.к. от
керосина, который жгли наши бабушки в лампах он ушел весьма далеко :).

Низкомолекулярные углеводороды

Метан
CH4
Молекулярный вес -- 16,043
Плотность -- 420 кг/м^3
Температура кипения -- 112 К
Рассматривается как перспективное топливо, в особенности в последнее время, как альтернатива керосину и водороду (в соответствующих случаях есс-но :) ).
Недорог, распространен, устойчив, малотоксичен. По сравнению с водородом имеет более высокую температуру кипения, а удельный импульс в паре с
кислородом выше, чем у керосина : ок. 3234 м/с на земле и ок. 3500 м/с в пустоте . Неплохой охладитель.
Недостатки. Низкая плотность (вдвое ниже чем у керосина). При некоторых режимах горения может разлагаться с выделением углерода в твердой фазе, что
может привести к падению импульса из-за двухфазности течения и резкому ухудшению режима охлаждения в камере из-за отложения сажи на стенках КС.
С моей (и не только) точки зрения это наиболее перспективное горючее (ваш покорный слуга на дипломе делал ЖРД первой ступени тягой в 250 тс на паре
кислород-метан :) ). В последнее время идут активные НИОКР в области его применения (наряду с пропаном и природным газом) даже в направлении модификации уже сущ. ЖРД (в частности такие работы были проведены над РД-0120).

К этой же группе можно отнести пропан и природный газ. Основные их характеристики как горючих близки (за исключением большей плотности и более высокой
температуры кипения), как и проблемы их использования.

Особняком среди горючих стоит --

Водород

H2 (LH2 -- американское обозначение).
Молекулярный вес -- 2,016
Плотность -- 71 кг/м^3
Температура кипения -- 20,46 К
Использование пары LOX-LH2 предложено еще Циолковским.

С точки зрения термодинамики идеальное рабочее тело как для самого ЖРД, так и для турбины ТНА, при чем в последнем случае даже не обязательно высокой
температуры :). Отличный охладитель, при чем как в жидком, так и в газообразном состоянии. Последний факт позволяет не особо бояться кипения
водорода в тракте охлаждения и использовать газифицированный таким образом водород для привода турбины. (Такая схема реализована в RL-10 -- лапушка а
не движек). Высокий удельный импульс -- в паре с кислородом 3840 м/с. (Из реально используемых это самый высокий показатель). Эти факторы обуславливают пристальный интерес к этому горючему. Экологически чист в паре с экологически чистыми окислителями :). Распространен, практически неограниченные запасы. Освоен в производстве. Нетоксичен.
Однако есть очень много ложек дегтя.
1. Чрезвычайно низкая плотность. Все видели огромные водородные баки Энергии и Шаттла. Из-за низкой плотности применим на верхних ступенях РН. Кроме того низкая плотность ставит непростую задачу для насосов -- как правило насосы водорода многоступенчатые для того что бы обеспечить нужный массовый расход и при этом не кавитировать. По этой же причине приходится ставить т.н. бустерные насосы сразу за заборным устройством в баках дабы облегчить жизнь
основному ТНА. Насосы водорода для оптимальных режимов требуют также очень высокой частоты вращения.
2. Низкая температура. Перед заправкой необходимо проводить многочасовое захолаживание баков и всего тракта. Я, кстати, видел результаты цифрового
моделирования подачи водорода в "теплый" бак. Весьма мучительное занятие -- он то начинает заполнять, то испаряется и выталкивает все обратно. Также
низкая температура кипения затрудняет хранение.
3. Жидкий водород обладает нек-ми свойствами газа -- жидкость сжимаема. Это накладывает дополнительные трудности в проектировании магистралей,
циклограммы работы, и особенно насосов.
4. Из-за своего малого молекулярного веса очень проницаем. Это означает, что герметизировать полости с водородом довольно трудно. Ну что, скажете вы,
неразъемные соединения можно загерметизировать. Но дело даже не в соединениях трубопроводов. Проблема в том, что на ТНА все щели не замажешь
герметиком -- там применяются неконтактные уплотнения, особенно на высокооборотных ТНА. И тут эта проблема в купе с огнеопасностью смеси с
кислородом встает довольно остро.
5. Большинство металлов имеют свойство поглощать водород -- т.н. процесс наводораживания. При этом металл охрупчается, т.е. его св-ва как КМ
ухудшаются (а тут еще и низкая температура). Поэтому зачастую поверхности, контактирующие с водородом защищают покрытием, как правило серебром. Это
естественно не лучшим образом сказывается на технологичности и стоимости двигателя.
6. Пожароопастность и взрывоопасность. No comments.
Т.о. водород и привлекателен, и неприятен :). Конструкторам хочется выжать из него все -- использовать и как рабочее тело турбины, и как охладитель,
поэтому как правило конструкции водородников получаются довольно монстроидальными (позже у вас будет возможность сравнить простоту РД-253 и "сумасшедший дом" :) в лице SSME ). Наиболее освоены водородные двигатели в США.

Гидразиновые топлива ("вонючие")

Гидразин
N2H4
Молекулярный вес -- 32,048
Плотность -- 1010 кг/м^3
Температура кипения -- 386,66 К
Довольно распространенное топливо.
Долгохраним, и в этом его главное достоинство. Широко используется в ДУ КА и МБР, т.е. там , где долгохранимость имеет критическое значение. Имеет
неплохой импульс с высококипящими окислителями -- с азотным тетраоксидом 2860 м/с. Освоен в производстве.
Недостатки. Токсичен. Пары гидразина при адиабатном сжатии взрываются.Склонен к разложению, что однако позволяет его использовать как монотопливо
для ЖРДМТ.
В силу освоенности производства более распространен в США.

Несимметричный диметилгидразин (НДМГ)
H2N-N(CH3)2
Молекулярный вес -- 60,102
Плотность -- 785 кг/м^3
Температура кипения -- 336 К
Широко используется на военных двигателях в следствие своей долгохранимости. Имеет более высокий импульс по сравнению с гидразином -- с N2O4 3115 м/с на земле и 3291 м/с пустотный. Самовоспламенятся с азотными окислителями. Освоен в производстве в СССР. Любимое топливо В.П.Глушко :). Используется
как правило с азотными окислителями в ЖРД МБР и КА.
Недостатки. Крайне токсичен. На порядок дороже керосина. Плотность и удельный импульс с основными окислителями ниже керосина с теми же окислителями.
Для повышения плотности часто используют в смеси с гидразином -- т.н. аэрозин-50, где 50 -- это процентное соотношение НДМГ.
В силу освоенности производства более распространен в СССР.

Несколько слов по поводу гидразиновых топлив.
Я не упомянул монометилгидразин, метилгидразин и пр. Они не так распространены.
Главное достоинство горючих группы гидразина -- долгохранимость при использовании высококипящих окислителей. Работать с ними очень неприятно --
токсичны горючие, агрессивные окислители, токсичны продукты сгорания. На профессиональном жаргоне эти топлива называют "вонючими". Можно с высокой степенью уверенности сказать, что если на РН стоят "вонючие" двигатели, то в "девичестве" она была МБР. В последнее время в связи с переходом военных на использование РДТТ, как более удобных в эксплуатации, значение этих топлив снизилось. Их "экологическая" ниша в космонавтике сужается до использования в ДУ КА, где долгохранимость является одним из важных требований.

Итак, мы рассмотрели основные используемые топлива. Наиболее
распространенными парами на настоящий момент являются :
1. Керосин (УВГ)-кислород.
2. Водород-кислород.
3. N2O4 - НДМГ (гидразин, аэрозин).
4. Кислород - НДМГ (гидразин, аэрозин).
Показателен в этом отношении сайт Вэйда http://solar.rtd.utk.edu/~mwade/engines/engllant.htm Там есть сортировка ЖРД по топливам. Оч. интересно :).

Каковы перспективы дальнейшего развития в этой области ? Я начинаю приходить к выводу, что на текущий момент выгоднее доводить ЖРД на уже освоенных
топливах, чем начинать НИОКР в области новых топлив, особенно сильно экзотических, как например фтор или пентаборан (сильно токсичен,
самовоспламеняется на воздухе (sic!) ) и пр. Повышением конструктивного совершенства можно пока добиться неплохих, а главное быстрых результатов.
Например керосин-кислородные движки : РД-107 Iуд.з= 2450 м/с , а у РД-170 Iуд.з= 3028 м/с. Это при одинаковом топливе ! Улучшение импульса на 600 м/с
добились за счет более совершенной схемы и конструкции. Так что есть еще резервы.
Использование же многих экзотических топлив сопряжено со многими сложными, а иногда и нерешимыми проблемами. Например как в 60-х, так и в 80-х, да и
сейчас фтор остается в качестве "перспективных" окислителей (так сказать "в женихах") . Т.е. на протяжении 30 лет к нему не могут подступится, в
первую очередь из-за токсичности продуктов сгорания. Вот и получается , что зачастую овчинка не стоит выделки.
Но нек-е перспективные топлива все же начинают "щупать" и довольно активно. Прежде всего метан, т.к. особых эксплуатационных трудностей он не вызывает,
позволяет неплохо поднять давление в камере (до 30 мПа по нек-м источникам) и получить хорошие характеристики. То же самое можно сказать в отношении
пропана и природного газа.
Еще одним интересным направлением в сторону усовершенствования топлив является металлизация горючих, т.е. в горючее добавляются частицы металла --
алюминия, бериллия и т.п. Проблемы в данном случае следующие -- подача такого топлива, его распыл и двухфазность течения продуктов сгорания. Дальше
теории и возможно экспериментов (мне знаете ли не докладывали подробно :) -- если кто владеет достоверной информацией -- you welcome !) дело пока похоже
не пошло.
Кроме использования новых топлив усовершенствуют уже распространенные в направлении повышения плотности. Для криогенных топлив исследуются
возможности использования шуги, т.е. взвеси твердых частиц компонента в жидкой фазе. Но ясно, что это сопряжено с большими трудностями с получением.
Я слабо себе представляю шугообразный водород.
Другой метод -- переохлаждение криогенных компонентов, т.е. использование их при температуре значительно ниже Ткип. Это позволяет повысить их плотность.
Я знаю, что с кислородом в СССР это неплохо получается.
Керосин тоже активно стараются улучшить в сторону повышения плотности и стабильности-- синтин и RJ-5 тому пример.

В первой лекции я забыл :( привести еще несколько важных параметров двигателя, которые имеют прямое отношение к топливам. Это коэффициент
избытка окислителя (обозн. греческой "альфа" с индексом "ок.") и массовое соотношение компонентов Kм.
Kм=(dmок./dt)/(dmг../dt), т.е. отношение массового расхода окислителя к массовому расходу горючего. Он специфичен для каждого топлива. В идеальном
случае представляет собой стехиометрическое соотношение окислителя и горючего, т.е.показывает сколько кг окислителя нужно для окисления 1 кг горючего.
Однако реальные значения отличаются от идеальных. Соотношение реального Kм к идеальному и есть коэффициент избытка окислителя. Как правило aок.<=1. И вот почему. Зависимости Tk(aок.) и Iуд.(aок..) нелинейны и для многих топлив последняя имеет максимум при aок. не при стехиометрическом
соотношении компонентов, т.е макс. значения Iуд. получаются при нек-ом снижении кол-ва окислителя по отношению к стехиометрическому.

На данном графике, взятом из [2] показана зависимость Iуд. от aок. для пары НДМГ+N2O4 при различных значениях Pк при постоянном Pа=0,1 мПа. Цифры возле соотв. графиков -- значение степени расширения, т.е.Pк/Pа. Ясно видно, что при Pк <= 10 мПа Iуд.мах при значениях aок. отличных от стехиометрического соотношения :).

Значение aок., при котором Iуд.=мах наз. оптимальным. При этом часто и Tk несколько снижается, что тоже неплохо :).

Вот собственно и все в основном по этой теме. На следующей лекции рассмотрим классификацию и требования к ЖРД.