Анализ характеристик топливной пары

Топливо «пероксид водорода + керосин» обладает следующими достоинствами:

- компоненты могут храниться при нормальной температуре, не требуются криогенные комплектующие;

- компоненты нетоксичны, и сами компоненты и их продукты сгорания считаются экологически чистыми;

- плотность пероксида водорода (1450 кг/м³ при +20°C) выше, чем у жидкого кислорода (1140 кг/м³ при –183°C). Вес конструкции будет меньше.;

- большая величина соотношения компонентов:;жидкий кислород + керосин ( = 0,8) — 2,725, 90% пероксид водорода + керосин ( = 1): 8,045;

- пероксид водорода имеет большую теплоёмкость (вода — 4,186, пероксид водорода — 2,628, керосин RP-1 — 1,983 кДж/кгК при 25°C) и может использоваться для регенеративного охлаждения камеры сгорания;

- компоненты можно тушить водой: добавление воды уменьшает концентрацию пероксида водорода, в результате чего его активность как окислителя немедленно теряется;

- наддувать баки с компонентами можно различными газами;

- компоненты широко производятся и требуются в различных отраслях промышленности.

Пероксид водорода обладает следующими возможными недостатками:

- стоимость: дороже жидкого кислорода. Но этот недостаток нивелируется тем, что для его применения не требуется дорогое криогенное оборудование;

- саморазложение: при хранении разлагается без внешних причин. В настоящее время развитие технологий химической стабилизации принесло возможность длительного хранения пероксида водорода.

Концентрированный пероксид водорода — нестабильное вещество, которое под внешним физико-химическим воздействием легко начинает разлагаться и преобразуется в воду и кислород. Медленное разложение концентрированного пероксида водорода начинается сразу после того, как он производится. Такое свойство называется «саморазложением» и считается главным недостатком пероксида водорода, но в настоящее время, благодаря развитию технологии химической стабилизации, его можно длительно хранить. При повышенной температуре пероксид водорода разлагается быстрее, иными словами, повышение температуры действует на разложение как катализатор. Это явление называется «термическим разложением» или «терморазложением».

В качестве показателя возможности продолжительного хранения пероксида водорода можно принимать уменьшение количества кислорода в пероксиде водорода при заданной температуре:

Рис. 6.1. Потеря активного кислорода в пероксиде водорода в зависимости от температуры с учетом применения стабилизатора в разные годы.

Потеря активного кислорода N определяется следующим уравнением:

где – масса, – концентрация, 1 – начальная, 2 – конечная.

В водном растворе пероксида водорода обычно содержатся около 1% стабилизатора, замедляющего скорость разложения.

Пероксид водорода может неограниченно растворяться в воде, спирте и эфире, и поэтому он обычно производится в виде водных растворов. Высококонцентрированные водные растворы довольно активны, они даже считаются взрывоопасными.

H₂O₂ (ж) → H₂O (г) + 0,5·O₂ (г) + 10 042 Дж/моль

Таблица 6.1. Характеристики H₂O₂ в качестве однокомпонентного топлива

(, удельный импульс в равновесном режиме)[3]

Концентрация [%]	Плотность ВПВ [ ]	Температура разложения [K]	Комплекс [ ]	Удельный Импульс [c]