Характеристики горения жидкого топлива на основе нитрата гидроксиламмония. Mеханизм горения и приложение к ракетным двигателям малой тяги

В качестве альтернативы широко распространенному гидразину для двигателей с управляемой тягой разработано новое многообещающее монотопливо – композиция на основе нитрата гидроксиламмония, содержащая нитрат аммония, метанол и воду. По сравнению с гидразином композиция-раствор характеризуется на 20% более высоким расчетным удельным импульсом, в 1.4 раза большей плотностью, более низкой температурой замерзания и меньшей токсичностью. Раствор имеет умеренную линейную скорость горения при давлениях, характерных для двигателей малой тяги. Обнаружено, что реализация линейной скорости горения (распространение волны горения) происходит вследствие специфических механизмов. Механизм горения раствора исследован с использованием видеосъемки и измерений профиля температур в волне горения термопарами диаметром 2.5 мкм. Результаты исследований показали, что нестабильность поверхности раздела жидкость – газ может приводить к внезапному значительному увеличению скорости горения, а метанол является эффективным компонентом, понижающим скорость роста пузырей в растворе. В опытах с горением в открытом сосуде оценена активность нескольких катализаторов; лучшим среди исследованных оказался катализатор S405, разработанный для гидразина. Эксперименты на модельном двигателе проведены с катализатором S405 при вариации массовой скорости подачи топлива, конфигурации слоя катализатора, соотношения длины и диаметра камеры сгорания. В результате выбраны параметры, обеспечивающее продолжительное время работы двигателя. Модельный двигатель непрерывно стабильно работал до 100 с с удельным импульсом $I_{sp}$ = 240 с, что составляет 90% от расчетного значения.