Несколько вопросов и ответов здесь говорят о стехиометрическом соотношении. Я понимаю, что это удобно для эффективности (большой интернет-провайдер). Я также где-то читал (я не могу снова найти ссылку, это была не та ссылка ), что нередко происходит сжигание с высоким содержанием топлива в камере сгорания (т.е. с меньшим количеством окислителя, чем в стехиометрическом соотношении), в основном для охлаждения. .
Мой вопрос в основном задан, потому что мне интересно, почему стехиометрическое соотношение кажется важным, тогда как обычно используется обогащение топливом. Обратите внимание, что я понятия не имею, насколько богат топливом.
Есть несколько факторов, почему двигатель не будет работать при «идеальном» стехиометрическом соотношении топлива. Вот две основные причины, по которым ракетные двигатели не работают с «идеальным» соотношением.
Более высокая скорость выхлопа
Уравнение, определяющее скорость выхлопа на веб- сайте Ричарда Наккаса , показывает, что молекулярная масса продуктов выхлопа оказывается в знаменателе уравнения. Это означает, что чем легче продукт выхлопа, тем выше скорость выхлопа. Таким образом, может быть выгодно запускать двигатель, не являющийся стехиометрически идеальным, чтобы сохранить молекулярную массу наименьшей. Вот почему большинство двигателей Hydrolox работают на обогащенном топливе, поскольку водород намного легче кислорода, что делает двигатель более эффективным, поскольку продукты сгорания содержат гораздо больше водорода.
Более низкая температура сгорания
В то время как то же самое уравнение, определенное в предыдущем абзаце, показывает, что более высокая температура повышает эффективность, слишком высокая температура может привести к повреждению двигателя, и произойдет процесс быстрой разборки. Вот почему некоторые двигатели работают на обогащенном топливе или окислителе, чтобы гарантировать, что температура сгорания, безусловно, соответствует температуре камеры и форсунки.
Насколько я понимаю, стехиометрическое сгорание высвобождает большую часть тепловой энергии в выхлоп, но есть несколько причин, которые могут не соответствовать оптимальной производительности.
Часть этой тепловой энергии переходит в энергию молекулярных колебаний, а не в направленную энергию выхлопа; вам нужны более простые молекулы с меньшим количеством колебательных мод, чтобы минимизировать этот фактор — H2 вместо H2O, например, в водородно-кислородной ракете.
Работа вне стехиометрии означает сжигание кулера, поэтому вы можете иметь более простую, легкую или более дешевую тепловую систему в камере и сопле. (Самые ранние большие ракеты, такие как Фау-2 и Редстоун, фактически использовали 75% спирта и 25% воды в качестве топлива просто для того, чтобы охлаждаться.)
Сжигая топливо с высоким содержанием топлива, вы можете гарантировать, что минимальное количество горячего несгоревшего окислителя воздействует на камеру и сопло во время работы двигателя; при стехиометрическом соотношении, если бы произошло неполное смешивание топлива, это могло бы нанести большой ущерб.
Если одно из ваших порохов значительно плотнее другого, ваша емкость будет тем компактнее, чем дальше вы сдвинете соотношение смеси в сторону более плотного компонента. К сожалению, в большинстве случаев окислитель плотнее топлива, поэтому это приводит к обогащению окислителем, что несовместимо с предыдущим пунктом.
пользователь20636
Стив Линтон