Почему гидразин используется для питания EPU F-16?

Чтобы заполнить пустоты в ответе аэроалиаса:

Гидразин — это монотопливо , которое не нужно смешивать и сжигать, чтобы высвободить энергию, содержащуюся в его химических связях. Эта энергия высвобождается за счет пропускания потока гидразина через катализатор , в случае ЭПУ F-16, который представляет собой иридий . Это разрывает химическую связь, образуя аммиак, газообразный азот, газообразный водород и тепло , которое превращает воду в пар. Нагрев увеличивает объем газов и пара, поэтому они набирают скорость, как газы в камере сгорания реактивного двигателя.. В каталитической камере ЭПУ F-16 температура достигает более 800°C всего за пару миллисекунд, и никакого горения не происходит! Этот высокоскоростной газ под высоким давлением проходит через небольшую турбину, которая, в свою очередь, приводит в действие генератор и создает гидравлическое давление.

Сжатие не требуется, так как давление подается из баллона, содержащего смесь гидразина и воды. Использование монотоплива также позволяет избежать проблем с зажиганием и делает установку очень простой. Поскольку гидразин достаточно стабилен при высоком давлении и температуре окружающей среды, срок хранения гидразинового двигателя высок, а жидкое состояние смеси гидразин-вода делает ее хранение очень компактным. Как раз то, что нужно для истребителя.

ЭПУ F-16 заправляется монотопливной смесью гидразина Н-70, которая содержит 70% гидразина ($N_{2}H_{4}$) и 30% воды по массе.

Основные требования к ЭПУ заключаются в том, что он должен быть простым, необслуживаемым, подавать питание немедленно и стабильно в течение требуемого времени. Использование гидразина гарантирует это, но требует осторожного обращения.

В основном при каталитическом разложении гидразина образуются аммиак, азот и водород. Выхлопные газы турбины EPU содержат 40 % аммиака, 17 % азота, 15 % водорода и 28 % воды.

$3N_{2}H_{4} \rightarrow 4NH_{3} + N_{2}$

$4NH_{3} \rightarrow 2N_{2} + 6H_{2}$

$3N_{2}H_{4} \rightarrow 4(1-x)NH_{3} + 6xH_{2} + (2x+1) N_{2}$

где x – доля$NH_{3}$разъединенный.

Вода изменяет температуру разложения (ЭФУ достигает температуры ~870°С).$^{\circ}C$), предотвращая термическое повреждение слоя катализатора и деталей турбины. По мере того, как вода отводит тепло, она превращается в пар, который помогает питать EPU.

ЭПУ, использующая гидразин, раскручивается примерно до 75 000 об/мин за 2-3 секунды (ЭПУ F-16 запускается в течение 2 секунд). При использовании другого топлива, такого как JP-8, потребовалось бы гораздо больше времени. При необходимости (EPU обычно работает на воздухе, отбираемом от двигателя), гидразин вытесняется в камеру разложения под давлением азота , где в результате вышеуказанных реакций образуются газы, необходимые для работы турбины/коробки передач. Разложение гидразина создает достаточное давление, что устраняет необходимость в компрессоре, что снижает вес, а также устраняет необходимость в воспламенителе, что снижает сложность.

Для данного веса обеспечивает непрерывную работу в течение необходимого времени. В F-16 ЭПУ несет ~25 л гидразина, что позволяет работать около 10 минут при нормальных условиях нагрузки и 15 минут при меньших нагрузках (т.е. в грунте). Если бы использовалась какая-либо другая форма (например, батарея или картридж), было бы трудно иметь длительное время работы без значительного увеличения массы.

Для боевого самолета РАТ не вариант. Кроме того, EPU с гидразиновым двигателем будет работать на любой высоте или при маневрировании, поскольку ему не требуется внешняя подача окислителя.

Использованная литература:

Состав выхлопных газов аварийной силовой установки F-16 , Гарри Дж. Саггс и др.

Технический приказ 00-105E-9, ВВС США

AFR 110-14 Отчет о расследовании авиационных происшествий ВВС США.

Руководство F-16

Спасибо @Peter за указание на ошибки.

Использование гидразина связано с устойчивостью самолета. Без питания компьютеров F-16 предпочитает летать хвостом вперед. Базовая конструкция самолета намеренно аэродинамически неустойчива для достижения высоких характеристик. Компьютеры управления полетом поддерживают стабильность.

Если отключится электричество, пилоту внезапно понадобятся болотные ботинки. Чтобы предотвратить такие неблагоприятные обстоятельства, APU было указано, чтобы он был подключен к сети на полной мощности через 0,25 секунды после сбоя питания.

Судя по всему, в конце 60-х - начале 70-х годов (годы проектирования) ничто другое не могло удовлетворить требованиям быстрого старта, веса и силовой выносливости.