News image News image News image News image News image News image News image News image


Физические и химические процессы в ракетных двигателях на наноуровне
Нанотехнологии как наука - Нанотехнологии в химии

физические и химические процессы в ракетных двигателях на наноуровне

Современные жидкостные ракетные двигатели, принципы работы которых были предложены Циолковским более века назад, требуют дальнейшего совершенствования, утверждают учёные.

В чем причина неудачных запусков космических ракет? Что происходят в камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей на наноуровне? Отдел нанотехнологий «Центра Келдыша» ищет ответы на эти вопросы.

Современные жидкостные ракетные двигатели, принципы работы которых были предложены Циолковским более века назад, требуют дальнейшего совершенствования. Время их работы во многом ограничивает агрессивное воздействие продуктов сгорания ракетного топлива на материал камеры сгорания. Теплозащитное покрытие и стенки камеры сгорания двигателя при этом могут разрушаться. Какие физические и химические процессы протекают в камере сгорания и что происходит с материалом на атомарном и нано - уровнях? На эти вопросы пытались ответить сотрудники ФГУП «Центр Келдыша», в котором два года назад был основан отдел нанотехнологий.

«Мы рассматривали процессы взаимодействия продуктов сгорания (керосина и кислорода) с теплозащитным хромоникелевым гальваническим покрытием и медной стенкой камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя в интервале температур от 600 до 1800 градусов Цельсия при давлениях от 80 до 160 атмосфер», — рассказывает сотрудник отдела нанотехнологий ФГУП «Центр Келдыша» Леонид Агуреев.

В камере сгорания ракетного двигателя происходит несколько физических и химических процессов. Сначала продукты сгорания проникают к стенкам камеры сгорания, происходит процесс физической адсорбции (при котором твердое вещество поглощает газ). Затем на поверхности стенок начинаются химические взаимодействия, хемосорбция (поглощение с образованием химических соединений), сублимация (переход твердого вещества в газообразное) и испарение. Продукты сгорания проникают внутрь теплозащитного покрытия и стенок камеры сгорания, вступая в химические взаимодействия.

Так, реакции с водородом в камере сгорания приводят к хрупкости металлов в результате проникновения его в покрытие и образования гидридов. Действительно, водород вступает в химическое взаимодействие с различными элементами и фазами в металлах и сплавах и проникает в микрополости, поры и микротрещины на поверхности камеры сгорания. Водород растворяется в кристаллической решетке металла в атомарном состоянии. Происходит хемосорбция, и хром, никель и медь образуют с водородом совершенные растворы. С ростом температуры количество адсорбированного водорода увеличивается.

Другая причина разрушения стенок камеры сгорания двигателя — взаимодействие с углеродом, который образуется из оксида углерода на металлическом покрытии. Образующийся сажистый углерод может самоорганизовываться в нановолокна. На хромовом покрытии концентрация углерода может оплавляться, после чего возникает трещина. В некоторых случаях на внутренней стенке камеры сгорания образуются углеродные волокна — на катализаторах (никель, медь), дефектах поверхности, трещинах, включениях, очагах газовой коррозии и отдельных частицах. Углеродные наноструктуры могут отрываться под действием газового потока, унося частицы металлического покрытия. Теплозащитное покрытие может также разрушать кислород, окисляющий медь и хром с появлением эрозии. То есть, при высоких температурах элементы газового потока — углерод и кислород — взаимодействуют с теплозащитным покрытием и стенками камеры сгорания, что также приводит к охрупчиванию хромового слоя за счёт образования оксидов и карбидов, а также углеродных нановолокон.

Кроме того отрицательную роль играют перепады температуры. Они способствуют развитию термических напряжений в покрытии, которые возникают из-за деформации поверхности стенки при нагреве или увеличении давления.

Образование трещин и эрозия покрытия могут возникать при частичном испарении металлов (сублимации). Никель, например, заметно испаряется при тысяче градусов Цельсия.

Такие исследования помогут выявить причины неудачных запусков космических аппаратов, а разработка новых наноматериалов с нужными свойствами позволит избежать многих недостатков в современных жидкостных ракетных двигателях и устранить недостатки в двигателях для будущих космических миссий, считают исследователи.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Мало не покажется

News image

Нанороботы хозяйничают в кровеносном сосуде. Изображение с сайта azonano.com Чем грозят человечеству нанотехнологии В воскресенье, се...

Искусство в чашке Петри

News image

Яблочное дерево, флуоресцентный Марио - всего лишь некоторые из шедевров творческих микробиологов. Это, подобное цветку, изображение яв...

IT-байки: термоэлектрические нанотехноло

News image

Очередной воскресный выпуск IT-баек мне вновь хотелось бы посвятить теме несовершенства современного мира. Ес...

Электроэнергия из тепла человеческого те

News image

Инженеры из Фраунгоферовского института интегральных схем IIS разработали единственный в своем роде трансформ...

Что дадут нам нанотрубки

News image

Не исключено, что на основе углеродных нанотранзисторов будут работать процессоры, которые придут на смену кремниевым. В ...

В Симбирской губернии стартует крупный п

News image

Проект по созданию производства наноструктурированных порошков и сорбентов для различных отраслей промышленности был представлен на вы...

Новые приборные панели Audi будут работа

News image

Специалисты автомобильной компании Audi для разработки высокотехнологичных приборных панелей остановили свой выбор на универсальном процессоре Te...

Один из способов разбогатеть Добыча редк

News image

Ушли в прошлое времена золотой лихорадки, с легкой добычей, в виде крупных самородков, давно иссяк Кл...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Ученые слепили самого маленького в мире снеговика

Фигурка получилась высотой всего в одну сотую миллиметра – впятеро меньше толщины человеческого волоса. Как правило, дети состязаются друг с другом в ...

Бактерии приводят в движение крошечные наномеханизмы

Шестерни в миллион раз более массивные, чем бактерии , говорит главный исследователь Игорь Аронсон. Возможность использовать и контролировать эне...

Высокие требования к энергоэффективным решениям

Химический концерн «Халфрид» — группа предприятий, созданная в 2008 году под эгидой промышленного внедрения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в сфере на...

Новый метод создания электродов для измерения свойств н

Ученые, изучающие физические явления на наноуровне, хорошо знают, что «припаять» контакты к единичной органической молекуле зачастую намного сложнее, чем синтезировать са...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.