Организация и подготовка похода

Классификация жидких ракетных топлив

Классификацию жидких ракетных топлив можно представить следующим образом:

Наиболее распространёнными окислителями в современной ракетной технике являются азотная кислота в смеси с четырёхокисью азота (N₂O₄) и жидкий кислород. Известно применение перекиси водорода и жидкого фтора.

Азотная кислота (HNO₃)– продукт широкого применения в народном хозяйстве и её производство было налажено ещё до появления ракетных двигателей. HNO₃ из всех известных окислителей имеет наибольшую плотность (1,52·10³ кг/м³), что позволяет получить топливо с высокой объёмной концентрацией энергии. Температура кипения её равна + 86^о и с увеличением давления возрастает. При давлениях, имеющих место в рубашках охлаждения ЖРД, температура кипения превышает 200^оС. Температура замерзания -41,6^о. Довольно низкая температура затвердевания и высокая температура кипения облегчают условия её хранения, транспортировки и перекачки.

К недостаткам HNO₃ относится:

· пары ядовиты и при попадании на кожу кислоты возникают тяжёлые ожоги;

· агрессивна по отношению к металлам;

· легко испаряется и имеет склонность к самопроизвольному разложению с выделением газообразного кислорода, что вызывает известные неудобства при хранении.

Из-за недостатков HNO₃ применяется в чистом виде весьма редко, а в основном используется в смеси с N₂O₄. Для улучшения свойств азотной кислоты к ней добавляют различные присадки: четырёхокись азота, серную кислоту и др.

Четырёхокись азота может применяться в качестве окислителя в чистом виде, однако это затруднено из-за её эксплуатационных свойств. Главными недостатками N₂O₄ является высокая температура замерзания (-11,2^оС) и низкая температура кипения (+21,2^оС). Смесь N₂O₄ с азотной кислотой имеет более высокую плотность (до 1,6·10³ кг/м³), более низкую температуру замерзания (до -70^оС) в сравнении с азотной кислотой, менее агрессивна и более стабильна при хранении, может выделять несколько больше кислорода для окисления горючего.

Жидкий кислород – более мощный окислитель, чем HNO₃. Кипит О_2ж при -183^оС. Температура замерзания О_2ж -219^оС. Удельный вес его значительно меньше удельного веса азотной кислоты и при температуре кипения равен 1,14 кг/л (плотность 1,144·10³ кг/м³). Низкая температура кипения не позволяет использовать О_2ж в качестве охладителя. По этой же причине О_2ж не годится для применения в ракетах, требующих хранения в заправленном состоянии. Баки заправляются О_2ж непосредственно перед запуском.

Основными достоинствами О_2ж являются большой удельный импульс тяги двигателя, нетоксичность, простота производства и низкая стоимость при неограниченной сырьевой базе.

Хранение О_2ж, его перевозка и заправка баков сопровождаются значительными потерями вследствие испарения.

Однако за последние годы удовлетворительно разрешены вопросы хранения и перевозки О_2ж и производство его налажено в больших масштабах. Поэтому стоимость этого окислителя, применяемого в ракетной технике, невелика.

На основе перекиси водорода (Н₂О₂)известно два типа топлив:

1. топлива раздельной подачи, в которых кислород, выделяющийся при разложении Н₂О₂, используется для сжигания горючего, например, Н₂О₂ + керосин;

2. унитарное топливо – относительно взрывобезопасная смесь с водой и спиртом. Такие топлива имеют низкую теплотворность (800…900 ккал/кг, а у О_2ж + углеводороды теплотворность 2200 ккал/кг) и как основное топливо не используются. Эти топлива применяют в газогенераторах. Также реакция разложения перекиси водорода широко используется для получения рабочего тела для турбины ТНА. Известны двигатели, в которых перекись водорода использовалась для создания тяги. Удельная тяга таких двигателей низкая и равна 90…100 кг·сек/кг.

Фтор является самым сильным окислителем и соединяется практически со всеми известными горючими, образуя самовоспламеняющиеся топлива, имеющие наиболее высокие энергетические показатели.

Жидкий фтор имеет температуру кипения -188^оС, плотность при этой температуре 1,51·10³ кг/м³. Фтор выделяет при кипении чрезвычайно ядовитые пары. Высокая химическая активность фтора создаёт большие трудности в эксплуатации, так как большинство материалов не выдерживают контакта с ним. Такие материалы, как никель, нержавеющая сталь, медь, алюминий и др. пригодны для изготовления ёмкостей и арматуры, так как на их поверхности образуется плёнка фторидов, защищающая металл от разрушения.

Оборудование, предназначенное для работы с фтором, должно тщательно обезжириваться во избежание загорания.

Заправка фтором из-за потерь на испарение возможна только перед пуском.

В настоящее время жидкий фтор как окислитель не применяется из экологических соображений.

В качестве горючих нашли применение сложные вещества, которые содержат углерод, азот и водород. По составу эти вещества можно разделить на четыре группы:

1. углеводородные горючие (продукты перегонки нефти), среди которых наибольшее распространение получил керосин;

2. кислородоуглеводородные – к ним относятся все спирты (метиловый, этиловый, изопропиловый), в настоящее время вытеснены другими горючими;

3. азотноуглеводородные – алифатические и ароматические амины (бурно взаимодействуют с HNO₃ и N₂O₄); несимметричный деметилгидразин N₂H₂(CH₃)₂;

4. азотноводородные – особое внимание заслуживает гидразин N₂H₄.

Наиболее широко в качестве горючего компонента топлив на основе HNO₃ и окислов азота применяется керосин. Основные физико-химические свойства керосина указаны в таблице 1, а свойства топлива азотная кислота + керосин – в таблице 3.

Топлива, имеющие в своём составе керосин, не являются самовоспламеняющимися и требуют принудительного воспламенения. В широких пределах изменения температур керосин является жидким веществом и может быть использован для охлаждения двигателя: теплоёмкость его равняется 0,45 ккал/ кг·град, температура кипения при повышенных давлениях достигает 250^оС.

На основе HNO₃ и окислов азота созданы самовоспламеняющиеся топлива. Горючими таких топлив являются сложные органические соединения, например, несимметричный диметилгидразин (НДМГ), характеристики которого приведены в таблице 1 ниже. Такое топливо использовано, например, в ракетах «Протон» РКА и «Ариан» ЕКА. Близкое по типу топливо применено и на посадочной и взлётной ступенях лунного корабля системы «Апполон»

Несимметричный диметилгидразин с азотным тетраоксидом (N₂O₄) в качестве окислителя широко используется для боевых жидкостных баллистических ракет, стоящих на длительном дежурстве.

Несимметрия молекулы НДМГ (N ₂H₂ (CH₃)₂) лежит в основе названия горючего: один атом азота связан с двумя группами СН₃, а второй – с двумя атомами водорода

НДМГ как горючий элемент обладает определёнными достоинствами: стойкое соединение (используют как охладитель); высокие энергетические показатели (положительная теплота образования - + 187 ккал/кг); самовоспламеняющееся.

Основной недостаток НДМГ – чрезвычайно высокая токсичность. В настоящее время НДМГ заменяют гидразином N ₂H₄, обладающим ещё более высокой теплотой образования. В американской практике, в частности, гидразин применяется в 50% -ной смеси с НДМГ, которая называется аэрозином.

Самовоспламеняющиеся топлива на основе азотной кислоты и окислов азота оказались значительно более устойчивыми против вибрационного горения, чем топливо HNO₃ + керосин. Поэтому, несмотря на сравнительно большую стоимость, они иногда применяются как основные топлива ракетных двигателей.

Таблица 1. Основные данные некоторых горючих для ЖРД

Наименование	Химическая формула	Молеку-лярный вес	Элементарный состав (кг/кг)	Удельный вес при 15^оС (кг/л)	Температура кипения ^оС
C	H	O	N
Керосин	-	-	0,858	0,135	0,007	-	0,76…0,84	150…315
Спирт этиловый	С 2Н 5ОН	46,07	0,522	0,131	0,347	-	0,798	78,5
Спирт метиловый	СН 3ОН	32,04	0,375	0,125	0,50	-	0,791	64,6
Гидразин	N 2H4	32.03	-	0,125	-		1,01	113,5
Несимметричный Диметилгидразин (НДМГ)	N 2H2 (CH3)2	68,12	0,400	0,134	-	0,466	0,83

Комбинируя из окислителей и горючих различные топливные пары для ЖРД можно получить различную удельную тягу. Наиболее эффективные группировки представлены в таблице 2 ниже.

Таблица 2. Возможные сочетания горючих и окислителей

Горючие	Окислители
HNO3.N2O4.HClO4	O2	F2
Спирты	-	+	-
Керосин и др. углеводороды	+	+	-
Азотноводородные соединения и их призводные	+	+	+

В таблице приведён самый мощный окислитель – фтор F₂, который не применяется в технике из экологических соображений.

Некоторые данные топлив ЖРД представлены ниже в таблице.

Таблица 3.Характеристики некоторых ракетных топлив

(при давлении в камере 70·10⁵Па)

Топливо	Соотношение компонентов топлива	Плотность кг/м^3·10^-3	Удельный импульс в пустоте Н·с/кг
Окислитель	Горючее
HNO3	аммиак НДМГ водород	1,5 6,14	1,25 1,22 0,39
О2	аммиак НДМГ водород	0,92 1,7 4,0	1,06 0,98 0,28
О2	Керосин Этиловый спирт (93,5%)	3,07 -	1,04 0,99	3655(Ркс=100·10^5Па) 2502(Ркс=40·10^5Па, Ра=1·10^5Па)
F2	аммиак НДМГ водород	2,37 2,45 8,09	1,31 1,19 0,47

Газообразные кислород и водород при стандартных условиях имеют теплоту образования, равную нулю. Для газов, находящихся в сжиженном состоянии, теплота образования, естественно, будет отрицательной, причём для водорода она принимает значение -935 ккал/кг а для кислорода -98 ккал/кг. Несмотря на столь низкую теплоту образования горючего, топливо «кислород + водород» обладает высоким удельным импульсом.

Применение жидкого водорода влечёт за собой дополнительные меры по технике безопасности. Они связаны с опасностью образования в служебных помещениях (из-за неконтролируемой утечки водорода) взрывоопасной гремучей смеси и с в возможным проникновением водорода в ёмкость атмосферного воздуха и последующей его конденсацией.

Поэтому предусматривают: контролируемый дренаж, герметизацию соединительных узлов (с применением сварки и пайки, где возможно), надёжную вентиляцию и общие организационные меры безопасности.

1.6. Требования, предъявляемые к твёрдым ракетным топливам

Основные требования, предъявляемые только к твёрдым ракетным топливам:

1. топливо должно устойчиво гореть при низких давлениях в камере (поскольку камера одновременно и резервуар, содержащий всё топливо, то большая толщина стенок приведёт к большому весу камеры и большой величине µ_к);

2. от твёрдого топлива требуется высокая механическая прочность. Разрушение шашки в процессе горения приводит к увеличению поверхности горения и взрыву двигателя;

3. топливо должно обеспечить постоянство скорости горения в широком температурном диапазоне. Это обеспечит постоянство значений основных параметров двигательной установки;

4. топливо быть достаточно эластичным, чтобы исключить появление в нём трещин при расширении или сжатии стенок камеры двигателя от изменения температуры;

5. топливо должно быть химически стойким и физически стабильным, т.е. не должно изменять своих свойств при хранении под воздействием внешних условий, в частности температуры и влажности воздуха;

6. при длительном хранении снаряженных ракет твёрдое топливо не должно взаимодействовать с металлом и элементами тепловой изоляции камеры сгорания;

7. все части заряда должны быть по составу однородны. Иначе не может быть обеспечено равномерное горение заряда и, значит, стабильные баллистические характеристики ракеты;

8. возможность изготовления из твёрдого топлива крупногабаритных зарядов. Технологический процесс изготовления зарядов должен быть предельно простым.

Твёрдые топлива делятся на два основных класса – баллиститные (гомогенные) и смесевые (гетерогенные).

Баллиститные топлива – растворы нитратов целлюлозы в труднолетучем растворителе. Устойчиво горят при высоких давлениях (60 ата).

Нитраты целлюлозы получают обработкой целлюлозы [С₆ Н₇ О₂ (ОН)₃] как горючего смесью азотной и серной кислот.

В качестве растворителя используют нитроглицерин [С₃ Н₅ (ОNO₂)₃] и нитродигликоль как окислители. Соотношение между нитроглицерином инитроклетчаткой в стехиометрической пропорции составляет К_o = 8,6. Для повышения прочности шашки в раствор вводят пластификаторы (динитротолуол, дибутилфтолат). В небольших количествах в топливо входят и другие вещества, от количества которых меняется скорость горения. Есть вещества, которые повышают химическую и структурную стойкость топлива, что позволяет хранить его в течение нескольких лет. Есть добавки типа вазелина и сажи, повышающие пластичность топлива, необходимую при формировании заряда.

Свойством растворять нитроклетчатку обладает не только нитроглицерин, но и некоторые другие вещества: динитрогликоль, динитротолуол и др. В некоторых марках топлив они частично или полностью заменили нитроглицерин, не изменив свойств топлива.

В настоящее время считают, что эти топлива исчерпали свои возможности, и в дальнейшем будут применяться только в тактических ракетах.

Смесевые топлива – механические смеси минеральных окислителей и горючих связующих веществ.

В качестве окислителей используют неорганические соли (соли хлорной или азотной кислоты): перхлорат аммония NH₄ ClO₄, перхлорат калия KClO₄, NH₄ NO₃ (аммиачная селитра) или KNO₃ (калийная селитра).

В качестве связующих и горючих веществ применяют высокомолекулярные синтетические соединения типа каучука и пластмасс, а также тяжёлые углеводороды (битумы).

Для повышения удельной тяги Р_уд в эти топлива добавляют лёгкие металлы. Эти топлива устойчиво горят при низких давлениях (20 ата).

Для баллиститных топлив стехиометрическая пропорция составляет К_о = 8,6. При таком соотношении твёрдого заряда топлива не получится. Достаточно твёрдый и прочный заряд получают при соотношении К_о = 0,85. Т.о. в топливе сохраняется большой недостаток окислителя, что и обусловило его низкие энергетические характеристики.

У смесевых топлив тот же недостаток. Для получения необходимой прочности завышают долю горючего – обычно каучука.

Достоинства этих топлив следующие: большой удельный вес, простота изготовления шашек способом отливки, относительная дешевизна, способность гореть при низких давлениях.

Пути дальнейшего повышения энергетических показателей твёрдого топлива следующие:

1. подбор улучшенных связок с уменьшенным содержанием углерода;

2. подбор качественных окислителей, например, перхлората нитронила - NO₂ ClO₄, перхлората нитрозила NOClO₄ и перхлората лития Li ClO₄;

3. применение более эффективных металлических горючих вместо алюминия.

В таблице ниже для сравнения представлен весовой состав в процентах для баллиститного и смесевого топлив. В таблице последним приведено одно из предполагаемых топлив на основе бериллия.

Таблица 4. Весовой состав в процентах твёрдых топлив

Тип топлива	Весовой состав в %	Удельная тяга в Н·с/кг
Нитроглицериновый порох	Нитроглицерин – 43 Нитроклетчатка – 53 Добавки - 4
Смесевое типичное топливо	Перхлорат аммония – 69 Каучук – 15,3 Алюминий – 15 Добавки – 0,7
Смесевое топливо с бериллием	Перхлорат аммония – 71 (NH4 ClO4) Каучук – 14 Бериллий - 15

Состоит из 2 частей:

1. Подготовка туриста к походу;

2. Организация и подготовка непосредственно похода.

Подготовка туриста

1. Спортивная подготовка туриста – наиболее важный компонент подготовки туриста, во многом обуславливает безопасное прохождение водного маршрута. Состоит из:

- физическая подготовка;

- тактико-техническая подготовка;

- теоретическая подготовка;

- психологическая подготовка;

- интегральная подготовка

Ф изическая подготовка – направлена на общее повышение функциональных возможностей организма, сопротивляемости к неблагоприятным воздействиям, укрепление здоровья.

Общая физическая подготовка включает разносто­роннее воспитание физических качеств (сила, выносливость, ловкость, гибкость, скоростные способности), играет первостепенную роль в повы­шении общего уровня функциональных возможностей организма, комплексном развитии физической работоспособности туриста-водника.

Общая физическая подготовка служит основой специальной подготовки. Без поддержания ее на высоком уровне невозможно добиться успехов в усвоении и совершенствовании техники водного туризма.

Основными средствами общей физической подготовки являются общеподготовительные упражнения. Следует отметить, что повышен­ный травматизм обусловлены недостаточным объе­мом общеподготовительных упражнений на тренировке и, особен­но, на ее ранних этапах.

Специальная физическая подготовка направлена на развитие способностей, которые являются ведущими при преодолении естественных водных препятствий, а также на способность переключаться с одного вида нагрузки на другой и рационально расходовать силы.

Походный режим предъявляет повышенные требования к развитию общей функциональной выносливости, силовой выносливости, скоростно-силовым способностям, координационным способностям. Выбор средств физической подготовки должен быть направлен в первую очередь на воспитание, развитие и совершенствование вышеперечисленных качеств.

Основными средствами специальной физической подготовки являются избранные соревновательные и специально-подготовительные упражнения.

Избранные соревновательные упражнения — это упражнения максимально приближенные к двигательным действиям, используемым при прохождении водных препятствий.

Специально-подготовительные упражнения включают элементы действий, характерных при прохождении водных препятствий, а также движе­ния и действия, сходные с ними по форме или ха­рактеру проявляемых способностей. К числу специально-подготовительных относятся в определенных случаях и упражнения из смежных, родственных видов спорта, направленных на совершенствование специфических качеств.

Если говорить, в упрощенном виде, о технологии воспитания, развития и совершенствования того или иного физического качества, или формы его проявления, то она выглядит следующим образом:

1. Определить физическое качество, требующее тренировочного воздействия.

2. Определить требуемую степень его развития на этапе подготовки.

3. Определить оптимальные средства тренировочного воздействия.

4. Определить методы тренировочного воздействия.

5. Проводить своевременный контроль развития физического качества.

6. Проводить своевременное корректирование тренировочного воздействия.

Тактико-техническая подготовка включает в себя как индивидуальные технические действия, так и действия в составе экипажа или группы; оценку конкретного препятствия; выработку тактики преодоления препятствий с учетом подготовленности туриста-водника и имеющегося снаряжения; преодоление препятствий с наименьшими затратами времени и сил. Этим объясняется теснейшая взаимосвязь технической и тактической подготовки, которые можно разделять лишь условно.

Одним из важнейших критериев тактической подготовленности является способность максимально безопасно преодолевать естественные препятствия, как на воде, так и на суше. Уровень тактической подготовленности можно оценить, выделив основные тактические составляющие:

- способность разработать оптимальный план похода;

- умение определить запасные и аварийные варианты маршрута;

- умение определить оптимальное время преодоления водных препятствий;

- умение комплектования группы, экипажей;

- умение разработать тактическую схему преодоления водных препятствий;

- умение разработать тактическую схему страховки;

- умение тактически правильно организовать поисково-спасательные работы, включая транспортировку пострадавшего;

- умение принять правильное решение в нестандартных ситуациях.

Все эти умения можно оценить в период подготовки к походу путем создания определенных ситуаций, практических или теоретических.

Тактическая подготовка тесно связана с другими видами подготовки, но ее основой является техническая подготовка. Техническая подготовка во многом определяет тактику группы.

В структуру специальной технической подготовленности входит владение техническими приемами управления спортивными туристскими судами и техника преодоления различных водных структур (валы, сливы, бочки и т.д.).

Общая техническая подготовленность характеризуется уровнем владения навыками организации страховки при преодолении водных препятствий; организации разведки препятствий; организации спасательных работ; умением ориентироваться на местности и на воде; знанием техники пешеходного и горного туризма и т.д.

В технике управления туристскими судами применяются простые и сложные технические приемы. К простым техническим приемам относятся все виды гребков, крены, боковые притяжения, зацеп, отруливание и т.д.

Сложный технический прием состоит из нескольких простых приемов. Во время преодоления того или иного водного препятствия (порог, шивера и т.д.) турист-водник совершает последовательность действий, которая состоит из отдельных звеньев – сложных технических приемов, имеющих определенную цикличность. Если препятствие локальное, то будет присутствовать, как правило, один цикл, если протяженное, то циклов будет несколько. При этом каждый цикл состоит из трех четко выраженных фаз. Первая фаза – происходит оценка ситуации и принимается решение, от которого во многом зависит техническое содержание двух последующих фаз, вторая фаза – задается угол смещения судна в потоке, третья фаза – совершается собственно смещение. Первая и вторая фазы должны быть непродолжительны по времени, в то время как продолжительность третьей фазы зависит от условий конкретного участка препятствия.

Из выше сказанного следует, что тренировочная работа по совершенствованию технической подготовленности осуществляется в следующих направлениях:

1. Тренировка тактического мышления - способности быстро оценивать ситуацию и находить наиболее эффективное решение и действие.

2. Развитие и совершенствование индивидуальной техники управления судном (гребковая техника).

3. Развитие и совершенствование командной техники управления судном (работа экипажем).

4. Отработка технических приемов, применяемых при преодолении водных препятствий.

Теоретическая подготовка. Специфика водного туризма требует от туриста-водника большого объема, как чисто специальных знаний по выживанию в природной среде, знаний в области спортивной подготовки, так и знаний из смежных областей деятельности – медицина, ремонт различных видов снаряжения, краеведения, геологии, климатологии, географии и т.д. У туристов-водников должно выработаться умение использовать теоретические знания на практике при подготовке к походу и в условиях прохождения маршрута. Основными методами и средствами теоретической подготовки являются лекции, беседы, семинары, демонстрация наглядных пособий, просмотр учебных и походных видеофильмов, фотоматериалов и т.д.

Психологическая подготовка помогает создавать такое психическое состояние, которое способствует, с одной стороны, наибольше­му использованию физической и технической подготовленности, а с другой — позволяет противостоять сбивающим факторам, возникающим при прохождении маршрута (неуверенность в своих силах, страх перед сложным препятствием, скованность, пере­возбуждение и т.д.).

Психологическая подготовка туристов-водников заключается в следующем:

- воспитание психологической устойчивости к сложным условиям спортивного похода (низкая температура воды, постоянная сырость, неблагоприятные погодные условия и т.д.);

- преодоление чувства страха перед бурной водой;

- воспитание психологической совместимости туристов-водников в условиях ограниченного коллектива, работающего, достаточно часто, в экстремальных условиях.

В повседневном тренировочном процессе психологическая подготов­ка как бы включена в другие виды подготовки (физическую, техни­ческую, тактическую). Некоторые факторы, влияющие на эффективность психологической подготовки:

- создание в коллективе определенной системы взглядов;

- выполнение упражнений в более трудных и сложных условиях (передвижение по песку, против течения, в гору и т.д.)

- включение в тренировочные занятия упражнений, требующих риска, и создание ситуаций для проявления смелости и мужества (прыжки и другие виды преодоления через твердые препятствия, сплав в условиях высокой воды, бурной воды и т.д.);

- применение метода «до отказа» (для развития силы, выносливости и т.д.);

- проведение тренировочных занятий или контрольно-подготовительных походов моделирующих условия предстоящих соревнований или основного похода;

- проведение тренировочных занятий при любой погоде;

- постепенное повышение сложности спортивных походов, дистанций, преодолеваемых водных препятствий;

- проведение разборов занятий, походов или соревнований.

- получение специальных знаний по психологии, в частности, психологии малых групп.

Интегральная подготовка включает одновременно все компоненты спортивной подготовки – это участие в контрольных походах и соревнованиях, в УТП, УТС, походах более низкой категории сложности. Позволяет определить уровень спортивной подготовленности в «боевых условиях».

2. Состояние здоровья – в поход человек должен выйти абсолютно здоровым. Иначе это может привести к ЧС в походе (привести примеры). Необходимо перед походом пройти медицинское обследование.

3. Личное снаряжение – подготовить к походу общее и специальное личное снаряжение. Специальное снаряжение – каска, спасжилет, гидрокостюм, гермомешок, нож, защита локтевых и коленных суставов (коротко рассказать о снаряжении – требования к снаряжению). Общее снаряжение – рюкзак, спальный мешок, коврик, и т.д.

Организация и подготовка непосредственно похода

1. Цели похода – определяются до похода и в обязательном порядке доводятся до каждого члена группы, чтобы не возникло ситуации – человек собрался рыбу ловить, а все остальные пошли в спортивный поход. Необозначенная до выхода на маршрут цель, может привести к конфликтным ситуациям в группе (пример). Цели могут быть:

- спортивная

- оздоровительная

- отдых

- познавательная и т.д.

Поход может преследовать несколько целей, но при этом они не должны вступать в откровенное противоречие.

Дата добавления: 2014-11-06