Скорости материальных частиц, образующихся при распаде элементов, действительно измеряются величинами этого порядка. Однако техническое использование внутриатомной энергии пока еще не достигнуто. Практически мы располагаем в настоящее время значительно меньшими количествами энергии, освобождающимися при процессах между различными атомами, т. е. при химических реакциях. По и в этой области не всякая высокоэкзотермическая реакция может быть использована, как показывает известный пример ассоциации атомов водорода и в молекулы. Управление ходом этой интересной реакции, дающей 52 500 Кал/кг и соответственно са =21 000 м/сек до сих пор еще не настолько освоено, чтобы было возможным техническое ее применение. Из элементов двух первых рядов периодической системы могут быть составлены комбинации, далеко превосходящие известные нам топлива в отношении используемого содержания энергии Е: водород—гелий—литий—бериллий—бор—углерод—азот—кислород—фтор; неон—натрий—магний—алюминий—кремний—фосфор—сера—хлор. Наиболее эффективными из этих комбинаций оказывается горение легких металлов с кислородом или горение этих металлов или других известных топ л ив со фтором вместо кислорода. В конце таблицы приведены известные виды горючего, как например: алкоголь, углеводороды, черный порох и др. Очень интересно сопоставление применяемых в ракетных двигателях углеводородов (расположенных по величине ch, между углеродом и водородом) с еще неприменяемым бороводородами, которые по величине расположены между водородом и бором. Они значительно превосходят по эффективности чистый водород при сжигании с кислородом и вместе с тем, по прочим свойствам не сильно отличаются от углеводородов. В частности, известны бороводороды жидкие при обычной температуре и давлении, которые могут поэтому сохраняться в баках и перекачиваться насосами. Твердые вещества, как например, легкие металлы, могут также подаваться насосами, если они смешаны в порошкообразном состоянии с жидкими топливами, например, углеводородами Этим одновременно устраняются трудности, связанные с высокими точками кипения большинства продуктов реакции этих специальных веществ. Расширение в сопле газов, состоящих из чистых окислов металлов, может происходить до тех пор, пока они находятся в газообразном или парообразном состоянии. После сжижения, происходящего в интервале от 2000 до 3000ЭК, дальнейшее расширение невозможно. Полезное давление газов исчезает и теплосодержание, соответствующее более низким температурам, не используется. Однако, если расширение происходит совместно с COj и НХ), то сжиженные или даже затвердевшие частички окислов металлов отдают свое тепло молекулам с более низкой температурой кипения и нагревают их. Таким образом более полно используется тепло окислов металлов. Подобные комбинации применяются уже в течение нескольких десятилетий в виде так называемых алюминиевых взрывчатых веществ. Продукты сгорания бороводородов состоят из В2Од и Н20, поэтому возможно использование тепла 0,3 для нагревания соответствующего ему Н20. Точки кипения фторидов лежат значительно ниже, чем у окислов металлов, поэтому применение фторидов казалось бы более выгодным. Однако у окислов металлов располагаемый диапазон температур между горением и кипением столь велики, что к. п. д. сопла получается все же достаточно высоким. Весьма важно также то обстоятельство, что температура диссоциации большинства этих специальных топлив значительно выше, нежели у С03 и Н20. Это также облегчает получение высоких температур в камере. Не следует отказываться от исследования некоторых из упомянутых веществ из соображений высокой цены или дефицитности их. Цена имеет второстепенное значение, так как при большом потреблении она может быть значительно снижена разработкой более экономических способов получения. В результате подобных исследований может быть улучшено положение страны. Исследование различных горючих комбинаций являет я чрезвычайно важной задачей. При теоретических скоростях истечения порядка 7000 м/сек становится реальным достижение скорости полета, приближающегося к циркуляционной скорости. Это исследование ракетных горючих должно быть весьма разносторонним для того, чтобы планомерно охватить все возможности и в процессе работы исключить случайные факторы. Как уже упомянуто, большие перспективы для создания высококачественного ракетного горючего сулят комбинации элементов первых двух рядов периодической системы, состоящих из 15 элементов (если исключить благородные газы гелий и КРОН). Если ограничиться исследованием соединений только по два или по три из этих элементов, то получится около тысячи возможных комбинаций, часть из которых, впрочем, может быть исключена из дальнейшей обработки, как уже известные или явно невыгодные. Оставшиеся комбинации должны быть исследованы в отношении теплотворной способности, температуры сгорания при различных условиях и особенно при высоких давлениях агрегатного состояния исходных веществ и продуктов сгорания, воздействия на элементы конструкции, диссоциации, теплообмена излучением и конвективного, легкости производства и цены сырья, способности к перекачиванию и хранению зажигания и многих других свойств. В действительности не следует ограничиваться двумя первыми рядами периодической системы и тем более комбинациями из трех элементов, как например: углеводородов, бороводородов, высших окислов и т. д. Могут быть особенно выгодными и более сложные соединения или тяжелые элементы. После того, как в результате исследовательской деятельности будут выбраны особенно качественные горючие комбинации, необходимо вести работу по возможно большему приближению действительной скорости истечения к теоретической являющейся физической константой комбинации. Это может быть достигнуто увеличением внутреннего к. п. д. ракеты безопасности ракетного двигателя. Для повышения скорости истечения улучшение к. п. д. является второстепенным мероприятием с ограниченными возможностями по сравнению с подбором высококачественного горючего. Первой задачей для достижения высокого к. п. д. является превращение в процессе горения данной теплотворной способности Е в теплосодержание продуктов сгорания J при возможно большем к. п. д. камеры. Теплосодержание является функцией теплоемкости ср и температуры Т. ср— физическая величина, меняющаяся в широких пределах только в зависимости от состава продуктов сгорания. Так как мы не можем подвести энергию независимо от горючего, необходимо при выборе его исходить, в первую очередь, из теплотворной способности и других уже упомянутых свойств, а не из теплоемкости продуктов сгорания; вследствие этого величина ее оказывается заданной. Последним и весьма эффективным средством для увеличения теплосодержания является повышение температуры. Чтобы дать приближенное представление о порядке значений возможных температур продуктов сгорания даны (по Касту) значения для смеси двух весовых частей с одной Н20. Вычисленные по ним скорости детонации хорошо согласуются с измеренными величинами. За неимением более точных данных эти кривые могут быть применены и для продуктов сгорания наших специальных видов горючего. Интегрирование кривой дает связь между Л и Т; соответственно этому — соотношение между теоретической скоростью истечения и температурой в камере сгорания. Действительно получаемые из горючего значения J0, в соответствии будут ниже, так же как и действительные температуры в камере сгорания. Уточнение этих зависимостей посредством определения всех нужных величин ср — особая задача ракетных исследований. Из вышесказанного следует, что теоретическая скорость истечения в основном является функцией температуры и не зависит от давления в камере сгорания. Однако давление оказывает сильное влияние на действительную скорость истечения вследствие воздействия на внутренний к. п. д. Это влияние давления сильно сказывается на к. п. д. камеры незначительно — к. п. д. сопла). Благоприятное влияние высокого давления на к. п. д. камеры объясняется двумя совершенно различными обстоятельствами, а именно: во-первых, увеличение давления позволяет построить камеры с большим временем пребывания в ней горючего, во-вторых, высокие давления противодействуют диссоциации продуктов сгорания. Оба эти обстоятельства способствуют более совершенному сгоранию, а следовательно, увеличению t. После впрыскивания горючего в камере сгорания происходит смешение и нагревание горючего до температуры воспламенения. Для этого необходимо определенное время. Только после этого начинается энергичная химическая реакция между отдельными компонентами, для протекания которой также требуется некоторое время и полнота которой растет при увеличении этого времени. Из этих отрезков времени и состоит необходимое время пребывания продуктов сгорания в камере. Благоприятное влияние увеличения времени пребывания на полноту сгорания очевидно. Как известно, время пребывания t пропорционально отношению объема камеры V к критическому сечению сопла и для данного двигателя в первом приближении не зависит от давления, при котором работает двигатель, а следовательно, не зависит от развиваемой им тяги. Ракетный двигатель должен охлаждаться горючими компонентами. Тепловое восприятие горючего, в случае применения его в качестве охлаждающего средства, ограничено и составляет несколько процентов от количества тепла, выделяющегося из него же при химической реакции в камере. С другой стороны, тепловой поток от газов к стенке камеры пропорционален поверхности, омываемой газами. Поэтому каждому значению секундного расхода горючего, а следовательно, и тяги соответствует определенный объем камеры и связанная с ним площадь. При этом тепловой поток, проходящий через стенки камеры, равен тепловому восприятию данного количества горючего. Тяга ракетного двигателя пропорциональна произведению величин давления в камере и критического сечения сопла. Тяга, заданная определенным расходом горючего, может быть получена при различных давлениях в камере, причем большим давлениям р, соответствуют меньшие критические сечения. Для повышения к. п. д. камеры двигателя с заданной тягой целесообразно применение возможно малых критических сечений сопла в сочетании с большими давлениями в камере. Отсутствие в камере сгорания инертных газов и высокие давления создают благоприятные условия для возникновения процессов детонационного горения. Оно крайне опасно у двигателей внутреннего сгорания и чрезвычайно благоприятно для непрерывно действующих ракетных двигателей. Детонационные процессы делают возможным полное сгорание в небольшом пространстве камеры и отличаются очень малой диссоциацией продуктов сгорания даже при высоких температурах. Средняя скорость газов в камере сгорания выше скорости распространения горения в горючей смеси. Для того чтобы фронт пламени не был вытеснен из камеры сгорания со скоростью, равной разности этих скоростей, медленное горение при подходе фронта к соплу (т. е. в момент, когда в камере имеется наибольшее количество несгоревшей смеси) должно перейти в быстрое детонационное сгорание. Детонационный фронт с большой скоростью проходит по горючей смеси в направлении форсунок и затухает. Наступает медленное горение, фронт которого снова вытесняется к соплу до тех пор, пока не образуется детонирующая смесь, и процесс начинается вновь. Этот периодический процесс горения является, по-видимому, причиной звука низкого тона, слышного часто при работе расчетного двигателя. Во всяком случае, им объясняется возникновение кратковременных, сильно повышающих давление детонационных процессов у вполне стабильно работающего ракетного двигателя. Кроме того, повышение средней величины давления в камере р0 и само по себе понижает диссоциацию и затягивает диссоциацию продуктов полного детонационного сгорания. Так как диссоциация продуктов сгорания снижает полноту использования теплотворной способности Я, то уменьшение ее при повышенном давлении улучшает к. п. д. камеры сгорания. Вследствие этих двух причин при повышении давления в камере сгорания увеличивается полнота преобразования теплотворной способности Е в теплосодержание, а следовательно, температура газов приближается к предельному значению. Величина определяющая соотношение действительной и теоретической скоростей истечения зависит не только от ц0, но и от к. п. д. сопла d, следовательно, от полноты превращения. Практически оно происходит в сопле, которое работает с к. п. д. всегда меньшим единицы. Действительная эффективная скорость истечения величина, произведение которой с секундным массовым расходом равно абсолютной тяге ракеты Я, т. е. геометрической сумме давлений газов на стенки камеры и сопла. Эта абсолютная тяга, как известно, равна сумме импульса вытекающих из среза сопла со скоростью газов, и произведения давления в срезе сопла на его площадь. Кривая показывает, что с ростом — скорость с увеличивается незначительно и, следовательно, значительный рост давления в камере при данном теплосодержании весьма мало увеличивает скорость истечения. Так, например, повышение давления в камере с 10 до 100 am и с 10 до 100Э am увеличивает скорость истечения стах соответственно на 10 и 16V. То обстоятельство, что J увеличивается с ростом давления в камере, никоим образом не влияет на к. п. д. сопла. Влияние конструкции на полноту преобразования. Зависимость к. п. п. сопла от давления в камере сгорания возможно в весьма узких пределах. Поэтому увеличение скорости истечения с может быть повышением тепло достигнуто, главным образом. Для увеличения ^неограниченное повышение давления в камере менее эффективно, чем уменьшение давления на срезе сопла на больших высотах, так как к. п. д. сопла, зависит не от абсолютного давления в камере, а от отношения давлений в камере и на срезе сопла.