Во второй части повествования о причине пожара на ракете-носителе Сатурн-5 остался не освящённым вопрос:
До какой температуры нагрелся керосин в баке горючего первой ступени?
Зная парциальное давление паров керосина в смеси с гелием, получить ответ на этот вопрос совсем не трудно. Нужно всего лишь воспользоваться графиком зависимости давления насыщенных паров керосина RP-1 от температуры.
Да только где ж его взять?
Поиски в интернете дали такой результат
Не очень удобный график. Линия для RP-1 обрывается на давлении 0,3 атм, а парциальное давление насыщенных паров керосина в баке горючего ракеты-носителя Сатурн-5 в начале фаер-шоу было примерно 0,34 атм.
Унывать не будем. У нас ведь есть уравнение Клаузиуса-Клапейрона.
Согласно этому уравнению, график, построенный по данным для точек лежащих на линии насыщения керосина RP-1 в координатах Ln(p) и 1/T, будет иметь вид прямой линии.
Применив разрозненные данные для давления насыщенного пара керосина RP-1, а также значения критических параметров и точек кипения (они тоже лежат на линии насыщения), с помощью Excel получаем зависимость давления насыщенного пара керосина RP-1 от температуры.
Для определения зависимости давления насыщенного пара керосина RP-1 от температуры были использованы следующие данные:
- Давление насыщенного пара
Таблица из работы Lubrication of an 85-mm Ball Bearing with RP-1
- Данные из справочника по ракетным топливам
- Критические параметры RP-1 (по разным источникам отличаются друг от друга, но ложатся на графике практически в одну линию).
- Температура начала кипения при нормальных условиях, согласно большинству источников, 177°С. Она соответствует давлению насыщенного пара 14,7 psia.
Итак, зависимость давления насыщенного пара RP-1 от температуры
p = exp[12,387 - 4476,8 / T]
здесь температура в градусах Кельвина, а давление в psia.
Кому надо - пользуйтесь.
Обратная зависимость температуры от давления
T = 4476,8 / (12,387 - Ln(p)).
По ней не трудно рассчитать температуру при которой парциальное давление керосина RP-1 достигает 5 psia (из-за этого происходит повышение давления наддува с 25 до 30 psia, и срабатывает дренажный клапан бака горючего).
Эта температура равна 415,4 К или 142,3°С.
Возможен ли нагрев керосина в баке горючего до такой температуры?
В принципе, возможен.
Например, аэродинамический нагрев топлива в баках сверхзвуковых самолётов до 150°С и выше это обычное явление.
Вторым претендентом на роль источника тепла, нагревающего хотя бы только верхние слои керосина до 142°С (этого было бы достаточно для повышения давления в баке горючего), может оказаться сам гелий.
Этот газ поступал в свободный объём (газовую подушку) бака горючего после подогрева в теплообменнике, получая тепло от продуктов сгорания газогенератора, проходящих через тот же теплообменник, после их срабатывания на турбине турбонасосного агрегата.
Только вот, нагрев керосина в баке горючего от гелия возможен в случае непредвиденного перегрева этого газа. Это следует из того, что запас гелия в аккумуляторах сжатого газа и количество подводимого к нему тепла рассчитываются с учётом такой температуры в газовой подушке бака горючего, которая ещё не способна вызвать нежелательные процессы во время полёта ракеты: например, срабатывание дренажного клапана.
Повышение температуры керосина в баке горючего первой ступени ракеты-носителя Сатурн-5 могло произойти по причине аэродинамического нагрева стенок этого бака и/или из-за перегрева гелия в теплообменнике.
P.S. Пока подготавливал статью к публикации, всё таки нашёл график давления насыщенного пара RP-1 от температуры
