Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 31)

здесь W — скорость реакции разложения;

А-—предэкспоненциальный множитель;

т — масса заряда;

Е — энергия активации;

R — газовая постоянная;

Т — температура в зоне реакции.

В процессе длительного хранения любой заряд ТРТ теряет свою химическую стабильность и тем больше, чем дольше он хранился. В результате химического разложения заряда, а иногда и физических процессов (например, испарения нитроглицерина) в баллиститном топливе под оболочкой заряда скапливается небольшое количество ТЛР, заряд становится опасным. При малейшей неосторожности, например, резком толчке, ударе может произойти взрыв заряда. Поэтому очень опасны снаряды, авиабомбы, ракеты и заряды, пролежавшие много лет на скла-дах или в земле.

Технические свойства ТРТ

К группе технических свойств твердого ракетного топлива относятся различные свойства присадок, добавляемых к основному составу топлива, свойства и технология нанесения на заряд бронирующих составов, допуски на размеры и прочностные свойства зарядов [38, 16, 54].

В качестве присадок или добавок обычно используется ряд химически активных элементов, которые вводятся в основной состав топлива при изготовлении заряда [7].

Присадки добавляются в небольшом количестве - обычно от 0,5 до 3-4% веса или объема основной массы топлива.

Основное назначение присадок - улучшить ряд важных свойств топлива, например повысить химическую стойкость, увеличить или уменьшить скорости сгорания, увеличить плотность заряда и т. д.

В зависимости от требований к свойствам на практике виды присадок, их рецептура, количество и комбинации могут меняться в широких пределах.

Ниже приводятся только основные виды присадок, сгруппированных по свойствам, которые они придают основному топливу.

164

Присадки — стабилизаторы химической стойкости

Основное назначение присадок - стабилизаторов химической стойкости - улучшить сохраняемость топлива, удлинить сроки его хранения. Механизм действия присадок - стабилизаторов химической стойкости сводится к поглощению окислов азота, выделяющихся в процессе хранения при медленном химическом или термическом разложении однокомпонентного топлива. Термическое разложение является общим явлением для всех однокомпонентных топлив, оно зависит от температуры заряда и идет тем быстрее, чем выше температура. Процесс тер-мического разложения топлива определяется разложением нитратов целлюлозы и многоатомных спиртов. Химический, гидролитический распад однокомпонентного топлива объясняется течением процессов омыления, расщепления нитратов и их внутримолекулярного окисления. Гидролитические процессы значительно ускоряются в присутствии влаги воздуха, влаги и остатков кислот как технологических продуктов. В отличие от термического разложения при низких температурах при гидролитическом распаде не происходит выделения газообразных продуктов. При хранении, как правило, процессы химического разложения ускоряются за счет автокатализа.

В качестве основной и очень давно известной присадки для улучшения химической стойкости используется дифениламин (С_бН₅)₅NН. Это мелкозернистое вещество белого или темно-желтого цвета с характерным запахом. Дифениламин поглощает окислы азота и пары азотной кислоты, при этом цвет заряда изменяется от темно-коричневого до черного. Добавляется дифениламин к основному топливу в количествах не более двух процентов. Дифениламин имеет температуру плавления 327 К, кипения 575 К и плотность около 1,7 г/см³, плохо растворяется в воде [7].

Широко используются добавки, называющиеся центролитами. Это симметричная алкилированная дифенилмочевина. По химическому воздействию на нитраты целлюлозы и многоатом-ные спирты (ТЛР) центролиты лучше дифениламина, так как не вызывают омыления. Центролиты добавляются в количестве не более 3-4%. В этих пределах они оказывают оптимальное стабилизирующее действие. Центролит представляет собой твердое кристаллическое вещество белого или слегка желтоватого цвета, имеющее плотность  =1,8 г/см³, температуру плавления от 347 до 393 К и температуру кипения около 598 К. Состав центролитов довольно сложен. Они токсичны и могут вызывать сильное поражение кожи. Необходимо пользоваться защитными средствами, такими как поглощающий противогаз, фартук, сапоги и перчатки. Продолжительность хранения однокомпонентных топливных зарядов является очень важным элементом в решении таких задач, как определение необходимых про-

165

изводственных мощностей заводов, складов, системы контроля за состоянием зарядов и т. д. Определение точных, гарантированных сроков безопасного хранения зарядов твердого топлива является очень трудной задачей. Время хранения зависит от состава топлива, технологии его изготовления, условий хранения, т. е. температуры и влажности окружающей среды и пр.

Продолжительность хранения различных твердых топлив, содержащих стабилизаторы, как показывает практика, весьма значительна.

Энергетические присадки

Основное назначение энергетических присадок сводится к увеличению энергетических показателей твердотопливного заряда, т. е. к повышению теплопроизводительности, плотности топлива, температуры сгорания и степени газообразования, газовой постоянной продуктов сгорания или уменьшению их молекулярного веса. Подбор присадок целесообразно вести таким образом, чтобы получить одновременное увеличение нескольких показателей, например температуры сгорания и плотности.

В качестве энергетических присадок наиболее широко ис-пользуются металлы: магний, алюминий, бериллий, бор, литий и др. Иногда добавляются пикраты взрывчатых веществ, например пикрат калия, пикрат аммония и др. Энергетические присадки вводятся в состав основного топлива в процессе изготовления в количестве от 5 до 20%. Оптимум обычно устанавливается экспериментально в каждом отдельном случае.

Остановимся очень кратко на некоторых свойствах энергетических присадок. Магний и алюминий применяются наиболее широко (особенно алюминий) как присадки, способствующие увеличению плотности заряда и обеспечивающие значительное увеличение температуры сгорания. Добавка алюминия до 15% может обеспечить увеличение плотности смесевых топлив более 2,0 г/см³ и температуры сгорания до 3000 К-

Магний и алюминий вводятся в топливо в виде металлического порошка, что способствует их равномерному распределению по заряду. Материалы эти сравнительно дешевы и доступны в производстве. К сожалению, алюминий обладает низким газообразованием (чистый - около 220 л/кг) и дает в продуктах сгорания твердую фазу в виде А1₂О₃, что значительно снижает удельный импульс. Удельный импульс бериллия и лития выше, так как оба обладают хорошим газообразованием, с увеличением процентного содержания этих присадок общее газообразование топлива растет. Они увеличивают температуру сгорания более умеренно, чем алюминий, но они дороги, трудны в эксплуатации из-за токсичности (особенно бериллий), а литий еще и коррозионноактивен. Добавка пикратов дает увеличение температуры и скорости сгорания заряда [7, 40].

166

Присадки — катализаторы — ускорители горения

Иногда по условиям работы двигателя возникает необходимость в увеличении скорости горения заряда в целом или скорости выгорания определенной его части. Тогда в состав топлива вводят присадки - ускорители горения. Это, главным образом, окиси, двуокиси и карбонаты металлов в количестве от 0,5 до 1,5%. К числу таких присадок относятся: окись магния MgO, окись свинца РbО, двуокись железа Fe₂O₂, двуокись свинца РЮ2, карбид свинца или углекислый свинец РbСО₃ и др. Эти присад-ки могут обеспечить увеличение скорости сгорания в 1,5-2,0 раза по сравнению с нормальной, т. е. свойственной данному топливу.

Присадки — стабилизаторы горения

Для устранения возможности возникновения детонационного горения можно применять стабилизаторы скорости сгорания в количестве от 0,5 до 1,0%. Как правило, это вещества с высокими температурами плавления и кипения. Обычно широко используются углекислый кальций СаСО₃ с температурой плавления 2783 К, кипения 3123 К, окись титана TiO₂ с температурой плавления 2073 К, а кипения более 3270 К.

Присадки — замедлители горения

Присадки - замедлители горения часто называют «флегматизаторами». Все они обладают хорошей адгезией и могут использоваться как связующие добавки. Их действие как замедлителей горения довольно эффективно и добавка от 1,0 до 2,0%' обычно снижает скорость сгорания в 1,5-2,0 раза.

В качестве замедлителей - флегматизаторов горения обычно используются органические смолы, битумы, канифоль, шеллак, идитол, бакелит, каучук, эбонит и др.

Технологические присадки

Эти присадки используются в процессе изготовления топливных зарядов ракет, например, для уменьшения трения массы топлива при продавливании через пресс-форму. Технологические присадки или добавки иногда являются пластификаторами в процессе изготовления, они обычно распределяются по поверх-ности заряда и в процессе хранения быстро улетучиваются. На процесс сгорания и тягу двигателя они почти не оказывают влияния, так как вводятся в количестве от 0,5 до 1,0%.

В качестве технологических присадок применяются технический вазелин с температурой кипения 633 К, плотностью 0,67-0,86 г/см³, воск пчелиный с температурой кипения 342 К, плот-

167

ностью 0,68 г/см³ и др. Они широко используются в промышленности, действуют как смачивающие и эмульгирующие вещества, не токсичны.

Параметры ТРТ в процессе горения Скорость горения ТРТ

Скорость горения ТРТ одна из самых важных характеристик топлива, ее зависимость от ряда условий существенно влияет на работу двигателя [2, 39, 25].

Под скоростью горения твердого топлива понимают обычно скорость распространения реакции горения от поверхности в глубь массы заряда. Скорость горения ТРТ можно рассматривать как линейную величину, ее размерность см/с. Однако иногда возникает необходимость установить количество выгорающего в единицу времени вещества, в таком случае скорость горения можно рассматривать как массовую скорость и измеряться она будет объемными или массовыми единицами за секунду, на-пример см³/с или г/с. В практике используется в большей степени линейная скорость горения.

На скорость горения существенное влияние оказывает состав компонентов топлива, например, топливо с нитратом натрия имеет большую скорость горения, чем топливо с нитратом бария. На скорость горения, кроме состава, может влиять химическая активность компонентов, главным образом окислителя. Так топлива с окислителями на перхлорате обычно имеют скорость горения большую, чем топлива с окислителем на основе нитратов.

Увеличение плотности топлива за счет прессования также повышает скорость горения.

На скорость горения влияет влажность заряда, чем она выше, тем ниже скорость горения. Тип и характер оболочки заряда, его бронировка также существенно влияют на скорость горения. Так бронировка может уменьшить скорость горения за счет теплоотвода в слоях адгезированного топлива и увеличить скорость горения за счет теплопроводности в тех случаях, когда такая бронировка не имеет теплоотвода во внешнюю среду.

На скорость горения существенно влияет степень измельчения составляющих веществ и качество перемешивания.

Чем мельче раздроблены частицы составляющих компонентов, тем выше скорость горения. Чем лучше перемешаны компоненты топлива, тем выше скорость горения.

В настоящее время для увеличения скорости горения топливной массы начинают широко внедряться методы, основанные на теплопроводности специальных элементов, устанавливаемых в массе заряда. Это проволочки, ленты из металлической фольги, трубки или стержни из быстрогорящей массы топлива.

168

Из всех перечисленных условий, влияющих на скорость горения, самое большое и важное значение имеют давление и температура среды, в которой протекает процесс горения.

З ависимость скорости горения от давления среды, т. е. давления в камере сгорания, многократно определялась экспериментально и подчиняется простым математическим зависимостям. В общем виде зависимость скорости горения от давления показана на рис. 4.2. График представленной зависимости принято условно делить на три части по пределам давления в камере сгорания.

Первая часть кривой скорости горения относится к давлениям приблизительно от 70 до 100 кгс/см² и в этой части изменение скорости горения подчиняется уравнению

Характеристики

Список файлов книги