Жуков Б.П. - Энергетические конденсированные системы (1044938), страница 33
Текст из файла (страница 33)
зависит от исходных компонентов образца, а также от наличия специально вводимых добавок (алюминнйе дает яркое светящееся П,, ионьг натрия окрапгнвают П. в желтый цвет и т.д.). Основной вклад в свечение П, вносит зона с наибольшей температурой. Теоретическим ограничением верхнего предела температуры П. для светящихся пламсп является температура кипения излучателя, выше которой последний преврац1астся в газ. Однако для реальнъгх пламсн верхним прсдслом является температура плавления излучателя, Расплавленные частицы излучателя легко образугот крупные конгломераты, что приводит к шлаковому нскрснию, н результате которого снижается удельная поверхность излучателя, сила света уменьшается. Го нне но охов 149 Такое явление наблюдается при горении пиротехнических составов на основе нитратов металлов с порошкам алюминия (температура плавления А!7О3 равна 2323 К).
При горении пиротехнических составов на основе порошков маптия шлаковое искрение ие происходит, так как температура плавления оксида магния выше (3082 К). Температура П. цветных огней иа основе лтолекулярттьтх излучателей находится в пределах температуры начала и конца диссоциации хлорндов бария и стронция.
° Шадловскня А.А. Основы ннротехннкв. -Мл Машнностроенне, т973; Гуторов ММ. Основы светотехннкн н источники света. — М. Энертоатонналат,!983. Л.Х. Ввлввв, Ю.В. Фролов ГОРВННВ НОРОВОВ. Механизм ГП и закон скораспт их горения находятся в прямой зависимости от химического состава пороха, соотношения его компонентов, физической структуры, геометрической формы, давления в двигателе, исходной температуры заряда, его напряженно-деформированного состояния, скорости потока продуктов сгорания, их ламииарного или турбулентного движения по фронту горения, резонансных явлений и друтих факторов.
Строгой математической модели горения, удобной для создания новых порохов, проектирования и отработки РД, т'тГДГ, ПГГ, артиллерийских и др. многочисленных систем огнестрельного оружия, пока ие создано. Опытные и полузмпирические зависимости для расчета скорости горения гюрахавых зарядов приведены в табл.1 и 2. На практике относительно широкое распространение получила формула Вьеля. ГП представляет собой сложную форму мпогостадийиой самораепрострапяющейся необратимой реакции химического превращения, последоватслыю протекаютцега через ряд промежуточных стадий — от исходных компонентов до конечных продуктов, отвечающих термодииамическому равновесию.
Собственно горению, т.е. акислительна-восстановительным реакциям, возитткатощим пад влиянием теплового или иного импульса, предшествует прогрев пороха, децалимеризация полимерных систем и разрушение молекул нитратов целлюлозы, нитроглицерина, динитродизтилеигликоля, дииитро- и тринитротолуола и других компонентов. Эти процессы протекают с поглощением подведенного тепла. Образутогциеся в процессе разрыва молекулярных связей соединения и радикалы вступают во взаимодействие и образуют жидковязкий реакционный слой, имеющий температуру 200 — 250 С (для пироксилипоных и баллиститных порохов).
Появившаяся на поверхности пороха переходная жидковязкая область вклточает в себя жидкие, твердые, пара- н газообразные продукты, «питающие» пародыьюгазовута 350 Гь ение ко схо» область, составляющую следующую зону горения. Радикалы, атомные группировки, пары, газы, мелкодисперсные твердотельные компоненты (технологические, стабилизирующие, катализирующие илн ингибнрующис присадхи), содержащиеся в жидковязком слое, вступают в окислитсльно-восстановнтельные реакции, суммарный зкзотсрмичсскнй эффект которых превышает количество тепла, затраченного на образование жидковязкой зоны н пародымогазовой области, откуда продукты горения поступают в зону образования конечных продуктов, отвечающих условиям термодннамического равновесия.
Схема горения типового нитроглицеринового пороха представлена на рис.1 в трех вариантах: в условиях вакуума пороха без катализатора, в условиях вакуума при наличии в составе пороха катализатора горения н при повышенном отнес ителыю атмосферного давлении. ГП в глубоком вакууме устойчиво при условии предварителыюго прогрева порохового элемента до определенной, «критической» температуры. Критическая температура для баллнститного пороха составляет- 1Ж'С, для прессованных нитратов целлюлозы-65 — 85'С, Тепловой эффект газификации для нитроглицериновых и динитродизтилеигликолевых порохов находится в пределах 40 — 85 икал/кг, для коллоксилина и пироксилина — 81 — 94 ккал/кг.
При уменыпении вакуума беспламенное горение последовательно переходит от холоднопламенного (голубовато-зелсного цвета) к желтопламенному. Одновременно снижается количество дыма. При горении нет четкого раздела фаз. Поэтому границы фаз на схеме горения обозначены пунктирными линиями. Средняя температура представлена сложной кривой линией; многократно пересекающая се пунктирная, зигзагообразная линия отражает ярко выраженные микро- и макрогетерогенные зкзотермичсские и зпдотермичсские процессы во всех зонах горения. При изменении давления границы зон смещаются. Чем выше давление, тем уже зоны и круче температурная линия.
Тепловой приток из пародымогазовой области интенсифицирует эффект газификации и скорость горения, так как меняется количество и глубина реакций на ранней стадии развития. Аналогичное влияние оказывают катализаторы горения, ускоряя реакции на ранней стадии их развития и снижая их зависимость от давления в двигателе.
В 40-е годы бгял фундаментально исследован процесс и механизм действия катализаторов и ингибиторов, что запатентовано »Научным открытием». С приоритетом 1949 г., в частности, установлено их радикальное воздействие на конденсированнукг и пародымогазовую зоны. Го нис по ох в 15! ~Р Ю Ф К Ф Д х 4Р Н 43 Ф О й. 1-' а Е Ф Х й а. Й Э Я о~ Ь «2 Л ~ Е Г4 д о о Р О Ф Д~ Д ~' ~ Х 1 сй ~ Ф И 63 (д Ф 152 Го ение по охов Усилить действие катализаторов могут сажа и нскоторыс другис вещества. Ингибиторы тормозят развитие реакций на ранней стадии и замедляют скорость горения Инертные соединения с высокой температурой разложения не ускоряют и не тормозят горение, но могут стабилизировать горение, устраняя епрогары» иа пороховых элементах.
Металлическое горючее (алюминий и др.) н кристаллические окислители резко увеличивают гетерогенность реакций ранней стадии развития, но нс искл1очают образование жндковязкой реакционной зоны. Углеродный каркас, образующийся на поверхности горения, препятствует агломерации и усиливает действие катализаторов, удерживая их в жидковлзком реакционном слое. Ингибиторы горения могут не талька тормозить горские, на и вызывать пульсирующее горение в двигателе. Для стабильного горения медленногорящнх порохов оптимальны соединения двойного действия, т.е. вьлступающис в жидковязком спас как ингибиторы, а в пародымогазовай области — как катализаторы горения.
Закон горения порохов оказывает радпкалыюе влияние па баллистическую эффективность вь1стрела. Так для трехступенчатой баллистической ракеты с суммарной массой заряда = 40 т. увеличение показателя чв уравнении горения и1 Р" па+0,1 приведет к уменьшению дальности полета на = 225 км, при снижении ч на -0,1 дальность полета возрастет на ~ 300 км. Закономерность взаимосвязи показателя ч в уравнении скорости горения с эффективностью выстрела проявляется для ракет различных классов, артиллерийских систем и других видов огнестрельного оружия.
На баллистическую эффективность влияют также другие характеристики порохов, например удельный импульс, плотность и др. (См. Термодииачическое проектирование ТРТ). Познание основ механизма горения позволило создать ряд ракетных порохов с показатслем ч в законе горения в пределах 0,1 — 0,9. На рис. 2 показаны графики изменения скорости горения в функции давления для группы порохов с большой и малой зависимостью скорости ГП от давления в РД.
В интервале давлений от 4 до 11 МПа скорость горения баллнститного пороха с салицилатами свинца и меди практически пс зависит ат давления в РД. Свойство пороха обладать весьма малой зависимостью скорости горения от давления, а в пределе — независимостью скорости горения ат давления особенно ценна для леарщевых ДУ ракетных систем и ствалыюй артиллерии. Если бы был создан катализатор горения, обсспечивакицнй завершение окислитель- но-восстановительных реакций в жидковязком реакционном слое, то Го еиис ио охов и, ым/с 16 12 10 6 4 6 8 10 12 р, МПа Риск с.
Влияние катализаторов иа зависимость и(р) баллистиого пороха. удалось бы разработать порох со скоростьв горения, не зависяшей от давления в РД и артиллерииских системах. Количественное влияние закона скорости горения на повышение или снижение давления в РД видно из рис.3. При о = 0 3н изменении и нае 0 1 отклонение давления в РД лежит в пределах 1 1%. При и =0,7 и аналогичном изменении т отклонение лавлспня увеличивается до +14 — -8%. Это имеет приппипиальпое зпачепяс для работы РД и его конструктивного совершенства.
Рнс.4 показывает влияние закона ГП па устойчивость и безопасность работы РД. Так, если плоп1ааь критического сечения сопла 5 изменится с 80 по 40 см, то прн в =О,! давлеиис в РД изменится нс более чем в 1,3 2 раза. Прии=0,9иизмснснииУв1,3разадавлсниевРДвозрастств20 и более раз. Отмеченная закономерность подлежит неукоснительному учету при просктировании и создании РД и РС. Ко всем элементам РДТТ и условиям его работы должны предъявляться жесткие, повышенные требования. 154 Го ение по охов зо гз 15 О О,1 0,2 О,З 0,4 0,5 0,6 0,7 Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
