Жуков Б.П. - Энергетические конденсированные системы (1044938), страница 37
Текст из файла (страница 37)
В случае высокой зависимости и(То) наблюдается различие максимальных давлений при стрельбе в летнее н зимнее время, а следовательно, и дульных скоростей полета снаряда )гл. Это приводит к неоднсюбразню выстрела и требует значительного увеличения толщины стенок ствола. Зависимость баллистических характеристик артиллерийского выстрела (гл и Р,„) от начальной температуры определяется тем вкладом, который вносит в эти параметры величина скорости горения, зависящая от То.
При увеличении То указанные параметры возрастают, в результате чего увеличиваются максимальное давление в стволе и дулъная скорость снаряда. В большинстве случаев при изменении То от 223 до 323 К максимальное давление изменяется па 20 — 25% в случае использования ПП и на 35 — 40% при использовании БП, а )г -иа 1О и 15%, соответственно. Поэтому для обеспечения единообразия выстрела в летнее и зимнее время необходимо иметь пороха, скорость горения которых не зависела бы от То. Особенно болыпое значение зависимости и(Р, То) имеют при использовании пороха в ракетном двигателе. Двигатель работает устойчиво при некотором равновесном давлении рр.мс.
когда количество образующихся газов (д~ ) равно количеству газов, вытекающих из сопла (д~), т.е. д~ = дз. Количество газов (д~), образующихся в единицу времени, составляет д~ = У„д, где ()„-массовая скорость горения (У„= Улр), 5 — площадь поверхности горения. Линейная скорость горения зависит от давления и То.
го ения закан ~ьв Газорасход (дз) равен: дт = А~ор, где А~ — коэффициент расхода; и- минимальное (критическое) сечение сопла; р — давление в камере. При д~ = дт устанавливается равновесное давление; 1 Г ЬРЯ Н-. ~ '" "~А, (А-Вто)~ Из этой формулы видно, что зависимость равновесного давления от параметров заряжания двигателя н Т„определяется величиной к. Если в а 1, то устойчивое равновесие между газоприходом и газорасходом невозможно. При с < 1 зто равновесие устойчиво, но будет меняться при изменении Тв, повсрхностн горения (например, при случайном ес изменении из-за небольших трещин, пор, отслоения бранировки и т.д.). При этом чем ближсчк единице, тем сильнее изменяется равновесное давление при колебании указанных параметров, что приводит к неоднообразию работы двигателя (изменяется дальность полета, уменьшается точность стрельбы) и к необходимости создания камеры двигателя с большим запасом прочности, т.е.
с большой пассивной массой. Все зто в целом значительно снижает тактико-технические характеристики двигателя. Так, если к=0,8, то значение показателя /~ „=5; прн к=0,5 зто г/ значение равно 2, прн таких значениях указанного показателя изменение скорости горения все~о в 1,3 раза (например, при изменении То на 80...100 К) приводит к изменению равновесного давления в 3,71 и 1,69 раза соответственно. В связи с этим чрезвычайно важно иметь ТРТ, у которых скорость горения не зависит от давления, т.е, ч = 0 в диапазоне давлений работы РДТТ.
В этом случае Рэ, „изменяется при изменении параметров заряжания в первой степени (в указанном выше примере в 1,3 раза). В еще меньшей степени будет колебаться Рр„за, если скорость горения снижается с ростом давления, т.е. ч-отрицательная величина, тогда значение,'1 „- меньше единицы. Совершенно очевидно, что чем меныпс скорость горения будет зависеть от Тэ, тем в меньшей степени будет меняться равновесное давление прн различных значениях к Влияние к на характеристики ракетных систем очень существенно. Так для стратегических ракет, эксплуатируемых в узком диапазоне температур (дТ около ЗОК), уменыпенис и с 0,5 до 0,35 приводит к увеличению дальности полета на 230 км.
!уэ Го нил катализаго ы ° Андресе К.К. Терни гсское рааложеиие и горение взрывчатых вен!оста. — Мл ! !аука, 1966, -346 сл Андреев К.К, БсллееА.Ф. Теории юрывчатых веществ, -- Мл Оборопгиз, 1960. -596 сз Бахлагг Н.Б., Белазе А.Ф. Горение гетерогенных конденсированных систем. — Мл Наука, !967.— 226 сб Манглис Г.Б., Патин Г.И., Рубцов !О.Б., Струнки Б.А. Термическое разложение н горение взрывчатых веществ н поро. хав,— Мл Наука, 1996,— 223 с. А.П.Яенвгвгх, Б.А. Сглррнин ГО9ЭВНИ39 Ката99мэатОР9г| — зто добавки, вводимые в состав ворохов и ТРТ с целью увеличения скорости горения У и регулирования (обычно уменьшения) величин тг = !3 )п и / д 3п р в законе горения ((г = ВР~) и температурного коэффициента 33=!( 3п и /и'То.
КСГ, как правило, ли!пь снижают эпергстнку топлива, н нх действие на величину У связана с увеличением скорости химических реакций в зоне горения. В качестве катализаторов скорости горения (КСГ) чаще вссго нспальзу!от соединения таких металлов как РЬ и Сн для баллистнтпых составов н Ре для смесевых составов на основе ПХА. Реальный каталитический эффект, по-видимому, оказывают окислы названных металлов, введенные в состав или образующиеся в зоне горения в результате разложения исходных КСГ (например, металлооргапических соединений). Закономерности действия КСГ сильно отличаются от таковых для катализаторов, применяемых в химических промьпплснпых технологиях (КХТ). КСГ обычно в!вменяют величину У пе более чем в несколько раэ, а КХТ изменяют скорость химических реакций па многие порядки величин.
Увеличение удельной поверхности Я „ поропгкообраапых КСГ, как правило, ведет к росту У лишь в области малых значений Бу,ь, а при дальнейшем увеличении Бу величина У остается постоянной нли даже снижается. Напротив, эффективность КХТ растет пропорционально росту Яул . Этн н другнс особенности КСГ связаны с тем, что их действие протекает в зоне горения прн высоких темпсратурах и малых временах пребывания в этой зопс (а следовательно, при наличии сильной конкуре!шин со стороны нскаталнтических реакций). В рамках теоретической модели (Н.Н.Вахман и др.), учитывающей указапну!о конкурепци!о, получены выражения для эффективности КСГ Л = Ук ~' Уо, а также величин и и 33 (в частности, 3)к о 3)о, ' Я, где Уэ и 336 относятся к исходному цекатализи- 2 рованному составу, а Ук и 33„— к составу с катализатором).
Данная теоретическая модель и анализ зкспсримснтальных данных показывают, что при прочих равных условиях эффективность КСГ падает по мере увеличения (г'о. При накоплении катализатора в зоне горения его эффективность возрастает. Го ения кжализато ы Влияние катализаторов иа горение баллиститных РТТ Скорость горения баллнстнтных порохов значительно зависит от давления и начальной температуры заряда.
Это делало проблематичным использование их в качестве ракетных твердых топлив. В 40-х годах в СССР К.К.Андреевым, Б.П.Жуковым и др. был найден способ улучшения баллистических характеристик имевшихся тогда среднекалорийных (Яя около 3600 кДж,~кг) порохов, который заключается в добавлении в их состав свинецсодержаших добавок (катализаторов горения). С тех пор в порохах используются различные индивидуальныс и комбинированные катализаторы, в основном, на основе соединений свинца.
По существу в каждый состав РТТ баллиститного типа вводятся катализаторы горения для улучшения их баллистических характеристик. 16 Наиболее эффективным комбинированным ка- 12 талнзатором горения порохов средней и высокой энергетики является свинцово-медный. Влияние катализаторов на горение порохов заключается в следующем; О 4 6 12р МПа — в увеличении скорости горения и снижении зависимости ее от давлении в некотором его интервале.
Последнее происходит потому, что эффективность действия (2) катализаторов сильно уменьшается с ростом давления; — в снижении температурной зависимости скорости горения в некотором интервале давления: — в снижении минимального давления, при котором полностью выделяется энергия пороха. Влияние катализаторов значительно зависит от состава пороха и давления, при котором происходит горение. Катализ происходит только в определенных условиях — когда на поверхности горения образуется сажистый каркас. На этом каркасе накапливаются частицы катализатора без их агломерации, в результате увеличивается эффективная площадь поверхности частиц катализатора, на которых происходит интенсивное тспловыделенпе, приводящее к росту скорости 172 Го нна иаталиэато ы горения. Например, з случае, когда эффективность действия катализатора высока (значение Я превышает 2), содержание катализатора па поверхности горения увеличивается в десятки раз н достигает 60 — 70;а.
Этот каркас формируется нз НП особешю интенсивна>, сслн в составе пороха содержится достаточно большое количество дополнительных пластификаторов-ДНТ, ДБФ, ТАЦ н др. Поэтому катализаторы эффектявно влияют на скорость горения порохов, нме>ощих среди>ою теплоту горения, и практически пс действуют па горение высокоэнергетических составов, в которых содержание дополнительных пластификаторов незначительно нли онн отсутствуют. Для катализа горелка таких порохов предложено использовать катализаторы в сочетании с сажей, которая совместно с продуктами пнролнза НЦ на поверхности горения образует каркас.
Особое значение для катализа в этом случае имеет соотишпепне количества катализатора и санси. Образование каркаса, его структура, а следовательно, и его способность удерживать частицы катализатора зависят от состава нороха и от давления, при котором происходит горение. Поэтому эффективность действия (2) катализатора также зависит от давления: с сто ростом возможность формирования н существования каркаса, как правило, уменьшается за счет интенсификации его сгорания н уноса газовым потоком.
Поэтому катализ ослабляется — Я падает, что приводит к уменьшению зависимости п(р), прн этом значение т может быть равным нулто и даже иметь отрицательное значение (рис.1). С увеличением количества сажи область давления, в которой эффективно действует катализатор, расширяется в сторону болыпсго ес значения, н «площадка> (плато) па кривой и(р) передвигается в диапазон повышенного давления (рис.2). Катализ горения СТТ иа основе ПХА Увеличение скорости горения СТТ при введении катализаторов происходит в результате изменения кинетики разло>кения окислителя и связующего, а также ускорения взаимодействия продуктов нх разложения в к-фазе и в газовой зоне, примыка>онтей к поверхности горения. Существуют различные способы введения КСГ в состав СТТ: — в связующее топливной массы; — непосредственно в грапулу окислителя путем их сокрнсталлизации: — нанесение пленки катализатора па гранулы окислителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
