Сарнер С. - Химия ракетных топлив (1049261), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Андерсон и Фримен [3] показали, что этот метод дает воспроизводимые результаты, и приводят данные для эпоксидной смолы (ЕК1. 2795) и 32 ненасыщенных сополимерных систем эфир — стирол. Они ю. ВнутРенняя БАллистикА дВиГАтелеи тВердОГО тОплиВА 399 также опубликовали данные по кинетике сополимера эфир— стирол [5], для полистирола и полиэтилена [76]. Мэрфи и др. [60] привели данные для каучука «Ъ'!ЬГ!и» 135, а Шульц и Деккер [77] — для полнметилметакрилата.
Андерсон [2] исследовал тефлон в диапазоне температур 450 — 550'С и определил энергию активации 75 ккал(моль. Таблица 70.2 Влияние горючего-связующего на скорость горения Скорость горення таплкв ма основе НН,СЮ, прн лавлейня 70 ага, мм7сск Температура разложенн», 'С Горючее-связующее 5,6 7,6 Полиуретан Сополнмер бутаднена н акрнловой кислоты Полнсульфнд Ннтронеллюлоза Силикон ЬР— Н-Горючее-связую- щее 12,7 16,5 18,3 )25 150 90 75') 100 — 200 77 П Р!спаренна.
П Экзотермнческая реакция с очень большим вмяеленкем тепла. 10.11. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА НА СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ (10.45) Показано, что добавка металлических порошков или содержащих металл соединений не оказывает существенного влияния ни на механизм горения, определяющий скорость горения, ни на скорость горения [61]. Размеры частиц металлических порошков также оказывают слабое влияние, так как, за исключением сверх- тонких порошков, воспламенение и горение металлов происходит в потоке газа [91]. Однако количество и размеры частиц металла оказывают влияние на эффективность горения. Поскольку частица металла горит в твердом или жидком состоянии [23, 30, 32, 87, 91], размер частицы должен оказывать существенное влияние на эффективность, но не на скорость горения.
Ито [43, 44] получил уравнения, характеризующие влияние количества и размера частиц окислителя в смесях асфальта с перхлоратом аммония на скорость горения. С учетом влияния размера частиц окислителя он получил уравнение г = 0,0059 Л4 + 0,50 мм/сеь, 400 Ю ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА ДВИГАТЕЛЕП ТВЕРДОГО ТОПЛИВА где М вЂ” номер размера ячейки сита, через которое просеивались частицы окислителя (по классификации Тайлера). С учетом ве- сового содержания окислителя уравнение скорости горения имеет вид г= 0,11%' — 7,16 кя|сек, (10.46) 10.12.
МЕХАНИЗМ ГОРЕНИЯ СМЕСЕВЪ|Х ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ Основное предположение, примененное к смесевым твердым топливам, состоит в том, что скорости разложения горючего-связующего и окислителя определяются уравнениями г = — Ае г / ео|лг~о о (10.4?) (10.48) и что эти скорости приблизительно равны. Поскольку энергии активации и предэкспоненциальные коэффициенты в выражениях скоростей разложения горючего и окислителя не равны между собой, то температуры поверхностей также не должны быть равны. На этом утверждении основан «двухтемпературный постулат» теории горения смессвых топлив.
где )Р— весовое содержание перхлората аммония в смеси в процентах. По-видимому, тангенс угла наклона линии, характеризующей изменения состава, очень велик, но соотношение между скоростью горения и размерами частиц окислителя приблизительно правильно. Согласно обеим зависимостям, изменение скорости горения в пределах практических изменений состава и размера частиц мало. Подобные результаты были получены Смитом [82], а для смесей перхлората калия с асфальтом — Хаггетом [42]. Саммерфилд и др. [86] также обнаружили изменения скорости горения в зависимости от состава и размеров частиц окислителя.
В их работе приводятся значения констант уравнения (10.6) для топлив на основе перхлората аммония с различными горючими-связующими, Они установили, что скорость горения увеличивается с уменьшением размера частиц и с увеличением температуры газов в камере сгорания. Применение катализаторов термического разложения окислителей вызывает изменение скорости горения такого же порядка, как и изменение состава топлива или размеров частиц.
Саммерфилд и др. [86] и фридман и др. [25] приводят данные для нескольких катализаторов. Рл ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА ДВИГАТЕЛЕЙ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 4О1 Простейший метод исследования, основанный на этой точке зрения, состоит в предположении, что механизм горения определяется термическим разложением горючего-связующего и окислителя. Таким способом был выполнен полуколичественный эмпирический анализ, приведенный в разд. 10.9 и 10.10. Возможен более строгий аналитический способ исследования, который дал удовлетворительные результаты для топлив на основе нитрата аммония и до некоторой степени для топлив на основе перхлората аммония [Зб]. Предполагается, что разложение горючего и окислителя полностью определяется теплообменом между поверхностями этих двух компонентов и продуктами разложения окислителя. Если эти поверхности находятся в одной плоскости, то температуры равны и окислитель разлагается быстрее.
Следовательно, горючее будет выступать в зону более высоких температур и скорость его разложения увеличится; при этом наблюдается стремление к совмещению поверхностей горения горючего и окислителя в одной плоскости. В результате этого скорость разложения горючего равна скорости разложения окислителя. Температура разложения нитрата аммония равна 1250'К, а перхлората аммония — 1430'К. Таким образом, перхлорат аммония обеспечивает ббльшие скорости горения.
Если в качестве окислителя использован нитрат аммония, то при скорости горения 2,5 мм/оек температура поверхности окислителя будет равна 9!О' К, а температура поверхности горючего — 580' К. Поэтому средняя температура горящей поверхности значительно превышает ожидаемую для двухосновных твердых ракетных топлив. Для описания горения смесевых топлив Саммерфилд и др. [86] предложили модель «гранулярно-диффузионного пламени». В основе этой одномерной модели лежит предположение о непосредственном пиролизе горючего и окислителя и о протекании всех реакций в тонкой зоне диффузионного пламени в газовой фазе.
Постулируется, что пары горючего и окислителя образуются в виде отдельных объемов, которые сгорают в среде, образованной противоположным реагентом. Масса каждого такого объема намного меньше, чем масса кристалла окислителя, но она определяется размерами кристалла и не зависит от давления. Эти объемы расходуются со скоростью, определяемой диффузионным смешением и химической реакцией при прохождении объемов через зону пламени, причем теплота реакции выделяется с соответствующей скоростью.
Горение происходит вследствие передачи энергии в основном путем теплопроводности из зоны пламени к поверхности топлива. С помогцью этой теории на ее настоящем уровне нельзя заранее определить абсолютные значения скоростей горения, но можно вывести уравнения (10.5) 26 з*В. ~ .'А Вм 402 !с. ВнутРенняя БАллистикА дВиГАтелей тВердОГО тОплиВА и (10.6), связывающие скорость горения с давлением. Эту модель можно применить к топливам на основе перхлората аммония; для топлив на основе перхлората калия она может служить лишь допустимым приближением. ЛИТЕРАТУРА 1. А б а т в О К., В а тч п С.
Е. Н., Тгапд Рагайау 5ос., 45, 494 (1949) . 2. А п д е г в о п Н. С., Май»ото!. Сйегп., 51, 233 (1962) . 3. А и д е г в о и О. А, Г г с е гп а п Е. 5., Апай Сйет., 31, !697 (1959). 4. Апбегвоп О. А., Ггеетап Е. 5, У. Ро!утес 5сг., 54, 253 (1961). 5. А п б е г в о п О. А., Г г е е т а п Е. 5., У. А рр1. Рогутег 5сг., 1, 192 (1959) . 6. Апйегвоп Р. А., Ггеетап Е. 5., Ли!иге, 195, !297 (!962). 7. А п и н н А., Т о д е с О., Х а р н т о н Ю, ЖФХ, 8, вып. 6, 866 (!936). 8. А в а Ь а Т., Н ! 1« 1 1 а Т., Коууо Кауайи ЛамИ, 63, 1890 (!960). 9. В(г с и т в Ь а тч Ь.
Ь., Н е тч т а п В. Н» Ргос. йоу. 5ос. (Ьоиг(оп), А227, !15, 228 (!954). ! О. В ! г с и т в Ь а тч 1.. Ь, Р Ь!! 11 р в Т. К., У. Сйет. 5ос,, 703 ( ! 953) . 11. В(г сп гав Ь а чг 1.. 1., Р И!1!! р в Т. К., У. Сйет. 5ос., 4741 (1957). 12. В о Ь о п Н. 1, Ала1. Сйет., 33, 1451 (1961) . 13.
В ге 1чег 5. О,, Не п 1«1п Н., ОП!се о( 5с!епри!с Кевеагсй апб Рече1ортеп1 Керог( 1414 (1943). ! 4. С а Ь а п е У., В е п а г д У., Сот р!. Кепс(., 250, 331 (1960) . 15. Ч ей к е н Р. Ф., Анд е рс ен В. Х., сб. «Исследование ракетных двигателей на твердом топливе», под ред. Саммерфнлда, ИЛ, М., !963, стр. 158. 16. С о ой М. А., Зс!енсе о1 Н!ЯЬ Ехр1ожчев, Нети Уогй, Ке!ВЬо16 РпЫМЫпй Согр., 1958. !7.
С о ой М. А., А Ь е я К М. Т., Улж Епу. СИет., 48, 1090 (1956). 18. С о ! ! о п Р. У., А и »1! п Т. Р., Нас»гера Керог1, 8573, 1964. !9. С о ! 1 г в !1 Т. 1., О г а Ь а т Т. Е., К е1 6 Т. У., Тгапа. Рагаг(ау 5ос., 47, 585 (!950). 20. Сгавг!огсз В. 1, Уг., Нпйне11 С., Рап!е!в Г., %11(опй К. Е., Апа1. Сйегп., 19, 630 (1947). 21. Р а п1е1в Г., ОП!се о1 5с)еп1ИМ КевеагсЬ апб Рече!ортеп1 Керог1 6559 (1949). 22. Р о д е М., Ви!!. 5ос. С)нт. Ргапсе, 5, 170 (!938).
23. ФейселВ.М, Папи К.А,ХильденбрандУЬЛ.,Сернка Р П., сб. «Исследование ракетных двигателей на твердом топливе», под ред. Саммерфнлда, ИЛ, М., 1963, стр. 175. 24. Гг!ебгпап Ь, В!Ее!е!веп У, У. Сает. РИув., 18, 1325 (1950). 25. Гг)ебтап К., Ннкеп! К. О., йптЬе( К.
Е., Зспг!осй А. С. Рарег № 79 !п 51х(Ь Зугпровшт оп СотЬп»1гоп, Не»ч 'г'огй, Ке!ВЬо16 РпЫВЫпк Согр., 1957. 26. О а !иге у А. К., У а с о Ь в Р. Угт. М., У. СИ«т. 5ос, 168, 837 (1959). 27. О е с й)е г й. Р., Зе!ес1еб СотЬиыгоп РгоЫетв — АОАКР, )4егч Уог~, РегЯатоп Ргем, 1пс., 1954, 28. О!а в пег А, 5 (т с Ь е п А. Е., Ви)!. 5ос. Сйгт. Ргапсе, 233 (1951). 29. О ! а в п е г А., УУ е ! д е п 1 е ! б 1., У. Ат. Сает.
5ос., 74, 2467 (1952) . 30. Г л а с м е н И., сб. «Исследование ракетных двигателей на твердом топливе», под ред. Саммерфнлда, ИЛ, М., 1963, стр. 171. 31. Ооббагб Р. К., Нпяьев Е. Р,!Вйо!б С. К, У. Сйет. 5ог, 2559 (1950) 10. ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА ДВИГАТЕЛЕЙ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 403 32. Гордон Д. А., сб. «Исследование ракетных двигателей на твердом топливе», под ред. Саммерфилда, ИЛ, М., 1963, стр, 181. ЗЗ.
О о г д о и 5., С а т р Ь е | ! С., Апа1. Сйепг., 27, 1 |02 (1955) . 34. О о г д о и сч'. Е., 5 р | п 1с з Л %. Т., Сап. У. Кгя., |В В, 358 (1940) . 35. О геен 1., Уе! Ргори!я!оп, 24 (|954). Зб. О г е е п (., Реп п е г 5. 5., 5 сЬ и |1г й., СотЬозНоп апб Ргорн!з!огт, Згд Сойойшцги АОАКО, Ьопбоп, Регеагпоп Ргезз, !пс., 1958. 37.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
