Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 83
Текст из файла (страница 83)
В нев размещается весь запас топлива, плотность которого оказывает существенное влияние на показатели двигателя и ракеты в целом При постоянной массе топлива повышение его плотности приводит" к уменьшению объема камеры сгорания и ее массы. Плотность освоенных ТРТ составляет 1,4 — 1,9 г/смв. Стремление к повышению удельного импульса определяет основные направления разработок новых твердых топлив. При этом важным ограничивающим условием является необходимость одновременного получения достаточно высоких механических и баллистических свойств ТРТ. 22. 1. Е ЕИУТРИВАЛЛИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Важнейшей характеристикой ТРТ, определяющей характер внутри- камерных процессов, является скорость горения.
При номинальном давлении она должна быть достаточной для достижения необходимых характеристик двигательной установки. Е!апример, в некоторых случаях от РДТТ может требоваться большая тяга в течение короткого времени при очень высоких перегрузках. Последнее обстоятельство не позволяет по соображениям прочности применить многошашечный заряд с развитой поверхностью горения. Приемлемым решением является применение скрепленного с корпусом заряда, но в этом случае повышенная скорость горения должна обеспечивать необходимое газообразование при ограниченной поверхности горения.
Иногда необходима возмо1кио более низкая скорость горения для достижения длительного времени работы. Для выполнения сложной программы полета в одном двигателе приходится размещать заряды ТРТ с разной скоростью горения. На ,рантике такие зарядь1 применяются в двигателях со ступенчатым изменением тяги. Топливо должно обеспечивать устойчивое и закономерное горение в условиях требуемых давлений в камере сгорания, в том числе н сравнительно невысоких. Это делает возможным оптимальный выбор рабочего давления в РДТТ с одним или двумя- тремя режимами тяги. Для повышения устойчивости рабочих процессов в двигателе необходима минимальная зависимость скорости горения от давления н начальной температуры заряда при всех' эксплуатационных колебаниях указанных параметров.
Изменение скорости горении означает соответствующее изменение газообразования и давления в камере сгорания, определяющих как устойчивость работы самого двигателя, так и точность получения ожидаемой тяги двигателя по времени. Весьма важной характеристикой является величина разброса скорости горения для одного состава или одной партии топлива, т, е.
хорошая воспроизводимость характеристик топлива. 30. ь з Физико-меххиические сВОистВА Физико-механические свойства топлива должны обеспечивать возможность создания заряда необходимой конфигурации и сохранение зарядом заданной формы и. оплошности в процессе хранения, воспламенения и горения. Топлива, используемые для зарядов, скрепленных с корпусом двигателя, должны быть достаточно эластичными, чтобы не происходило разрушение заряда под действием термических напряжений или при деформации под действием давления и полетных перегрузок.
Значение коэффициента теплопроводности ТР Г составляет примерно 0,2 — 0,3 Вт/(м. К), т. е. примерно в 100 раз меньше, чем у стали. Вследствие этого ТРТ могут хорошо предохранять стенки камсры сгорания от воздействия высокотемпературных продуктов сгорания. Но это же обстоите.чьство приводит к тому, что при изменении температуры окружающей среды в зарядах ТРТ возникают термические напряжения, которые могут вызвать их растрескиванне. Для зарядов, скрепленных со стенками камеры сгорания, к термическим напряжениям добавляются и механические, вызванные давлением, ~разностью козффициентов линейного расширения ТРТ и пор~уса. Опасные термические и механические напряжения в зарядах ТРТ возникают в результате теплового удара при воспламенении, особенно если начальные температуры низки.
К~роме того, в заряде возникают напряжения от воздействия перегрузок. Особенно высокие требования предъявляются к механическим свойствам ТРТ для последних ступеней многоступенчатых ракет, заряды которых подвергаются интенсивным вибрациям более длительное время .и испытывают большие ускорения, чем заряды первых ступеней. Необходимые физико-механические свойства ТРТ должны обеспечивать работоспособность двигательной установки в течение всего срока эксплуатации в заданном температурном диапазоне.
30. С* ДРУГИЕ ТРЕБОВАНИЯ Важное значение имеют экономические характеристики: компоненты топлива должны быть недефицитными и недорогими, доступными для применения в необходимых масштабах. Технология изготовления должна быть несложной и недорогостоящей, допускающей при необходимости серийное производство зарядов.
Важно обеспечить стабильность физико-механических, баллистических и энергетических характеристик ТРТ в условиях хранения и эксплуатации. Основное влияние на изменение паспортных характеристик ТРТ оказывает температура окружающей среды. По времени длительность хранения ТРТ можно подразделить на период химически безопасного хранения и период хранения с точки зрения стабильности физико-механических и энергетических характеристик, допускающих применение РДТТ по назначению. Для некоторых топлив период химнчсскн бсзопасного хранения при заданной температуре определяется как время, в течение которого израсходуется половина начального содержания специальных стабилизирующих присадок. По зарубежным данным, заряды остаются пригодными к употреблению в течение 15 — 20 лет.
В зависимости от физико-механических свойств, требуемых внутрибаллистнческих характеристик и размеров заряда для всех ТРТ устанавливают допустимые пределы изменения температуры при хранении и применении снаряженных двигателей. В некоторых случаях эти пределы могут быть настолько узкими, что ракеты можно применять только в специальных условиях, принимая необходимые меры предосторожности при транспортировке зарядов.
Так„ например, ракеты «Поларис» перевозят только в контейнерах, в которых постоянная температура поддерживается с помощью кондиционеров, имеются специальные устройства и для предохранения ракет от ударов и вибраций. К числу других требований следует отнести.исключение опасности детонации и взрыва, иногда — требование бездымного выхлопа и малой токсичности продуктов сгорания. 30.2. ДВУХОСНОВНЫЕ ТОПЛИВА Двухосновные топлива представляют собой твердые растворы органических веществ, молекулы которых содержат горючие и окислнтельные элементы.
Иногда этн топлива называют также коллоидными или гомогеннымн. Одной из основ этих топлив является ннтроцеллюлоза с различным содержанием азота. Общая формула нитроцеллюлозы (СБНГОЕ(ОН)з „(ОБЛОУ)„1, где х=1, 2, 3 — число групп ОНОВ получаемое в различных условиях нитрации целлюлозы. В предельном случае нитрации получается тринитрат т гл 5 Ж И Ур И 55улгьр Рис. ао.
Заннсвгажть удельного нмнульса деудоююоиого трт от содержаниа нитроглицерина и в степени внтрацва натроцеллюлоею 397 [С,НтОг(О(т(Ог)г), который содержит 14 — 15% азота. Степень иитрации определяет соотношение горючих и окислительных элементов в нитроцеллюлозе. От степени нитрации зависит коэффициент избытка окислителя (кислорода) нитроцеллюлозы. На практике применяют нитроцеллюлозу с содержанием азота не менее 11Ъ, так как при меньшем его содержании энергетические характеристики ТРТ оказываются неудовлетворительными. Вторая основа гомогенных топлив — вещества типа нитроглицерина СгНг(ОгтОг) г, диэтиленгликольдинитрата СсНзО(ОгтОг) э и др., называемые растворителями. Они образуют с нитроцеллюлозой коллоидиые системы.
Носителем избыточного кислорода (относительно стехиометрии)' является нитроглицерин. Избыток кислорода,в нитроглицерине обеспечивает более полное протекание реакций при горении. Энергетические характеристики ТРТ улучшаются с увеличением содержания в них нитроглицерина. На рис. 30.1 показана зависимость удельного импульса двухосновного ТРТ от содержания в нем нитроглицерина днг для двух значений степени нитрации нитроцеллюлозы.
Однако предельное содержание нитроглицерина, которое может быть введено в топливо, не превышает 45огг, так как при ббльшем содержании нитроглицерина резко снижаются физико- химические свойства двойных систем: они становятся студнеподобными, текучими. Кроме того, производство таких топлив становится весьма взрывоопасным. Для получения необходимых физико-химических и механических свойств в топливо вводят различные добавки. При хранении ТРТ происходит медленное самопроизвольное разложение нитроцеллюлозы. Выделяющиеся окислы азота ускоряют химический процесс разложения, в результате чего увеличивается взрывоопасность С целью повышения химической стойкости в период хранения в топливо вводят стабилизаторы.
Соединяясь с выделяющимися окислами азота, они превращают их в химически нейтральные вещества. В качестве стабилизаторов в современных двухосновных ТРУ применяют этилцентралит СгтНгоО(ь(г и дифениламин С1гН11Н. Срок хранения' зарядов ТРТ, в состав которых входят стабилизаторы, достигает 15 — 20 лет. Для повышения термоплас- г„д, лг~с тичности нитропеллюлозы в процессе прессования в состав 5555 топлива вводят специальные гцтч'а добавки — пластификаторы: воск, вазелин, минеральные сора е1е ц ( масла и другие вещества. Пла- тт стификаторы увеличивают эластичность зарядов и уменьшают чувствительность их к детонации. Важную роль в современ- ных двухосновных ТРТ выпол- Таблица 80.1 Характеристики некоторых двухосиовиых ТРТ ом в 3.
ив 3„ ба Экснлуатани- оннма интервал и к о и к и о м7» го, к В ма т7смт ммтс Компонент Р, Моа Ф Д о Я О. И 1,55 1.62 ,25 ,25 Нитроцеллюлоза О. л Нитроглицерин Дизтилфталат Добавка 770,69 3035526 1 21 2431 >2 ( — 30)— (+60) ~~Нитроцеллюлоза Я Нитроглицерии Стабилизатор сз 49,5 41,5 1,57 790,69 23,4 553 1,24 2287 2 — 2! ( — 30)— (+50) 57 23 1,6 Нитроцеллюлоза Нитроглицерин 1 Дииитротолуол Стабилизатор Технологические добавки 2371 060,6 22,9 2217 ( — 40)— (+50) >4 сч Нитроцеллюлоза Нитроглицерин л: Дииитротолуол ~ Добавки 54 27 15 4 060,6 23,44 242193 ( — 40)— (+50) ПРнмсчанна: 1, Змачснни скоРостн тоРвниа ит Даны пРн Р=Г МПа а гв ЗО'С.
3. Значении 1 даны пРи Ро 1Р -10: 1. няют катализаторы горения. Их вводят для увеличения скпрости горения и устойчивости процесса горения при минимальном.давлении, а также для повышения полноты сгорания. В качестве катализаторов применяют окислы свинца и титана, сернокислый калий н др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
