Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Введение катализаторов может существенно повысить скорость горения. Для уменьшения гигроскопичности нитроцеллюлозы в состав мекоторых ТРТ вводят диэтил- и дибутилфталаты — жидкости, кпособствующие желатинизации. Некоторые добавки, входящие в состав топлива, выполняют не одну функцию. Так, например, вазелин„используемый как пластификатор, оказывает стабилизирующее действие на состав топлива, а такие стабилизаторы, как централиты и днфдииламин, в определенной степени выполняют функции катализаторов горения.
Из топлив, содержащих нитроцеллюлозу и нитроглицерин, большее распространение в ракетной тенхике нашли б а л л н с т и т н ы е 1на основе нитроцеллюлозы с низким содержанием азота). Топлива на основе нитроцеллюлозы с высокой степенью нитрации 1до 13%) пр ринято называть корднтами. Состав некоторых типичных двухоснониых топлив н их характеристики приведены в табл. 30.1 303. С34ЕСЕВЫЕ ТОПЛИВА Смесевые топлива представляют собой механические смеси окислителя и гор1очего. Для большинства современных смесевых топлив характерно использование трех основных компонентов: кристаллического окислителя, полимерного горючего — связующего и металлической добавки.
зх а 1. окнслнтвли Б табл. 30.2 приведены физико-химические свойства некоторых применяемых или исследуемых окислителей. Таблица ЗР.2 физико-химические свойства окислителей смесевых топлив Солерженне кислороле е % ог мессы оиислигелн Темеерегурн ингексиеного раеложенин, .с Плотность, г1сме Химическое формуле Оннслитель 46,2 52,2 54,5 60,1 62,2 47,5 56,5 2,50 2,57 1,05 2,43 2,17 2,25 2,11 2,26 1,73 Большинство современных смесевых ТРТ 1в США более 80%) Разработано на основе окислителя перхлората аммония.
Температура разложения его невысока, а газообразные продукты разложения имеют малую молекулярную массу. Для топлив на основе перхлората аммония и обычных полимерных связуюших характерна слабая зависимость скорости горения от давления и начальной температуры и сравнительно высокие энергетические характеристики. Скорость горения обычных топлив на основе перхлората аммония находится в пределах от 4 до 20 мм/с н зависит от массового содержания н размеров частиц окислителя. Уменьшая размеры частиц окислителя, можно существенно повысить скорость горения смссгвых топлив.
Так, для топлив, содержаших 24% полимерного связуюшего н 76~р перхлората аммония, скорость горения равна 35 мм/с при размере частиц окислителя 100 мкм и возрастает до 26 4 мм/с при размере частиц 5 мкм. Перхлорат калия Перхлорат натрия Перхлорат аммония Перхлорат лития Перхлорат нитрозила Перхлорат нитрония Нитрат палия Нитрат натрия Нитрат аммония Нитрат лития КС10, Нас104 НН,0104 всю ХОС104 глОзс104 КНОз МаМОз НН НО ЫНО 550 600 450 415 140 130 600 600 361 600 Иногда применяют также перхаорат калия. Топлива на основе КС!04 имеют высокую плотность, но довольно низкий удельный импульс (1800 — 2200 м/с) и высокое значение показателя степени в законе горения. Перхлорат лития обладает хорошими энергетическими характеристиками благодаря высокому содержанию свободного кислорода и большой плотности.
Однако внедрение перхлората лития в производство смесевых топлив сдерживается его гигроскопичностью и высокой стоимостью получения самого лития. Из нитратов в производстве смесевых ТРТ распространен нитрат аммония (селитра). Топливо на основе нитрата аммония эффективно для применения в тех случаях, когда необходимо иметь малую скорость горения и умеренные температуры. К недостаткам топлив на основе нитрата аммония следует отнести невысокое значение удельного импульса (не более 2000 м/с), малую плотность, гигроскопичность и повышенную температурную чувствительность. Отмечается также изменение размеров кристаллов нитрата аммония при полиморфных йревращениях, что приводит к нестабильности физико-механических свойств топлив на его основе. зз.з.
з, гогючее- связ~ ющее В качестве связующего может быть использовано множество веществ органического происхождения, начиная от тяжелых нефтепродуктов (асфальты, битумы) и кончая современными полимерами, такими, как полиэфирные, фенольные и эпоксидные смолы, пластмассы (полиизобутилен, поливннилхлорид, полиамид и другие), каучуки (полисульфидный, полиуретановый, полиизобутиленовый, бутадиенстирольный) и др. Выбор связующего в основном определяется требованиями получения необходимых энергетических характеристик, физико-механических свойств, а также технологией изготовления. Применение каучуков в качестве связующего началось с полисульфидного (тиокол). Однако топливо на основе полисульфидного каучука имеет низкие энергетические характеристики н неудовлетворительные механические свойства.
Снижение удельного импульса вызвано высоким содержанием серы (до 40%). Лучшими, по сравнению с топливами на основе полисульфндного каучука, характеристиками обладают топлива, в которых в качестве связующего применен полиуретановый каучук. Зги топлива сохраняют эластичность до 223 К и имеют удельный импульс 2400 м/с и более. В качестве связующего применяется также бутадиеновый каучук, сополимер полибутадиена и акриловой кислоты. Топлива на основе сополимера полибутадиена и акрнловой кислоты обладают хорошими механическими и адгезионными свойствами и имеют высокий удельный .импульс (2430 м/с и более). По сведениям из зарубежной литературы, очень хорошо зарекомендовалн себя в качестве горючих — связующих органические 4ОО барс,г З,кс, Зе,а Зависимость осиовимх термедииамическвх характеристик от массовой дели оимслителв в с,ессвом 1РТ: Рм 1 з 70; Ь вЂ” — — стехиометРискос соотиошекие комиовеитов ток ш на ирр, г/лл7рщ0 70 70 нитросоединення, с е пюе количество кислорода.
В частности, к этому типу связующих смесевых ТРТ относится пластифнцированная нитроцеллюлоза — нитра- 277 ул зол. Относительное содержание окислителя и горючего в смесевых топ- 2000 ливах можно менять в довольно широких пределах. Однако максимальные значения удельного импульса н темепратуры горения получаются при содержании горючего — связуюшего до 15% (рис. 30.2).
Содержа- ' ' ' 02077 ние же кристаллических составляюшнх обычно не превышает 85оз1, так как при большем количестве ухудшаются физико-механические свойства топлива в процессе изготовления н эксплуатации. 27 20 зк з.з. металлические довдвКн 2000 Практически все современные смесевые топлива содержат металлы в виде мелкодисперсных порошков. Введение добавок металла *'р,~м/с позволяет значительно повысить удельный импульс, увеличить плотность, повысить стабильность горения ТРТ.
2000 Рассматривалось и исследовалось при70Мь менение добавок легких металлов: алюминия, магния, циркония, берил- 70 7 лия, бора и различных сплавов. 2000 Из них наиболее дешевым и распространенным является алюминии. 7000 Количество алюминия увязывают с содержанием остальных компонентов топлива, чтобы получить прирост удельного импульса и плотности н обеспечить необходимые физико-механические свойства (эластичность, прочность). На рис.
30.3 показана зависимость удельного импульса от содержар - зо.з. ния алюминия для топлива на основе а м.д удельиый имизльс омске- полимерного горючего и перхлората восо тоилква ири раеличиом содер- маиии акюмииив аммония. Для современных смесевых а ох ах о сс Ф а Я. ао о са + Д ! о Е Е Е ос Е Ю н н Е + ! са ! + 1 Ф ! 3' са л сР. л и 3 Е о сс о са ос со оо" О О хос Е Е о Е а х Е Ф Е о к Й И о Х В2 $ о $ х з Й о х л о се о х Й х Е о Е Е 3 н о н .о ао Ц хеЕ ссх Я ХХх са ос о:се сс асса с сОса сосо са с» са сс х ох~ Е ссо хай х х а н охссож ох ох ехо хх ! аой о а ж,.~ а х к~ о к~ ~ сэ о саос с3 со со сс Ь Е х а И". асс Х хо ах о н а х х е х о с5 х а а,ю ~ оосхо с соМСа З н о о„ х х на Ех а Е но Н ооссх н н х '~охй ~~.о с ЕФ,о Ф.
Хн~ ~" с сс х о о Р оно а ха х а топлив, по зарубежным данным, типичным является содержание (Π— 20% алюминия. В табл. 30:3 приведены состав и характеристики некоторых смесевых топлив (801 зр, 3. ь двугие довАвки В смесевые топлива вводят различные технологические добавки для улучшеш'я фнзико-механических свойств, внутрибаллистических характеристик и эксплуатационных качеств. Пластификаторы и стабилизаторы вводятся в смесевые топлива с теми же целями, что и в двухосновные. Применение катализаторов является одним из распространенных методов, регулировании скорости горения смесввых топлив.
В качестве катализатора горения смесевь|х топлив применяются различные окислы металлов, соли хромовой и метахромистой кислот, металлоорганические соединения. Наиболее распространенными и универсальными в этой группе катализаторов являются соединения, содержащие медь, окись хрома, окислы железа. Ряд металлов (железо, медь, кобальт, магний, олово) рассматриваются тоже как катализаторы горения. Так, например, введение в состав смесевого топлива 6% олова позволяет вдвое увеличить скорость горения. Введение некоторых соединений (двуокись магния, трехфтористый бром), наоборот, снижает скорость горения. Вводятся добавки с целью подавления нежелательных эффектов при догорании продуктов сгорания в атмосфере и уменьшения дымообразования. зад.
РАзРАвоткА новых топлив С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ Согласно опубликованным данным, создание новых твердых топлив идет по пути замены основных составляющих на более эффективные. При этом ставится задача улучшения всего комплекса физико- механических, баллистических и энергетических характеристик. Ведутся работы как по улучшению характеристик существующих топлив (путем введения в нх состав более эффективных модификаций компонентов — окислителей н металлов), так и по использованню новых, а также более эффективных связующих, окислителей и металлов.
Серьезное внимание уделяется также экономической эффективности и снижению затрат в производстве твердых топлив. Усовершенствование топливных рецептур преследует вполне конкретные цели. В одних случаях выдвигаются требования улучшения механических характеристик при сохранении заданного уровня удельного импульса и скорости горения. В других целью является получение высоких скоростей горения. Для этого вводят различные добавки, например органические соединения типа высших альдегидов, фенолов или же специальным образом подготавливают основные компоненты: связующие и окислители; Так, значительное повышение двсперсности перхлората аммония существенно повыша ет скорость горения. Путем модификации основных компонентов улучшают я экс плуатационные качества используемых топлив.
Что касается разработки новых топлив на основе компонентов с более высокими характеристиками, то среди окислителей рассматриваются перхлораты ннтрония 1т)ОяС!04 и нитрозила ХОС104, гексанитроэтан Ся()яОя)з, диперхлорат гидразина ХяНз(НС104)я и др. В случае создания топлива на основе перхлората нитрония и тиничпых связующих возможно получение более высокого значения удельного импульса по сравнению с применяемыми составами Однако недостатком перхлората нитрония и других более эффективных окислителей ЯвлЯетсЯ пх нестабильность, взРывоопасностуь плохая совместимость с существующими связующими.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
