Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 87
Текст из файла (страница 87)
в=1, Формула скорости горения (31.2) обобщается на случай эрозионного горения следующим образом: а гтэ» (3В 10) 0 0,т 0.й 0,0 00 Рис. змь Зовнсниость ероьиоивого оти»ь в»юнна ют врнкедеввой массовой сверю- Зьеб. методы РВГРННРОВАния скОРОстн ГОРения В настоящее время известны две основные группы методов регули рования скорости горения: химические, осуществляемые путем количественного или качественного изменения рецептурного соста ва топлива, и физические, в которых используются в топливе ме таллическне элементы с повышенной теплопроводностью, пористые и быстрогорящие элементы топлива с высокоразвитой поверхно стью горения, а также физическое воздействие иа зону горения.
Методы химического воздействия на скорость горения заключаются во введении в состав топлива различных катализаторов, повышающих скорость горения, а для уменьшения скорости горения специальных добавок — антипиренов. Действие антипиренов основа но на уменьшении теплоподвода к поверхности горения вследствие увеличения ширины зоны газификации. Уменьшение скорости горения можно получить также при введении в состав топлив добавок— антикатализаторов горения, действие которых сводится к обрыву пепей реакций, а также прн введении инертных веществ, понижающих температуру горения. Среди физических методов исследуется применение металлических теплопроводных элементов, вводимых в состав топлива в виде нитей, иголок, пластин, малых трубок, сот из алюминия, меди, циркония. Влияние теплапроводного элемента проявляется в повышении теплоподвода к поверхности горящего, слоя и к примыкающим слоям топлива благодаря высокой теплопроводности металла. При этом скорость горения возрастает в несколько раз.
На ее величину влияют геометрия и материал элемента и ряд других факторов. Изучаются топлива, имеющие пористую структуру, а также изготовленные в виде тонких лент (толщиной 0,2 — 1,0 мм). Высокие скорости горения в пористом заряде достигаются путем просачивания высокотемпературных газов в поры, что вызывает ускоренное распространение фронта пламени. Из лент обычно делают рулон- .
ные заряды, имеющие высокоразвитую поверхность горения. При горении таких зарядов достигается высокое значение массовой скорости горения. Из методов физнческого воздействия на скорость горения можно отметить метод «теплового ножа», электроподогрев тепловых элементов н воздействие электрического поли на зону горения. Регулирование с помощью теплового ножа основано на повышении скорости горения при контакте «ножа» с поверхностью горения. Тепловой нож представляет собой пластину или стержень, изготовленные из жаропрочиых материалов (молибден, вольфрам). Изменением усилия прижатия ножа к поверхности горения удается регулировать скорость горения и, следовательно, тягу в диапазоне 100 350о~ Регулирование скорости достигается и при введении в топливо проводников, нагреваемых электрическим током.
Варьируя интеи сивность тепловыделенля в проводниках, можно изменять скорость горения. Сообщаются результаты влияния на скорость гореннЯ 414 предварительного подогрева топлива, а также электрического поля, создаваемого с помощью электродов в зоне горения.
З1,З, ГОРЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕГРУЗОК рнс. Зсае. Завнсвмосто скорости горенка металлнвнрованвога смесевого тонлнва от верагррвкнг лваметр частиц ХЬ г — !Од мимс р— рз мим 415 И~следования показывают изменение скорости горения топлива под воздействием полетных перегрузок, возникающих при разгоне, маневрировании летательного аппарата, либо при вращении его вокруг продольной оси с большой угловой скоростью.
Процесс горения в условиях перегрузок определяется теми же явлениями теплопереиоса и массообмена, которые имеют место при нормальном гореиин. Однако появление инерционных снл вносит изменение в структуру поверхности горения и в физические процессы, протекающие на поверхности. При горении металлизированных топлив, когда вектор перегрузка направлен по нормали к поверхности горения, металлические частицы под действием инерционных сил удерживаются и сгорают на поверхности горения, увеличивая теплопроводность в конденсированной фазе.
Время пребывания частиц металла на поверхности горения больпре, чем время пребывания нх в нормальных условиях, при которых частицы догорают в газовом потоке. На поверхности горения образуются многочисленные углубления — микрократеры, в которых и пронсходит сгорание крупных частиц и их агломератов. Агломераты образуются под действием инерционных сил из более мелких частиц металла, обнажающихся в процессе горения на боковых поверхностях микрократера. Из экспериментов, проведенных на вращающихся стендах и центрифугах, установлено, что скорость горения возрастает, если вектор перегрузки направлен по нормали вглубь заряда. Если этог вектор параллелен поверхности горения или направлен по норМали от нее, то скорость горения практически не изменяется.
Скорость горения растет с увеличением перегрузок. На рис. 31.10 показана зависимость относительной скорости го- 6/иа Рения от величины перегрузок по нормали к поверхности для смесевого металлизированного (15% А1) ' ~ 2 топлива на основе перхлората аммония. Скорость горения при пере- > 7 грузках выше для топлива, содержащего более крупные частицы. Увеличение массового содержания металла в топливе также вызывает ' и гад 20л лш ФРИ зггр изменение скорости горения при пе- У Регрузках. Увеличение размеров частиц окнслит ителя повышает чувствительность скорости горения к перегрузкам.
Влияние давления на скорость горения в условиях перегрузок неодинаково для разных топлив. Быстрогорящие топлива имеют меньшую чувствительность око. рости горения к перегрузкам. ЗЬ4. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ГОРЕНИИ Нормальное стабильное горение характеризуется неизменностью скорости горения по времени при одних и тех же условиях. О стабильности горения можно судить по диаграммедавленве вкамере сгорания — время (рис. 3.11). При стабильном горении (рис. 31.1~1,а) лишь в начальный период воспламенения заряда может иметь место пик давления, затем давление изменяется по необходимому закону без каких-либо флуктуаций. Однако нормальное стабильное горение заряда твердого топлива наблюдается не всегда, а ограничено некоторыми пределами по давлению в камере сгорания, начальной температуре заряда и другим параметрам. Одним из характерных недопустимых режимов горения является аномальное горение — прерывистое, состоящее из нескольких вспышек, с интервалом между ними от долей секунды до нескольких секунд.
Диаграмма давление — время имеет на таком режиме вид, изображенный на рис. 31.11, б. Причина возникновения аномального горения заключается в уменьшении теплоподвода к непрореагировавшему топливу. Как только количество подводнмого тепла становится .недостаточным для нормального хода экзотермических реакций, горение прекращается. Затем заряд может снова воспламениться и гореть некоторое время, снова потухнуть и т. д.
Некоторое значение в этом механизме имеет теплоотдача к топливу от нагретых элементов конструкции камеры. Все факторы, способствующие уменьшению подвода тепла к непрореагировавшему топливу, увеличивают возможность появления аномального горения. Наиболее важно, что оно возникает при уменьшении давления ниже некоторого предельного для данного топлива. Объясняется это тем, что при низких давлениях сильно тормозятся экзотермические реакции типа 2СО+2ХО 2СОг+Ха+Об 2Нр+ 2й(Π— 2НрО+ Яр+1 )м Рне.
31.11. диаграмма давление — време: л — ври егабильном горении; б — нри аномальном горении 416 приводит к уменьшению подогрева топлива и к прекращению горения. Аномальное ~орение может возникнуть и прн высоких давлениях, ли поверхность горения омывается газовым потоком высокой ско „рости. В этом случае нормальный теплоподвод к топливу на.шается из-за того, что экзотермические реакции не успевают проать полностью.
Вероятность аномального горения увеличивает„для длинных зарядов, скорость обдува поверхности которых велика. Снижение начальной температуры заряда также увеличивает вероятность возникновения аномального горения. Очевидно, что режимы аномального горения не могут являться рабочими и должны быть предотвращены. Это накладывает определенные ограничения на нижний предел давления и на,размеры и конфигурацию заряда. Желательно применять топлива, имеющие низкие значения предельного давления, гарантирующего от аномального режима.
В этом отношении преимущество имеют смесевые топлива, для которых р„,м -0,1 — 1,5 МПа. Двухосновные топлива имеют более высокие значения,рм (обычно )3,5 МПа). 31.3. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ м. к ь ЭВЗНЧВСКАЯ МОДВЛЬ Воспламенение твердого топлива представляет собой совокупность газодинамических и физнко-химических процессов, протекающих в свободном объеме камеры сгорания и поверхностном слое основного заряда твердого топлива от момента зажигания заряда воспламенителя до выхода на стационарный режим. Процесс воспламенения состоит из нескольких стадий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
