Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Эти характеристики в значительной мере зависят от состава топлива, особенносзей технологии и температуры заряда. При разработке состава топлива учитывается необходимость достаточно высокой эластичности заряда при низких температурах и повышенной прочности в условиях максимальных температур, что является одним из условий работоспособности двигательной установки в заданном температурном диапазоне, 30.1.4. Другие требования ь Ьольшое значение имеют экономические характеристики: желательно, чтобы компоненты топлива были недефицитными н недорогими, доступными для применения в необходимых ззз масштабах. Технология изготовления должна быть несложной и недорогостоящей, допускающей при необходимости серийное производство зарядов.
Особое значение придается стабильности физико-механических, баллистических и энергетических показателей ТРТ в условиях хранения и эксплуатации. Стабильность характеристик топлива определяет его гарантийный срок хранения. В одних случаях основным лимитирующим фактором является химическое разложение топлива и реакции взаимодействия между его компонентами, в других — физические процессы, проявляющиеся в пластических деформациях, образовании трещин в заряде, процессах диффузии. Часто химические и физические изменения происходят одновременно, приводят к старению топлива. По зарубежным данным заряды остаются пригодными для эксплуатации 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 н 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.
К числу других требований следует отнести исключение опасности детонации и взрыва, иногда — требование бездымного выхлопа и малой токсичности продуктов сгорания. ЗОЛЬ ДВУХОСНОВНЫЕ ТОПЛИВА Двухосновные топлива представляют собой твердые растворы органических веществ, молекулы которых содержат горючие и окислительные химические элементы. Иногда эти топлива называют также коллоидными нли гомогенными. Одной из основ этих топлив является нитроцеллюлоза с различным содержанием азота. Общая формула нитроцеллюлозы [С,Н20, (ОН), „(ОВ(О,),„)„, где х = 1, 2, 3 — число групп ОМОН получаемое в различных условиях нитрации целлюлозы. Степень нитрации определяет соотношение горючих н окислительных элементов и коэффициент избытка окислителя (кислорода) в нитроцеллюлозе.
На практике применяют нитроцеллюлозу с содержанием азота не менее 11 04, так как при меньшем его содержании энергетические характеристики ТРТ оказываются неудовлетворительными. Вторая основа гомогенных топлив — вещества типа нитроглицерина С,Н, (ОВ)О,)„диэтиленгликольдинитрата С,Н,О (ОВ(ОД, и др., называемые растворителями. Они образуют с нитроцеллю'- лозой коллоидные системы. Энергетические характеристики ТРТ улучшаются с увеличением содержания в них нитроглице- 334 ЗОЛ. Зависимость удельного импуль- у и/г са двухосновного ТРТ от содержания нитроглицерина днг и степени нитра- гавр ции иитроцеллюлоаы гурр рина.
На рис. 30.! показана у4гуан зависимость удельного им- гррр пульса двухосновного ТРТ от содержания в нем нитрогли- гг ггаьм 1Р церина днг для двух значе- ГГрр ний степени нитрации ни- дг гр дг др яр Ао4 троцеллюлозы. Однако предельное содержание нитроглицерина, которое может быть введено в топливо, не превышает 45 ',о, так как при большем содержании нитроглицерина производство топлив становится весьма опасным, резко снижаются физико-химические свойства двойных систем: они становятся студнеподобными, текучими.
С целью повышения химической стойкости в период хранения в топливо вводят стабилизаторы. В качестве стабилизаторов в современных двухосновных ТРТ применяют этилцентралит СгтНаоО!ь!в и дифениламин СгвНгг!ь!. Срок хранения зарядов ТРТ, в состав которых входят стабилизаторы, достигает !5 ... 20 лет. Для улучшения физико-механических характеристик топлива, а также для повышения термопластичности нитроцеллюлозы при прессовании заряда в состав топлива вводят специальные добавки — пластификаторы: воск, вазелин, минеральные масла и другие вещества. Пластификаторы увеличивают эластичность зарядов и уменьшают чувствительность их к детонации. Большую роль в современных двухосновных ТРТ выполняют катализаторы скорости горения. Они увеличивают скорость и устойчивость процесса горения при минимальном давлении, а также повышают полноту сгорания.
В качестве катализаторов применяют соединения свинца, меди, титана, их окислы, салицилаты, стеараты и др. Для уменьшения гигроскопичности нитроцеллюлозы в состав Некоторых ТРТ добавляют диэтил и дибутилфталаты — жидкости, способствующие желатинизации. Сажу и графитовый порошок вводят в качестве технологической добавки; эти же вещества обеспечивают поглощение энергии излучения пламени в поверхност'ном слое топлива, предотвращая прогрев массы заряда. Некоторые добавки, входящие в состав топлива, выполняют не одну функцию.
Так, например, некоторые пластификаторы, имея в своем составе окислительные элементы или группы, повышают удельный импульс и скорость горения топлива, другие оказывают стабилизирующее действие на состав топлива; некоторые катализаторы скорости горения, например соли свинца, в определенной степени выполняют функции стабилизаторов, и, наоборот, централиты и дифениламин, являясь стабилизаторами, обладают и каталитическими свойствами. 333 сь' о о $ л СЧ СЧ ОС Сс СЧ х 3 а хос С !! х ы о х о 3'.' х Ф И 3 Ы х о х х 336 Ъ ох 3 Хдо.
ооД л ь а о. сс ххах охо й $ о.ао.с, Ийояо Ходах о олх ох аах, х ~хс' хо х х щ ххой~З Бхох ос о.х оолх ад.х хО хххо хх м о Ю СЧ 1~ х Е 3,' са о. 3 с ы х х х х х о о. о х сб Из топлив, содержащих нитроцеллюлозу и нитроглицерин, большое распространение в ракетной технике получили б а лл и с т и т н ы е (на основе нитроцеллюлозы с низким содержанием азотац Топлива на основе нитроцеллюлозы с высокой степенью нитрации (до 13 %) принято называть координатами. Состав некоторых типичных двухосновных топлив и их характеристики приведены в табл. 30.!. Двухосновные топлива обладают таким преимуществом, как бездымность продуктов сгорания.
Однако эти топлива имеют и недостатки, в частности, более низкий удельный импульс и ограниченный диапазон скоростей горения. Чтобы значительно увеличить удельный импульс двухосновных топлив, в их состав входят окислители и высокоэнергетические вещества, например, в виде частиц перхлората аммония или других окислителей: октогена, гексогена. Такие топлива получили название смесевых модифицированных двухосновных топлив. Они обладают повышенным удельным импульсом, однако диапазон скоростей горения изменяется незначительно по сравнению с исходными двухосновными топливами. ЗО.З. СМЕСЕВЫЕ ТОПЛИВА Смесевые топлива представляют собой механические смеси окислителя, горючего и специальных добавок.
Для большинства современных смесевых топлив характерно использование трех основных компонентов: кристаллического окислителя, полимерного горючего-связующего и металлической добавки. 30.3.1. Окислителя Окислитель — основной энергонесущий компонент ТРТ, определяющий удельный импульс и скорость горения. К окислителям предъявляют ряд требований: они должны быть совместимыми по химическим и физическим свойствам со связующим; содержать возможно большее количество кислорода; по возможности не образовывать при сгорании твердых частиц и коррознонно-активных газов, а также быть приемлемыми по экономическим показателям.
В табл. 30.2 приведены физико-химические свойства некоторых применяемых или исследуемых окислителей. Кроме химической природы окислителя важное значение для характеристик ТРТ имеет дисперсность его частиц. Исследования показали, что, уменьшая размер частиц окислителя, можно существенно повысить скорость горения смесевых топлив. Однако уменьшение размера частиц окислителя может привести к повышению вязкости топлива, что отрицательно влияет на технологию его изготовления. Поэтому на практике используется полидисперсный окислитель, содержащий крупно- и мелкодисперсную фракции, причем соотношение этих фракций должно быть опти- 337 Таблица 30.2 Физико-химические свойства окислителей сысоевых топлив Температура интенсивного разложение, 'с Содержание кислорода в % от массы окислнтелн Плотность, ггсм' Хнмнческан формула Окислитель КС104 !Час!0 !ЧН С!О 1.4С!О НОС!0 МО С!О К!ЧОЭ Ха!ЧОа МНамОз 1.4! к13 550 600 450 4!5 140 130 600 600 361 600 46,2 52,2 54,5 60,1 62,2 66,7 47,5 60,0 69,5 2,50 2,57 1,95 2,43 2,17 2,25 2,11 2,26 1,73 2,38 Перхлорат калия Перхлорат натрия Перхлорат аммония Перхлорат лития Перхлорат нитрозила Перхлорат нитрония Нитрат калия Нитрат натрия Нитрат аммония Нитрат лития мальным с точки зрения обеспечения высокой скорости горения и сохранения требуемой вязкости топлива.
Большинство современных смесевых ТРТ (в США более 80%) разработано на основе окислителя перхлората аммония (ПА). Температура разложения его невысока, а газообразные продукты разложения имеют малую молекулярную массу. Для топлив на основе ПА и обычных полимерных связующих характерна слабая зависимость скорости горения от давления и начальной температуры и сравнительно высокие энергетические характеристики. Скорость горения серийных топлив на основе ПА находится обычно в пределах от 4 до 20 мм/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
