Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Иногда применяют эффективные производные ПА, например монометилперхлорат аммония СНаХНаС10„перхлорат гидроксиламмония ЫНа(ОН)С104 и др., а также перхлораты металлов. Однако эти перхлораты, имея отдельные преимущества по сравнению с перхлоратом аммония, не обладают присущим ему комплексом требуемых свойств. Из нитратов в производстве смесевых ТРТ наибольшее распространение получил нитрат аммония (селитра).
Топливо на основе этого окислителя эффективно для применения в тех случаях, когда необходимо иметь небольшую скорость горения и умеренные температуры продуктов сгорания. К недостаткам топлива 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 превращениях, что приводит к нестабильности фи-, зико-механических свойств топлив на его основе. Примерами окислителей-нитроаминов являются октоген С4НаОвХа и гексоген СаН40вМа! пеРвый окислитель пРименЯетсЯ 333 чаще. Удельный импульс ТРТ на основе октогена выше, а температура горения ниже, чем у смесевых топлив на основе ПА; продукты сгорания смесевых ТРТ с октогеном не содержат соляной кислоты и частиц углерода, не образуют дымного следа. Однако при увеличении содержания октогена в топливе и уменьшении размера его частиц ухудшаются механические свойства топлива; кроме того, снижается полнота сгорания алюминия в металлосодержащем топливе.
В связи с этим за рубежом исследуются смесевые твердые топлива на основе комплексных окислителей, в которых содержание октогена не превышает!0 34, а основную массу окислителя составляет ПА. В состав таких топлив входит (16 ... 20 $о) А1, в качестве горючего-связующего в сочетании с октогеном хорошо зарекомендовал себя полнбутадиен с концевыми гидроксильными группами. Такой состав топлива обеспечивает требуемые механические характеристики при высокой энергетической эффективности.
30.3.2. Горючие-связующие 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, поливинилхлорид, полиамид и другие). каучуки (полисульфидный, полиуретановый, полиизобутиленовый, бутадиен-стирольный) и др. Применение каучуков в качестве связующего началось с полисульфидного (тиокол).
Однако топливо на основе полисульфидного каучука имеет низкие энергетические характеристики и неудовлетворительные механические свойства. Снижение удельного импульса вызвано большим содержанием серы (до 40 34). Лучшими по сравнению с топливами на основе полисульфидного каучука характеристиками обладают топлива, в которых в качестве связующего применен полиуретановый каучук. Эти топлива сохраняют эластичность до — 50 'С и имеют удельный импульс 2440 мгс и более (р„= 7 МПа, е = 70).
В качестве связующего применяются также бутадиеновый каучук, сополимер полибутадиена и акриловой кислоты. Топлива на основе этого каучука обладают хорошими механическими и адгезионными свойствами и имеют высокий удельный импульс (2430 м/с и более). По зарубежным данным в смесевых ТРТ широко используются также полибутадиены с концевыми карбоксильными группами (ПБКГГ).
В сочетании с окислителем и металлической добавкой эти связующие обеспечивают высокие энергетические и физико- механические показатели, стабильность свойств при хранении. Сообщается об успешном применении в качестве горючих-связующих органических нитросоединений, содержащих большое коли- 339 7пс Я 7гаг, л/с 7777 лев 7МГ 77 а п/с 7ЛВ гмг Вкр йа 47 47 ЛР Ум 30.3. Уде.ьный импульс смесевого топлива гри различном содержании алю- миния 1 Д7 777см 30.2 Загнанность основных термлдннамгческпх характеристик ог массовой даун окислителя в смесесом ТРТ: и 7р — гп: Ь пунктир«а» анни«в с'ехяо;астр»«есное соотяомеиие «омно.
не»топ топи«на Практически все современные смесевые топлива содержат металлы в виде мелкодисперсных порошков. Введение металла позволяет значительно поднять удельный импульс, увеличить плотность, повысить стабильность и скорость горения ТРТ. Рассматривалось и исследовалось применение добавок легких метяллов: алюминия, магния, циркония, бернллия, бора н различных сплавов. Из ннх достаточно эффективным, наиболее де. шевым н распространенным металлом является алюминий.
Количество его увязывают с содержанием остальных компонентов топлива. чтобы получить прирост удельного импульса и плотности н обеспечить необходимые физико-механические свойства. На рис. ЗО.З показана зависимость удельного импульса от содержания алюминия для топлива иа основе полимерного горючего и ПА. Для современных месевых топлив по зарубежным данным типнч»ым является содержание 10 . 20 % алюминия. 340 чество кислорода. В частности, к этому типу связующих смесевых ТРТ относится пластнфицированная нитроцеллюлоза - нитрозол.
Относительное содержание окислителя и горючего в смесевых топливах можно менять в довольно широких пределах. Однако м ксимальные значения удельного импульса и температуры горения получакггся при содержании горючего-связующего до 15 % (рис. Збтдг'). Содержание же твердого окнслигеля и других добавок обычно нс превышает 85 %, тзк как прн большем количестве ухудшаются физико-механнче кие свойства топлива в процессе изготовления и эксплуатации.
30.3,3. Металлические добавки ох о х о о х о З ао о-в =о- х х х х а х з х Л олв во вы~ во соаО О-" МЪ С4 ( Х 'хо хох хоо хо хххххх о ох х х х ххс0ххХ хх ох в Б х хх'8 х 1 1 о~ах~~ х х о «о х х х х о х «я х хо охи ~-хХ Д х Ъ ф о„ х х о Б ~~ ххх, х х '" а ф хвх 3 охи 1 х О Х~-.~ В табл. 30.3 приведены состав и характеристики некоторых смесевых топлив [28).
30.3.4. Другие добавки Для улучшения физико-механических свойств, внутри- баллистических характеристик и эксплуатационных качеств в смесевые топлива вводят различные добавки. Пластификаторы и стабилизаторы вводятся в смесевые топлива с теми же целями, что и в двухосновные. Для регулирования скорости горения смесевых топлив наряду с изменением дисперсности окислителя и металлической добавки широко практикуется введение катализаторов, в качестве которых используются различные окислы металлов, фториды, соли хромовой и метахромистой кислот, металлоорганические соединения.
Специальные исследования показали, что увеличение дисперсности частиц катализатора способствует повышению скорости горения. Дополнительное увеличение скорости горения и снижение показателя степени в законе скорости горения дает использование комбинации нескольких катализаторов. Так, введение в смесевые ТРТ 1 % смеси, содержащей 84 % окиси меди и 16 04 окиси хрома, увеличивает скорость горения на 30 %. В некоторых случаях необходимо, наоборот, замедлить горение топлива.
Это осуществляется путем введения в его состав специальных соединений (двуокись магния, трехфтористый бром), называемых ингибиторами. Вводятся также добавки для подавления нежелательных эффектов при догорании факела РДТТ в атмосфере и уменьшения дымообраэования. Г Л А Е А ХХХ!. СТАЦИОНАРНОЕ ГОРЕНИЕ ТВЕРДЫХ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ Э1.1. МЕХАНИЗМ ГОРЕНИЯ Процесс горения твердых ракетных топлив сопровождается многообразием физических и химических превращений их компонентов в относительно узкой пространственной области при интенсивном тепло- и массообмене.
Детальное описание всех трансформаций компонентов топлива в волне горения невозможно, что вынуждает выделять отдельные последовательные стадии (зоны горения), чаще всего по признаку фазового состояния вещества. Следует иметь в виду, что последовательность выделяемых стадий и их пространственное расположение не являются раз и навсегда установленными. В зависимости от конкретных условий некоторые из стадий нли зон горения соот- 342 ветственно могут взаимно перекрываться, сливаться или вообще отсутствовать.
Энергетической основой горения является теплота химических реакций пламени, подводнмая во все остальные зоны. Механизм горения, определяемый особенностями протекания химических реакций и процессами переноса теплоты и массы в волне горения, зависит от состава, структуры топлива и многих других факторов, он различен для двухосновных и смесевых топлив..
31.1.1. Двухосновные топлива Одномерный процесс горения двухосровного топлива принято описывать на основе структуры области горения, показанной на рис. 31.1. Теплоподвод от продуктов сгорания приводит к повышению температуры в зоне нагрева 1 от начальной (Т,) до температуры начала физико-химических превращений некоторых компонентов топлива (конденсированной фазы, к-фазы). Для зоны превращений в к-фазе 2 характерны такие процессы, как плавление, испарение и термическое разложение веществ. При термическом разложении кислород, входящий в нитрогруппу Π†)х)0», освобождается и вступает в реакцию с другими продуктами разложения. Суммарный тепловой эффект всех процессов в зоне 2 — экзотермический; выделяемая теплота ускоряет газификацию твердой фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
