Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Горючие обычно выполняют и роль связующего вещества и поэтому должны обладать хорошей адгезией. Иногда роль «связки», склеивающего вещества, выполняет специальная добавка, также являющаяся горючим элементом. Например, в черном охотничьем порохе роль горючего выполняют древесный уголь и сера, которая обеспечивает адгезию 171. Лссортимент горючих веществ может быть очень велик, но для использования в ракетных системах твердого топлива нужно, чтобы горючие отвечали определенным техническим требованиям. Компонент, являющийся горючим, должен: 1) обладать хорошей адгезией; 2) хорошо формоваться при прессовании, пластификации или отливке; 3) обладать после отливки способностью отверждения за счет полимеризации, коагуляции или термостатирования; 4) обладать низкой температурой воспламенения или низкой упругостью пара; 5) обеспечивать устойчивую (постоянную) скорость горения; б) иметь хорошие энергетические показатели, т.
е. им~ть высокое газообразование, высокий удельный импульс или разви- 159 вать так называемую «силу пороха», которая выражается произведением газовой постоянной продуктов сгорания на температуру горения в камере, у,=йт; у,к=" =~""-" . Горючие принято разделять на следующие группы: 1) смолы; 2) каучуки; 3) мономеры; 4) производные целлюлозы. С физическими н химическими свойствами компонентов этих групп можно подробнее ознакомиться, пользуясь справочными таблицами для каждого конкретного вещества. Й каждую группу может входить несколько десятков наименований. Для примера приведем некоторые наименования веществ, входящих в ту или иную группу предложенной классификации [38, 401. В группу смол входят битумы и асфальты, эпоксидные смолы, полиэфирные смолы, фурфуролацетатные смолы, бутвар и различные компаунды.
В качестве пластификаторов первой группы обычно используются масла нефтяного происхождения. В состав второй группы входят полисульфиды (например, тиокол), карбоксилатные каучуки, полиизобутиленовые каучуки, бутилкаучуки, полиуретановые, силиконовые каучуки и др. Вторая группа горючих пластифицируется смолами. Третья группа — мономеры.
В эту группу могут входитьстирол, бутилметакрилат, триэтиленгликольметакрилат, различные нитромономеры, высокомолекулярные соединения, способные к полимеризации. Пластификаторами третьей группы являются смолы и каучуки. В состав четвертой группы могут входить нитроцеллюлоза, ацетатцеллюлоза, этнл целлюлоз а, ацетатбутератцеллюлоза и др. В качестве пластификаторов этой группы обычно используются различные растворители, применяющиеся в производстве баллиститных топлив.
4.6. СВОВСТВА ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ Под свойствами твердых топлив понимается совокупность физико-химических констант и эксплуатационных показателей, которые определяют основные технические характеристики топлив и их компонентов. Свойства ТРТ делятся на 4 группы [40, 39, 54). !. Физические свойства, главным образом физические константы топлив и так называемая стабильность.
2. Технические свойства. Здесь рассматриваются различные виды присадок, допуски на размеры зарядов, бронирование зарядов и прочностные свойства. Транспорт и токсичность компонентов. 1СО 3. Баллистические свойства. Сюда входят зависимости скорости сгорания заряда, форма и бронировка заряда, горение. топлива в камере двигателя. 4. Термодинамические свойства. Здесь рассматриваются определения весовых относительных долей горючего и окислителя. определение состава продуктов сгорания, влияние коэффициента избытка окислителя на скорость горения и удельный импульс.
Физические свойства ТРТ П л о т н о с т ь ТРТ. Плотность твердого топлива зависит от типа топлива, степени прессования и технологии изготовления заряда. Для баллиститных топлив среднее значение плотности оценивается в пределах от 1,5 до 1,65 г/см', для смесевых топлив оно колеблется в пределах от 1,6 до 1,95 г/см'. Плотность смесевого топлива можно несколько увеличить за счет добавки металлических компонентов, например алюминия. Плотность твердых топлив в отличие от жидких практически не зависит от температуры заряда, но очень существенно зависит от давления прессования. Так, например, целлюлозы, прессованные под давлением в 600 кгс/смэ, имеют плотность около 1,02 — 1,05 г/см', при давлении прессования до 1600 кгс/смх плотность равна 1,25 г/см', а при давлении 8000 кгс/см'— 1,5 г/см'. В процессе изготовления зарядов прессованием их плотность будет всегда выше, чем зарядов, изготовленных способом отливки.
Т е п л о п р о в о д н о с т ь. Теплопроводность ТРТ почти постоянна для различных составов баллиститного и смесевого топлив. Среднее значение теплопроводности оценивается в 0,17 ккал/м 'С или 712 Дж/и 'С. Теплопроводность несколько понижается с ростом температуры топлива. В расчетах скорости горения заряда и теплового состояния стенок камеры сгорания необходимо учитывать теплопроводность. Т е п л о е м к о с т ь. Теплоемкость зависит от состава ТРТ, но так как теплоемкость применяемых окислителей мало отличается от теплоемкости горючих, то в среднем она почти такая же, как для органических веществ. Среднее значение около 1340 Дж/кгК (0,32 ккал/кг 'С).
С ростом температуры заряда теплоемкость несколько увеличивается. Температуропровод ность. За счет довольно большой плотности ТРТ температуропроводность выше, чем у газов, в средних значениях около 3!О-' м'/ч. Температуропроводность учитывается при расчезах теплового состояния стенок камеры и скорости выгорания зарядов. 6 43бз 161 Коэффициент линейного расширения. Этот показатель должен учитываться при конструировании самого заряда, конструкции крепления заряда в камере и других условиях. Коэффициент линейного расширения имеет различное значение в зависимости от направления расширения (вдоль или поперек оси заряда), от метода изготовления заряда (прессование или отливка) и от размеров заряда. Кроме того, на коэффициент линейного расширения влияют термостатирование заряда — уровень температуры, при которой производится термостатирование, и количество последовательных нагреваний и охлаждений (тренировок) заряда. На коэффициент линейного расширения влияет величина давления прессования и, конечно, температура заряда.
Среднее значение коэффициента линейного расширения вдоль оси заряда а,=(0,25 . 1,5) 10 ' —; 1 град поперек оси заряда па=(1,5 —:2,5) 10 ~— град В ряде случаев можно пользоваться значением коэффициента объемного расширения заряда, который в среднем можно принять равным а, =(4 —: б) Р0 ' —. 1 град К физическим свойствам ТРТ относятся физическая, термическая и химическая «стабильности». Сохранение стабильности заданных условий состояния заряда в процессе хранения гарантирует его техническую пригодность и надежность при использовании. Рассмотрим каждую форму стабильности последовательно. Физическая ст а 6 ил ь ность. Под физической стабильностью понимается сохранение постоянства распределения компонентов в заряде.
Прн этом надо иметь в виду, что заряд ТРТ вЂ” это заряд однокомпонентного топлива, где объединены окислитель и горючее. До момента горения эти химически активные компоненты могут реагировать между собой. Естественно, что реакция разложения и газовыделение протекают очень медленно, без заметного энерговыделения, без повышения температуры. Химические реакции в массе заряда могут протекать не только в результате химической активности главных компонентов топлива. В составе топлива могут быть остаточные продукты технологического процесса, например серная или азотная кислота, используемые в процессах нитрации и не удаленные 162 полностью в процессе изготовления ТРТ и др.
В результате таких реакций чаще всего образуются газы. Наличие газов в твердотопливной массе приводит к возникновению газовой диффузии, а наличие твердых продуктов реакции — к изменению состава топлива. Твердотопливный заряд, соприкасаясь с окружающим воздухом, за счет гигроскопичности компонентов впитывает влагу. Из-за гигроскопичности заряда может изменяться его вес (увеличиваться при увлажнении и уменьшаться при высыхании). Могут меняться и размеры заряда (разбухание при увлажнении и уменьшении размера при высыхании). При этом может нарушаться прочность заряда — появляется ползучесть при разбухании и увлажнении. Кроме того, в заряде, как и во всяком изделии, в процессе изготовления возникают внутренние напряжения, которые в процессе хранения несколько изменяются и перераспределяются, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
