Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 37
Текст из файла (страница 37)
е. происходит релаксация напряжений. Этот процесс может вызвать внутреннее перенапряжение материала и местные растрескивания заряда, что исключает его использование. Таким образом, физическая стабильность предусматривает минимальное перераспределение компонентов в результате газовой диффузии, стабильность массы (за счет постоянства влажности), релаксацию напряжений без растрескивания заряда.
Термическая ст а бил ь ность. Под термической стабильностью заряда ТРТ понимается растрескивание топливной массы в результате действия образовавшихся газов и изменения внутреннего давления. Выше уже говорилось, что в процессе хранения заряда ТРТ возникают медленно протекающие окислительные реакции, в результате которых образуются газы.
Под действием внешней температуры или при термостатировании количество накопившихся газов в массе заряда может оказаться значительным, при этом заметно увеличивается внутреннее давление, газы разрывают массу заряда и выходят наружу. Образующиеся трещины опасны потому, что резко увеличивают поверхность горения заряда, при этом нарушается заданный закон выгорания массы ТРТ и меняется тяговая характеристика двигателя. Если трещин много, то заряд может сгореть с очень большим газовыделением, что может привести к взрыву двигателя.
Химическая ст а 6 ил ь ность. Под химической стабильностью ТРТ понимается способность заряда длительное время сохранять свой состав без разложения, возникающего в результате медленно протекающих окислительных реакций в процессе хранения заряда. Абсолютная химическая стабильность для однокомпонентного топлива практически невозможна. Но задержать процессы разложения ТРТ в условиях хранения можно на довольно значительный срок. Для этого в состав топ- лиза вводятся спецнальные присадки — стабилизаторы химической стойкости. Процесс химического разложения заряда в начале хранения протекает медленно, затем характер его изменяется в приобретает экспоненциальный вид, подчиняясь закону Аррениуса: Е В'= Аше (4. 2) здесь В' — скорость реакции разложения; А — предэкспоненциальный множитель; т — масса заряда; Š— энергия активации; Р— газовая постоянная; Т вЂ” температура в зоне реакции.
В процессе длительного хранения любой заряд ТРТ теряет свою химическую стабильность и тем больше, чем дольше он хранился. В результате химического разложения заряда, а иногда и физических процессов (например, испарения нитроглицерина) в баллиститном топливе под оболочкой заряда скапливается небольшое количество ТЛР, заряд становится опасным. При малейшей неосторожности, например, резком толчке, ударе может произойти взрыв заряда.
Поэтому очень опасны снаряды, авиабомбы, ракеты и заряды, пролежавшие много лет на скла. дах нли в земле. Технические свойства ТРТ 164 К группе технических свойств твердого ракетного топлива относятся различные свойства присадок, добавляемых к основному составу топлива, свойства и технология нанесения на заряд броннрующих составов, допуски на размеры и прочностные свойства зарядов [38, !6, 54). В качестве присадок или добавок обычно используется ряд химически активных элементов, которые вводятся в основной состав топлива при изготовлении заряда (7). Присадки добавляются в небольшом количестве — обычно от 0,5 до 3 — 4з/0 веса или объема основной массы топлива.
Основное назначение присадок — улучшить ряд важных свойств топлива, например повысить химическую стойкость, увеличить или уменьшить скорости сгорания, увеличить плотность заряда и т. д. В зависимости от требований к свойствам на практике виды присадок, их рецептура, количество и комбинации могут меняться в широких пределах. Ниже приводятся только основные виды присадок, сгруппированных по свойствам, которые они придают основному топливу. Присадки — стабнлнааторы хннннсской стойкости Основное назначение присадок — стабилизаторов химической стойкости — улучшить сохраняемость топлива, удлинить сроки его хранения.
Механизм действия присадок — стабилизаторов химической стойкости сводится к поглощению окислов азота, выделяющихся в процессе хранения при медленном химическом или термическом разложении однокомпонентного топлива. Термическое разложение является общим явлением для всех однокомпонентных топлив, оно зависит от температуры заряда и идет тем быстрее, чем выше температура. Процесс термического разложения топлива определяется разложением нитратов целлюлозы и многоатомных спиртов. Химический, гидролптический распад однокомпонентного топлива объясняется течением процессов омыления, расщепления нитратов и их внутримолекулярного окисления.
Гидролитические процессы значительно ускоряются в присутствии влаги воздуха, влаги и остатков кислот как технологических продуктов. В отличие от термического разложения прн низких температурах прн гндролитическом распаде не происходит выделения газообразных продуктов. При хранении, как правило, процессы химического разложения ускоряются за счет автокаталнза. В качестве основной и очень давно известной присадки для улучшения химической стойкости используется дифениламин (СаН,),ИН.
Это мелкозернистое вещество белого или темно-желтого цвета с характерным запахом. Дифениламин поглощает окислы азота и пары азотной кислоты, при этом цвет заряда изменяется от темно-коричневого до черного. Добавляется дифениламин к основному топливу в количествах не более двух процентов. Дифениламин имеет температуру плавления 327 К, кипения 575 К и плотность около 1,7 г/см', плохо растворяется в воде (7). Широко используются добавки, называющиеся центролитами. Это симметричная алкилированная днфенилмочевнна. По химическому воздействию на нитраты целлюлозы и многоатомные спирты (ТЛР) центролиты лучше дифеннламина, так как не вызывают омыления.
Центролиты добавляются в количестве не более 3 — 4о/а. В этих пределах они оказывают оптимальное стабилизирующее действие. Центролит представляет собой твердое кристаллическое вещество белого или слегка желтоватого цвета, имеющее плотность у=1,8 г/см', температуру плавления от 347 до 393 К и температуру кипения около 598 К.
Состав центролитов довольно сложен. Они токсичны и могут вызывать сильное поражение кожи. Необходимо пользоваться защит ными средствами, такими как поглощающий противогаз, фартук, сапоги и перчатки. Продолжительность хранения однокомлонентных топливных зарядов является очень важным элементом в решении таких задач, как определение необходимых про- 165 изводственных мощностей заводов, складов, системы контроля за состоянием зарядов и т. д.
Определение точных, гарантированных сроков безопасного хранения зарядов твердого топлива является очень трудной задачей. Время хранения зависит от состава топлива, технологии его изготовления, условий хранения, т. е. температуры и влажности окружающей среды и пр. Продолжительность хранения различных твердых топлив, содержащих стабилизаторы, как показывает практика, весьма значительна. Энергетнческне нрнсанкн Основное назначение энергетических присадок сводится к увеличению энергетических показателей твердотопливного заряда, т.
е, к повышению теплопроизводительности, плотности топлива, температуры сгорания и степени газообразования, газовой постоянной продуктов сгорания или уменьшению их молекулярного веса. Подбор присадок целесообразно вести таким образом, чтобы получить одновременное увеличение нескольких показателей, например температуры сгорания и плотности. В качестве энергетических присадок наиболее широко используются металлы: магний, алюминий, бериллий, бор, литий и др.
Иногда добавляются пикраты взрывчатых веществ, например пикрат калия, пикрат аммония и др. Энергетические присадки вводятся в состав основного топлива в процессе изготовления в количестве от 5 до 20%. Оптимум обычно устанавливается экспериментально в каждом отдельном случае. Остановимся очень кратко на некоторых свойствах энергетических присадок. Магний и алюминий применяются наиболее широко (особенно алюминий) как присадки, способствующие увеличению плотности заряда и обеспечивающие значительное увеличение температуры сгорания. Добавка алюминия до 15% может обеспечить увеличение плотности смесевых топлив более 2,0 г/см' и температуры сгорания до 3000 К. Магний и алюминий вводятся в топливо в виде металлического порошка, что способствует их равномерному распределению по заряду. Материалы эти сравнительно дешевы и доступны в производстве.
К сожалению, алюминий обладает низким газообразованием (чистый — около 220 л/кг) и дает в продуктах сгорания твердую фазу в виде А1,0„ что значительно снижает удельный импульс. Удельный импульс бериллия и лития выше, так как оба обладают хорошим газообразованием, с увеличением процентного содержания этих присадок общее газообразование топлива растет. Они увеличивают температуру сгорания более умеренно, чем алюминий, но они дороги, трудны в эксплуатации из-за токсичности (особенно бериллий), а литий еще и коррозионноактивен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
