Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Добавка пикратов дает увеличение температуры и скорости сгорания заряда [7, 40). 166 Присадки — катализаторы — ускорители горения Иногда по условиям работы двигателя возникает необходимость в увеличении скорости горения заряда в целом или скорости выгорания определенной его части. Тогда в состав топлива вводят присадки — ускорители горения. Это, главным образом, окиси, двуокиси и карбонаты металлов в количестве от 0,5 до 1,5$. К числу таких присадок относятся: окись магния МпО, окись свинца РЬО, двуокись железа ГегОв двуокись свинца РЬОь карбид свинца или углекислый свинец РЬСОа и др. Эти присадки могут обеспечить увеличение скорости сгорания в 1,5 — 2,0 раза по сравнению с нормальной, т. е.
свойственной данному топливу. Присацкн — стабилизаторы горения Для устранения возможности возникновения детонационного горения можно применять стабилизаторы скорости сгорания в количестве от 0,5 до 1,Ое7о. Как правило, это вещества с высокими температурами плавления и кипения. Обычно широко используются углекислый кальций СаСОа с температурой плавления 2783 К, кипения 3123 К, окись титана Т1От с температурой плавления 2073 К, а кипения более 3270 К. Присацки — замедлители горения Присадки — замедлители горения часто называют «флегматизаторами». Все они обладают хорошей адгезией и могут использоваться как связующие добавки. Их действие как замедлителей горения довольно эффективно и добавка от 1,0 до 2,0о7о обычно снижает скорость сгорания в 1,5 — 2,0 раза.
В качестве замедлителей — флегматнзаторов горения обычно используются органические смолы, битумы, канифоль, шеллак, ндитол, бакелит, каучук, эбонит и др. Технологические присадки Эти присадки используются в процессе изготовления топливных зарядов ракет, например, для уменьшения трения массы топлива при продавливании через пресс-форму. Технологические присадки или добавки иногда являются пластификаторами в процессе изготовления, они обычно распределяются по поверхности заряда и в процессе хранения быстро улетучиваются.
На процесс сгорания и тягу двигателя они почти не оказывают влияния, так как вводятся в количестве от 0,5 до 1,Осего. В качестве технологических присадок применяются технический вазелин с температурой кипения 633 К, плотностью 0,67— 0,86 г/смг, воск пчелиный с температурой кипения 342 К, плот- 167 постыл 0,68 г/сме и др. Они широко используются в промышлен- ности, действуют как смачивающие и эмульгирующие вещест- ва, не токсичны. Параметры ТРТ в процессе горения Скорость гореннн ТРТ Скорость горения ТРТ одна из самых важных характеристик топлива, ее зависимость от ряда условий существенно влияет на работу двигателя ~2, 39, 251.
Под скоростью горения твердого топлива понимают обычно скорость распространения реакции горения от поверхности в глубь массы заряда. Скорость горения ТРТ можно рассматривать как линейную величину, ее размерность см/с. Однако иногда возникает необходимость установить количество выгорающего в единицу времени вещества, в таком случае скорость горения можно рассматривать как массовую скорость и измеряться она будет объемными или массовыми единицами за секунду,например см'/с или г/с. В практике используется в большей степени линейная скорость горения.
На скорость горения существенное влияние оказывает состав компонентов топлива, например, топливо с нитратом натрия имеет ббльшую скорость горения, чем топливо с нитратом бария. На скорость горения, кроме состава, может влиять химическая активность компонентов, главным образом окислителя.
Так топлива с окислителями на перхлорате обычно имеют скорость горения ббльшую, чем топлива с окислителем на основе нитратов. Увеличение плотности топлива за счет прессования также повышает скорость горения. На скорость горения влияет влажность заряда, чем она выше, тем ниже скорость горения.
Тип и характер оболочки заряда, его бронировка также существенно влияют на скорость горения. Так бронировка может уменьшить скорость горения за счет теплоотвода в слоях адгезированного топлива и увеличить скорость горения за счет теплопроводности в тех случаях, когда такая бронировка не имеет теплоотвода во внешнюю среду. На скорость горения существенно влияет степень измельчения составляющих веществ и качество перемешивания.
Чем мельче раздроблены частицы составляющих компонентов, тем выше скорость горения. Чем лучше перемешаны компоненты топлива, тем выше скорость горения. В настоящее время для увеличения скорости горения топливной массы начинают широко внедряться методы, основанные на теплопроводности специальных элементов, устанавливаемых в массе заряда. Это проволочки, ленты из металлической фольги, трубки или стержни из быстрогорящей массы топлива. Из всех перечисленных условий, влияющих на скорость горения, самое большое и важное значение имеют давление и температура среды, в которой протекает процесс горения. Зависимость скорости горения от давления среды, т.
е. давления в камере сгорания, многократно определялась экспериментально и подчиняется простым математическим зависимостям. В общем виде зависимость скорости горения от давления показана на г гг Ш рис. 4.2. График представленной зависимости принято условно делить на три части по пределам дав- рм лення в камере сгорания. и=а,еар тьг Первая часть кривой скорости и=икр" горения относится к давлениям приблизительно от 70 до 100 кгс/смт дкгс/снг и в этой части изменение скорости горения подчиняется уравнению и=и,р". 14. 3) Здесь ио — скорость горения, известная для какого-то начально- го давления р= 1 кгс/см' и /=20' С "; р — давление в камере сгорания; и — показатель степени, определяемый эксперименталь- но, а(1. Во второй части графика скорость горения подчиняется зависимости и=ив+ Ьр=и,+1аа р, (4. 4) где /г=1да также определяется экспериментально в зависимости от состава топлива. Уравнение 4.4 может быть справедливо в пределах давления в камере от 80 до 180 кгс/сма.
В третьей части графика, которая условно относится к давлениям выше 200 кгс/см', зависимость скорости горения подчиняется уравнению и=и,р", здесь лт — значительно больше единицы. Третья часть графика относится к артиллерийским порохам н.топливам с очень большой скоростью горения. В ракетной технике используются топлива, скорость горения которых подсчитывается по уравнениям 4.3 или 4.4 116, 61]. 1. Топливо /Р— и= иеРа= 0 0834 Роп. 2. Топливо 1Рг / †и=м"=0,0879 рома. 3.
Топливо кР/з/ — и=ив+/гр=0,51+0,0043. * В ряде литературных источников иа рассматривается как коэффициент, имеющий размерность скорости. !69 Форма н броннрованне заряда Влияние формы заряда и размеров поверхностей горения на характер выгорания топлива, величину давления в камере и на характер кривой тяги двигателя по времени его работы очень велико. С изменением формы заряда меняется газовыделение в единицу времени, а это приводит к изменению давления в камере. Изменение давления в камере, в свою очередь, приводит к изменению тяги двигателя. Меняя форму заряда или размеры поверхности горения, можно в широких пределах менять давление рн и тягу двигателя по времени горения заряда.
Если прн горении заряда поверхность горения последовательно уменьша- 5(зр 5»5» зл 5в 5 5 5 Ювз 0ронирабки бронирпбка Рнс. 4,3. Формы зарядов твердого топлива етсЯ, т. е. имеет место Условие 5/5о(1, где 5 — текУщаЯ повеРхность горения, а 5, — начальная поверхность горения, то такую поверхность горения называют «дегрессивной». Если при горении заряда поверхность горения увеличивается, т. е.
имеет место Условие 5!5в>1, то такаЯ повеРхность называетсЯ «пРогРессивной». При условии 5~5о=! поверхность называется «нейтральной». Покрытие поверхности заряда слоем негорючего или медленно горящего материала называется бронированием заряда. Бронировка может наноситься на внутреннюю, внешнюю, илн торцовую поверхности заряда. Во всех случаях поверхность заряда, покрытая бронировкой, не участвует в процессе горения и не дает газовыделения. Влияние формы заряда и его бронировки на характер выгорания топлива очень важно и позволяет подбирать желаемую форму кривой тяги двигателя по времени его работы.
Рассмотрим это положение на ряде примеров с различной формой зарядов и разными способами бронировки зарядов. На рис. 4.3 показаны три типичные формы заряда: две формы — сплошной цилиндр, третий случай — цилиндр с внутренним цилиндрическим каналом. Если поверхность заряда не бронирована, горение будет идти послойно по всем поверхностям. С изменением торцовых поверхностей зарядов можно не считаться, если они относительно малы. Тогда первый заряд будет де- 17! грессивным, з<зя. Кривая зависимости тяги от времени будет иметь вид, показанный на рис. 4.4 участком кривой 1 (дегрессивное горение).
Здесь участок кривой от О до р „ отвечает условиям распространения пламени по всей поверхности заряда. Это время мало, несколько сотых доли секунды, и поэтому кривая идет вверх очень круто. Второй заряд цилиндрической формы, сплошной, бронирован по наружной поверхности, горение может осуществляться толь- ко по торцовой поверхности.
Кривая ят тяги показана на рис. 4.4 участком (( Л' (горение по постоянной поверхности, з=зо). Третий заряд прогрессивный, з)зя. Горение не распространяется по наружной поверхности цилиндра, так "я~ как она бронирована. Горение идет только по повсрхности внутреннего натяги в зависимости пт врс- "ала, и здесь поверхность горения увемеяи ддя трех форм горе- личивается. Кривая тяги в зависимости иия. от времени для этого заряда показана 1 дсгрссспвяпе: г! — с постояв- на рис. 4. 4 участком П1 (прогрессив" ппа поверхностью тсэвааа' ное горение) . Применяя наружную бронировку и меняя форму внутреннего канала зармда, можно в широких пределах изменять характер тяги двигателя по времени его работы, т.
е, времени горения заряда. На рис. 4.5 показаны два цилиндрических бронированных по наружной поверхности заряда, но с каналом сложной формы. Тут же показаны кривые изменения тяги по времени для этих зарядов. В обоих случаях в начале графика тяги от О до точки а идет воспламенение заряда, затем до точки 6 горение прогрессивно и тяга растет. Далее поверхность горения уменьшается, горение дегресснвно и кривая тяги падает до точки г(, когда сгорают последние части заряда и тяга прекращается. В заряде А после воспламенения горящая поверхность резко увеличивается за счет крестообразных прорезей — этот участок отмечен на рисунке заряда пунктиром, а на диаграмме тяги по времени соответствует отрезку а — 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
