Химические ракетные топлива
жүктеу/скачать 1.91 Mb. Pdf көрінісі
|
| п
прекращается. Величина k п зависит от давления и при p≤10 МПа для разных топлив находится в диапазоне от 80 до 120. Экспериментально показано, что при k>k п турбулентность потока проникает в реакционную зону. Для учета влияния скорости продуктов сгорания на скорость горения ТРТ был введен коэффициент «раздува- ния» (3.9) где u w и u 0 – скорость горения с учетом и без учета эффекта эрозии, соответственно. Для расчета коэффициента «раздувания» используют следующие зависимости (3.10) гдеw п – пороговая скорость течения газов, δ– дельта функция, равная (3.11) где k х , k w – эмпирические коэффициенты. Кроме рассмотренных внешних факторов скорость горения может зависеть от деформации топлива, массовых перегрузок (во вращаю- щихся снарядах, когда перегрузки достигают 2000 д) и других факто- ров. Внутренние факторы. К внутренним факторам относятся свойства окислителей, ГСВ и металлических горючих. 1. Природа окислителя. Экспериментально показано, что скорость горения безметалльных топлив на основе каучука зависит от природы монофракционного(d<50 мкм) окислителя. Такая зависимость для че- тырех окислителей – перхлората калия (ПХК), перхлората аммония (ПХА), ADN и нитрата аммония (НА) представлена на рисунке 3.10, из которой следует следующий ряд скоростей горения u ПХК >u ADN >u ПХА >u НА Как показывает анализ, это влияние обуславливается уровнем α содержания окислительных элементов k, термохимическими характе- ристиками и собственной скоростью горения окислителя. 103 Рисунок 3.10 – Зависимость скорости горения СТРТ от природы окислителя и содержания ГСВ: 1 – НА; 2 – ADN; 3 – ПХА; 4 – ПХК Термостойкость и скорость разложения ГСВ определяют эффек- тивную концентрацию окислителя в реакционных зонах и тем самым влияют на скорость горения топлива. Кроме того, скорость горения в значительной мере зависит от химического и фазового состава продук- тов разложения связующего, их реакционной активности. Влияние металлического горючего на скорость горения СТРТ объясняется воздействием его преимущественно на температуру в зо- нах горения. В зависимости от свойств металла и параметров процесса базовой композиции топлива металл может выступать или как тепло- выделяющая, или как теплопоглощающая добавка. Этим и обусловле- но в общем случае неоднозначное влияние металла на скорость горе- ния топлива. Для конкретного вида металла скорость горения в большей сте- пени зависит от дисперсности и в меньшей степени от его содержания в топливе. Исходя из свойств окислителей, ГСВ и металлических горючих при композиционной разработке базовых составовСТРТ используются химические способы регулирования скорости горения для обеспечения требуемых баллистических характеристик зарядов РДТТ, которые включают в себя изменение дисперсности и фракционного состава на- полнителей и введение катализаторов и ингибиторов горения. Наиболее активным способом регулирования скорости горения является изменение дисперсности ПХА. В большинстве случаев при уменьшении размера частиц окислителя скорость горения увеличива- 104 ется (рисунок 3.11), что применительно к ПХА объясняется следую- щим образом. Рисунок 3.11–Зависимость скорости горения бутилкаучукового СТРТ от дисперности ПХА С увеличением дисперсности уменьшается время разложения час- тиц ПХА, увеличивается площадь контактного взаимодействия с ГСВ, интенсифицируется тепловыделение в к-фазе и, как следствие, увели- чивается скорость горения. В то же время из-за снижения гетерогенно- сти поверхности горения уменьшаются размеры зоны диффузионного смешения, и увеличивается влияние температуры г-фазы. На практике изменение скорости горения СТРТ достигают варьи- рованием соотношения между крупной (160-315 мкм), мелкой (менее 50 мкм), высокодисперсной (менее 10мкм) и ультрадисперсной (менее 1 мкм) фракциями окислителя. Пределы изменения скорости горения топлив за счет фракцион- ного состава окислителя зависят от природы ГСВ и, например, при замене 75 % крупной фракции ПХА на мелкую прирост скорости горе- ния составляет от 25 до 45 %. Для топлив с быстрогорящим окислителем ADN на основе «пас- сивных» ГСВ наблюдается обратный характер зависимости скорости горения от размера частиц окислителя по сравнению с топливами на основе ПХА. Это объясняется тем, что в топливах с «пассивными» ГСВ, в качестве ведущего процесса можно рассматривать выгорание быстрогорящих частиц окислителя из полимерной матрицы, играющей роль теплопоглотителя. Для таких топлив существует некоторый кри- тический минимальный диаметр d кр , меньше которого горение СТРТ невозможно. В частности, для топливной композиции на основе СКД-К и ADN (30:70) значение d кр ≈10 мкм. u 105 Скорость горения СТРТ зависит также от дисперсности металли- ческих горючих, в частности, алюминия. В практике используют алю- миниевые порошки, размер частиц которых изменяется от 0,1 до 30 мкм, а удельная поверхность от 0,2 до 20 м 2 /г, при этом скорость горения СТРТ изменяется в 1,5-2,0 раза. Для регулирования баллистических характеристик СТРТ исполь- зуются каталитические и ингибирующие добавки. Катализ (ускорение) и ингибирование (замедление) процесса горения осуществляется за счет влияния модифицирующих добавок на термическое разложение окислителя и ГСВ, а также на взаимодействие продуктов их разложе- ния. В качестве основного катализатора для перхлоратных топлив ис- пользуют ферроцен (C 5 H 5 )2Fe и различные его модификации, эффек- тивность которых зависит от содержания в них железа. Наиболее эффективными ингибиторами являются неорганические соединения щелочных и щелочно-земельных металлов. В частности, в топливах со смешанным окислителем ПХА и ADNиспользуют оксид кальция, закапсулированный в инертную оболочку. Это необходимо, чтобы исключить в процессе производства и хранения зарядов химиче- ский контакт между несовместимыми CaO 4 и ADN. Уровень баллистических характеристик существующих составов СТРТ находится в широких пределах. Так диапазон скорости горения меняется от 2 до 150 мм/с при стандартных условиях. Зависимость скорости горения СТРТ от давления практически для всех СТРТ при- нимается в виде u=u 1 ·pv. Для всей совокупности СТРТ величина пока- зателя ν находится в пределах 0,1-0.7.а температурный коэффициент α tu =0,1-0,3 %/град, при этом величины v и α tu зависят не только от со- става и структуры топлива, но и от диапазона давлений и температур, для которых они экспериментально определяются. Широкий диапазон скорости горения и её зависимости от давле- ния достигают с помощью ингибиторов (фторид лития и др.) и катали- заторов (ферроцен, диэтилферроцен, медь-хром окись и др.) горения. Анализ баллистических характеристик металлосодержащих пер- хлоратных СТРТ без ВВ показывает, что их уровень несущественно отличается от уровня безметальных топлив. Лишь скорость горения некоторых составов с металлом при низких давлениях в 1,0-2,0 раза выше, чем безметальных. Перхлоратные топлива, как правило, при давлении p=4 МПа имеют скорость горения 8-10 мм/с, v=0,25-0,40, α ut =0,12-0,25 %/град. При этом тип ГСВ не оказывает заметного влияния. 106 Топлива на основе окислителя ADN и «активных» ГСВ имеют более высокую скорость горения, по сравнению с перхлоратными СТРТ при v=0,4-0,6 и α ut =0,2-0,3 %/град. Эти особенности СТРТ с ADN обусловлены, прежде всего, высокой скоростью горения самого окис- лителя и способностью к самостоятельному горению ГСВ. Баллистические характеристики перхлоратных топлив с октоге- номнаходятся примерно на том же уровне, что и характеристики ана- логичных топлив без октогена. В отдельных случаях наблюдается уменьшение скорости горения СТРТ при замене части ПХА на окто- ген. Октогенсодержащие составы с активным ГСВ характеризуются повышенной зависимостью скорости горения от давления и темпера- туры. Замена части ПХА на ADN также приводит к увеличению скоро- сти горения. жүктеу/скачать 1.91 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|