Химические ракетные топлива

76 
Окислитель твердого ракетного топлива – вещество, содержащее 
в основном окислительные элементы, атомы которых, независимо от 
их состояния в молекуле, способны принимать или смещать к себе 
электроны восстановительных элементов горючих веществ в процессе 
соединения с ними в условиях горения топлива. 
В общем случае для окислителя ТРТ необходимым условием яв-
ляется лишь наличие окислительных элементов в достаточном количе-
стве. В частном случае если в топливе содержится преимущественно 
металлическое горючее, то это условие может быть достаточным, так 
как атомы окислительных элементов, уже связанные с водородом и 
углеродом в молекуле окислителя, в процессе горения способны окис-
лить металл, обладающий меньшей электроотрицательностью, чем 
водород и углерод. 
В качестве критерия достаточности содержания окислительных 
элементов в окислителе СТРТ используют коэффициент обеспеченно-
сти окислительными элементами α
ок
. Если окислительных элементов 
достаточно лишь для полного окисления горючих элементов, входя-
щих в молекулу окислителя, то α
ок
=1,0. При их избытке α
ок
>1,0, а при 
недостатке α
ок
<1,0. Как правило, в качестве основного окислителя в 
СТРТ используют вещества с α>1,5 с тем, чтобы обеспечить окисление 
основного горючего хотя бы частично. 
В состав СТРТ могут входить также энергоемкие вещества, – до-
полнительные окислители ,содержащие окислительные элементы, с
α
ок
<1,5. Это некоторые ВВ, например, гексоген и октоген, имеющие 
α
ок
=0,67. 





m
i
г
i
i
m
i
ок
i
i
ок
a
n
a
n
1
1
)
(
)
(

(3.1) 
где(a
i
)
ок
и (a
i
)
г
– окислительные числа i-ого окислительного и восстано-
вительного элементов соответственно в продуктах полного окисления, 
(n
i
)
ок
и (n
i
)
г
– числа атомов окислительного ивосстановительного 
элементов соответственно в молекуле окислителя. 
Кроме коэффициента αок в качестве показателя эффективности 
окислителя используют содержание так называемого свободного, или 
активного, окислителя, в частности кислорода. Свободной принято 
считать ту массовую долю окислительных элементов, которая остается 
после окисления горючих элементов, содержащихся в окислителе, и в 
процессе горения может окислить горючие элементы, содержащиеся в 
других компонентах топлива. Содержание свободного кислорода в 

77 
окислителе принято выражать в процентах от относительной молеку-
лярной массы вещества. Например, в перхлорате нитрония NO
2
ClO
4
все 
окисляющие элементы «свободны», так как горючие элементы отсут-
ствуют. Следовательно, общее содержание и содержание свободного 
кислорода совпадают. 
В нитрате аммония общее содержание кислорода составляет
60 %, а свободного лишь 20 %, так как остальные 40 % расходуются на 
окисление собственного горючего – водорода: 
2NH
4
NO
3
→ 2N
2
+4H
2
O+O
2
O → 60 % 
20 % . 
В случае низкого содержания свободного кислорода (менее 30 %) 
для достижения необходимого уровня коэффициента α потребуется 
значительная массовая доля его в составе окислителя СТРТ (до 90 %), 
что может быть неприемлемым из-за недопустимо низкого значения 
реологических и механических характеристик топлива в этом случае. 
Наряду с активностью и содержанием окислительных элементов 
эффективность окислителя как компонента СТРТ определяется также 
такими характеристиками, как энтальпия образования, плотность, 
удельный объем газообразования и др. 
С учетом требований, предъявляемых к СТРТ, основные требова-
ния к окислителям заключается в следующем: 

содержать достаточное количество (не менее 30 %) свободных 
окислительных элементов; 

иметь возможно большую энтальпию образования и плотность; 

в молекуле окислителя должны отсутствовать элементы с боль-
шой молекулярной массой. Продукты разложения окислителя и про-
дукты взаимодействия их с горючим должны иметь возможно мень-
шую молекулярную массу, высокую термостабильность и возможно 
больший удельный объем газов. 

должны иметь высокую физическую и химическую стабиль-
ность, отсутствие фазовых и физических переходов, а также взаимо-
действия с другими компонентами в температурном диапазоне произ-
водства и эксплуатации. 

должны обладать возможно меньшей чувствительностью к 
внешним воздействиям в условиях производства и эксплуатации. 

должны обеспечивать возможность получения широкого спек-
тра размера частиц для обеспечения высокой плотности их упаковки в 
объеме топлива и регулирования механических, реологических и бал-
листических характеристик без изменения химического состава СТРТ. 

необходимо наличие широкой сырьевой и промышленной баз, 
возможность их ассимиляции. 

78 
С учетом этих требований и, как указано в начале раздела 3, в ка-
честве основных окислителей СТРТ используются нитраты, перхлора-
ты, нитросоединения. 
Нитраты. Широко используются калиевая (KNO
3
) или натриевая 
(NaNO
3
) селитры и нитрат аммония (NH
4
NO
3
). Это твердые кристалли-
ческие вещества, очень гигроскопичные, со слабым характерным запа-
хом. 
Нитраты калия и натрия (селитры) имеют среднюю плотность 
около 2,1 г/см
3
, температуру плавления 579-606 К (306-333 

С), отно-
сительную долю кислорода от 47,5 до 56,4 %. Нитрат аммония имеет 
меньшую плотность, равную 1,7 г/см
3
, температуру плавления 442 К 
(169 

С), относительную долю кислорода ~ 60 %. Сильное нагревание 
нитратов калия и натрия сопровождается их разложением по схеме 
2KNO
3
→ 2KNO
2
+O
2
. 
Термический распад нитратов с отщеплением окислов азота на-
ступает лишь при температурах порядка 1073-1273 К (800-1000 

С). 
Освободившийся кислород используется для сжигания горючих связок 
твердого топлива. 
При сгорании топлив на основе селитр образуется дым, содержа-
щий большое количество веществ в твердой фазе, газообразование при 
этом мало. 
Ранее селитры использовались в пиротехнических составах, позд-
нее в дешевых твердых топливах массового производства. 
Нитрат аммония NH
4
NO
3
– самый дешевый окислитель, произво-
дится в очень больших количествах методом синтеза из воздуха, ши-
роко используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Разло-
жение нитрата может дать до 60 % кислорода. Газообразование нитра-
та аммония выше, чем у других нитратов, за счет водяных паров и сво-
бодного водорода в продуктах реакции. Нитрат аммония гигроскопи-
чен, не ядовит и почти не обладаеткоррозионной активностью. 
Нитрат аммония применяется со второй половины XX-ого века 
при изготовлении ВВ (аммонитов для снаряжения боеприпасов), в га-
зогенерирующих составах для различных устройств авиационной и 
ракетной техники: катапультирующиеся сиденья, пироклапаны, пуско-
вые камеры ТНА ЖРД и др. В последние годы нитрат аммония рас-
сматривается применительно к созданию экологически «чистых» 
СТРТ, так как продукты его сгорания не содержат хлорсодержащих 
компонентов. При замене перхлората аммония на нитрат аммония 
представляется возможным создание СТРТ с достаточно высокими 
энергомассовыми характеристиками: 
на основе инертного связующего J

жүктеу/скачать 1.91 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: