химический каталог




Перхлораты: свойства, производство и применение

Автор И.Шумахер

ока; иначе возможно случайное воспламенение.

Высокая плотность окислителя желательна не только для концентрирования энергии ракетного топлива в возможно меньшем объеме, но и для макси мального увеличения объемного соотношения горючего и окислителя. Это не-.обходимо для того, чтобы получить недетонирующий состав* с максимальной энергией без потери текучести, необходимой при создании литого заряда. Кристаллы окислителя должны быть, по возможности, сферическими для обеспечен ния максимальной текучести неотвержденного ракетного топлива; они должны также смачиваться горючей фазой для достижения хороших физических свойств смесевого топлива. Необходимо, чтобы кристаллы были безводными, не гигроскопичными и не претерпевали фазовых превращений при температурах получения и применения ракетного топлива (в случае, например, нитрата аммония превращение фаз происходит при 32 °С, так что изменение температуры серьезно сказывается на стабильности размеров кристаллов). В идеальном случае ни сам окислитель, ни продукты его разложения не должны вызывать коррозию металлов.

Кроме того, для некоторых целей иногда требуется, чтобы продукты сгорания топлива не содержали образующих следы дыма соединений или конденсированных паров.

Скорость горения ракетного топлива. Подобно артиллерийскому пороху, ракетное топливо в зависимости от состава может быть очень взрывоопасно. Но при обычном употреблении оно должно спокойно гореть с заданной, относительно небольшой скоростью, которая зависит не только от состава топлива, но и от его температуры, давления в камере сгорания и распределения фазы окислителя (по размерам частиц) в смесевом топливе.

Одна из главных проблем создания заряда твердого топлива заключается в том, чтобы добиться разложения только с заданной скоростью горения. В результате реакции через сопло должны истекать сжатые газы за период времени, необходимый для разгона ракеты; возможность превращения реакции горения в грозящий катастрофой взрыв должна исключаться.

Твердое топливо в ракетном двигателе обычно воспламеняется с помощью пирозапала или другого устройства, при действии которых обеспечивается выделение тепла в количестве, достаточном для воспламенения основного заряда без интенсивного толчка. Толиво необходимо нагреть с поверхности только в такой степени, чтобы мог начаться пиролиз окислителя и горючего, после

* По-видимому, невозможно получить детонационноспособную смесь с недетонирующим горючим, пока величина объемного соотношения окислителя и горючего не превышает 2,85, что соответствует объемному отношению твердых частиц к пустотам для сфер, характеризующихся объемно-центрированной ¦решеткой с плотной упаковкой.

Применение перхлоратов в ракетном топливе

161

чего источником тепла является реакция между газообразными продуктами разложения. Этот процесс теплопередачи определяет сокрость горения топлива, выражаемую обычно в виде линейной скорости, с которой происходит распространение реакции горения в глубь заряда. Такая скорость горения для большинства твердых топлив оказалась равной примерно от 0,25 см/сек до нескольких сантиметров в секунду. Скорость горения твердого топлива резко отличается от скорости разложения высокоэффективного взрывчатого вещества при детонации; при этом ударная волна может распространяться со скоростью 600— 6000 м/сек в зависимости от плотности, физического состояния и других характеристик взрывчатого вещества76.

Зависимость между скоростью горения топлива, давлением и температурой является важной характеристикой любого ракетного топлива и должна быть учтена при конструировании двигателей и тщательно воспроизводиться в случае последовательных загрузок топлива в камеру сгорания. Для большинства ракетных топлив при давлении в несколько десятков атмосфер эта зависимость может быть выражена эмпирическим уравнением79:

г = ар<1 (а)

где г—линейная скорость горения; рк—давление в камере сгорания; а и п—константы топливной смеси.

Массовую скорость горения для отдельного двигателя находят по формуле: тг =¦ лгрг = Лграр ? (Ь)

где пгг—массовая скорость горения; Аг—поверхность горения заряда; р—плотность топлива.

Для сопла с постоянной площадью, работающего прн давлении, достаточном для создания звуковой скорости газа в горловине (критическом сечении) сопла, имеем:

ти = кАкрлрк (с)

где ти—массовая скорость истечения; Акрс—площадь критического сечения сопла; k—коэффициент истечения.

Для стабильной работы двигателя скорость газообразования должна быть равна скорости его истечения через сопло, т. е.

mT=mn или Атрар" =kAKpcpK

Таким образом, равновесное давление в камере сгорания определяют из уравнения:

Константа п должна иметь значение меньше единицы, иначе стабильная работа двигателя невозможна: давление в камере будет повышаться до тех пор, пока не разорвется корпус или не израсходуется все топливо. При любом из-

11—758

162 Гл VI11 Перхлораты как компоненты ВВ ч ракетного toujUut

менении поверхности горения заряда топлива или ппощади критического сечения сопла б\дет меняться равновесное давление, пока обе поверхности одновременно не изменятся так, что их отношение станет постоянным Это отно шение 4г/Лкрс=К является важным параметром при конструировании ра кетиых двигателей

Чем меньше значение п тем менее чувствителен двигатель к небольшим изменениям его размеров, влияющим на константу К, или к случайным изменениям, опредетяющнм юнстапт> а, сл\жащ>ю мерой действительной ско рости горения топлива Значение п сильно зависит от состава окислителя и для некоторых окислителей так велико, что регулировать давление в камере затруднительно или невозможно Перхлорат аммония самостоятельно (или в сочетании с перхлоратом калия) может применяться в смеси с рядом горючих для получения ракетного топлива, характеризующегося величиной п ниж^ 0,6, горящего с постоянной скоростью 0,5—2 5 см^сек при любом рабочем давлении, которое может изменяться от 14 до 140 am

Одним из методов изменения значения константы К является увеличение поверхности горения заряда АГ за счет придания ему специальной конфигурации, например применения полых или перфорированных зарядов различной фор мы с постоянной или изменяющейся поверхностью горения в зависимости от степени развития реакции77- 80

Конфигурация зарядов влияет также на стабильность горения смесевого топлива81 Гели окислителем служит перхлорат аммония, а связующим—термореактивное (затвердевающее при нагревании) горючее, наиболее стабильное горение достигается при использовании стержня, горящего с торца, несколько хуже действует трубчатая шашка, в случае же шашки с звездообразным перфо рированным каналом горение протекает особенно неравномерно Таким образом, изменение конфигурации заряда для увеличения тяги может сильно ухуд шить стабильность горения

Нежелательное изменение величины поверхности горения, что объясняет ся, например горением заряда снаружи, можно уменьшить соответствующим покрытием (обшивкой) камеры, а также скреплением заряда непосредственно со стенками корпуса или камеры сгорания Возможное растрескивание заря дов вследствие термического расширения предотвращается либо приданием за ряду определенной эластичности либо сведением до минимума концентрации напряжений

Недавно было введено в употребление понятие «критический диаметр», это, вероятно, позволит ограничить размеры зарядов в любом составе до определенных пределов, при соблюдении которых наблюдается нормальное (без детонации) горение топлива82 Для топлива на основе нитрата аммония необходи мость такого ограничения размеров зарядов подтвердилась83, условия, в кото рых возможна детонация других составов Спри большой массе топлива) еще изучаются84 Однако испытание двигателя тяжелой ра<еты с запасом твердого топлива 10 m прошло успешно85

Процесс горения, происходящий на поверхности смесевого ракетнот топлива, весьма сложен и поэтому не поддается точному математическому описанию Вся поверхность горючей фазы усеяна крошечными островками окислителя Горючее и окислитель пиролизуются под влиянием тепла, которое пере даете я из расположенной под ними зоны горения Каждая подвергшаяся воздействию тепла частица окислителя выделяет маленькую струйку обогащенного кислородом газа, который реагирует с близлежащими продуктами пиролиза горючего, поскольку они смешаны в конусообразной реакционной зоне ^ прощенная схема процесса горения твердого ракетного топлива представлена на рис 13 Образующееся при этом пламя по форме до некоторой степени подобно пламени над решеткой горелки Микера не отличается быстротой возникнове иия роста, уменьшения и исчезновения отдельных струек по мере того, как подвергнутся воздействию и расходуются частицы окислителя

Применение перхлоратов в ракетном топливе

163

Наиботее серьезная попытка проанализировать процесс горения топлива была предпринята Саммерфилдом с сотр 8G, которые с помощью упрощающих предположений получили следующее выражение

"f=-f+ НЛИ ^ = а + йРк3 (е)

г рк р^ г

Графическая зависимость pjr от р^ 3 близка к прямой л

страница 40
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Перхлораты: свойства, производство и применение" (2.31Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
пленка оракал цена
http://taxiru.ru/zakon69-2/
tutti impression
автомобиль класса комфорт

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(18.12.2017)