химический каталог




Перхлораты: свойства, производство и применение

Автор И.Шумахер

инии Проекции то чек кривой на ось pji дают величины а, значения константы b определяются на клоном кривой Имеются существенные доказательства того, что график лучше выражает рассматриваемую зависимость, чем эмпирическое экспоненциальное уравнении (а), даже если при этом намеренно пренебрегают некоторыми факто рами, например теплопередачей путем излучения

Продукты сгорания • при максимальной температуре отмени

ШШШШШ! ^а^%аоТмая

Зона, обогащенная горючим

Р (Ь <0 ° <Ъ *^л<3--Окислитель

-ер- ^

•О ° о, О

Твердая фаза

Рис 13 Упрощенная схема процесса горения твердого ракетного топлива

На основе и зучения процесса горения можно сделать вывод, что на сш> рость горения оказывают влияние размеры частиц окислителя щиобые добавки, ускоряющие пиролиз компонентов топлива, т е его состав Оба эти фак тора учитываются при создании и усовершенствовании в производстве гпециаць ных ракетных топлив В общем, чем меньше частицы окислителя тем быстрее происходит горение Поэтому иногда можно приготовить ряд составов с различными скоростями горения простым изменением размеров частиц окислителя79 Это позволяет также компенсировать влияние небольших случайных изменений качества последовательных партий компонентов без нарушения химического состава и таким образом повлиять на другие свойства например удельный импульс, изменения которых могут быть еще менее допустимы чем колебания скорости горения

На более ранних стадиях разработки ракетного двигателя, обладающего высокими тактико техническими характеристиками, одной из наиболее серьез ных проблем была защита корпуса от воздействия высокой температуры пла мени топлива Корпус должен изготовляться либо достаточно толстостенным,

11*

164 Гл VIII Перхлораты как компоненты ВВ и ракетного топлива

чтобы7он мог действовать как поглотитель тепла, либо быть изолированным для сохранения прочности и предотвращения разрушения. Однако корпус необходимой толщины, очевидно, может служить поглотителем тепла лишь при очень непродолжительной работе двигателя; при этом вес и объем корпуса не должны изменяться в случае формования топлива в виде трубчатой шашки, которая горит только изнутри; тогда корпус оказывается защищенным с помощью самого топлива в течение всего периода горения. Для того чтобы двигатель с зарядом, прикрепленным к стенкам корпуса, мог противостоять из менениям температуры пои перевозке, хранении и употреблении, коэффициенты термического расширения корпуса г топлива должны быть почти одинаковы или топчиво должно под действием температуры выше 93 °С сохранять прочность при сжатии.

Применение в качестве горючего пластифицированных каучуков практически обеспечило решение указанной проблемы. В настоящее время продолжаются работы по усовершенствованию этого типа горючего, особенно важного для снаряжения двигателей тяжелых ракет и космических кораблей.

ji На основе перхлоратов производят главным образом твердые ракетные топлива, используемые для снаряжения ракет и управляемых снарядов, буровых установок в нефтяной промышленности и для других целей. Однако возможно применение перхлоратов не только как компонентов твердого топлива. Так, Хан-нум87 запатентовал употребление в камерах сгорания газовых турбин жидкого ракетного топлива, состоящего из суспензии тонко измельченного перхлората аммония в нитрометане (53,5% NH4C104 и 46,5% CH3N02). Зальцман88 поставил вопрос о нагнетании газообразных продуктов сгорания твердого перхлоратного топлива в ракеты с жидкостным двигателем. Он привел данные, характеризующие теоретическую температуру пламени и состав этих продуктов.

В настоящее время в производстве ракетных топлив расходуется больше перхлоратов, чем во всех остальных отраслях промышленности, при этом потребление перхлоратов с каждым годом возрастает. В большинстве случаев применяется аммонийная соль, которая по своим свойствам приближается к идеальному твердому окислителю. Основными конкурентами перхлоратов являются нитраты, используемые главным образом в виде сложных эфиров (нитроцеллюлоза и нитроглицерин), и в несколько меньших количествах—в виде нитрата аммония.

Перхлораты обычно употребляют в смесевом твердом топливе в качестве единственного или главного окислителя, распределенного в основной массе горючего. Однако возможно использование их вместо нитратов в гомогенном твердом топливе или бездымных (коллоидальных) порохах в виде дополнительного окислителя, не отделенного от горючего. Для смесевого топлива с перхлоратами калия и аммония в качестве окислителей удельные импульсы79'80 на уровне моря соответственно равны 165—210 и 175—240 сек, в то время как для черного пороха при прочих рав-

Применение перхлоратов в ракетном топливе

165

ных условиях /уд.=50—140 сек. Так как удельный импульс зависит от таких факторов, как температура пламени, молекулярные веса и удельные теплоемкости компонентов, то энергетические возможности химического ракетного топлива ограничены. Максимальный удельный импульс, который может быть достигнут при прямой химической реакции89, по-видимому, составляет не более 300 сек. Значения импульса, равные -~250 сек, вероятно, получают довольно редко, однако по данным Уорренса76 при применении перхлората лития82, возможно, будут достигнуты величины, превышающие 250 сек.

Смесевые составы на основе перхлората калия обычно имеют относительно высокую скорость горения и высокую температуру пламени, но образуют густой дым; составы на основе перхлората аммония характеризуются меньшими скоростью горения и температурой пламени, но весьма мало дымят. По сравнению с составами, содержащими в качестве окислителя NH4N03, аммоний-перхло-ратные составы заметно дымят в более широком интервале температур и влажности и коррозионное действие продуктов сгорания NH4C104 выражено значительно сильнее. Зато по теплоте сгорания и плотности перхлорат аммония превосходит NH,N03. Характеристики перхлората и нитрата аммония как окислителей твердого ракетного топлива приведены в табл. 30.

Таблица 30

Характеристики NH4C104 и NH4N03 как окислителей твердого ракетного

топлива

Окислители Характеристика NH4C104 NH4N03

Средний молекулярный вес продуктов сгорания* Удельная тяга (достижимая) при работе на углеводородном горючем**, кг-сек/кг........ 117,5 24,5 1,95 34 450 (разл.) —69,42 250 80,05 21,8 1,725 20 169 —87,9 210

* При полном сгорании с образованием газообразных НгО, СО, N2 и НС1. ** Вычисленный максимум с (СгНг)^ в качестве горючего, сгорающего при избыточном давлении 70 am и расширяющегося до i am.

Из табл. 30 видно, что разница между значениями достижимой удельной тяги при однотипном горючем объясняется более высоким содержанием в перхлорате аммония активного кислорода.

166 Г л VIII Перхлориты как компоненты ВВ и ракетного топлива

Состав ракетного топлива. В обычном смесевом твердом топливе на основе перхлората аммония содержится —75% NHrQOj, 20% горючего (например, смолоподобного связующего) и —5% добавок, предназначенных для обеспечения требуемого изменения физических свойств, стабильности во время хранения пли характеристик горения.

В первых успешно примененных составах ракетного топлива, заряд которого непосредственно скреплен со стенками корпуса, окислителями служили перхлораты аммония и калия, а горючим--тиокаучук; эти составы все еще являются одними из наиболее распространенных. Кроме тиокаучука, в качестве горючего в смеси с перхлоратом аммония употребляются углеводородные каучуки, полиэфиры, полиуретаны, эпоксидные смолы и поливи-нилхлоридные пасты (пластизоли). Для всех этих соединений, за исключением паст, жидкий мономер или форполимер подвергают отверждению с помощью реакций конденсации или полимеризации; при этом образуется эластомерная матрица (горючая связка), окружающая частицы окислителя. В случае пластизоля горючее отверждается при набухании или желатинизации тонко измельченной смолы с пластификатором при повышенной температуре.

Конечно, данные о многих составах по вполне понятным причинам не опубликованы; все же в периодической литературе, неко-рых недавно напечатанных учебниках по ракетам и ракетному топливу78'79' 80>90 и в ряде последних патентов имеются сведения о составе и методах получения топлив на основе перхлоратов. Например, согласно Парсонсу91, топливо состоит из перхлората калия (50—90%) в сочетании с горючим, представляющим собой смесь асфальта и нефтяного масла; последнее добавляют для достижения термореактивности и термопластичности, необходимых заряду при отливке и скреплении со стенками.

В случае применения перхлората аммония в сочетании с типовым горючим часть перхлората можно заменить на тринитротолуол или другое нитросоединение, например тетранитропентаэри-трит или тринитроциклогексиламин92, для увеличения скорости горения. Заерингер93 приводит некоторые расчетные данные об удельном импульсе перхлоратного топлива, в котором горючим служит стирол, полиуретан или полибутадиенакриловая кислота в смеси с порошкообразным алюминием. В качестве горючего предложены также разли

страница 41
< 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
курси бухгалтера касира
картинки шарингана линзы
курсы флористики в электростали
gotway

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
(06.12.2016)