2.3.3. Смесевые топлива (стрт)

СТРТ – это механические смеси веществ, содержащих либо преимущественно окислительные, либо преимущественно восстановительные элементы.

Состав СТРТ: 1. кристаллический окислитель;

2. полимерное горючее (связующее);

3. порошок легких металлов и их гидридов;

4. мощное взрывчатое вещество;

5. технологические добавки.

1. Соли легких металлов:

- перхлорат калия ( );

- перхлорат лития ( );

- перхлорат нитрония ( );

- перхлорат аммония ( ) – высокое содержание кислорода О₂ (54,45%), является наиболее распространенным окислителем.

2. Тяжелые нефтепродукты – в основном каучуки, при полимеризации связывают все компоненты и определяют механические свойства заряда СТРТ.

3. Энергетические добавки (легкие металлы или их гидриды): ; ; ; ; ; и т.п., в количестве не превышающем 10…20%. Позволяют увеличить температуру продуктов сгорания .

4. Мощное взрывчатое вещество – гексоген ( ), в количестве не превышающем 16…25%, повышает энергетику заряда ( и ), является окислителем. При содержании в более 25% гексогена существенно возрастает взрывоопасность заряда из СТРТ.

Качество заряда из СТРТ в значительной степени зависит от точного соблюдения технологии его изготовления.

Этапы изготовления заряда из СТРТ:

- подбор по размерам (просеивание через сито) компонентов;

- тщательное перемешивание компонентов со связующим (полимерным горючим), находящимся в жидком состоянии;

- заливка в корпус ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) в вакууме, для исключения образования в объеме СТРТ воздушных пузырей и несплошностей;

- полимеризация связующего (горючего) при его нагреве.

Заряд из СТРТ имеет цилиндрическую форму с центральным отверстием, по поверхности которого происходит горение, и обладает следующими механическими свойствами:

- низкая прочность (σ_пр = 1,5…5,0 МПа);

- низкая жесткость (Е = 10…20 МПа);

Высокая эластичность (ε_пр = 10…40%).

СТРТ обеспечивают создание удельного импульса тяги I ≈ 2400 м/с и широко применяются в маршевых РДТТ стратегических ракет и конверсионных ракетоносителях гражданского назначения для вывода на орбиту ИСЗ космических летательных аппаратов (КЛА).

2.3.4. Механизм горения трт

Горение ТРТ – совокупность последовательно протекающих процессов, в результате которых происходит переход топлива из твердого в газообразное состояние в результате реакции горения (рис. 2.6).

З

Рис. 2.6. Механизм горения ТРТ

оны горения ТРТ:

1 – исходное твердое состояние (Т₀);

2 – размягчение горючего-связки;

3 – пленка расплавленного горючего (Т_пл) с твердыми зернами окислителя и металлического порошка, испарение связки и плавление окислителя;

4 – дымогазовая зона – при Т = const заканчивается переход жидких и твердых фаз окислителя и металлического порошка в газообразную фазу в условиях интенсивной турбулизации (перемешивания);

5 – Зона пламени (собственно горение).

Особенности горения ТРТ

1. ТРТ горит только с поверхности;

2. характер и интенсивность горения определяются условиями теплообмена ПС с исходной массой ТРТ.

Факторы, влияющие на теплообмен, следовательно, скорость горения

1. Рост давления р_к в КС увеличивает интенсивность теплоотдачи к поверхности топлива, следовательно, увеличивается и.

Так как

, (2.5)

то при уменьшении р_к горение может прекратиться, это используют для выключения РДТТ.

2. Начальная температура заряда Т₀ определяет начальные условия прогрева ТРТ в зоне 2. При увеличении Т₀ увеличивается

, (2.6)

где: В – термический коэффициент, зависящий от состава ТРТ; Т_N – стандартная температура; и_0.N – при стандартной температуре.

3. Скорость продуктов сгорания вдоль поверхности горения W_к влияет на интенсивность конвективного подвода теплоты к поверхности горения. При увеличении W_к, увеличивается и. Однако при интенсивном росте W_к, интенсивно растет и, что может привести к эрозионному горению и взрыву.

Величина W_к = W_пр зависит от соотношения площади горении S_гор и площади поперечного сечения канала заряда F_св

, (2.7)

где , поэтому

= æ, (2.8)

где æ = 150…200 (для современных зарядов ТРТ) – критерий Победоносцева (параметр заряжания).

Интенсивный рост и при эрозионном горении приводит к интенсивному росту (выделению) массового расхода продуктов сгорания М_ПС, нарушению баланса расходов М_ПС и М_кр (массового расхода ПС через критическое сечение РС), следовательно, росту давления в КС р_к и взрыву.

Вывод: Высокая эффективность твердотопливного заряда обеспечивается подбором состава ТРТ и жестким соблюдением допустимых режимов при эксплуатации.