- •Учебно-методическое пособие Термодинамические и кинетические основы превращений энергонасыщенных систем
- •Возможная направленность химического процесса
- •Кинетика химических процессов
- •Значения энергии активации некоторых процессов без катализатора и с катализатором
- •Раздел 1. Энергонасыщенные материалы и процессы их превращения.
- •Тема 1. История развития и применения горючих и взрывчатых веществ
- •Тема 2. Общие сведения о горении взрыве.
- •1. Определения.
- •2. Условия, определяющие возможность химического взрыва.
- •Тема 3. Энергонасыщенные системы как источник энергии и их классификация.
- •2. Классификация эм
- •Общая классификация вв
- •Инициирующие вв
- •Инициирующие вв повышенной термостойкости
- •Бризантные взрывчатые вещества.
- •Требования, предъявляемые к пиротехническим составам
- •Классификация и области применения порохов
- •1. Назначение компонентов и принципы компоновки составов нитроцеллюлозных порохов и трт
- •Состав и характеристики пироксилиновых порохов
- •Состав и характеристики баллиститных порохов
- •Химический состав и характеристики основных типов баллиститных трт
- •Классификация твердых ракетных топлив
- •Реактивные топлива
- •1. Сравнение энергии взрывчатых веществ с энергией топлива.
- •2. Зависимость мощности, развиваемой при взрыве, от скорости выделения энергии.
- •3. Классификация и общая характеристика явлений взрывчатого превращения.
- •Раздел 2. Химические превращения при горении и детонации. Состав продуктов превращения и их термодинамические параметры.
- •Тема 3. Теплота и температура взрыва
- •Основным законом термохимии является закон Гесса
- •Вычисление теплоты взрывного превращения вв.
- •Опытное определение теплоты взрыва.
- •Температура взрыва.
- •Тема 4. Уравнения реакции разложения взрывчатых веществ. Кислородный баланс.
- •1. Характеристика соотношения между горючим и кислородом в вв.
- •2. Уравнение реакции разложения вв с положительным или нулевым кислородным балансом.
- •Уравнение реакции разложения вв с отрицательным кислородным балансом. Содержания кислорода достаточно для превращения всего углерода в газы.
- •Уравнение реакции разложения вв с отрицательным кислородным балансом. Содержания кислорода недостаточно для окисления всего углерода в со (в продуктах взрыва остается свободный углерод)
- •4. Расчет элементной формулы взрывчатых составов
- •Тема 5. Объем газообразных продуктов взрыва. Давление продуктов взрывного превращения
- •Объем газообразных продуктов взрыва
- •2. Давление продуктов взрывного превращения
- •3. Сила, потенциал, теплота горения и удельное газообразование порохов ствольного оружия
- •Раздел 3. Термохимия энергонасыщенных материалов.
- •Тема 6. Методы исследования состава продуктов превращения и их термодинамических параметров.
- •Тема 7. Теоретические основы термодинамического расчета продуктов превращения.
- •Раздел 4 Кинетические теории взрывчатого превращения
- •Тема 8. Нестационарный режим горения
- •Тема 9. Зависимость между параметрами детонационной волны
Состав и характеристики баллиститных порохов
Компоненты, характеристики |
Количество, уровень характеристик |
1. Состав Коллоксилин (пироксилин) Нитроглицерин (нитродигликоль) Динитротолуол (дибутилфталат и др.) Централит (дифениламин) Октоген (нитрозоамин Ц-2) Индустриальное масло (вазелин, стеарин, желатин, ПАВ и др.) TiO2, тальк (полиметилсилоксановая жидкость) K2SO4 (гексанитрокобальтат К, виннокислый К, оксамид) Графит |
% 35…60 25…40 10…15 2…3 20 (27)
2…3
4…6
4…6 0,1…0,4 |
2. Характеристики Теплота сгорания QV ж Сила f Потенциал П Удельное газообразование W Температура продуктов сгорания TV Коэффициент скорости горения u1 Плотность ρ |
Уровень 2500…5500 кДж/кг 980…1200 кДж/кг 3600…5200 кДж/кг 0,8…1,0 м3/кг 2500…4000 К 0,60…0,80 мм/(с МПа) 1530…1650 кг/м3 |
2. Назначение компонентов и принципы компоновки составов смесевых ТРТ
В соответствии с фазовым состоянием ТРТ традиционно подразделяют на 1.гомогенные (баллиститные или нитроцеллюлозные, двухосновные) и 2.гетерогенные (смесевые). Естественная необходимость повышения энергомассовых характеристик баллиститных ТРТ путем введения в их состав металлических горючих и порошкообразных окислителей привела к тому, что современные БТРТ – двухосновные модифицированные превратились в гетерогенные системы – смесевые ТРТ на основе активных связующих на баллиститной основе (см. рис.1.6).
Вместе с тем, классические БТРТ до настоящего времени широко используют в массовых оперативно-тактических и других ракетах ближнего боя (системы залпового огня, противотанковые, авиационные и др.). Основой этих топлив являются пластифицированные низкоазотные нитраты целлюлозы (НЦ) – коллоксилин марки Н с N = 11,8…12,3%. В качестве основных пластификаторов применяют НГЦ, динитратдиэтиленгликоль (ДНДЭГ), азидные соединения и др., а также их смеси.
Наряду с основными могут использоваться и дополнительные пластификаторы для активации НГЦ, снижения температуры продуктов сгорания и для других целей в соответствии с назначением топлива. В качестве дополнительных пластификаторов применяют дибутилфталат (ДБФ), диоксилфталат (ДОФ), динитротолуол (ДНТ), триацетин (ТАЦ) и др. Соотношение НЦ:пластификатор определяется назначением БТРТ (табл. 3.7).
Для обеспечения требуемого уровня всего комплекса свойств БТРТ в соответствии с назначением в их состав вводят соответствующие компоненты (добавки): энергетические, эксплуатационные, технологические, специальные.
Многообразие баллиститных топлив, отличающихся по энергетическим, баллистическим и целому ряду других характеристик, чаще всего разделяют на группы с учетом назначения и основных свойств (энергетических и баллистических).
Типовые составы этих групп приведены в табл. 3.7.
БТРТ среднего энергетического уровня без энергетических добавок и с повышенной зависимостью скорости горения от давления и температуры (типа Н, НМФ, РСИ, ВИК-2Д, НДСИ) имеют Iуд = 1990…2220 Н×с/кг (Рк/Ра=4,0/0,1 МПа) и n » 0,5.
БТРТ среднего энергетического уровня с уменьшенной зависимостью скорости горения от давления (типа РС, РСТ, РНДСИ, РБФ, БМС и др.) характеризуются Iуд=2040…2170 Н×с/кг, n = 0,1…0,3.
Уменьшение показателя n достигнуто использованием сложных катализаторов горения, состоящих как из неорганических окислов и солей Pb, Cu, Co, Cd, так и сложных органических комплексов соединений Pb, Cu, Ni и др. Плотность составов без энергетических добавок составляет ~ 1550…1650 кг/м3.
Высокоэнергетические БТРТ (типа РАМ, РТГ-25, БНЛ, БТ и др.) в качестве энергетических добавок содержат мощные ВВ (гексоген, октоген и др.) и порошкообразные металлические горючие – сплавы алюминия с магнием типа ПАМ, АМД, содержащие 10…50% Mg. Удельный импульс этих топлив составляет 2310…2460 Н×с/кг, плотность – 1700…1850 кг/м3. Зависимость скорости горения от давления сравнительно высокая и n=0,6…0,9.
Высокоэнергетические БТРТ с уменьшенной зависимостью скорости горения от давления (типа РДГ, БКГ-2Ф, РДМ и др.) в отличие от предыдущего класса для снижения показателя «n» содержат сложные органические комплексы (например, фталаты Cu и Pb) или комбинированные катализаторы неорганической природы в сочетании с техническим углеродом (сажа) и др. Повышенное содержание этих «инертных» добавок снижает удельный импульс топлив до 2180…2340 Н×с/кг; n=0,3…0,5. Особую группу составляют беспламенные баллиститы типа БНК, применяемые в авиационных ракетах, где наличие пламени за соплом ракетного двигателя способствует попаданию в воздухозаборники двигателей самолета газов с высокой температурой. Это приводит к помпажу (срыв газодинамической устойчивости компрессора) и неустойчивой работе, вплоть до остановки двигателя.
Т а б л и ц а 3.7