Классификация твердых ракетных топлив
ТРТ условно классифицируют по фазовому состоянию на гомогенные (нитроцеллюлозные) и гетерогенные (смесевые) (рис. 6).
Первые в своей основе – твердый раствор полимера – нитратов целлюлозы и энергоемкого (активного) пластификатора. По аналогии с соответствующими порохами их называют баллиститными, двухосновными.
Смесевые ТРТ (СТРТ) представляют собой гетерогенные высоконаполненные полимерные ЭКС, дисперсной фазой которых является порошкообразный окислитель, металлическое горючее и другие компоненты, а дисперсионной средой – жидко-вязкое горючее-связующее, технологические и другие добавки.
Рис.6. Классификация ТРТ
Окислитель составляет основу СТРТ, занимает в его составе до 90%. В качестве основных окислителей используют преимущественно твердые вещества, содержащие в достаточном количестве окислительные элементы (O, Cl, F). Наиболее распространенные окислители – неорганические нитраты, перхлораты, а также органические нитросоединения и др. (см. рис. 1.6).
Реактивные топлива
В ракетно-космической технике для управления движением летательных аппаратов в большинстве случаев используют принцип реактивного движения. Движущей силой является реактивная сила, создаваемая при выбрасывании из аппарата некоторой массы вещества, т.е. при истечении струи рабочего тела. Реактивная сила прямо пропорциональна скорости истечения рабочего тела и секундному расходу массы выбрасываемого вещества. Для создания реактивной силы в течение определенного времени необходимо иметь запасы выбрасываемой массы и энергии, преобразуемой в кинетическую энергию струи рабочего тела. Эти запасы сосредоточены в реактивных топливах – источниках химической энергии и реализуются в результате их сгорания в двигательной системе. Двигательная система включает в себя генератор энергии и двигатель – устройство, создающее тяговое усилие. Общая классификация реактивных топлив приведена на рис.3.
Рис.3. Классификация реактивных топлив
Реактивные двигатели (РД) подразделяют на автономные и неавтономные. В автономных РД, называемых ракетными, источник энергии и рабочего тела – ракетное топливо (РТ), расположено на борту ракеты, непосредственно в двигателе. В неавтономных один из компонентов топлива используется из окружающей среды. Другой, как правило, жидкий или твердый, расположен на летательном аппарате. Двигатели, в которых в качестве носителя окислителя и рабочего тела используют атмосферный воздух, а также сами топлива, называют воздушно-реактивными (ВРД, ВРТ). Если для этих же целей используют воду из внешней среды, то двигатели называют гидрореактивными (ГРД), а топлива – гидрореагирующими (ГРТ).
Топлива специального назначения – класс ЭМ, объединяющий широкую номенклатуру составов, назначение которых и свойства отличаются от рассмотренных выше классов. Условно выделяют наиболее характерные следующие группы: газогенерирующие, плазменные, лазерные и др.
Газогенерирующие (ГГТ) – источники газов и энергии для устройств газогенерации различного назначения, широко используемые в ракетно-космической и другой военной технике, а также в народном хозяйстве. Основное отличие ГГТ от реактивных - преимущественно более высокое удельное газообразование, более низкая температура горения и регламентируемый состав продуктов сгорания, низкая скорость горения и др. Газогенераторы вырабатывают сжатый газ либо со свободным истечением, либо в замкнутый объем для выполнения различных видов работ: раскрутки турбин, выброса (метания) различных тел, в том числе ракет, торпед, наддува емкостей и др.
Плазменные топлива создают энергию и рабочее тело (плазму) для магнитогидродинамических генераторов (МГДГ), преобразующих химическую энергию топлива в электрическую. Импульсные МГДГ могут быть использованы в военных целях для питания мощных оптико-квантовых генераторов, для сверхдальней связи, создания высокоскоростного оружия. Они широко применяются в народном хозяйстве для геофизических исследований земной коры и верхней мантии в целях поиска полезных ископаемых, долговременного прогноза сильных землетрясений и изучения глубинного строения Земли. Высокометаллизированные топлива с температурой горения ~4500К применяют также для создания помех (ложных целей) в средствах защиты головных частей ракет и авиации от снарядов и ракет противника с различными системами наведения.
Лазерные топлива – источники энергии и рабочего тела для газодинамических лазеров (ГДЛ), генерирующих лазерное излучение – когерентный (узконаправленный) поток электромагнитной энергии. Для обеспечения требуемого соотношения газов в активной среде ГДЛ на углекислом газе (5…10% СО2, 90% N2, 1…2% H2O) в составе унитарных лазерных твердых топлив используют полиазотистые компоненты с максимальным содержанием азота и минимальным содержанием водорода. ГДЛ на твердом топливе открывают широкие перспективы создания компактных мобильных установок с высокой мощностью в непрерывном режиме излучения для военных и мирных целей.