ва, решают на ЭВМ систему уравнений и находят время 0 до нарушения целостности заряда (накопленная усталость выше 100%).
На рис. 12 приведен вид экрана ПЭВМ с решением задачи, экспери ментальные значения параметров для которой приняты следующие. Ско рость газовыделения W = l,8*102°*exp(-34000/RT) см3/(см3*сут); коэффици ент диффузии D = 5-105,exp(-11000/RT) см2/сут; параметры уравнения долговременной прочности В0 = 4,61*107сут, т = 5,74; коэффициент рас творимости Кр= 0,04см3/(см3-атм); плотность р = 1,55г/см3
В ходе решения получено, что для заданных условий т составляет около 11 суток.
2. Климатическое старение порохов и ТРТ
Под климатическим старением понимают необратимое изменение важнейших технических характеристик порохов и ТРТ, происходящее в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся при воздействии климатических факторов в искусственных и природных условиях. Факторами старения могут также быть температура, свет, кисло род, озон и др. Поэтому различают старение термическое, световое, окис лительное, озонное и т.п. Старение ускоряется при многократных дефор мациях; влияет на старение и влага.
Пороха и твердые ракетные топлива - это сложные полимерные композиции, содержащие различные наполнители (окислитель, мелкодис персный металл, ВВ, ингибиторы горения т.п.), пластификаторы, стабили заторы и др.
Сущность старения полимерных материалов заключается в сложной цепной реакции, протекающей с образованием свободных радикалов (реже ионов), которая сопровождается деструкцией и сшиванием макромолекул. Для замедления процессов старения в полимерные материалы добавляются
стабилизаторы (различные органические вещества), антиоксиданты (ами ны, фенолы). Длительность эксплуатации стабилизированных полимерных материалов значительно возрастает.
В смесевых твердых ракетных топливах кроме вышеуказанных про цессов старения полимерных связующих наблюдаются также процессы на границе раздела окислитель-связующее и в самом окислителе, вносящие свой вклад в необратимое изменение баллистических и механических ха рактеристик порохов и ТРТ при их эксплуатации и хранении.
Конечно, делаются попытки исследования всех возможных процес сов при старении таких сложных композиций с целью управления процес сами старения и обеспечения длительных сроков служебной пригодности изделий, но в практике пока ограничиваются испытаниями на климатиче ское старение.
Испытания на старение и прогнозирование изменения свойств про водят по одному или нескольким показателям старения, которые устанав ливают в стандартах или технических условиях на материал или изделие. Показателями старения для твердых ракетных топлив, как правило, явля ются механические свойства (напряжение при разрыве, относительное уд линение, модуль упругости) и скорость горения. Факторами старения по рохов и ТРТ в различных климатических условиях являются температура и влажность воздуха.
Сущность метода заключается в проведении ускоренных испытаний образцов топлива на стойкость к старению при воздействии температуры и влажности с целью:
- установления характера кинетической зависимости изменения по казателя при старении;
- построения кривой прогноза;
- определения значения показателя после заданной продолжительно сти хранения или продолжительности хранения до достижения заданного значения показателя.
Топливо перед испытаниями подвергают той же технологической обработке, что и при изготовлении изделий. Форма и размеры образцов для испытаний, способ и режимы их изготовления должны соответство вать требованиям, установленным в стандартах на метод определения по казателя (для определения механических свойств используются лопаточки, для скорости горения - столбики).
Определяют исходное значение показателя в соответствии со стан дартами на метод его определения.
Образцы в количестве, необходимом для каждого съема, помещают или в герметичные контейнеры или в испытательные камеры, в которых создан заданный тепловлажностный режим.
Термическое старение проводят при Т\<Т2...<Тп, где п > 4. Интервал между температурами испытаний должен быть не менее 10 К. Продолжи тельность испытаний при каждой температуре не должна быть меньше, чем требуется для получения существенных изменений показателя. В про цессе старения при каждой температуре периодически проводят съемы образцов для определения показателя. По результатам определений строят график зависимости величины показателя от продолжительности старения при всех температурах испытаний и по нему определяют время до задан ного снижения величины показателя старения при каждой температуре (рис. 13).
В данном методе предполагается, что срок служебной пригодности изделия зависит от температуры в соответствии с уравнением Аррениуса
На поверхности пороховых элементов иногда можно наблюшть швлет твердых компонентов: динитротолуола - ДНТ, тринитротолуола —ТНТ и т л . Некоторые исследователи связывают этот процесс непосредствешао) с экссудацией: поверхность пороха покрывается раствором нитропрокзводных в НГЦ, последний улетучивается, концентрация твердого раство рителя увеличивается и наблюдается явление кристаллизации (или про цесс «выцветания»).
Из твердых компонентов к выкристаллизовыванию склонен ДНТ. Процессы экссудации и выкристаллизовывания в значительной степени за висят от содержания компонентов и температурных режимов хранения. Ус тановлено, что у баллиститного пороха, содержащего 28% ДНТ, выкрпсталлизовывание наблюдается уже при 4...15°С, при содержании 17% — при 0.~2~С, а при содержании динитротолуола менее 10% выкрнсшь лиэовывание практически не наблюдается при любой температуре.
Применение многокомпонентных труднолетучих растворителей по давляет экссудацию даже при большом их содержании. Так, порох НБ, со держащий 40% нитроглицерина, склонен к экссудации, в то время как по роха на смеси труднолетучих растворителей при таком же суммарном их содержании не обладают таким свойством.
Экссудация и выкристаллизовывание компонентов способны вызы вать изменение воспламеняемости порохов, а также баллистических харак теристик зарядов. Исключение этих вредных явлений достигается на ста дии проектирования и отработки порохов путем правильного выбора соста ва и содержания компонентов. Также на стадии проектирования должна обеспечиваться и химическая совместимость компонентов порохов и TFT, а также всех материалов, из которых изготовлены элементы зарядов* В разделе 1 упоминался случай, когда стабильные при раздельном хранении заряд из СТРТ на основе полидивинилизолренуретановш'о каучука и теп лозащитное покрытие (ТЗП) на основе фенолформальдегидной смолы при
между нормальным атмосферным давлением и давлением на передней кромке ударной волны составляет величину избыточного давления. Еди ница его измерения ~ Па. Большинство многоэтажных гражданских зда ний полностью разрушается при избыточном давлении от 50 до 80 кПа, малоэтажные гражданские здания 35...50 кПа, промышленные здания 50...90 кПа.
Непосредственно за фронтом ударной волны образуются сильные потоки воздуха, скорость которых достигает нескольких сотен километров в час. (Даже на расстоянии 10 км от места взрыва боеприпаса мощностью 1Мт скорость движения воздуха более ПО км/ч) Если на пути фронта ударной волны встречается преграда, то движение масс воздуха тормозит ся и возникают значительные динамические нагрузки, называемые давле нием скоростного напора.
Поражение ударной волной вызывается действием как избыточного давления, так и давления скоростного напора. Степень поражения зависит от мощности и вида взрыва, расстояния от его центра, угла падения, кон структивных особенностей заряда и уровня его защищенности.
Световое излучение представляет собой поток лучистой энергии, включающий в себя ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра. Источником является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры паров конструкционных материалов ядерного боеприпаса и воздуха, а при наземных взрывах и испарившегося грунта. Размеры и формы светящейся области зависят от мощности и вида взрыва.
Максимальная температура поверхности светящейся области при мерно 5700...7700 °С. Когда температура снижается до 1700 °С, свечение прекращается.
Основной характеристикой, определяющей поражающее действие светового излучения, является световой импульс. - количество световой
Во всем мире сейчас действует единая система измерений —С И ^сис тема интернациональная). У нас она подлежит обязательному применению с 1 января 1982 г. К 1 января 1990 г. этот переход надо было завершить. Но в связи с экономическими и другими трудностями процесс затягивается. Однако вся новая аппаратура, в том числе и дозиметрическая, как правило, градуируются в новых единицах.
Для измерения величин, характеризующих ионизирующее излуче ние, исторически первой появилась единица «рентген». Это мера экспози ционной дозы рентгеновского или гамма-излучения. Экспозиционная доза равна отношению заряда Q, образовавшегося вследствие ионизации возду ха под действием излучения, к массе ионизованного воздуха. В СИ едини цей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг). Вне системной единицей является рентген (Р), 1 Р = 2,58-10"4Кл/кг. Для удоб ства в работе при пересчете числовых значений экспозиционной дозы из одной системы единиц в другую обычно пользуются таблицами, имеющи мися в справочной литературе.
Мощность экспозиционной дозы - приращение экспозиционной до зы в единицу времени. Ее единица в системе СИ - ампер на килограмм (А/кг). Однако в переходный период можно пользоваться внесистемной единицей - рентген в секунду (Р/с). 1 Р/с = 2,58* 1C4 А/кг.
После 1 января 1990 г. основной физической величиной, опреде ляющей степень радиационного воздействия, является поглощенная доза излучения, а пользоваться понятием экспозиционной дозы и ее мощности не рекомендуется. Поэтому во время переходного периода эти величины следует указывать не в единицах СИ (Кл/ кг, А/кг), а во внесистемных еди ницах - рентгенах и рентгенах в секунду.
Проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые изменения в материалах в результате различных физико-химических про цессов под воздействием ионизирующих излучений. В радиационной хн-
При взрыве в атмосфере до 50% энергии расходуется на образование воздушной ударной волны, 35% - на световое излучение, 4% - на прони кающую радиацию, 1% - на электромагнитный импульс. Еще около 10% энергии выделяется не в момент взрыва, а в течение длительного времени при распаде продуктов деления взрыва. Такое разнообразие поражающих факторов говорит о том, что ЯВ представляет собой гораздо более опасное явление, чем взрыв аналогичного по энерговыходу количества обычной взрывчатки.
Пропорции распределения энергии ЯВ между этими поражающи ми факторами остаются примерно одинаковыми практически во всем диа пазоне мощностей (разница составляет ± 10%), поэтому возможно описать простыми соотношениями радиусы поражения для каждого из факторов в зависимости от мощности заряда: RB= 0,7 • X 0,33, RL = 0,7 • Х 0А,
RR = 0,8- X 0'2, здесь /?в - радиус разрушения домов ударной волной; RL -
радиус получения ожогов третьей степени от светового излучения; RR - получения дозы в 500 рад от проникающей радиации; радиусы получаются
вкилометрах; X - величина ЯВ в килотоннах.
Опроисхождении таких формул нетрудно догадаться: энергия рас сеивается в пространстве, соответственно, в зависимости от типа пора
жающего фактора мы имеем тот или иной показатель степени.
Ударная волна распределяет свою энергию по всему пройденному ею объ ему, поэтому сила ее уменьшается пропорционально кубическому корню от расстояния. Световое излучение распределяется лишь по площади сфе ры, и если бы не незначительное поглощение воздухом, убывало бы про порционально квадратному корню.
Ионизирующее излучение интенсивно поглощается воздухом, по этому при мощных взрывах его роль невелика, а при слабых - радиус по ражения больше, чем для других факторов. Вот почему сила взрыва ней тронных зарядов не превосходит нескольких кт, увеличивать мощность
in
В силу отмеченных факторов при длительном хранении в различных условиях могут изменяться состав и свойства порохов. В основе физических процессов, способных вызывать изменение состава и свойств порохов, ле жат сорбционно-диффузионные явления, включающие:
-обмен влагой с окружающей средой;
-изменение содержания отдельных компонентов за счет диффузии их на поверхность пороховых элементов с последующей их десорбцией (улетучиванием) в окружающую среду или образованием на поверхности зарядов конденсированной фазы;
-диффузионное перераспределение компонентов между элемента ми зарядов, например, в системе тел: топливо - бронепокрытие (БП), топ ливо - защитнокрепящий слой (ЗКС) и т.п.
Влагообмен в порохах. В процессе эксплуатации пороха могут обме ниваться влагой с окружающей средой. При помещении относительно су хого пороха в атмосферу с высокой относительной влажностью влага из воздуха адсорбируется на поверхности пороховых элементов и диффундиру ет во внутренние их слои. При обратном соотношении влажности пороха и воздуха влага удаляется из пороха.
Способность порохов в зависимости от состояния окружающей среды (влажности и температуры воздуха) поглощать, удерживать или отдавать влагу называется гигроскопичностью. Гигроскопичность есть свойство поро хов. Фактическое содержание влаги в порохе в данный момент времени на зывается влагосодержанием. Влагосодержание определяется как выражен ное в процентах отношение количества влаги, содержащейся в порохе, к массе абсолютно сухого пороха.
Влагосодержание пороха является переменной величиной и зависит от времени и условий хранения. В тонкосводных порохах для ствольного оружия обычно не учитывают распределение влаги по своду порохового элемента, т.е. заряд рассматривают как систему с сосредоточенными пара-
Все это свидетельствует о том, что исследование влагообмена в порохах имеет большое практическое значение.
На практике принимают следующие меры по снижению гигроско пичности и влагообмена порохов.
Известно, что влага, диффундируя в нитратцеллюлозный материал, образует в нем мостиковые связи со свободными гидроксильными группа ми: каждая молекула воды удерживается двумя гидроксильными группами нитрата целлюлозы. Чем меньше степень нитрации и больше свободных гид роксильных групп, тем большее количество влаги способны удерживать нит раты целлюлозы. При наличии пор влагопоглощение нитратов целлюлозы будет значительно большим из-за протекания процесса капиллярной кон денсации. Для снижения гигроскопичности пироксилиновых порохов в их состав вводят специальные добавки, способные блокировать свободные гидроксильные группы. В качестве таких веществ используются моно- и динитроароматические соединения, производные фталиевой кислоты, тро тиловое масло и др. Добавка таких веществ в количестве 10% снижает гиг роскопичность пироксилиновых порохов в 1,5...2,0 раза. Пороха с такими добавками называются малогигроскопическими.
Специальных мер по снижению гигроскопичности баллиститных и смесевых ТРТ не принимается, а в целях снижения влагообмена и стабили зации на этой основе баллистических показателей все пороха и заряды хра нят в герметичных условиях.
Заряды к ствольным системам и выстрелы раздельно-гильзового за ряжания герметизируются при помощи специальных крышек, стык которых с гильзой заливается герметизирующим составом на основе петролатума и парафина. Выстрелы сложных конструкций (например, гранатометные) хранят в полиэтиленовых чехлах.
Заряды РДТТ, как правило, герметизируют в камере сгорания ракет ного двигателя.
ет в массе около 4,5%, в то время как для нитроглицеринового пороха при таком же содержании растворителя потеря в массе составляет только 2,2%.
Уменьшение толщины горящего свода и соответствующее увеличение удельной поверхности пороховых элементов влечет за собой ускорение про цесса улетучивания.
Частным случаем общего процесса перераспределения компонентов являются экссудация труднолетучих растворителей и выкристаллизовывание твердых компонентов. В отличие от улетучивания, при экссудации происходит обогащение наружных слоев труднолетучими растворителями вплоть до образования на поверхности жидкой фазы. Выкристаллизовывание компонентов также носит диффузионный характер и сопровождается обогащением наружной поверхности и образованием твердой фазы из диф фундирующего компонента на поверхности пороха. Содержание диффун дирующего компонента во внутренних слоях пороха вследствие экссуда ции и выкристаллизовывания уменьшается.
Основной причиной экссудации и выкристаллизовывания является нарушение термодинамической совместимости компонентов.
Диффузионное перераспределение компонентов в зарядах. Процессы диффузии пластификаторов между топливом, бронепокрытием, защитнокрепящим слоем и т.п. оказывают большое влияние на стабильность харак теристик заряда.
Диффузионное перераспределение компонентов в системе тел баллиститное твердое ракетное топливо (БРТТ)-бронепокрытие является следствием больших разностей концентраций растворителейпластификаторов. Так, БРТТ содержит в своем составе до 40% нитроэфи ров. В бронепокрытие такие компоненты, как правило, не вводятся. В свою очередь, бронепокрытие может содержать инертный пластификатор в ко личестве, существенно превышающем его содержание в топливе (до 25 %). В данном случае на границе БРТТ - БП будут наблюдаться два встречных
Изменение содержания компонентов приводит к снижению теплоты и скорости горения топлива в слое, прилегающем к бронепокрытию. Таким образом, миграция компонентов может привести к преждевременному спа ду давления в камере сгорания, неполному сгоранию и даже выбросу кон тактирующего с бронирующим слоем топлива из камеры двигателя. Кроме того, может снижаться термическая устойчивость бронепокрытия, оно ста новится частично горючим, чем ухудшаются его теплозащитные свойства.
Аналогичная картина может наблюдаться в зарядах из СТРТ, где в результате обеднения содержания пластификатора в пограничных с ЗКС или бронепокрытием слое происходит изменение механических или балли стических характеристик топлива.
Общие закономерности диффузии пластификаторов в нитрополиме рах позволяют предположить, что миграция в бронепокрытие характерна для полимеров, содержащих полярные группировки и обладающих доста точно гибкими цепями макромолекул. Полимеры, отличающиеся низким содержанием полярных групп, напротив, не должны сильно сорбировать пластификаторы топлива. Низкой сорбционной способностью должны об ладать жесткие и сильно сетчатые полимеры. Скорость миграции пласти фикаторов в топливах и бронирующих покрытиях определяется их моле кулярным объемом, что открывает определенные возможности для регу лирования интенсивности миграционных процессов. Это главным образом относится к диффузии пластификаторов бронепокрытия в топливо, так как промышленность обеспечивает достаточно широкий выбор пластификато ров для полимерных пластиков, чего нельзя сказать о пластификаторах то плив.
В литературе существует несколько концепций, объясняющих ми грацию качественно.
Одной из таких концепций является концепция силы притяжения, которая основана на том факте, что электростатическая сила притяжения
Однако не только подбором полимеров в качестве основы брони рующих покрытий и введением в полимер минеральных наполнителей можно избежать или уменьшить вредные последствия миграционных про цессов. Эффективным способом снижения миграции пластификаторов яв ляется также введение пластификатора топлива в бронирующее покрытие в количестве, равном равновесному состоянию системы. Значительное внимание уделяется исследованиям по изысканию возможности создания непроницаемых перегородок между топливом и бронеслоем. Введение барьерных покрытий (обычно из полимеров, имеющих высокую плотность поперечных сшивок) подтверждает последнюю концепцию.
Выбор эффективных путей подавления миграции компонентов тре бует детального исследования и моделирования массообменных процессов в зарядах. Для прогнозирования лимитированных миграцией сроков слу жебной пригодности (ССП) зарядов необходимо знать поля распределения компонентов по объему заряда для любого момента времени хранения и эксплуатации. Затем на основании зависимостей свойств топлива от его состава поля распределения концентрации можно преобразовать в поля изме нения свойств топлива по своду заряда и затем оценить работоспособность заряда с данным распределением свойств по объему заряда.
В системных терминах (см. гл. 6 раздела 1) задача прогнозирования лимитированных миграцией ССП требует нахождения решения следующей системы уравнений:
У а (0 = ср(Г,Го, У0а ,Я ),
УР(0 = Х('> Y \ X),
= |
X ). |
Здесь Уа (/) - поля распределения концентрации диффузионно-активных компонентов, Y \t ) - поля распределения свойств (механических, балли
Из приведенных зависимостей видно, что скорость диффузии тем выше, чем больше градиент концентрации, меньше вязкость среды и разме ры диффундирующих частиц. Повышение температуры также способствует увеличению скорости диффузии как за счет повышения интенсивности те плового движения молекул, так и за счет снижения вязкости диффунди рующего вещества. Кроме того, с повышением температуры повышается упругость паров компонентов, что сопровождается интенсификацией про цесса их десорбции (улетучивания) с поверхности пороха. Это, в свою оче редь, вызывает повышение и увеличение скорости диффузии.
К настоящему времени накоплен большой экспериментальный мате риал по исследованию диффузионных процессов. Установлено, что для ряда полимерных материалов диффузия не поддается описанию уравне ниями Фика.
С ,%
Рис. 15. Профили концентрации пластификатора ОСФ в СТРТ на основе полидивинилизопрен-
уретанового каучука |
(тело I) |
и бронепокрытия из |
резины |
Р-864М (тело II).
а - исходная концентрация ОСФ (после изготовления изделия), b -ч ер ез3 0 сут выдержки при
температуре 80 °С.
На рис. 15 приведены результаты исследования диффузионного про цесса в двухслойной системе тел, моделирующей адгезионный слой топ ливо - бронепокрытие крупногабаритного заряда РДТТ. Объект исследова-
С точки зрения термодинамики, потенциалом любого выравниваю щего процесса является рост энтропии. При постоянных давлении и тем пературе в роли такого потенциала массопереноса выступает химический потенциал р, обусловливающий поддержание потоков вещества. Прямая замена р на с в ряде случаев становится некорректной. Например, в случае малых концентраций, где химический потенциал связан с концентрацией по логарифмическому закону. Или при наличии дополнительного поля (электрического или силового), наложенного параллельно градиенту хи мического потенциала, так как оно нарушает стационарное состояние и та ким образом вызывает отклонение от законов Фика.
Уравнения Онзагера, несмотря на их внешнюю скромность, сыграли громадную роль в развитии термодинамики необратимых явлений. Сам Онзагер проверил их практическую значимость в работах по электропро водности, вязкости и диффузии. Более подробно об этом можно узнать в работах по неравновесной термодинамике [10]. Здесь мы лишь рассмот рим основные положения теории массопреноса.
Наиболее часто используемой математической моделью процессов переноса массы, энергии, импульса и т.д. является математическое выра жение закона сохранения, которое называют уравнением баланса. Пусть а,
представляет собой плотность массы, заряда, энергии, импульса или дру гих величин, характеризующих вещество,/ - плотность потока, а /, - плот ность источника. Тогда уравнение баланса для я, можно записать таким образом:
5 ^
/>
дт
где — - скорость изменения величин я,- в локальной области пространст-
дх
ва, V/ - дивергенция или расходимость потока субстанции я, через по верхность данной локальной области, /, - количество субстанции я,, возни-
Для исследования границ применимости уравнений диффузии Фика
рассмотрим систему, в которой:
-отсутствуют химические реакции (7,4)) (<допущение 5);
-внешние силы пренебрежимо малы (Е*=0) (допущение 6);
-отсутствуют градиенты давления (grad р=0) (допущение 7);
-отсутствуют градиенты температуры (grad 74)) (допущение 8).
С учетом вышеприведенных допущений система уравнений (1) при водится к виду
Л = - 2 A*grad|i*, |
(2) |
к=1 |
|
т.е. получили модель чистой диффузии /-го компонента в 7Г-компонентной системе.
Если принять допущение 9 - в системе осуществляется перенос толь
ко одного компонента, то из уравнения (2) получаем
j = -X gradp, |
(3) |
которое, с учетом выражения, связывающего концентрацию с с величиной потенциала переноса с =устц, преобразуется в уравнение:
7 = -Я.grad— . |
(4) |
Уст |
|
При допущении 10: удельная изотермическая массоемкость |
ст и |
плотность вещества у не зависят от координат (их можно вынести из-под
оператора grad), получаем классическое уравнение диффузии Фика: |
|
|
j |
X |
(5) |
= ------ grad c = -D • grad с. |
||
УСт
В полимерных композициях часто невозможны допущения 5-10 (хо тя бы одно из них), что свидетельствует о некорректности применения в данном случае уравнения Фика в их классическом виде. Попытки описать явление некорректной моделью привело к выражению «аномальная» диф-
2) феноменологические коэффициенты в уравнении Онзагера Л*
являются функциями локальных параметров состояния: температуры,
давления, химических потенциалов и т.п.;
3)система изотропна;
4)внешние силовые поля пренебрежимо малы;
5)в системе отсутствуют химические реакции;
6)система изотермична;
7)в системе отсутствуют градиенты давления;
8)в системе осуществляется перенос только одного компонен
та;
9) удельная изотермическая массоемкостъ и плотность скелета тела, в котором осуществляется массоперенос, не зависят от координат.
Естественно, что одновременная диффузия двух и более пластифи каторов в многослойном твердом теле отрицает допущение 8.
Рассмотрим математическую модель изотермической диффузии в изотропных нереагирующих трехкомпонентных смесях при отсутствии внешних сил, т.е. принимаем первые семь вышеперечисленных допуще ний.
Для трехкомпонентной смеси (один компонент является неподвиж ной полимерной матрицей, а два других - низкомолекулярными пластифи каторами) можно записать:
5ц, = £)пДр1 +Dn k\i2,
~ ~ = D 2 ]A p j + ^ 2 2 ^ 2 - |
|
от |
|
Связь химических потенциалов |
с массосодержанием ск = р*/р в |
линейном приближении описывается выражением |
|
P i -b o i+ bnc\+bl2c2> |
Р2 = ^ )2+ ^21с1+^22с2» |
где bQi и bik - системные феноменологические коэффициенты.
ристики заряда продолжают соответствовать требованиям ТТЗ и бронепокрытие выполняет заданные функции.
Исследования показали, что в системе двух тел разной толщины кон центрация мигрирующего компонента в относительно тонком теле в дос таточно широком диапазоне концентраций (вплоть до 75...80% от насы-
, 41
щения) прямо пропорциональна параметру — , где / - время эксперимен
та; / - толщина слоя акцептора.
Справедливость этого утверждения подтверждена эксперименталь ными проверками на большом количестве моделей и натурных изделий
для широкого спектра бронепокрытий из материалов различной природы.
Для количественного описания и прогноза переноса пластификато
ров из топливного элемента в бронепокрытие применяем выражение
C = K Y ’ |
(6) |
где с - среднеобъемная массовая концентрация пластификатора в бронепокрытии; К - коэффициент скорости массопереноса исследуемого компо нента.
Коэффициент скорости массопереноса К, так же как и коэффициент диффузии Д однозначно характеризует процесс диффузии. Однако в отли чие от D величина К характеризует скорость миграции пластификаторов в данной конкретной паре полимеров, а не в одном каком-либо из них. Ко эффициент скорости массопереноса зависит от температуры проведения опыта, но не зависит от толщины образца и от концентрации диффунди рующего пластификатора в данной конкретной паре.
Параметр - у - позволяет переходить от толщины свода бронирующих
покрытий реальных изделий к толщине этих покрытий в модели и обратно.
1)изучение диффузии нитроэфиров из топлива в бронирующий слой
влабораторных условиях с целью установления равновесной концентра ции и константы миграции нитроэфиров в бронепокрытие;
2)расчет ожидаемой средней концентрации нитроэфиров в бронепокрытии к концу заданного периода хранения;
3)вычисление эквивалентного времени хранения зарядов в форсиро ванных условиях, при которых обеспечивается такое же содержание нит роэфиров в бронепокрытии, какое ожидается к концу заданного срока хра нения в натурных условиях;
4)форсированное старение зарядов в течение эквивалентного време ни и баллистические испытания;
5)обработка результатов.
При применении данного метода при форсировании условий испы таний температуру опытов следует выбирать ниже температуры стеклова ния. Нарушение этого условия может привести к изменению механизма массопереноса и ошибке при оценке времени сохранения работоспособно сти заряда.
старения. Здесь предпочтительно использовать математическое моделиро вание процесса старения и связанного с ним изменения характеристик за ряда. Однако фундаментальная наука не всегда способна дать необходи мые математические модели, поэтому приходится прибегать к эмпириче ским, экспериментально-расчетным и другим методам. При этом необхо димо доказать адекватность результатов, полученных этими методами, ре зультатам, наблюдаемым на натурных зарядах в реальных условиях хране ния и эксплуатации. И все это надо сделать на стадии отработки заряда, т.е. в очень сжатые сроки.
Таким образом, специалист в области прогнозирования сроков служебной пригодности зарядов из порохов и твердых ракетных топлив должен не только обладать твердыми знаниями в области физикохимии порохов и ТРТ, но быть достаточно эрудированным в области математического и физического моделирования, численных методов решения и т.п. Только это позволит творчески активно и целеустремленно действовать в тех нестандартных ситуациях, которые пока еще часто встречаются при прогнозировании сроков служебной пригодности зарядов.
ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................... |
3 |
Раздел 1. СТАБИЛЬНОСТЬ ПОРОХОВ, ТВЕРДЫХ РАКЕТНЫХ |
|
ТОПЛИВ И ЗАРЯДОВ ИЗ НИХ.......................................................... |
6 |
1. Терминология в области исследования стабильности порохов, |
|
твердых ракетных топлив и зарядов из них........................................... |
6 |
2. Дымные пороха............................................................................................ |
12 |
3. Бездымные пороха и заряды к ствольным системам........................... |
14 |
4. Твердые ракетные топлива и заряды РДТТ |
20 |
5. Испытания натурных и модельных зарядов............................................ |
31 |
5.1. Испытания зарядов длительным хранением........................................ |
32 |
5.2. Ускоренные испытания зарядов в форсированных условиях............ |
35 |
6. Системный анализ проблемы прогнозирования сроков служебной |
|
пригодности зарядов................................................................................... |
38 |
Раздел 2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРОКОВ СЛУЖЕБНОЙ |
|
ПРИГОДНОСТИ ЗАРЯДОВ ИЗ ПОРОХОВ И ТРТ.................................. |
54 |
1. Термическое (химическое) разложение нитроцеллюлозных порохов |
|
и твердых ракетных топлив....................................................................... |
54 |
1.1. Сущность термического разложения.................................................... |
54 |
1.2. Методы исследования химической стойкости порохов.................... |
59 |
1.3. Определение критических параметров теплового взрыва................. |
73 |
1.4. Оценка термостабильности зарядов...................................................... |
87 |
2. Климатическое старение порохов и ТРТ |
98 |
3. Термодинамическая и химическая совместимость компонентов |
|
порохов, ТРТ и конструкционных материалов |
103 |
4. Стойкость к воздействию поражающих факторов ядерного взрыва... |
106 |
5. Массообменные процессы в зарядах из порохов и ТРТ |
114 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................. |
138 |
Список литературы.......................................................................................... |
140 |
ТАЛИН Дмитрий Дмитриевич
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРОКОВ СЛУЖЕБНОЙ ПРИГОДНОСТИ ЗАРЯДОВ ИЗ ПОРОХОВ И ТВЕРДЫХ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ
Учебное пособие
Лит. редактор Н.В. Бабинова Техн. редактор и корректор Г.Я. Шилоносова
Лицензия ЛР № 020370
Подписано в печать 9.03.06. Формат 60x90/16. Набор компьютерный. Уел. печ. л. 9. Уч.-изд. л. 9,17.
Тираж 100. Заказ 24 - 184/2006
Редакционно-издательский отдел Пермского государственного технического университета.
Адрес: 614600, Пермь, Комсомольский пр., 29
Отпечатано в Отделе электронных издательских систем ОЦНИТ Пермского государственного технического университета.
Адрес: 614600, Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113, тел. (342) 2-198-033