Ракетные твердые топлива. Ракетные двигатели на твердом топливе

Задача 4.

Бак с гелием под высоким давлением при 8000 фунт/дюйм2 (560 кг/см2) и с внутренним диаметром 1,5 фута. Примите коэффициент безопасности 1,5 для минимальной прочности. Предлагается рассмотреть следующие материалы:

волокнаКевлара вматрице изэпоксиднойсмолы (см. табл. 6.2); углеволокно в матрице из эпоксидной смолы; термообработанный сварной титановый сплав с максимальной

прочностью 150 000 фунт/дюйм2 и плотностью0,165 фунт/дюйм3. Определите размеры и вес на уровне моря этих трех баков и

обсудите их преимущество и недостатки. Чтобы содержать газ под высоким давлением в композиционном материале, который является пористым, также необходимо иметь внутренний лайнер из тонкого металла (например, алюминиевая фольга толщиной 0,016 дюйма), чтобы предупредить утечку газа. Этот лайнер реально не будет подвергаться действию конструкционных нагрузок, но его вес и объем необходимо учитывать.

Задача 5.

Сделайте простой эскиз и определите массу или вес на уровне моря сильного корпуса ракетного двигателя, который является цилиндрическим с полусферическими торцами. Изложите свои предложения. Какой использовать метод крепления сопловой сборки и

максимальное давление в камере сгорания ...1520 фунт/дюйм2

291

Задача 6.

Спроектируйте ракетный двигатель на твердом топливе с теплоизоляцией и лайнером. Примените топливо ПХА (Al/HTPB) для Orbus 6. Средняя тяга составляет 3600 фунтов и среднее время горения 25 с. Изложите свои предложения и правила, используемые

врешении, и приведите ваши рассуждения по ним. Сделайте простые эскизы поперечного сечения и полусекций с основными размерами (длина и диаметр) и определите приблизительную массу загружаемого топлива.

Задача 7.

Ракетный двигатель STAR 27 (см. рис. 6.1) имеет среднюю скорость эрозии 0,0011 дюйм/с.

1.Определите изменения площади критического сечения сопла, тяги, давления в камере сгорания, времени горения и массового потока при отсечке.

2.Определите те же самые параметры для условия, когда,

вкакой-то мере, использовался плохой сорт материала ITE и имел

втри раза большую скорость эрозии. Прокомментируйте разницу и возможность применения.

Ответ. Площадь критического сечения сопла увеличивается: 1) на 5,3 %; 2) на 14,7 %; давление в камере сгорания при отсечке уменьшается приблизительно на тот же самый процент.

292

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Davenas A. Solid rocket Motor Design. Chapter 4 // Tactical Missile Propulsion. Progress in Astronautics and Aeronautics / AIAA. – New York, 1996. – Vol. 170.

2.Kubota N. Survey of Rocket Propellants and their Combustion Characteristics. Chapter 1 // Fundamentals of Solid-Propellant Combustion. Progress in Astronautics and Aeronautics / AIAA. – New York, 1984. – Vol. 90.

3.Sibdeh H.S., Heller R.A. Rocket Motor Service Life Calculations Based on First Passage Method // Journal of Spacecraft and Rockets. – 1989. – Vol. 26, No. 4. – Р. 279–284.

4.Thrasher D.I. State of the Art of Solid Propellant Rocket Motor Grain Design in the United States. Chapter 9 // Design Methods in Solid Rocket Motors, Lecture Series LS 150. – AGARD/NATO, 1988.

5. Fundamentals of Solid-PropeUant Combustion / ed. by К.K. Kuo, M. Summerfield // Progress in Astronautics and Aeronautics. – New York, 1984. – Vol. 90.

6.Duterque V., Lengelle G. Combustion Mechanism of Nitramine-Based Propellant with Additives // AIAA Paper 88-3253. – 1988. – July.

7.Youfang С. Combustion Mechanism of Double-Base Propellants with Lead Burning Rate Catalyst // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. – 1987. – Vol. 12. – P. 209–214.

8.Combustion Wave Structures of Ammonium Perchlorate Composite Propellants / N. Kubota [et al.] // Journal of Propulsion and Power. – 1986. – Vol. 2, No. 4. – P. 296–300.

9.Combustion of Ammonium Perchlorate and Various Inorganic Additives / T. Boggs, D.E. Zurn, H.F. Cordes, J. Covino // Journal of Propulsion and Power. – 1988. – Vol. 4, No. 1. – P. 27–39.

10.Kuwahara T., Kubota N. Combustion of RDX/AP Composite Propellants at Low Pressure // Journal of Spacecraft and Rockets. – 1984. – Vol. 21, No. 5. – P. 502–507.

293

11.Combustion Characteristics of Low Flame Temperature, Chlorine-Free Composite Propellants / P.A.O.G. Korting, F.W.M. Zee, J.J. Meulenbrugge // Journal of Propulsion and Power. – 1990. – Vol. 6, No. 3. – P. 250–255.

12.Kubota N., Sakamoto S. Combustion Mechanism of HMX // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. – 1989. – Vol. 13-9. – P. 6–11.

13.Caveny L.H., Kuo К.K., Shackleford B.J. Thrust and Ignition. Transients of the Space Shuttle Solid Rocket Booster Motor // Journal of Spacecraft and Rockets. –1980. – Vol. 17, No. 6. – P. 489–494.

14.Cho I.H., Baek S.W. Numerical Simulation of Axisymmetric Solid Rocket Motor Ignition with Radiation Effect // Journal of Propulsion and Power. – 2000. – Vol. 16, No. 4. – P. 725–728.

15.Raghunandam B.N., Bhaskariah P. Some New Results of Chuffing in Composite Solid Propellant Rockets // Journal of Spacecraft and Rockets. 1985. – Vol. 22, No. 2. – P. 218–220.

16.Hughes P.M.J., Cerny E. Measurement and Analysis of High Frequency Pressure Oscillations in Solid Rocket Motors // Journal of Spacecraft and Rockets. – 1984. – Vol. 21, No. 3. – P. 261–265.

17.Beddini R.A., Roberts T.A. Response of Solid Propellant Combustion to the Presence of a Turbulent Acoustic Boundary Layer // AIAA Paper 88-2942. – 1988.

18.Vuillot F., Avalon G. Acoustic-Mean Flow Interaction in Solid Rocket Motors. Using Navier-Stokes Equations // AIAA Paper 882940. – 1988.

19.Andrepont W.C., Schoner R.J. The T-Burner Method for Determining the Combustion Response of Solid Propellants // AIAA Paper 72-1053. – 1972.

20.Pulsed T-Burner Testing of Combustion Dynamics of Aluminized Solid Propellants / E.W. Price, H.В. Mathes, О.Н. Madden, В.G. Brown // Aeronautics and Astronautics. – 1971. – Vol. 10, No. 4. – P. 65–69.

21.Coates R.L. Application of the T-Burner to Ballistic Evaluation of New Propellants // Journal of Spacecraft and Rockets. – 1966. – Vol. 3, No. 12. – P. 1793–1796.

294

22.Light-Diffraction Particle Size Measurements in Small Solid Propellant Rockets / E.D. Youngborg, J.E. Pruitt, M.J. Smith, D.W. Netzer // Journal of Propulsion and Power. – 1990. – Vol. 6, No. 3. – P. 243–249.

23.Vuillot F. Vortex Shedding Phenomena in Solid Rocket Motors // Journal of Propulsion and Power. – 1995. – Vol. 11, No. 4.

24.Kourta A. Computation of Vortex Shedding in Solid Rocket Motors using a Time-Dependent Turbulence Model // Journal of Propulsion and Power. – 1999. – Vol. 15, No. 3.

25.NASA, National Space Transportation System / U.S. Government Printing Office. – Washington, DC, 1988. Vol. 1, 2

26.Salita M. Simple Finite Element Analysis Model of O-Ring Deformation and Activation during Squeeze and Pressurization // Journal of Propulsion ant. Power. – 1988. – Vol. 4, No. 6.

27.Rouvray A. de, Haug E., Stavrindis C. Analytical Computations for Damage Tolerance Evaluations of Composite Laminate Structures // Acta Astronautica. – 1987. – Vol. 15, No. 11. – P. 921–930.

28.Beziers D., Denost J.P. Composite Curing: A New Process // AIAA Paper 89-2868. – 1989. – July.

29.Groves A., Margetson J., Stanley P. Design Nomograms for Metallic Rocket Cases Reinforced with a Visco-elastic Fiber Over-wind //

Journal of Spacecraft and Rockets. – 1987. – Vol. 24, No. 5. –

P.411–415.

30.Boraas S. Modeling Slag Deposition in Space Shuttle Solid Rocket Motor // Journal of Spacecraft and Rockets. – 1984. – Vol. 21, No. 1.

31.Gentil P. Design and Development of a New Solid Rocket Motor Nozzle Based on Carbon and Carbon –Ceramic Materials // AIAA Paper 88-3333. – 1988.

32.Baunchalk R. High Mass Fraction Booster Demonstration // AIAA Paper 90-2326. – 1990. – July.

33.Fabrizi R., Annovazzi A. Ariane 5 P230 Booster Grain Design and Performance Study // AIAA Paper 89-2420. – 1989. – July.

295

34.Truchot A. Overall Optimization of Solid Rocket Motors. Chapter 11 // Design Methods in Solid Rocket Motors, AGARD Lecture Series LS 150 / Advisory Group for Aerospace Research and Development, NATO, 1988.

35.Craig-Johnson С.E., Dendor P.F. No roll process for manufacture of double-base and composite modified double-base extrusion compositions // 19th Explosive Safety Seminar. – Los Angeles, 1980.

36.Muller D., Stewart J. Twin screw extrusion for the production of stick propellants // Journal of Hazardous Materials. – 1984. – № 9. – Р. 47–61.

37.Olsson M. Screw extrusion of double-base propellants // ICT Jahrestagung. – Karlsruhe, 1981.

38.Austruy H., Raymond J.P., Canihac J. Utilisation d'une boudineuse a vis pour la production industrielle d'un bloc de propergol double base pour autopropulsion. – ICT International Jahrestagung, 1984.

39.Carter R.E., Extrusion properties of propellant doughs // Conference on Nitrocellulose Characerisation and Double-Base Propellant Structure. – Waltham Abbey, Essex, England, 1980.

40.Charre J.M., Longevialle Y., Naideau P. Test de pertes de charges. Application a la caracterisation des poudres a mouler. – International Jahrestagung, ICT, 1978.

41.Harris D., Irlam G. A study of mechanism of the casting process for the manufacture of double-base propellants. – International Jahrestagung, ICT, 1978.

42.Rat M., Hermant I., Longevialle Y. Application de la microcalorimetrie a la caracterisation de la cuisson des propergols double base et double base composites moules. – International Jahrestagung, ICT, 1986.

43.Lewis T.J. The effect of processing variations on the ballistics of fast-burning, extruded, double-base propellants // AIAA 14th Joint Propulsion Conference, AIAA 78 1014. – New York, 1978.

44.Derr R.L., Boggs T.L. Hazard/performance tradeoffs for smokeless solid propellant rocket motors // AGARD Propulsion and Energetics Panel. 66th Meeting. – Florence, Italy, 1985.

296

45.Evans G.I., Smith P.K. The reduction of exhaust signature in solid propellant rocket motors // AGARD Propulsion and Energetics Panel, 66th Meeting. – Florence, Italy, 1985.

46.Nugeyre J.C., Dauga P., Philippe P. An example of failure by acoustic coupling of a free-standing double-base propellant grain // AIAA/SAE/ASME 17th Joint Propulsion Conference. AIAA 81-1525. – New York, 1981.

47.Evans G.I., Smith P.K. The suppression of combustion instability by particulate damping in smokeless solid propellant motors // AGARD 53rd Meeting on Solid Rocket Technology. – Oslo, 1979.

48.Raymond J.P., Austruy H., Rat M. Evaluation de la stabilite thermique et du vieillissement fissurant des propergols homogenes double base. – Internationale Jahrestagung, ICT, 1986.

49.Cost T.L., Weeks G.E., Martin D.L. Service Life Analysis of Rocket Motors with Internal Gas Generation // AIAA/SAE/ASME 17th Joint Propulsion Conference. AIAA 81-1546. – New York, 1981.

50.Austruy H., Rat M. Gas Generation in Double-Base and Crosslinked Double-Base Propellants // ADPA Symposium. – Long Beach, 1986.

51.Gordon S., Darwell, H.M., Composite modified cast doublebase propellants – technology and application. Technical report, No. 69/5 // IMI Summerfield. Paper presented at the 9th International Aeronautical Congress. – Paris, 1969.

52.Helmy A.M. Investigation of new energetic ingredients for minimum signature propellants // AIAA/SAE/ASME 20th Join. Propulsion Conference. – New York, 1984.

53.Rat M., Longevialle Y., Couturier R. Second order transitions in nitrocellulose energetic plasticizers systems // Conference on Nitrocellulose Characterization and Double-Base Propellant Structure. – Waltham Abbey, Essex, England, 1980.

54.Brun I., Longevialle Y., Rat M. Effect of thermal conditions on the crystallization kinetics of different nitrate esters // FhG ICT, Jahrestagung, 1989.

297

55.Hartman K.О., Silver P.A. High performance non-embrittling double-base propellant. Chemical Propulsion information Agency Publication. – 1981. – Vol. 1, No. 340.

56.Zimmerman G.A., Kipersky J.P. Nahoulousky B.D., Newey S.L. Embrittlement of propellants containing nitrate ester plasticizers // AIAA/SAE/ASME 18th Joint Propulsion Conference, June 1982.

57.Chi M.S., Hartman К.O. Relationship of polymer structure to mechanical propertiesin crosslinked double-base binders // AIAA/SAE/ASME 15th Joint Propulsion Conference, June 1979.

58.Sumi K., Kubota N. Reduction of plateau-burning effect of HMX based CMDB propellants // 11 th International Symposium on Space Technology and Science. – Tokyo, 1975.

59.Davenas A., Amelioration des proprietes balistiques et des proprietes mecaniqucs toustemps des propergols sans fume // AGARD Conference «Solid Rocket Motors Technology». – 1979. – No. 259.

298

Учебное издание

Ермилов Александр Сергеевич, Нуруллаев Эргаш Масеевич, Куценко Геннадий Васильевич

РАКЕТНЫЕ ТВЕРДЫЕ ТОПЛИВА. РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Учебное пособие

Редактор, корректор Н.В. Бабинова

Подписано в печать 21.09.2016. Формат 60 90/16.

Усл. печ. л. 18,75. Тираж 100 экз. Заказ № 145/2016.

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел.: + 7 (342) 219-80-33.

299