книги / Химическая физика энергонасыщенных материалов
..pdfПеречисленные отличия могут приводить к отклонениям ре альных (действительных) параметров и характеристик РД от иде альных. Например, потери удельного импульса из-за рассеяния в со плах современных РД составляют от 1 до 1,5 %, из-за трения - от 1 до 3 % и т.п.
Несмотря на вышеуказанные отклонения от идеальности, тер модинамический расчет является мощным инструментом исследо вания процесса горения, без которого в настоящее время немыслимо создание новых рецептур порохов и ТРТ. В термодинамическом расчете можно определить следующие характеристики равновесия: состав продуктов горения, их температуру, удельный объем, энталь пию, энтропию, среднюю молярную массу, удельную теплоемкость при постоянном давлении, показатель адиабаты к = Cp/cv, удельную газовую постоянную R и др. Знание данных характеристик позволя ет проводить предварительную оценку свойств проектируемого топлива или пороха (до постановки эксперимента на опытных со ставах).
7.3. Термодинамическое проектирование порохов и ТРТ
Одним из основных направлений повышения тактико-техниче ских характеристик ракетного и артиллерийского оружия является создание твердых ракетных топлив и артиллерийских порохов с по вышенными энергетическими характеристиками. Повышение значе ний силы порохов и удельного импульса ракетных топлив возможно за счет использования в их составах новых, более эффективных ком понентов, обладающих повышенными энергетическими характери стиками с одновременной оптимизацией составов порохов и топлив.
Основными этапами разработки новых рецептур порохов и то плив являются следующие:
1)разработка технических требований к порохам и ТРТ;
2)выбор компонентов, способных обеспечить выполнение тех нических требований.
3)термодинамическое проектирование порохов и ТРТ;
4)выбор базовой рецептуры;
5)изготовление опытных образцов и исследование их свойств;
6)корректировка состава с учетом результатов исследований;
7)изготовление укрупненного образца и исследование ком плекса его свойств. При необходимости производится корректиров ка состава;
8)изготовление опытных партий и изучение свойств в соответ ствии с нормативными документами;
9)паспортизация.
Третий этап разработки порохов и ТРТ проводится при помощи термодинамического расчета композиций из выбранных на втором этапе компонентов. Порядок проведения работы термодинамическо го проектирования пороха следующий:
1. На основе заданных энергетических характеристик проекти руемого пороха или ТРТ выбрать основные и вспомогательные ком поненты, исходя из их назначения. Скомпоновать базовый состав проектируемого топлива.
2.Варьируя содержание компонентов на каждом шаге оценить при помощи термодинамического расчета энергетические характе ристики ЭКМ.
3.На основании анализа полученных результатов сформулиро вать конечный состав ЭКМ и определить его характеристики.
Вкачестве примера рассмотрим результаты термодинамическо го расчета стандартного термодинамического удельного импульса J (ра = р„ = 1 кг/см) смесевой рецептурной композиции «алюминий +
+перхлорат аммония + полибутадиеновый каучук СКД-КТР», пред ставленных на рис. 34 в косоугольной системе координат в плоско сти треугольника Гиббса в виде изолиний (величина импульса 235, 245 и 250 с).
Термодинамический максимум удельного импульса этой ком позиции равен 251,5 с при содержании перхлората аммония 67,6 %, каучука - 11,3 %, алюминия - 21,1 %; при этом рассчитанные значе ния плотности топлива составили 1,83 г/см3 и температура его горе ния - 3637 К.
Рис. 34. Удельный импульс тройной системы «алюминий + перхлорат аммония + полибутадиеновый каучук СКД-КТР»
Оптимальный химический состав реальных топлив, как прави ло, не соответствует термодинамическому экстремуму по удельному импульсу, так как вводятся ограничения по величине минимальной объемной доли связующего, обеспечивающей требуемые физико механические характеристики топлива. Кроме того, топливо должно удовлетворять комплексу свойств по эксплуатационной безопасно сти зарядов, по безопасности их производства, по стойкости заря дов к ударно-волновым и тепловым воздействиям, радиационным излучениям, требованиям по гарантийным срокам хранения и ряду других.
Выбор оптимального химического состава топлива проводится с учетом этих требований, являющихся ограничениями в оптимиза ционной задаче проектирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Физика взрыва: в 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, испр. - T. 1. - М.: Физматлит, 2004. - 832 с.
2.Физика взрыва: в 2 т. / под ред. Л. П. Орленко. - Изд. 3-е, испр. - Т. 2. - М.: Физматлит, 2004. - 656 с.
3.Математическая теория горения и взрыва / Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатг, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. - М.: Наука, 1980.-478 с.
4.Косточко А.В., Казбан Б.М. Пороха, ракетные твердые топ лива и их свойства: учеб, пособие. - М.: ИНФРА-М, 2014. - 399 с.
5.Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. - М.: Машино строение, 1972. - 208 с.
6.Энергетические конденсированные системы: крат, энцикл. словарь / под ред. Б.П. Жукова. - 2-е изд., испр. - М.: Янус - К, 2000. - 596 с.
Теплота образования ряда индивидуальных ВВ, компонентов ВВ и продуктов взрыва
|
|
Теплота образования |
|
||
Вещество |
Химическая |
при постоянном |
при постоянном |
||
формула |
давлении, |
объеме |
|||
|
|||||
|
|
кДж/моль |
кДж/моль |
кДж/кг |
|
|
|
|
|||
Тротил |
C 7H 5N 3O 6 |
59,4 (74,8) |
42,3 |
186,7 |
|
Динитронафталин |
C 10H0N 2O4 |
15,2 |
-29,8 |
-1 3 8 |
|
Гексоген |
С3НбН6Об |
-7 1 ,6 (-62) |
-93,3 |
-420,3 |
|
Тэн |
C 5H 8N 4O 12 |
531,6(525,6) |
402,3 |
1588,6 |
|
Октоген |
C 4H 8N 8O 8 |
-4 6 (-48,3) |
- |
- |
|
Нитроглицерин |
C3H5N 30 9 |
365 (374) |
344,5 |
1516,6 |
|
Нитрогликоль |
C2H4N 20 6 |
244,0 |
229,4 |
1508,6 |
|
Нитродигликоль |
C 4H 8N 2O 7 |
428,2 |
407,7 |
2078,3 |
|
Азотнокислый аммоний |
NHjNCb |
365,7 |
354,8 |
4433.0 |
|
Азотнокислый натрий |
N aN 0 3 |
467,6 |
462,8 |
5444,7 |
|
Азотнокислый калий |
K N 0 3 |
494,4 |
489,5 |
4841,5 |
|
Азотнокислый кальций |
C a(N 03)2 |
937,8 |
928,0 |
5655,3 |
|
Перхлорат аммония |
NH 4CI0 4 |
293,8 |
281,7 |
2397,7 |
|
Перхлорат калия |
K C I O 4 |
437,4 |
431,1 |
3119,1 |
|
Коллодионный хлопок |
C «H 7N 3O 12 |
2762,8 |
2700,0 |
10310,1 |
|
(12,2 % N) |
|
|
|
|
|
Целлюлоза |
- |
964,0 |
946,0 |
5835,3 |
|
Парафин |
С,9Н4о-СззН72 |
- |
|
2197,6 |
|
Хлористый аммоний |
N H 4C I |
313,7 |
306,4 |
5726,4 |
|
Минеральные масла |
- |
- |
- |
- 2 1 0 0 |
|
Стеариновая кислота |
C 17H5COOH |
933,5 |
8 8 8 , 2 |
3131,1 |
|
Окись углерода |
CO |
112,5 |
113,7 |
4060,4 |
|
Двуокись углерода |
co2 |
395,6 |
395,6 |
8987,3 |
|
|
Теплота образования |
|||
Вещество |
Химическая |
при постоянном |
при постоянном |
||
формула |
давлении, |
объеме |
|||
|
|||||
|
|
кДж/моль |
кДж/моль |
кДж/кг |
|
|
н20п |
|
|||
Вода(пар) |
241,9 |
240,6 |
13354,6 |
||
Вода (жидкость) |
н2ож |
286,2 |
282,5 |
15717,6 |
|
Окись азота |
NO |
-9 0 ,4 |
-9 0 ,4 |
-3014,0 |
|
Окись алюминия |
AI2O3 |
1670,2 |
1666,4 |
16346,3 |
|
Углекислый натрий |
N aC 03 |
1129,7 |
1126,1 |
10624,1 |
|
Хлористый натрий |
NaCl |
411,6 |
410,4 |
7019,9 |
|
Хлористый калий |
КС1 |
436,8 |
435,6 |
5843,6 |
|
Двуокись азота |
N O 2 |
-3 3 ,0 |
-3 3 ,0 |
-717,4 |
Характеристики широко распространенных ВВ
Наиме |
Скорость |
Теплота |
Темпе |
Объем |
Бризант- |
Работоспо |
|
нование |
детона |
взрыва, |
ратура |
продукта |
ность |
собность |
|
ВВ |
ции, м/с |
ккал/кг |
продуктов |
взрыва, |
по Гессу, по Трауцлю, |
||
|
|
|
взрыва, °С |
л/кг |
мм |
см3 |
|
|
Инициирующие взрывчатые вещества |
|
|||||
Гремучая |
4800 |
410 |
4300 |
315 |
- |
- |
|
ртуть |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Азид |
4800 |
380 |
4080 |
310 |
- |
- |
|
свинца |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Тенерес |
1600 |
410 |
2800 |
440 |
- |
- |
|
тэн |
Бризантные ВВ повышенной мощности |
|
|||||
8400 |
1410 |
4200 |
780 |
24 |
500 |
||
Гексоген |
8380 |
1390 |
3850 |
900 |
24 |
490 |
|
Тетрил |
7700 |
1095 |
3915 |
750 |
18-20 |
390 |
|
|
Бризантные ВВ нормальной мощности |
|
|||||
Тротил |
6900 |
1000 |
3050 |
750 |
16 |
235 |
|
Пикрино |
|
|
|
|
|
|
|
вая кис |
7200 |
1030 |
3520 |
685 |
18 |
330 |
|
лота |
|
|
|
|
|
|
|
Динамит |
6000 |
1210 |
4040 |
630 |
16 |
350 |
|
62% |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Бризантные ВВ пожженной мощности |
|
|||||
Аммонит |
5000 |
950 |
2500 |
860 |
10-12 |
350 |
|
80.20 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Динамоны 2500-4500 720-890 1940-2750 900-950 |
12-14 |
320-350 |
|||||
Аммонал |
5030 |
1000 |
2440 |
800 |
16 |
350 |
Учебное издание
ТАЛИН Дмитрий Дмитриевич
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Учебное пособие
Редактор и корректор Я.В. Бабинова
Подписано в печать 21.05.18. Формат 60x90/16. Уел. печ. л. 9,875. Тираж 100. экз. Заказ № 97/2018.
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета.
Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342) 219-80-33.