Пороха, ракетные твердые топлива и их свойства. Пороха и ракетные твердые топлива - источники тепловой энергии и газообразного рабочего тела. Учебное

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет»

А.В.Косточко, Б.М.Казбан

УДК 662. ББК 35.63 К 72 Косточко, А. В. Пороха, ракетные твердые топлива и их свойства. Пороха

твердых топлив и продуктов их горения; даны понятия, опреде­ления, основы термохимического расчета порохов и ракетных твердых топлив, анализ компонентов с точки зрения их энерге­тического вклада в свойства пороховых и твердотопливных ком­позиций.

редназначено для студентов, обучающихся по специальнос-

П ти 240702, аспирантов, а также может быть полезно научным, инженерно-техническим работникам и преподавателям. Подготовлено на кафедре химии и технологии высокомоле­кулярных соединений.

А.В., Казбан Б.М., 2009 г. © Казанский государственный т

ехнологический университет, 2009 г.

3

В настоящем пособии вопросы термохимии порохов и РТТ излагаются на основе общих законов химической термодинамики и

4

научного приложения этих законов к энергообогащенным системам, какими являются пороха и РТТ. Они изложены в работах советских ученых: Я.Б. Зельдовича, Б.В. Орлова, В.Е. Алемасова, В.П. Глуш­ко, Я.М. Паушкина, И.В. Тишунина, М.М. Арша и др. В данном теоретическом курсе авторы сочли целесообразным изложить различные методы практических термохимических расче­тов порохов и РТТ при разных требованиях и условиях горения ВВ и образования продуктов горения. Это позволяет при изуче­нии материала пособия получить понимание о практической не­обходимости теоретических представлений по термохимии по­рохов и РТТ, сравнить практическую ценность результатов рас­четов и выбрать для решения поставленной задачи рациональ-ный путь.

Значения физических постоянных, общая физическая и хими­ческая терминология и обозначение величин, используемых в пособии, соответствуют ИЮПАК.

5

Пороха и РТТ – энергетические конденсированные твердые системы, способные к устойчивому закономерному горению в бескислородной среде с выделением тепла и газообразных про­дуктов. Горение порохов и РТТ протекает послойно с умеренной и регулируемой скоростью. Эта способность порохов и РТТ оп­ределяет закономерности газообразования, на которой принци­пиально основано их техническое применение как метательных ВВ. Таким образом, горение порохов и РТТ – основное свойство, определяющее их применение по назначению. Горение пороха и РТТ, образование газов – один из основных физико-химических процессов, протекающих при выстреле из ствольного оружия и при работе ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ). В процессе горения порох и РТТ газифициру­ются, а их внутренняя химическая энергия преобразуется в теп­ловую энергию продуктов горения. Продукты горения оказы­ваются нагретыми за счет выделившегося тепла до высоких тем­ператур Т=2400-3500 К. По мере горения порохового (твердо­топливного) заряда увеличиваются масса и объем образующихся газов и в зависимости от этого возрастает их давление. В ре­зультате воздействия находящихся под большим давлением по­роховых газов на дно снаряда он начинает движение в канале ствола с возрастающей скоростью. При этом расширяющиеся газы действуют на снаряд на протяжении всего пути его движе­ния, а их давление в связи с увеличением заснарядного прост­ранства (объема), начиная с определенного момента, падает - происходит преобразование тепловой энергии пороховых газов в кинетическую энергию (энергию движения) снаряда.

6

7

факторов. Для решения этих и некоторых других задач наука о горении широко использует методы и законы физики, химичес­кой физики, газодинамики, механики. Теоретические представ­ления о горении твердых или так называемых конденсирован-ных энергетических систем стали быстро развиваться в конце 30-х ­начале 40-х годов ХХ в. в связи с развитием и совершен­ствованием артиллерийской и ракетной техники. Большие заслу­ги в разработке теории горения твердых ВВ принадлежат советс­ким ученым: академикам Н.Н. Семенову, Я.Б. Зельдовичу, Б.П. Жу­кову, Д.А. Франк-Каменецкому; профессорам А.Ф. Беляеву, П.Ф. По­хилу, И.В. Тишунину, И.О. Лейпунскому, К.К. Андрееву, Ю.А. По­бедоносцеву; а также зарубежным ученым Б. Льюису, Г.Эльбе, М. Саммерфильду, Г. Сатерленду и др.

Третье направление исследований процесса горения заключа­ется в изучении вопросов, связанных с использованием пороха в ствольных системах оружия и ракетного твердого топлива в РД. Во внутренней баллистике закономерности горения порохов и образования пороховых газов излагаются в специальном разделе «Пиростатика». Внутренняя баллистика рассматривает пороха как источник энергии и рабочего тела при выстреле. Ценность этих источников заключается в том, что они дают возможность получать весьма большие количества энергии и газов за ничтож­но малые промежутки времени, измеряемые сотыми и тысячны­ми долями секунды. Пороха являются, таким образом, как бы аккумуляторами концентрированной энергии в виде удобных для хранения и в обращении твердых пороховых элементов: зерен, лент, трубок и т.д. Однако внутренняя баллистика имеет дело с порохами как объектами исследования не только в связи с количеством энергии в них, но также и с условиями и характером преобразования этой энергии. При этом внутренняя баллистика должна давать основания для разработки или выбора из ряда разных видов и марок пороха наиболее подходящего для опреде­ленных условий стрельбы. Иногда приходится отдавать пред­почтение пороху с меньшим запасом энергии, руководствуясь

8

9