6. Типы зарядов и их основные характеристики. Требования, предьявляемые к зарядам. Выбор требуемой поверхноси горения .Расчет заряда канально-щелевой формы.

Заряды твердого топлива обычно классифицируют по по­верхностям горения, так как от этого зависит выходная диа­грамма тяги по времени. Наиболее распространенные формы зарядов твердого топлива приведены на рис. Заряды изго­товляются в виде отдельных шашек, которые после остывания могут механически обрабатываться до требуемых размеров или получаются непосредственной заливкой в камеру сгорания. Некоторые поверхности шашек могут бронироваться негорючи­ми материалами, чем достигается изменение поверхности горения для получения задан­ного закона изменения тя­ги по времени.Заряды с открытым плоским торцом обычно жестко скреплены с внутренней поверхностью камеры сгорания и пригорении дают постоянную тягу. Заряды, горящие по боковым поверхностям, могут обеспечивать . по­стоянную тягу только при соответствующей формеканалов (со звездообраз­ным, колесным или крес­тообразным каналами, а также при трубчатом или телескопическом заряде). Увеличивающуюся повре­мени тягу можно полу­чить при одноканальном или крестообразном заря­де; уменьшающуюся - при звездообразном или цилиндрическом заряде.

Жестко скреплены со стенкой камеры сгорания только заряды, горящие по внутренней поверхности.

В зарядах со щелями горение может осуществляться по внешней, внутренней цилиндрической поверхностям и по поверх поверхности пропилов, которые могут быть расположены у торца илив средней части шашки. При горении по внутренней поверхности шашки и по щелям получается постоянный расход газов, чем обычно достигается постоянная тяга; при горении по обеим боковым поверхностям и по поверхности щелей могут быть обеспечены две ступени тяги.

Секционные заряды используются для крупногабаритных РДТТ и состоят из отдельных продольных секций, которые мо­гут быть армированы для прочности продольными и попереч­ными пластинами. Разделение на секции позволяет устранить концентрацию напряжений в вершинах звездообразных каналов при жестком скреплении зарядов с камерой сгорания.

Модульные заряды изготовляются отдельно от корпуса РДТТ и могут склеиваться со стенкой камеры сгорания или прикрепляться к ней механическим путем.

Для исключения горения на нерасчетных поверхностях на зарядах применяются бронирующие покрытия: для коллоидных порохов - ацетат или этилцеллюлоза, для смесевых - синтетический каучук в смеси с газовой сажей.

Расчетная схема приведена на , где 1_Ц- длина цилиндричес­кой части заряда; 1_Щ- длина щели; ео - начальный свод заряда; D - ди­аметр заряда; d

-диаметр канала; Su - поверхность горения цилиндри­ческой части;

Sm - поверхность горения щелей; ST - поверхность горения торца; Бцщ - поверхность горения цилиндрической части щели; Srm - по­верхность горения торцев щели

Полную поверхность горения Sможно определить по формуле

,где Kкоеффициент торца:K- торец забронирован;K- торец горит

Расчет поверхности горения заряда с канально-щелевой формой заключается в определении оптимального количества щелей с точки зрения минимального значения среднеквадратичного отклонения поверхности горения 6S от средней величины при выгорании заряда.

Порядок расчета следующий:Задаются значениями параметров: d=0,33D;h= е_о;b= 0,2-0,4 м.,Задаются количеством щелейn=4.Вводится безразмерный параметр,е=е/е_о. который при выгорании заряда меняется от 0 до 1,и свод разбивается на 10 равномерных отрезков Тогда относительные значения сводаeiбудут соответственно равны значениям 0,1 ... 1,0 с шагом 0,1.,В 11 точках рассчитывается значение поверхности горенияSj(е) по формуле , гдеR=D/2;K=

относительная длинна щели зависит от числа щелейnи определяется по формуле

Значения функций A(n,),B(),C(), приведены в табл.

Определяется ср. арифметическое значение поверхности горения S:(m=11)

Определяется среднее квадратичное отклонение поверхности горения ;

Задается новое значение n, пункты 2-5 повторяются. Расчет прекращается при при=min

Массив значений Sjпри выбранномnявляется исходным для рас­чета внутрибаллистических характеристик двигателя. Окончательно опре­деляются геометрические параметры заряда: - из начального объема зарядаW_Tопределяется длина заряда

Необходимо, чтобы выполнялось условие l₃li( 1i, - длина блока)

- определяется длина щели: 1_Ш= 1₃(n) .

Таким образом, на этапе проектировочного расчета РДТТ известными становятся оптимальное количество щелей и основные геометрические ха­рактеристики заряда. В дальнейшем, при непосредственном проектировании заряда, производится уточнение его геометрической формы и выбранных размеров (передний и задний торцы, щелевая область, переходные зоны).

7. МЕХ-М ГОРЕНИЯ БТТ.ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ СТТ.ВНУТРЕННЯЯ БАЛЛИСТИКА КАМЕРЫ.ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ.ПРОЦЕСС ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ЗАРЯДА:РАСЧЕТ МАССЫ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНОГО УСТР-ВА.РАСЧЕТ КРИВОЙ ДАВЛЕНИЕ-ВРЕМЯ:ВЫХОД ДВ. НА РЕЖИМ, СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ, ВЫКЛЮЧЕНИЕ ДВ.

Механизм горения БТТ–представляет последовательность физико-химических процессов протекающих в твердой фазе и ее поверхностных слоях, и в газовой фазе

Тн-нач.темпер., Тс-темп.поверхности, Зг-зона газификации, ТЗ-темная зона

При подводе тепла из газ. фазы к поверхности топлива в его поверхностных слоях начинаются различные физико-химич. процессы разложения топлива с выделением тепла-экзотермические.При нагреве связи разрушаются O-NO₂=> происходит отщиплениеNO₂ –основной продукт в ЗГ. Выделившиеся газы реагируют др.с др. с выделением теплаNO_2, СО, Н₂О. в конце зоны газификации основной продуктNO

Тs=300-330С (600-700К) и дальше в ЗГ увелич до 1300-1400 К

ТЗ-зона с низкой химич. активностью-реакций почти нет Т=1300-1400К

В третьей зоне NOвосстанавливается доN₂:реакции характерные для этой зоны:

СО+2 NO->CO₂₊N_2, 2H₂+ 2NO->N₂₊2Н₂О_, получение продуктов полного окисления Н₂О,CO₂

В зоне светящегося пламени образуется равновесная смесь

Механизм горения СТТ

Тс-будет выше чем у БТТ, Тк=3500-4000К

При горении СТТ к горящей поверхности примыкает зона в кот. идут хим. реакции в различных режимах протекания:

1.диффузионный режим 2.кинетический, 3.смешанный

Кинетический режим-при горении СТТ в зоне светящегося пламени возможно кинетич. горение. Характеризуется небольшими скоростями горения . Значительное влияние на скорость оказывает температура

Диффузионный режим-другой предельный режим. Скорость хим. реагирования мах. возможная, кот. определяется условиями подвода окислительных компонентов газовой среды в зону реакции. Концентрация окислительных компонентов в зоне реакции =0 .Сколько окислителя подводится столько и расходуется поэтому нет его избытка.

По горению СТТ в газ.фазе наблюдаются участки кинетич.. диффузионного, смешанного горения

Поверхность горения СТТ чаще волнистая:

газы окислителя и горючего перемешиваются .

При дальнейшем горении участки горючего начинабт разлогаться раньше и по времени и по температуре-200-250 С. Окислитель разлагается с температуры 500.

Внутренняя баллистика камеры. основные уравнения

Под расчетом ВБХ понимаем определение характера изменения давления в камере двигателя , тяги и импульса во времени при стационарных и нестационарных процесах, который учитывает время пребывания ПС в сопле в зависимости от свободного объема, которое на 2 порядка меньше времени пребывания ПС в камере=>нестац. процесс считаем как стационарный. Для этого пользуемся 3-мя уравнениями (сохранения массы, сохранения количества движения, сохранения энергии) и уравнением состояния и уравнением газоприхода с горящей поверхности.

Уравнение состояния

Уравнение неразрывности-закон сохранения массы

Процесс воспламенения заряда:расчет массы воспламенителя

При воспламенении основного заряда вначале на пов-ти горения образуются горячие очаги. затем происходит локальное воспламенение в окрестностях этих очагов и пламя распростроняется по всей пов-ти горения. Если будет передано недостаточное кол-во тепла, воспламенения не произойдет совсем или горение заряда будет происходить сначала при небольшом давлении, а затем дв. выйдет на расчтный режим (рис 1).Возможно неустановившееся прерывистое горение (2).Если масса воспламенительного устр-ва завышена происходит резкое нарастание давления-пик (3)=> необходимость увеличения толщины стенок=>увеличение масы. Правильно подобранное воспламенит. устр-во обеспечивает плавное и быстрое нарастание давления.(4).

На процесс воспламенения влияет начальная температ. заряда, химич. состав, шероховатость пов-ти и т.д. Для воспламенения зарядов раньше применяли дымный порох.Для сокращения времени задержки воспламенителя применяют спец. пиротехнические составы( смеси на основе титанового порошка и нитрата бария), у которых высокая темпер. ПС(3000 К) поэтому более быстрый локальный прогрев пов-ти. Сущ. много эмпирических зависимостей для определения массы заряда воспламенительного устройства. m=q*S/Q, гдеq-кол-во тепла необходимое для надежного воспламенения единицы пов-ти зарядаq=(125-335)*10⁴Вт/м²,Sначальная площадь поверхности горения,Q-калорийность воспламенительного состава. Вторая формула:m=Pw/(RT(1-g)),

где Р-начальный уровень давления=0,2-0,5 Мпа, w-свободный объем,RT-сила пороха,g-доля конденсированной фазы в ПС.Масса воспламенит. состава для БТТ-0,0012-0,002 кг дымного пороха на 1 литр свободного объема КС,для СТТ-0,15-0,2 кг на 1 м²поверхности заряда.

Расчет кривой давление-время:выход на режим стационарный режим,выключение

т.0-1-время задержки воспламенения заряда

т. 1-2-время до момента начала устойчивого загорания заряда

т.2-момент достижения Р 300-400Кпа- вылет зглушки

т.2-3-время выхода на режим

т.3-4-время работы на установившемся режиме

т.4-5 время спада до Р=300-400Кпа.

Каждый участок кривой расчитывается на основании уравнений сохранения d(ro*W)/dt=ro_тSU-m^._c(*)