92. Сравнительный анализ характеристик баллиститных и смечевых твердых топлив.

Баллиститные твердые топлива- это твердые растворы нитроцеллюлозы, содержание которой в топливе может колебаться от 54 до 60% в нитроглицерине, количество которого может быть от 25-45%. В качестве растворителя может использоваться нитродиэтиленгликоль, нитрогуанидин и т.д. Окислительные (кислород) и восстановительные (водород, углерод) элементы входят в состав как нитроцеллюлозы, так и растворителя

Смесевые твердые топлива (СТТ), которые иногда называют гетерогенными, представляют собой механическую смесь органического горючего и минерального окислителя. В качестве окислителя чаще всего применяется перхлорат аммония (ПХА). При его разложении выделяется 46% кислорода. Кроме этого может применяться пикрат аммония, перхлорат калия другие соли минеральных кислот. Стехиометрическое содержании ПХА в топливе составляет 88%, но в реальных топливах количество окислителя поддерживается в пределах от 60 до 80%. Это объясняется тем, что при высоком содержании окислителя ухудшаются физико-механические характеристики топлива. Кроме этого, в области стехиометрического соотношения резко увеличивается температура продуктов сгорания при незначительном увеличении единичного импульса. В качестве горючего, которое в топливе выполняет функциюсвязующего, используются полимеры – полисульфидные смолы (тиокол, который в настоящее время имеет очень ограниченное применение), полибутадиен, бутилкаучук, полиуретан (имеет наибольшее применение). Содержание связующего в топливе составляет от 12-30%.

Единичный импульс у СТТ больше чем у баллиститных топлив примерно на 10…15%, плотность топлива больше примерно на 6…10%. Это значит, что при том же объеме камеры сгорания, применяя заряд из смесевого твердого топлива, мы можем получить полный импульс двигателя на 10…20% больше, чем у двигателя с зарядом из баллиститного топлива. Это значит, что дальность ракеты и ее полезный груз возрастает примерно пропорционально этой величине.

Интервал скоростей горения СТТ примерно в 3 раза выше, чем у баллиститных топлив. Это расширяет возможности конструктора и позволяет повысить совершенство двигательной установки.

Показатель скорости в законе горения у СТТ в 2-3 раза меньше, чем у баллиститных топлив. Это позволяет уменьшить разбросы внутрибаллистических характеристик у двигательных установок с зарядами из СТТ в раз. Коэффициент температурной чувствительности скорости горения у СТТ примерно в 2 раза меньше, это также уменьшает разбросы ВБХ. Малые разбросы ВБХ повышают точность попадания ракеты в цель. Точность попадания ракеты в цель зависит еще от величины разбросов скорости горения топлива. У СТТ величина разброса скорости горения составляет 4…5%, у баллиститных топлив существует две составляющих разброса: между скоростями горения внутри одной партии, которая составляет3%, и между скоростями горения между партиями зарядов – 9…10%.

Механические характеристики – у баллиститных топлив с уменьшением температуры резко увеличивается модуль и уменьшается ударная вязкость, топливо становится хрупким. При определенной температуре, называемой температурой стеклования, модуль топлива настолько увеличивается, что при ударе заряд может расколоться, как стекло. С повышением температуры - топливо размягчается, его прочность и модуль уменьшается в 4-5 раз. У СТТ нет таких резких переходов в физико-механических характеристиках. Модуль упругости у СТТ в 10…50 раз меньше, чем у баллиститных топлив, а коэффициент линейного расширения в 1.5-2 раза меньше. Это делает невозможным изготовление из баллиститного топлива заряда, прочноскрепленного со стенками камеры сгорания. Из этого топлива можно изготавливать только вкладные заряды.

Коэффициент теплопроводности у СТТ примерно в 1.5 раза больше, теплоемкость несколько меньше, а плотность топлива больше, чем у баллиститных топлив. Коэффициент температуропроводности у СТТ в 1,3…1,9 раз больше чем у баллиститных топлив. Это означает, что СТТ быстрее принимают температуру окружающей среды и лучше выдерживают тепловые удары, чем заряды из баллиститных топлив.

У СТТ нижний предел устойчивости горения гораздо ниже, чем у баллиститных топлив. Это дает возможность обеспечить более стабильную работу двигателя.

Срок хранения заряда: у баллиститных топлив – со временем происходит разложение нитроклетчатки. с выделением газообразных продуктов и выходом отдельных компонентов на поверхность заряда (выпотевание нитроглицерина). Это изменяет состав топлива и уменьшает энергетические характеристики топлива. Выделение газообразных продуктов может привести к растрескиванию топливной шашки. У СТТ происходит дополнительная сшивка полимерных цепочек, которая называется «старением»топлива. Оно становится более жестким и приводит к увеличению НДС. В общем случае, срок службы зарядов из СТТ несколько больше, чем зарядов из баллиститного топлива.

Гигроскопичность зарядов из СТТ гораздо больше, чем у зарядов из баллиститного топлива, поэтому принимаются специальные меры по обеспечению герметичности камеры сгорания, кроме этого, применяется осушенный воздух при сборке двигателя, устанавливаются специальные влагопоглощающие патроны с силикагелем.

Чувствительность к удару у баллиститных топлив, как правило, выше, чем у СТТ (хотя бывают и обратные случаи), особенно при уменьшении температуры. Заряды из СТТ более безопасны.

Заряды из баллиститного топлива более технологичны, чем заряды из СТТ. Кроме этого стоимость баллиститного топлива значительно меньше, чем у смесевого твердого топлива.

Рассмотренные виды топлив имеют вполне определенные области применения. Смесевые твердые топлива применяются для двигателей, которые должны иметь высокое весовое совершенство: стратегические ракеты, ракеты - торпеды, ракеты систем противоракетной и противовоздушной обороны, управляемые авиационные ракеты и т.д. Они выпускаются, как правило, небольшими сериями. Баллиститные топлива обычно применяются в ракетах массового производства – противотанковые ракеты, неуправляемые авиационные ракеты, системы залпового огня (хотя для ракет этого класса калибром более 150 мм применяют СТТ). Баллиститное топлива используют еще в тех случаях, когда требуется низкая стоимость конструкции, хотя и выпускаются они небольшими сериями. Это ракеты народнохозяйственного (противоградовые) или технологического (применяются при испытаниях РДТТ на воздействие ударных нагрузок) назначения, метеорологические ракеты.