3.3.2. Особенности горения смесевых топлив (по сравнению с гомогенными).

Эти особенности проявляются в составах с достаточно крупными частицами наполнителя (в несколько раз большими толщины прогретого слоя) в двух предельных случаях: с инертным и с активным быстрогорящим связующим.

3.3.2.1. Инертное (или активное медленногорящее) связующее (см. рис. 23 а). В этом случае ведущую роль играет горение частиц наполнителя, которые по их природе можно разделить на три категории.

А. Самостоятельно горящие с выделением значительного количества тепла (например, октоген, гексоген и другие мощные ВВ). Продукты их самостоятельного горения могут практически считаться инертными. Когда фронт горения доходит до наблюдаемой нами частицы, она зажигается от горячего газа и горит, при этом часть тепла выделяется под ее поверхностью, а часть – в газовом пламени над ней. Быстрое горение частицы приводит к такому же быстрому испарению или разложению прилегающего к ней связующего, так что общая скорость распространения фронта определяется собственной скоростью горения частицы. Но следует учесть взаимодействие газового пламени над частицей с соседним потоком продуктов газификации связующего. Если в результате диффузии эти продукты слишком сильно «забалластируют» газовое пламя, оно погаснет. Даже при малой доле поступления тепла от газовых реакций в тепловом балансе конденсированной фазы частицы исчезновение газового пламени погасит в ней и подверхностные реакции. При этом, если связующее инертное (каучук), погаснет весь состав. Если связующее способно к медленному самостоятельному горению, весь состав будет гореть с такой скоростью (фактически в режиме п. 3.3.2.2), при этом частицы наполнителя выносятся потоком продуктов сгорания связующего, в конце концов этим потоком достаточно прогреваются и сгорают. Реализация того или иного сценария зависит от величины параметра D/md. Здесь , D, m, d – плотность газа, коэффициент диффузии, массовая скорость горения, размер частицы.

Рис. 23. Схемы горения СТТ.

В. Неспособный к самостоятельному горению сильный окислитель, например аммонийная селитра NH₄NO₃ (применяется относительно редко) при нагреве поверхности частицы выдает с ее поверхности поток окислительных продуктов разложения и над ним (по границе с потоком продуктов газификации горючего связующего) колпачок диффузионного пламени. Общая скорость горения определяется скоростью газификации инертного горючего ближайшей к нему частью (кромкой) колпачка диффузионного пламени. При достаточно большом значении параметра D/md диффузионное пламя исчезает, над всей поверхностью образца образуется равномерно перемешанная смесь горючего и окислителя – и плоское пламя по сценарию п. 3.4.

С. Сильный окислитель, способный к самостоятельному горению (ПХА). Над его поверхностью реализуется собственное пламя, низкотемпературное (1400^оС) и расположенное очень близко к поверхности частицы. Его окислительные продукты расходуются далее в колпачке диффузионного пламени. Как и в случае В, при достаточно большом значении параметра D/md диффузионное пламя исчезает, над всей поверхностью образца выше уровня собственных пламен ПХА образуется равномерно перемешанная смесь горючего и окислителя – и плоское пламя по сценарию п. 3.4.

3.3.2.2. Активное быстрогорящее связующее (см. рис. 23b). В этом случае ведущую роль играет выгорание прослоек между частицами. Частицы успевают зажечься и сгореть только после того, как оказались в потоке продуктов сгорания связующего. Сгорание частиц не влияет на распространение пламени по прослойкам, в этом смысле частицы ведут себя как инертные. Но влияние их все-таки есть: при достаточно тонких прослойках скорость их выгорания снижается за счет теплопотерь в частицы. Соответствующую теорию и данные эксперимента см. в [9].