Материал: Ракетные твердые топлива. Ракетные двигатели на твердом топливе

Некоторые наполнители могут влиять на развитие полиуретановых сеток, пластифицированных нитроэфирами. Это имеет место, в частности, при наличии перхлората аммония, который имеет низкую растворимость в форполимерах, обогащенных простыми эфирными связями, таких как полиоксиэтиленгликоли (ПЭГ). В результате этого в соответствующих топливах происходит уменьшение максимальных напряжений ( m) при температуре окружающей среды.

Условия отверждения топлив. Условия отверждения топ-

лив (время, температура) определяются по стабилизации механических свойств. Для прочно скрепленных зарядов стремятся к самым низким, насколько это возможно, температурам отверждения, чтобы уменьшить тепловые напряжения, связанные с охлаждением. В зависимости от типа топлива, температуры отверждения колеблются в пределах от 40 до 60 °С, а время отверждения, необходимое для стабилизации механических свойств, составляет обычно от 10 до 20 дней.

4.7. Скорость горения перспективных твердых ракетных топлив на энергетическом полимерном связующем

4.7.1. Скорость горения твердых ракетных топлив CMCDB

Твердые ракетные топлива CMCDB является одним из видов семейства двухосновных твердых ракетных топлив. Поэтому подбор их характеристик делается путем изменения характеристик связующего за счет ввода баллистических модификаторов, используемых также для двухосновных топлив.

Введение нитраминов компенсирует более или менее эффекты «суперскорости», вызванные присутствием модификаторов скорости горения. К. Суми и Н. Кубота [58] описывают отрицательное влияние повышенных количеств октогена в топливе, катализируемом системой салицилат свинца/этил-2 гексонат свинца, эффект «плато» исчезает при содержании октогена выше 27 %.

176

В общем проявляются эффекты, которые характеризуются, в частности, уменьшением уровня скоростей горения, менее заметными эффектами «плато» и, тем не менее, довольно корректными для содержания наполнителя вплоть до 40 %. Имеются даже баллистические модификаторы на основе солей меди и свинца, которые остаются фактически не чувствительными к количеству нитрамина: сохранение эффекта «плато», весьма небольшое уменьшение скорости горения в районе «плато» (рис. 4.8), сохранение хорошего температурного коэффициента (<0,15 % на 1 °С) и возможность регулирования скорости горения хорошо известными добавками, такими как сажа.

Рис. 4.8. Скорости горения топлив CMCDB как функции содержания гексогена при различном содержании сажи

Сравнение гексогена с октогеном. Несколько худшие харак-

теристики горения наблюдаются в экспериментах при замене гексогена октогеном: более низкая скорость горения, менее выраженный эффект «плато» и несколько повышенный температурный коэффициент.

Влияние перхлората аммония. Введение в катализируемые топлива CMCDB или EMCDB перхлората аммония приводит к подавлению эффекта «плато» даже в очень небольших количествах

(рис. 4.9).

177

Исследования новых баллистических модификаторов показывают, что в настоящее время существуют проблемы применения этих твердых ракетных топлив с их использованием. Это связано

стем, что некоторые добавки, в частности те, которые созданы на основе свинца, оказываются эффективными катализаторами для поперечного сшивания, которые могут сделать их применение несовместимым с массовым производством.

Твердые ракетные топлива XLDB с нитраминами и пер-

хлоратом аммония. Перхлорат аммония действует как весьма эффективный баллистический модификатор. Можно регулировать скорость горения в очень широком диапазоне путем изменения содержания и размера частиц окислителя. На рис. 4.10 приведена зависимость изменения скорости как функция изменения соотношения перхлорат аммония – октоген в твердом ракетном топливе

собщим содержанием наполнителей 70 %.

Рис. 4.10. Твердое ракетное топливо XLDB с 70 % наполнителей (октоген – ПХА). Изменение скорости горения как функции содержания ПХА (размер частиц 10 мкм)

Помимо обычной роли, которую играют размер частиц и количество ПХА, можно также отметить следующее:

179

1.Связующие на основе простых полиэфиров обеспечивают скорости горения, которые выше, чем скорости горения, получаемые на связующих на основе сложных полиэфиров.

2.Показатели в законе скорости горения имеют тенденцию уменьшаться, если содержание перхлората аммония увеличивается. Они уменьшаются быстрее, если размер окислителя меньше, достигая минимальных значений, которые также зависят от размера частиц ПХА. В случае мелкого перхлората аммония (3 мкм) показатель в законе скорости горения находится в области 0,50–0,55,

вто время как в случае несколько более крупного ПХА (10 мкм) показатель в законе скорости горения может снижаться до величины 0,45 и меньше.

4.8.Энергетические характеристики

4.8.1. Теоретическое совершенство

Удельный импульс (Is) и объемный удельный импульс (Isρ), теоретически достигаемыеэтими топливами, представлены в табл. 4.10.

Таблица 4 . 1 0

Теоретическое совершенство, достигаемое для твердых ракетных топлив с перспективными энергетическими связующими

*Величины Is и Isρ увеличиваются, если топлива поперечно сшиты, что обусловлено присутствием больших количеств нитроэфиров в нитроцеллюлозном связующем.

Is и Isρ развиваются по-разному, в соответствии с природой твердых наполнителей, вводимых в связующие:

Если наполнитель является нитрамином, то Is и Isρ увеличиваются фактически по линейному закону, когда количество

180

гексогена или октогена увеличивается. Так как гексоген и октоген имеют достаточно близко связанные термодинамические характеристики, то замещение одного из них другим оказывает небольшое влияние на величину Is. Но различие видно в величине объемного удельного импульса, обусловленное тем фактом, что плотность гексогена ниже, чем октогена: соответственно

1,818 и 1,903 г/см3.

Комбинация перхлората аммония (ПХА) с нитрамином позволяет получить прирост совершенства, однако их пропорции оптимизируются как функции природы используемых связывающих

(рис. 4.11).

Рис. 4.11. Изменение Is как функции соотношений октогена и перхлората аммония для твердых ракетных топлив XLDB c 70 % содержанием твердых наполнителей, связующее которых пластифицировано либо нитроглицерином, либо триэтиленгликольдинитратом

Включение металлического горючего, такого как алюминий, в сочетании с окислителем (перхлорат аммония + нитрамин) позволяет получить высокие значения Is и Isρ. Как и в случае смесе-

181

вых топлив, необходимо, однако, оптимизировать соотношения различных наполнителей, чтобы достичь максимального совершенства. Оптимальное содержание алюминия для топлив НЕПЕ колеблется в пределах от 15 до 20 %.

4.8.2. Измеренное совершенство

Экспериментальные измерения удельного импульса выполняются на стандартизованных эталонных зарядах во время стендовых огневых испытаний. Используемые твердотопливные заряды обеспечивают радиальное горение.

Измеренные удельные импульсы показывают небольшое падение в сравнении с компьютерным прогнозом, которые не учитывают различные потери, связанные с природой заряда и условий огневых испытаний (табл. 4.11).

Таблица 4 . 1 1

Теоретическое и измеренное совершенство нескольких типовых перспективных твердых ракетных топлив на энергетическом связующем

Кроме того, присутствие металла, такого как алюминий, создает проблему эффективности горения (обусловленную влиянием размера частиц, количества горючего, влиянием условий огневых испытаний и размером заряда). В табл. 4.11 показано достаточно ясно, что разница между теоретическим удельным импульсом Is и измеренным Is несколько выше для алюминизированных топлив.

182