Типы воспламенителей. Системы воспламенения, принципы их работы

 

Основным условием обеспечения процесса горения гибридного топлива является непрерывный подвод тепла из зоны горения к поверхности газификации твердого компонента. В момент запуска двигателя зоны горения не существует, и для газификации должен быть применен какой-то другой, специальный источник тепла.

Наиболее распространенные способы воспламенения основаны на том, что процесс газификации горючего, т.е. горения, начинается при тепловом воздействии продуктов сгорания воспламенителя на поверхность заряда.

Если твердое горючее способно к самостоятельному горению, то можно применить пиротехнический воспламенитель.

Другим способом теплового воздействия на заряд может быть использование пластины твердого топлива, поджигаемой электро- или пирозапалом [7.19].

При использовании перекиси водорода в качестве окислителя разложение перекиси происходит на входе в камеру сгорания, поэтому в каналы заряда поступает парогазовая смесь, нагретая до 700 ⁰С, под воздействием которой происходит газификация горючего. При этом другого устройства для воспламенения не потребуется.

Способом, наиболее полно удовлетворяющим требованиям простоты и надежности запуска двигателя, является воспламенение с использованием самовоспламеняющихся пусковых компонентов.

Имеются топливные пары, компоненты которых при контакте вступают в экзотермические реакции, в результате происходит воспламенение топлива. При этом способе достаточно просто решается вопрос о повторном запуске двигателя, т.к. многократность осуществляется простым прекращением и возобновлением подачи жидкого компонента.

В работе [7.20] показано, что если окислитель и горючее при контакте не самовоспламеняются, то можно использовать какой-либо третий пусковой компонент, при контакте с которым одного из основных компонентов происходит самовоспламенение. Если пусковой компонент твердый, то его наносят на поверхность заряда, при этом возможен только один запуск. Если он жидкий и реагирует с твердым основным компонентом, то его впрыскивают в камеру перед подачей основного жидкого компонента, при этом возможно многократное включение. Однако эта схема требует дополнительных устройств, что усложняет конструкцию ДУ.

Из группы топлив для ГРД прямой схемы наиболее химически активными являются окислители на основе фтора, которые обеспечивают самовоспламенение с малыми задержками для большинства твердых горючих. Например, горючее, состоящее из 80% гидрида лития и 20% полиэтиленпарафиновой смеси, под действием паров трехфтористого хлора самовоспламеняется в течение 0,015…0,020 с, а при контакте с жидким окислителем CLF₃ период задержки составляет ~ 0,006 с.

Азотные окислители менее активны. С ними самовоспламеняются, в основном, азотосодержащие соединения типа азиридинов, гидразинов и др. Задержки самовоспламенения для этих топлив значительно больше, чем для топлив с окислителем на основе фтора, и составляют десятые доли секунды. Например, для топливной пары на основе пентометилендиазиридина с окислителем на основе азотной кислоты с добавкой 27 % азотного тетроксида (АК-27) и при температуре 20±2 ^оС период задержки самовоспламенения составляет 0,10…0,15 с, а с азотным тетроксидом 0,15…0,20 с. С понижением температуры период задержки самовоспламенения увеличивается и составляет 0,3…0,5 с при – 50 ^оС.

Большинство отвержденных высокомолекулярных соединений с азотнокислотными окислителями не самовоспламеняются.

С жидкой перекисью водорода самовоспламеняется весьма ограниченное количество горючих, преимущественно азотосодержащих, таких как тетраформальтриазин и др. Величины задержек самовоспламенения примерно такие же, как и для топлив на основе азотных окислителей.

Из группы топлив для «обратной» схемы самовоспламеняются в основном азотосодержащие горючие с перхлоратом нитрония. Период задержки самовоспламенения составляет сотые доли секунды. Так, например, с гидразином время задержки t_з = 0,016 с., а с НДМГ – t_з = 0,047 с.

Остальные твердые окислители химически менее активны, чем перхлорат нитрония, и не обеспечивают самовоспламенения.

Углеводородные горючие самовоспламеняются с большими задержками. На рис. 7.2 представлена зависимость времени задержки воспламенения от плотности тока для пары бутилкаучук + Н₂О₂.

 

Рис. 7.2.