Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Твердые ракетные топлива (ТРТ)⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 14
2.3.1. Требования, предъявляемые к ТРТ
ТРТ – вещество в твердом состоянии, содержащее в своем составе все необходимые компоненты для осуществления химической реакции горения с образованием газообразных продуктов сгорания, создающих реактивную силу при истечении из РС. Требования к ТРТ: 1. Высокие энергетические свойства (возможность достижения высокого удельного импульса тяги I за счет высокой температуры в КС Т к и газовой постоянной R позволяют создать ракету минимальной массы). Для сравнения ТРТ по критерию I используют стандартный I ст., полученный при отношении . Иногда используется критерий – сила топлива f = R Т к, или – приведенная сила топлива f пр = R Т к/ n. 2. Высокая плотность – позволяет создать ракету минимальных размеров. 3. Высокие механические свойства – обеспечивают создание заряда определенной формы, способного сохранять его под воздействием нагрузок, возникающих на всех этапах эксплуатации. Оцениваются при помощи: предела прочности σпр; модуля упругости Е; предельного относительного удлинения εпр. Так как ТРТ является полимером, то ему присущи «ползучесть» и «релаксация», то есть свойства ТРТ зависят еще и от времени действия нагрузок. Низкий коэффициент теплопроводности λ = 0,2…0,3 (в 100 раз меньше, чем у стали) позволяет ТРТ хорошо защищать стенки КС от воздействия высоких температур Т к зоны горения, однако это же приводит к возникновению в заряде тепловых напряжений при изменении температуры окружающей среды. Высокая эластичность предохраняет заряд от разрушения при воздействии температурных напряжений и высоких давлений р к в КС. 4. Химическая и физическая стабильность, необходимая для сохранения свойств заряда при длительном хранении ракеты на боевом дежурстве. 5. Равномерность состава ТРТ по объему заряда (однородность), обеспечивает неизменность характера горения в течении всего времени горения заряда. 6. Экономичность – распространенность сырья, простота технологии изготовления ТРТ. 7. Независимость свойств ТРТ от влажности, температуры, нагрузок. 8. Нетоксичность. 9. Необходимая скорость горения u = – важнейший параметр! Скорость горения u характеризует скорость перемещения в пространстве поверхности горения (рис. 2.5) и определяется по формуле
, (2.3) где: u 0.т – коэффициент, зависящий от химического состава и начальной температуры Т 0 ТРТ; k ≈ 1,25 – показатель адиабаты продуктов сгорания (ПС) ТРТ. От значения u зависит величина секундного массового расхода ПС
М ПС = u S гор ρт, (2.4)
где S гор – площадь горения. ТРТ делятся на двухосновные однородные (гомогенные) и смесевые (гетерогенные) топлива из разнородных физически и химически компонентов.
2.3.2. Двухосновные ТРТ
Двухосновные ТРТ (ДТРТ) – это твердые коллоидные растворы органических веществ, молекулы которых содержат как восстановительные, так и окислительные элементы. Первая основа – нитроцеллюлоза , содержит избыток восстановительных элементов. Вторая основа (растворитель) – нитроглицерин , содержит избыток окислительных элементов. Стехиометрическое соотношение: 2-я основа/1-я основа = 8,75/1, но если второй основы в растворе более 15% он становится желеобразным. Для того, чтобы двухосновное ТРТ было твердым необходимо соотношение 2-я основа/1-я основа менее 1/6,6, следовательно, главный недостаток ДТРТ – большой недостаток окислителя (низкая энергетика топлива). Достоинствами ДТРТ являются бездымность и высокая скорость горения, что определяет область применения ДТРТ в РД авиационных ракет класса «воздух – воздух». Недостаток – низкий удельный импульс тяги (I < 2300 м/с). Нитроцеллюлоза изготовляется из хлопка, который является стратегическим сырьем.
2.3.3. Смесевые топлива (СТРТ)
СТРТ – это механические смеси веществ, содержащих либо преимущественно окислительные, либо преимущественно восстановительные элементы. Состав СТРТ: 1. кристаллический окислитель; 2. полимерное горючее (связующее); 3. порошок легких металлов и их гидридов; 4. мощное взрывчатое вещество; 5. технологические добавки. 1. Соли легких металлов: - перхлорат калия (); - перхлорат лития (); - перхлорат нитрония (); - перхлорат аммония () – высокое содержание кислорода О2 (54,45%), является наиболее распространенным окислителем.
2. Тяжелые нефтепродукты – в основном каучуки, при полимеризации связывают все компоненты и определяют механические свойства заряда СТРТ. 3. Энергетические добавки (легкие металлы или их гидриды): ; ; ; ; ; и т.п., в количестве не превышающем 10…20%. Позволяют увеличить температуру продуктов сгорания . 4. Мощное взрывчатое вещество – гексоген (), в количестве не превышающем 16…25%, повышает энергетику заряда ( и ), является окислителем. При содержании в более 25% гексогена существенно возрастает взрывоопасность заряда из СТРТ. Качество заряда из СТРТ в значительной степени зависит от точного соблюдения технологии его изготовления. Этапы изготовления заряда из СТРТ: - подбор по размерам (просеивание через сито) компонентов; - тщательное перемешивание компонентов со связующим (полимерным горючим), находящимся в жидком состоянии; - заливка в корпус ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) в вакууме, для исключения образования в объеме СТРТ воздушных пузырей и несплошностей; - полимеризация связующего (горючего) при его нагреве. Заряд из СТРТ имеет цилиндрическую форму с центральным отверстием, по поверхности которого происходит горение, и обладает следующими механическими свойствами: - низкая прочность (σпр = 1,5…5,0 МПа); - низкая жесткость (Е = 10…20 МПа); Высокая эластичность (εпр = 10…40%). СТРТ обеспечивают создание удельного импульса тяги I ≈ 2400 м/с ишироко применяются в маршевых РДТТ стратегических ракет и конверсионных ракетоносителях гражданского назначения для вывода на орбиту ИСЗ космических летательных аппаратов (КЛА).
2.3.4. Механизм горения ТРТ
Горение ТРТ – совокупность последовательно протекающих процессов, в результате которых происходит переход топлива из твердого в газообразное состояние в результате реакции горения (рис. 2.6).
Зоны горения ТРТ: 1 – исходное твердое состояние (Т 0); 2 – размягчение горючего-связки; 3 – пленка расплавленного горючего (Т пл) с твердыми зернами окислителя и металлического порошка, испарение связки и плавление окислителя; 4 – дымогазовая зона – при Т = const заканчивается переход жидких и твердых фаз окислителя и металлического порошка в газообразную фазу в условиях интенсивной турбулизации (перемешивания); 5 – Зона пламени (собственно горение). Особенности горения ТРТ 1. ТРТ горит только с поверхности; 2. характер и интенсивность горения определяются условиями теплообмена ПС с исходной массой ТРТ. Факторы, влияющие на теплообмен, следовательно, скорость горения 1. Рост давления р к в КС увеличивает интенсивность теплоотдачи к поверхности топлива, следовательно, увеличивается и. Так как , (2.5)
то при уменьшении р к горение может прекратиться, это используют для выключения РДТТ. 2. Начальная температура заряда Т 0 определяет начальные условия прогрева ТРТ в зоне 2. При увеличении Т 0 увеличивается
, (2.6)
где: В – термический коэффициент, зависящий от состава ТРТ; Т N – стандартная температура; и 0.N – при стандартной температуре. 3. Скорость продуктов сгорания вдоль поверхности горения W к влияет на интенсивность конвективного подвода теплоты к поверхности горения. При увеличении W к, увеличивается и. Однако при интенсивном росте W к, интенсивно растет и, что может привести к эрозионному горению и взрыву.
Величина W к = W пр зависит от соотношения площади горении S гор и площади поперечного сечения канала заряда F св
, (2.7)
где , поэтому = æ, (2.8) где æ = 150…200 (для современных зарядов ТРТ) – критерий Победоносцева (параметр заряжания). Интенсивный рост и при эрозионном горении приводит к интенсивному росту (выделению) массового расхода продуктов сгорания М ПС, нарушению баланса расходов М ПС и М кр (массового расхода ПС через критическое сечение РС), следовательно, росту давления в КС р к и взрыву.
Вывод: Высокая эффективность твердотопливного заряда обеспечивается подбором состава ТРТ и жестким соблюдением допустимых режимов при эксплуатации.
2.3.5. Ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ)
РДТТ – это РД, использующий топливо, находящееся в твердом агрегатном состоянии (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Схема РДТТ
Все топливо, в виде заряда, размещается непосредственно в КС и является не только источником химической энергии, но и элементом конструкции РДТТ. Состав РДТТ: 1 – корпус; 2 – сопловой блок; 3 – заряд твердого топлива; 4 – теплозащитное покрытие (активное и пассивное ТЗП); 5 – воспламенительное устройство.
1. Корпус образует камеру сгорания и обычно является корпусом ступени ракеты. Корпус маршевого РДТТ современной стратегической ракеты (СР) выполняют в виде «кокона». «Кокон» изготавливается способом намотки органического волокна, протягиваемого через эпоксидную композицию, на специально изготовленную болванку. Болванка, после полимеризации связующего, разрушается и удаляется из «кокона» через торцевые отверстия. 2. Сопловой блок (СБ) изготавливается из композиционного материала на основе углеродного волокна. Самое теплонапряженное место РДТТ – критическое сечение СБ обычно защищают вкладышем из пирографита, облицованного молибденом или вольфрамом (пассивное ТЗП). СБ может крепиться к корпусу неподвижно, или на специальном шарнире (для управления вектором тяги). 3. Заряд заливается в корпус и составляет с ним единое целое, повышая жесткость корпуса, защищая его от высоких температур зоны горения, и обеспечивает заданный режим газообразования за счет сохранения постоянной площади горения S гор, следовательно – М ПС = М кр,в течении всего времени работы РДТТ.
4. Тепло-защитное покрытие (активное ТЗП) предназначено для защиты элементов конструкции РДТТ от воздействия высоких температур из зоны горения. Активное ТЗП – это каучуковое покрытие днищ корпуса (горит с низкими температурами, отсекая высокие температуры из зоны горения заряда. 5. Воспламенительное устройство (ВУ) представляет собой навеску с горючим веществом, предназначенным для поджига заряда (запуск РДТТ). 6. Органы управления (ОУ) предназначены для изменения направления потока газа (вектора тяги) из двигателя. ОУ могут выполняться в виде: - газовых рулей; - устройства вдува газа в закритическую часть СБ; - поворотного соплового блока. Достоинства РДТТ: - простота конструкции; - нетоксичность топлива; - отсутствие необходимости заправки ракеты при эксплуатации; - простота и быстрота запуска; - высокая жесткость конструкции, обеспечивающая высокие допустимые перегрузки при транспортировке, пуске ракеты и маневрах на траектории полета. Недостатки РДТТ: - меньший, чем у ЖРД удельный импульс тяги (меньшая энергетика твердого топлива); - сложность управления величиной тяги; - зависимость прочности корпуса и топлива от условий эксплуатации (температура, влажность).
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-01-08; просмотров: 851; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.218.196.182 (0.032 с.) |