ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Заряд н камера из "Основы техники ракетного полета " если нам известны законы, которым подчиняется скорость горения, то можно расчетным путем установить и тягу, и давление, и расход. Но эти расчеты будут верны лишь в той мере, в какой реально выполняется негласно принятая предпосылка об однородности и сплошности заряда. На самом деле заряд далеко не всегда обладает этими свойствами, и обеспечить его однородность не так-то просто. Если для небольших зарядов Ь)10 особых затруднений не вызывает, то для больших— превращается в проблему, а для сверхзарядов массой в несколько десятков и сотен тонн решение такой задачи граничит с технологическим подвигом. [c.148] Совершенно очевидно, что заряд не должен иметь пустот и трещин, по которым пламя могло бы бесконтрольным и непред-писанным путем проникать внутрь горящего массива. И конечно, дело не только в том, как это условие выполняется ири изготовлении. Чрезвычайно важно, как оно соблюдается и при достаточно длительном хранении заряда. Структура и физические свойства материала не должны заметно меняться во времени. [c.148] Отслоение, образование трещин, наконец, изменение формы во времени, — если они и имеют место, то должны проявляться лишь в самой незначительной мере. Решение подобных вопросов связано с химией, механикой, технологией и организацией производства и условий хранения твердотопливного заряда. Высокая энергетика требует от топлива определенного химическою состава. Но при оптимальном соотношении веществ могут оказаться неприемлемыми механические характеристики заряда. Добавки, меняюш,ие консистенцию, могут привести к снижению удельной тяги. Стремление сделать топливо более удобным для формования может сказаться на свойствах ползучести и изменении формы заряда во времени. При анализе подобных вопросов должны учитываться температура и влажность при хранении и, кро.ме всего прочего, не следует забывать о технологии самой камеры о то.м, как раз.меитать в ней заряд и как обеспечить силовую схему заряд-камера. [c.149] Эти вопросы невоз.мож1ю обсудить, не касаясь в общих чертах химического состава и структуры твердого топлива. Поэтому, несколько забегая вперед, мы вынужденно коснемся и того, что, собственно говоря, является темой одной из следующих глав — химического состава топлива. [c.149] В частности, па предварительном производстве гранулированного топлива, которое насыщается пластификатором и превращается в однородную массу нагреванием. [c.150] Баллиститные топлива обычно называют гомогенными не столько чтобы подчеркнуть их сравнительно высокую однородность, а скорее, в противоположность смесевым топливам. [c.150] Смесевые топлива способны обеспечить пустотную удельную тягу порядка 290—300 единиц, в то время как баллиститные пороха не позволяют пока подняться выше 230—240 единиц. Как видим, смесевые топлива по удельной тяге уже способны не только конкурировать с некоторыми приемлемыми жидкими топливами, как, например, кислород — этиловый спирт, но и превосходят их по этому показателю. [c.150] Твердые топлива не обладают высокой прочностью. Тому, кто привык иметь дело с металлами, предел прочности твердых топлив может показаться до смешного низким. При изменении температуры от —40 °С до +40 °С предел прочности баллиститного топлива для некоторых стандартных условий нагружения меняется от 300 до 25 кгс/см . Что же касается смесевых топлив, то для них предел прочности еще ниже. В том же интервале температур для тех же стандартных условий он меняется примерно от 60 до 10 кгс/см . Удлинение при разрыве для смесевых топлив раза в два выше, чем у баллиститных, а модуль упругости раз в пятнадцать ниже. Твердые топлива, особенно смесевые, по своим механическим свойствам занимают промежуточное положение между твердым телом и весьма вязкой жидкостью. Поэтому приведенные значения для предела прочности являются лишь ориентировочными и, как и все прочие механические характеристики, существеннейшим образом зависят от скорости нагружения при испытаниях. [c.150] Процесс горения — его начало и последующее развитие — полностью определяется формой твердотопливного заряда, размерами проходных каналов и расположением заряда в камере. [c.151] Характеристика двщателя (рис. 3.24) заканчивается участком ВС, па котором происходит быстрый спад тяги, связанный с догоранием остатков топлпва. Этот участок имеет обычно слабую воспроизводимость. [c.153] Обеспечение ирочности твердотопливного заряда — одна из важнейших задач, которые решаются иа этапе проектирования. Механические характеристики твердого топлива, как мы видели, невысоки. Вкладной заряд испытывает действие высоких напряжений вблизи основания, где ои опирается иа диафрагму. По мере выгорания заряд становится тоньше н в итоге немннуемо распадается па куски, часть которых выносится из камеры через диафрагму. Происходит частичная потеря импульса, а заключительная фаза тяговой характеристики нриобретает очевидную неопределенность. Вкладной заряд в рабочем режиме нагружается внутренним давлением, и возникает опасность образования трещин вблизи газового канала. Для расчета скрепленного заряда важна также оценка усадочных и температурных напряжений в период изготовления, а также деформаций ползучести, проявляющихся при длительном хранении. [c.153] Секционные двигатели, понятно, давая определенные преимущества, порождают и свои собственные проблемы. Необходимо прежде всего решить, как должно (а может быть, и вовсе не должно) протекать горение в полости между стыками секций. Обычно торцы секций бронируются, т, е. покрываются термостойкими полимерными веществами, не допускающими проникновения пламени к поверхности заряда. Сложнее обстоит дело со стыковочными узлами на большом диаметре цилиндрической обечайки. Здесь необходима полная герметизация, прочность и надежная тепловая защита, а механическая обработка стыка требует высокой точности, чего при столь больших диаметрах и малой жесткости оболочки достичь не очень просто. Обычно применяются фланцевые болтовые соединения, обработка которых производится на специальных жестких оправках. [c.154] Поскольку мы рассматриваем вопрос взаимоотношений между зарядом и камерой, то нельзя не остановиться на устойчивости горения. Мы уже обмолвились о том, что для устойчивого горения твердого заряда необходимо поддерживать в камере определенный уровень давления. Это совершенно естественно. Для горения необходим стабильный и достаточно интенсивный подвод тепла к горящей поверхности. Для каждого типа топлива в зависимости от объема свободного пространства камеры существует минимальное давление, до которого двигатель вообще не может работать устойчиво. Заряд гаснет, затем происходит местное воспламенение через сопло выбрасывается клуб непрореагировавшей дымовой смеси, заряд снова гаснет, и после нескольких чиханий работа двигателя полностью прекращается. Значение нижнего критического давления меняется в весьма широких пределах. Для устойчивой работы двигателей очень малых тяг давление в камере должно быть не менее 100 кгс/см . Для мощных двигателей критическое давление опускается до 5 и даже до 3 кгс/см . Смесевые топлива горят более стабильно, и порог критического давления для них ниже, чем для баллиститных топлив. [c.154] Если быть кратким, можно сказать, что в твердотопливных двигателях четко различают два типа автоколебательных процессов низкочастотные и высокочастотные, или акустические. Первый тин автоколебаний проявляет себя на частотах от одного до нескольких герц. Камера дышит синхронно во всем объеме. При более низком давлении эти автоколебания могут перейти в чихание , и горение прекращается. Высокочастотные колебания возникают иа частотах акустического диапазона. Для них характерно периодическое изменение давления в различных точках камеры со сдвигом по фазе. Такой режим автоколебаний родствен высокочастотным колебаниям в жидкостном ракетном двигателе и может сопровождаться разрушением заряда и камеры. Как и в жидкостном двигателе, формы газодинамических колебаний могут быть осевыми и радиальными. Поскольку развитие газодинамических колебаний сильно зависит от формы камеры, а в твердотопливном двигателе эта форма по мере выгорания топлива изменяется, газодинамические колебания, возникнув, могут затем и самопроизвольно исчезнуть. [c.155] Вернуться к основной статье