ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Гетерогенные топлива из "Ракетные двигатели на химическом топливе " Кислородным балансом называют процентное содержание кислорода в компоненте ТРТ по отношению к его стехиометрическому количеству, необходимому для окисления горючих элементов компонента. — Прим. перев. [c.36] КОМПОЗИЦИОННОГО (например, углерод-углеродного) материала. [c.38] Окислитель должен обладать оптимальной комбинацией высокой степени газообразования (большое число молей газообразных продуктов сгорания), высокой плотности и низкой теплоты образования. В табл. 1 приведены свойства ряда окислителей ТРТ. ПХА, как правило, используют в топливах для высокоэффективных ракетных двигателей, а нитрат аммония — в ТРТ для газогенераторов и в медленногорящих ТРТ. [c.38] Структурные формулы некоторых типичных связующих. [c.41] Комплекс агрегатов для приготовления окислителя, показанный схематически на рис. 19, должен выполнять следующие функции прием исходного материала, извлечение примесей, сортировка частиц по размерам, измельчение материала, взвешивание, смешивание, повторное просеивание и, наконец, наполнение готовым окислителем контейнеров для подачи в смесительное устройство. Агрегат измельчения состоит из микропульверизаторов (горизонтальных молотковых мельниц) и микрораспылителя, представляющего собой горизонтальную молотковую мельницу с присоединенным пневматическим сепаратором. [c.46] Микромерограф — автоматический прибор для измерения распределения частиц по размерам на основе непрерывной регистрации суммарного веса частиц, осаждающихся на дно седиментационной колонны, заполненной газовзвесью. — Прим. перев. [c.46] На следующей стадии процесса производства СТТ осуществляется смешивание компонентов, которое можно проводить непрерывно или в смесителях периодического действия емкостью 600- 2400 л. Последние снабжены приспособлениями для нагрева и охлаждения топливной массы, добавления катализатора и откачки газа. Продолжительность цикла смешивания обычно составляет 30- 45 мин. Выпускаются горизонтальные и вертикальные смесители периодического действия (рис. 21). Для изготовления очень крупных твердотопливных зарядов необходимо непрерывное смешивание компонентов СТТ. Один из методов непрерывного смешивания, применявшийся при изготовлении заряда РДТТ ракеты Поларис , показан на рис. 22. Создаются три потока — окислителя, горючего и катализатора, которые регулируются с точностью около 1%. Время пребывания топливной массы в смесителе невелико и составляет около 90 с. После дегазации топливная смесь направляется на пункт отливки. [c.47] Система непрерывного смешивания [12. [c.48] ГО распыла жидких и твердых частиц с помощью центробежного сепаратора. После завершения смешивания топливо транспортируется на пункт отливки. [c.50] В современных двигателях, в которых заряд ТРТ прочно скрепляется со стенками корпуса, топливную массу заливают непосредственно в камеру сгорания, тогда как для изготовления несвязанных зарядов, применявшихся в двигателях старой конструкции, использовались специальные литейные формы. Для получения зарядов ТРТ с внутренними каналами используются стержни со специальным покрытием или пуансоны со штоками, которые впоследствии убираются и поэтому должны иметь слегка коническую форму. Иногда для обеспечения хорошей адгезии металлической стенки корпуса РДТТ с поверхностью топливного заряда предусматривают дополнительный промежуточный изолируюш,ий слой, называемый лайнером. Чтобы предотвратить проникновение воздуха в топливную массу, процесс отливки осуществляют, как правило, в условиях вакуума. Если топливо слишком вязкое, при отливке можно использовать сжатый азот (литье под давлением). [c.50] Завершающей стадией технологического цикла производства СТТ является операция отверждения, которая занимает продолжительное время (от нескольких суток до двух недель). Эта операция выполняется по тщательно разработанной температурной программе, которая зависит от типа связующего. [c.50] Заряды ТРТ являются частью конструкции современных ракет, поэтому важно знать механические свойства топлив и уметь интерпретировать эффекты старения и управлять ими. К внешним нагрузкам, которые должен выдерживать топливный заряд без разрушения, относятся нагрузки, связанные с периодическим изменением температуры окружающей среды, транспортировкой. [c.50] Наиболее широко используемым методом испытания ТРТ является испытание на одноосное растяжение, выполняемое в США на стандартном образце JANAF (рис. 25). Образец может быть приготовлен вырубной штамповкой, литьем или фрезерованием, причем последний способ позволяет получить образцы наилучшего качества. Испытание на одноосное растяжение широко используется для контроля качества и проверки рецептуры ТРТ. Наиболее часто проводят испытания с постоянной скоростью деформации образца. При этом необходимо заботиться о том, чтобы образец был надежно закреплен в зажимах испытательной установки. Для получения объективных и разносторонних сведений о механических свойствах ТРТ необходимо проводить также испытания на многоосную деформацию топлива. Некоторые из используемых для этих целей видов образцов представлены на рис. 26. [c.51] Для изучения реакции ТРТ на циклическое нагружение используются динамические испытания. Часто для циклического нагружения применяется нагрузка регулярной синусоидальной формы. Получаемая при этом информация полезна для оценки вибрационных характеристик конструкций, вязкоупругих свойств топлива, вибрационного горения, характеристик демпфирования материала и срока службы ТРТ при усталостных нагрузках. [c.51] Можно выделить две основные категории испытаний испытания с малой деформацией (меньше 1%) при достаточно малых временах нагружения и испытания с большой деформацией (близкой к разрушающим деформациям при одноосном нагружении) при временах нагружения, достаточных для повреждения или полного разрушения образца. В испытательных установках используются силовые приводы, основанные на разных физических принципах (механическом, электромагнитном, электродинамическом, пьезоэлектрическом) [89]. [c.52] Особенно важно установить критерии разрушения, так как они позволяют прогнозировать пределы безопасной эксплуатации двигателя или его транспортировки и определять недопустимые режимы нагружения. Существуют разные подходы для идентификации недопустимых отклонений. Можно использовать определение, основанное на отклонениях параметров рабочего процесса РДТТ от номинальных, например отклонениях давления в двигателе, времени сгорания заряда, скорости горения и т.д. Некоторые из такого рода аномалий можно непосредственно связать с целостностью топливного заряда. Для определения разрушения используются и другие подходы, например, считают, что разрушение наступает при появлении первой видимой трещины или при разрыве образца, при достижении максимального значения напряжения на кривой напряжение — деформация или при максимально допустимом возрастании того или иного параметра. Разумеется, само разрушение имеет статистическую природу, и при расчетах на прочность это тоже следует принимать во внимание. [c.52] Характеристики старения двухосновных и смесевых твердых топлив различны. Что касается двухосновных топлив, то процессы старения в них связаны главным образом с ограниченной стабильностью. Раньше при хранении ракет, снаряженных такими зарядами, даже употреблялся термин время безопасного хранения , однако большие усилия, предпринятые с целью стабилизации свойств этих топлив, привели к практически полному исключению названного фактора. В смесевых топливах нарушения характеристик, вызванные старением, проявляются как твердение или размягчение, повышение хрупкости или изменение адгезионных свойств. Для диагностики ТРТ весьма важны неразрушающие методы испытаний, и многие такие методы уже применяются [36]. [c.53] Технологические операции при производстве ТРТ и его транспортировке (см. разд. 2.2 и 2.4) включают измельчение окислителей и горючих, подготовку первичных смесей, перемешивание компонентов ТРТ в смесителях, выгрузку топливной массы, отливку, отверждение, демонтаж литейных форм и механическую обработку полученных топливных заготовок. При этом топливные материалы, многие из которых обладают высокой чувствительностью, на разных стадиях технологического процесса производства ТРТ подвергаются механическим воздействиям (таким, как удар и трение), электростатическим разрядам и температурным напряжениям и, кроме того, могут испытывать действие ударных волн. Следовательно, важно уметь оценивать вероятность случайного возгорания на разных стадиях производства и при необходимости модифицировать технологический процесс с тем, чтобы свести к минимуму вероятность такого события и его последствия. [c.55] Для оценки взрывоопасности пригоден хорошо апробированный подход, используемый длительное время в производстве взрывчатых веществ, сущность которого заключается в минимизации риска для персонала, количества перерабатываемого сырья и потенциальных возможностей воспламенения. При проектировании производства можно руководствоваться следующими двумя принципами во-первых, иметь по-возможности наименьшее число операторов, подвергающихся опасности, и широко использовать дистанционное управление и телеметрию, и, во-вторых, выполнять различные технологические операции в отдельных зданиях, расположенных на безопасном расстоянии друг от друга. Однако при заливке больших РДТТ или их секций приходится иметь дело со значительными количествами топлива (например, одна секция твердотопливного ускорителя системы Спейс Шаттл содержит 125 000 кг топлива). Что касается воспламенения, то свойства ТРТ и взрывчатого вещества (ВВ) различны (см., например, [157]). ТРТ обладают высокими когезионными свойствами и даже при сравнительно больших напряжениях прочны и взрывобезопасны. ВВ же предназначаются для детонации при ударном инициировании, легко разрушаются и, как правило, специально изготавливаются с плотностью, меньшей теоретической, поэтому энергия удара, необходимая для инициирования, не так велика. В ТРТ скорость горения лимитируется температуропроводностью, а в ВВ необходим переход горения в детонацию. [c.56] Другим широко применяемым видом испытания является испытание, при котором для определения восприимчивости В В к детонации обычно используется набор пластин из инертного материала, ослабляющих инициируюш,ую ударную волну. На основе результатов таких испытаний восприимчивость ВВ характеризуют толщиной инертного слоя в сантиметрах или числом пластин, необходимых для такого ослабления инициирующей ударной волны, при котором ВВ не детонирует. Ценность результатов таких экспериментов также повышается, если их представлять в виде минимальной энергии, необходимой для инициирования. Это позволяет количественно оценивать взрывоопасность применительно к нештатным ситуациям, возникающим в полете, или к высокоскоростным ударным воздействиям. [c.57] Вернуться к основной статье