Твердые ракетные топлива
Твердые ракетные топлива: Обзор свойств и технологий
Данное учебное пособие, рекомендованное МГТУ им. Н.Э. Баумана, представляет собой обзор современных твердых ракетных топлив (ТРТ), предназначенный для студентов, изучающих курс "Топлива и рабочие процессы ракетных двигателей на твердом топливе". В пособии рассматриваются классификация, свойства, технологии изготовления и механические характеристики различных типов ТРТ.
Классификация и основные определения
Современные ТРТ делятся на два основных класса: баллиститные и смесевые. Баллиститные ТРТ (БТРТ) представляют собой твердые растворы нитрата целлюлозы (нитроцеллюлозы), выступающей в роли горючего, и других веществ, таких как нитроглицерин, нитродиэтиленгликоль, выполняющих роль окислителей и пластификаторов. Смесевые ТРТ (СТРТ) – это механические смеси твердого окислителя, горючего-связующего и специальных добавок. Окислитель обеспечивает выделение кислорода, необходимого для экзотермических реакций, а горючее-связующее обеспечивает технологичность топливной массы, ее монолитность и необходимые физико-химические свойства. В состав ТРТ также вводятся добавки, повышающие коэффициент избытка окислителя, металлические добавки для повышения теплоты сгорания, каталитические добавки, стабилизаторы горения и технологические добавки.
Баллиститные твердые ракетные топлива
Баллиститные топлива являются органическими соединениями, содержащими нитро- и нитратные группы. Нитроцеллюлоза, получаемая из целлюлозы, выступает в качестве горючего. Нитроглицерин, нитродиэтиленгликоль и другие вещества, содержащие кислород, выступают в роли окислителей и пластификаторов. Нитроглицерин, являясь сложным эфиром азотной кислоты и глицерина, обеспечивает более полное окисление нитроцеллюлозы. Нитродиэтиленгликоль, обладая отрицательным кислородным балансом, ухудшает энергетические показатели, но лучше пластифицирует нитроцеллюлозу. В БТРТ вводятся красители, стабилизаторы хранения (централиты, дифениламин), пластификаторы (дибутилфталат), катализаторы горения и стабилизаторы горения. Технологический процесс изготовления зарядов БТРТ включает смешение компонентов, вальцевание, прессование, механическую обработку и дефектоскопию. Для изготовления крупных зарядов применяются методы навальцовывания и порционного прессования.
Смесевые твердые ракетные топлива
В СТРТ в качестве окислителей используются твердые неорганические вещества, такие как нитраты и перхлораты. Перхлорат аммония является основным окислителем современных твердых топлив. В качестве горючих-связующих применяются синтетические полимеры (каучуки, смолы, пластмассы). Металлические горючие (алюминий, магний, бериллий) повышают энергетические характеристики. Для улучшения механических свойств и адгезии используются вулканизаторы, пластификаторы и антиокислители. Типовой состав безметального СТРТ включает нитрат аммония, синтетический каучук, сажу, пластификатор, отвердитель, противостаритель и катализатор горения. Заряды СТРТ изготавливаются методом заливки, прессования или сборки из сегментных шашек.
Механические свойства твердых ракетных топлив
Механические свойства ТРТ определяют надежность работы ракетных двигателей. БТРТ рассматриваются как упругие и изотропные материалы, а СТРТ – как вязкоупругие. Механические характеристики зависят от скорости приложения нагрузки и температуры. Приведены примерные значения предела прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона для БТРТ, СТРТ и стали. Учет механических свойств необходим при проектировании двигателей для обеспечения заданной формы и целостности заряда.
- ВО - Бакалавриат
- 24.03.05: Двигатели летательных аппаратов
- ВО - Специалитет
- 24.05.02: Проектирование авиационных и ракетных двигателей
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана ТВЕРДЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия по курсу «Топлива и рабочие процессы ракетных двигателей на твердом топливе» Под редакцией А.В. Сухова М о с к в а Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2 0 0 6
УДК 662.62(075.8)
ББК 31.352
Т58
Рецензенты: М.А. Багдасарьян, А.А. Добряков
Твердые ракетные топлива: Учеб. пособие по курсу
«Топлива и рабочие процессы ракетных двигателей на твердом топливе» / А.В. Сухов, М.В. Тюгаев, М.М. Фещенок и
др.; Под ред. А.В. Сухова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 28 с.; ил.
Описаны свойства и технологии изготовления современных твердых
ракетных топлив.
Для студентов, обучающихся по специальности «Ракетные двигатели».
Ил. 4. Табл. 4. Библиогр. 9 назв.
УДК 662.62(075.8)
ББК 31.352
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006
Т58
1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Современные твердые ракетные топлива (ТРТ) обычно подразделяют на два основных класса: баллиститные (двухосновные, коллоидные) и смесевые. Баллиститные твердые ракетные топлива (БТРТ) являются твердыми растворами нитрата целлюлозы (нитроцеллюлозы), условно называемого горючим, и некоторых других веществ, таких как нитроглицерин, нитродиэтиленгликоль, нитрогуанидин, которые, в свою очередь, условно называют окислителями. Эти вещества служат не только окислителями, но и желатинизаторами, или пластификаторами, нитроцеллюлозы. В результате желатинизации нитроцеллюлоза приобретает коллоидное состояние, поэтому БТРТ часто называют коллоидным топливом. Желатинизация (пластификация) способствует размягчению нитроцеллюлозы, при этом получаемая масса становится способной легко формоваться под давлением. В БТРТ горючие (углерод, водород) и окислительные (кислород, хлор) элементы находятся в химически связанном состоянии внутри одной молекулы. Смесевые твердые топлива (СТРТ) в отличие от БТРТ представляют собой механическую смесь твердого окислителя, горючегосвязующего и специальных добавок. Окислитель поставляет свободные окислительные элементы (кислород, хлор и др.), необходимые для протекания экзотермических химических реакций при следующих тепловыделениях: СО2 → 8950 кДж/кг СО → 4000 кДж/кг Н2О → 13400 кДж/кг HCl → 2520 кДж/кг Al2O3 → 14400 кДж/кг Доля окислителя в массе топлива составляет 75…80 %, поэтому его свойства больше влияют на энергетические, эксплуатационные и технологические характеристики ТРТ, чем свойства горючих-связующих.
Похожие