ТВЕРДЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА

  Главная      Учебники - Двигатели     Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива: Справочник (Шишков А.А.) - 1988 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7    ..

 

1.2

ТВЕРДЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА

 

Твердые ракетные топлива применяются в ракетных двигателях, ГГ, прямоточных и ракетно-прямоточных двигателях и гидроракетных двигателях. Их можно разделить на две группы: баллиститные (гомогенные), например, Н и НМ-2 (табл. 1.8) и смесевые (гетерогенные).

Смесевые твердые топлива содержат 20…30% связующего каучукообразного или смолообразного вещества, 60…80% окислителя и до 20% алюминия; имеются также составы, содержащие компоненты баллиститных и смесевых топлив. Возможно также применение в качестве горючего гидридов легких и тяжелых металлов. В качестве окислителей обычно применяют перхлорат аммония; возможно применение других твердых солей хлорной и азотной кислот, богатых кислородом (табл. 1.9).

В качестве горюче-связующего используются каучуки (полисульфидный, полиуретановый и др.), полимеры (полиэфирные, фенольные и эпоксидные смолы, полиизобутилен и др.), тяжелые нефтепродукты (асфальт, битум и др., табл. 1.10). В смесевые твердые топлива иногда добавляют также октоген и гексоген. Некоторые составы (с известной долей условности) смесевых твердых топлив США и их характеристики приведены в табл. 1.11 [18].

Обычные баллиститные и смесевые топлива не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к газогенераторным топливам. Поэтому разрабатывают специальные газогенераторные составы топлив с низкой температурой горения (см. последнюю колонку табл. 1.11), ограниченной сверху (жаропрочностью материалов клапанов, турбинных лопаток и других элементов проточной части) и снизу (устойчивостью горения топлива). Кроме того, ГГ иногда должны работать длительное время, и топливо должно иметь малую скорость горения. Для регулируемых ГГ предложен состав топлива, у которого скорость горения уменьшается с ростом давления (<0). Дополнительные требования могут предъявляться и к составу продуктов сгорания топлив для ГГ: отсутствие конденсированной фазы, коэффициент избытка окислителя должен быть не более единицы (обычно). Смесевые топлива применяют и в воспламенительных ГГ (двигателях запуска).

К смесевым твердым топливам можно отнести пиротехнические составы. Пиротехнические составы применяются как наполнители воспламенительных устройств и пироэнергодатчиков; возможно их применение и в ГГ.  

Основные компоненты, входящие в пиротехнические составы, можно разбить на следующие группы (табл. 1.12):

1.      Окислители – перхлорат калия KCIO, нитраты натрия Na NO, калия KNO, бария Ba(NO, перекись и хромат бария BaO и др.

2.      Горючие – металлы (алюминий, магний, цирконий, бор, титан) и сплавы (алюминиево-магневый, циркониево-никелевый), неметаллы (фосфор, углерод и сера), неорганические соединения (сульфиды, фосфиды, силициды и др.), органические соединения.

 

Таблица 1.9

Характеристики твердых окислителей

 

Окислитель

Химическая формула

Плотность, г/см

Содержание кислорода, %

Перхлорат калия

Перхлорат аммония

Перхлорат лития

Перхлорат нитрония

Нитрат калия

Нитрат аммония

Нитрат лития

KCIO

NH

Li CIO

NO

KNO

NH

Li NO

2,50

1,95

2,43

2,25

2,11

1,73

2,38

46,2

54,5

60,2

66,7

47,4

60,0

69,6

 

 

  Таблица 1.10

 

Горючее

Стехиометрическое отношение при горении в кислороде, кг/кг

Тепловой эффект реакции с NH, кДж/г

 

Каучук бутадиен-стирольный

Каучук полиуретановый

Смола эпоксидная

Полиметилметакрилат

Алюминий

магний

3,14

1,81

2,34

1,92

0,89

0,66

3,88

3,38

3,85

3,88

8,62

8,54

 

3.      Цементаторы (связующие) – органические полимеры, обеспечивающие механическую прочность пиротехнических составов (идитол, канифоль, эпоксидные смолы, каучуки, этилцеллюлоза).

4.       Другие добавки, играющие роль ускорителей или замедлителей горения или уменьшающие чувствительность составов к трению (флегматизаторы).

Для воспламенения смесевых твердых топлив с высоким содержанием NH применяют пиротехнические смеси: KCIO - 26…50%, Ba(NO - 15…17%, циркониево-никелевый сплав (50/50) – 32…54%, этилцеллюлоза – 3% (патент США).

В воспламенительных устройствах применяют пиротехнические составы в виде прессованных таблеток. Плотность во многом определяется давлением прессования и колебания в пределах 1,3…2,8 г/см. удельная теплоемкость – 0,8…1,25 Дж/(кг*К), теплопроводность – 62,8…104,7 Вт/(м*К).

 

Таблица 1.12

Теплотворная способность пиротехнических составов

при стехиометрическом соотношении компонентов

 

Горючее

Окислитель

Теплотворная способность, кДж/кг

Бор и алюминий

Дымный порох

Сплав циркония с никелем

Бор

Циркониево-никелевый сплав с добавлением бора и алюминия

Магний

Алюминий

PbCrO

KNO

KClO

Ba(NO

KClO

(C)n

KClO

2100…2500

2500…2900

4200…4600

5400…5800

63…6700

9200

9600…10400

 

Скорость горения пиротехнических составов в условиях их работы в воспламенительном устройстве при обдуве таблеток высокотемпературными продуктами сгорания представляется в виде u=map, где m, a, v – эмпирические коэффициенты.

Пиротехническими твердыми топливами называют также составы с большим количеством металлического горючего (более 50%) и солями неорганическими кислот в качестве окислителя; они предназначены для ГГ ракетно-прямоточных двигателей (РПД).

Заряд смесевого ТРТ может быть выполнен в виде блока (блоков), таблеток или порошков.

В качестве экспериментальных порошковообразных горючих использовали алюминий, двойной декаборан алюминия, диборид бора и циркония, полиэтилен и т.п., а в качестве окислителя – перхлорат аммония, нитрат аммония и др. Частицы имели размер от 2 до 2000 мкм. В качестве флюидизирующих газов использовались инертные (азот), окислительные (воздух, кислород) и горючие (водород, метан).

Возможны следующие способы подачи псевдожидкости из бака в камеру сгорания: с помощью сжатого газа, поршня, винтового насоса и струйного насоса. Порошкообразные горючие применяются в комбинированных стендовых ГГ, позволяющих в широких пределах варьировать давление, температуру и состав продуктов сгорания с целью изучения воздействия многофазных потоков на материалы.

Порошкообразным топливом является дымный ружейный порох (ДРП) с диаметром зерна 0,15…1,25 мм и крупнозернистый дымный порох (КЗДП) с диаметром зерна 5,1…10,2 мм; состав в %: нитрат калия – 74; древесный уголь – 15,6; сера – 10,4; температура горения 2600К; расходный комплекс 1200 м/с.

Плотность зерна ДРП 1,75 г/см, насыпная плотность ДРП 0,9…1,15 г/см, минимальное давление устойчивого горения 0,1 МПа, температурная чувствительность =0,005 1/С.

Зависимость скорости горения от давления имеет вид

u=1,37*(p/98100).

Зажигание твердого ракетного топлива происходит при воздействии:

1.      потока тепловой энергии (радиационный, контактный и конвективный нагрев);

2.      потока химически высокоактивных газов или жидкостей вызывающих при контакте с поверхностью твердого топлива гетерогенную экзотермическую реакцию;

3.      механического удара и трения.

Фактический процесс воспламенения в реальном РДТТ сложен. К числу главных трудностей при его изучении относятся проблемы определения управляющего механизма, выбора критерия воспламенения, определения химической кинетики предшествующих горению реакций, а также гетерогенный характер смесевых твердых топлив. При проведении опытов за начало воспламенения принимают:

1.      первое появление пламени, регистрируемое фотографическим путем или фотоэлементом;

2.      резкое изменение показаний термопары;

3.      наступление уноса массы топлива.

 

Таблица 1.13

Механические характеристики ТРТ

 

Параметр

Топливо

баллиститное

смесевое

Предел прочности, Н/мм

Модуль упругости, Н/мм

 

 

 

 

 

Коэффициент Пуассона

10…20

20…10

(Т=50С)

100…300

(Т=20С)

 

 

0,35…0,5

3…5

5…10

(Т=40С)

10…20

(Т=15С)

100…200

(Т=- 40С)

0,35…0,5

 

Эксплуатационный свойства твердых топлив определяются их физическими, механическими (табл. 1.13), теплофизическими (табл. 1.14), химическими характеристиками, а также физико-химическими характеристиками продуктов сгорания. Наряду с энергетическими, прочностными, теплофизическими показателями твердое ракетное топливо характеризуется взрывобезопасностью, чувствительностью к удару и трению, степенью токсичности и дымности продуктов сгорания, технологичностью изготовления и снаряжения, стабильностью физических и химических характеристик во всем объеме заряда (особенно на границах) при всех условиях эксплуатации.

 

Таблица 1.14

Теплофизические характеристики ТРТ

 

Топливо

Теплоемкость, Дж/г*К

Коэффи циент теплопроводности, Вт/м*К

Коэффи циент линейного расширения 1/К

Эксплуатационный интервал температур, С

Максимальная температура хранения, С

H

HM-2

JPN

HES-4016

AGC

ANB-3066

CYN

TP-Q-03011

ДРП

1,464

1,413

1,415

1,466

1,284

1,377

1,196

1,252

0,96

1,7

1,2

0,27

1,67

0,18

0,24

0,41

0,29

0,6

3,5*10

3*10

2*10

4,5*10

2,3*10

2*10

4*10

3,5*10

0,5*10

-40…+50

-40…+50

-30…+60

-35…+50

-35…+50

-55…+55

-55…+50

-35…+80

-50…+50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

 

 

 

1.3 СОНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ

 

Стартовая масса ракеты m, имеющей n ступеней, связана с максимальной дальностью полета L приближенным соотношением [17] m,

где m - масса полезной нагрузки; /m; I - среднее значение пустотного удельного импульса; А и а – коэффициенты, значения которых в первом приближении составляют А=407, а=1/3 при 300 км6000 км; А=825, а=1/4 при 6000 км12000 км.

Причем в диапазоне L500 обычно n=1, в диапазоне                            500 км5000 км n=2, в диапазоне 5000 км12000 км n=3.

Оптимальный относительный запас топлива )).

Учет потерь скорости на преодоление сил гравитации и прохождение плотных слоев атмосферы в первом приближении приводит к соотношениям (n=2; 3):

; =(1,08…1,12) ;

= 1-.

Время работы ступени t связано с начальной, задаваемой тяговооруженностью nt= (при условии mconst).

Для каждой ступени по известным  и m находятся основные проектные параметры, в качестве которых для многоступенчатых ракет принято считать диаметр ступени, массу топлива, давление в двигателе, степень расширения сопла, длину сверхзвучной части, длину утопленной части, время работы (табл. 1.15).

 

Таблица 1.15

Параметры ступеней многоступенчатой ракеты

 

Параметр

Первая ступень

Вторая и третья ступень

Номинальное давление в камере, МПа

Степень расширения сопла, F

Относительная длина утопленной части сопла

Ограничение на диаметр выходного сечения сопла

Максимальный уровень потребных управляющих сил, %

Начальная тяговооруженность

6…8

10…12

 

0…0,3

 

0,75D

 

1012

2,0…2,8

3…5

25…100

 

0…0,3

 

D

5…8 (вторая);

1…1,5 (третья);

3…3,5 (вторая);

3,5…4 (третья)

_______________

*D – диаметр двигателя.

 

На долю двигателей приходится 80…90% массы всей твердотопливной ракеты, и конструктивные особенности РДТТ во многом определяют конструктивную схему ракеты и ее основные технические характеристики. В свою очередь, конструктивные особенности РДТТ в основном определяются (табл. 1.16):

формой и принципиально-конструктивной схемой корпуса;

формой заряда твердого топлива, способом его крепления в корпусе;

числом и компоновкой сопел;

типом и компоновкой устройств создания управляющих усилий;

устройством узла отсечки тяги.

 

 

 

1.3.1 КОРПУС И СОПЛО РАКЕТЫ

 

Корпус и сопло представляет собой полую многоблочную (см. рис. 1.1) или сборную односекционную (многосекционную) оболочку цилиндрической формы, закрытую с торцев передним и задним днищами. Корпуса могут иметь и другую форму, например, шаровую, эллипсообразную. Днища выполняются монолитно с цилиндрической частью и отдельно. Внутреннее строение корпуса определяется конструкцией заряда твердого топлива.

 

Таблица 1.16

Характеристики различных схем РДТТ

 

Схема РДТТ

Топливо

Заряд

Удельный импульс, м/с

Время работы, с

Рис. 1.2

Рис. 1.8

Рис. 1.1

Баллиститное

Смесевое

Смесевое

Многошашечный

Вкладной

Скрепленный

0,85…1,9

0,1…0,15

0,05…0,08

~2000

~2400

~2800

<10

~45

~60

 

Силовые оболочки типа «кокон» изготавливаются из композиционного материала методом спиральной намотки на оправку с выполнением днищ вместе с цилиндрической частью оболочки.

Толщина оболочки корпуса в местах перехода днища в цилиндрическую часть определяется по формуле

,

где р - максимальное давление в двигателе; D – внутренний диаметр цилиндрической части обечайки; d - диаметр полюсного отверстия;            - предел прочности на растяжение стеклоленты.

Равнопрочная цилиндрическая оболочка получается при = 2…3(d, где  - толщина кольцевых слоев;  - толщина спиральных слоев.

Толщина днища в заднем месте

,

где  - угол намотки.

Стыковочные юбки (см. рис. 1.1) изготавливаются намоткой заодно с  корпусом, и в них вмотаны закладные детали фланцев. Стыковочные юбки являются частью конструкции ракеты и должны выдерживать комбинированные нагрузки: по оси (сжатие и изгиб), сдвиг и кручение.

Цилиндрическая часть силовой оболочки может быть изготовлена методом продольно-поперечной намотки на оправку.

Толщина стенки оболочки корпуса  определяется по формуле

D/(2[]),где [ - предел прочности стеклопластика (0,1…1,1 ГПа); n – запас прочности (1,35…1,5). Эта формула справедлива, когда на два слоя окружных лент наносят один слой продольных лент.

Силовые оболочки выполняются без единиц с утолщением по обоим торцам с последующей их механической обработкой для подготовки мест соединения с металлическими днищами.

Металлические обечайки корпуса

Подразделяются по форме на цилиндрические, конические и сферические, а по технологии изготовления – на сварные (с кольцевыми, спиральными и продольными швами) и бесшовные (раскатные и цельнотянутые).

Комбинированные обечайки корпуса представляют собой металлические обечайки, усиленные наружной оплеткой из стеклонитей или других высокопрочных армирующих материалов, которые выполнены с определенным натяжением, создающим в слое оплетки до нагружения оболочки напряжения. Если оплетки принимает на себя половину окружной нагрузки, действующей на всю цилиндрическую обечайку, тогда отношение толщин металлической оболочки и оплетки  является оптимальным. При  этом толщина металлической обечайки  определяется  из условия обеспечения прочности в осевом направлении D/4[], а недостаточная прочность в окружном  направлении  компенсируется оплеткой с толщиной, равной D/4[]. В этих формулах [] и []- допустимые  напряжения в металлической обечайке и армирующей  оплетке соответственно.

        Соединения элементов конструкции обеспечиваются с помощью  специальных узлов, основные требования к которым сводится  к обеспечению прочности и герметичности соединений при минимальных  массе и габаритных размерах  применительно  к каждому конкретному случаю с учетом материалов соединяемых элементов и видов нагружения.

        При одном и том же типе  разъемного соединения возможно огромное число модификаций кольцевых уплотнений на стыке. Основным элементом уплотнений  является  резиновое кольцо. Размеры резиновых колец и канавок под них, а также рекомендации по применению резиновых уплотнительных колец даются в соответствующих общесоюзных и отраслевых стандартах (ГОСТ 9833-73).

        В сопловом блоке РДТТ  может содержаться  различное число сопел: одно (соосное с двигателем или повернутое относительно оси двигателя на угол 90), два (поворотных) или четыре, а также 10…20, наклоненных к плоскости сопловой крышки, например,  у турбореактивных  снарядов (см. рис. 1.2).

       Сопло  может быть круглым и кольцевым (последние пока не нашли применения в РДТТ).

       Схема РДТТ с одним центральным соплом характеризуется  наилучшими  энергомассовыми  характеристиками. Для сокращения длины  двигателя сопло может быть уплотнено в корпус (см. рис. 1.1). В двигателях ракет, в которых РДТТ располагают в близи центра ракеты, вход в сопло выполняют в виде удлиненной трубы. Габаритные размеры сопла изменяемой геометрии в рабочем положении превышают исходные, таким является раздвижное сопло (рис. 1.3).

 

Рис. 1.3 Поворотное раздвижное сопло:

1 – заделка привода; 2 – привод; 3 – раздвижные части.

  

     Многосопловая схема позволяет организовать управление ракетой и в двух плоскостях, и по крену. Однако в этом случае ухудшаются условия входа продуктов сгорания в сопло, увеличивается унос теплозащитных покрытий на входе в сопло и в раструбе.

        Рассмотрены также конструктивные схемы РДТТ с кольцевым соплом, подвижное центральное тело которого позволяет регулировать тягу, и с тарельчатым соплом (топливо безметалльное), Внешний участок расширяющейся части которого образован задним днищем двигателя (это же сопло с заглушенным минимальным сечением служит также передним днищем нижней ступени).

        Особенности сопел отсечки тяги РДТТ см. в п. 1.3.5.

        Материалы тепловой защиты РДТТ представляют собой искусственные изотропные и анизотропные композиции , обеспечивающие тепловую изоляцию несущей конструкции и прогнозируемый  унос поверхностного слоя.

        С некоторой степенью условности материалы тепловой защиты можно разделить на облицовки, теплоизоляционные слои и насадки (рис.1.4). Облицовки обеспечивают заданную стойкость первого слоя  тепловой защиты тракта от разрушения при взаимодействии с двухфазным рабочим телом; при этом может происходить унос материала с прогнозируемой скоростью.

Теплоизоляционные слои обладают низкой  проводимостью тепла, но подвержены существенному уносу уже при незначительном уровне конвекции рабочего тела.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.4 Тепловая защита:

УУКМ – углерод-углеродные композиционные материалы; УСП – угле- и стеклопластики; ТЗМ – теплозащитные материалы; НО – неориентированные материалы; О – ориентированные материалы.

 

                Насадки концевых частей сопел одновременно выполняют функции и тепловой защиты, и несущей конструкции. В зависимости от уровня воздействия обтекающего потока один и тот же материал может выполнять как функции облицовки, так и изолятора. Например, геометрия заряда современного РДТТ с центральным утопленным соплом исключает возникновение больших скоростей обтекания элементов корпуса, материалы тепловой защиты подвержены в основном нагреву излучением. Тогда тепловую защиту корпуса выполняют из легких эластичных низкотеплопроводных  материалов на основе каучуков и резин без армировки наполнителями. А для четырехсопловой конструкции РДТТ в качестве тепловой защиты сопловой крышки, подверженной воздействию высокоскоростной многофазной струи из канала заряда, служит материал, выполненный из армированных асбестом или кремнеземной тканью материалов на фенолформальдегидных связующих, обладающих достаточной эрозионной стойкостью и большим значением плотности (до 1800 кг/м).

В многослойных конструкциях теплоизоляционные слои располагают между эрозионно стойким слоем и защищаемым элементом в целях минимизации общей           массы данного узла (рис. 1.5). В зависимости от уровня напряженно-деформированного состояния и температуры элементов изолятором может быть теплозащитный материал на основе каучуков, а так же низкотеплопроводный угле- и стеклопластик. Материалы герметизирующего и диффузионного слоев корпуса двигателя одновременно являются изоляторами при прогреве конструкции.

Рис. 1.5 Элементы тракта сопла:

1 – углепластик, применяемый в качестве облицовки; 2 – стеклопластик, используемый как изолятор; 3 – теплоизолятор, выполненный из ТМЗ.

        

Неметаллические материалы облицовок представляют собой изотропные и анизотропные композиции, состоящие из связующего (матрицы) и наполнителя. Угле- и стеклопластике имеют органическое связующее и наполнители из угольной или кремнеземной ткани. Детали тепловой защиты тракта сопла получают прессованием  и намоткой. Прессованием можно получить слоистые (анизотропные) композиты.

Крупногабаритные  элементы тракта (раструбы сопел) получают наметкой пропитанных связующим лент наполнителя на оправки с последующим отверждением под давлением и механической обработкой.

Графиты получают прессованием  смеси каменноугольного пека (связующего) с нефтяным песком (наполнителем) с последующей графитизацией при Т>2400К.

Пирографиты получают осаждением углерода при разложении метана на поверхность графита  интервале температур 2373…2673 К, и пирографит по своим свойствам приближается к свойствам монокристалла; ему присущи резкая анизотропия и экстремальные значения  теплопроводности и других характеристик.

Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) имеют наполнители из углеродных и графитовых тканей и волокон (в том числе объемного плетения) и матрицу из пироуглерода. Ряд деталей получают пропиткой углеграфитового наполнителя связующим из органических смол при карбонизации заготовки, а инертной среде при температуре 1273…1373 К и уплотнении карбонизованной  заготовки  пироуглеродом – осаждением  пленок органических веществ при температуре 1373…1473 К.

Другие детали получают наметкой или выкладкой непропитанных связующим углеграфитовых лент или волокон на оправку с последующим уплотнением пироуглеродом в печи.

Насадки - концевые части сопел с радиационным охлаждением – выполняют из сплавов на основе молибдена или ниобия, имеющих высокую температуру плавления и достаточные прочные свойства при равновесной температуре насадка, а так же они могут быть выполнены из УУКМ.

    Условием работоспособности можно принять условие не разрушения элементов конструкции, и эту крайне сложную задачу разделяют на две более простые и в ряде случаев независимые друг от друга:

определение температурных полей в силовых элементах;

определение напряжений и деформаций в элементах при их силовом нагружении и сравнение с допустимыми значениями при известных температурных полях.

Для вкладыша, элементов устройств управления вектором тяги РДТТ, подверженных воздействию рабочего тела, ограничениями служат условия допустимого значения уноса. В некоторых случаях ограничение накладывается на допустимый разброс толщин унесенного слоя материалов.

 

 

 

 

1.3.2 ЗАРЯД ТВЕРДОГО ТОПЛИВА РАКЕТЫ

 

В ракетной технике используются различные формы зарядов твердого топлива (рис. 1.6, табл. 1.17):  горящие главным образом по внутренним поверхностям (поверхности, горение которых надо предотвратить, покрыты бронирующим составом или защитно-крепящим слоем для скрепления заряда с корпусом); горящие почти по всем боковым поверхностям, например небронированные трубчатые шашки (рис. 1.7); горящие с торца.

Заряды твердого топлива изготавливаются по технологии литья под давлением, свободного вакуумного литья и методом проходного прессования.

Заряд, изготовленный методом литья, формируется либо непосредственно в корпусе РДТТ,  либо в специальном каркасе, либо отдельно в специальной изложнице. Геометрия внутренней поверхности заряда формируется технологической иглой, помещенной внутри корпуса.

Технологический процесс изготовления заряда  включает в себя подготовку смеси порошкообразных  компонентов, подготовку связующего (вакуумирование, смешение жидких элементов, приготовление смеси связующего с алюминием), приготовление топливной массы и формование заряда, полимеризацию заряда.

При изготовлении зарядов методом литья под давлением используются  смесители непрерывного действия. Приготовленная, в смесителе топливная масса транспортируется при помощи шнеков в изложницу или в корпус двигателя. Давление топливной массы  в начале заполнения, равное 0,5…1,0 МПа, возрастает при стравливании в конце заполнения до 2…4 МПа.

 

 

Рис. 1.6 Формы зарядов твердого топлива

а – многошашечный; б – телескопический; в – со звездообразным каналом; г – с колесообразным каналом; д – торцевого горения; е – цилиндрический; ж – щелевой.

 

При свободном литье подготовка жидких компонентов и смещение топливной массы производятся в отдельных смесителях, затем масса сливается в изложницу или корпус с предварительным  созданием в нем вакуума.

Процесс полимеризации производится под давлением 3…8 МПа в зависимости от конструкции заряда и двигателя при температуре 40…80C в течение 15…25 суток. После полимеризации технологическая игла, определяющая внутреннюю конфигурацию заряда, извлекается. Литьевая технология  позволяет создать конструкцию заряда из нескольких  топлив (различные скорости горения, температура горения и т.д.).

Заряды изготавливаются методом проходного прессования с помощью шнека, продавливающего через пресс-форму топливную массу, которая образует наружную и внутреннюю формы поперечного сечения заряда, после чего происходит отверждение заряда.

Заряд, формируемый заливкой непосредственно в корпус и склеиваемый с внутренней поверхностью  корпуса, называют скрепленным зарядом твердого топлива (см. рис. 1.1).

Вклеиваемый заряд изготавливается предварительно и затем вклеивается в корпус двигателя. Изготовление вклеиваемого заряда осуществляется в толстостенной пресс-форме с внутренним диаметром , несколько меньшим, чем у корпуса.

 

Рис. 1.7 Формы поперечного сечения зарядов всестороннего горения

а – одноканальные шашки; б – многоканальные; в – бесканальные.

 

Таблица 1.17

Характеристики зарядов различных форм

 

Заряд

L/D

e/D

S/()

Число и форма поперечного сечения канала

Внутриканального горения

То же

 

Всестороннего горения

Торцевого горения

 

1…10

1…10

 

 

>1

»1

 

0,33

0,12…0,21

 

 

«1

»1

 

~4L/D

~4L/D

 

 

»1

~1

 

1, круг

1, звезда (см. табл. 1.18)

 

См. рис. 1.7

-

 

Таблица 1.18

Параметры заряда со звездообразным каналом

 

Число лучей звездообразного канала

6

7

8

Угол при вершине выступа заряда,

33,53

35,55

37,30

Относительная толщина свода

S=const

S

0,15

0,21

0,14

0,19

0,12

0,18

Коэффициент заполнения поперечного сечения топлива

S=const

S

0,82

0,86

0,76

0,80

0,67

0,76

Коэффициент заполнения поперечного сечения дегрессивно догорающими остатками

S=const

S

0,15

0,09

0,13

0,08

0,12

0,07

 

Заряд, изготовленный отдельно и свободно вложенный в корпус двигателя, называют вкладным (рис. 1.8). До появления смесевых топлив единственным способом снаряжения была свободная укладка зарядов в корпус двигателя. Часть поверхности заряда бронируется.

Основные требования к бронирующему покрытию состоит в следующем:

химическая и физическая совместимость с ТРТ и стабильность в условиях эксплуатации;

хорошая адгезия к поверхности заряда;

высокая эрозионная стойкость;

низкая теплопроводность;

низкий уровень дымообразования  (в случае баллистидного топлива).

В многошашечном заряде (см. рис.1.6, а) число шашек, обеспечивающих  наибольшую плотность заряжания, равно  n = 1 + 3(i+i), где i = 1, 2, 3,…, а коэффициент заполнения поперечного сечения зависит от числа шашек и соотношения m=()(табл. 1.19): 

=n[D-()],

где D - предельное отношение диаметра шашки к внутреннему  диаметру  корпуса.

 

Таблица 1.19

Параметры многошашечного заряда

 

n

3

7

19

D

0,464

0,333

0,200

m=1

m=2

0,452

0,610

0,714

0,762

0,757

0,745

         

 

Конструкция заряда последних ступеней баллистических ракет должна обеспечивать возможность прекращения работы  двигателя в любой момент времени полета в заданном диапазоне дальностей. Необходимо, чтобы к моменту достижения скорости , соответствующей минимальной дальности, отверстия системы отсечки тяги сообщались со свободным объемом камеры сгорания РДТТ. С этой целью в заряде могут предусматриваться специальные каналы.

В зависимости от эксплуатационных требований к РДТТ, формы заряда и механических свойств твердого топлива выбирается способ крепления заряда в корпусе РДТТ.

Преимущество скрепленного заряда заключается в том, что отсутствует теплозащитное покрытие большей части внутренней поверхности, и это способствует увеличению плотности заполнения. Стенки корпуса частично загружены от внутреннего давления зарядом на начальном этапе  работы РДТТ.В двигателе отсутствуют специальные двигатели крепления заряда.

При свободной укладке заряда в корпус вводится устройство для крепления заряда в виде диафрагм (рис. 1.9), радиальных опор и кольцевых уплотнений, расположенных в зазоре между теплоизолированной  стенкой корпуса двигателя и бронированной поверхностью заряда (см. рис.1.8). Система крепления заряда должна обеспечить прочную и надежную фиксацию при воздействии на заряд продольных и поперечных перегрузок и вибраций. Конструкция крепления не должна вызывать высокие локальные напряжения в заряде, которые могут нарушать его целость, вызывать местные разрушения заряда, приводящие к искажению диаграммы давления снижению полноты сгорания топлива.

 

Рис. 1.8 Свободновложенный заряд и узлы его крепления в корпусе:

А – передний узел; Б – задний узел.

 

Диафрагмы предназначаются для надежного фиксирования заряда твердого топлива в корпусе  и одновременно служат колосниковой  решеткой, обеспечивающей лучшее горение заряда и полное догорание его частиц в камере сгорания без выброса их из двигателя.

Радиальная опора для заряда твердого топлива может  состоять из ряда тонкостенных опорных элементов или планок, которые расположены по окружности между зарядом и стенкой  корпуса; опорные элементы упруго упираются в стенку корпуса и заряд, поддерживая последний по всей длине. Радиальная опора может быть выполнена также в виде плоских упругих полос, которые вставляются в зазор с предварительным напряжением.

 

 

Рис. 1.9 Диафрагмы:

а – для крепления многошашечных зарядов; б – для крепления одношашечного заряда.

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7    ..