ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВЯЗУЮЩИХ СТРТ

Смесевые твердые ракетные топлива представляют собой твердые гетерогенные взрывчатые системы, состоящие из смеси твердых окислителей, полимерных горючих-связующих специальных добавок, регулирующих технологические, энергетические и баллистические характеристики СТРТ.

Полимерные горючие-связующие выполняют в составе СТРТ следующие основные функции.

  • - скрепляют все компоненты СТРТ в единый блок с необходимыми физико-механическими характеристиками;
  • - обеспечивают требуемую плотность СТРТ, его энергетические и баллистические показатели;
  • - позволяют получить нужную реологию топливной массы и делают возможным смешение высокочувствительных компонентов СТРТ.

Практически горючие-связующие должны обеспечивать весь сложный комплекс энергетических, технологических и эксплуатационно-экономических свойств СТРТ, определяющих способ переработки (и крепления с корпусом) топлива, физико-механические показатели, температурный диапазон эксплуатации топлива и, соответственно, области его использования.

Выбор горючих-связующих затрудняется тем обстоятельством, что в сложных системах, какими являются СТРТ, изменение содержания или природы одного из компонентов, как правило, отражается на свойствах системы в целом. Поэтому в зависимости от компонентного состава топлива, технических характеристик компонентов, конкретного назначения СТРТ, уровень и острота требований к горючему-связующему будут различными и достижимыми в разной степени.

Часто функции, выполняемые связующими в СТРТ, приходят в противоречие между собой, что вызывает необходимость поиска оптимальных решений.

Вследствие вышеизложенного, в настоящее время невозможно выбрать какое-либо одно высокомолекулярное соединение, которое полностью удовлетворяло бы сложному комплексу требований к связующим СТРТ.

На каждом этапе отработки СТРТ применялось связующее, обладающее в тот период наилучшими термодинамическими, технологическими и эксплуатационными характеристиками. В качестве связую щих СТРТ были изучены различные высокомолекулярные соединения: акриловые, фенолформальдегидные, полиамидные, полиэфирные, эпоксидные смолы, полисульфидные, полиуретановые (в том числе с эксплозофорными группами), полибутадиеновые каучуки, бутилкаучук, полиэтилен, поливинилхлорид и другие термопластичные полимеры.

Об улучшении основных характеристик топлив, достигаемом в результате совершенствования применяемого связующего, можно судить по литературным данным о разработке СТРТ за рубежом (табл. 3). Следует отметить, что уровень зарубежных достижений в области исследований и производства СТРТ в некоторой степени отражает основные направления их развития в нашей стране. Поэтому по данным этой таблицы можно представить приближенную картину общей тенденции развития связующих и СТРТ на их основе. Ниже кратко рассмотрены основные типы связующих СТРТ.

Виды связующих, применяемые в США, и некоторые характеристики СТРТ на их основе представлены в табл. 3.

Таблица 3

Виды связующих, применяемые в США, и некоторые ______характеристики СТРТ на их основе

Тип применяемого связующего

Содержание связующего, %

Максимальная степень наполнения. %

Основные характеристики СТРТ

Примеры объектов применения

расчет, еди-ничн. импульс, кгс с/кг.

плотность, г/см3

температурный диапазон применения,°C

максимальный размер изделий, м

1

2

3

4

5

6

7

8

Поливи-нил-хлорид-ное

  • 19,5-
  • 24

80

  • 243-255
  • 231-243

1,74

-

0,8-0,15

Земля-воздух: «Стрингер», «Редай»

Поли-сульфид-ное

18-20

80

215-240-205-230

1,75

от +40

до -40

0,16-0,79

Тактические:

«Сержант», «Опест-Джон».

«Лакросс», Земля-воздух: «Ника-Геркулес»,

1

2

3

4

5

6

7

8

Воздух-воздух: «Фолкон»

Полиуретаны на основе сложных и простых полиэфиров

17-20

82

  • 248-255
  • 236-243

1,77

от +35 до -17

ДО

1,74

Стратегические: «Минитмен I», 2 ступ., «Пола-рис А-1, А-2, А-3», 1 ступ. Оперативно тактические: «Гарпун» 1 ступ., ЗУР «Хоун», «Тартар», «Саброк».

Ракета-носитель «Алгол 2»

Полибутадиеновые на основе сополимера бутадиена и акриловой кислоты

14-18

86

  • 260
  • 248

1,76

от +40 до +5

до 1,65

Стратегические: «Минитмен I», 1 ступ.

Полибутадиеновые на основе сополимера бутадиена, акриловой кислоты, акрилонитрила

13-15

87

  • 260-262
  • 248-249

1,78

от +50 до -20

до 3

РДТТ ракет-носителей «Титан ШС», «Титан ШД», «Кастор», «Алгол»

Полибутадиен с концевыми карбоксильными группами

12-14

88

  • 260-265
  • 250

1,78

от +50 до -54

1,88

Стратегические: «Минитмен-111», все 3 ступ., «Минитмен II» 2 и 3 ступ., авиационная «Сперроу»

Полибутадиен с концевыми гидроксильными группами

9-11

90-91

  • 264-265
  • 251

1,85

от +60 до -54

до 3

«Астроби»

Смесевые твердые ракетные топлива представляют собой твердую гетерогенную взрывчатую систему в виде монолитных блоков различной формы и размеров.

Основными компонентами смесевых твердых ракетных топлив являются:

  • - минеральные окислители (перхлораты аммония и калия, нитрат аммония и др.);
  • - взрывчатые вещества (гексоген, октоген, Диаз-3, Диаз-4, CL-20 и др);
  • - металлические порошки (АСД, ПАМ и другие);
  • - органические горючие-связующие вещества.

Кроме того, в них содержатся и другие вещества, выполняющие роль инициаторов полимеризации и отвердителей массы, катализаторов и стабилизаторов горения, различные технологические и энергетические добавки, пластификаторы и др.

Окислители - это вещества, содержащие большой процент активного кислорода. При горении СТРТ они выделяют атомарный кислород, который, вступая во взаимодействие с первичными продуктами распада горючих веществ, обеспечивает окисление продуктов распада с выделением тепла и газов. В качестве окислителей чаще всего применяются перхлораты и нитраты аммония (NH4CIO4, NH4NO3) и др.

Горючие-связующие вещества обеспечивают прочную связь всех компонентов блока СТРТ, придают ему необходимые физикомеханические свойства при всех температурах эксплуатации. В качестве связующих могут применяться природные материалы (асфальты и битумы), но чаще используются инертные и энергетически обогащенные синтетические полимеры, смолы и каучуки.

Горючие вещества обычно являются источником тепла и газообразных продуктов, образующихся при их взаимодействии с кислородом окислителя.

Катализаторы, обычно окислы и соли металлов (Сг20з, K2Cr2O7, K2CrO4, LiF и так далее), повышают скорость горения СТРТ и позволяют регулировать ее в требуемом диапазоне давлений.

Технологические добавки вводятся для ускорения процесса полимеризации горючих-связующих веществ и отверждения топлива. К ним относятся органические и неорганические перекиси, ангидриды, полиспирты и полиамины.

Пластификаторы - вещества, вводимые в полимеры с целью придания эластичности и (или) пластичности в условиях переработки и эксплуатации. В качестве пластификаторов выступают обычно нефтяные масла, толуол и подобные им жидкие органические вещества, являясь, как правило, горючими компонентами, они вводятся в топливную массу, чтобы придать ей текучесть. В качестве активных пластификаторов используются нитроэфиры, азидные мономеры и олигомеры.

Продукты, используемые в качестве пластификатора, должны обладать следующими общими свойствами:

  • 1) способностью совмещаться с полимерами, т.е. образовывать с ними устойчивые композиции при введении достаточно больших количеств пластификатора;
  • 2) малой летучестью, бесцветностью, отсутствием запаха;
  • 3) способностью проявлять пластифицирующее действие не только при нормальной, но и при пониженной температуре;
  • 4) химической стойкостью, которая должна быть не ниже, чем у пластифицируемого полимера.

Энергетические добавки в виде металлических порошков (В, А1, Mg и других) и твердых гидридов (MgH2, В4Н10) применяются с целью повышения удельного импульса. Кристаллические взрывчатые вещества в СТРТ служат в качестве высокоэнергетической добавки и окислителя (гексоген, октоген, CL-20, Диаз-3, Диаз-4 и др.).

Смесевые твердые ракетные топлива, применяемые в настоящее время, в качестве окислителя включают в свой состав перхлорат аммония (ПХА) и нитрат аммонии (НА), а в качестве горючих-связующих -различные каучуки и смолы. Кроме того, в ряде случаев вводятся добавки металлов, ВВ, катализаторы или ингибиторы горения.

Топливные рецептуры разрабатываются исходя из энергетических и технологических возможностей изготовления. В таблице приводятся значения удельного импульса для возможных рецептур СТРТ при стехиометрическом составе без учета возможностей изготовления и эксплуатации.

Практические рецептуры СТРТ отличаются от стехиометрических составов, при которых можно получить максимальное выделение энергии. Это связано с тем, что горючие-связующие компоненты по ряду технологических причин приходится вводить в большем количестве, чем это нужно для полного сгорания. В табл. 4 приводится зависимость теплопроизводительности и удельного импульса от содержания в топливе перхлората аммония и смол.

Таблица 4

Расчетный удельный импульс топливных смесей при Р/РО=68 по дапнымБлекмапа*

ПХА, %

Связующее, %

Бериллий, %

Литий, %

Удельный импульс, кг- с/кг

70

10

20

-

280

70

10

14

6

288

70

10

10

10

285

70

10

6

14

275

70

10

-

20

266

^Примечание

Расчет удельного импульса произведен без учета диссоциации продуктов сгорании, поскольку для предварительной оценки энергетических свойств топлива этого достаточно.

Закономерности изменения свойств смесевых твердых ракетных топлив на основе перхлората аммония и смол в зависимости от содержания окислителя представлены в табл. 5.

В табл. 6 показаны основные характеристики различных видов СТРТ в зависимости от их состава.

Таблица 5

Характеристика СТРТ на основе перхлората аммония и смол в зависимости от содержания окислителя

Показатели

Содержание окислителя, %

70

75

80

85

90

Т еплопроизводитель-ность, ккал/кг

698

864

1010

1050

1260

Плотность, при 20°С, г/см3

1,60

1,64

1,76

1,76

1,77

Удельный импульс при 70 кг/см2, кг-с/кг:

  • а) у поверхности земли
  • б) в пустоте
  • 180
  • 211
  • 92
  • 226
  • 04
  • 29
  • 215
  • 251
  • 230
  • 272

Таблица 6

Состав топлива

Плотность при 20°С

Удельный импульс, с

у земли

в пустоте

Перхлорат аммония 75 %

Полиуретан 25 %

1,84

226/35

266

Перхлорат аммония Полибутадиен Акриловая смола Алюминивая пудра

1,87

230-238/40

  • 250-
  • 280

Нитрат аммония 80 %*

Синтетический каучук 10 %

Сажа 7-9 %

Добавка 1 -3 %

-

185/70

216

Перхлорат калия 76,5 %

Битум 26 %

1,77

186/140

-

Перхлорат аммония 74 %

Полисульфидный каучук - 26 %

1,70

-

-

Перхлорат аммония 65-70 %

Нитрополиуретан 25-30 %

Алюминий - 5-10 %

-

  • 250/50 атм.
  • 263/68 атм.

-

* Примечание. Прессованный состав.

Характеристика некоторых литых составов СТРТ

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >