рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ЛЕКЦИЯ 4

ЛЕКЦИЯ 4 - раздел Политика, Курс лекций по направлениям двигательные установки летательных аппаратов дула Продукты Сгорания Твердого Топлива Оказывают Воздействие На Материалы Тракта ...

Продукты сгорания твердого топлива оказывают воздействие на материалы тракта и для массового совершенства тепловой защиты ДУ необходимо выбирать или создавать рецептуры с меньшим значением величины и с большим значением величины газовой постоянной , т.е. с меньшей молярной массой продуктов сгорания.

Кроме того, кислородосодержащие компоненты продуктов сгорания вступают в гетерогенные реакции с материалами тепловой защиты тракта твердотопливного двигателя, и происходит их унос (исчезновение массы бесконечно малыми частицами). Показателем такой «агрессивности» рабочего тела к углеграфитовым материалам служит окислительный потенциал продуктов сгорания

(4.1)
где , - молярная масса и концентрация кислородосодержащих компонент, - молярная масса углерода.

Смесевые топлива имеют значения , а для баллиститных ввиду отсутствия металлических добавок характерны большие значения . В ЖРД также возможно окисление нагретых металлических элементов тракта.

Рассмотрим смесевые твердые топлива, позволившие создать твердотопливные баллистические ракеты межконтинентальной дальности. Основные компоненты такого топлива резко отличаются друг от друга по физическим свойствам: горючее–связующее есть эластичный полимер, а окислитель - твердое кристаллическое вещество. Кроме того, топливо содержит и горючие добавки в виде легких металлов. Поэтому соотношение горючего и окислителя в топливе должно удовлетворять требованиям как по энергетической эффективности , так и прочностных свойств заряда.

Смесевые твердые топлива позволяют реализовать более оптимальные значения коэффициента избытка окислителя , а добавки металлов повышают температуру сгорания. Предельно возможное соотношение компонентов определяется соотношением

(4.2)
и обычно не достигается лучшего с позиций удельного импульса значения коэффициента избытка окислителя. Именно поэтому твердые топлива имеют меньшее значение удельного импульса относительно жидких.

В качестве горючих–связующих нашли применение полиуретаны, бутадиеновые каучуки, полиэфиры, эпоксидные смолы и различные сополимеры. Рассмотрим некоторые из них.

Полиуретанами называют полимеры, в составе которых находится аминоэфирная группировка атомов. В отвержденном состоянии они представляют собой прозрачную коричневого цвета высокоэластичную прочную каучукообразную массу. Применяют полимер СКУ-1 (синтетический каучук уретановый) с плотностью пределом прочности при растяжении 55 МПа и температурой хрупкости 220 К.

Эпоксидные смолы представляют собой термореактивные полимеры, содержащие в молекулах концевые функциональные группы, именуемые оксиэтиленовыми. Смола ЭД-5 имеет плотность , предел прочности при растяжении 80 МПа.

Полибутадиен является термопластичным полимером, благодаря наличию двойной связи обеспечивается прочная структура. Отвержденный полимер представляет собой упругую полупрозрачную массу. В отечественной практике используют горючее-связующее на основе полибутадиена в виде сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты – СКН (синтетический каучук нитрильный) с плотностью и пределом прочности при растяжении 20 МПа.

Обратимся к твердым окислителям смесевых топлив. Ими являются соли азотной и хлорной кислот, нитраты и перхлораты. Наиболее рациональным сочетанием энергетических, физико-механических и эксплуатационных показателей обладает перхлорат аммония , и он является уже более 40 лет окислителем в составе отечественных и зарубежных смесевых топлив. ПХА представляет собой кристаллическое вещество ромбической структуры с плотностью , хорошо растворяющееся в воде, метиловом спирте и жидком аммиаке (известно жидкое однокомпонентное топливо ).

Энергетические возможности смесевых топлив с различными горючими-связующими и окислителем – перхлорат аммония (ПХА) показаны в таблице 4.1. Соотношения компонентов вычислены в соответствии с (3.5).

 

Таблица 4.1

Топливо Горючее и его массовая доля Окислитель и его массовая доля      
  №1 Синтетический каучук уретановый 0,176   ПХА 0,824      
  №2 Эпоксидная смола ЭД-5 0,1875 ПХА 0,8125      
  №3 Синтетический каучук нит –рильный 0,136 ПХА 0,864      

 

Смесевые топлива обладают существенно большими значениями удельного импульса и плотности по сравнению с баллиститными топливами.

Для повышения удельного импульса и плотности топлива в его состав вводят энергетические добавки. Для этого используют легкие металлы, их гидриды и твердые органические соединения с большим содержанием кислорода и высокой энтальпией образования.

Рассмотрим смесевые топлива с добавками алюминия. Используя рецептуры таблицы 4.1с добавкой 18% ( ) за счет доли окислителя (долю горючего-связующего уменьшать нельзя из-за соображений прочности заряда). Показатели таких топлив приведены в таблице. Наличие алюминия в рецептуре приводит к появлению в продуктах сгорания конденсированной фазы – жидких частиц окиси алюминия, что приведет к потерям удельного импульса. Значение массовой доли k-фазы продуктов сгорания в корпусе двигателя также указано в таблице 4.2.

 

Таблица 4.2

Топливо Горючее и его массовая доля Окислитель и его массовая доля Доля алюми-ния     z  
№1 СКУ 0,17 ПХА 0,65 0,18 0,322
№2 ЭД-5 0,18 ПХА 0,64 0,18 0,316
№3 СКН 0,13 ПХА 0,69 0,18 0,313

 

Как видно из таблиц 4.1 и 4.2 добавка алюминия увеличивает теоретического удельного импульса и плотности топлива. Однако возникают потери удельного импульса из-за наличия k-фазы в продуктах сгорания, увеличивается температура рабочего тела, что увеличивает массу тепловой защиты.

Обратимся к добавке в виде бериллия , хотя токсичность продуктов сгорания топлива с добавками исключительно высока, и можно говорить о реализации таких рецептур только в двигателях высотных ступеней в экстремальной политической ситуации. Расчеты выполнены по аналогии с алюминием, результаты показаны в таблице 4.3.


 

Таблица 4.3

Топливо Горючее и его массовая доля Окислитель и его массовая доля Доля бериллия     z  
№1 СКУ 0,17 ПХА 0,65 0,18 0,4
№2 ЭД-5 0,18 ПХА 0,64 0,18 0,363
№3 СКН 0,13 ПХА 0,69 0,18 0,368

 

Использование дает существенный прирост удельного импульса при меньшей плотности топлива.

Рассмотрим применение гидридов металлов. Характеристики рецептур с добавкой гидрида алюминия ( ) приведены в таблице 4.4.

 

Таблица 4.4

Топливо Горючее и его массовая доля Окислитель и его массовая доля Доля гидрида алюминия     z  
№1 СКУ 0,17 ПХА 0,65 0,18 0,299
№2 ЭД-5 0,18 ПХА 0,64 0,18 0,297
№3 СКН 0,13 ПХА 0,69 0,18 0,295

 

Применение гидрида алюминия по сравнению с алюминием увеличивает удельный импульс, уменьшает долю k-фазы и температуру продуктов сгорания при некотором уменьшении плотности топлива.

Но наибольшим значение удельного импульса обладают топлива с добав-кой гидрида бериллия ( ), что показывают данные таблицы 4.5.


 

 

Таблица 4.5

Топливо   Горючее и его массовая доля Окислитель и его массовая доля Доля гидрида бериллия     Z  
№1 СКУ 0,17 ПХА 0,65 0,18 0,358
№2 ЭД-5 0,18 ПХА 0,64 0,18 0,35
№3 СКН 0,13 ПХА 0,69 0,18 0,35

 

Если условия эксплуатации ракеты позволяют использовать топлива повышенной взрывобезопасности, то добавляют еще и нитросоединения в виде нитроаминов, например, оксоген . Он обладает высокой энтальпией, содержит много горючих элементов и кислорода. Применение его иллюстрирует пример на основе трех рецептур таблицы 4.2, принятых в качестве базовых. Результаты показаны в таблице 4.6.

Таблица 4.6

Топливо Горючее и его массовая доля Окислитель и его массовая доля Доля алюминия Доля оксогена     Z  
№1 СКУ 0,17 ПХА 0,52 0,16 0,15 0,29
№2 ЭД-5 0,18 ПХА 0,49 0,18 0,15 0,3
№3 СКН 0,13 ПХА 0,54 0,18 0,15 0,28

 

Сравнение данных таблиц 4.2 и 4.6 показывает прирост удельного импульса при уменьшении температуры продуктов сгорания и доли к-фазы.

Таким образом, современный уровень промышленности твердых топлив представляет проектировщикам ракет возможности создания эффективных ракет. Конкретный выбор рецептуры происходит в ходе создания двигателей – добавки для регулирования скорости горения, уточнение доли металлической добавки с учетом потерь удельного импульса в реальной конструкции. Ясно, что ТТ уступают жидким с позиции удельного импульса, но обладают существенно большей плотностью и обеспечивают простоту эксплуатации ракеты.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Курс лекций по направлениям двигательные установки летательных аппаратов дула

Гоу впо мгту им н э баумана.. в е медведев а г минашин с д панин б б петрикевич..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ЛЕКЦИЯ 4

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Краткий исторический экскурс
Человечество впервые увидело реактивное движение на примере каракатицы – живого существа, передвигающего отбрасыванием воды и сокращением мышц внутри организма. Порох, состоящий из смеси с

Тяга ракетного двигателя
Энтальпию продуктов сгорания в камере сгорания в кинетическую энергию струи можно преобразовать различными способами: подводом теплоты и массы по тракту постоянной геометрии, ускорением в сужающихс

Удельные параметры ракетного двигателя
Абсолютная величина тяги РД никак не характеризует степень совершенства РД. Для ЖРД качественным показателем является удельный импульс тяги (удельный импульс) - величина импульса тяги двигателя с е

Расходный комплекс камеры
Задается соотношением . Размерность: в СИ β [м/с], в ТСЕ β[сек]. Характеризует удельный импульс, создаваемый только камерой сгорания (корпусом двигателя) без со

Коэффициент тяги
Задается соотношением . Коэффициент тяги показывает увеличение тяги двигателя вследствие наличия сопла. Иногда КТ называют безразмерной тягой. Теоретическое значение

Геометрическая степень расширения сопла
Эта величина не только определяет размеры сопла, но и характеризует основные параметры работы сопла: (или скорость ). Связь между основными параметрами определяется известными из газовой динамики с

Оценка эффективности ракетного двигателя
Очевидно, что эффективность РД можно оценивать только с позиций ЛА, т.е. критерии качества РД должны вытекать из целей ЛА как объекта высшего уровня иерархии. Из курса ОУЛА известно, что критерием

Топлива ракетных двигателей
Под топливом РД будем понимать вещество или совокупность веществ, способных к химическим реакциям с выделением энергии и к образованию высокотемпературных продуктов для создания тяги. Таких веществ

Жидкие ракетные топлива
По назначению жидкие ракетные топлива (ЖРТ) подразделяют на основные, пусковые и вспомогательные. Основные предназначены для создания тяги маршевых двигателей, т. е. разгона полезной нагрузки, а та

Коэффициент избытка окислителя
Рассмотрим соотношение компонентов в двухкомпонентном топливе. Горючее содержит преимущественно элементы с электроположительной валентностью (С, Н, AI, В и др.), а окислитель - с электроотрицательн

Твердые ракетные топлива
К твердым топливам, являющимися источниками энергии на борту ракеты и рабочего тела двигателей, предъявляют ряд требований, схожих с требованиями к жидким топливам. Ясно, что нужны рецептуры с наиб

Гибридные топлива
Гибридным называют топливо, в котором один компонент перед запуском двигателя находится в твердом виде, а другой - в жидком. Твердый компонент размещен в корпусе двигателя (аналогия с РДТТ), жидкий

Горение жидких топлив
С момента впрыска в камеру до полного преобразования в конечные продукты сгорания компоненты проходят путь сложных превращений. Рабочий процесс в камере должен обеспечить максимальную полноту сгора

Горение твердых топлив
Горение твердых топлив есть последовательность процессов в соответствии со схемой рис. 4.3. После прогрева поверхностного слоя баллиститного топлива устройством запуска ДУ происходит газификация то

Горение гибридных топлив
Горение происходит по поверхности твердого компонента, капли жидкого компонента движутся вместе с продуктами сгорания как жидкогазовая смесь, продукты испарения жидкости диффундируют к поверхности

Термодинамические расчеты состава и параметров рабочего тела
Моделирование рабочих процессов в РД начинает с расчета равновесного состава продуктов сгорания и значений термодинамических параметров ( и др.). Кроме того, необходимо знать переносные св

Термогазодинамика потока рабочего тела
Перейдем к термогазодинамике потоков – определению параметров движущегося рабочего тела. Рассмотрим наиболее простую модель движения газа: одномерное установившееся адиабатическое (изоэнтропическое

Течение газа в соплах
Сопло является трансформатором энергии в ракетном двигателе и его назначение - получение наибольшего значения скорости истечения рабочего тела, существенно превышающего значение скорости звука. Это

Профилирование сопла
В сопле камеры двигателя происходит расширение и разгон продуктов сгорания (рабочего тела), т.е. преобразование тепловой энергии, получаемой в камере сгорания, в кинетическую энергию движения газов

Потери удельного импульса в ракетных двигателях (в камере ЖРД и РДТТ)
Отличие параметров продуктов сгорания (рабочего тела) при действительном рабочем процессе в камере ЖРД, корпусе и СБ РДТТ (горение, расширение) от параметров идеального рабочего процесса учитываетс

Потери удельного импульса в сопле
Коэффициент потерь удельного импульса в сопле РД представляется в виде:   где - составляющие потерь в сопле. Представление аддитивной суммой не совсем корректно ввид

Конвективный теплообмен
Перенос в движущейся среде любой субстанции (массы, импульса, теплоты) происходит как молекулярным хаотическим движением, так и конвективным (макроскопическим) движением молей газа или жидкости. Ко

Двигателя твердого топлива
Газовая фаза продуктов сгорания топлив содержит кислородосодержащие компоненты ( и др.), которые через пограничный слой подходят к нагретой поверхности материалов тракта сопла и окисляют их. Возник

Радиационный теплообмен в ракетных двигателях
В высокотемпературных продуктах сгорания топлив ракетных двигателей происходят процессы переноса энергии в форме излучения - атомно-молекулярного перехода части внутренней энергии вещества в поток

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги