Fast raketbränsle (SRT) är ett fast ämne eller en blandning av enskilda ämnen som kan brinna utan luft och släpper ut en stor mängd av en gasformig arbetsvätska som värms upp till en hög temperatur. Används i raketmotorer med fasta drivmedel för att generera jetkraft.
I homogena bränslen spelar samma molekyler samtidigt rollen som bränsle och oxidationsmedel , sådana bränslen inkluderar nästan alltid nitrocellulosa [1] .
Eftersom en ökning av tjockleken på den brinnande kupolen över 10 mm för monobasiska bränslen är svår på grund av varaktigheten av avlägsnandet av ett flyktigt lösningsmedel från tjocka pulverpatroner [2] , från homogena bränslen, är dubbla basbränslen de vanligaste - fasta kolloidala lösningar (vanligtvis nitrocellulosa ) i ett icke-flyktigt lösningsmedel-mjukgörare (vanligtvis i nitroglycerin , men andra sprängämnen används, t.ex. EGDN , di- och trinitrotoluen ). Ett klassiskt exempel på denna typ av drivmedel är ballistiskt drivmedel . Cellulosanitrat har en negativ syrebalans, nitroglycerin har en lätt positiv syrebalans. Tillverkningen av TRT-block av denna typ innebär kontinuerlig pressning på en skruvpress vid en temperatur av 60-80 °C.
Fördelarna med sådana bränslen inkluderar goda mekaniska egenskaper ( draghållfastheten hos moderna ballistiska bränslen är 10–20 MPa ,[ förtydliga ] och andra strukturella egenskaper, hög lagringsstabilitet , industrimognad och låg kostnad, samt låg halt av fasta och kondenserade partiklar i förbränningsprodukter (det vill säga ”röklöshet”) och miljöfarliga ämnen (på grund av frånvaron i klor). Nackdelarna är de begränsade möjligheterna att öka den specifika impulsen och omöjligheten att få tag i stora pjäser (med en diameter på mer än 1 meter) [4] .
Historiskt sett var det första blandade drivmedlet svartkrut, men nu används det som fast drivmedel endast i pyrotekniska produkter för olika ändamål och modellraketer. Den är lätt att få tag på, men har en låg specifik impuls, ojämn förbränning, är hygroskopisk och det är svårt att få tag i stora pjäser. Vid förvaring av stora pjäser i mer än 1-3 år uppstår sprickbildning i pjäsen på grund av tillväxten av salpeterkristaller och förändringar i pjäsens fuktighet. De resulterande sprickorna minskar lagringsstabiliteten och kan leda till att pelleten förstörs under förbränning. För att förbättra lagringsstabiliteten för svartkrutspellets föreslogs i slutet av 1800-talet i Sverige att en del av träkolet skulle ersättas med asfalt-bitumenfraktionen av olja. Detta ökade hållbarheten för pjäser med en diameter på 200-800 mm med nästan 3 gånger (upp till 7 år för pjäser med en diameter på 200 mm). Med utvecklingen av rökfria pulver av industrin tillverkas inte TRT-pjäser med en diameter på mer än 40-50 mm av rökfria pulver.
Blandade fasta bränslen (CTT) är en blandning av fast bränsle och oxidationsmedel. Det finns ett stort antal olika blandningar som lämpar sig för raketforskning. Som regel skapas de alla runt en liten mängd effektiva fasta oxidationsmedel, som kombineras med en mängd olika brännbara ämnen. De mest kända oxidationsmedlen:
Följande används som bränsle:
I moderna högeffektmotorer med fast drivmedel används oftast en blandning av ammoniumperklorat med aluminium och gummi. Ibland används polyuretan istället för gummi, vilket gör det möjligt att öka hållbarheten för TPT-pjäser och öka dess styvhet, men på bekostnad av tillverkningsbarheten. Aluminium är den huvudsakliga källan till termisk energi på grund av oxidationsreaktionens höga värmevärde. Men på grund av den höga kokpunkten är aluminiumoxid i raketjeten för fast drivmedel ett fast ämne och utför inte termodynamiskt arbete när det expanderar i munstycket. Därför är huvudkällan för gasformiga produkter ett polymert bindemedel. Inblandningen av fasta förbränningsprodukter i TRT ökar den inre friktionen i gasstrålen, vilket minskar effektiviteten hos raketmotorn med fast drivmedel. Den specifika impulsen för sådant bränsle är cirka 250-280 sekunder.
I ett antal militära produkter med höga prestandaegenskaper används i stället för ammoniumperklorat ibland ammoniumdinitramid, vilket ger en högre specifik impuls. Den är dock mycket dyrare, kräver noggrann hantering vid tillverkningsstadiet av TPT-patronen och ökar patronens känslighet för ryggmärg och detonation.
TRT-energin för ett antal militära missiler (SAM, ICBM, luftstridsmissiler, etc.) ökas genom att lägga till HMX till TRT, vilket försämrar de operativa egenskaperna något, men tillåter ökning av TRT:s specifika impuls [5] .
Under de senaste decennierna, för att förbättra energiegenskaperna hos fasta raketbränslen, samt minska de skadliga effekterna på miljön, har en intensiv sökning genomförts efter klorfria oxidationsmedel för TRT för att ersätta ammoniumperklorat, men alla de föreslagna Ämnen är fortfarande för dyra, ineffektiva eller farliga.
Det första steget i STT-produktionen inkluderar framställning av en oxidant (malning och torkning) och framställning av ett bränslebindemedel (blandning av oligomerer, mjukgörare och den organiska delen av redoxinitieringssystemet (OVIS)). Sedan blandas oxidationsmedlet med mineralkomponenterna i OVIS, och bränslebindemedlet blandas med resten av de fasta komponenterna (sprängämnen, metallpulver, förbränningskatalysatorer, kemisk stabilitetsstabilisator, etc.). Blandningen av ett trögflytande bränslebindemedel och ett oxidationsmedel utförs i roterande eller roterande blandare vid låg rotationshastighet. Den färdiga massan fylls i kroppen på den fasta drivmedelsraketmotorn eller en form (tidigare belagd med ett anti-adhesiv). Pjäsen hålls under en tid vid en förhöjd temperatur (45-70 * C) i en värmekammare. Ju större laddning och ju högre energi bränslet har, desto lägre uppvärmningstemperatur och desto längre exponering. Efter tvärbindning av det polymera bränslebindemedlet med ett tredimensionellt tvärbindningsnät, kyls blocket och avlägsnas från formen (om det gjuts i en form) eller skickas för slutmontering av raketmotorn för fast drivmedel (om den gjuts in i motorhuset). CTT:er är dyrare och svårare att producera TRT, men de ger hög energiprestanda och tillåter produktion av pjäser av nästan alla storlekar (upp till flera hundra ton eller mer) [4] .
Modifierade dubbelbasdrivmedelBetydande mängder dibasiska bränslen kan tillsättas som komponenter till blandade bränslen. Sådana sammansättningar kallas modifierade dubbla basbränslen.
KaramellbränsleHemlagat blandat bränsle baserat på kaliumnitrat och organiska bindemedel tillgängliga i vardagen ( sorbitol , socker , etc.) har blivit utbredd i hantverksmässig raketmodellering . Ganska enkel att tillverka och hantera, den har låg specifik impuls, kännetecknas av instabila egenskaper och är farlig i produktionen. Liknande hantverksformationer använder ibland oregelbundna beväpnade formationer för kortdistans ostyrda raketer (till exempel NUR " Kassam ").
År 2009, i USA, utfördes markbrandtester av en motor med fast drivmedel baserad på vattenis och fint dispergerat (cirka 80 nanometer) aluminiumpulver [6] [7] . Idag anser NASA denna blandning som ett mycket lovande (särskilt på grund av dess billighet) alternativ till fasta bränslen.
Raketmotorer är kända, där bränslet är ett fast bränsle, och oxidationsmedlet är ett flytande ämne som tillförs förbränningskammaren av pumpar genom rörledningar. Fördelarna med sådant bränsle är förmågan att kontrollera motorns dragkraft, uppnåendet av högre förbränningstemperaturer genom att kyla kammaren med en flytande oxidator. Sådana raketmotorer är mellanliggande mellan LRE och fastdrivna raketmotorer [8] .
Förbränningsprocessen omfattar tre steg:
Alla dessa processer fortgår samtidigt och är praktiskt taget inte uppdelade i rumsliga zoner nära ytan av den brinnande checkern. Det höga innehållet av fasta partiklar i förbränningsprodukterna från TPT minskar effekten av tryck på pelletsens förbränningshastighet. För att minska effekten av slumpmässiga tryckfall och initial temperatur på patronens förbränningshastighet och fluktuationer i dragkraft, används TRT-förbränningskatalysatorer. Oftast fungerar mineraliska eller organiska föreningar av övergångsmetaller som förbränningskatalysatorer. Till exempel: järnoxid, kromoxid, blydikromat, blyoxid, blykarbonat, ferrocen , kobolt och krom-tris-acetylacetonater, etc. Dessa tillsatser tillsätts till kompositionerna av ballistisk TRT och STT, oftast i mängden 1- 5 %.
I vilket fall som helst leder en ökning av trycket i pelletsens förbränningsområde till en viss ökning av förbränningshastigheten. Under vissa förhållanden kan detta leda till att kroppen av raketmotorn för fast drivmedel förstörs. Höga temperaturer kan också göra att vissa ballistiska drivmedel mjuknar och ändrar form i det fasta drivmedelshöljet. När en sådan raketmotor med fast drivmedel startas förstörs patronen och den kritiska delen av munstycket är igensatt .
Faktorer som påverkar värdet på förbränningshastigheten:
Ordböcker och uppslagsverk |
---|