Глава 8

КОНСТРУКЦИЯ УЗЛОВ И МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В УПРАВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВКАХ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

8.1. ТВЕРДЫЕ ТОПЛИВА И ЗАРЯДЫ

8.1.1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТВЕРДЫМ ТОПЛИВАМ

К твердым топливам, используемым в ЭУТТ, предъявляются следуюпще требования:

к энергетическим характеристикам;

к баллистическим характеристикам;

к физико-механическим характеристикам;

к эксплуатационным характеристикам;

технологические - при изготовлении зарядов;

экологические - по минимизации воздействия на окружающую среду в процессе отработки ЭУТТ и в процессе ее утилизации после окончания срока эксплуатации;

экономические требования.

Требованш к энергетическим характеристикам. Наиболее важными из энергетических характеристик являются удельный рплпульс /уд и температура продуктов сгорания Т. Удельный импульс существенно влияет на энергобаллистическую эффективность ЭУТТ, а допустимая температура продуктов сгорания ограничивается стойкосгью конструкционных элементов. При этом необходимо подчеркнуть, что различные типы конструкционных элементов характеризуются различной стойкостью (1200 ... 4000 К). По результатам параметрических исследований (рис. 8.1) видно, что суммарная масса ЭУТТ монотонно уменьшается с ростом температуры продуктов сгорания.

Существуют три основные границы, обусловленные применением конструкционных материалов для схем, содержащих регуляторы, работающие в среде продуктов сгорания длительное время. Нижняя граница соответствует температуре 1300 К, вторая -1600 К и третья-2000 К.

1200

Рнс. 8.1. Зависимость относительной суммарной массы ЭУТТ от температуры продуктов сгорания

При температуре продуктов сгорания до -1300 К возможно изготовление элементов газоразводящей части ЭУТТ из жаропрочных хромоникелевых сталей типа 20Х23Н18, ХН60ВТ.

Температура -1600 К является предельной в случае подачи продуктов сгорания на лопатки газовых турбин энергосиловых установок.

Температура -2000 К является предельной для применения ниобиевых сплавов типа 5ВМЦ-2, ЮВМЦ-ВР в качестве конструкционных материалов горячей схемы газоразведения, а также предельной в случае применения молибденовых сплавов типа Ml-МП для элементов теплового ножа, работающего продолжительное время. Конкурентоспособность ЭУТТ обеспечивается при достижении /уд = 2050 ... 2100 м/с. При наличии в системе газоразведения внутренней теплозащиты и при относительно непродолжительной длительности работы температура продуктов сгорания может бьггь повышена до 2300 К при /уд = 2200 ... 2250 м/с.

Для конструктивных схем управляемых ЭУТТ, в которых нет регулирующих устройств, подверженных действию высокотемпературных продуктов сгорания (ЭУТТ с предстартовым регулированием, ДМВ с гидрогашением, ТН с камерой дожигания и т.п.), целесообразно применять используемые в маршевых РДТТ высокотемпературные (высокоэнергетические) топлива с /уд = 2500 ... 2600 м/с, Гпс > 3600 К, р > 1,8 . 10кг/м1

Требования к баллистическим характеристикам. Основная баллистическая характеристика твердого топлива - скорость горения и, которая зависит от давления: и = щр .

Для ЭУТТ различных схемных решений и различного назначения требуются топлива с малой (до Ч),5 мм/с) скоростью горения; топлива, имеющие как минимальную чувствительность скорости горения от давления (v - 0), так и максимальную (v - 1,5; V = -2,5 ... -3,0); топлива, имеющие высокие пределы (1 ... 2 МПа) устойчивого горения по давлению и минимальную чувствительность скорости горения от температуры.

Требованш к физико-механическим характеристикам. Плотность твердых топлив р должна быть максимальной. Однако для смесевых безметальных топлив р существенно зависит от природы и количества связующего в рецептуре. Для смесевых безметальных топлив ртах составляст -1,65 10 кг/м^, а для окислительных составов (для схем раздельного снаряжения) р^ах 2,0 10 кг/м^

Для обеспечения прочности скрепленных зарядов требуются следующие физико-механические характеристики: е > 60 %; Ов > 0,7 ... 0,8 МПа; £ -1,0 МПа. К вкладным зарядам особые требования не предъявляются.

Требования к эксплуатационным характеристикам. Топлива и входящие в них компоненты не должны быть токсичными; при хранении и эксплуатации заряд не должен вьщелять токсичные вещества или образующие с веществами окружающей среды токсичные или взрыво- и пожароопасные смеси; технологический процесс изготовления и эксплуатации заряда не должен быть взрыво- и пожароопасным.

Топливо не должно детонировать или загораться при падении заряда или энергоустановки при сборочных или погрузочно-разгрузочных работах, а также при вибрационных и ударных нагрузках, возникающих при транспортировке и боевой эксплуатации системы. Заряд не должен детонировать при прострелах его пулями, осколками, а также при воздействии тепловых, альфа-, бетта-, гамма-излучений и др.