При создании регулируемых энергоустаноюк с высокими рабочими характеристиками необходимо использовапъ прочно скрепленные заряды из смесового безметального топлива с температурой продуктов сгорания 1500 ... 1700 К при времени работы 100 ... 300 с, что ставит под сомнение возможность применения для изготовления ТН даже ж^юпрочных сталей типа 20Х23Н18 с защитными покрытиями типа двуокиси щфкония. По этой причине остановимся на оценке характеристик тугоплавких материалов с позиции их возможного использования для изготовления конструктивных элементов тепловых ножей.

Удачное сочетание свойств ниобия: удовлетворительная прочность, достаточно высокие значения жаропрочности, пластичности, высокая коррозионная стойкость в различных химических средах, высокая температура плавления, средняя плотность и низкий температурный интервал перехода из пластичного состояния в хрупкое - делает ниобий одним из перспективных тугоплавких материалов. Однако недостатками ниобия являются высокая окисляемость и взаимодействие с водородом, начиная с 500 С. При нагреве его выше 600 ... 800 °С в среде азота образуются нитриды, а при 900 ... 1100 С в контакте с углеродом - карбиды.

Молибден является основой современных наиболее тугоплавких сплавов. Молибден склонен к окислению на воздухе. При темпфату-ре свьппе 600 °С скорость окисления высока, при этом образуется трехокись молибдена, плавящаяся при 795 °С. В результате нагрева молибдена выше 1100 ... 1200 °С в контакте с углеродом или в среде углеводородов и окиси углерода образуются карбиды молибдена, плавящиеся при 2410 и 2700 С.

Среди тугоплавких металлов вольфрам имеет самые высокие значения температуры плавления, модуля упругости и коэффициента теплопроводности. При нагревании вольфрама с бором, углеродом или кремнием свыше 1000 ... 1200 °С образуются бориды, карбиды и силициды вольфрама. Из соединений вольфрама с углеродом известны два: W2C и WC, плавящиеся при 2730 и 2720 С соответственно.

Сравнительные данные по перечисленным металлам приведены в табл. 2.3.

2 J. Физические и механические свойства тугоплавких

металлов

Сравнение показывает, что вольфрам из-за высокой плотности неконкурентоспособен ниобию и молибдену с точки зрения изготовления из них деталей теплового ножа. Ниобий при высокой температуре начинает взаимодействовать с продуктами сгорания топлива. По этой причине детали ТН из ниобия могут быть применены только при нанесении на них защитных покрыгий. Так, ниобиевые сплавы с защитным покрытием из алюминида ниобия NbAb в свое время были применены в качестве материала сопла двигателя в ракете Сатурн-5 для программы Аполлон , где рабочая температура может достигать 1400 °С. Показано, что успешно работает защитное покрытие из дисилицида молибдена, легированного гафнием, для деталей из ниобиевого сплава 5ВМЦ-2, работающих в среде продуктов сгорания твердого топлива с температурой 1700 К.

Молибден, взаимодействуя с продуктами сгорания, образует тугоплавкие соединения. По этой причине его сплавы могут быть использованы для изготовления элементов теплового ножа без нанесения защитных покрытий. Наилучшим комплексом свойств для изготовления деталей ТН из известных молибденовых сплавов

(ЦМ-10, ЦМ-6, ЦМ-2А, ММП, М1-МП) обладает сплав МЬМП. По сравнению с другими молибденовыми сплавами сплав Ml-МП обладает значительно меньшей хрупкостью.

С целью уменьшения массы конструкции теплового ножа представляет интерес изготавливать его элементы из углерод-углеродных композиционных материалов, которые обладают достаточной прочностью при повышенных температурах.

Уже первые эксперименты с тепловым ножом показали, что переход на режим форсирования осуществляется с сильным забросом давления в камере сгорания. Кроме того, при переходе с меньшего режима тяги на больший нарастание давления на начальном участке происходит медленно, что приводит к невыполнению требования по длительности переходного процесса. Улучшение динамических и энергетических характеристик ЭУТТ с ТН возможно при использовании системы автоматического управления (САУ).

На рис. 2.95 показана типичная для автоматического управления по ошибке функциональная блок-схема САУ с обратной связью.

Рассмотрим схемы регулирования РДТТ (твердотопливного газогенератора) с тепловым ножом. На рис. 2.96 представлена схема для регулируемого двигателя с гидроприводом узла форсирования с постоянным критическим сечением сопла и двумя дискретно включаемыми дросселями слива, имеющими постоянное сечение; третий дроссель постоянно открыт или открывается с некоторой наперед заданной частотой для обеспечения постоянного перемещения ТН со скоростью, не превышающей стационарную скорость горения топлива.

задающий сигнал

управляющий сигнал

управляемые параметры

Рис. 2.95. Блок-схема СУ с обратной связью:

ОУ - объект управления (РДТТ с ТН); ИзУ - измерительное устройство; ИУ - исполнительное устройство; ВУ - вычислительное устройство