На данный момент ТРТ с хлоратом натрия подтвердили, что могут устойчиво работать в РДТТ при приемлемо широком диапазоне условий поэтому теперь расскажу об их свойствах и составах.
Началось все с того что, была поставлена задача приспособить в качестве окислителя ТРТ хлорат натрия как очень дешевый продукт при этом обладающий рядом очень ценных свойств, таких как весьма малая гигроскопичность (не при предельной влажности воздуха), плотность, значительно превышающая плотность нитратов – 2,493гр/см3 и значительно большая энергетика составов на нем по сравнению с составами на нитратах щелочных металлов и равная составам на ПХК, при этом хлорат натрия значительно дешевле и проще в получении ПХК. Здесь еще важно учесть, что хотелось получить ТРТ не содержащие металла, которое бы могло гореть быстро. И еще была задача максимально реализовать потенциал этого окислителя то есть сделать состав с кислородным балансом близким к нулевому и максимальной плотностью.
Далее началась разработка топлива. Оно должно было стабильно и быстро гореть в канальном моторе. Канальная схема была выбрана по ряду причин.
1 максимальная простота конструкции мотора
2 отсутствие необходимости в теплоизоляции
3 простейшая конструкция воспламенителя
4 так как площадь горения прогрессивна, то применяемое сопло разгораемое, а следовательно минимальные требования к материалу сопла и температуре горения топлива и эрозионности продуктов сгорания.
5 При чисто канальной схеме горения для многих топлив был замечен эффект изменения закона горения а именно влияние сверхзвукового обдувающего потока, которое сводится к существенному замедлению прироста скорости горения от давления в моторе.
Первыми опробованными ГСВ были эпоксидная смола с добавками различных разбавителей и применением стандартных отвердителей, силиконовые герметики и пересыщенный раствор состава: Сахароза 50-60% глицерин 20-30% ацетат натрия 20-30%. В качестве катализатора горения бралась смесь окисей марганца и железа 2/1 Позднее когда стало ясно не достаточное ее влияние на ускорение горения при 1атм в качестве значительно более эффективных катализаторов (модификаторов горения) были применены роданид одновалентной меди и бензоат натрия (в последствии применялся только он, как значительно более дешевый, доступный и энергетически эффективный, чем роданид).
Результаты были получены следующие.
С силиконом скорость горения при 1атм 0,9-1мм/сек, катализаторы на скорость горения практически не влияют. Горение в моторе мало устойчиво. Повышает скорость горения алюминий, но горение по прежнему не достаточно устойчиво + алюминий мало повышает УИ силикон-хлоратных составов (по данным программы пропеп)
Для составов с эпоксидной смолой скорость горения без катализаторов при 1атм составляет как и для силикона 0,9-1мм сек. С окисями металлов 1,1-1,3мм/сек. С бензоатом натрия до 5мм/сек, с бензоатом натрия и окисями металлов до 11мм/сек. Однако горение данных топлив в моторах не устойчиво (даже с применением разбавителей) ввиду неприемлемых свойств связующего. Двигатели либо горели без тяги либо взрывались остатки топлива при этом либо догорали либо затухали.
Для составов хлорат натрия 65-70% раствор (сахар/глицерин/ацетат) скорость горения при 1атм составила в зависимости от состава от 2 до 5мм/сек. Горение в двигателях во всех случаях устойчиво. Были получены вполне удовлетворительные результаты. Но ряд минусов этой связки в последствии заставили отказать ся от нее. К минусам относится гигроскопичность топлива, чувствительность к удару (она вырастает так как хлорат натрия растворим в связке), необходимость пусть и незначительного но все же нагрева при переработке. и наконец «ползучесть» топлива.
На основании проведенной работы были сделаны следующие выводы.
- Чисто канальная схема горения топливного заряда в значительной степени уменьшает зависимость прироста скорости горения от давления в моторе.
- Наиболее эффективными катализаторами/модификаиторами горения являются ацетат/бензоат натрия (при этом ацетат для углеводно-спиртовых связок а бензоат для углеводородных)
- Наибольшую стабильность грения обеспечивает связка имеющая свойства неньютоновсой жидкости.
На основании этих выводов для дальнейших экспериментов был выбран тип составов:
Хлорат натрия 80-83% бензоат натрия 2-7% связка 12-15%(связка не нова и состоит она из битума пластифицированного минеральным маслом до консистенции от вязкого салидола до мягкой ириски, в этом диапазоне консистенций топливо работает совершенно одинаково, меняется лишь его физическая консистенция и простота переработки – консистенция от сравнительно мягкого пластилина до плотной глины (при 25градусах по цельсию)). Надо отметить, что на жаре топливо не «ползет» а на морозе (проверялось до минус 20 градусов) хрупким не становится. В качестве катализатора в первое время применялась та же смесь оксидов в количестве 1-2% в дальнейшем я от нее отказался так как прирост скорости горения для данных составов был очень не велик и топливо прекрасно работает и без них.
В дальнейшем базовым составом который сейчас активно исследуется стал 80-83% хлората натрия, 5% бензоата натрия 12-15% связующего.
Дальше о технологичности топлива. Если связка выбрана с консистенцией вязкого салидола и в кол-ве 14-15% то топливо спокойно замешивается при комнатной температуре и имеет консистенцию пластилина. Если выбрана более плотная консистенция связки и/или меньшее ее количество то при замесе надо добавлять немного ацетона/бензина. После его удаления топливо заряжается в мотор. Удобно что если остались излишки топлива, то они могут храниться не ограниченное время и в последствии использоваться. Так же двигатель можно разряжать.
О скорости горения – для состава 80/5/15 при 1атм она составляет 1,5мм/сек при чем на скорость горения практически не влияет соотношение битум/масло а так же очень мало влияет дисперстность окислителя и достаточно мало влияет дисперстность бензоата. Скорость горения мало зависит от начальной температуры топлива. Скорость горения топлива в моторе 10-30мм/сек На данный момент опробованные удлинения мотора (ЛД) от 3 до 6 при своде 66%, в этом диапазоне горение устойчиво, будут проводиться дальнейшие исследования. При этом в конструкции двигателя должно присутствовать разгарающееся сопло. У него две основных задачи. Первая стабилизация КН в течении работы мотора, вторая поддержание свода топлива. Так же стоит отметить что при канальной схеме не при каком КН не возникает неустойчивого горения (пульсаций) горение без давление плавно переходит в горение под давлением и наоборот.
О механической чувствительности топлива. Механическая чувствительность данного типа составов минимальна для всех исследованных. Так даже при очень сильных многократных ударах тяжелым молотком на наковальне не удалось вызвать взрывов/воспламенения топлива, при очень сильном растирании остатков топлива в фарфоровой ступке отсутствуют признаки какой либо чувствительности. Аналогичный результат при скользящем ударе. При значительном превышении допустимого КН в двигателе и очень прочном корпусе мотора, происходит его разрыв на крупные куски при этом топливо в большинстве случаев затухает. Иногда же медленно догорает без давления.
В заключении могу сказать, что параллельно с хлоратом натрия испытывался и ПХК, результаты практически аналогичны для всех составов с углеводородными связками. В качестве связующего был выбран битум не как единственно пригодный а как самый дешевый и доступный. А так ассортимент возможных связующих достаточно широк. К примеру испытывалась эпоксидная смола загущенная канифолью, можно попробовать минеральное масло загущенное канифолью и прочие составы. Но суть сводится к одному. Связка должна представлять собой вязко-пластичную систему обладающую повышенной ударной вязкостью (свойствами неньютоновской жидкости) эти свойства связке могут придать либо олигомерные компоненты (битум, эпоксид) либо свойства стабильного пересыщенного р-ра (сахар/глицерин/ацетат или масло/канифоль)
Это сообщение редактировалось 01.09.2011 в 14:17