Кубота Н. Твердые ракетные топлива и взрывчатые вещества
Подождите немного. Документ загружается.
541
9.1.3 Уравнение состояния для детонации ВВ ............................................. 286
9.2 Плотность и скорость детонации .......................................................... 286
9.2.1 Энергетические взрывчатые материалы .............................................. 286
9.2.2 Промышленные взрывчатые вещества................................................. 287
9.2.2.1 Взрывчатые вещества типа АНФО (ANFO) ........................................ 288
9.2.2.2 Взрывчатые вещества типа"Слари"и эмульсионные ВВ.................... 288
9.2.3 Взрывчатые вещества военного назначения........................................ 289
9.2.3.1 Взрывчатые вещества на основе тринитротолуола (ТНТ) ................. 289
9.2.3.2 Пластичные взрывчатые вещества........................................................ 290
9.3 Критический диаметр............................................................................. 291
9.4 Применение явлений детонации ........................................................... 292
9.4.1 Образование плоской ударной волны .................................................. 292
9.4.2 Эффект Мунро (Munroe) ........................................................................ 293
9.4.3 Эффект Хопкинсона ............................................................................... 295
9.4.4 Подводный взрыв.................................................................................... 297
Ссылки ................................................................................................................... 298
Глава 10 Образование энергетических пиролантов
(пиротехнических смесей) ................................................................... 300
10.1 Дифференциация твердых ракетных топлив, взрывчатых веществ
и пиролантов ........................................................................................... 300
10.1.1 Термодинамическая энергия пиролантов ............................................ 301
10.1.2 Термодинамические свойства ............................................................... 302
10.2 Энергетика пиролантов.......................................................................... 303
10.2.1. Реагирующие компоненты и продукты................................................ 303
10.2.2 Генерация тепла и продуктов ................................................................ 304
10.3 Энергетика элементов ............................................................................ 305
10.3.1 Физико-химические свойства элементов ............................................. 305
10.3.2 Теплоты сгорания элементов................................................................. 307
10.4 Критерий выбора химических веществ................................................ 311
10.4.1 Характеристики пиролантов.................................................................. 311
10.4.2 Физико-химические свойства пиролантов........................................... 312
10.4.3 Рецептуры пиролантов ........................................................................... 314
10.5 Компоненты окислителя ........................................................................ 317
10.5.1 Металлические кристаллические окислители ..................................... 319
10.5.1.1 Нитрат калия ........................................................................................... 319
10.5.1.2 Перхлорат калия...................................................................................... 319
10.5.1.3 Хлорат калия ........................................................................................... 319
10.5.1.4 Нитрат бария ........................................................................................... 319
10.5.1.5 Хлорат бария ........................................................................................... 320
10.5.1.6 Нитрат стронция ..................................................................................... 320
10.5.1.7 Нитрат натрия.......................................................................................... 320
10.5.2 Окислы металлов .................................................................................... 321
10.5.3 Сульфиды металлов................................................................................ 321
10.5.4 Соединения фтора................................................................................... 321
542
10.6 Компоненты горючего ........................................................................... 322
10.6.1 Металлические горючие ........................................................................ 322
10.6.2 Неметаллические твердые горючие...................................................... 324
10.6.2.1 Бор ............................................................................................................ 324
10.6.2.2 Углерод .................................................................................................... 325
10.6.2.3 Кремний ................................................................................................... 326
10.6.2.4 Сера .......................................................................................................... 326
10.6.3 Полимерные горючие............................................................................. 326
10.6.3.1 Нитрополимеры ...................................................................................... 326
10.6.3.2 Полимерные азиды ................................................................................. 327
10.6.3.3 Углеводородные полимеры ................................................................... 327
10.7 Азиды металлов ...................................................................................... 327
Ссылки ................................................................................................................... 328
Глава 11 Распространение горения в пиролантах.......................................... 329
11.1 Физико-химические структуры волн горения ..................................... 329
11.1.1 Термическое разложение и процесс высвобождения тепла............... 329
11.1.2 Гомогенные пироланты.......................................................................... 330
11.1.3 Гетерогенные пироланты....................................................................... 330
11.1.4 Пироланты в качестве воспламенителей.............................................. 331
11.2 Горение металлических частиц............................................................. 333
11.2.1 Процессы окисления и горения............................................................. 333
11.2.1.1 Частицы алюминия................................................................................. 333
11.2.1.2 Частицы магния ...................................................................................... 333
11.2.1.3 Частицы бора........................................................................................... 334
11.2.1.4 Частицы циркония .................................................................................. 334
11.3 Черный порох.......................................................................................... 335
11.3.1 Физико-химические свойства................................................................ 335
11.3.2 Процесс протекания реакции и скорость горения............................... 335
11.4 Пироланты типа Li-SF
6
.......................................................................... 335
11.4.1 Реакционная способность лития ........................................................... 335
11.4.2 Химические характеристики SF
6
.......................................................... 336
11.5 Циркониевые пироланты ....................................................................... 336
11.5.1 Реакционная способность с BaCrO
4
...................................................... 337
11.5.2 Реакционная способность с Fe
2
O
3
......................................................... 337
11.6 Пироланты типа магний-тефлон (Mg-Tf)............................................. 338
11.6.1 Термохимические свойства и энергетика ............................................ 338
11.6.2 Реакционная способность магния и тефлона (ПТФЭ)........................ 339
11.6.3 Характеристики скорости горения ....................................................... 340
11.6.4 Структура волны горения ...................................................................... 343
11.7 Пироланты В-KNO
3
................................................................................ 344
11.7.1 Термохимические свойства и энергетика ............................................ 344
11.7.2 Характеристики скорости сгорания...................................................... 346
11.8 Ti-KNO
3
и Zr- KNO
3
пироланты............................................................ 346
11.8.1 Процесс окисления ................................................................................. 346
543
11.8.2 Характеристики скорости горения........................................................ 347
11.9 Пироланты типа металл-глицидилазидный полимер (ГАП).............. 347
11.9.1 Температура пламени и продукты сгорания........................................ 347
11.9.2 Процесс термического разложения....................................................... 348
11.9.3 Характеристики скорости горения........................................................ 349
11.10 Пироланты Ti-C ...................................................................................... 350
11.10.1 Термохимические свойства титана и углерода ................................... 350
11.10.2 Реакционная способность тефлона с пиролантами Ti-C .................... 350
11.10.3 Характеристики скорости горения........................................................ 350
11.11 Пироланты на основе NaN
3
.................................................................... 351
11.11.1 Термохимические свойства пиролантов на основе NaN
3
................... 351
11.11.2 Составы пиролантов на основе NaN
3
.................................................... 352
11.11.3 Характеристики скорости горения........................................................ 352
11.11.4 Анализ остатка после горения............................................................... 353
11.12 Пироланты на основе ГАП и нитрата аммония................................... 353
11.12.1 Термохимические характеристики ....................................................... 353
11.12.2 Характеристики скорости горения........................................................ 354
11.12.3 Структура волны горения и теплопередача......................................... 354
11.13 Нитраминные пироланты....................................................................... 354
11.13.1 Физико-химические свойства................................................................ 354
11.13.2 Структуры волн горения ........................................................................ 355
11.14 Пироланты на основе бора и перхлората аммония ............................. 356
11.14.1 Термохимические характеристики ....................................................... 356
11.14.2 Характеристики скорости горения........................................................ 357
11.14.3 Анализ скорости горения....................................................................... 359
11.14.4 Место и способ горения бора в волне горения.................................... 361
11.15 Чувствительность к трению пиролантов.............................................. 362
11.15.1 Определение энергии трения................................................................. 362
11.15.2 Влияние органических соединений железа и бора ............................. 362
Ссылки ................................................................................................................... 366
Глава 12 Эмиссия продуктов сгорания ............................................................. 368
12.1 Основы светового излучения (эмиссия)............................................... 368
12.1.1 Природа светового излучения ............................................................... 368
12.1.2 Излучение черного тела ......................................................................... 369
12.1.3 Излучение и абсорбция газами.............................................................. 370
12.2 Световое излучение из пламен.............................................................. 371
12.2.1 Излучение из газообразных пламен...................................................... 371
12.2.2 Непрерывное излучение из горячих частиц......................................... 371
12.2.3 Излучатели окрашенного света............................................................. 371
12.3 Эмиссия дыма.......................................................................................... 373
12.3.1 Физический дым и химический дым .................................................... 373
12.3.2 Излучатели белого дыма ........................................................................ 374
12.3.3 Излучатели черного дыма...................................................................... 374
12.4 Бездымные пироланты ........................................................................... 375
544
12.4.1 Пироланты на основе нитрополимеров................................................ 375
12.4.2 Пироланты на основе нитрата аммония............................................... 376
12.5 Характеристики дыма пиролантов........................................................ 377
12.6 Характеристики дыма и пламени ракетных двигателей..................... 384
12.6.1 Бездымные составы и составы с уменьшенным
дымообразованием ................................................................................. 384
12.6.2 Подавление реактивной струи............................................................... 387
12.6.2.1 Влияние подавления химической реакции .......................................... 389
12.6.2.2 Влияние расширения сопла ................................................................... 392
12.7 Уменьшение количества HCl при сгорании топлив на основе
перхлората аммония ............................................................................... 394
12.7.1 Основные положения уменьшения выброса HCl................................ 394
12.7.2 Уменьшение выделения HCl за счет образования
хлоридов металлов.................................................................................. 395
12.8 Уменьшение инфракрасного излучения от продуктов сгорания...... 398
Ссылки ................................................................................................................... 399
Глава 13 Неустановившееся горение твердых топлив и
пиролантов ............................................................................................. 400
13.1 Переход к воспламенению..................................................................... 400
13.1.1 Конвективное воспламенение и воспламенение за счет
теплопроводности................................................................................... 400
13.1.2 Радиационное воспламенение ............................................................... 403
13.2 Воспламенение для обеспечения горения............................................ 404
13.2.1 Описание процесса воспламенения ...................................................... 404
13.2.2 Процесс воспламенения ......................................................................... 406
13.3 Явления эрозионного горения............................................................... 408
13.3.1 Пороговая скорость ................................................................................ 408
13.3.2 Влияние поперечной скорости .............................................................. 410
13.3.3 Теплопередача через пограничный слой.............................................. 411
13.3.4 Определение параметров Ленуара-Робиларда..................................... 412
13.4 Нестабильность горения ........................................................................ 415
13.4.1 Т
*
─ нестабильность горения ................................................................ 415
13.4.2 L
*
– нестабильность горения ................................................................. 417
13.4.3 Акустическая нестабильность горения ................................................ 421
13.4.3.1 Характер колебательного горения ........................................................ 421
13.4.3.2 Оценка нестабильности горения........................................................... 422
13.4.3.3 Модель подавления нестабильности горения...................................... 431
13.5 Горение при ускорении.......................................................................... 432
13.5.1 Повышение скорости горения............................................................... 432
13.5.2 Влияние частиц алюминия .................................................................... 434
13.6 Горение топлива с теплопроводящими элементами........................... 434
13.6.1 Процесс теплопередачи.......................................................................... 434
13.6.2 Увеличение скорости горения............................................................... 436
Ссылки ................................................................................................................... 440
545
Глава 14 Регулирование тяги ракетного двигателя....................................... 442
14.1 Явления горения в ракетном двигателе................................................ 442
14.1.1 Тяга и время горения .............................................................................. 442
14.1.2 Эффективность горения в ракетном двигателе ................................... 445
14.1.3 Критерий стабильности ракетного двигателя...................................... 448
14.1.4 Температурная чувствительность давления в ракетном двигателе.. 450
14.2 Двигатель с двумя ступенями тяги ....................................................... 452
14.2.1 Принципы создания ракетного двигателя с двумя ступенями тяги . 452
14.2.2 Двигатель с двумя ступенями тяги с одним зарядом.......................... 453
14.2.3 Двухсоставной заряд для двигателя с двумя ступенями тяги............ 455
14.2.3.1 Массовая скорость генерации и массовая скорость разгрузки......... 455
14.2.3.2 Определение параметров проектирования........................................... 457
14.3 Модулятор (преобразователь) тяги....................................................... 460
14.4 Эрозионное горение в ракетном двигателе.......................................... 460
14.4.1 Давление в головной части (head-end).................................................. 460
14.4.2 Определение эффекта эрозионного горения........................................ 462
14.5 Бессопловой ракетный двигатель ......................................................... 465
14.5.1 Принципы бессоплового ракетного двигателя .................................... 465
14.5.2 Характеристики потока в бессопловом двигателе .............................. 466
14.5.2 Анализ совершенства горения............................................................... 468
14.6 Газогибридные ракеты ........................................................................... 469
14.6.1 Принципы построения газогибридной ракеты .................................... 469
14.6.2 Тяга и давление при горении................................................................. 472
14.6.3 Пироланты, используемые в газогенераторах ..................................... 472
Ссылки ................................................................................................................... 476
Глава 15 Ракеты с прямоточным двигателем ................................................. 477
15.1 Основы прямоточных ракетных двигателей........................................ 477
15.1.1 Твердотопливные ракеты, жидкостные ракеты и прямоточные
ракетные двигатели ................................................................................ 477
15.1.2 Структурный и операционный процесс ............................................... 478
15.2 Параметры проектирования прямоточных двигателей ..................... 479
15.2.1 Тяга и торможение.................................................................................. 479
15.2.2 Определение расчетных параметров .................................................... 481
15.2.3 Оптимальная граница режимов полета ................................................ 482
15.2.4 Удельный импульс при полетном числе Маха.................................... 483
15.3 Анализ совершенства прямоточных ракет........................................... 484
15.3.1 Система топливного потока................................................................... 484
15.3.1.2 Недросселируемая система потока горючего...................................... 485
15.3.1.2 Фиксированная система потока горючего ........................................... 485
15.3.1.3 Система с переменным потоком горючего .......................................... 486
15.4 Принцип действия ракеты с прямоточным двигателем с
переменным потоком горючего ............................................................ 486
15.4.1 Оптимизация превращения энергии ..................................................... 486
15.4.2 Скорость управления потоком горючего ............................................. 487
546
15.5 Энергетика газогенерирующих пиролантов ........................................ 489
15.5.1 Требуемые физико-химические свойства ............................................ 489
15.5.2 Характеристики скорости горения газогенерирующих пиролантов. 490
15.5.2.1 Скорость горения и показатель в законе скорости горения............... 490
15.5.2.2 Газогенерирующие пироланты с проволочками ................................. 492
15.5.3 Пироланты для прямоточных ракет с переменным
потоком горючего................................................................................... 493
15.5.4 Пироланты на основе ГАП .................................................................... 493
15.5.5 Частицы металлов в качестве компонентов горючего ....................... 496
15.5.6 Пироланты на основе ГАП-бор............................................................. 497
15.5.7 Смесевые пироланты на основе ПХА .................................................. 498
15.5.8 Влияние частиц металла на стабильность горения............................. 499
15.6 Тесты для оценки горения прямоточных ракет................................... 500
15.6.1 Отделение для проведения испытаний на горение ............................. 500
15.6.2 Горение газогенератора с переменным потоком................................. 501
15.6.3 Эффективность горения с многоканальным воздухозаборником.... 506
Ссылки ................................................................................................................... 509
Приложение В Масса и теплопередача в волне горения ................................ 511
В.1 Уравнения сохранения в стационарном состоянии в одномерном
поле течения ............................................................................................ 512
В.1.1 Уравнение сохранения массы................................................................ 512
В.1.2 Уравнение сохранения количества движения ..................................... 512
В.1.3 Уравнение сохранения энергии............................................................. 512
В.1.4 Уравнения сохранения химических элементов................................... 513
В.2 Обобщенные уравнения стационарного состояния в поле течения.. 514
Приложение С Распространение ударной волны в двухмерном
поле течения................................................................................. 515
C.1 Наклонная ударная волна ...................................................................... 515
С.2 Волна расширения .................................................................................. 519
С.3 Ромбовидная ударная волна .................................................................. 520
Cсылки ................................................................................................................... 521
Приложение D Сверхзвуковой воздухозаборник ............................................. 522
D.1 Характеристики сжатия диффузоров ................................................... 522
D.1.1 Принципы действия диффузора............................................................ 522
D.1.2 Восстановление давления ...................................................................... 524
D.2 Система воздухозаборника.................................................................... 526
D.2.1 Система внешнего сжатия ..................................................................... 526
D.2.2 Система внутреннего сжатия................................................................. 527
D.2.3 Конструкция воздухозаборника............................................................ 527
Ссылки ................................................................................................................... 530
Приложение Е Измерения скорости горения и определение структуры
волны горения................................................................................ 531