Перхлорати: властивості, виробництво і застосування
инии Проекції то чек кривої на вісь pji дають величини а, значення константи b визначаються на клоном кривої Є істотні докази того, що графік краще висловлює розглянуту залежність, ніж емпіричне експоненціальне рівнянні (а), навіть якщо при цьому навмисно нехтують деякими факто рами, наприклад теплопередачей шляхом випромінювання
Відпрацьовані гази • при максимальній температурі відміни
Зона, збагачена пальним
Р (Ь рость горіння впливають розміри частинок окислювача щіобие добавки, що прискорюють піроліз компонентів палива, т е його складу Обидва ці фак тора враховуються при створенні та удосконаленні у виробництві гпеціаць них ракетних палив Загалом, чим менше частки окислювача тим швидше відбувається горіння Тому іноді можна приготувати ряд складів з різними швидкостями горіння простим зміною розмірів часток окіслітеля79 Це дозволяє також компенсувати вплив невеликих випадкових змін якості послідовних п ртій компонентів без порушення хімічного складу і таким чином вплинути на інші властивості наприклад питомий імпульс, зміни яких можуть бути ще менш допустимі ніж коливання швидкості горіння
На більш ранніх стадіях розробки ракетного двигуна, що володіє високими тактико технічними характеристиками, однією з найбільш серйозно них проблем був захист корпусу від впливу високої температури пла мени палива Корпус повинен виготовлятися або досить товстостінним,
164 Гл VIII Перхлорати як компоненти ВВ і ракетного палива
чтоби7он міг діяти як поглинач тепла, або бути ізольованим для збереження міцності і запобігання руйнуванню. Однак корпус необхідної товщини, очевидно, може служити поглиначем тепла лише при дуже нетривалої роботи двигуна; при цьому вага і обсяг корпусу не повинні змінюватися в разі формування палива у вигляді трубчастої шашки, яка горить тільки зсередини; тоді корпус виявляється захищеним за допомогою самого палива протягом всього періоду горіння. Для того щоб двигун з зарядом, прикріпленим до стінок корпусу, міг протистояти з трансформаційних змін температури пої перевезенні, зберіганні і вживанні, коефіцієнти термічного розширення корпусу г палива повинні бути майже однакові або топчіво має під дією температури вище 93 ° С зберігати міцність при стисненні.
Застосування в якості пального пластифікованих каучуків практично забезпечив вирішення зазначеної проблеми. В даний час тривають роботи з удосконалення цього типу пального, особливо важливого для спорядження двигунів важких ракет і космічних кораблів.
ji На основі перхлоратів виробляють головним чином тверді ракетні палива, які використовуються для спорядження ракет і керованих снарядів, бурових установок в нафтовій промисловості і для інших цілей. Однак можливе застосування перхлоратів не тільки як компонентів твердого палива. Так, Хан-нум87 запатентував вживання в камерах згоряння газових турбін рідкого ракетного палива, що складається з суспензії тонко подрібненого перхлорату амонію в нітрометані (53,5% NH4C104 і 46,5% CH3N02). Зальцман88 поставив питання про нагнітанні газоподібних продуктів згоряння твердого перхлоратних палива в ракети з рідинним двигуном. Він навів дані, що характеризують теоретичну температуру полум'я і склад цих продуктів.
В даний час у виробництві ракетних палив витрачається більше перхлоратов, ніж у всіх інших галузях промисловості, при цьому споживання перхлоратов з кожним роком зростає. У більшості випадків застосовується амонійна сіль, яка за своїми властивостями наближається до ідеального твердому окислювача. Основними конкурентами перхлоратов є нітрати, які використовуються головним чином у вигляді складних ефірів (нитроцеллюлоза і нітрогліцерин), і в дещо менших кількостях-у вигляді нітрату амонію.
Перхлорати зазвичай вживають в сумішевих твердому паливі в якості єдиного або головного окислювача, розподіленого в основній масі пального. Однак можливе використання їх замість нітратів в гомогенному твердому паливі або бездимних (колоїдальних) порохах у вигляді додаткового окислювача, що не відокремленого від пального. Для сумішевого палива з перхлоратами калію і амонію в якості окислювачів питомі імпульси79'80 на рівні моря відповідно рівні 165-210 і 175-240 сек, в той час як для чорного пороху при інших рав-
Застосування перхлоратов в ракетному паливі
них умовах /уд.=50-140 сек. Так як питома імпульс залежить від таких факторів, як температура полум'я, молекулярні ваги і питомі теплоємності компонентів, то енергетичні можливості хімічного ракетного палива обмежені. Максимальний питомий імпульс, який може бути досягнутий при прямій хімічної реакціі89, мабуть, становить не більше 300 сек. Значення імпульсу, рівні -
250 сек, ймовірно, отримують досить рідко, проте за даними Уорренса76 при застосуванні перхлората літія82, можливо, будуть досягнуті величини, що перевищують 250 сек.
Сумішеві склади на основі перхлорату калію зазвичай мають відносно високу швидкість горіння і високу температуру полум'я, але утворюють густий дим; склади на основі перхлорату амонію характеризуються меншими швидкістю горіння і температурою полум'я, але вельми мало димлять. У порівнянні з складами, що містять в якості окислювача NH4N03, амоній-перхло-ратні склади помітно димлять в більш широкому інтервалі температур і вологості і корозійне дію продуктів згоряння NH4C104 виражено значно сильніше. Зате по теплоті згоряння і щільності перхлорат амонію перевершує NH, N03. Характеристики перхлората і нітрату амонію як окислювачів твердого ракетного палива наведені в табл. 30.
Характеристики NH4C104 і NH4N03 як окислювачів твердого ракетного
Окислювачі Характеристика NH4C104 NH4N03
Середній молекулярна вага продуктів згоряння * Питома тяга (досяжна) при роботі на вуглеводневому паливі **, кг-с / кг. 117,5 24,5 1,95 34 450 (разл.) -69,42 250 80,05 21,8 1,725 20 169 -87,9 210
* При повному згорянні з утворенням газоподібних НДО, СО, N2 і НС1. ** Обчислений максимум з (СгНг) ^ як пальне, згорає при надмірному тиску 70 am і розширюється до i am.
166 Г л VIII Перхлоріти як компоненти ВВ і ракетного палива
Склад ракетного палива. У звичайному сумішевих твердому паливі на основі перхлорату амонію міститься -75% NHrQOj, 20% пального (наприклад, смолоподобной сполучного) і -5% добавок, призначених для забезпечення необхідного зміни фізичних властивостей, стабільності під час зберігання пли характеристик горіння.
У перших успішно застосованих складах ракетного палива, заряд якого безпосередньо скріплений зі стінками корпусу, окислювачами служили перхлорати амонію і калію, а пальним - тіокаучук; ці склади все ще є одними з найбільш поширених. Крім тіокаучука, як пальне в суміші з перхлоратом амонію вживаються вуглеводневі каучуки, поліефіри, поліуретани, епоксидні смоли та поливи-нілхлорідние пасти (пластизоли). Для всіх цих сполук, за винятком паст, рідкий мономер або форполімер піддають отверждению за допомогою реакцій конденсації або полімеризації; при цьому утворюється еластомерна матриця (горюча зв'язка), навколишнє частки окислювача. У разі пластизолю пальне отверждается при набуханні або желатинизации тонко подрібненої смоли з пластифікатором при підвищеній температурі.
У разі застосування перхлората амонію в поєднанні з типовим пальним частина перхлората можна замінити на тринітротолуол або інших нітросполук, наприклад тетранітропентаері-Тріт або трінітроціклогексіламін92, для збільшення швидкості горіння. Заерінгер93 наводить деякі розрахункові дані про питому імпульсі перхлоратних палива, в якому пальним служить стирол, поліуретан або полібутадіенакріловая кислота в суміші з порошкоподібною алюмінієм. Як пальне запропоновані також разли