Швидкість горіння при атмосферному тиску, мм / с
Низька питома імпульс карамельних палив в порівнянні з іншими ТРТ постійно змушує замислюватися про те, як підвищити цей найважливіший енергетичний показник. Один з найбільш простих і відомих методів полягає в додатковому введення в ТРТ порошків металів, які мають велику теплотворну здатність. У більшості випадків так і надходять, але ось з карамельним паливом подібні високоенергетичні присадки велика рідкість.
Зараз для експериментів був узятий порошкоподібний алюміній в пакетиках по 10г для розведення в лаку, а концентрація його в карамельному паливі буде підвищена з 5% до 10%. Вельми приваблива перспектива створення висококалорійного палива з яскравим полум'ям. Хотілося б на більш простих прикладах горіння цього складу розібратися, чому так різко підвищується теплове руйнування корпусу двигуна навіть при невеликому вмісті алюмінію в натрієвої карамелі.
Малюнок 2 - Приготовлена натрієва карамель з алюмінієм
Технологія приготування та використання цього складу полягає в попередньому змішуванні розплавленого сорбіту з порошком нітрату натрію і алюмінію. Сорбіт, як зазвичай у мене, плавиться і потім нагрівається до температури 200ºС, при цьому він повністю зневоднюється. Вся вода википає дуже швидко, і розплав сорбіту стає прозорим. Нітрат натрію подрібнюється в кавомолці до стану дрібного піску, проходять крізь дрібне металеве сито, залишок відправляється на повторне подрібнення, поки вся маса не пройде через сито. Порошок алюмінію вже подрібнений і його досить просто змішати з порошком нітрату натрію.
При цьому важливо, щоб в суміші з нітратом натрію не було ніяких лужних добавок! Щоб уникнути побічних реакцій, які можуть привести до самозаймання палива.
У моєму випадку саморобна натрієва селітра виходить з невеликим надлишком аміачної до 1%, що створює зворотний ефект - подкисляет нітрат натрію. Інакше можна отримати надлишок соди, яка має лужною реакцією з алюмінієм. Тільки після того, як переконавшись за відсутності лужної реакції окислювача, можна змішувати його з алюмінієвою пудрою, а потім і з розплавом сорбіту. Після введення окислювача і алюмінію в розплав сорбіту, потрібно швидко, акуратно і ретельно перемішати всю суміш до однорідної маси. Це було зробити не дуже просто, так як алюміній сильно загустіть натрієву карамель, і вона злиплися в грудки. Тим не менш, це не було фатальною помилкою, і грудки можна було легко утрамбувати в будь-яку форму, поки не застиг сам сорбіт.
Малюнок 3 - Приготовлена натрієва карамель з алюмінієм (злиплі грудки)
На вигляд алюміній досить рівномірно розподілився по всьому об'єму паливної маси, надавши їй суцільний сірий колір. Подальше вивчення цього складу буде вироблено на горінні двох шашок торцевої і кільцевої, щоб дізнатися його атмосферну швидкість горіння і взагалі побачити, як він горить.
Випробування торцевої шашки на атмосферну швидкість горіння На початок
Малюнок 4 - Торцева шашка зі складом
Зразок торцевої шашки з паливної композицією натрієвої карамелі з алюмінієм (2шт.).
Малюнок 5 - Торцева шашка зі складом (вид з торця)
На вигляд вийшло досить щільно утрамбувати паливо. Надмірних зусиль для цього не було потрібно. Щільність я міряти не став, тому що ще не відомо, чи виправдає цей склад моїх надій на альтернативне паливо простий натрієвої карамелі. Тим паче, що вже зараз очевидно, що діставати алюмінієву пудру в необхідних кількостях буде дуже проблематично.
Малюнок 6 - Шматки шлакового залишку
Після випробування залишилося багато твердого спеченого шлаку. По всій видимості - це алюмінат натрію. Як то недобре виглядає такий величезний шматок твердого залишку після згоряння цього складу. Від паперової трубки нічого не залишилося, все згоріло. Якщо таке буде в двигуні, то буде потрібно дуже масивна теплоізоляція стінок камери згоряння, що різко знизить масове досконалість і весь виграш в питомій імпульсі палива буде втрачено. У результаті питома імпульс двигуна може серйозно знизиться, а додаткові витрати на закупівлю алюмінію стануть зайвою витратою грошей.
Малюнок 7 - Структура шлаку
Новоутворена структура шлакового залишку схожа на безліч запёкшіхся і сплавлених між собою кульок, що утворюють каркасну структуру, яка досить тендітна і легко руйнується на частини. Серцевина чиста світло-жовтого кольору, а краю сірі через вугільної кіптяви. Незвично бачити такий важкий шматок мінералу після згоряння ракетного палива, яке зазвичай повністю перетворюється в газ і дим.
Малюнок 8 - Загальний вигляд всього шлаку
З іншого боку таку суміш можна використовувати для отримання алюмінату натрію, швидко і просто.
Випробування кільцевої шашки на атмосферну швидкість горіння На початок
Алюміній в паливі повністю згорів всюди. Помітною тяги не було.
Малюнок 9 - запалювальної сегмент
Верхня кришка кільцевої шашки з запалювальної шашкою. Являє собою конус, заповнений випробуваним паливним складом, в який заглиблений згорток і проселітренной газетного паперу.
Малюнок 10 - запалювальної сегмент (загальний вигляд)
Зверху йдуть дроти на запалювання до нихромовой спіралі, яка повинна ініціювати запалювання в глибині каналу воспламенителя. Під займання відведена чимала обсяг для воспламенительного складу, так як перші проби на горіння вже дали зрозуміти, що запалити алюмінізірованной натрієву карамель буде не просто.
Малюнок 11 - Кільцева бессопловая шашка
Сама кільцева шашка представляє собою дуже просту конструкцію. Це тонкий паперовий корпус з трьох шарів ватману, заповнений випробуваним складом з простим циліндричним каналом на всю довжину. Внутрішній діаметр корпусу становить 40мм, діаметр каналу 18мм. Довжина приблизно в 6 ÷ 7 разів більше внутрішнього діаметра, точно вже не пам'ятаю. Сопла немає.
Малюнок 12 - Нерівна торцева поверхня
Торцеву поверхню не встиг вирівняти, так як паливо швидко застигло ...
Малюнок 13 - Конструкція стику воспламенительного сегмента з канальної шашкою
Запалювальний сегмент поділявся від основної шашки через гіпсове кільце.
Малюнок 14 - Розпечений шлак
Відразу після загасання горіння кільцевої шашки видно розпечений до білого твердий залишок шлаку, який відтворює вихідну форму шашки. Цілком може бути, що така кількість твердого залишку може серйозно знизити питомий імпульс палива, адже воно нікуди не рухається, а в кращому випадку вилітає за рахунок газу, при цьому ще й підвищує тепловий і механічний знос сопла.
Малюнок 15 - Гарячий шлак
Остигає шматок шлаку.
Малюнок 16 - Фрагмент шлаку
В результаті утворилася шлаковая трубка.
Малюнок 17 - запалювальної сегмент після випробування
Запалювальної сегменту теж сильно дісталося. У нього була товщина паперової стінки 2 мм, а гарячі гази здебільшого пішли в канал на займання кільцевої шашки. Мабуть тому вона вціліла.
Малюнок 18 - Наслідки випробування
Кільцева шашка перетворилася на труху.
- Даний склад горить добре, але дуже погано запалюється.
- При горінні утворює багато твердого шлаку, який залишається на місці.
- Алюмінієва пудра сильно підвищує в'язкість розплаву палива, і воно зовсім ллється.
- Горіння супроводжується яскравим сліпучим жовтим полум'ям з іскрами.
- Через високу температуру утворився шлаку, паперова оболонка повністю знищується, що робить його невигідним для застосування в двигунах з тонкою стінкою.