Классификация ТРТ

По химическому составу и структуре твердые ракетные топлива подразделяют на коллоидные (двухосновые), смесевые и модифицированные двухосновные.

Коллоидные топлива представляют собой твердые растворы органических веществ, молекулы которых содержат горючие и окислительные химические элементы. Иногда эти топ­лива называют также баллиститными, двухосновными или гомогенными. Одной из основ этих топлив является нитроцеллюлоза с различным содержанием азота, получаемая при различных условиях нитрации целлюлозы. Степень нитрации определяет соотношение горючих и окислитель­ных элементов и коэффициент избытка окислителя (кислорода) в нитроцеллюлозе. На практике применяют нитроцеллюлозу с содержанием азота не менее 11 %, так как при меньшем его со­держании энергетические характеристики ТРТ оказываются не­удовлетворительными.

Вторая основа гомогенных топлив — вещества типа нитрогли­церина C₃H₅(ONO₂)₃, называемые растворителями. Они образуют с нитроцеллюлозой коллоидные системы. Энергетические характеристики ТРТ улучшаются с увеличением содержания в них нитроглицерина.

Наиболее часто в качестве коллоидного ТРТ используется твердый раствор, в котором содержится 50-75% нитроцеллюлозы и 25 - 43% нитроглицерина.

С целью повышения химической стойкости в период хранения в топливо вводят стабилизаторы. В качестве стабилизаторов в современных двухосновных ТРТ применяют этилцентралит и дифениламин. Срок хранения зарядов ТРТ, в состав которых входят стабилизаторы, достигает 15... 20 лет.

Для улучшения физико-механических характеристик топлива, а также для повышения термопластичности нитроцеллюлозы при прессовании заряда в состав топлива вводят специальные добав­ки — пластификаторы: воск, вазелин, минеральные масла и дру­гие вещества. Пластификаторы увеличивают эластичность заря­дов и уменьшают чувствительность их к детонации.

Большую роль в современных двухосновных ТРТ выполняют катализаторы, Они увеличивают скорость и ус­тойчивость процесса горения при минимальном давлении, а также повышают полноту сгорания. В качестве катализаторов применяют соединения свинца, меди, титана, их окислы.

Для уменьшения гигроскопичности нитроцеллюлозы в состав некоторых ТРТ добавляют диэтил и дибутилфталаты — жидкости, способствующие же- латинизации.

Сажу и графитовый порошок вводят в качестве технологической добавки; эти же вещества обе­спечивают поглощение энергии излучения пламени в поверхност­ном слое топлива, предотвращая прогрев массы заряда.

Двухосновные топлива обладают такими преимуществами, как бездымность продуктов сгорания; хорошими механическими свойствами и малым нижним пределом давления (минимальное значение давления в камере, при котором начинается разложение ТРТ). Однако эти топлива имеют и не­достатки, в частности, более низкий удельный импульс, по сравнению с другими типами ТРТ; ограни­ченный диапазон скоростей горения; пожаро- и взрывоопасность при изготовлении топливного заряда (продавливание через фильеры определенного диаметра с помощью экструдера); недостаточная эластичность, исключающая возможность скрепления заряда со стенками корпуса.

Из-за этих недостатков заряды коллоидных топлив применяют в основном в РДТТ небольших тяг.

Смесевые топлива представляют собой механические смеси окислителя, горючего и специальных добавок. Для боль­шинства современных смесевых топлив характерно использование трех основных компонентов: кристаллического окислителя, поли­мерного горючего связующего и металлической добавки.

Окислитель — основной энергонесущий компонент ТРТ, определяющий удельный импульс и скорость горения. К окис­лителям предъявляют ряд требований:

- они должны быть совмести­мыми по химическим и физическим свойствам со связующим;

- содержать, возможно, большее количество кислорода;

-по возмож­ности не образовывать при сгорании твердых частиц и коррози­онно-активных газов;

- быть приемлемыми по экономиче­ским показателям.

Кроме химической природы окислителя большое значение для характеристик ТРТ имеет дисперсность его частиц. Исследования показали, что, уменьшая размер частиц окислителя, можно су­щественно повысить скорость горения смесевых топлив. Однако уменьшение размера частиц окислителя может привести к по­вышению вязкости топлива, что отрицательно влияет на техноло­гию его изготовления. Поэтому на практике используется поли­дисперсный окислитель, содержащий крупно- и мелкодисперсную фракцию, причем соотношение этих фракций должно быть оптимальным с точки зрения обеспечения высокой скорости горения и сохранения требуемой вязкости топлива.

Большинство современных смесевых ТРТ (в США более 80 %) разработано на основе окислителя перхлората аммония NH₄ClO₄ (ПА). Температура разложения его невысока, а газообразные продукты, разложения имеют малую молекулярную массу. Для топлив наоснове ПА и обычных полимерных связующих характерна слабая зависимость скорости горения от давления и начальной темпера­туры и сравнительно высокие энергетические характеристики. Скорость горения серийных топлив на основе ПА находится обычно в пределах от 4 до 20 мм/с.

В качестве связующего может быть использовано мно­жество веществ органического происхождения. Используют тяже­лые нефтепродукты (асфальты, битумы). Применяются современные полимеры, такие как полиэфирные, фенольные эпоксидные смолы, пластмассы, каучуки и др.

Относительное содержание окислителя и горючего в смесевых топливах можно менять в довольно широких пределах. Однако максимальные значения удельного импульса и температуры горе­ния получаются при содержании горючего связующего до 15 % . Содержание же твердого окислителя и других добавок обычно не превышает 85 %, так как при большем количестве ухуд­шаются физико-механические свойства топлива в процессе изго­товления и эксплуатации.

Практически все современные смесевые топлива содер­жат металлы в виде мелкодисперсных порошков. Введение металла позволяет значительно поднять удельный импульс, увеличить плотность, повысить стабильность и скорость горения ТРТ.

Для улучшения физико-механических свойств, внутрибаллистических харак-теристик и эксплуатационных качеств в смесевые топлива вводят различные добавки. Пластификаторы и стабилизаторы вводятся в смесевые топлива с теми же целями, что и в двухосновные.

К числу преимуществ смесевых ТРТ перед коллоидными топливами относятся:

1. больший удельный импульс;

2. весьма малый нижний предел давления;

3. более широкий допустимый интервал начальных температур заряда;

4. большая плотность топлива;

5. большая термическая стабильность и более продолжительный допустимый срок хранения;

6. простота изготовления топливного заряда и РДТТ в целом.

Модифицированное двухосновное топливо состоит из нитроцеллюлозы и пехлората аммония с добавкой алюминия. В таком топливе относительно мало связующего, а окислителем является – перхлорат аммония и атомы кислорода, выделяющиеся из нитросоединения. Большое содержание кислорода позволяет получить высокий удельный импульс при температуре горения полиуретанового топлива. Они обладают повышенным удельным импульсом, однако диапазон скоростей горения при этом изме­няется незначительно, по сравнению с исходными двухосновными топливами. Стоимость такого топлива существенно выше, чем обычного смесевого.