3.6.3. Гашение заряда твердого топлива

Если время неустановившегося истечения при вскрытии отверстий того же порядка, что и время релаксации теплового слоя а/и², то воз­можно прерывание горения (а — температуропроводность топлива). Для смесевого твердого топлива на основе перхлората аммония и сопо­лимера бутадиена горение прекращается при (р=2,5...8,5 МПа) :

dp/dt< (dp/dt)=150-180p.

На значение (dp/dt)_Kp влияет дисперсность компонентов, состав топлива (табл. 3.8, здесь связующее на основе полибутадиена).

Для полиуретанового топлива уменьшение дисперсности перхлората аммония облегчает гашение заряда, а для полибутадиеновых топлив — затрудняет. Увеличение стационарного значения скорости горения твердого топлива, уровня давления в двигателе, а также уменьшение показа теля v приводит к росту абсолютного значения (dp/dt)_Kp [35].

Опыты показывают также, что заряды, выгорающие со стороны coпла, погасить легче (скорость спада давления меньше примерно на 50 % чем у зарядов с внутренним горением).

Приближенное условие гашения твердого топлива имеет вид

или

.

После гашения заряда происходит истечение оставшихся газов и ракетной камеры, при этом падает давление, а изменения температуры могут быть различны.

1. Истечение изотермическое (Т=const), тогда

,

при этом

.

2. В случае адиабатического истечения

,

при этом

.

3. Зависимость p(t) при истечении из баллона в случае теплообмена (в силу свободной конвекции) имеет вид

,

где .

При СR решение сводится к изотермическому, а при СR — к адиа­батическому.

В этих формулах время отсчитывается от момента начала опорожне­ния РДТТ при давлении р_к и температуре Т_о; f₀=RT₀ соответствует начальной температуре. По зависимости p(t) и уравнению состояния Т(р) могут быть вычислены изменения температуры, плотности и расхо­да в процессе опорожнения камеры.

Гашения заряда твердого топлива вскрытием в стенках корпуса больших дополнительных площадей используется в экспериментальной схеме обнуления тяги РДТТ перемещением сопла по коническим бол­там, выступающим за сопловой фланец и имеющим более широкую часть на заднем конце (см. рис. 1.16). После команды на обнуление тяги сопло сначала перемещается, конические болты протягиваются через отверстия во фланце, затем сопло останавливается. При этом сила протяжки болтов уменьшает ударную нагрузку, возникающую из-за отделения соплового блока, pF_0TC. Часть газов тормозится на экране, образующем вместе с отверстием как бы тарельчатое сопло.

На РДТТ в процессе его опорожнения при перемещении сопловой части действует тяга (р_н=0)

,

где ,иr_м — радиус отверстия, экрана и миделева сечения двигателя соответственно; р_э и _э — средние давление и угол между направления­ми скоростей ина конической поверхности, соединяющей кромкиотверстия и экрана.

Топливо и размеры образующегося отверстия подобраны так, что в процессе неустановившегося истечения заряд гаснет.

При впрыске охладителя а) охлаждается газовая фаза; б) охлади­тель непосредственно воздействует на горящую поверхность; в) падает давление (вследствие охлаждения и истечения парогазовой смеси). После гашения должно быть предотвращено самовоспламенение.

Эмпирическая зависимость, определяющая массу воды m_в в кг для полного гашения, имеет вид

т_в=2т + 3,52S,

где т - масса газа в РДТТ, кг; S - площадь поверхности горения к мо­менту ее гашения, м².

Требуемый размер капель d определяется тем, чтобы время испаре­ния (измеряется в мс;d - в мм) было много меньше времени релаксации свободного объема.

В качестве охладителя рассматривались также твердые вещества, выбрасываемые взрывом из пирофорсунки внутрь РДТТ так, чтобы частицы вещества встречали поверхность горения заряда под углом 45…90.