Животов Н.П. Абашев В.М. Третьяков П.К. Еремкин И.В.
Теоретические и практические аспекты применения пастообразных топлив в ракетных двигателях
Докладчик: Животов Н.П.
Классические твердые топлива практически исчерпали возможности повышения своих характеристик, как энергетических, так и конструктивных. Альтернативой могут стать так называемые пастообразные топлива. Эти топлива представляли собой высоконаполненные (до 80%) суспензии пастообразного вида на основе «активного» самогорящего жидкого связующего, наполненного минеральным окислителем и высокоэнергетическими добавками, например – алюминием, бором и т.п. Они способны сохранять вязко-текучее состояние при температурах от +70 до –60 градусов. Вязкость этих составов при комнатной температуре составляла несколько тысяч Па*с. Высокие скорости горения (до нескольких сотен мм/с) позволяет использовать пастообразное топливо для торцевых зарядов послойного горения. В совокупности с высокой плотностью все эти свойства пастообразного топлива позволяют получать существенные преимущества для ракетных двигателей определенных классов по сравнению с традиционными РДТТ. К таким областям можно отнести двигатели с малыми временами работы (менее 1 секунды), многорежимные и многоимпульсные двигатели, двигатели мягкой посадки возвращаемых объектов и вспомогательные двигатели ракето-носителей, стартовые и разгонные двигатели, средства пожаротушения и многие другие.
Достижения реализуемые в пастообразном топливе стали возможны с созданием активных самогорящих жидко-вязких связующих, которые принципиально меняют механизм горения и воспламенения топлив. В зарядах пастообразного топлива возможны физические методы повышения скорости горения, например, использование армирующих элементов в виде цилиндров из материалов с высокой теплопроводностью. Механизмы горения пастообразного топлива, особенно с армирующими элементами до конца не изучены и требуют дополнительных исследований.
Пастообразное топливо – это гидропласт в вязко-текучем состоянии, поэтому для заряда пастообразного топлива отсутствуют требования к прочности заряда, более того, пастообразное топливо не боится высокого давления, и может работать при давлениях 300…500 МПа без перехода горения в детонацию.
Однако использование пастообразного топлива имеет свои особенности. В первую очередь это его текучесть в свободном состоянии и высокий коэффициент линейного расширения, в 2-5 раз превосходящий его значения для смесевых ракетных топлив. Если первая особенность легко компенсируется конструктивными методами, например установкой в камере сгорания герметизирующей подвижной диафрагмой, то для снятия напряжений в массе пастообразного топлива и исключения расслоений в заряде, необходимо создание специальной системы – системы компенсации температурных усадок пастообразного топлива. Имеющиеся методики расчета компенсации температурных усадок построены на апроксимационных зависимостях для конкретного типа пастообразного топлива и не носят обобщенный характер. Создание методик, учитывающих большинство влияющих факторов, в том числе условия эксплуатации, реологические и физико-механические свойства пастообразного топлива – задача фундаментальной науки.
К списку докладов