ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПОРОХАМ И РАКЕТНЫМ ТВЕРДЫМ ТОПЛИВАМ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ -ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Пороха и РТТ — многокомпонентные энергообогащенные взрывчатые системы, составляющие которых существенно различаются по своим физико-химическим свойствам, агрегатному и физическому состоянию, совместимости, способности к взаимодействию, прочности внутримолекулярных и межмолекулярных связей. Эти различия компонентов порохов и РТТ определяют режимы их изготовления, хранения, перевозки и использования. При изготовлении порохов и РТТ пороховая и твердотопливная массы, а также сами пороха и РТТ подвергаются воздействию больших механических сил и высоких температур (при производстве баллиститных порохов и РТТ). Используются пороха и РТТ большей частью после транспортировки на большие расстояния от места изготовления и после длительного хранения на складах, базах, стартовых позициях. При хранении пороха пороховые и твердотопливные заряды подвергаются длительному (в течение нескольких лет и десятилетий) воздействию сил тяжести, переменных температур, влажности, солнечного и ионизирующего облучения. Эго оказывает влияние на их физикохимические, в частности механические, свойства. При транспортировке, сборке и разборке пороховых и твердотопливных зарядов они испытывают вибрационную и ударную нагрузки, при выстреле из ствольного оружия и запуске ракет — значительные механические и тепловые нагрузки, а РТТ в полете ракет — дополнительно большие инерционные перегрузки.

Стремление иметь надежное и эффективное огнестрельное и ракетное оружие обусловливает необходимость производить боеприпасы (в том числе пороха и РТТ) с высокими эксплуатационными свойствами. Современные боеприпасы должны обеспечивать высокие начальные скорости метаемых тел для достижения большой дальности стрельбы (полета ракеты) и бронепробиваемости. Например, скорость снаряда при стрельбе из 76-мм пушки образца 1936 г., бывшей на вооружении Советской Армии во время Отечественной войны 1941 — 1945 гг., составляла около 700 м/с; скорость снаряда 100-мм противотанковой пушки образца 1944 г. — 1000 м/с, а бронебойный снаряд 125-мм танковой гладкоствольной пушки имеет начальную скорость 1500 м/с. Для достижения таких скоростей требуются пороха с большим запасом энергии. Эффективность применения огнестрельного оружия в значительном степени определяется точностью стрельбы, которая зависит от однообразия начальных скоростей пуль, мин, снарядов. Начальные скорости очень мало изменяются от выстрела к выстрелу, если физико-химические свойства и баллистические характеристики пороха одинаковы у большой массы пороховых элементов. Это достигается однообразием свойств и хорошим качеством порохов определенных марок, изготовленных на разных заводах в разное время. Такое однообразие обеспечивает полную взаимозаменяемость однотипных порохов при их массовом производстве и применении.

Изменение физико-химических свойств порохов при длительном хранении неизбежно влечет за собой изменение баллистических параметров выстрела: скорости снаряда, давления пороховых газов, рассеивания скоростей снаряда. Необходимость иметь на вооружении пороха и РТТ с высокими эксплуатационными свойствами заставляет предъявлять к ним следующие требования.

Первая группа требования определяет свойства порохов и РТТ как метательных В В. Эти требования обусловливают наиболее важные — энергетические и термодинамические характеристики. К ним относятся: достаточно высокое энергосодержание, определяющее необходимую работоспособность продуктов горения при приемлемых массах зарядов; большая плотность порохов (РТТ); малая молярная масса продуктов горения. Пороха и, особенно, РТТ должны, по-возможности, сгорать с образоваванием легких продуктов (например, Н2, Н->0, СО и др.), так как уменьшение их средней молярной массы М ведет к росту газовой постоянной, имеющей смысл удельной работы газов, т.е. их работоспособности, и в конечном счете — к увеличению скорости метаемого тела:

= (2.1)

где /?и = 8,314 Дж/(моль-К) — молярная (универсальная) газовая постоянная.

Повышение плотности позволяет одну и ту же массу заряда пороха или РТТ разместить в гильзе или камере меньшего размера.

Вторая группа требований касается баллистических свойств порохов и РТТ, определяющих надежность и устойчивость выстрела и работы РДТТ. Так, пороха и РТТ должны обладать способностью устойчиво и закономерно гореть в условиях как высоких, так и низких давлений в камере и канале ствола, в камере РД. Для обеспечения устойчивости рабочих процессов при выстреле и работе РД необходима минимальная зависимость скорости горения порохов и РТТ от давления и начальной температуры при всех их эксплуатационных колебаниях. Изменение скорости горения означает соответствующее изменение интенсивности газообразования, давления в канале ствола или камере сгорания РДТТ, определяющих как устойчивость работы системы, так и заданность полета метаемого тела.

Третья группа требований относится к условиям эксплуатации и технологии изготовления порохов и РТТ.

Пороха и РТТ должны:

  • • иметь такую чувствительность к тепловым и механическим импульсам, которая обеспечивала бы безотказное воспламенение пороховых и твердотопливных зарядов и в то же время — безопасность при изготовлении, обращении и использовании;
  • • быть стабильными по физико-химическим свойствам при длительном хранении;
  • • обеспечивать однородность характеристик в пределах одного заряда и однообразие свойств разных пороховых или твердотопливных партий;
  • • обладать высокой механической прочностью;
  • • давать при сгорании малотоксичные и бездымные продукты в процессе выстрела и работы РД;
  • • быть недорогими и производиться из недефицитных материалов;
  • • технология изготовления порохов и РТТ должна быть простой, безопасной и экономичной.

В соответствии с требованиями пороха и РТТ должны обладать определенным комплексом физико-химических характеристик — величин и их отношений, по которым оценивается физико-химическое состояние порохов, РТТ и физико-химические процессы, протекающие в этих ВВ при производстве, хранении и использовании. Физико-химические характеристики порохов и РТТ зависят прежде всего от их состава и природы компонентов, определяются также физико-химическими процессами, режимами и техническими приемами при производстве, т.е. технологией. Физико-химические характеристики порохов и РТТ по оцениваемым свойствам подразделяются на следующие группы.

  • 1. Физические характеристики — внешний вид, физическая плотность, теплофизические, электрофизические характеристики.
  • 2. Характеристики физической стабильности — гигроскопичность, влагосодержание, улетучивание, эксудация, выкристаллизовывание и др.
  • 3. Характеристики химической стойкости — срок служебной пригодности, срок безопасного хранения (запас химической стойкости), различные пробы на химическую стойкость при повышенных температурах.
  • 4. Характеристики физико-механических свойств (механической прочности) — относительная остаточная деформация при сжатии, предельные значения деформации при сжатии и растяжении, удельная работа разрушения при ударе, относительное удлинение, ударная вязкость.
  • 5. Характеристики чувствительности к внешним воздействиям — механическим (удару, трению, прострелу пулей); тепловым (лучу огня, искре, медленному нагреванию); взрывному импульсу (детонации); разряду статического электричества; ионизирующему излучению.
  • 6. Энергетические характеристики — удельная изохорная теплота сгорания, удельный объем пороховых газов, температура горения.
  • 7. Баллистические характеристики — сила пороха, коволюм, коэффициент скорости горения, коэффициент формы пороховых элементов, толщина горящего свода, удельный импульс тяги, импульс давления.

Важнейшими, определяющими свойствами порохов и РТТ как метательных В В являются энергетические и баллистические характеристики. Эти характеристики определяются термодинамическими свойствами сложных энергообогащенных систем: порох (РТТ) плюс продукты горения. Поэтому они должны анализироваться в свете законов термодинамики, что обусловливает специфичность анализа и его объемность. В связи с этим авторы учебного пособия сочли целесообразным выделить рассмотрение этих свойств порохов и РТТ в специальные пособия.

Выделение группы энергетических и группы баллистических характеристик обусловлено также тем, что они используются во внутренней баллистике непосредственно при проведении баллистических расчетов и анализе явления выстрела и работы РДТТ. Большинство из перечисленных величин для упрощения расчетов и анализа применяются, как правило, в качестве констант, хотя в действительности они являются переменными, зависящими в определенных пределах от действительного состава и структуры порохов (РТТ), от условии их горения.

Таким образом, вопросы энергетического потенциала порохов и РТТ, а также работоспособности продуктов горения являются определяющими при оценке основных энергетических характеристик выстрела и работы РДТТ.

Между кинетической энергией снаряда, конструктивными характеристиками ствола оружия, массой порохового заряда и энергосодержанием пороха внутренняя баллистика устанавливает связь, выражаемую в общем виде следующим образом:

^7 ^К(ж)^п.з ^п.з

А

к-1

П,т ,..3371К07>.

(2.2)

где тсн — масса снаряда; uq скорость снаряда при вылете из ствола (дульная скорость снаряда); rq коэффициент учета части потенциальной внутренней энергии пороха, расходуемой на совершение полезной работ; тп з — масса порохового заряда; дУ(ж) — удельная изо-хорная теплота сгорания пороха (техническая величина, характеризующая содержание энергии в порохе);/, — сила пороха — величина, характеризующая работоспособность пороховых газов; к — показатель термодинамического процесса преобразования тепловой энергии пороховых газов при расширении; R{) — удельная газовая постоянная; Ту — изохорная температура горения пороха; У0 — удельный объем пороховых газов при нормальных условиях = 101 325 Па = 760 мм рт. ст. = 1 атм = 1,033 кгс/см2 и t = 0°С).

В приведенных равенствах конструктивные характеристики ствола определяют коэффициент г . Остальные величины относятся к пороху, пороховым газам и пороховому заряду. Влияние их на эффективность выстрела, таким образом, дается здесь в явном виде и не вызывает затруднений при общем анализе. В связи с этим при анализе равенств необходимо ответить на следующий вопрос при самостоятельной проработке темы: какой из факторов — характеристик пороха, пороховых газов и порохового заряда практически целесообразнее изменять для изменения основного баллистического параметра выстрела — скорости снаряда?

Для сравнительной оценки влияния различных факторов на баллистические параметры выстрела воспользуемся аналитическими зависимостями для скорости снаряда (ракеты) и давления газов, даваемыми внутренней баллистикой. Рассмотрим баллистические параметры выстрела и работы РДТТ в их связи со свойствами порохов и РТТ — источниками тепловой энергии и газообразного рабочего тела.

Внутренняя баллистика при решении основной задачи (ОЗВБ) дает формулы для расчета баллистических параметров выстрела (работы РДТТ) в зависимости от баллистических характеристик пороха (РТТ) при данных конструктивных характеристиках ствола (сопла РДТТ).

При анализе явления выстрела в ствольном оружии важнейшими значениями основных баллистических параметров являются /> и uq (дульная скорость снаряда). Зависимости этих величин от баллистических характеристик пороха наглядно выражаются формулами, которые получаются при решении ОЗВБ для случая: порохе постоянной поверхностью горения Sr и при условии, что движение снаряда начинается вместе с началом горения порохового заряда, т.е. при ро = 0 (давление форсирования). Формула для v в этом случае имеет вид

ШаЛ

р

max

/j2”n »I2 <Р • »»„н

S2e?(V„-am„)'

(2.3)

где Q = k- 1 ; ф(0) = const.

Величина ртах увеличивается пропорционально квадрату силы пороха/р квадрату скорости горения и{, симбатно квадрату массы пороха тп, коэффициенту фиктивности ф = (1,02—1,10) + 0,33т /т и обратно пропорционально квадрату толщины горящего свода пороха ех = (JK= ?,/«,). Решение ОЗВБ для дульной скорости снаряда в случае S = const, р0 = const дает зависимость

(2.4)

которая включает величины:

гг Л ти 2 К, V0 -a mn

T'mZ'v’ ’''J' ?-

np

CH

Л-2/0

  • -1
  • -2 f 2

B = —^—; Jk=^~; Q = k-1.

fпф-/ИгU

CH

Эти величины содержат баллистические характеристики пороха /р а, ^ = е{р 0 = & - 1, определяющие скорость снаряда для системы данной конструкции; К0, ф /и5, /. Приведенные зависимости по существу не отличаются от аналогичных при всех других вариантах методов решения ОЗВБ.

Связь рабочего давления газов в камере сгорания РДТТ рк с баллистическими характеристиками РТТ видна из формулы Бори рк = и • рД/Л-ф^У (получается из уравнения баланса рабочего

рк = ф(/р Мр к). Давление газов в камере сгорания зависит также от конструктивных характеристик заряда -5Т, сопла 5кр, ф,, тепловых потерь х-

Влияние баллистических характеристик РТТ на скорость движения ракеты видно при анализе известного уравнения Циолковского. Максимальная скорость движения ракеты как тела переменной массы теоретически (без учета сил земного притяжения и сопротивления воздуха) выражается формулой

т

и

ид. max

= 2,303 IgO+^r*-),

т

(2.5)

рк

где «эф — эффективная (суммарная) скорость истечения продуктов сгорания РТТ из сопла РД; тг — масса выгоревшего топлива;

трк — масса ракеты без топлива (в конце работы двигателя на активном участке траектории полета ракеты).

Суммарная величина выражается формулой

и , = и + S р /Q , (2.6)

эф а а^a' v 7

где иа скорость истечения газов в выходном сечении сопла S , определяет динамическую составляющую силы тяги двигателя (F = uaQm + Sapa); Sapa статическая составляющая; Qm = m/t — секундный расход газов через сопло. Для РДТТ, у которых SJS = = 4,0—5,3 (оптимальное соотношение размеров сопла), скорость «эф» 1800—2000 м/с.

Газодинамическая характеристика продуктов горения РТТ иа определяется (как и запас энергии) при надкритическом режиме работы РД термодинамическими параметрами продуктов горения R(), Г0, к в соответствии с уравнением

К-1

“а =

2 к

/

к-1

ад

1-

V

Ра_

Ро

К

(2.7)

/

Входящее в формулу для иа произведение /?0Гу (где Rq — удельная газовая постоянная продуктов горения РТТ, а Г0 — их температура на входе в сопло) имеет смысл удельного энергосодержания продуктов горения, определяет их работоспособность и обозначается/^,.

Эта величина, определяемая изобарной температурой Тр = Г0, идентична величине /( = Я0ТК, которая во внутренней баллистике называется силой пороха. Она определяет работоспособность продуктов горения пороха, имеющих изохорную температуру Ту= Ту Соотношение изохорной и изобарной температур Tv/Tp = к определяет и соотношение/,//(, = к. Величину/j, во внутренней баллистике условно называют приведенной силой пороха. Величина/, = ^7", рассматривается во внутренней баллистике ствольных систем как основная баллистическая характеристика пороха, так как именно она выражает ту работу пороховых газов, которую они могут произвести, расширяясь при выстреле из ствольного оружия, определяя, таким образом, скорость снаряда и .

Скорость движения ракеты нид nm определяется суммарной величиной и ., а «приведенная сила пороха»^ = R0T0 входит только в одну из частей, составляющих эффективную скорость истечения газов из сопла, которую, таким образом, можно рассматривать как газодинамическое выражение работоспособности продуктов горения РТТ. Эффективная скорость истечения газов из сопла определяет непосредственно тягу двигателя, а тяга — скорость ракеты. В связи с

этим во внутренней баллистике ракетных систем принято выражать скорость ракеты, как правило, в зависимости от удельной тяги или удельного импульса тяги, который и определяется как основная баллистическая характеристика РТТ. Итак, из F - uaQm + Sapa получим

F =

уд

F

= и„ +

^ а Ра _

Q,„

= и

эф*

(2.8)

Далее, так как удельный импульс тяги /уд =

J

ИОЛ

F?

F

тг тТ// О,,?

то, следовательно, иэф - Р = / и скорость ракеты может быть выражена формулами:

и

ид.тах

= 2,303/гуд1§(1 +mT/mv),

(2.9)

и

ид.тах

= 2,303Ууд lg( 1 +mT/mp).

(2.10)

р -v>

получим

Выражение связи скорости истечения газов из сопла иа и, следовательно, скорости ракеты с основной энергетической характеристикой РТТ получается при некотором преобразовании подкоренного выражения в формуле для ии. Из термодинамики известно, что к - 1 = с /cv — 1 =(ср - Су)/су. Далее с учетом формулы Майера п - сД = Rn а также TJTn = к и cvTv- <зу(ж), преобразуя формулу (2.7),

ґРа_Л

  • 2 cv Tv
  • 1-

к-1

К

  • (/(ж)
  • 1 +
  • 4Р0,

К-

к

(2.11)

Связь рабочего давления газов в камере сгорания РД я с харак-

______ К

теристиками РТТ видна из формулы Бори:

Рк =

М1Р т ^исФ2^]

  • 1-и
  • (2.12)

кр )

которая получается из уравнения баланса рабочего тела при работе

РДТТ. В формуле Аис - , 0 — коэффициент истечения;/0 = RQTQ

V/oX

приведенная сила пороха; х коэффициент тепловых потерь;

— коэффициент в законе скорости горения: и - ири; рт — плотность PTT; Sr поверхность горения РТТ; ф, — коэффициент газодинамических потерь.

В формулах: R0TQ =/0 =f{/k; Ууд, — баллистические характеристики РТТ, рт — физическая характеристика; тт, Sr/SK = у —характеристики условий заряжания; тр, 5кр, ф2, х — конструктивные характеристики РД.

Уравнения (1.2—1.12) отражают, прежде всего, физико-химические преобразования энергии пороха и РТТ в работу продуктов горения через параметры их состояния Ту, V°v Т ; характеристики работоспособности R{)Ty и /?0Г; газодинамические характеристики движения истекающих из сопла РДТТ газов иэф, F , J ; характеристики состава продуктов горения — показатель процесса к = сру. В то же время энергетическим преобразованиям всегда сопутствуют материальные изменения. В рассматриваемых уравнениях формально фигурирует масса пороха или масса топлива, хотя по физическому смыслу уравнений — это масса продуктов горения.

Таким образом, при данной конструкции системы и данных условиях заряжания возникновение, развитие и результаты выстрела (работы РД) определяются характеристиками пороха (РТТ). Как метательные В В они характеризуются некоторыми показателями различных свойств, определяемых его природой и обеспечивающих нормальное протекание физико-химических процессов при выстреле и работе РДТТ. Представления о характеристиках порохов и РТТ как о постоянных величинах (константах) не вполне соответствуют действительности. Это представление обусловлено необходимостью иметь возможность сравнивать различные марки порохов и РТТ по свойствам, а также получать сравнительные результаты при расчетах и анализе явления выстрела и работы РДТТ. Однако значения характеристик порохов и РТТ изменяются в некоторых условно обозначенных нами пределах не только для данной марки пороха, но и для данной пороховой партии.

Непостоянство значений характеристик порохов и РТТ объясняется влиянием на них технологических факторов, условий хранения и применения. Основной компонент НЦ-порохов — нитраты целлюлозы. Они являются, как известно, химически неоднородными соединениями. Даже при равенстве среднего процентного содержания азота НЦ нельзя считать тождественными по характеристикам. Невозможность получения в заданных условиях всегда одинаковых по свойствам HU давно нашла отражение в допусках, устанавливаемых

ТУ для оценки качества при приемке порохов и РТТ. Кроме химической неоднородности НЦ, разброс характеристик порохов и РТТ обусловливается некоторым непостоянством состава порохов и РТТ разных партий и даже разных частей одной партии, а также физикохимической нестабильностью НЦ и взрывчатых пластификаторов, усиливающейся при неблагоприятных условиях хранения. Для С РТТ непостоянство значений характеристик определяется, главным образом, строением и деструкцией полимерных горючих связующих.

Старение полимеров — совокупность химических и физических превращений, происходящих в полимере при эксплуатации, переработке или хранении и приводящих к потере свойств. Реальный полимерный материал — это сложная физико-химическая система, включающая в качестве основного компонента высокомолекулярное соединение, а также различные другие вещества в качестве компонентов, добавок и примесей — пластификаторы, наполнители, красители, стабилизаторы и др. При переработке, эксплуатации и хранении полимерный материал подвергается воздействию многочисленных сил (тепловой энергии, света, механических нагрузок), что создает условия для инициирования и развития химических реакций. Обычно при старении протекают процессы деструкции полимера.

Деструкция полимеров — разрушение макромолекул под действием тепла, кислорода, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических и других факторов. Чаще всего деструкция полимеров происходит при совместном действии нескольких факторов.

При более глубоком анализе причин неопределенности значений характеристик порохов и РТТ выясняется, что они заключаются также и в том, что горение порохов и РТТ как физико-химический процесс может изменяться в зависимости от условий его протекания, главным образом — от температуры и давления продуктов сгорания. Уравнения реакций при этом не остаются постоянными и изменяются в определенном направлении. Меняется и состав продуктов горения, их объем и количество выделенной теплоты, а также температура горения. Эта изменчивость состава и характеристик продуктов горения объясняется общими законами действующих масс и химического равновесия, согласно которым химические реакции в большинстве случаев не проходят полностью, а останавливаются на некотором соотношении между исходными веществами и продуктами их взаимодействия. Это соотношение определяет условия равновесия между исходными и конечными веществами. При изменении температуры и давления уравнение равновесия в той среде изменяется и соотношение между компонентами продуктов превращения также меняется. Протекающие при этом реакции могут идти в зависимости от состава смеси и изменений температуры и давления как в сторону выделения теплоты, так и в обратном направлении. При этом действуют два общих правила, которым подчиняются эти реакции.

1. При возрастании температуры усиливаются те реакции, которые протекают с поглощением теплоты. Это правило выражает принцип Вант Гоффа: при увеличении температуры должны развиваться эндотермические реакции, например реакции диссоциации СО, и

н2о.

2. При возрастании давления усиливаются реакции, протекающие с уменьшением объема смеси газов — принцип Ле-Шателье—Брауна. Согласно этому принципу увеличение давления интенсифицирует реакции, сопровождающиеся образованием многоатомных молекул. Этим правилом объясняется ослабление диссоциации при высоком давлении, влияние которого преобладает над влиянием температуры, мало изменяющейся при изменении давления (плотности заряжания).

Для иллюстрации правил Вант Гоффа и Ле-Шателье—Брауна рассмотрим ряд примеров, относящихся к продуктам горения порохов иРТТ.

1. Рекция водяного газа (конверсия СО). Так как в состав продуктов горения НЦ-порохов и РТТ входят, главным образом, углекислота, окись углерода, водяные пары и водород, а также мало участвующий в реакциях азот, то все наиболее характерные изменения в составе продуктов определяются равновесием реакции водяного газа:

СО + Н20 СО, + Н2; ДУ°98 = ±42,26 кДж/моль.

Реакция может проходить как слева направо с отрицательной энтальпией А/298 = -42,26 кДж/моль (экзотермический тепловой эффект), так и справа налево с положительной энтальпией А/°98 = +42,26 кДж/моль (эндотермический тепловой эффект). Состав продуктов горения определяется константой равновесия

СО • н

=---Зависимость константы от температуры обусловли-

со • н2о

вается изменением соотношения участвующих в реакции водяного газа продуктов горения порохов и РТТ.

2. Реакции диссоциации и взаимодействия газов в продуктах го-рениия порохов и РТТ. Протекание этих реакций зависит как от температуры, так и от давления, т.е. подчиняется правилам Вант Гоффа и Ле-Шателье—Брауна. Из газов, составляющих продукты горения порохов и РТТ, наиболее легко диссоциируют двуокись углерода и пары воды. Степень их диссоциации в зависимости от Т и р приведена в табл. 2.1.

Табл и ца 2.1

Степень диссоциации газов - основных компонентов продуктов

горения порохов и РТТ а, %

Температура, К

Давление, МПа

0,1

1,0

10

100

Двуокись углерода С02 <=^ СО 4- 0,5О2

2000

2,05

0,96

0,44

2500

17,6

8,63

4,09

1.5

3000

54,8

32,2

16,9

7,0

3500

83,2

63,4

39,8

18,0

Пары воды Н20 Н2 + 0,5О2

2000

0,58

0,27

0,12

2500

4,21

1,98

0,92

0,5

3000

14,4

7,04

3,33

1,5

3500

30,9

16,1

7,79

2,0

Степень же диссоциации других газов из числа продуктов горения на порядок меньше. Так, водород при р = 0,1 М Па и Т= 2000 К диссоциирует (Н2 # 2Н) всего, примерно, на 410_3%, а при том же давлении и Т- 3500 К — на 17,8%; кислород (02 # 20) — соответственно на 8 * 10-4 и 13,9%, а азот (]^2 21М) — на 1,2-10-8 и 6,1 -10_5%.

Окись углерода (СО С + 0,5О2) начинает диссоциировать лишь при температуре более 4000 К. Рост давления подавляет диссоциацию. Тепловые эффекты реакций диссоциации и других химических реакций между компонентами продуктов горения приведены далее в записи соответствующих уравнений равновесия.

Реакции диссоциации продуктов горения

со2*

±СО + 0,5О2,

А/°98 = +281,21 кДж/моль;

н?о <

— Н7 + 0,5О2,

А/298 = +2 3 8,91 кДж/моль;

н9о<

=*ОН + 0,5Н2,

А/298 = +263,52 кДж/моль;

н;<±

Н + Н,

АУ298 = +432,07 кДж/моль;

°2^

О + О,

АУ298 = +493,57 кДж/моль;

N, <=>

N + N,

АУ298 = +707,93 кДж/моль;

СО С + 0,50-,,

АУ298 = + 1 13,81 кДж/моль.

Реакции и взаимодействия продуктов горения

n2 + o2^no,

  • 2CO + 0,5N2<=>CN + CO2,
  • 2СО + 0,5Н2 + 0,5N2 <=> HCN + СО,, СО + 0,5Н2«±НС0,

А У298 = +90,25 кДж/моль; АУ298 = +76,15 кДж/моль; А/298 - +37,05 кДж/моль; Д/298 - +26,8 кДж/моль.

Наличие водорода в продуктах горения порохов и РТТ обусловливает возможность протекания при повышенных давлениях реакций образования метана:

со + зн2<^сн4 + н2о,

2С0 + 2Н2<=>СН4+С02, СО + 2Н2^СН4 + 0,5О2, С02 + 4Н^СН4 + 2Н2(5,

А/298 = +216,7 кДж/моль; А/298 = + 128,1 кДж/моль; ДУ298 = +247,5 кДж/моль; ^298 = + 176,654 кДж/моль.

Реакция Будуара дает свободный углерод:

2СО <=> С02 + Сграф, А/с298 = +174,5 кДж/моль,

который, взаимодействуя с водородом, дает метан:

С + 2Н2^СН4,

АУ298 = +87,654 кДж/моль.

Экзотермические реакции образования метана, а также реакция Будуара зависят от температуры так, что при высоких температурах горения порохов и РТТ вероятность их протекания существенно снижается. Влияние температуры и давления на состав продуктов горения порохов и РТТ, а следовательно, на их энергетические и баллистические характеристики требует относить результаты расчетов этих характеристик, так же как и результаты их опытного определения, к наибольшей температуре горения при определенном давлении, соответствующем значению, при котором происходит горение порохов в орудии и РТТ в камере сгорания РД.

Из приведенного краткого анализа свойств продуктов горения порохов (РТТ) следует, что пороховые характеристики более или менее точно выражают свойства пороховых газов в момент их образования при больших и определенных давлениях. Однако эти характеристики не отражают изменяющиеся при выстреле (и работе РДТТ)

в результате изменения давления и температуры свойства газов.

В этом случае суммарной баллистической характеристикой служит

/

импульс давления пороховых газов Jpdt.

о

Для каждой марки, для каждой партии пороха (РТТ) величина

?

|pdt является эмпирической функцией условий заряжания, т.е. усло-0

вий работы пороховых газов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >