книги / Термодинамическое проектирование баллиститных артиллерийских порохов и твердых ракетных топлив
..pdfудельного импульса НЦ от содержания азота. Силу и удельный импульс
НЦ рассчитывают по формулам, приведенным в разделе 3.3.1.
7. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АБП И БРТ
Термодинамическое проектирование составов порохов и ТРТ начи нают с выбора основных компонентов и оценки их энергетических воз можностей. Перечень компонентов (основных и вспомогательных) для баллиститных артиллерийских порохов и ТРТ, а также основные принципы компоновки составов приведены в разделе 2. Энергетические характери стики создаваемых композиций оценивают на ПЭВМ при помощи про граммного комплекса, порядок работы с которым изложен выше. Необхо димые для расчетов свойства индивидуальных веществ, из которых созда ны современные АБП и БРТ, приведены в табл. 4 приложения.
Порядок проведения работы:
• Задать энергетические характеристики проектируемого пороха или
ТРТ.
• Выбрать основные и вспомогательные компоненты, исходя из их назначения, и скомпоновать базовую композицию проектируемого топли ва: НЦ + активный пластификатор + дополнительный пластификатор или НЦ + активный пластификатор + высокоэнергетический наполнитель.
•Поочередно ввести остальные компоненты, оценивая на каждом шаге их влияние на энергетические характеристики пороха.
•Сформулировать конечный состав пороха и определить его харак
теристики.
• Представить отчет по основным этапам проектирования состава с
рецептурой и характеристиками на каждом шаге от базового до конечного.
Наименование |
н |
НДТ-2 |
НДТ-3 |
ДГ-3 |
ДГ-4 |
НДГПО |
АПЦ-235П |
компонента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Химический состав, % |
|
|
|
|
Пироксилин |
- |
- |
- |
- |
- |
20,9 |
- |
Коллоксилин |
57,0 |
56,0 |
56,0 |
62,0 |
62,0 |
20,0 |
34,1 |
Нитроглицерин |
28,0 |
25,0 |
26,5 |
- |
- |
18,0 |
33,7 |
ДНДЭГ |
- |
- |
- |
33,0 |
34,8 |
17,0 |
- |
Динитротолуол |
и ,о |
9,0 |
9,0 |
- |
- |
- |
- |
Дибутилфталат |
- |
6,0 |
4,5 |
- |
- |
- |
- |
Октоген |
- |
- |
- |
- |
- |
20,0 |
- |
|
|
|
|
||||
Вещество Ц-2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
27,0 |
Централит |
3,0 |
3,0 |
3,0 |
4,0 |
2,5 |
3,0 |
1,5 |
Прочие добавки |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,7 |
1,1 |
3,7 |
|
|
Энергетические характеристики |
|
|
|
||
Сила пороха/,кДж/кг |
- |
961 |
976 |
987 |
1025 |
1187 |
1126 |
Температура газов, К |
- |
2474 |
2524 |
2500 |
2668 |
3400 |
3060 |
Наименование |
Медленно- |
БРТ |
БРТ |
Высокоэнер |
Высокоэнер |
Беспла |
Плазменные |
|||||||
компонента |
горящие |
среднего |
среднего |
гетические |
гетические |
менные |
топлива |
|||||||
|
БРТ |
энергети |
энергетичес |
БРТ |
БРТ с |
БРТ |
|
|
||||||
|
|
|
ческого |
кого |
|
|
меньшей за |
|
|
|
|
|||
|
|
|
уровня |
уровня с |
|
|
висимостью |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
меньшей |
|
|
ЩР) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
завис. U (Р) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Химический состав, % (м.д.) |
|
|
|
|
|
|
||||
Нитроцеллюлоза |
43,0... |
57,0 |
54,0 |
... 59,0 |
54,0... |
59,0 |
42,0 |
...51,0 |
35,0... |
63,5 |
55,056,0 |
29Д ... |
38,6 |
|
н г ц , д э г д н |
17,3... |
33,0 |
24,0 |
... 39,3 |
27,5... |
36,0 |
22,0 |
... 35,5 |
14,0... |
30,0 |
24,5..28,6 |
29,2... |
31,0 |
|
Дополнительные |
2 , 1 . . . |
20,7 |
0... |
16,5 |
1,0... |
7,5 |
|
|
|
|
6,5... |
10,3 |
|
|
пластификаторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ДНТ, ДБФ и др.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стабилизаторы |
1,5... |
3,0 |
0... |
3.0 |
1,0... |
3,0 |
0,2... |
2,5 |
1,0... |
2,0 |
1,9... |
3,0 |
|
|
химической |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стойкости (ДФА, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
централит и др.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Катализаторы |
|
|
0... |
1,0 |
1,7... |
3,6 |
0... |
2,0 |
1,0... |
3,0 |
0,3... |
2,0 |
|
|
горения (окислы, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фталаты РЬ, Си, Ni, Со и др.)
Наименование |
Медленно- |
БРТ |
БРТсреднего |
Высокоэнер |
Высокоэнер |
Беспла |
Плазменные |
|||||||
компонента |
горящие |
среднего |
энергетичес |
гетические |
гетические |
менные |
топлива |
|||||||
|
БРТ |
энергети |
кого |
БРТ |
БРТ с |
БРТ |
|
|
||||||
|
|
|
ческого |
уровня с |
|
|
меньшей за |
|
|
|
|
|||
|
|
|
уровня |
меньшей |
|
|
висимостью |
|
|
|
|
|||
Ингибиторы |
0 |
13,0 |
|
|
завис. U (Р) |
|
|
U (Г) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
горения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(у-ПОМ, СФД, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПММАи др.) |
|
|
|
|
— |
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
Энергетические |
0 ... |
20 |
|
— |
|
25,0 |
... 34,1 |
12 |
...27 |
|
— |
|||
добавки (ВВ) |
|
|
|
|
|
|
3 |
20.0 |
2 ,2 |
|
|
|
|
|
Металлические |
|
|
|
|
|
|
10,0 |
|
|
20,0 |
...27,5 |
|||
сплавы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ПАМ-4, АМД-5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,2 |
5,5 |
|
|
Специальные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0 |
...1 2 |
||
добавки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(соли К и Cs) |
2 ,0 |
8,7 |
0,5 |
11,0 |
1,5 |
4,0 |
0,5 |
1,0 |
1,0 |
3,2 |
3,2 |
3,3 |
|
|
Прочие |
2,1... |
3,5 |
||||||||||||
|
|
|
|
Энергетические характеристики |
|
|
|
|
|
|
||||
Уд. импульс, |
180... |
202,5 |
202... |
226,3 |
207,9... |
221 |
235,6... |
250,6 |
222,3... |
242,4 |
196... |
204.8 |
|
— |
/,кгс с/кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
2411 |
2882 |
|
|
|
|
Температура, К |
1597... |
2047 |
2198... |
2819 |
2233... |
2704 |
2982... |
3819 |
1928..2197 |
3714... |
3863 |
Содержание |
Число грамм-атомов на |
1 кг |
Теплота |
||
азота, |
с |
|
|
|
образования, |
% по массе |
Н |
О |
N |
кДж/кг |
|
_____4 ,6 |
23,215 |
30,411 |
35,908 |
8,281 |
-2964 |
11,7 |
23,096 |
30,142 |
35,952 |
8,352 |
-2938 |
П,8 |
22,978 |
29,872 |
35,995 |
8,424 |
-2912 |
11,9 |
22,859 |
29,603 |
36,039 |
8,495 |
-2887 |
12,0 |
22,740 |
29,333 |
36,083 |
8,567 |
-2861 |
12 ,1 |
22,621 |
29,064 |
36,127 |
8,638 |
-2835 |
12,2 |
22,502 |
28,794 |
36,170 |
8,709 |
-2810 |
12,3 |
22,383 |
28,525 |
36,214 |
8,781 |
-2784 |
_____12,4 |
22,264 |
28,255 |
36,258 |
8,852 |
-2759 |
_____12,5 |
22,145 |
27,985 |
36,301 |
8,923 |
-2733 |
12,6 |
22,026 |
27,716 |
36,345 |
8,995 |
-2707 |
12,7 |
21,908 |
27,447 |
36,389 |
9,066 |
-2682 |
12,8 |
21,788 |
27,177 |
36,433 |
9,138 |
-2656 |
12,9 |
21,670 |
26,908 |
36,476 |
9,209 |
-2630 |
13,0 |
21,551 |
26,638 |
36,520 |
9,280 |
-2605 |
_____13,1 |
21,432 |
26,369 |
36,564 |
9,352 |
-2579 |
13,2 |
21,313 |
26,099 |
36,607 |
9,423 |
-2554 |
13,3 |
21,149 |
25,829 |
36,651 |
9,495 |
-2528 |
13,4 |
21,075 |
25,560 |
36,695 |
9,566 |
-2502 |
13,5 |
20,957 |
25,290 |
36,739 |
9,637 |
-2476 |
13,6 |
20,838 |
25,021 |
36,782 |
9,709 |
-2451 |
13,7 |
20,719 |
24,751 |
36,826 |
9,780 |
-2425 |
13,8 |
20,600 |
24,482 |
36,870 |
9,852 |
-2400 |
13,9 |
20,481 |
24,212 |
36,913 |
9,923 |
-2374 |
14,0 |
20,362 |
23,943 |
36,957 |
9,994 |
-2348 |
Название |
Брутто- |
Плот |
Теплота образования |
|
|
Atff, |
|||
соединений |
формула |
ность |
|
|
|
|
кг |
кДж |
ккал |
|
|
p> M3" |
КГ |
кг |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Полимерная основа |
|
1660 |
-2861 |
-682,8 |
Коллоксилин Н C22.74H29.33O36.O8Ng.567 |
||||
Основные пластификаторы |
|
|
|
|
Нитроглицерин |
C3H5O9N3 |
1600 |
-1635 |
- 390,5 |
ДЭГДН |
C4H8O7N2 |
1423 |
-2182 |
-521,1 |
Дополнительные пластификаторы
Дибутилфталат |
C16H22O4 |
Динитротолуол |
C 7H 6 0 4N 2 |
Триацетин |
С 41Л4Нб4.15027.49 |
1050 |
-3203 |
-765,1 |
1372 |
-396 |
-94,5 |
1160 |
-6146 |
1468 |
Стабилизаторы химической стойкости
Дифениламин |
Ci2H„N |
1159 |
691 |
165,1 |
Централит 1 |
C17H 20O N 2 |
112 0 |
-391,5 |
-93,5 |
Централит 2 |
C , 5H 16O N 2 |
1200 |
-304,8 |
-72,8 |
Нитрозодифенил- |
C 12H 10O N 2 |
1200 |
203,1 |
48,5 |
амин |
|
|
|
|
Катализаторы горения |
|
|
|
|
Окись свинца |
PbO |
9550 |
-980,1 |
-234,1 |
Оксид свинца |
РЬз04 |
9100 |
-1055,4 |
-252,08 |
Углекислый свинец |
РЬСОз |
6500 |
-2607,5 |
-622,8 |
Окись меди |
CuO |
6400 |
-155,6 |
|
Стабилизаторы горения |
3580 |
|
|
|
Окись магния |
MgO |
-14933,9 |
-3566,9 |
|
Окись алюминия |
A I2O 3 |
3960 |
-16448,7 |
-3928,7 |
Углекислый кальций |
СаСОз |
2800 |
-12062,2 |
-2881 |
Окись кальция |
C a O |
3400 |
-11330,7 |
-2706,3 |
Двуокись титана |
ТЮ2 |
4260 |
-11736,4 |
-2803,2 |
Ингибиторы горения |
|
|
|
|
Полиоксиметилен |
C H 20 |
1400 |
-5861,5 |
-1400 |
Полиметилмет |
C 49>94H 79,9iO i9,98 |
|
-4856,7 |
-1160 |
акрилат (ПММА) |
|
|
|
-1944,7 |
Фторопласт Ф-4Д |
C 2F 4 |
2215 |
-8142,1 |
1 |
2 |
з |
4 |
5 |
Энергетические добавки |
|
1354 |
|
|
Вещество Ц-2 |
C6H10O4N8 |
1300 |
323,4 |
|
Гексоген |
СзНбОбЫб |
1820 |
319,9 |
76,4 |
Окгоген |
C4H*0*N8 |
1900 |
293,9 |
70,2 |
Дина |
C A C W |
1670 |
-1190,7 |
-284,4 |
Вещество CL-20 |
C6H6012N12 |
2100 |
1000,5 |
239 |
Алюминий |
А1 |
2740 |
0 |
0 |
Магний |
Mg |
1740 |
0 |
0 |
ПАМ-4 |
AI16.8 Mg22.4 |
2150 |
-1151 |
-274,9 |
Технологические добавки |
880 |
-2842,8 |
-679 |
|
Вазелиновое масло |
C70.6145Hi50.6442 |
|||
Графит |
с |
1800 |
0 |
0 |
Стеарат цинка |
С36Н70О4 Zn |
1095 |
-3774,4 |
-901,5 |
Список литературы
1. Энергетические конденсированные системы: Краткий энцикло
педический словарь. - М.: Янус-К, 1999. - 596с.
2.Паушкин Я.М. Жидкие и твердые ракетные топлива. - М.: Наука, 1978.- 192с.
3.Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. - М.: Оборонгиз, 1962. - 456с.
4.Алемасов В.Е. и др. Теория ракетных двигателей. - М : Машиностроение, 1989. -463с.
5.Талин Д.Д. Внутренняя баллистика ствольных систем и ракетных двигателей твердого топлива / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2003165с.
6. Трусов Б.Г. Термодинамический метод анализа высокотемпе ратурных состояний и процессов и его практическая реализация / МГТУ. - М., 1984.-292с.
7. Трусов Б.Г Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах / МГТУ.-М., 1991.-49с.
Введение.......................................................................................................... |
3 |
|
1. |
Пороха и ТРТ баллиститного типа......................................................... |
5 |
2. |
Компоненты баллиститных порохов...................................................... |
8 |
3. |
Расчет термодинамических и энергетических характеристик |
|
|
порохов и ТРТ |
12 |
3.1.Вызов программного комплекса и его настройка
перед проведением расчетов |
12 |
|
3.2. |
Подготовка входных данных................................................. |
13 |
|
3.2.1. Директивы к расчету |
14 |
|
3.2.2. Исходная информация к расчету |
15 |
|
3.2.3. Работа в окне встроенного текстового редактора... |
18 |
3.3. |
Выходные данные................................................................... |
20 |
|
3.3.1. Размерности выходных данных.................................. |
21 |
|
3.3.2. Вывод на экран дисплея.............................................. |
23 |
|
3.3.3. Вывод в дисковый файл.............................................. |
24 |
4. Расчетно-теоретические исследования горения |
|
|
двойных смесей элементарных веществ............................................. |
24 |
|
5. Расчетно-теоретические исследования горения |
|
|
тройных смесей элементарных веществ............................................. |
29 |
|
6. Исследование влияния степени этерификации нитроцеллюлозы на |
||
энергетические характеристики, температуру и состав продуктов |
|
|
сгорания |
..................................................................................................... |
30 |
7. Термодинамическое проектирование АБП и БРТ |
31 |
|
Приложение................................................................................................... |
32 |
|
Список литературы...................................................................................... |
38 |
Г.А. Васильева, Д.Д. Талин
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛЛИСТИТНЫХ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ПОРОХОВ И ТВЕРДЫХ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ
Учебное пособие
Лит. редактор Э.П. Полнякова
Корректор Г.Я. Шилоносова
Лицензия ЛР № 020370
Подписано в печать 4.06.04. Формат 60x90/16. Набор компьютерный. Уел. печ. л. 2,5. Уч.-изд. л. 1,8. Тираж 100. Заказ № 86.
Редакционно-издательский отдел и ротапринт Пермского государственного технического университета Адрес: 614600. Пермь, Комсомольский пр., 29а