Анализ процесса горения твердых металлизированных топлив


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-10-445-457

Авторы

Абрамов М. А.*, Байков А. В.**, Воронецкий А. В.1***, Заславский Г. Е.2****, Суровежко А. С.3*****

1. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия
2. ФГБУН «Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН», просп. академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская область, 142432, Россия
3. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: abramovmaks94@gmail.com
**e-mail: avbaykov@ciam.ru
***e-mail: vandreyv3@mail.ru
****e-mail: zaslav@icp.ac.ru
*****e-mail: tema.surowejcko@yandex.ru

Аннотация

Проводится анализ процесса горения твердого топлива с высоким содержанием металла. Показано, что разложение окислителя (перхлората аммония), которое традиционно рассматривается как основной источник тепловой энергии в конденсированной фазе твердого топлива при его горении, не в состоянии обеспечить поддержание теплового баланса в конденсированной фазе, необходимого для горения топлива. Установлено, что поддержание теплового баланса происходит за счет окисления металла, содержащегося в топливе, продуктами разложения окислителя непосредственно в условиях конденсированной фазы.

Ключевые слова:

твердое топливо, газогенератор, тепловой поток, энтальпия, окислитель, металл

Библиографический список

  1. Манелис Г.Б., Струнин В.А. Механизм и элементарная теория горения смесевых твердых топлив. Черноголовка: Препринт ИХФ АН СССР, 1975. 43 с.

  2. Коробейничев О.П., Чернов А.А., Емельянов И.Д. Исследование кинетики и механизма химических реакций в пламени смесевого топлива на основе ПХА и полибутадиенового каучука // Физика горения и взрыва. 1990. Т. 26. № 3. С. 46‒55. DOI: 10.1007/BF00751367

  3. Манелис Г.Б., Назин Г.М., Рубцов Ю.И., Струнин В.А. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ и порохов. М.: Наука, 1996. 224 с.

  4. Суржиков С.Т., Краер Х. Квазиодномерная модель горения слоевого гетерогенного твердого топлива // Теплофизика высоких температур. 2001. Т. 39. № 4. С. 629–639. DOI: 10.1023/A:1017996409325

  5. Суржиков С.Т., Краер Х. Вычислительные модели горения гетерогенного ракетного топлива // Теплофизика высоких температур. 2003. Т. 41. № 1. С. 106–142. DOI: 10.1023/A:1022336923486

  6. Lengelle G., Duterque J., Trubert J.F. Combustion of Solid Propellants. Paper presented at the RTO/VKI Special Course on "Internal Aerodynamics in Solid Rocket Propulsion", held in Rhode-Saint-Genese, Belgium, 27–31 May 2002, № RTO-EN-023, 63 p.

  7. Singh H., Shekhar H. Science and Technology of Solid Rocket Propellants. Pune. Towe Chowk, Darhanga, Bihar. 2005. 256 p.

  8. Beckstead M.W., Puduppakkam K., Thakre P., Yang V. Modeling of combustion and ignition of solid – propellant ingredients // Progress in Energy and Combustion Science. 2007. V. 33. P. 497–551. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2007. 02.003

  9. Гусаченко Л.К., Зарко В.Е. Анализ современных моделей стационарного горения смесевых твердых топлив // Физика горения и взрыва. 1986. Т. 22. № 6. С. 3–15.

  10. Бекстед М.В. Современный прогресс в моделировании горения твердых топлив // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 6. С. 4–24. DOI: 10.1007/s10573-006-0096-5

  11. Решетников С.М., Решетников И.С. Анатомия горения. М.: Нефтегазсофтсервис, 2014. 247 с.

  12. Ерохин Б.Т., Липанов А.М. Нестационарные и квазистационарные режимы работы РДТТ. М.: Машиностроение, 1977. 200 с.

  13. Шленский О.Ф., Маклашова И.В., Хищенко К.В. Горение и детонация материалов. М.: Инновационное Машиностроение, 2018. 256 с.

  14. Алиев А.В., Амарантов Г.Н., Ахмадеев В.Ф. и др. Внутренняя баллистика РДТТ / Под ред. А.М. Липанова, Ю.М. Милехина. М.: Машиностроение, 2007. 504 с.

  15. Соломонов Ю.С., Липанов А.М., Алиев А.В. и др. Твердотопливные регулируемые двигательные установки / Под ред. А.М. Липанова, Ю.С. Соломонова. М.: Машиностроение, 2011. 416 с.

  16. Силин Н.А., Кашпоров Л.Я., Гладун В.Д. и др. Горение металлизированных гетерогенных конденсированных систем. М.: Машиностроение, 1982. 232 с.

  17. Александров В.Н., Быцкевич В.М., Верхоломов В.К. и др. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах. Основы теории и расчета / Под ред. Л.С. Яновского. М.: Академкнига, 2006. 343 с.

  18. Сорокин В.А., Яновский Л.С., Ягодников Д.А. и др. Проектирование и отработка ракетно-прямоточных двигателей на твердом топливе. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 317 с.

  19. Цуцуран В.И. Введение в технологию энергонасыщенных материалов. М.: Изд-во МО РФ, 2007. 300 с.

  20. Мержанов А.Г., Хайкин Б.И. Теория волн горения в гомогенных средах. Черноголовка: Изд-во Института структурной макрокинетики РАН, 1992. 161 с.

  21. Герасимов Я.И., Древинг В.П., Еремин Е.Н. Курс физической химии. М.: Химия, 1964. Т. 1.

  22. Синдицкий В.П. О природе ведущей реакции при горении энергетических материалов. http://www.kinetics.nsc.ru/ conferences/semkpg/Papers/Op-10rus.pdf

  23. Гухман А.А., Зайцев А.А. Обобщенный анализ. М.: Изд-во Факториал, 1998. 304 с.

  24. Варнац Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физический и химический аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 352 с.

  25. Баренблатт Г.И. Автомодельные явления – анализ размерностей и скейлинг. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2009. 216 с.

  26. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1971. 576 с.

  27. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Наука, 1981. 624 с.

  28. Колмогоров А.Н., Петровский И.Г., Пискунов Н.С. Исследование уравнения диффузии, соединенной с возрастанием количества вещества, и его применение к одной биологической проблеме. В сб. «Теория горения и взрыва». М.: Наука, 1981. С. 213–242.

  29. Goodwin D.G., Moffat H.K., Speth R.L. Cantera: An object – oriented software toolkit for chemical kinetics, thermodynamics, and transport processes. http://www.cantera.org, 2017. Version 2.3.0. DOI:10.5281/zenodo.170284

  30. Kee R.J., Grear J.F., Smooke M.D., Miller J.A. A Fortran program for modeling steady, laminar, one dimensional, premixed flames // Sandia Report SAND85-8240. Livermore. CA. 1989.

  31. Лейпунский О.И. О зависимости от давления скорости горения черного пороха // Журнал физической химии. 1960. Т. 34. № 1. С. 177–181.

  32. Захаров В.М., Клячко Л.А. К вопросу о скорости горения модельного смесевого пороха // Физика горения и взрыва. 1972. № 1. С. 15–26.

  33. Кашпоров Л.Я., Клячко Л.А., Силин Н.А., Шахиджанов Е.С. Горение смесей магния с нитратом натрия. I Скорость горения двухкомпонентных смесей магния с нитратом натрия // Физика горения и взрыва. 1994. № 5. С. 40–49.

  34. Воронецкий А.В., Сучков С.А., Филимонов Л.А. Особенности течения сверхзвуковых потоков в узких цилиндрических каналах // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 4 (16). DOI: 10.18698/2308-6033-2013-4-695

  35. Воронецкий А.В. Метод сравнительной оценки эффективности горения мелкодисперсного конденсированного горючего в камерах РПД произвольной геометрии // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2016. № 1. http://technomag.bmstu.ru/doc/ 830993.htm

  36. Ягодников Д.А. Воспламенение и горение порошкообразных металлов. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 432 с.

  37. Эдвардс Р., Бобко Р. Лучистая теплоотдача от изотермической дисперсной среды // Труды Американского общества инженеров-механиков. 1984. Серия C. Т. 4. № 4. С. 23–33.

  38. Шевчук В.Г., Горошин С.В., Клячко Л.А. и др. Скорость распространения пламени в газовзвесях частиц магния // Физика горения и взрыва. 1980. № 1. С. 57–63.

  39. Оцисик М.Н. Сложный теплообмен. М.: Мир, 1976. 615 с.

  40. Байков А.В., Жолудев А.Ф., Кислов М.Б., Пучковский И.В., Шаров М.С., Шиховцев А.В., Яновский Л.С. Горение твердого топлива в газогенераторе воздушно-реактивного двигателя при большом содержании металла // Журнал прикладной химии 2019. Т. 92. № 5. С. 567–571. DOI: 10.1134/S0044461819050037

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024