<
Serge77 - Моя ракетная мастерская >КАРАМЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА
С ДОБАВКОЙ АЛЮМИНИЯ
Translate in English with Babel Fish
Дисперсный алюминий широко используется в твёрдых ракетных топливах как добавка, повышающая удельный импульс и плотность. Однако в карамельных топливах возможность использования алюминия не изучалась. Р.Накка провёл один тест летом 2004 г, испытав топливо KNO3-глюкоза (dextrose) с добавкой 18% алюминия. Двигатель взорвался сразу после выхода на режим, поэтому никаких данных получить не удалось, но по виду факела было заметно, что алюминий хотя бы частично сгорает в двигателе.
ВНИМАНИЕ!
Хорошо известно, что алюминий реагирует с нитратами в присутствии влаги, эта реакция идёт с самоускорением и может привести к самовоспламенению смеси, причём не только при начальном смешивании, но и при хранении. Эта реакция сильно ускоряется в присутствии щелочных примесей, например карбонатов, и практически не идёт в слабокислой среде. Поэтому в пиротехнике во все составы, содержащие алюминий и нитраты, обязательно добавляют 0.5 - 1% слабой кислоты, например борной. Используют также канифоль (это слабая органическая кислота) или стеариновую кислоту. Роль кислоты может играть также и дисперсная сера. Нельзя использовать щавелевую или уксусную кислоту, они достаточно сильные и могут сами реагировать с алюминием.В связи с этой опасностью необходимо обязательно контролировать присутствие щелочных примесей в исходных компонентах. Например, примеси могут быть в нитратах, особенно если они неизвестного происхождения и качества, или если они изготавливались самостоятельно из карбонатов или гидроксидов. Подчеркну: совершенно недостаточно просто добавить “стандартные” 0.5 – 1% борной кислоты, потому что щелочных примесей может быть много и этого количества кислоты будет недостаточно для их нейтрализации. Обязательно нужно контролировать исходные компоненты, pH концентрированного водного раствора должен быть около 5-6.
Признаками того, что алюминий начал реагировать, являются разогревание, вспенивание, запах аммиака. При появлении хотя бы одного из этих признаков нужно немедленно погрузить посуду с топливом в воду.
-----------
Первые пробы я делал с алюминиевой пудрой (пигмент). Добавка к стандартной карамели KNO3-сорбит 10% алюминия приводит к сильному загущению, с такой массой очень неудобно работать. На воздухе топливо горит медленнее исходной карамели, алюминий не сгорает, остаётся много шлаков. В двигателе не испытывал.
Дальнейшие опыты я проводил со сферическим алюминием АСД-4, он добавлялся в карамельные топлива сверх 100%. На воздухе все эти топлива горят хуже, чем без алюминия, алюминий не сгорает, остаётся в шлаке в исходном состоянии – в виде очень мелких блестящих шариков, хорошо различимых под микроскопом. Однако при горении в двигателе картина меняется. Для сравнения приведены данные и для топлив без алюминия. Номера соответствуют моему карамельному журналу.
Состав K136. Стандартная сорбитовая карамель.
65% KNO3
35% сорбит
Состав K132. Стандартная сорбитовая карамель + 10% алюминия.
65% KNO3
35% сорбит
+10% Al
Топливо легко смешивается, по вязкости примерно как исходное топливо без алюминия, затвердело как обычная карамель. Ярко-белый факел светящейся окиси алюминия немного скрадывается белым дымом. Эрозия сопла отсутствует. В двигателе осталось совсем немного пористого шлака, алюминия в шлаке нет.
Состав K133. Стандартная сорбитовая карамель + 20% алюминия.
65% KNO3
35% сорбит
+20% Al
Топливо легко смешивается, текучесть его немного выше, чем у исходного топлива без алюминия, это связано с тем, что алюминий повышает плотность. Затвердело как обычная карамель. Жёлтый оттенок факела скорее всего обусловлен присутствием сажи. Разлетающиеся искры – это раскалённые капли окиси алюминия, а не догорание алюминия на воздухе. На выходе из сопла осталась застывшая корона из этих капель. Эрозия сопла отсутствует. В двигателе осталось совсем немного пористого шлака, алюминия в шлаке нет.
Состав K122. Натриевая сахарная карамель.
66% NaNO3
33% сахар
1% FeOOH
Изготовление: сахар и 10% NaNO3 растворяются в воде, раствор упаривается, получается прозрачный жидкий сироп. Если упаривать сахар без нитрата, сахар легко кристаллизуется, а растворённый нитрат этому препятствует. К полученному сиропу добавляется остальной нитрат, размолотый с окисью железа. Топливо легко смешивается, текучесть его примерно такая же, как у стандартной карамели. При охлаждении сразу затвердевает.
Топливо гигроскопично, на открытом воздухе быстро покрывается жидкостью. Эта шашка хранилась полгода в двух тонких полиэтиленовых пакетах, за это время примерно 3-4 мм наружного слоя топлива стали мягкими, я этот слой не счищал.
Состав K123. Натриевая сахарная карамель + 10% Al.
66% NaNO3
33% сахар
1% FeOOH
+10% Al
Изготовление аналогично K122. Состояние после хранения такое же, как у K122.
Это был первый испытанный мною состав карамели с алюминием. Я не знал, насколько сильно алюминий увеличивает скорость горения, поэтому поставил такое же сопло, как для состава K122, Kn = 371. Сопло разгорелось с 4 мм до овала размером 5 мм на 6 мм, на внутренней поверхности канала хорошо видны мелкие волны утекающего металла. Скорее всего это связано в основном с очень большим давлением в двигателе, а не только с температурой, потому что другие топлива, даже с 20% алюминия, никакого разгара не давали.
Состав K137. Натриевая сорбитовая карамель + 10% алюминия.
66% NaNO3
33% сорбит
1% FeOOH
+10% Al
Топливо изготавливалось методом плавления. Легко смешивается, текучесть немного выше, чем у стандартной карамели. За три дня топливо не затвердело, получился полутвёрдый пластилин. На открытом воздухе поверхность топлива покрывается твёрдой корочкой, которая постепенно начинает подниматься волнами, разрушая поверхность. Эрозия сопла отсутствует. В двигателе осталось совсем немного пористого шлака, алюминия в шлаке нет.
Шашки составов K136, K132, K133, K137. Изготовлены методом заливки в несклеенную трубку.
Результаты испытаний.
Размеры и вес шашек K122 и K123 примерные, потому что сразу после изготовления я их не измерил, а после хранения и частичного намокания взвешивать уже не было смысла.
№ |
K136 |
K132 |
K133 |
K122 |
K123 |
K137 |
Состав |
65% KNO3 |
65% KNO3 |
65% KNO3 |
66% NaNO3 |
66% NaNO3 |
66% NaNO3 |
Вес топлива, г |
124.00 |
121.42 |
122.30 |
120 |
120 |
121.07 |
Наруж. диам. мм |
37.5 |
37.5 |
37.5 |
37.5 |
37.5 |
37.5 |
Внутр. Диам. мм |
13.4 |
13.4 |
13.4 |
13.4 |
13.4 |
13.4 |
Длина мм |
71 |
67.5 |
66 |
65 |
65 |
63 |
Плотность г/мл |
1.81 |
1.87 |
1.92 |
1.9 |
1.9 |
1.99 |
Теор. Плотн. г/мл |
1.85 |
1.90 |
1.95 |
1.99 |
2.04 |
1.99 |
Диам. сопла мм |
5.5 |
5.5 |
5.5 |
4 |
4 |
5.5 |
Kn нач. |
207 |
201 |
198 |
371 |
371 |
193 |
Kn макс. |
250 |
238 |
232 |
432 |
432 |
222 |
Время горения с |
2.04 |
1.12 |
1.76 |
2.40 |
0.64 |
1.08 |
Скорость горения мм/с |
5.91 |
10.76 |
6.85 |
5.02 |
18.83 |
11.16 |
Теор. удельный импульс |
153 |
174 |
189 |
169 |
188 |
187 |
Теор. темп. горения °C |
1330 |
1713 |
2054 |
1800 |
2059 |
1957 |
Файл PROPEP |
||||||
Видео, WMV9, ближний план |
||||||
Дальний план |
|
|
Выводы.
15.05.2005 Serge77