Serge77 - Моя ракетная мастерская - Карамельные топлива с добавкой алюминия

КАРАМЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА

С ДОБАВКОЙ АЛЮМИНИЯ

Огневые стендовые испытания стандартной сорбитовой карамели с добавкой алюминия.

ВНИМАНИЕ! Не забывайте об опасности самопроизвольной реакции алюминия с нитратами!

Предварительные результаты были описаны здесь.

Испытано 6 топлив, все имеют базовый состав KNO3-сорбит 65-35, к которому добавлялся сферический дисперсный алюминий АСД-4, средний размер частиц 15 микрон.

Номер состава	KNO3	Сорбит	Al
K138	65	35	0
K139	65	35	2.5
K140	65	35	5
K141	65	35	10
K142	65	35	15
K143	65	35	20

Подготовка образцов.

Из каждого состава была изготовлена шашка для тестового двигателя, двигатель в гильзе и образец для измерения скорости горения на воздухе.

Готовые шашки:

Верхний торец топлива в гильзах выравнивался перьевым сверлом, затем заклеивался картонными пыжами на эпоксидном клее.

Горение на воздухе.

K138

K139

K140

K141

K142

K143

№	K138	K139	K140	K141	K142	K143
Состав	65% KNO3 35% сорбит	65% KNO3 35% сорбит +2.5% Al	65% KNO3 35% сорбит +5% Al	65% KNO3 35% сорбит +10% Al	65% KNO3 35% сорбит +15% Al	65% KNO3 35% сорбит +20% Al
Скорость горения мм/с	2.73	2.75	2.82	2.86	2.61	2.19

Видео, WMV9, 200-300 KB: K138, K139, K140, K141, K142, K143.

Огневые стендовые испытания.

Использовалась аппаратура, описанная здесь.

Тестовый двигатель на стенде:

Результаты.

Координаты на профиле тяги: секунды - килограммы, одна точка соответствует 0.02 с.

K138

K139

K140

K141

K142

K143

Видео, WMV9, 300-500 KB: K138, K139, K140, K141, K142, K143.

Во всех тестах эрозия сопла отсутствует. В двигателе оставалось совсем немного пористого шлака, алюминия в шлаке нет.

Удельный импульс и среднее давление в двигателе:

	% Al	Isp	P, атм	прирост Isp, %	прирост P, %
K138	0	85	22	0	0
K139	2,5	94	25	11	11
K140	5	98	27	15	20
K141	10	101	30	19	35
K142	15	99	36	16	61
K143	20	107	38	26	70

№	K138	K139	K140	K141	K142	K143
Состав	65% KNO3 35% сорбит	65% KNO3 35% сорбит +2.5% Al	65% KNO3 35% сорбит +5% Al	65% KNO3 35% сорбит +10% Al	65% KNO3 35% сорбит +15% Al	65% KNO3 35% сорбит +20% Al
Вес топлива, г	115.06	112.96	113.73	116.05	121.19	120.93
Внешний 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	65	63	63	63	65	64
Плотность г/мл	1.84	1.86	1.87	1.91	1.94	1.96
Теор. Плотн. г/мл	1.85	1.86	1.88	1.90	1.93	1.95
Диам. сопла мм	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5
Kn нач.	196	193	193	193	196	195
Kn макс.	228	222	222	222	228	226
Время горения с	2.14	2.10	2.02	1.76	1.58	1.52
Скорость горения мм/с	5.61	5.71	5.94	6.82	7.59	7.89
Удельный импульс измеренный	85	94	98	101	99	107
Среднее рабочее давление	22	25	27	30	36	38
Теор. удельный импульс при рабочем давлении (ISP*) ^^^	114	119	123	129	135	144
Теор. удельный импульс при 69 атм	153	160	166	174	181	189
Теор. темп. горения при 69 атм °C	1330	1484	1590	1713	1777	2054
Файл PROPEP	K138	K139	K140	K141	K142	K143

^^^ ISP* - это удельный импульс в двигателе с соплом без дивергентной части, что соответствует моему тестовому двигателю.

Огневые стендовые испытания гильзовых двигателей.

Использовалась аппаратура, описанная здесь. Конструкция двигателя идентична испытанному ранее ТД45 (TD45).

Двигатель на стенде:

Видео, WMV9, 170-270 KB: K138, K139, K140, K141, K142, K143.

Удельный импульс и максимальное давление в двигателе:

	% Al	Isp	максимальное давление, атм
K138	0	75	9.7
K139	2,5	67	8.4
K140	5	64	7.9
K141	10	55	6.3
K142	15	49	4.9
K143	20	39	3.3

Выводы.

На воздухе алюминий в топливе совсем не горит. При содержании не больше 10% алюминий немного ускоряет горение за счёт теплопередачи, а при содержании больше 10% - уменьшает скорость горения, отнимая тепло у топлива.
При давлениях в двигателе ниже 10 атм. алюминий не сгорает и ведёт себя как инертная добавка, ухудшающая параметры двигателя.
При давлениях в двигателе выше 20 атм. алюминий сгорает полностью, давая прибавку удельного импульса. Прибавка от 20% алюминия составляет 26%, однако частично прирост удельного импульса обусловлен повышением давления в двигателе.
При содержании алюминия в топливе 10-20% происходит отложение окиси алюминия в критическом сечении сопла, что приводит к повышению давления в ходе работы двигателя.

03.07.2005 Serge77