< Serge77 - Моя ракетная мастерская >

Наиболее полную информацию об этом топливе можно прочитать на сайте Ричарда Накки.

Дискуссия о карамельных топливах на Ракетомодельном форуме: Твёрдые ракетные топлива карамельного типа .

1. KNO3, нитрат калия. Его необходимо высушить до содержания влаги не больше 0.5%, для этого достаточно прогреть его в тонком слое на противне в духовке при 100-150С в течение 2-3 часов. Содержание влаги можно определить так: точную навеску сушат до тех пор, пока её вес не перестанет уменьшаться, по потере веса вычисляют процент влажности.

Сухой KNO3 измельчают в кофемолке или ступке до размера кристаллов 0.1-0.05мм. Не нужно измельчать слишком мелко, т.е. "в пыль", потому что тогда получится очень вязкое, совершенно не текучее топливо. (Примечание: нельзя (да и не нужно) измельчать в кофемолке KNO3 вместе с сорбитом или другими горючими.) Необходимо добиваться, чтобы каждый раз получалась одинаковая степень измельчения, иначе свойства полученного топлива будут каждый раз разные, особенно скорость горения. Для этого необходимо каждый раз использовать одну и ту же кофемолку, загружать одинаковое количество размалываемого материала и молоть одинаковое время. Я размалываю на хорошей кофемолке порцию в 100 г KNO3 в два приёма по 30 секунд, с перерывом между приёмами для остывания кофемолки. При использовании ступки добиться воспроизводимости гораздо труднее.

2. Сорбит. Его также необходимо проверить на содержание влаги, если её больше 0.5%, то нужно высушить, нагревая в тонком слое на противне в духовке при 70-80С в течение нескольких часов. Нельзя допускать расплавления сорбита, потому что расплав сохнет намного медленнее кристаллов. Я использовал сорбит, купленный в аптеке, проверка показала, что он достаточно сухой, поэтому я его не сушил.

После осушки измельчать сорбит не нужно, он всё равно расплавится в процессе изготовления топлива.

3. Нагревательная баня. Для плавления больших количеств топлива (>0.5-1кг) обязательно использовать нагревательную баню, для того чтобы обеспечить равномерный нагрев всей массы топлива. Температура теплоносителя должна быть 120-130С. Меньшие количества я плавил в упрощённом приборе, описанном на той же странице. Я делал порции до 500г, главное, чтобы топливо было распределено по дну сковородки тонким слоем, не больше 1-2см.

Исходные компоненты смешивают в соотношении KNO3-сорбит 65%-35%, перемешивают, устанавливают в баню или на плитку, которые были заранее нагреты до необходимой стабильной температуры. Нельзя ставить топливо на холодную плитку и после этого включать нагрев, потому что плитка с регулятором сначала очень сильно нагревается, а потом остывает и выходит на режим постоянной температуры. С момента начала нагревания и до снятия топлива с плитки за ним необходимо неотрывно следить. Сначала смесь подплавляется на стенках, прилипает к ним, в это время нужно начинать спокойно перемешивать. Затем вся масса начинает слипаться и постепенно превращается в подобие манной каши. Перемешивать нужно плавно, растирающими движениями, стараясь не взбивать топливо в пену. Как только каша стала однородной, без комков - топливо готово. При этом плавится только сорбит, а KNO3 остаётся кристаллическим, поэтому не нужно ждать, когда всё станет жидким. Только что расплавленное топливо имеет температуру около 110-120С. Если нагревать выше, то при 140С смесь начинает немного пениться и пощёлкивать, это испаряются остатки воды, всегда присутствующие в исходных компонентах. Нагревать до этой температуры не опасно, но и не нужно, если услышали потрескивание - снимайте с нагрева и заливайте топливо в форму.

Расплавленное топливо не такое жидкое, как вода, но достаточно хорошо льётся, особенно если ему немного помогать ложкой. Топливо легко заливается в трубки диаметром 25-30 мм и больше. В трубки малого диаметра удобнее накладывать топливо с помощью шпателя - слегка изогнутой проволоки с расплющенным концом.

Вязкость расплавленного топлива заметно увеличивается, если оно нагревается выше 120С, поэтому минимальный контролируемый нагрев важен не только с точки зрения безопасности, но и с точки зрения удобства обращения с готовым топливом. После заливки в форму и охлаждения топливо долго остаётся мягким, полное отверждение проходит в течение 1-2 дней. За этим процессом нужно наблюдать, чтобы не деформировать топливо. Если после заливки в шашку вставляется стержень для формирования центрального канала, то его нужно слегка смазывать каким-нибудь маслом и обязательно вынимать через 8-12 часов, когда топливо ещё полутвёрдое. Сначала нужно провернуть стержень в топливе, чтобы он отлип, а потом вытаскивать вращательными движениями. Если дождаться полного отверждения, вытащить стержень будет практически невозможно.

При охлаждении и последующем отверждении происходит небольшое уменьшение объёма топлива, т.е. усадка. При этом на поверхности образуется небольшое углубление, это не опасно. Но из-за усадки топливо может отстать от стенок бронировки, в которую оно залито. Вот этого допускать нельзя, потому что во время работы двигателя фронт пламени пройдёт в эту щель, площадь горения резко возрастёт и двигатель может взорваться из-за повышения давления или прогара. Те, кто делает большие шашки, пишут, что после заливки топливо приходится часто подтрамбовывать по мере остывания и отверждения или шашку приходится зажимать в прессе или тисках, чтобы избежать отставания от стенок. Прочность прилипания бронировки к топливу проверяют так: легко постукивают звонкой монетой или тупой стороной ножа по бронировке, при этом глухой звук означает отставание бронировки, а звонкий - плотное прилипание. Не нужно стучать слишком сильно - топливо может растрескаться.

Полученное топливо гигроскопично, т.е. оно поглощает влагу из воздуха, если относительная влажность превышает 60-70%, при этом поверхность становится сначала липкая, а потом на ней появляется слой жидкости. Чтобы этого не происходило, ещё тёплое топливо помещают в полиэтиленовый пакет. Хранить топливо и готовые двигатели также необходимо в герметичной таре.

Готовое топливо должно быть похоже на монолитную непористую белую хрупкую пластмассу. Основной критерий качества топлива - это его скорость горения на открытом воздухе, она должна быть равна 2.6 мм/с. Для измерения скорости горения топливо заливают в трубочку диаметром 15-20 мм, длиной 20-40 мм, склеенную из двух оборотов офисной бумаги на ПВА или клеящем карандаше. После полного отверждения измеряют длину столбика топлива, устанавливают его вертикально, поджигают с верхнего конца, засекают полное время горения, делят длину столбика на время.

Описанный метод приготовления топлива придуман не мной, он является стандартом для сорбитовой карамели, так делают ракетомоделисты Америки, Европы, Австралии, о чём можно прочитать на их сайтах.

Ниже приведены свойства этого топлива, описанные на сайте Ричарда Накки:

Теоретическое уравнение горения при давлении 68 атмосфер (по данным PROPEP (Propellant Evaluation Program)):

C₆H₁₄O₆ + 3.345 KNO₃ -> 1.870 CO₂ + 2.490 CO + 4.828 H₂O + 2.145 H₂ + 1.672 N₂ + 1.644 K₂CO₃ + 0.057 KOH

[1] При давлении в камере 68 атм, наружное давление 1 атм.
[2] по данным PROPEP
[3] Измеренная (методом вытеснения жидкости), типичная
[5] Полный вес / количество молей газов

Зависимость теоретического удельного импульса от соотношения KNO3-сорбит.

Зависимость температуры горения и средней молекулярной массы продуктов сгорания от соотношения KNO3-сорбит.

Зависимость теоретического удельного импульса от давления в двигателе.

Экспериментальные данные зависимости скорости горения от давления в двигателе.