Pulse Nozzle Setup With a Charge of High-Density Composite Propellant Burning in the Low-Velocity Detonation Mode

Abstract

Аннотация: Излагаются результаты, касающиеся применения низкоскоростной детонации (НСД) в высокоплотных блочных зарядах для создания малогабаритных и взрывобезопасных сопловых ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) с высокой тягой и коротким (не более 2 мс) временем работы. Опыты проводили в лабораторном сопловом устройстве, состоящем из цилиндрической камеры с дожигательной полостью и блока с соплом-диффузором. Топливо готовили прессованием до пористости 2%-4% из порошкообразной смеси перхлората аммония (ПХА) с полиметилметакрилатом (ПММА) 85/15 либо из тройной смеси этих компонентов с 15% гексогена. Инициирование НСД осуществляли с помощью разработанного авторами способа с использованием таблетки прессованного гексогена определенной длины, поджигаемой штатным капсюлем-воспламенителем. Свойства таблетки подбирались таким образом, чтобы ускорение горения в ней приводило к НСД, имеющей скорость 1,4-2 км/с. Такой же процесс возбуждается в топливном заряде. Показано, что прессованные смесевые заряды обеспечивают устойчивую работу соплового устройства и высокий удельный импульс тяги, который в опытах базовой конфигурации при плотности заряжания 0,65 г/см 3 составил 222 с для смеси ПХА/ПММА 85/15 и 236 с для смеси с добавкой гексогена. Основными факторами, воздействующими на удельный импульс тяги, являются длина дожигательной полости и степень расширения сопла. При увеличении степени расширения сопла до 10 удельный импульс превысил 250 с. Основное выделение химической энергии происходит в облаке горящих частиц после прохождения фронта волны НСД. Измерения давления, проводимые с помощью высокочастотных пьезокварцевых датчиков, показали, что на стадии распространения НСД по заряду давление в волне имеет амплитуду 1-1,2 ГПа. После выхода волны из заряда в дожигательную полость давление в пике снижается до 300-400 МПа. Показано, что литые полимеризованные топлива, применяемые для горения в РДТТ, типа ПЭКА-54 не подходят для работы в режиме НСД. Структура топлив должна быть близка к той, которая характерна для прессованных зарядов. * Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 16-08-00299). 1 Институт химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук,