Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Маярская Маргарита Евгеньевна

Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет
<
Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Маярская Маргарита Евгеньевна. Исследование путей повышения эффективности ракет космического назначения на основе газификации остатков жидкого топлива в баках ракет: диссертация ... кандидата технических наук: 05.07.07 / Маярская Маргарита Евгеньевна;[Место защиты: Омский государственный технический университет].- Омск, 2016.- 112 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Аналитический обзор существующих технологий повышения эффективности ракет космического назначения с маршевыми жидкостными ракетными двигателями 10

1.1 Анализ источников загрязнения околоземного космического пространства и районов падения отделяющимися частями РКН с маршевыми ЖРД 10

1.2 Обзор существующих технологий повышения эффективности РКН с маршевыми ЖРД 11

1.3 Функции окислителя в составе ГГС 16

1.4 Металлы в составе ГГС 19

1.5 Постановка задач исследования 20

1.6 Основные результаты и выводы по первой главе

2.1 Структура испытаний при проведении исследований ГГС на экспериментальных стендах 24

2.2 Программы и методики проведения испытаний 26

2.3 Состав экспериментального исследовательского стенда 29

2.4 Основные результаты и выводы по второй главе 35

Глава 3. Подбор газогенерирующих составов для осуществления газификации невыработанных остатков топлива в баках ступеней РКН с маршевыми ЖРД 36

3.1 Модель термодинамического равновесия сложных систем 40

3.2 Общие требования к системе газификации 42

3.3 Оценка параметров и процессов системы газификации

3.4 Оценка массы ГГС, необходимых для газификации КРТ 48

3.5 Основные результаты и выводы по третьей главе

4.1 Реализация методики получения частиц окислителя различных размеров для улучшения характеристик горения ГГС 65

4.2 Реализация методики повышения равномерности распределения частиц металла в составе ГГС 70

4.3 Расчет газогенератора на примере ГГС для БГ ОЧ второй ступени РКН типа «Союз-2.1.в» 85

4.4 Основные результаты и выводы по четвертой главе 91

Заключение 92

Обозначения и сокращения 94

Библиографический список 95

Функции окислителя в составе ГГС

Существуют способы довывода груза на орбиту, включающие использование собственной двигательной установки КА (на американской РКН “Space shuttle”), применение разгонных блоков типа «Фрегат», «Бриз», которые оснащены системами многократного включения двигателя и позволяют осуществить полноценно миссию выведения груза на орбиту. Однако, по завершении маневра ОЧ разгонного блока остается в ОКП, становясь объектом КМ.

Методы пассивации, связывания остатков КРТ или их заключение в особую конструкцию, устойчивую к разрушению, содержат в себе определенные трудности и не являются оптимальными.

Все методы, относящиеся к наличию остатков КРТ в баках, пусть и в нереакционноспособном состоянии, оставляют вероятность возникновения негативных последствий (взрывов, пожаров) вследствие непредвиденных обстоятельств (в частности, столкновений с объектами КМ), которые могут возникнуть в процессе спуска ступеней на поверхность Земли. Кроме того, требуется произвести существенную доработку конструкций и систем РКН, в том числе и перед пуском, чтобы обезвредить КРТ до падения на Землю. Если использовать данные методы для верхних ступеней, то, как было сказано, даже при обеспечении безопасности, относящейся к взрывоопасности объекта, он все же остается на орбите функционирования [15, 16, 17, 18, 21].

Дожигание или термическое разложение КРТ требуют разработки специфических устройств, которые утяжелят конструкции ступеней. Кроме того, необходимо тщательно подбирать вещества, реагирующие к КРТ, так как возможно протекание реакций с большим выделением тепла и газа, что повлечет за собой отклонения значений температуры и давления от норм прочности конструкции и будет способствовать ее разрушению. Обезвреживание хорошо изучено и применялось на практике [90], оно достигается путем подачи противоположного компонента в бак с испаряемым и является, несомненно, отличным способом нейтрализации негативного воздействия остатков КРТ на почвы и воды в РП на поверхности Земли. Данный метод, применим и для верхних ступеней, однако, объект остается по завершении процедуры на орбите.

В условиях невесомости, а также неопределенности положения остатков КРТ в баках сложно применять любые способы, относящиеся к вытеснению КРТ специальными устройствами или газами, так как необходимо сосредоточение остатков в области дренажных отверстий. Согласно исследований, проведенных НОЦ «Космическая экология» на базе МАИ, при завершении маршевым ЖРД своей работы вследствие перегрузок и изменения жесткостных характеристик нижних днищ топливных баков происходит перемещение компонентов внутри бака от нижнего к верхнему днищу, в результате чего жидкость в большинстве случаев занимает различные положения [86].

Системы сброса КРТ (в жидком или газообразном состоянии) в окружающее пространство через сопла сброса или маршевый ЖРД позволяют обеспечить полную выработку КРТ. Однако, существует опасность, что токсичные компоненты не успеют разложиться до безопасных составляющих до входа в атмосферу, поэтому требуется дополнительное исследование диапазона высот, для которых данные методы будут оптимальны. Кроме того, возможны случаи забивания дренажных отверстий снегом вследствие падения давления и замерзания образовавшегося конденсата.

Если использовать метод вскрытия баков, то возможны случаи разрушения конструкции ступени и образования большого числа обломков, которые, при падении на поверхность Земли, расширят области падения, увеличив негативное воздействие.

В представленной работе рассмотрены вопросы разработки и проведения испытаний основного элемента активной бортовой системы спуска отработанных ступеней (РКН) – системы получения теплоносителя за счет применения ГГС, включающих в себя такие компоненты, как окислитель, горючее, а также добавки для повышения скорости горения и тепловыделения в ходе газификации. 1.3 Функции окислителя в составе ГГС

Окислители являются источниками получения газообразных веществ, необходимыми для осуществления химической реакции. Для ЖГГ применяются жидкий или газообразный кислород, водород, фторид хлора, азотистые соединения и пр.

Фторид хлора и кислорода являются чрезвычайно сильными окислителями. Их применение нежелательно вследствие токсичности как исходных составов, так и продуктов реакции взаимодействия с другими веществами. Также известно, что керосин самовоспламеняется в присутствии данных окислителей, что делает их использование небезопасным [3].

Для окислителя в твердотопливных газогенераторах основной функцией является выделение значительного количества газообразных веществ (кислорода, азота или водорода) из твердых зарядов для обеспечения полноценной реакции горения [113-115, 116, 123, 128].

Перхлорат аммония в качестве окислителя в составе ГГС

Наиболее употребляемым в качестве окислителя является перхлорат аммония (ПХА) [94-96, 100, 117]. Данное вещество при разложении выделяет большое количество газообразных продуктов (содержание кислорода достигает 34 %), что способствует получению высоких значений удельного импульса. Несмотря на токсичность продуктов разложения [94], применимость данного окислителя широко известна. Существуют методы, позволяющие избежать образования хлористого водорода в ходе реакции горения – это добавки нитратов щелочных металлов или диоксида марганца (MnO2) и прочие [116]. Положительный эффект таких добавок был доказан в начале XX века несколькими зарубежными исследователями [99, 109].

Еще одним недостатком ПХА является высокая коррозионная активность, особенно в условиях высокой влажности, что сказывается на прочностных характеристиках КС и прочих элементах конструкций РКН. Рисунок 3 – Величина скорости горения образцов с частицами ПХА различных размеров при давлении, варьируемом от 1 до 100 атм

Для перхлората аммония, входящего в состав ГГС, необходимо обеспечить сочетание частиц различных размеров в составе топлива. В работах [3, 95, 96] говорится распределении частиц данного окислителя по размерам: два или три типа размеров в составе образцов. Круг исследователей, занимавшихся вопросом горения составов на основе ПХА, огромен, например, Kishore (1979) и Ramohalli (1984), Brill и Budenz (2000), Summerfield и др. (1960), Hermance (1960), Waesche (1969), Beckstead и др. (1970), Price и др. (1986), Chorpening и Brewster (2002), Ramakrishna и др. (2002), Bandera A., De Luca L., Shusser M., Miller M.S. и т. д. Выявлено, что добавка мельчайших частиц к более крупным способствует сокращению времени, требуемого для достижения полноценного горения образца (при отсутствии внешнего нагревательного воздействия) [3 с. 153, 97]. Уменьшение размера частиц ПХА увеличивает влияние на скорость диффузионного горения, а, следовательно, на скорость образования зоны смешенного горения. На рисунке 3 представлена зависимость скорость горения образцов от размерности ПХА для состава, содержащего 86 % ПХА, в качестве связующего использовался полибутадиен с концевыми гидроксильными группами

Состав экспериментального исследовательского стенда

Методика повышения равномерности распределения частиц металлов в составе ГГС рассмотрена на примере алюминия, введенного в полимерную матрицу (полибутадиен с концевыми гидроксильными группами). Равномерное распределение частиц позволяет получить однородный по консистенции состав, при горении которого снижена вероятность возникновения агломератов, влияющих на полноту сгорания образца, равномерность горения, объем тепловыделения, наличие осадка по завершении процесса горения.

За основу берется ранее разработанная на базе SPLab последовательность, в которую вносятся изменения на основе экспериментального исследования влияющих на дисперсию параметров.

Для исследований требовалось применение, а также адаптация экспериментальных стендов к задачам, поставленным в работе. Подтверждением применимости данной методики служат результаты проверки произведенных согласно методике образцов – величины теплопроводности и плотности образцов.

Центробежная шаровая мельница Для получения частиц окислителя требуемых размеров использовалась центробежная шаровая мельница, представленная на рисунке 9. Рисунок 9 – Центробежная шаровая мельница С помощью данной установки возможна работа, как с сухими, так и с влажными веществами (порошками), представленными в широком диапазоне начальных размеров.

Перемалывание осуществляется за счет центробежного движения шариков из оникса в размольном стакане с исследуемым порошкообразным веществом. В состав мельницы входят специальные металлические диски, уравновешивающие емкость для перемалывания в ходе вращательных движений центрифуги установки. Количество таких дисков зависит от веса исследуемого порошка, массы размольного стакана, в который он помещается, количества (соответственно, массы) шариков, используемых при измельчении. Устройство для просеивания частиц порошковых составляющих ГГС После измельчения необходимо отделить частицы требуемого размера от более крупных. Для таких операций использовалась гравитационно просеивающая установка (например, Октагон Диджитал Перформер) по просеиванию порошков сквозь сита различных размеров, она изображена на рисунке 10.

Гравитационно- просеивающая установка Данная установка представляет собой вибрирующую конструкцию – просеивающую башню, наподобие шейкера, с множеством сит, представленных в широком диапазоне размеров, а также подходящих для разных исходных веществ (по типам материала). Схожее оборудование, а также его технические характеристики представлены в [71].

Определение действительных размеров частиц порошков, собранных в емкости после просеивания, выполнено с помощью анализатора размера частиц – гранулометра (Малверн Мастерсайзер), представленный на рисунке 11. Точность прибора составляет более 1% [40].

Дисковая установка исследования теплопроводности образцов ГГС В работе все исследования теплопроводности осуществлялись с использованием установки, специально разработанной, наподобие дисковой установки Ли [128], представленной на фотографиях и схематично (рисунок 13).

Общий вид и схема экспериментальной установки: 1 – термопара, 2 – нагревательный элемент, 3 – образец, 4 – диск “C”, 5 – диск “B”, 6 – диск “A”, 7 – винт-фиксатор,8 – подаваемое напряжение и ток, 9 – тефлоновые цилиндры Агломераты в составе образцов ГГС снижают приращение термодинамических свойств, которое должно происходить при использовании наноразмерных частиц компонентов [102]. Измерение теплопроводности позволяет косвенно определить равномерность распределения металлов в составе ГГС.

Процедура определения температуры дисков заключается в следующем: используется дисковая установка, состоящая из трех дисков и воспламенителя диаметром 0,0402 м. Все диски плотно прижаты друг к другу и закреплены с помощью специальных винтов. Параметр температуры для каждого диска различен и зависит от положения: диск «C» расположен в непосредственной близости от нагревательного элемента, затем – диск «B», который получает часть тепла от нагревателя, диска «C» и образца топлива, как и диск «A».

Образец расположен между дисками «A» и «B», все диски соединены вместе и скреплены специальным винтом. По образованному соединению идет ток и напряжение, процесс регистрации данных и длится фиксированное время, а именно, 20000 секунд: после получения на экране осциллографа данных о том, что температура постоянна, процесс фиксации данных автоматически прекращается.

Далее информация сохранялась, осуществлялось измерение толщины использованного при проведении эксперимента образца (штангенциркулем). Также фиксировались значения напряжения и тока (в начале и в конце эксперимента). Сигнал с цифрового осциллографа, трансформировался с помощью программы Labview 7. Полученные образцы сжигались для экспериментального установления скорости их горения [122]. Целью было подтверждение равномерности распределения частиц. Доказательством служила скорость сгорания в камере установки. Установка для сжигания произведенных образцов ГГС Установка для сжигания произведенных образцов представлена на рисунке 14 [122].

Установка для сжигания образцов: 1 – КС, 2 – манометр, 3 – компьютер для регистрации данных, 4 – высокоскоростная съемка видео камерой, 5 – контроллер давления, 6 – подача азота, 7 – выход газа Камера сгорания изготовлена из холоднокатаной листовой нержавеющей стали, ее внутренний объем составляет 0,8 л. Внутри расположен стол с фиксатором для исследуемого образца, воспламенитель расположен на близком от образца расстоянии (два электрических провода переходят в нагревательный элемент-провод, толщиной 0,5 мм, передающий энергию, необходимую для зажигания образца). В нижней части КС установлен порт для подвода газа наддува. Продукты сгорания и газ наддува удаляются из системы посредством труб, подсоединенных к подвижной части КС. Сброс осуществляется через два отверстия, одно из которых соединено с двумя электроклапанами, регулируемыми контроллером давления для поддержания необходимого давления в ходе испытаний. Другое отверстие соединено трубкой непосредственно с внешней частью КС, и газообразные продукты сбрасываются через клапан в окружающее пространство. Данный выход используется для очищения КС после проведенных испытаний. Каждое испытание фиксируется специальной высокоскоростной видеокамерой Photron Ultima APX с разрешением 10241024 пикселей, располагаемой на задней подвижной части КС. Возможна съемка до 120000 снимков в секунду с разрешением 512256 пикселей.

Для преобразования данных с видеокамеры применялся программный пакет «Гидра», определяющая фронт горения в каждой точке поверхности [122]. Скорость горения образцов определена в широком диапазоне давлений 1 – 70 атмосфер, проведено по три попытки для каждого значения давления. После регистрации и обработки данных по уравнению зависимость линейной скорости горения от давления.

Оценка массы ГГС, необходимых для газификации КРТ

Для повышения энергетических характеристик ГГС было проведено исследование возможности получения мельчайших частиц перхлората аммония [20].

В ходе исследования использовался порошок ПХА с исходными размерами частиц 80 мкм. Задачей было получение частиц менее 20 мкм (гл. 2). Исследовалась различная начальная масса образца (ПХА), который измельчался: 2, 3, 5 г. В установке для перемалывания (рисунок 9) использовалось до 3 шариков из оникса крупного и до 2 – мелкого размера. В зависимости от количества и размеров шариков менялся результат измельчения частиц порошка. При просеивании полученного материала также применялись шарики, но из агата – до 6 штук. Они добавлялись в сито вместе с перемолотым порошком и способствовали тщательности и быстроте отделения крупных и мелких частиц.

Ниже описаны параметры, учтенные при измельчении ПХА: - вес порошка ПХА (начальный) – mн; - время перемалывания – tи, с; - время просеивания, tп, с; - амплитуда просеивания, aп, мм; - количество шариков в процессе перемалывания – vк и, vм и (к – крупные, м – мелкие); - количество шариков в процессе просеивания – v п. В ходе исследования было проведено 70 тестов. Процедура включала следующие стадии. 1. Исследуемое количество образца (порошка) помещается в центробежную шаровую мельницу. 2. К порошку добавляется различное количество крупных и мелких шариков из оникса. 3. Время измельчения задается и устанавливается на панели прибора. 4. После перемалывания полученный порошок извлекается из чаши мельницы, перекладывается в сито с размером ячеек 20 мкм. 5. Выбираются время и амплитуда просеивания частиц ПХА. 6. Частицы размером от 80 до 20 мкм остаются в сите в конце процедуры, в то время как более мелкие из них падают в емкость, установленную под ситом. Порошок ПХА, скопившийся в нижней емкости Октагон Диджитал Перформер (рисунок 10), необходимо взвесить для определения эффективной массы полученных мельчайших частиц. Для этого используются высокоточные весы. С помощью лопатки порошок перемещают в емкость на весах. Полученные данные фиксируются.

Исходя из результатов тестов, была выбрана оптимальная процедура получения мельчайших частиц окислителя (ПХА) для ГГС. Влияющими параметрами были следующие. Вес порошка ПХА, помещаемый в емкость для измельчения Эффективность процедуры измельчения оценивалась с помощью данных о весе и размерах частиц ПХА, собранных в емкости после прохождения всех его стадий, а также о начальном весе порошка mн.

Для получения частиц ПХА размером менее 20 мкм лучше использовать малые количества исходного вещества – 2 г. Исходный размер частиц, помещаемых в емкость для измельчения, составлял 80 мкм (рисунок 28). Рисунок 28 – Эффективность измельчения ПХА в зависимости от веса порошка, взятого для проведения исследования (mн)

Под эффективностью понимается вес частиц требуемого размера, соотнесенный с весом частиц исходного размера. Количество шариков из оникса – второй влияющий фактор

Влияние на результативность процесса перемалывания и просеивания порошка оказывает количество шариков, добавляемых в емкости при измельчении и просеивании (в первую – шарики из оникса vк и, vм и, во вторую – из агата v п). В установке имеется 3 крупных и 2 мелких (в 2 раза меньше) шариков. Мелкие шарики добавлялись наряду с крупными, чтобы повысить эффективность перемалывания. Их число оставалось фиксированным на протяжении всего исследования и равнялось 2. На основании тестов отмечено, что оптимальным является применение двух шариков крупных размеров во время работы шаровой мельницы.

Время измельчения порошка Время измельчения (tи) также влияло на результат. Установлено, что 7 минут недостаточно для измельчения ПХА (80 мкм) для достижения частицами размеров 20 мкм в (при большем времени измельчения количество получаемого порошка с размером частиц менее 20 мкм было больше). Время, равное 10 минутам, является оптимальным.

Время и амплитуда просеивания частиц ПХА Эффективность метода получения мельчайших частиц порошков зависит от амплитуды (ап) и времени (tп) их просеивания с помощью установки Октагон Диджитал Перформер (рисунок 10). В ходе исследований показано, что ап = 9 будет наиболее подходящим вариантом, чем, например, ап = 7. Пяти минут оптимальны, в то время, как трех минут недостаточно для тщательного отделения мельчайших частиц от крупных, а семи - слишком много, что может привести к попаданию более крупных фракций в емкость с более мелкими частицами.

Влияние количества шариков во время просеивания ПХА Всего в установке предусмотрено 4 шарика (v п = 4) из агата, что является оптимальным вариантом при просеивании. Влияние параметров влажности и температуры в помещении на эффективность Для каждого из тестов, проводимых в лаборатории, устанавливали поддерживались равные условия температуры и влажности. Порошок ПХА предварительно помещался в печь с температурой 36 С для удаления влаги (чем меньше частицы ПХА, тем он более гигроскопичен). В комнате для проведения исследования температура составляла 20 С. Для сравнения проведены исследования порошка, высушенного предварительно (12 часов в печи), ПХА, хранящегося в емкости в условиях лаборатории (то есть содержащего влагу - без высушивания) и смеси двух данных типов порошков. Результаты представлены в таблице 10.

Влажность и температура ПХА (начальные условия) для каждого из тестов были одинаковыми за счет предварительного высушивания порошка в печи. На рисунке 29 представлены результаты пяти контрольных испытаний, основанных на применении выбранных параметров (таблица 14). Рисунок 29 – Подтверждение эффективности процедуры получения частиц ПХА размером менее 20 мкм (согласно таблице 11) Просеянные частицы ПХА исследованы с помощью гранулометра (рисунок 11), результаты представлены на рисунке

Размеры частиц ПХА, полученных с помощью разработанной процедуры Можно отметить три пика, отражающих распределение частиц по размерам: все частицы имеют размер, много меньший 20 мкм – от 1,5 до 10 мкм. Средняя величина частиц равна 7,865 мкм. Эффективность разработанной процедуры составила 13 %. За время исследований использовано 300 г исходного порошка – ПХА размером 80 мкм. Вес собранных в результате процедуры измельчения и просеивания частиц размером менее 10 мкм составил 40 г.

Расчет газогенератора на примере ГГС для БГ ОЧ второй ступени РКН типа «Союз-2.1.в»

Увеличение продолжительности ультразвукового воздействия на образцы топлив с 0,5 часа (а) до 1 часа (б) (5-кратное увеличение) Вследствие улучшения дисперсии частиц алюминия в два раза после увеличения времени смешивания компонентов и воздействия ультразвуком, предложено еще на полчаса увеличить время ультразвукового воздействия. Таким образом, время смешивания и ультразвукового воздействия составило полтора часа. После перемещения в формы смеси отмечено, что состав слишком вязкий и процесс загустевания и затвердевания замедлился. Во время извлечения форм из печи (23 + 2 часа) состав все еще оставался жидким. Увеличение времени пребывания в печи 36C на несколько дней не дало положительного результата. После 4 суток ожидания формы были извлечены из печи: лишь один образец затвердел настолько, чтобы можно было его извлечь – для определения плотности. На рисунке 39 отчетливо видны незатвердевшие образцы и расслоение смеси: полимерная основа отделилась от порошковых компонентов.

Предположительно, это было вызвано увеличением времени смешивания и ультразвукового воздействия на компоненты.

Результаты увеличения времени смешивания и воздействия ультразвуком до 1,5 часов В результате проведения серии опытов по усовершенствованию образцов ракетных топлив была предложена процедура, оптимальная для их изготовления (таблица 12).

Время затвердевания в печи при температуре 60C, ч 2 Существует множество методов оценки эффективности проведенных усовершенствований. К ним можно отнести испытание образцов на растяжение (деформация), исследование динамических и механических характеристик образцов [122], расчет значений величины теплопроводности, скорости горения составов (показатель равномерности распределения алюминия в составе образца), а также данные о плотности образцов. В данной работе исследователем проводились эксперименты по определению теплопроводности и плотности образцов.

Изучение теплопроводности образцов В ходе исследований, начавшихся еще в конце 19 века (Maxwell, 1881), было выведено множество зависимостей величины теплопроводности от влияющих факторов. Вопросом теплопроводности занимались Lee E.C. и др., Wang Q. и др., Muller F. и др., Du F., Scogna R.C., Zhou W., Hong H.S., Hong T.K., Price D.M. и др.

Чем равномернее распределены частицы металла (высокая степень дисперсии) в составе образца, тем большая величина теплопроводности достигается [102, 122, 130]. Образование и величина осадка в ходе горения топливного состава зависят от нескольких факторов, к которым относится и размерность частиц металлов. Для частиц сферической формы радиусом rp и плотностью p коэффициент, отражающий возможность выпадения осадка согласно теории Стокса-Эйнштейна равен v = (2r2p(p-f)g)/9f, (30) где f, f – плотность и вязкость жидкой среды, в которой находятся частицы металла [98].

Из уравнения видно, что чем больше радиус частицы, тем выше коэффициент, отражающий вероятность выпадения осадка. Этот факт доказывает необходимость использования в составах частиц меньших размеров.

Требовалось исследовать теплопроводность изготовленных образцов с помощью дисковой установки (рисунок 13).

Проведены эксперименты для тефлона, неопрена, значения сопоставлены с указанными в справочной литературе [56]. Проверка проведена для удостоверения верности работы установки. В таблице 13 приведены данные о величине k для каждого из исследованных образцов.

Величина теплопроводности в зависимости от даты изготовления образца ГГС Среднее значение k =1,672 Вт/мK. Величина теплопроводности для большинства образцов находится в пределах 1,5 Вт/мK. Согласно данных, использованных для проверки верности применяемого подхода (сравнительный анализ расчетных величин и данных различных источников для тефлона, неопрена и алюминия), данный метод подтверждения эффективности применения усовершенствований составов является верным. Исследование плотности полученных образцов Для исследования плотности использован метод гидростатического взвешивания, основанный на законе Архимеда. Для опытов необходима емкость с чистым спиртом плотностью спирт = 0,8097 кг/м3. Рассчитана плотность исследуемого образца: где спирт = 0,8097, г/см3 – плотность спирта; s р – плотность образца, г/см3; Wвозд. – вес образца в воздухе, г; Wжид. – вес образца в жидкости, г.

Так как исследовался состав топлива как включающий в себя алюминий, так и не содержащий его (вариант только с сажей), то величина плотности, с которой сравнивали полученные значения, следующая: Al = 0,922 г/см3; Al+CB = 0,924 г/см3 [122]. Данные после сравнения отличаются ( = s р-s Al+CB или = s р-s Al) менее, чем на 1 %. Исследование скорости горения образцов Полученные образцы сжигались для экспериментального установления скорости их горения [122]. Целью было подтверждение равномерности распределения частиц. Доказательством служила скорость сгорания в камере установки.

Установка для сжигания произведенных образцов представлена на рисунке 14, гл. 2. После преобразования данных с видеокамеры и обработки в пакете «Гидра» были получены следующие коэффициенты в уравнении Сен-Роберта (таблица 14, рисунок 41).