книги / Прогнозирование сроков служебной пригодности зарядов из порохов и твердых ракетных топлив
..pdfИзменение содержания компонентов приводит к снижению теплоты и скорости горения топлива в слое, прилегающем к бронепокрытию. Таким образом, миграция компонентов может привести к преждевременному спа ду давления в камере сгорания, неполному сгоранию и даже выбросу кон тактирующего с бронирующим слоем топлива из камеры двигателя. Кроме того, может снижаться термическая устойчивость бронепокрытия, оно ста новится частично горючим, чем ухудшаются его теплозащитные свойства.
Аналогичная картина может наблюдаться в зарядах из СТРТ, где в результате обеднения содержания пластификатора в пограничных с ЗКС или бронепокрытием слое происходит изменение механических или балли стических характеристик топлива.
Общие закономерности диффузии пластификаторов в нитрополиме рах позволяют предположить, что миграция в бронепокрытие характерна для полимеров, содержащих полярные группировки и обладающих доста точно гибкими цепями макромолекул. Полимеры, отличающиеся низким содержанием полярных групп, напротив, не должны сильно сорбировать пластификаторы топлива. Низкой сорбционной способностью должны об ладать жесткие и сильно сетчатые полимеры. Скорость миграции пласти фикаторов в топливах и бронирующих покрытиях определяется их моле кулярным объемом, что открывает определенные возможности для регу лирования интенсивности миграционных процессов. Это главным образом относится к диффузии пластификаторов бронепокрытия в топливо, так как промышленность обеспечивает достаточно широкий выбор пластификато ров для полимерных пластиков, чего нельзя сказать о пластификаторах то плив.
В литературе существует несколько концепций, объясняющих ми грацию качественно.
Одной из таких концепций является концепция силы притяжения, которая основана на том факте, что электростатическая сила притяжения
Однако не только подбором полимеров в качестве основы брони рующих покрытий и введением в полимер минеральных наполнителей можно избежать или уменьшить вредные последствия миграционных про цессов. Эффективным способом снижения миграции пластификаторов яв ляется также введение пластификатора топлива в бронирующее покрытие в количестве, равном равновесному состоянию системы. Значительное внимание уделяется исследованиям по изысканию возможности создания непроницаемых перегородок между топливом и бронеслоем. Введение барьерных покрытий (обычно из полимеров, имеющих высокую плотность поперечных сшивок) подтверждает последнюю концепцию.
Выбор эффективных путей подавления миграции компонентов тре бует детального исследования и моделирования массообменных процессов в зарядах. Для прогнозирования лимитированных миграцией сроков слу жебной пригодности (ССП) зарядов необходимо знать поля распределения компонентов по объему заряда для любого момента времени хранения и эксплуатации. Затем на основании зависимостей свойств топлива от его состава поля распределения концентрации можно преобразовать в поля изме нения свойств топлива по своду заряда и затем оценить работоспособность заряда с данным распределением свойств по объему заряда.
В системных терминах (см. гл. 6 раздела 1) задача прогнозирования лимитированных миграцией ССП требует нахождения решения следующей системы уравнений:
У а (0 = ср(Г,Го, У0а ,Я ),
УР(0 = Х('> Y \ X),
= |
X ). |
Здесь Уа (/) - поля распределения концентрации диффузионно-активных компонентов, Y \t ) - поля распределения свойств (механических, балли
Из приведенных зависимостей видно, что скорость диффузии тем выше, чем больше градиент концентрации, меньше вязкость среды и разме ры диффундирующих частиц. Повышение температуры также способствует увеличению скорости диффузии как за счет повышения интенсивности те плового движения молекул, так и за счет снижения вязкости диффунди рующего вещества. Кроме того, с повышением температуры повышается упругость паров компонентов, что сопровождается интенсификацией про цесса их десорбции (улетучивания) с поверхности пороха. Это, в свою оче редь, вызывает повышение и увеличение скорости диффузии.
К настоящему времени накоплен большой экспериментальный мате риал по исследованию диффузионных процессов. Установлено, что для ряда полимерных материалов диффузия не поддается описанию уравне ниями Фика.
С ,%
Рис. 15. Профили концентрации пластификатора ОСФ в СТРТ на основе полидивинилизопрен-
уретанового каучука |
(тело I) |
и бронепокрытия из |
резины |
Р-864М (тело II).
а - исходная концентрация ОСФ (после изготовления изделия), b -ч ер ез3 0 сут выдержки при
температуре 80 °С.
На рис. 15 приведены результаты исследования диффузионного про цесса в двухслойной системе тел, моделирующей адгезионный слой топ ливо - бронепокрытие крупногабаритного заряда РДТТ. Объект исследова-
С точки зрения термодинамики, потенциалом любого выравниваю щего процесса является рост энтропии. При постоянных давлении и тем пературе в роли такого потенциала массопереноса выступает химический потенциал р, обусловливающий поддержание потоков вещества. Прямая замена р на с в ряде случаев становится некорректной. Например, в случае малых концентраций, где химический потенциал связан с концентрацией по логарифмическому закону. Или при наличии дополнительного поля (электрического или силового), наложенного параллельно градиенту хи мического потенциала, так как оно нарушает стационарное состояние и та ким образом вызывает отклонение от законов Фика.
Уравнения Онзагера, несмотря на их внешнюю скромность, сыграли громадную роль в развитии термодинамики необратимых явлений. Сам Онзагер проверил их практическую значимость в работах по электропро водности, вязкости и диффузии. Более подробно об этом можно узнать в работах по неравновесной термодинамике [10]. Здесь мы лишь рассмот рим основные положения теории массопреноса.
Наиболее часто используемой математической моделью процессов переноса массы, энергии, импульса и т.д. является математическое выра жение закона сохранения, которое называют уравнением баланса. Пусть а,
представляет собой плотность массы, заряда, энергии, импульса или дру гих величин, характеризующих вещество,/ - плотность потока, а /, - плот ность источника. Тогда уравнение баланса для я, можно записать таким образом:
5 ^
/>
дт
где — - скорость изменения величин я,- в локальной области пространст-
дх
ва, V/ - дивергенция или расходимость потока субстанции я, через по верхность данной локальной области, /, - количество субстанции я,, возни-
