Эксплуатация и хранение смесевых ракетных твердых топлив

Смесевые ракетные твердые топлива (СРТТ) широко применяются в ракетно-космической технике. В составах СРТТ в качестве металлического горючего применяется порошкообразный алюминий, и в качестве окислителя перхлорат аммония (ПХА). Лишь в отдельных частных случаях в качестве горючего рассматривались бериллий, гидрид алюминия, цирконий, а в качестве окислителя - нитрат аммония и перхлорат калия. Топлива содержат также различные добавки специального назначения: пластификаторы, катализаторы, поверхностно-активные вещества и т.п. В качестве горючего-связующего применяются каучуки и олигомеры: полисульфидные, нитрильные, полиуретановые, полибутадиеновые с функциональными гидроксильными или карбоксильными группами, которые получили широкое применение. Наиболее распространенная технологическая схема базируется на принципе заливки топливной массы в корпус двигателя под вакуумом [1].

В процессе хранения и эксплуатации СРТТ могут находиться в достаточно жестких условиях и подвергаться воздействию различных факторов. Температурный диапазон применения и хранения в большинстве случаев охватывает область от 50°С (и даже 75°С) до минус 50°С.

Полимерную основу СРТТ составляют линейные или пространственно сшитые каучуки и олигомеры, которые способны под действием небольших нагрузок к большим обратимым деформациям. В первом случае СРТТ проявляют свойства термопластов и могут находиться в стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем состоянии. В большинстве же случаев СРТТ являются термореактивными системами и могут быть в двух состояниях: высокоэластическом и стеклообразном. При этом температурный диапазон высокоэластического состояния может составлять 250-300°С, а для стеклообразного состояния топлив на неполярных связующих может составлять от минус 50°С до минус 80°С. Температура термического разложения равна 200-240°С. Во всем диапазоне от минус 50°С до 240°С СРТТ проявляют высокоэластические свойства. Температура хрупкости СРТТ лежит на 10-20°С ниже температуры стеклования (до минус 100°С). В интервале от минус 50°С до минус 100°С СРТТ способно к вынужденно-эластической деформации. Основным видом деформации СРТТ является высокоэластическая деформация. Таким образом, полимерная каучукоподобная основа СРТТ предопределяет резкую разницу в механическом поведении и механических характеристиках СРТТ [2].

Наибольшее значение для СРТТ имеют деформационные и прочностные свойства при растяжении, так как в большинстве случаев они применяются в варианте прочного скрепления заряда с корпусом двигательной установки. В тех случаях, когда СРТТ применяется в виде зарядов вкладного варианта, важное значение приобретают его механические свойства при деформации сжатия. Чаще всего процесс разрушения СРТТ представляют как процесс, протекающий в следующие три основные стадии: 1) распад (разрыв) перенапряженных связей структуры СРТТ, не сопровождающийся изменением объема; 2) возникновение и накопление микроскопических разрывов сплошности (микропор) материала; 3) локализация разрушения, образование макротрещины и ее рост. Общая деформация материала реализуется за счет деформирования связующего и накопления микропор [3].

Поэтому для всех видов топлив определяются гарантийные сроки хранения. Различают срок служебной пригодности - это время, в течение которого топлива сохраняют эксплуатационные свойства на требуемом уровне при полной безопасности в обращении, и срок безопасного хранения - это время, в течение которого исключается возможность самопроизвольного воспламенения или взрыва. Срок служебной пригодности и срок безопасного хранения обычно не совпадают. СРТТ на

«штатных» компонентах имеют стабильность, гарантирующую срок их служебной пригодности в течение не менее 10-12 лет [4].

Основными направлениями повышения стабильности СРТТ являются: 1) построение термодинамически устойчивых систем «связующее-пластификатор»; 2) выбор максимально устойчивых полимеров и систем отверждения; 3) исключение малостойких газогенерирующих наполнителей; 4) применение высокочистых компонентов, антиоксидантов и поглотителей газообразных продуктов разложения; 5) соблюдение норм по содержанию общей и внутрикристаллической влаги; 6) разработка мер, исключающих диффузию пластификатора из топлива и защитно-крепящего слоя; 7) обеспечение разгрузки зарядов за счет оптимизации конструкции.