Kinetic study of selected combustion process

Abstract

Práce se zabývá třemi oblastmi ve výzkumu vlastností tuhých pohonných hmot (TPH). První oblastí je proces přípravy a následná charakterizace nasakovaných TPH s obsahem energetických komponent (RDX, BCHMX a chloristanu amonného) a s obsahem energetických plastifikátorů nitrocelulózy (DNDA 57 a BuNENA). Připravené vzorky byly charakterizovány měřením balistických parametrů, byla měřena termická stabilita, citlivost k nárazu a vliv stárnutí na chemickou stabilitu TPH. V případě energetických aditiv byl zjištěn pokles rychlosti hoření u TPH s obsahem RDX, zatímco u TPH s obsahem BCHMX a chloristanu amonného byl pozorován nárůst rychlosti hoření. U vybraných TPH byla studována kinetika termického rozkladu metodou DTA a DSC, aktivační energie pak byly vypočteny metodou Kissingera a Ozsawy. U měřených vzorků byl pozorován nárůst aktivační energie s obsahem energetických komponent. Obsah nitraminů v TPH zvyšuje jejich citlivost k nárazu, přičemž hodnoty citlivosti rostou s nárůstem obsahu nitraminů. Metodou vakuového stabilitního testu (VST) byl zjištěn nárůst chemické stability TPH s obsahem RDX a BCHMX. Druhou oblastí výzkumu bylo studium vlivu počáteční teploty TPH na jeho balistické parametry. Ke studiu byly využity tři komerčně vyráběné TPH. Porovnány byly dvě experimentální metody, měření na raketovém motoru a na SV-2. Měření na raketovém motoru bylo provedeno pro teploty zrna v rozsahu -60 až + 60°C, u SV-2 byla teplota zrna v rozsahu -20 až +60°C. U uvedených TPH byly charakterizovány rychlosti hoření, tlak a schopnost zapalitelnosti zrna. Všechny tyto parametry rostly s teplotou zrna a zároveň se zkracoval čas mezi iniciací černého prachu a iniciací samotného TPH. Dalším výsledkem studia bylo zjištění, že metody raketového motoru i měření na SV-2 poskytují srovnatelné výsledky. Poslední část práce byla zaměřena na srovnání tří metod měření balistických parametrů TPH, měření na raketovém motoru, na SV-2 a metody Strand burner. Uvedenými metodami byly charakterizovány balistické parametry čtyř homogenních TPH, přičemž na raketovém motoru bylo provedeno více než 60 ran, metodou Strand burner 56 ran a metodou SV-2 celkem 8 ran. Výsledky všech tří metod poskytly srovnatelné výsledky s velmi malými odchylkami. Při vzájemném srovnání všech tří metod vychází metoda raketového motoru jako časově i finančně nejnáročnější, avšak poskytující nejlepší výsledky ve vazbě na reálné využití TPH v raketě. Proto je vhodné tuto metodu charakterizace balistických parametrů TPH použít až u finálních kompozic.