ИСТИНА

Для повышения энергетических характеристик смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ) в их состав вводят порошкообразные горючие. Наиболее распространенным в настоящее время металлическим компонентом СТРТ является алюминий. Его содержание в твердых ракетных топливах обычно не превышает 20-22% по массе; в пиротехнических составах содержание металла может достигать 50% и более. Размеры частиц алюминия в современных СТРТ лежат в пределах 5…50 мкм. Применительно к ракетно-прямоточным двигателям (РПД) активно разрабатываются смесевые составы на основе бора или боридов алюминия и магния, частицы которых имеют размеры 1-10 мкм, а их содержание в топливе может достигать 40%. Применение порошкообразных горючих в СТРТ позволяет существенно повысить удельный импульс и плотность топлива, а также способствует подавлению акустической неустойчивости в ракетных двигателях, делая процесс горения СТРТ более стабильным. При горении таких СТРТ образуется большое количество конденсированных продуктов сгорания (КПС). Содержание КПС может достигать 70%. Течение двухфазной смеси в сопловом тракте РДТТ и в камере дожигания РПД приводит к дополнительным (двухфазным) потерям удельного импульса, которые увеличиваются с ростом среднего диаметра частиц к-фазы и уменьшением диаметра минимального сечения сопла, и могут достигать (5-8)%. Инерционное выпадение частиц к-фазы на стенки камеры сгорания может приводить к прогару корпуса ракетного двигателя и потере его работоспособности. Особенности воспламенения и горения бора могут приводить к неполному сгоранию топлива в рабочем тракте РПД, что снижает эффективность двигателя. Так, в зависимости от организации рабочего процесса в камере дожигания РПД полнота сгорания топлива может изменяться в пределах 0.6…0.97. Эксперименты показывают, что частицы КПС, образующиеся при горении таких составов, имеют размеры в десятки и сотни раз превышающие размеры исходных частиц порошкообразного горючего в топливе, что и приводит к указанным выше явлениям. Увеличение размеров частиц КПС является результатом агломерации и конгломерации исходных частиц на поверхности горения и образования больших капель – агломератов или больших кластеров (конгломератов), состоящих из спекшихся частиц. В данной работе обсуждаются имеющиеся данные по агломерации микронных частиц алюминия и конгломерации частиц бора и наноразмерных частиц алюминия. Обсуждаются механизмы этих процессов и их математические модели. Рассматриваются методы моделирования агломерации частиц алюминия и конгломерации частиц бора и наноразмерных частиц алюминия при горении СТРТ. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-19-00541.