Đánh giá khả năng ứng dụng nhiên liệu dạng kem cho động cơ hành trình tên lửa tầm gần

Bài viết trình bày nghiên cứu khả năng ứng dụng nhiên liệu dạng kem cho động cơ hành trình tên lửa tầm gần trên cơ sở phân tích, tính toán nhiệt động quá trình cháy nhiên liệu dạng kem. Đây là dạng nhiên liệu đang được nhiều nước quan tâm phát triển trong thời gian gần đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá khả năng ứng dụng nhiên liệu dạng kem cho động cơ hành trình tên lửa tầm gần Thông tin khoa học công nghệ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU DẠNG KEM CHO ĐỘNG CƠ HÀNH TRÌNH TÊN LỬA TẦM GẦN Nguyễn Hữu Tùng1*, Hoàng Thế Dũng2 Tóm tắt: Nâng cao năng lượng cho nhiên liệu để tăng lực đẩy của động cơ là một yêu cầu quan trọng trong thiết kế, chế tạo cũng như cải tiến các tên lửa hiện nay. Bài báo trình bày nghiên cứu khả năng ứng dụng nhiên liệu dạng kem cho động cơ hành trình tên lửa tầm gần trên cơ sở phân tích, tính toán nhiệt động quá trình cháy nhiên liệu dạng kem. Đây là dạng nhiên liệu đang được nhiều nước quan tâm phát triển trong thời gian gần đây. Kết quả thu được định hướng cho những nghiên cứu tiếp theo về dạng nhiên liệu mới này cũng như xây dựng chi tiết đơn thành phần nhiên liệu cho liều phóng động cơ hành trình tên lửa tầm gần. Từ khóa: Động cơ tên lửa; Nhiên liệu tên lửa; Nhiên liệu kem. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nhiên liệu dạng kem (NLK) là nhiên liệu hỗn hợp có trạng thái vật lý ở dạng trung gian giữa thể lỏng và thể rắn, là hệ keo trong đó dung môi là chất cháy-kết dính (cao su lỏng-nhớt) chứa chất oxy hóa và các phụ gia, xúc tác khác. Với đặc tính của chất lưu phi Niu-tơn, độ nhớt của NLK bị thay đổi dưới tác dụng của ngoại lực, lợi dụng điều này NLK có thể được sử dụng được ở nhiều trạng thái khác nhau, có độ nhớt thấp như nhiên liệu lỏng hoặc độ nhớt cao với cấu trúc tương tự nhiên liệu rắn [4], [5]. NLK có đặc trưng năng lượng cao và công nghệ sản xuất đơn giản hơn đáng kể so với các loại nhiên liệu rắn (NLR), tận dụng được nguyên liệu và máy móc sản xuất của nhiên liệu hỗn hợp, nhiên liệu có thể nạp vào động cơ có hình dạng kích thước khác nhau. Vì vậy các tác giả tiến hành nghiên cứu định hướng xây dựng đơn thành phần, đánh giá khả năng NLK thay thế thuốc phóng keo cho động cơ hành trình (ĐCHT) tên lửa tầm gần với thông số làm việc và kích thước động cơ hành trình được trình bày trong bảng 1 [1]. Bảng 1. Các thông số liều phóng động cơ hành trình. Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Tổng xung lượng lực đẩy thực nghiệm, N.s I N.s 2320...2700 2 Thời gian hoạt động, s t s 24...29 3 Khối lượng liều phóng, kg m kg 1,52 4 Chiều dài liều phóng, m L m 0,252 Dựa trên các thông số kỹ thuật của động cơ hành trình, đặt ra chỉ tiêu cho liều nhiên liệu như sau: - Khối lượng nhiên liệu không đổi: m = 1,52 kg. - Tổng xung lượng: I tt .min I  Ir  m   3480 N .s (1)  c k trong đó, Ir - Xung lượng riêng của NLK m/s, Imin.tt – Xung lượng đo được của liều phóng thuốc phóng keo, m/s; φc = 0,779 – Hệ số tổn thất loa phụt; φk = 0,855 – Hệ số tổn thất buồng đốt. 216 N. H. Tùng, H. T. Dũng, “Đánh giá khả năng ứng dụng nhiên liệu … tên lửa tầm gần.” Thông tin khoa học công nghệ - Tốc độ cháy trung bình của nhiên liệu trong khoảng áp suất làm việc: L u  8, 7...10,5mm / s (2) t Phương pháp nghiên cứu của bài báo dựa trên các nghiên cứu về nhiên liệu hỗn hợp trong nước lựa chọn đơn thành phần có tốc độ cháy phù hợp, sau đó thay thế các phụ gia hóa rắn bằng phụ gia hóa kem. Sử dụng phần mềm Real 3W tính nhiệt động quá trình cháy cho các đơn thành phần mới. Tính toán ảnh hưởng thành phần nhiên liệu đến tổng xung và khối lượng liều phóng. Từ đó đánh giá khả năng sử dụng NLK, định hướng xây dựng đơn thành phần nhiên liệu cho liều phóng ĐCHT tên lửa tầm gần. 2. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG ĐƠN THÀNH PHẦN 2.1. Thành phần nhiên liệu kem NLK có thành phần dựa trên cơ sở nhiên liệu hỗn hợp không đóng rắn. Nhóm tác giả lựa chọn các thành phần cơ bản dựa trên nghiên cứu [2] với chất oxy hóa amoni peclorat (AP), chất cháy-kết dính là cao su lỏng-nhớt PBAN, phụ gia năng lượng là nhôm (Al). Đây là các thành phần có thể tiếp cận nghiên cứu trong nước và có tốc độ cháy thấp (trong khoảng áp suất 4-7MPa từ 9-11 mm/s). Phụ gia hóa rắn được thay thế bằng phụ gia hóa kem là silic điôxit (SiO2) [5]. 2.2. Cơ sở lý thuyết xác định các thông số nhiệt động Tác giả sử dụng phần mềm Real 3W – phần mềm tính toán nhiệt động của hệ năng lượng cao phân tử trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao (lên đến 6000 K và 600-800 MPa), Real 3W được ứng dụng rộng rãi trong việc thiết kế, xây dựng đơn thành phần các loại nhiên liệu tên lửa [3]. Mô hình tính toán của Real 3W dựa trên 3 phương trình trạng thái: - Phương trình trạng thái khí lý tưởng p    R0  T (3) p – áp suất, ρ – mật độ mol của pha khí (ρ=ng/Vg), R0 – hằng số khí lý tưởng, T – nhiệt độ; - Phương trình trạng thái bổ sung hệ số: p    R0  T 1  B    2  (4) B, C – các hệ số bổ sung; - Phương trình trạng thái Nedostup:  B (T0 )    p    R0  T 1   (5)  1   / 0  T0=T/(1 – ρ/ρ0), ρ0 – tham số của phương trình trạng thái. Thuật toán xác định trạng thái cân bằng nhiệt động của hệ giựa trên định luật 2 nhiệt động lực học, trong đó hệ đạt trạng thái cân bằng kh ...