Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ЗАРЯДОВ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к способам ликвидации зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) методом сжигания, преимущественно к способам сжигания канальных зарядов ТРТ непосредственно в корпусе ракетных двигателей.

Известен способ ликвидации зарядов ТРТ /Безопасность труда в промышленности №9, 1988, с.46-52/ методом сжигания, заключающийся в выжигании заряда из корпуса на открытых площадках. При этом продукты сгорания ТРТ свободно истекают из корпуса и рассеиваются в атмосфере. Недостатком данного способа является нанесение большого экологического ущерба.

В способе сжигания крупногабаритных зарядов на стенде продукты сгорания охлаждаются водой, собираются в резервуаре большого объема и нейтрализуются. Недостатком способа являются большие секундные расходы продуктов сгорания и большие тепловыделения /Экспресс-информация. Новости машиностроения, №23, 1974, с.9/.

Известен способ /патент РФ 2021560, кл. F 02 K 9/08, 15.10.94/ регулируемого сжигания зарядов ТРТ, позволяющий использовать стенды небольшой мощности, оборудованные установками очистки газов, при сжигании крупногабаритных зарядов, в том числе и дефектных. Эффект достигается за счет использования в качестве хладагента воды или водных растворов солей, подаваемых в свободный объем корпуса заряда. Недостатком способа является необходимость вертикального расположения заряда ТРТ и непрерывной подачи хладагента в процессе сжигания для компенсации быстрого его испарения, а также необходимость использования сложного оборудования для обработки поверхности зарядов ультразвуком с целью усиления флегматизирующей способности хладагента.

За прототип авторами выбран способ ликвидации зарядов твердого ракетного топлива /патент РФ №2123991, МКИ 6 С 06 В 21/00, F 42 B 33/00, F 42 D 5/04 04/, сущность которого заключается в сжигании зарядов ТРТ, размещенных в корпусе ракетного двигателя, либо фрагмента заряда с использованием хладагента, при этом в качестве хладагента используется водно-гелевый состав. Гелеобразователями служат карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), полиакриламид (ПАА), желатин, агар-агар, гуаргам и др., а также их смеси. В состав хладагента могут быть введены добавки, нейтрализующие вредные компоненты продуктов сгорания. Хладагент наносится на поверхность ТРТ разбрызгиванием, намазыванием или погружением. Способ позволяет проводить замедленное регулируемое выжигание зарядов ТРТ, в том числе дефектных. К недостаткам способа можно отнести следующее: воздействие высоких температур на гелеобразователи в процессе сжигания заряда может привести к разрушению структуры геля, нарушению поверхности контакта с твердым топливом, вытеканию состава из корпуса и тем самым нарушению регулирования процесса горения заряда.

Технической задачей изобретения является разработка способа, позволяющего проводить замедленное регулируемое сжигание зарядов ТРТ с флегматизацией поверхности заряда хладагентом - гелеобразующим составом, сохраняющим структурные характеристики в процессе горения.

Технический результат достигается в способе ликвидации заряда твердого ракетного топлива либо его фрагмента, размещенного в корпусе ракетного двигателя, включающем заполнение полостей заряда хладагентом - водно-гелевым составом на основе полиакриламида - и сжигание заряда, тем, что водно-гелевый состав на основе полиакриламида приготавливают путем раздельного введения водных растворов компонентов окислительно-восстановительной системы отверждения - бихромата калия и тиосульфата натрия в равные объемы водного раствора полиакриламида, заполнение полостей заряда осуществляют синхронной подачей полученных объемов через смешивающую головку, после чего проводят отверждение при температуре 5-25°С и значениях рН-среды 5,3-7,5. Используемый в качестве гелеобразователя полиакриламид имеет молекулярную массу не ниже 1·10⁶ и степень гидролиза 10-40 мол.%. В качестве отвердителя полиакриламида используют хром Сr³⁺, который образуется в результате окислительно-восстановительной реакции между компонентами системы отверждения: бихромата калия и тиосульфатом натрия, выраженной уравнением

4К₂Сr₂O₇+3Na₂S₂O₃+13Н₂O=3Na₂SO₄+3К₂SO₄+2КОН+8Сr(ОН)₃

Эксплуатационные свойства водно-гелевого состава определяются живучестью и временем утверждения. Живучесть - время, в течение которого состав сохраняет подвижность по поверхности твердого топлива с обеспечением его полной смачиваемости и заданной адгезионной прочности. Время отверждения - период, по истечении которого водно-гелевый состав, залитый в сосуд, имитирующий форму заполняемого объема, при повороте его на 180° не дает мениска. Живучесть и время отверждения водно-гелевого состава является функцией кислотности (рН среды) и температуры.

Пример 1. Живучесть полиакриламидного состава, состоящего из 3,15% водного раствора ПАА и компонентов системы отверждения с соотношением тиосульфата натрия (восстановитель) к бихромату калия (окислитель) по весу 2,37:1 в зависимости от рН среды при температуре +25°С и +5°С, представлена графически на фиг.1. Зависимости представляют собой асимптотически восходящие и нисходящие ветви с участками плато в области рН среды 5,8-7,5 (25°С) и 5,3-6,8 (5°С).

Зависимость времени отверждения и живучести от параметров среды показана в примерах, представленных в табл.1, компонентный состав водно-гелевой композиции которых соответствует примеру 1.

Механические характеристики отвержденных водно-гелевых составов при сжатии показаны в табл.2.

Приведенные примеры показывают, что понижение рН-среды снижают время отверждения водно-гелевого состава, при этом уровень механических показателей не меняется. Однако одновременно понижается живучесть композиции, что накладывает ограничение по времени заполнения заряда хладагентом. Заполнение выбранных полостей (щели, отдельные области канала, торцы заряда хладагентом - водно-гелевым составом, осуществляется порционно по фрагментам с отверждением состава перед заливкой следующей порции. Выбор оптимального соотношения между живучестью и временем отверждения состава определяется геометрическими характеристиками заряда и выбирается с учетом данных, приведенных в табл.1. Для обеспечения возможности работы с водно-гелевыми составами, имеющими малую живучесть, компоненты системы отверждения вводят раздельно в равные объемы полиакриламидного раствора. Ввод компонентов осуществляют в виде водных растворов, концентрация которых определяется при выбранной температуре процесса предельной растворимостью бихромата калия, как наиболее труднорастворимого компонента.

Принципиальная технологическая схема приготовления водно-гелевого состава и заполнения свободных полостей заряда представлена на фиг.2. Гидролиз, нейтрализация раствора ПАА до нужной рН среды производится в емкости 2, из которой сжатым воздухом (компрессор 9, ресивер 1) раствор дозируется равными объемами в емкости 3, 4, где смешивается с компонентами системы отверждения, далее двумя синхронизированными потоками насосами 7, 8 через отсечные клапаны 11, 12 подается в смешивающую головку 13 и с помощью телеметрического манипулятора 14 с микротелекамерой 15 поступает в выбранные полости заряда 16. Для улова паров аммиака, выделяющегося при гидролизе раствора ПАА, используется ловушка 10. Уборка помещения и площадки от проливов после приготовления водно-гелевого состава и заполнения им полостей заряда осуществляется в вакуум-сборник 5 с помощью вакуум-насоса 6.

Проверка предлагаемого способа с положительными результатами проведена при сжигании горизонтально установленного крупногабаритного заряда из ТРТ. Заполнение щелевого пространства заряда проводилось отверждаемым гелем ПАА при кислотности 6,5-7,0 и температуре 8-10°С. Живучесть композиции составила ≈30 минут, время отверждения 20 часов. При сжигании заряда достигнуто устойчивое горение с замедлением времени горения, соответствующим расчетному значению.