книги / Прогнозирование сроков служебной пригодности зарядов из порохов и твердых ракетных топлив

УДК 662.31 (075.8) Т16

Рецензенты:

замдиректора Института технической химии УрО РАН д-р техн. наук, проф. В.В. Терешатов;

начальник отдела стабильности НИИ полимерных материалов канд. техн. наук. Ю. Т. Одинцов

Талин Д.Д.

Т16 Прогнозирование сроков служебной пригодности зарядов из порохов и твердых ракетных топлив учеб, пособие/Д. Д. Талин; Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2006. - 141 с.

Описаны процессы и явления, протекающие в зарядах из порохов и твердых ракетных топлив (ТРТ) при их хранении и эксплуатации. Подробно рассмотрены методы определения стойкости порохов и ТРТ к различным видам воздействий. Приведена схема возникновения отказов в зарядах при хранении и эксплуатации. Рассмотрены методы прогнозирования сроков их технической пригодности и способы подтверждения прогноза.

Материал пособия соответствует курсу «Физико-химические свойства порохов, ВВ и твердых ракетных топлив» Основной образовательной программы подготовки дипломированного специалиста по специальности 251200 «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив»*

УДК 662.31 (075.8)

© Пермский государственный технический университет, 2006

Отдельно могут быть выделены воздействия, которым подвергаются заряды, применяемые в космических системах в период пребывания в кос­ мическом пространстве. К ним относят действие вакуума, космического излучения и пр.

2. Воздействия техногенного характера.

2.1.Механические воздействия:

-при транспортировке морским, воздушным, железнодорожным и автомобильным транспортом;

-хранении на промежуточных базах и складах;

-погрузочно-разгрузочных работах;

-боевой транспортировке на различного рода носителях и специаль­ ных транспортерах;

-аварийных ситуациях;

-автономном полете ракеты.

Перечисленные ситуации обусловливают разнообразный характер воздействия во времени. Постоянные нагрузки, например, действуют во время хранения (собственный вес заряда) либо во время полета ракеты. Знакопеременные нагрузки, изменяющиеся, как правило, по случайному закону, действуют при транспортировке и в полете (вибрации и пр.). На­ грузки, имеющие импульсный характер, имеют место при транспортиров­ ке, погрузочно-разгрузочных работах, аварийных ситуациях (случайное падение, аварийный подрыв ракеты, близкий взрыв боеприпаса или воз­ действие ударной волны ядерного взрыва и пр.).

2.2.Термические нагрузки, например, при размещении боеприпасов внутри боевых машин рядом с двигательной установкой и т.п.

2.3.Поражающие факторы ядерного взрыва (ЯВ): ударная волна, световое излучение, электромагнитный импульс (ЭМИ), проникающая ра­ диация (гамма-нейтронное излучение). Такое разнообразие поражающих факторов говорит о том, что ЯВ представляет собой гораздо более опасное

явление, чем взрыв аналогичного по энерговыходу количества обычной взрывчатки.

2.4. Прочие факторы техногенного характера, которые определяютс условиями хранения и эксплуатации. К ним можно отнести, например, на­ хождение второй ступени ракеты, представляющей собой ракетный двига­ тель на твердом топливе (РДТТ), в агрессивных парах жидкого ракетного топлива первой ступени.

Для каждого типа заряда в техническом задании четко и с количест­ венными характеристиками указывают все виды воздействий, при которых он должен обеспечивать требуемый уровень надежности в течение задан­ ного срока хранения и эксплуатации.

Задача осложняется тем, что определение срока служебной пригод­ ности требуется провести еще на стадии отработки и сдачи заряда в экс­ плуатацию.

Исследования стойкости порохов и ТРТ к различным видам воздей­ ствий, ускоренные испытания и испытания зарядов длительным хранени­ ем позволяют определить факторы, лимитирующие время сохранения ра­ ботоспособности заряда, и найти само это время, т.е. осуществить прогно­ зирование срока служебной пригодности заряда (ССП).

Исследованию стойкости порохов и прогнозированию сроков слу­ жебной пригодности зарядов из них посвящен раздел курса «Физико­ химические свойства порохов, ВВ и ТРТ» Основной образовательной про­ граммы подготовки дипломированного специалиста по специальности 251200 «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив».

Однако в литературе нет систематизированной информации по ста­ бильности порохов и зарядов, а также по методам их оценки.

Настоящее учебное пособие имеет целью решить данную проблему.

Раздел 1. СТАБИЛЬНОСТЬ ПОРОХОВ, ТВЕРДЫХ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ И ЗАРЯДОВ ИЗ НИХ

1. Терминология в области исследования стабильности порохов, твердых ракетных топлив и зарядов из них

Работа по уточнению единой терминологии в области исследования стабильности порохов, твердых ракетных топлив (ТРТ) и зарядов из них до настоящего времени не завершена, поэтому в данном учебном пособии используются термины и определения, которые, по нашему мнению, наи­ более полно и точно отражают сущность понятий и процессов и потому получили широкое распространение.

Старение - совокупность физических и химических процессов, про­ исходящих в порохе или ТРТ под действием внешних и внутренних факто­ ров старения и приводящих к необратимым изменениям свойств.

Характерный показатель старения - показатель, характеризующий свойство пороха или ТРТ, по изменению которого контролируют старение. В качестве показателя старения чаще всего используют баллистические и физико-механические характеристики пороха.

Стойкость материала к старению - свойство пороха или ТРТ со­ хранять значение характерного показателя (или показателей) старения в пределах, установленных в нормативно-технической документации, при старении в заданных условиях.

Помимо этих терминов, введенных в действие ГОСТ 9.710—84 для полимерных материалов, в литературе часто можно встретить термин ста­ бильность пороха, под которой также понимают способность пороха со­ хранять определенные свойства при неблагоприятном внешнем воздейст­ вии или в течение длительного времени. Будем считать «стойкость» и «стабильность» синонимами.

Стойкость (стабильность) порохов и ТРТ характеризуют временем сохранения при старении значения характерного показателя старения в пределах, установленных в нормативно-технической документации. Это время названо ресурсом (или запасом) стойкости {стабильности).

Прогноз старения - научно обоснованное заключение о предпола­ гаемом состоянии пороха (ТРТ) после заданной продолжительности старе­ ния в заданных условиях.

Прогнозирование изменения показателя свойства пороха (ТРТ) - оп­ ределение изменения показателя свойства пороха (ТРТ) в заданных усло­ виях после заданной продолжительности старения на основании предвари­ тельно проведенных испытаний.

Если изучение стабильности порохов и ТРТ как материалов произ­ водится в лабораторных условиях, то исследование стабильности заряда как конструкции требует осуществления специальных программ испыта­ ний натурных или модельных зарядов.

Способность любого изделия сохранять работоспособность при различных воздействиях характеризуется наработкой на отказ.

Под работоспособностью, согласно теории надежности, будем понимать состояние изделия, при котором оно способно выполнять за­ данные функции с параметрами, установленными требованиями техни­ ческой документации.

Наработкой на отказ называют продолжительность или объем ра­ боты изделия, измеряемые в годах (сутках, часах), циклах, километрах или других единицах. Наработку, выраженную в единицах времени, называют

временем сохранения работоспособности или сроком служебной пригод­ ности (ССП).

Под сроком служебной пригодности зарядов будем понимать время, в течение которого заряды сохраняют требуемые баллистические качества при полной безопасности в обращении.

В литературе можно встретить также такое понятие, как гарантий­ ный срок хранения - ГСХ. В пороховой промышленности ГСХ часто ото­ ждествляют с ССП, хотя в отличие от технического понятия «ССП» гаран­ тийный срок хранениях* является понятием юридическим. Гарантийный срок - период времени, в течение которого изготовитель изделия гаранти­ руют его соответствие требованиям договора, показателям качества, пас­ портным данным. ГСХ, как правило, меньше ССП.

В работах по прогнозированию ССП предполагается, что срок слу­ жебной пригодности т изделия зависит от температуры в соответствии с уравнением Аррениуса

т = TQ • ехр ^эфф

RT^vn

здесь Е3фф - коэффициент, характеризующий зависимость скорости изме­ нения характерного показателя старения от температуры в процессе старе­ ния, R - универсальная газовая постоянная, Тзкв - эквивалентная темпера­ тура.

Эквивалентная температура - условная температура, при которой константа скорости изменения характерного показателя при старении со­ ответствует своему среднему значению при изменяющихся температурах в течение заданной продолжительности хранения.

Эквивалентную температуру можно представить следующим обра­ зом. Согласно ГОСТ 16350-80 вся территория бывшего СССР разбита на 12 климатических районов: 1 - очень холодный; 2 - холодный; 3 - аркти­ ческий западный; 4 - умеренно холодный; 5 - умеренный; 6 - умеренно влажный; 7 - умеренно теплый; 8 - умеренно теплый влажный; 9 - уме­ ренно теплый с мягкой зимой; 10 - теплый влажный; 11 - жаркий сухой; 12 - очень жаркий сухой. Каждый климатический район характеризуется