СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЗАРЯДОВ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА
METHOD OF ELIMINATION OF LARGE-SIZE SOLID ROCKET FUEL CHARGES

Изобретение относится к области ликвидации крупногабаритных зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) на стенде, а именно к способам сжигания канальных зарядов ТРТ непосредственно в корпусах ракетных двигателей.
Из уровня техники известен способ по патенту РФ №2087804 (дата публикации 20.08. 1997 г.), заключающийся в сжигании заряда твердого ракетного топлива в камере сгорания.
Недостатком этого способа является потребность в больших накопителях продуктов сгорания, сохранение в течение длительного времени продуктов неполного сгорания совмещено с хлорсодержащими продуктами, что способствует образованию токсичных веществ (диоксинов и фуразанов), полное уничтожение которых при обычном факельном дожигании невозможно.
Известен также способ ликвидации заряда твердого топлива по патенту РФ №2021560 (дата публикации 15.10.1994 г.), заключающийся в сжигании на стенде заряда твердого ракетного топлива, размещенного в корпусе ракетного двигателя с подачей жидкости в корпус двигателя.
К недостаткам описанного способа следует отнести вертикальное расположение двигателя на стенде, что делает данный способ практически неприменимым для крупногабаритных и многотоннажных ракетных двигателей, так как вертикальное положение стенда требует разработки сложных крепежных устройств.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ ликвидации зарядов ракетного двигателя на твердом топливе по патенту РФ №2347180 (дата публикации 20.09.2008 г.), включающий сжигание на горизонтальном стенде заряда ракетного двигателя на твердом топливе, скрепленного с корпусом, без соплового блока путем сжигания на горизонтальном стенде с подачей дисперсной жидкости в канал заряда со стороны переднего днища через распылительный модуль.
К недостаткам прототипа следует отнести высокую токсичность продуктов горения - окислов алюминия, окиси углерода и бензапиренов - которая усиливается солевыми добавками, и особенно, образование молекулярного хлора, которое происходит из-за пониженной температуры горения топлива. Молекулярный хлор обладает мощным отравляющим действием и имеет предельно низкую допустимую концентрацию вещества в воздухе.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа ликвидации крупногабаритных зарядов твердого ракетного топлива, позволяющего уменьшить содержание токсичных веществ в продуктах сгорания, и, в особенности, молекулярного хлора.
Поставленная задача решается предлагаемым способом ликвидации крупногабаритных зарядов твердого ракетного топлива, скрепленных с корпусом, без соплового блока путем сжигания на горизонтальном стенде с подачей дисперсной жидкости в канал заряда со стороны переднего днища через распылительный модуль, при этом, в качестве жидкости в канал заряда подают воду в мелкодисперсном или парообразном состоянии.
Поскольку сжигание зарядов, особенно крупногабаритных, проводят без сопла, т.е. при атмосферном давлении, температура, создаваемая в зоне горения, понижается, снижение температуры приводит к неполному протеканию реакций и увеличенному содержанию токсичных веществ, в том числе и молекулярного хлора. В предлагаемом техническом решении в качестве жидкости в канал заряда подается вода в мелкодисперсном состоянии, которая при температуре горения топлива распадается на водород и кислород. Кислород стимулирует процессы горения, а водород, как правило, увеличивает температуру горения. На выходе из канала заряда водород сгорает, вызывая повышение температуры в зоне интенсивного горения. За счет чего увеличивается температура в зоне горения, что обеспечивает более полное течение и завершение реакций окисления, в том числе и с хлором. Проведенные термодинамические расчеты процесса разложения воды представлены на чертеже, из которого видно, что температура, которая заставляет разлагаться воду на кислород и водород, находится в интервале от 1900 до 2000 K.
В прототипе в качестве подаваемой жидкости используется водно-солевой раствор хлорида кальция, который замедляет распад воды на водород и кислород, образуя при этом дополнительный объем соединений молекулярного хлора:
2
2
CaCl→Са+Cl
Подача воды в парообразном состоянии будет способствовать еще более полному протеканию реакций окисления.
В таблице приведен расчетный состав продуктов сгорания в зависимости от количества подаваемой воды.
Расчет характеристик выполнен при условии идеального смешения воды с продуктами сгорания топлива, полном химическом равновесии, отсутствии тепловых потерь.
Проведенные расчеты показывают, что в продуктах сгорания уменьшается содержание молекулярного хлора, алюминия и оксидов азота.
Осуществляется способ следующим образом - ракетный двигатель без соплового блока устанавливают на горизонтальном стенде, в канал заряда на переднее днище устанавливают распылительные модули, количество и конструкция которых определяется индивидуальными особенностями сжигаемого заряда, количество подаваемой воды определяется величиной газоприхода. Воду в полость заряда подают с некоторой задержкой 1-10 секунд после воспламенения, задержка по времени позволяет заряду разгореться и не потухнуть при подаче воды.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1.
Крупногабаритное изделие массой 20 тонн устанавливают на горизонтальном стенде, в цилиндрический канал заряда длинной 5 метров устанавливают 6 распылительных форсунок пневматического типа с щелевыми цилиндрическими отверстиями и конусовидной формой факела распыла для подачи воды в канал заряда, форсунки соединяются с системой водоснабжения. После инициирования заряда ракетного двигателя, с задержкой в 5 секунд в канал ликвидируемого заряда через форсунки подают 400 литров мелкодисперсной воды. После выгорания заряда корпус изделия может быть применен для дальнейшего использования или утилизирован.
Пример 2
3
Крупногабаритное изделие массой 10 тонн устанавливают на горизонтальном стенде, в цилиндрический канал заряда длинной 3 метра устанавливают 5 распылительных паромеханических форсунок с щелевыми цилиндрическими отверстиями для подачи пара в канал заряда, форсунки соединяются с системой подачи пара. После инициирования заряда ракетного двигателя, с задержкой в 2 секунды в канал ликвидируемого заряда через распылительные форсунки подают 300 м пара. После выгорания заряда корпус изделия может быть применен для дальнейшего использования или утилизирован.
В настоящее время проводятся опытно-конструкторские разработки по внедрению промышленного использования предлагаемого технического решения для ликвидации дефектных или снимаемых с вооружения крупногабаритных зарядов твердого ракетного топлива.