Успешен тест на ракетен двигател 6000N.s

 

Клубът за аерокосмически технологии "Зодиак" в Кюстендил извърши на 16 февруари 2018г. успешно наземно изпитание на нов ракетен двигател с твърдо екологично ракетно гориво. Тестът е част от програмата на клуба за развитие на иновативни  горивни състави за задвижване на изследователски ракети, които не създават вредни емисии и са безопасни за експлоатация.

             При настоящия експеримент беше изпитан двигател с подобрена конструкция и пълен импулс от 6000N.s. Това го нарежда на второ място по тягови характеристики в практиката на клуба, след рекордния по големина двигател на ракетата "Черешка-2010". Получените от теста резултати потвърждават категорично предварително заложените при софтуерните симулации параметри на работа на новия двигател, които са моделирани съвместно с катедра Топлотехника на ХТМУ, София.

            По този начин членовете на клуб "Зодиак" вече ще разполагат с мощен инструмент за задвижване на изследователски ракети с маса от 20 до 30 килограма и височини на полетите до 5 километра. Предвижда се изстрелването на подобни ракети  с бордова научна апаратура за изучаване, мониторинг и противодействие на характерните за Кюстендилската котловина неблагоприятни атмосферни явления като температурни инверсии, смог, слани и градушки. През настоящата пролет е запланувано изстрелването на първия ракетен модел от тази изследователска програма на клуба.

Експериментални изследователски ракети от серията "БИО"

 

SES 2016

Twelfth Scientific Conference with International Participation

SPACE, ECOLOGY, SAFETY

2 – 4 November 2016, Sofia, Bulgaria

 

ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ИЗСЛЕДОВАТЕЛСКИ РАКЕТИ „БИО”

 

Христофор Скандалиев^1,3, Калин Крумов^1,2,

Нели Сивева^1,2,Томислав Скандалиев^1,3

 

 ¹Клуб за аерокосмически технологии “Зодиак”– Кюстендил

²Химикотехнологичен и металургичен университет – София

³Школа по ракетомоделизъм при ОДК, Кюстендил

 

e-mail: fori2ivanov@yahoo.com; kalin_krumov@mail.bg

 

Ключови думи: Експериментални изследователски ракети, аерокосмически технологии, биотехнологии, екология, „зелени” ракетни горива,  любителски проекти

 

Резюме: Представени са последните резултати от проведените експериментални изследвания за създаване на ракетни прототипи, направени изцяло от биоразградими материали и композити. Дискутирани са някои аспекти, свързани с употребата на нови «зелени» горивни състави за тези ракети. Възможните приложения на предложените технологични решения са свързани със създаване на ново поколение екологично чисти ракети за гражданска употреба.

  

EXPERIMENTAL SOUNDING ROCKETS “BIO”

 

Hristofor Skandaliev^1,3, Kalin Krumov^1,2,

Neli Siveva^1,2, Tomislav Skandaliev^1,3

 

                                                 ¹Club for aerospace technology “Zodiac” – Kyustendil

²University of Chemical Technology and Metallurgy – Sofia

³Study group of space modelling, ODK, Kyustendil

 

e-mail: fori2ivanov@yahoo.com; kalin_krumov@mail.bg

  

Keywords: Experimental sounding rockets, aerospace technologies, biotechnologies, ecology, green rocket propellants,  amateur projects

 

Abstract: The results of recent experimental studies on the establishment of rocket prototypes, built entirely from biodegradable materials and composites are presented. Certain aspects related to the use of new “green” propellant compositions for such rockets are discussed. The possible applications of the proposed technological solutions related to the creation of a new generation of environmentally friendly rockets for civilian use.

Въведение:

            Дистанционните изследвания /ДИ/ на Земята и околоземното пространство са многостранен и многоцелеви начин за провеждане на наблюдения, измервания и мониторинг. Събира се информация за геофизични и метеорологични процеси и явления, природно и антропогенно замърсяване на околната среда, екологични бедствия и катастрофи, пожари и въздействия на някои фактори с космичски произход. В практиката се използват основно околоземни орбитални космически апарати и станции, микроспътници, изследователски ракети, стратосферни балони, както и летателни апарати, движещи се в плътните слоеве на атмосферата – самолети, вертолети и безпилотни летателни апарати /БЛА/. [1,2,3]

 

            Провеждането на ДИ става чрез национални, международни и глобални научни програми, а също и чрез регионални, частни и неправителствени проекти, изпълнявани от фирми, учебни заведения  и други организации. Големите космически агенции като NASA и ESA имат стройни дългосрочни програми за обучение на студенти и ученици, и включването им в подготовката на технически средства и последващата експлоатация на такива системи за ДИ. Такива са различните по същност академии и конкурси на NASA, програмите AREES, APL Intership, Astro Camp, DIME, First robotics, GSRP, Student Launch и много други. [3,4]

            Европейската Космическа Агенция обръща огромно внимание към ангажирането на млади хора в своя проект за професионална ориентация и научна кариера в инженерни специалности, наречен ESERO. В него се предлагат атрактивни теми от сферата на аерокосмическите технологии, като база за обучение, практически занимания и конкурси за ученици и студенти. Други подобни научни програми са Can Sats, Mission X, REXUS/BEXUS, Cube Sats, Fly Your Thesis, Europen Student Earth Orbiter. [5]

 

            В нашата страна съвременното виждане за провеждане на актуални ДИ е свързано с промяна на концепциите за събиране на научна информация в посока към използване за целта на високотехнологични микросателити и БЛА, вместо големи и скъпи спътници и специализирани самолети. Сравнително малката територия на България позволява провеждането на наблюдения и мониторинг с леки и евтини летателни апарати, летящи както в приземните плътни атмосферни слоеве, така и в суборбиталното пространство, или на ниска околоземна орбита. Примери за разработката на такива платформи са безпилотният летателен апарат „Ястреб” и проектът „Балкансат”, изпълнявани от Институтът за Космически Изследвания и Технологи на БАН и  Руската Академия на Науките. [3,6]

           

От десетилетия в световната практика за събиране на данни в горните слоеве на атмосферата, в диапазона от 20км до 200км надморска височина, са се наложили за употреба изследователски ракети от различен калибър, или така наречените Sounding Rockets. Те позволяват достигането на посочените височини в рамките само на няколко минути, на сравнително ниска цена и провеждането на неограничени по вид научни измервания и  наблюдения. Посоченият височинен обхват на ракетите е недостижим нито за самолети, нито за балони, или пък за орбитални космически апарати, като това е основното им предимство пред много други средства за провеждане на ДИ. [7]

 

            Същност на проекта „Биоракети”:

 

            Проект „Биоракети” е замислен и се осъществява като част от дългосрочна екологична програма на Клуба за аерокосмически технологии „ЗОДИАК” в Кюстендил, наречена „Зелени простори”. В дейността на този клуб от години се експериментира с различни видове изследователски ракети, каквито в България не са били използвани досега и не е имало научни програми за подобни експерименти. През последните 10 години членовете на клуб „ЗОДИАК” са осъществили множество конструктивни и полетни проекти за оптимизация на дизайна, използваните материали, горивата и електрониката на ракетните модели. [8]

            Актуална и все по-необходима тенденция в усъвършенстването на прототипите е те да бъдат проектирани и изпълнени като абсолютно безопасни и безврадни за хората, животните и околната среда при тяхната експлоатация. За целта конструкцията им трябва да е изпълнена от разградими в природна среда материали, а горивата им да са нетоксични при изгаряне. Проектът на клуба, наречен „Биоракети”, или за кратко „БИО”, има за задача да гарантира, че целият жизнен цикъл на тези изделия ще бъде природосъобразен, в симбиоза с всички компоненти на природните екосистеми. Той се изпълнява съвместно със студенти и преподаватели от ХТМУ-София, чийто ценен опит и смели новаторски идеи позволяват получаването на много добри резултати в изключително кратки срокове.

     

            Основни направления в процеса на експериментите „БИО”:

 

            Работата по проект „БИО” може да се разглежда като съвкупност от дейности в следните основни три направления:

 

-       разработване на иновативни разградими конструктивни материали и композити, на базата на природни продукти и отпадъчна биомаса

-       получаване на работещи формули на твърди ракетни горива, използващи в състава си безвредни съставки и отделящи при изгарянето си само нетоксични продукти

-       усъвършенстване и миниатюризация на бордовите компютърни и измервателни системи чрез влагане на модерни високотехнологични компоненти в тях

 

            Задачата за създаване и внедряване в практиката на нови „зелени” конструктивни материали не е самоцел, а логично следствие и необходимост, продиктувана от световната тенденция към ограничаване използването на продукти, производни на петрола, както и такива, които не могат да се рециклират успешно. Към тази група на първо място може да се посочи многообразието от пластмаси и синтетични полимери, но също и някои модерни и широко използвани материали, като фибростъклени и въглеродни композити. Въпреки, че тяхното производство има много по-нисък въглероден отпечатък от този на металната индустрия и като цяло якостните им качества са отлични, техният основен недостатък е невъзможността да бъдат успешно рециклирани и да се разграждат в разумни срокове при попадане в природна среда. Погледите на множество изследователи са насочени към замяна на компонентите, влагани в пластмасите, синтетичните полимери и традиционните композити с такива, които са с натурален произход и не създават предпоставки за натрупване в отпадъчни депа, където да престояват десетки и стотици години преди да се разградят. [9]

            Разбира се, при сегашното състояние на науката, новите природосъобразни материали са до голяма степен компромис по отношение на якостните и механичните си показатели, за сметка на бързата разградимост и способността им да бъдат рециклирани. Затова е целесъобразно тяхното създаване да бъде с конкретна насоченост, за точно определена област на приложение, която да определя специфични  изисквания към тях, които по-лесно могат да се постигнат.

На този принцип се провеждат изследванията на клуб „ЗОДИАК” – за всеки конкретен детайл се търси оптималната формула, според изискванията за механична якост, температурна издръжливост, надеждност, стареене, съвместимост с другите системи на конструкцията и получаване на необходимата скорост на разграждане. Този евристичен подход позволява получаването на бързи решения, които не винаги са идеалните, но са реално работещи и в множеството случаи се оказват най-близките възможни, като позволяват прогресивно придвижване на проектите в правилната посока. На следващи етапи от работата почти винаги се получава добра оптимизация на първоначалните резултати и достигане на нови съществено подобрени варианти в конструктивния дизайн и параметрите.

Пример за успешно получени композитни материали от натурални суровини са корпуси за моделни ракетни двигатели с диаметри до 50мм от ленена тъкан, желатин и добавки, които издържат работни налягания до 8MPa, при 40% намалена собствена маса спрямо алуминиева тръба със същите показатели. По аналогичен начин са направени серия корпусни тръби за телата на ракетните прототипи и плоскости за стабилизаторите им, изградени от ленени, памучни и конопени влакна и тъкани в матрици от желатин, ПВА, водно стъкло, нишесте и добавки.      

За носовите обтекатели на моделите са разработени широка гама композити от отпадъчна биомаса, дървени стърготини, корков гранулат, кюспе и смлени плодови костилки, споени с натурални продукти и смоли.   Подходящото процентно съотношение на влаганите компоненти позволява да бъдат получени най-добрите масови и механични характеристики при всеки отделен детайл, спрямо функциите, които той изпълнява в системата на прототипа.    

Отлични показатели са получени при експериментите с листова и тръбна високотемпературна изолация на ракетните двигатели, с използването на продукти от корк, магнезиев окис, природни влакна и тъкани, смоли и водно стъкло. От същите съставки са направени соплови блокове за някои от ракетните двигатели, издържащи работни температури до над 2000° С и устойчиви на абразивното действие от продуктите на изгаряне.

 

Тъй като основната идея на новополучените материали е тяхната способност да се разграждат в естествена среда, са проведени дългосрочни тестове с образци от тях, оставени в природата за период от 12 месеца. Установено е, че всичките мостри се разграждат напълно за срокове от 3 до 12 месеца, според вида на конкретния композит.

Един от най-важните проблеми при използването на ракети от всякакъв вид е отделянето на огромни количества токсични вещества в продуктите от изгарянето на ракетното гориво. Специално при твърдите ракетни горива, най-голям дял в това замърсяване имат хлорните съединения, заради масово използваният окислител амониев перхлорат /АП/. За преодоляване на този проблем се търсят подходящи начини за замяна на АП с други видове окислители, които не образуват вредни емисии при работа в двигателите. [10,11,12,15]

В клуб „Зодиак” до момента са получени повече от 10 работещи формули за екологично чисти горивни ракетни състави. Използван е диференциран подход при тяхната разработка, като в зависимост от конкретното предназначение се акцентира върху точно определени характеристики. При твърдите горива, насочени към употреба за състезателни ракетни модели и хоби ракети от любители, се набляга изключително на тяхната безопасност при приготвяне и експлоатация, достъпността им и ниската цена. На базата на окислители калиев, натриев и амониев нитрат и горивен елемент от захари, смоли и технологични добавки са създадени рецептурите „Изомалтов карамел”, „АНСИАЛ”, „ХЕЛИОС”, „ПЛАЗМА”, „ДРАКОН-Ф”, които притежават достатъчно добра енергетика за любителски цели. [14]

Когато се търси решение за екологични заместители в индустриалния и военния сектор, водещи са изискванията за високи енергетични показатели, надеждност и дълготрайност при съхранение и употреба. Използват се химически реактиви с много по-високо качество, високомолекулни съединения, прахообразни метали, както  и окислители, които могат да бъдат и доста „екзотични” химични съединения с висока цена. В много случаи се работи върху пиротехнически състави с възможна двойна употреба, при което решението е до голяма степен компромис между изискванията на отделните сектори от потенциални потребители. Независимо от приложенията, определящи са ограниченията, свързани с недопускането на токсични и замърсяващи вещества, както в изходните съставки на горивата, така и в продуктите на тяхното изгаряне. [11,13,15]

 

Уникални по своята същност и актуалност са успешните експерименти с твърдогоривни състави на базата на директно извлечени нерафинирани природни захари в комбинация с евтектични смеси от окислители, провеждани в дейността на клуба от 2014 година насам. Използвани са некачествени и негодни за продажба плодове от череши, ябълки и грозде. Тяхната фруктова смес от захари има достатъчен енергетичен потенциал за получаване на твърдо биогориво, което е нетоксично, евтино и безопасно за боравене и употреба, особено в средите на аматьорските организации за ракетомоделизъм. Проведена е програма за предварителна оценка на химико-физичните и балистични характеристики на фруктовите твърди биогорива. Получените данни са допълнени от полетни тестове с помощта на ракетни прототипи от фамилията „БИО”. [12]

В зависимост от процента на използваните конструктивни материали в тези модели е направена класификация и поредната им номерация. При ракетите от серията „БИО-3” вече над 90% от използваните материали са с натурален произход, като само някои закрепващи детайли и бордови електронни компоненти са неразградими. Тенденцията при поредните модели „БИО-4” е да се постигне почти 100% изпълнение от природни суровини.

В тази връзка е изследователската работа по максимално ограничаване на броя и размерите на бордовите електронни схеми, чрез оптимизация и миниатюризация на градивните им  компоненти до степен, при която дори и след изгубване на изделието, да няма сериозен риск от замърсяване на околната среда.

 

            Заключение:

      Постигнатите до момента резултати са многообещаващи и са добра база за по-нататъшно развитие на тези иновативни технологии. Чрез създаване и внедряване на нови екологични продукти може да се постигне значителен напредък при изделия от следните области на приложение:

 

-          Спортно-състезателни и хоби ракетни модели;

-          Изследователски ракети;

-          Противоградови ракети;

-          Геофизични и метеорологични ракети;

-          Ракети и газгенератори против мъгли, пожари и за модифициране на времето;

-          Аерокосмическа индустрия;

-          Гражданска и индустриална пиротехника, военно дело.

 

Като цяло, тази развойна дейност бързо и успешно дава решения на проблеми, когато те са насочени към конкретна и специфична сфера на употреба. Бързата направа на прототипи ускорява значително процеса на изследвания и получаване на ценни практически резултати. Важни са целенасочените действия на всеки един екип и всеки отделен човек, което се явява част от колективната еволюция на отношението  към заобикалящия ни свят и устойчивото бъдеще на човечеството.

            Литература:

 

1. М и ш е в Д., Дистанционни изследвания на Земята от Космоса. БАН, София, 1981

2. М а р д и р о с я н Г. От Космоса срещу екологичните катастрофи, БАН, София, 1993

3.http://infocall.bg/institut-za-kosmicheski-izsledvaniia-i-tehnologii-21647/uslugi/distantcionni-izsledvaniia-na-zemiata-v-sofiia-12197.html

4.https://www.nasa.gov/offices/education/programs/descriptions/All_Alpha.html

5.http://www.esa.int/Education/Rocket_Balloon_Experiments_for_University_Students

6. Г е ц о в П.С., Национална аерокосмическа система за дистанционни изследвания на земята и приложението и за мониторинг и защита от природните екокатастрофи., Автореферат, София, 2012

7. Goddard Space Flight Center, Sounding Rocket Program Handbook, NASA, 1999

8. Любителска космическа програма „ЗОДИАК”, Кюстендил, 2011

9. K a l i a S., Biodegradable Green Composites., Indian Military Academy, 2016

10. В а с я н и н а А.Ю., А. А. Тонких, Т. Н. Антоновский, Д. С. Швецова, Влияние продуктов сгорания жидково и твердого ракетного топливо на окружающую среду., СГАУ, Красноярск, 2014 

11. L e m p  e r  t  D.B. , G. B . Manelis, and G. N . N echiporenko, The Ways for Developement of Environmentally Safe Solid Composite Propellants., EDP Sciences, 2009

12. Г а л е е в А.Г., Экологическая безопасность при испытаниях и отработке ракетных двигателей., МАИ, Москва, 2005

13. Ц у ц у р а н В.И., Военно-технический анализ состояния и перспективы развития ракетных топлив., МОРФ, Москва, 1999

14. К а м б у р о в а Г., Основни свойства и изисквания към най-употребяваните окислители в пиротехническите състави и изделия., МГУ, София, 2010

 15. K l a p ö t k e T.M., “Perchlorate and Halogen-Free High Energy Dense Oxidizers (HEDO)”., Ludwig-Maximilian University Munich, 2011

Наземни тестове с ракетно гориво АНСИАЛ

 През месец март бяха подновени наземните статични изпитания на твърдо ракетно гориво АНСИАЛ. Те са заложени в програмата на клуб "Зодиак" за 2014г и имат за цел обогатяване на досегашните резултати, постигнати при охарактеризирането на това гориво с голям потенциал.

 Предвидено е провеждането на серия от нови 10 стендови проби с различни параметри, от които до момента са проведени две. Ще бъдат изследвани гранични стойности на режимите за работа и някои химични добавки към основната формула на състава.

 След приключване на групата тестове ще бъде представен анализ на получените нови резултати.

 Клуб за Аерокосмически Технологии ЗОДИАК '2014

Изследване на ракетно гориво КАЛИЕВ НИТРАТ-ИЗОМАЛТ

SES 2013

Ninth Scientific Conference with International Participation

SPACE, ECOLOGY, SAFETY

20 – 22 November 2013, Sofia, Bulgaria

Изследване параметрите на екологично ракетно гориво калиев нитрат – изомалт

Христофор Скандалиев¹, Калин Крумов^1,2

¹Клуб за Аеро Космически Технологии „Зодиак” - гр.Кюстендил

²ХимикоТехнологичен и Металургичен Университет - гр.София

e-mail: fori2ivanov@yahoo.com, k.krumov@abv.bg

Ключови думи: Ракетно гориво, експериментални ракети, Изомалт

                              Резюме: Описано е изследването на твърда хетерогенна смес от калиев нитрат и изкуствен подсладител Изомалт, проведено с цел доказване на възможността да се използва като леснодостъпно и евтино ракетно гориво за експериментални, научно-приложни и граждански цели.

experimental studY of the properties of green rocket propellant potassium nitrate – isomalt

Hristofor Skandaliev¹, Kalin Krumov^1,2

¹ Club of Aerospace Technologies ZODIAC – Kyustendil

²  University of Chemical Technology and Metallurgy – Sofia

e-mail: fori2ivanov@yahoo.com, k.krumov@abv.bg

Keywords: Rocket propellant, experimental rockets, Isomalt

Abstract: Described a study of the solid heterogeneous mixture of potassium nitrate and artificial sweetener Isomalt, conducted to demonstrate the ability to use it as a readily available and inexpensive solid   rocket propellant for experimental, scientific and civilian purposes.

 Въведение:

 В световната практика от десетилетия се използват ракетни горива, състоящи се от окислители нитрати и различни видове захари в ролята на свързваща съставка и горивен компонент. За окислители най-често служат калиев нитрат и натриев нитрат, или комбинация от двата. Предпочитаните захари са най-различни – обикновена кристална захар, сорбитол, фруктоза, глюкоза, манитол, еритритол, ксилитол, малтитол, лактоза и др.

 Получаването на тези горива става предимно чрез стопяване на насипна смес от изходните вещества при темеператури в интервала 100-250°С и последващо изливане и втвърдяване в желаната форма на зарядите. Оттам идва и популярното им название – карамелни.

 По-рядко се прибягва до пресоване на изходната прахообразна смес, или до рекристализация от воден разтвор.

 Свойствата на карамелните горива са доста близки и те притежават следните предимства - ниска цена, лесно получаване, нетоксични изходни и крайни продукти след изгарянето им, сравнително  безопасни за работа и трудно податливи към нестационарни режими на работа в ракетен двигател.

  От друга страна, слаби техни страни са – нисък специфичен импулс, висока хигроскопичност, слаби механични показатели.

 Изомалтът като горивен елемент:

  Настоящите експерименти са направени с използване на подсладител, получаван от захарно цвекло, наречен Изомалт. Оказва се, че при използването му в ролята на горивна съставка, се запазват предимствата и се редуцират много от недостатъците на карамелните горива.

  Според Международния съюз за чиста и приложна химия IUPAC пълното название на Изомалт е  (2R,3R,4R,5R)-6-[(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxyhexane-1,2,3,4,5-pentol.

 Опростената молекулна формула на този полиол е C₁₂H₂₄O₁₁, като изграждащи вещества се явяват глюкоза, сорбитол и манитол.

Основните му характеристики са следните:

Моларна маса 344,31.

Плътност, насипна 1,69g/cm^3.

Температура на топене 145-150°С.

Разтворимост във вода – 28% при 25°С.

Хигроскопичност – под 1% при относителна влажност до 85%.

             Получаване на тестови образци от твърдо гориво калиев нитрат – Изомалт. 

Получаването става чрез стопяване на насипните изходни вещества калиев нитрат  /Е252/ и подсладител Изомалт /E953/ в тегловно съотношение 65:35 части.

 Това съотношение е доказано в други изследвания като оптимално.

 Използваните вещества са със следната гранулометрия:

-          Изомалт прахообразен с размер на частиците 20-40μm.

-          Калиев нитрат кристален с размер на кристалите 100-400μm.

Предварително смесените два компонента се загряват в подходящ съд с незалепващо покритие до температура 150°С.

 При достигане на тази температура Изомалтът се стопява, а КН остава в разтвора в твърдо състояние във вид на дребни кристали, поради много по-високата си температура на топене /334°С/. Стопилката е вискозна течност, която трябва да се разбърква за добро хомогенизиране и след това може да се излива в желаните тестови форми.

 Получава се дисперсна система, в която:

 65% калиев нитрат, KNO₃ е в ролята на окислител и дисперсна фаза

 35% Изомалт, C₁₂H₂₄O₁₁ е горивна съставка и дисперсна среда

 Пълното изстиване на получените образци става за период от 30 до 60 минути в зависимост от масата им, околната темепература и формата.

 След изстиването се провеждат поредица от тестове за установяване на плътност, механична якост, температура на запалване, хигроскопичност, продукти от изгарянето, както и за снемане на вътрешнобалистични характеристики и полетни качества.

 Изследваните свойства и характеристики на горивото са едни от най-важните за реалното му практическо използване.

Механични и физико-химични свойства на получените образци гориво.

1. Плътност:

 - теоретична 1,948g/cm3

 - реално получена за различните тестови образци 1,885-1,9g/cm3, или 97%

2. Механична якост:

 - гранично напрежение на огъване   6,19N/mm² ; 6,55N/mm² ;  7,28N/mm², изчислени съответно за три от изследваните тестови образци

- модул на еластичност, пресметнат чрез серия от натоварвания на тестова греда, E=5,81Gpa

3. Влагопоемане при престой на открито:

 Две  мостри от горивото са изследвани за влагопоемане чрез периодично измерване на масите им в продължение на 25 дни при контролирани измервания на температурата, относителната влажност и атмосферното налягане на средата. Получените резултати са обобщени в графика (1) и показват незначителни промени на масите в рамките на 1%.

 Графика 1. – Влагопоемане на образците и изменение на атмосферните  условия за период от 25 дни.

4. Температура на самозапалване:

 Чрез ДТА е установена температурата на самозапалване на горивото 296°С, графика (2).

 Графика 2. – Диференциален термичен анализ на твърдо ракетно гориво КН-Изомалт.

5. Продукти, получавани при изгарянето:

 Теоретично, при изгарянето на гориво КН-Изомалт, се получават следните вещества:

Top 12 Exhaust Products in Moles per System Weight
Product List	Mol/ SystemWt	MW	Weight (g)	∆H kcal/ mol	∆H Mol/ SysWt Kcal
K2CO3&	0,321	138,211	44,423	-274,900	-88,356
CO2	0,535	44,011	23,564	-94,054	-50,359
H2O	0,649	18,016	11,692	-57,798	-37,511
CO	0,363	28,011	10,156	-26,417	-9,578
N2	0,321	28,016	9,004	0,000	0,000
H2	0,570	2,016	1,149	0,000	0,000
CH4	0,000	16,043	0,005	-17,895	-0,005
KHO	0,000	56,108	0,002	-55,600	-0,002
NH3	0,000	17,032	0,001	-10,970	-0,001

 Таблица 1. – Продукти от изгарянето на гориво калиев нитрат – Изомалт, според PROPEP.

 Данните са от специализираната софтуерна програма PROPEP ( Propellant Performance Evaluation Program ), използвана за теоретични пресмятания на ракетни горива.

 Високото съдържание на твърд калиев карбонат в продуктите на горенето е основната причина за невисокия специфичен импулс на горивото. Неговото термично разлагане настъпва при температури над 1200°С, което е над работната температура на това гориво. Един от начините за повишаване температурата на изгаряне с цел термично разлагане на калиевия карбонат е добавяне на прахообразни метали като алуминий или магнезий. Това обаче би довело до образуване на метални оксиди, които също ще бъдат в кондензирана фаза.

            6. Скорост на горене при атмосферни условия:

 Скоростта на горене на открито r, при нормално атмосферно налягане, се определя чрез изгаряне на тестови пръчици от горивото и измерване на времето за тяхното изгаряне по формула (1).

(1)   r=s/t    

 При проведени 10 на брой изгаряния на тестови пръчици с диаметър 10mm. и различни дължини е установена средна скорост на изгаряне 3,3mm/s. Отделните пръчици са взети от различни партиди гориво за по-добра представителност.

            Балистични качества на твърдо гориво от калиев нитрат - Изомалт:

 За изследване на вътрешната и външна балистика на горивото са проведени поредица от статични тестове в изпитателен двигател и множество ракетни полети с моделни ракети.

            1. Резултати от статичните тестове:

 Постановката за изследване на вътрешните балистични характеристики може да се види на сн.(1). Тестовият двигател е закрепен на специално направена стойка и е насочен със соплото нагоре. Неговата горивна камера е свързана с манометър за измерване на работното налягане. Самият двигател се движи на релси и позволява да се измерва създаваната при неговата работа тяга посредством пружинна везна.

 Снимка 1. – Опитна постановка за снемане на вътрешнобалистичните характеристики.

 В поредица от 15 на брой тестове са изгаряни заряди от горивото при различно зададени параметри с цел установяване зависимостта на скоростта на горене от работното налягане. Тя се изразява чрез закона на Виеле (2).

(2)            r = a Po ⁿ 

 Различните режими на работа се задават с промяна на отношението между общата горяща повърхност на заряда и площта на критичното сечение на соплото (величина, наричана клемунг) (3).

(3)  Kn=Ab/At        

 Получените резултати от всичките статични тестове са обобщени в графика 3.

 Графика 3. – Крива на зависимостта работно налягане – скорост на горене.

  За коефициента a и степенния показател n във формула (2) могат да се посочат следните стойности:
     a=3,77 (MPa, mm/s)
     n=0,26

 Чрез измерената тяга и времето на работа при всеки експеримент се изчислява пълния импулс на конкретния двигател.      

  Специфичният импулс, основна енергетична характеристика на горивото, може да се получи като отношение на пресметнатия пълен импулс и масата на горивния заряд.    

 Тази горивна характеристика зависи от различни фактори, като работно налягане, параметри на соплото и други.

 При тестовете са получени стойности в рамките на 1100 – 1250 N.s/kg.

            Заключение:

 От проведените многостранни изследвания върху свойствата и характеристиките на твърдо ракетно гориво калиев нитрат – Изомалт могат да се направят следните заключения:

-          Горивото се получава лесно и сравнително безопасно чрез стопяване и свободно леене.

-          Използваните изходни вещества са леснодостъпни, безвредни и нетоксични.

-          Механичните показатели позволяват изработването на заряди за ракетни двигатели с различни форми и размери.

-          Хигроскопичността на готовото гориво е ниска и позволява лесно и дълго съхранение.

-          Получените при изгаряне продукти не са токсични.

-          Зависимостта на скоростта на горене от работното налягане в интервала 0,1-8 MPa е слабо изразена, което е предпоставка за безопасна експлоатация в различни режими.

-          Реално получаваният специфичен импулс на горивото е в порядъка 1100-1250N.s/kg,  стойност по-висока от тази на черния барут и по-ниска от перхлоратните горива.

-          Карамелното гориво от калиев нитрат – Изомалт може успешно да се използва за задвижване на експериментални, научно-изследователски,  ракетомоделни и други видове ракети с гражданско приложение.