Термопластичный малодымный бронесостав на основе ацетилцеллюлозы с повышенной термостойкостью
Владельцы патента RU 2276174:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Изобретение относится к области бронирования зарядов твердых ракетных топлив, а именно к разработке термополастичных малодымных бронесоставов. Термопластичный малодымный бронесостав на основе ацетилцеллюлозы содержит ацетилцеллюлозу, ацетилтриэтилцитрат, β-(2,4-динитрофенокси)этанол и наполнитель. В качестве наполнителя применен углекислый кальций, а компоненты бронесостава взяты в следующем соотношении (мас.%): ацетилтриэтилцитрат 25-36, β-(2,4-динитрофенокси)этанол 2,0, углекислый кальций 30-50, ацетилцеллюлоза остальное. Изобретение позволяет повысить термостойкость бронесостава одновременно с сохранением низкого уровня дымообразующей способности. 1 табл., 4 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области бронирования зарядов твердых ракетных топлив (ТРТ), а именно к разработке рецептур термопластичных малодымных бронесоставов, и может быть использовано при отработке, испытаниях и изготовлении зарядов ТРТ к управляемым ракетам (УР).
Известна рецептура термопластичного малодымного бронесостава на основе ацетилцеллюлозы (пат. RU 2179989 от 27.02.02 г), наносимая на заряд ТРТ высокопроизводительным способом литья под давлением на термопластавтомате (ТПА) по пат. RU 2209135 от 27.07.03 г. Изобретение по пат.RU 2179989 принято авторами за прототип.
Достоинством прототипа является низкое дымообразование бронесостава при высокой технологичности нанесения его на заряд литьем под давлением на ТПА. Недостаток бронесостава-прототипа заключается в низкой его термостойкости. В связи с этим приходится существенно утолщать бронепокрытие для исключения его прогара (разрушения) под действием температурных и газодинамических нагрузок, присущих ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ), что приводит к снижению массы твердого топлива в составе заряда, к увеличению пассивного веса РДТТ и уменьшению суммарного импульса его тяги. Такое бронепокрытие ограничивало и применение более мощных топлив с высокой температурой продуктов сгорания.
Технической задачей изобретения является повышение термостойкости ацетилцеллюлозных бронесоставов для зарядов ТРТ с сохранением низкого уровня (допустимого для систем управления УР) дымообразующей способности последних и повышение энергетических возможностей РДТТ в заданных габаритах камеры сгорания, в том числе за счет использования в зарядах высокоэнергетических ТРТ.
Указанная техническая задача решается в рамках патентуемого изобретения путем использования в рецептуре ацетилцеллюлозного бронесостава более термостойких, по сравнению с прототипом, наполнителей.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1, 2, 3, 4.
Фиг.1. Бронированный заряд ТРТ
1 - топливная шашка;
2 - бронесостав (бронепокрытие).
Фиг.2. Остаток бронепокрытия (бронечехла) из бронесостава-прототипа после выгорания топлива.
Фиг.3. Остаток бронепокрытия (бронечехла) из патентуемого бронесостава.
Фиг.4. Зависимость мощности дымообразования
3 - прототип;
4 - патентуемый бронесостав.
Технический результат изобретения заключается в разработке рецептуры бронесостава, содержащего ацетилцеллюлозу, ацетилтриэтилцитрат, β-(2,4-динитрофенокси) этанол, а в качестве наполнителя - углекислый кальций, взятые в следующем соотношении (мас.%):
Ацетилтриэтилцитрат 36,0
β-(2,4-Динитрофенокси)этанол 2,0
Углекислый кальций 30,0
Ацетилцеллюлоза Остальное
Отличительная особенность патентуемого бронесостава - применение углекислого кальция в качестве наполнителя.
Эффективность патентуемого технического решения иллюстрируется примерами.
Пример I. Исследовался бронесостав, содержащий (мас.%) ацетилтриэтилцитрат 25, β-(2,4-динитрофенокси)этанол 2, углекислый кальций 50, ацетилцеллюлоза остальное.
Бронесостав готовили и наносили на твердотопливные шашки из баллиститного топлива средней калорийности (со скоростью горения 8...10 мм/с при Р=40 кгс/см2 при 20°С) с размерами ⊘65 мм, длина - 100 мм (модельные заряды) в следующем порядке.
1. Смешение и пластификация бронесостава в обогреваемом смесителе типа СМ400.
2. Грануляция бронесостава на экструдерах типа ЧП 90-25, LSP 120.
3. Разогрев гранул до состояния текучести и бронирование методом литья под давлением путем впрыска бронемассы в щелевой зазор между матрицей пресс-формы и твердотопливной шашкой на ТПА типа QASI 800/250.
Бронировались как натурные заряды из баллиститного топлива, так и инертные (макеты). Бронесостав с макетов подвергался препарированию с последующим изготовлением лабораторных образцов для определения характеристик. Натурные заряды подвергались огневым стендовым испытаниям в составе РДТТ с регистрацией параметров дымообразования и оценкой мощности дымообразования (N). Результаты определений и испытаний приведены в таблице и на фиг.1, 2, 3, 4.
Пример II. Исследовался бронесостав, содержащий (мас.%) ацетилтриэтилцитрат 36, β-(2,4-динитрофенокси)этанол 2, углекислый кальций 30, ацетилцеллюлоза остальное.
Порядок изготовления бронесостава, нанесения его на заряд, испытаний и определений аналогичен примеру I.
Пример III. Исследовался бронесостав, содержащий (мас.%) ацетилтриэтилцитрат 30, β-(2,4-динитрофенокси)этанол 2, углекислый кальций 45, ацетилцеллюлоза остальное.
Порядок изготовления бронесостава, нанесения его на заряд, испытаний и определений аналогичен примеру I.
Результаты определений и испытаний бронесостава (бронепокрытия) приведены в таблице.
| Таблица | ||||||||
| №№ примера | Теплофизические характеристики | ρ, г/см3 | Тнир, °C | Индекс расплава, г/10 мин | Тисп, °С | N, м2/кг | ||
| λ, Вт/см·град | а, м2/сек | с, Дж/кг·град | ||||||
| I | 0,3712 | 0,1601·10-6 | 1274,0 | 1,82 | 245,0 | 5,8 | 20 | 0,54 |
| II | 0,3577 | 0,16644·10-6 | 1311,0 | 1,64 | 235,0 | 4,9 | 20 | 0,51 |
| III | 0,3681 | 0,1613·10-6 | 1282,0 | 1,78 | 249,0 | 5,4 | 20 | 0,52 |
| Прототип | 0,3082 | 0,14·10-6 | 1410,0 | 1,35-1,45 | 210...220 | 2,0...8,0 | 20 | 0,49 |
| В таблице обозначены: λ - коэффициент теплопроводности бронесостава (бронепокрытия); а - коэффициент температуропроводности бронесостава (бронепокрытия); с - удельная теплоемкость бронесостава (бронепокрытия); ρ - плотность бронесостава (бронепокрытия); Тнир - температура начала интенсивного термического разложения; "индекс расплава" - реологическая характеристика бронесостава; Тисп. - начальная температура заряда при огневых стендовых испытаниях с регистрацией в РДТТ зависимости "давление-время"; N - мощность дымообразования модельного заряда торцевого горения, оценивается средним значением при горении заряда на стационарном режиме. |
Сравнение характеристик патентуемого изобретения по результатам исследований и огневых стендовых испытаний с характеристиками модельных зарядов, бронированных бронесоставом-прототипом с оценкой дымообразования (пат. RU 2233991 от 10.08.04 г.) прототипа позволяет сделать вывод о существенном улучшении параметров, обеспечивающих термостойкость бронесостава по сравнению с прототипом, при сохранении дымообразующей способности бронесостава практически на уровне прототипа.
При испытании зарядов с бронесоставом-прототипом к концу горения заряда выгорает до половины и более бронечехла по длине и около 70% по массе (фиг.2). При испытании зарядов с патентуемым бронесоставом бронечехол после испытаний укорачивается на 10...20% от исходной длины, масса разложившегося жившегося бронесостава составляет не более 30% от исходной. Патентуемый бронесостав (30%...50% наполнителя СаСо3) обеспечивает достаточно низкий уровень дымообразования и удовлетворительные реологические характеристики бронесостава при бронировании способом литья под давлением на ТПА.
Положительный эффект изобретения - повышение эксплуатационной эффективности зарядов ТРТ за счет повышения термостойкости малодымных термопластичных бронесоставов на основе ацетилцеллюлозы и расширение сферы их применения как по типоразмерам и назначению зарядов, так и по условиям эксплуатации ракетных систем в теплонапряженных климатических условиях.
Термопластичный малодымный бронесостав на основе ацетилцеллюлозы, содержащий ацетилцеллюлозу, ацетилтриэтилцитрат, β-(2,4-динитрофенокси) этанол и наполнитель, отличающийся тем, что в качестве наполнителя применен углекислый кальций, а компоненты бронесостава взяты в следующем соотношении, мас.%:
| Ацетилтриэтилцитрат | 25-36 |
| β-(2,4-Динитрофенокси) этанол | 2,0 |
| Углекислый кальций | 30-50 |
| Ацетилцеллюлоза | Остальное |
