Твердое ракетное топливо баллиститного типа
Владельцы патента RU 2281276:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к твердым ракетным топливам и может быть использовано в РДТТ различного назначения. Предложено твердое ракетное топливо (ТРТ) баллиститного типа, содержащее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, гексоген, стабилизатор химической стойкости (централит или его смесь с дифениламином), масло индустриальное или приборное, стеарат цинка, сульфорицинат Е, динитрил адипиновой кислоты. Изобретение направлено на снижение чувствительности баллиститного топлива к внешним воздействиям: к удару, трению, ударной волне и обеспечение безопасности ТРТ при хранении и эксплуатации в условиях РДТТ, расширение области применения ТРТ за счет снижения его чувствительности к внешним воздействиям и уменьшения удельной мощности дымообразования в продуктах сгорания при сохранении высоких энергетических характеристик. 1 табл.
Изобретение относится к области разработки твердых ракетных топлив (ТРТ) баллиститного типа для использования в двигателях ракетных систем различного назначения.
Одним из необходимых требований, предъявляемых к ТРТ, является низкая чувствительность к внешним воздействиям: к удару, трению, ударной волне, детонационному импульсу. Для повышения энергобаллистических характеристик в состав твердых ракетных топлив вводят различные энергоемкие соединения: нитроглицерин, гексоген, октоген и др. катализаторы горения: окислы и соли тяжелых металлов, которые в той или иной степени увеличивают чувствительность топлив к внешним воздействиям и повышают опасность хранения и эксплуатации боеприпасов, ракетной техники на их основе. При попадании быстролетящих тел (пули, осколков брони и др.) в твердотопливные ракетные двигатели, в боеприпасы, последние могут сдетонировать, выводя из строя личный состав экипажей бронированной техники, самой техники и др.
Известно ТРТ на основе нитроцеллюлозы, нитроглицерина, содержащее модификаторы скорости горения (патент США №3450583, кл. 149-18, 1969 г.), включающее, мас.%: нитроцеллюлозу 40,85; нитроглицерин 10,35; динитротолуол и окись свинца - 12,30; динитроацетонитрил натрия или калия как катализатор скорости горения - 4,40 и в разных сочетаниях: сажу, графит, сульфат калия, диметилфталат, этилцентралит, триацетин.
Известно ТРТ на основе нитроцеллюлозы, нитроглицерина (патент РФ №2090544 от 20.09.97 г., кл. С 06 В 25/18), включающее, мас.%: нитроцеллюлозу 54-62; нитроглицерин 24-28; динитротолуол 8-12; централит или его смесь с дифениламином 1-3,3; оксид свинца 0,6-2,0; карбонат кальция 0,6-3,0; стеараты цинка или натрия 0,02-0,05; масло индустриальное или приборное 0,8-1,6; сульфорицинат Е 0,02-0,30.
Известно ТРТ на основе нитроцеллюлозы, нитроглицерина (патент РФ №2189371 от 4.05.2001 г., кл. С 06 В 25/24, 25/00, 25/18, 25/26, С 06 D 5/06), включающее, мас.%:, нитроглицерин 29,5-32,9; октоген 7,0-11,0; индустриальное масло 0,5-1,0; централит 0,9-1,3; дифениламин 0,2-0,5; углерод технический 0,2-1,1; свинцово-медный комплекс фталевой кислоты 1,5-4,2; карбонат кальция 0,4-2,3; динитротолуол 2,0-5,2; стеарат цинка 0,02-0,08; нитроцеллюлозу - остальное.
Известно ТРТ на основе нитроцеллюлозы (патент Великобритании №2246348 от 29.01.92 г., кл. С 06 В 25/18), содержащее, мас.%: нитроцеллюлозу 21,15-40,50; нитроглицерин 43,64-47,01; гексоген 19,60; стабилизатор химической стойкости 0,30-0,33; масло 0,8-1,2; углерод 0,11-0,20; оксид цинка 0,21-4,00; соли тяжелых металлов (свинца, меди) 1,25-4,02.
Общим недостатком известных топлив является высокая чувствительность к внешним воздействиям: к удару, трению и ударной волне, что ограничивает их широкое использование в различных устройствах, а именно в ракетных двигателях на твердом топливе (РДТТ). Кроме того, наличие солей тяжелых металлов (свинца, меди), оксида цинка, углерода в составе ТРТ обуславливает появление дополнительного количества дыма, что затрудняет использование таких топлив в ракетных системах с оптическими средствами наведения.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности признаков является ТРТ баллиститного типа (патент РФ №2082703 от 19.06.92 г., кл. С 06 В 25/22, С 06 D 5/06) содержащее, мас.%:
| Нитроцеллюлозу | 26,2-31,7 |
| Гексоген | 39,0-41,0 |
| Стабилизатор химической | |
| стойкости, например, централит | 0,3-0,7 |
| Масло вазелиновое или приборное | 0,8-1,2 |
| Стеарат цинка | 0,01-0,04 |
| Сульфорицинат Е | 0,1-0,3 |
| Нитроглицерин | остальное |
Данный состав ТРТ принят в качестве прототипа.
Недостатком известного ТРТ, принятого за прототип, является также достаточно высокий уровень чувствительности к внешним воздействиям: к удару, трению, ударной волне, детонационному импульсу из-за большого содержания гексогена и нитроглицерина, что не позволяет широко использовать его в различных РДТТ по соображениям безопасности.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - нитроцеллюлоза, гексоген, стабилизатор химической стойкости, технологические добавки, нитроглицерин.
Задача изобретения - снижение чувствительности баллиститных топлив к внешним воздействиям: к удару, трению, ударной волне и обеспечение безопасности ТРТ при их хранении и эксплуатации в условиях РДТТ, расширение области применения ТРТ за счет снижения его чувствительности к внешним воздействиям и уменьшения удельной мощности дымообразования в продуктах сгорания, сохраняя при этом их высокие энергетические характеристики.
Поставленная задача была решена за счет того, что известное ТРТ баллиститного типа, включающее нитроцеллюлозу, гексоген, нитроглицерин, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, технологические добавки - масло индустриальное или приборное, стеарат цинка и сульфорицинат Е, дополнительно содержит динитрил адипиновый кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Нитроцеллюлоза | 28,00-35,00 |
| Гексоген | 30,00-45,00 |
| Централит или его | |
| смесь с дифениламином | 0,50-3,00 |
| Масло индустриальное | |
| или приборное | 0,40-1,80 |
| Стеарат цинка | 0,01-0,10 |
| Сульфорицинат Е | 0,10-0,50 |
| Динитрил адипиновый кислоты | 3,00-15,00 |
| Нитроглицерин | остальное |
Отличительными признаками заявляемого ТРТ от прототипа являются содержание динитрила адипиновый кислоты, а также количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: нитроцеллюлоза 28,00-35,00; гексоген 30,00-45,00; централит или его смесь с дифениламином 0,50-3,00; масло индустриальное или приборное 0,40-1,80; стеарат цинка 0,01-0,10; сульфорицинат Е 0,10-0,50; динитрил адипиновый кислоты 3,00-15,00; нитроглицерин - остальное.
Динитрил адипиновый кислоты - бесцветная прозрачная жидкость, химическая формула NC-(CH2)4-CN или C6H8N2, плотность при температуре 20°С - 0,958-0,961 г/см3, температура кристаллизации +2°С, температура кипения +295°С, энтальпия образования +729,8 кДж/кг.
Изготовление заявленного топлива осуществляется по известной технологии смешения компонентов в водной среде при температуре 293÷303 К с последующим отжимом массы до влажности 4÷15 мас.%, вальцеванием при температуре валков 343÷363 К, сушкой таблетки до влажности не более 1 мас.% и прессованием изделий при температуре 343÷363 К и давлении 10÷30 МПа.
По описанному способу были изготовлены шесть опытных составов с различным соотношением ингредиентов. Приготовленные составы прошли лабораторные испытания. Данные о содержании ингредиентов и об энергетических и взрывчатых характеристиках предлагаемого и известного ТРТ приведены в таблице.
Как видно из данных таблицы, чувствительность топлива к механическим воздействиям ударного характера с массой груза 10 кг по предлагаемому изобретению составляет Но=130-200 мм, против Но=50÷75 мм для прототипа.
Чувствительность топлива к трению по предлагаемому изобретению составляет Ро=240÷350 МПа, против Ро=127÷160 МПа для прототипа.
Чувствительность топлива к ударной волне по предлагаемому изобретению составляет 4000÷6000 МПа, а для прототипа - 2000÷2400 МПа.
Восприимчивость топлива к детонационному импульсу электродетонатора ЭДС-1 по предлагаемому изобретению - 100% отказ из 20 параллельных испытаний, а у прототипа - 100% детонация.
Уровни единичного импульса и удельной мощности дымообразования топлива по предлагаемому изобретению находятся на уровне прототипа.
Таким образом, результаты испытаний опытных составов, представленные в таблице, убедительно показывают, что уровень чувствительности топлив к внешним воздействиям по предлагаемому изобретению существенно меньше уровня чувствительности топлива к внешним воздействиям по прототипу.
Предлагаемый состав баллиститного топлива является оптимальным для решения поставленной задачи, обеспечивает стабильную работу зарядов в РДТТ.
| Таблица | ||||||||
| № пп | Компонентный состав, мас%, | Опытные составы | ||||||
| Прототип | Предлагаемые | Запредельные | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
| Нитроцеллюлоза | 26,2-31,7 | 28,00 | 35,00 | 30,00 | 29,00 | 27,0 | 36,00 | |
| Гексоген | 39,0-41,0 | 40.00 | 30,00 | 30,00 | 45,00 | 46,0 | 29,00 | |
| Стабилизатор химической стойкости, например централит | 0,3-0,7 | 1,50 | 0,50 | 1,00 | 0,60 | 0,40 | 1,60 | |
| Масло индустриальное или приборное | 0,8-1,2 | 0,40 | 1,80 | 3,00 | 0,50 | 0,40 | 3,10 | |
| Стеарат цинка | 0.01-0,04 | 0,01 | 0,05 | 0,10 | 0,02 | 0,01 | 0,06 | |
| Сульфорицинат Е | 0,1-0,3 | 0,50 | 0,10 | 0,25 | 0,20 | 0,05 | 0,06 | |
| Динитрил адипиновой кислоты | - | 3,00 | 15,00 | 8,00 | 12,0 | 16,0 | 2,00 | |
| Нитроглицерин | Остальное | 26,59 | 17,55 | 27,65 | 12,68 | 10,14 | 28,18 | |
| Характеристики | ||||||||
| 1 | Чувствительность топлив к удару по ОСТ В 84-892-74, Но, мм/% взр. | 50/0÷75/0 | 130/0 | 200/0 | 160/0 | 180/0 | 240/0 | 110/0 |
| 2 | Чувствительность топлив к трению по ОСТ В 84-895-74, Ро, МПа/% взр. | 127/0÷160/0 | 240/0 | 350/0 | 300/0 | 320/0 | 365/0 | 210/0 |
| 3 | Чувствительность топлив к ударной волне по ГОСТ РВ 50872-96, МПа, 102 | 20÷24 | 40 | 60 | 50 | 54 | 65 | 24 |
| 4 | Восприимчивость к детонационному импульсу по ГОСТ Р В 50871-96, % отказа топлива от детонации, (использовался электродетонатор ЭДС-1, 20 параллельных испытаний,) | 0 | 85 | 100 | 100 | 100 | 100 | 75 |
| 5 | Единичный импульс (расч.), I1, кгс с/кг, при Рк/Ра=40/1 кгс/см2 | 220÷230 | 235 | 219 | 224 | 220 | 216 | 231 |
| 6 | Удельная мощность дымообразования, м2/кг | 3÷5 | 3,3 | 4,1 | 3,6 | 3,8 | 4,4 | 3,1 |
Твердое ракетное топливо баллиститного типа, включающее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, гексоген, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, технологические добавки - масло индустриальное или приборное, стеарат цинка и сульфорицинат Е, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит динитрил адипиновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Нитроцеллюлоза | 28,00-35,00 |
| Гексоген | 30,00-45,00 |
| Централит или его | |
| смесь с дифениламином | 0,50-3,00 |
| Масло индустриальное или | |
| приборное | 0,40-1,80 |
| Стеарат цинка | 0,01-0,10 |
| Сульфорицинат Е | 0,10-0,50 |
| Динитрил адипиновой кислоты | 3,00-15,00 |
| Нитроглицерин | Остальное |
