Заряд твердого ракетного топлива (варианты)

Заряд твердого ракетного топлива выполнен в виде шашки, бронированной по боковой поверхности бронепокрытием. Бронепокрытие состоит из полимерного связующего и армирующего материала при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полимерное связующее от 90 до 60, армирующий материал от 10 до 40. В соответствии с изобретением предложено два варианта связующего. Армирующий материал представляет собой хлопчатобумажную пряжу низкой крутки или хлопчатобумажную вискозную или лавсановую ленты, которые намотаны на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия. Отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 часов. Изобретение позволяет повысить эрозионную стойкость и термозащитную способность бронепокрытия, а также ускорить процесс его полимеризации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил, 4 табл.

 

Изобретение относится к области разработки технологии изготовления зарядов из твердых ракетных топлив и касается способа их получения.

Среди большого количества ракетных зарядов из твердых ракетных топлив важное место занимают вкладные бронированные заряды с полимерным бронепокрытием, к которым предъявляется целый ряд специальных требований, и, в частности, таких как высокие физико-механические характеристики и эрозионная стойкость покрытия, надежная его работоспособность в течение всего времени работы заряда, длительные сроки эксплуатации. Такие заряды имеют различную конфигурацию и габариты.

Известен заряд баллиститного ракетного твердого топлива с полимерным покрытием на основе эпоксиуретановой смолы, отвердителя и наполнителя, описанный в патенте RU 2275521 С1, МПК F02K 9/10, 27.04.2005, получение которого осуществляется методом заливки в зазор между металлической формой и шашкой-заготовкой с последующим отверждением. Описанным способом можно изготавливать только малогабаритные заряды.

Целью настоящего изобретения является решение технической задачи изготовления как мало-, так и крупногабаритных зарядов диаметром от 100 до 1600 мм и длиной от 300 до 5500 мм.

Поставленная цель достигается получением различных вариантов зарядов твердого ракетного топлива с помощью бронирования боковой поверхности шашки:

1. Заряд с бронепокрытием, представляющим собой полимерное связующее на основе эпоксиуретановой смолы, полученное взаимодействием эпоксидной составляющей с техническим ароматическим полиизоцианатом, представляющим собой смесь изомеров дифенилметандиизоцианатов и трех- и четырехъядерных три- и тетраизоцианатов и ароматического аминного отвердителя, а в качестве эпоксидной составляющей при получении эпоксиуретановой смолы использована смесь эпоксидной смолы на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А), технического диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина (Б) и технического лапроксида, представляющего собой олигомер окиси пропилена с концевыми эпоксидными группами с молекулярной массой от 250 до 900 (В) в соотношении А:Б:В от 5:70:25 до 90:5:5 при соотношении эпоксидной составляющей (А+Б+В) с полиизоцианатом в соотношении от 85:15 до 98:2, и эпоксиуретановая смола получена путем перемешивания при температуре от 50°С до 120°С в течение от 50 до 210 мин, а в качестве отвердителя использована стабилизированная жидкая смесь ароматических аминов, и дополнительно полифосфат и минеральный наполнитель, при этом композиция содержит в мас.ч.: эпоксиуретановая смола - 100, отвердитель - 15-65, полифосфат аммония - 10-100, наполнитель - 10-170, отличающийся тем, что полимерная композиция представляет собой полимерное связующее, а в бронепокрытие дополнительно введен армирующий материал в виде хлопчатобумажной пряжи низкой крутки или хлопчатобумажной вискозной или лавсановой ленты, который намотан на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: связующее от 90 до 60, армирующий материал от 10 до 40, при этом отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 часов.

2. Заряд твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что представляет собой заряд смесевого или баллиститного ракетного топлива.

3. Заряд с бронепокрытием, представляющим собой полимерное связующее и армирующий материал при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полимерное связующее от 90 до 60, армирующий материал: от 10 до 40, причем в качестве полимерного связующего используется полимерная композиция, состоящая из смеси эпоксидных смол на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А) и на основе диэтиленгликоля с молекулярной массой от 240 до 260 (А), а также отвердителя, в качестве которого используется 1,3-фенилендиамин, наполнителя - борная кислота, пластификатора на основе полиэтиленгликольадипината и ускорителя - бензойная кислота, при этом полимерная композиция содержит, мас.ч.: эпоксидная смола на основе 4,4'-диоксидифенилпропана - 43; эпоксидная смола на основе диэтиленгликоля - 17; отвердитель - 1,3-фенилендиамин - 7-8; наполнитель - борная кислота - 12-13; пластификатор на основе полидиэтиленгликольадипината - 16-18; ускоритель - бензойная кислота - 2-3, при этом армирующий материал представляет собой хлопчатобумажную пряжу низкой крутки или хлопчатобумажную вискозную или лавсановую ленты, которые намотаны на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия, а отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 часов.

4. Заряд твердого ракетного топлива по п.3, отличающийся тем, что представляет собой заряд смесевого или баллиститного ракетного топлива.

Применение первого и второго вариантов получения зарядов из баллиститного и смесевого твердого ракетного топлива приводит к повышению эрозионной стойкости и термозащитной способности бронепокрытия.

Применение третьего и четвертого вариантов связующего для баллиститного и смесевого твердого ракетного топлива приводит к ускорению процесса полимеризации бронепокрытия и повышению его физико-механических характеристик.

Выбор связующего определяется временем работы заряда и стабильной работой двигательной установки в широком диапазоне температур от минус 60°С до плюс 60°С.

Пример 1

Получение бронепокрытия и заряда на его основе с использованием связующего - полимерной композиции 1.

В реактор загружают 100 мас.ч. эпоксиуретановой смолы (патент RU 2275521), после чего последовательно вводят 40 мас.ч. жидкой эвтектической смеси 1,3-фенилендиамина, 4,4 диаминодифенилметана и технического n-аминобензиланилина в соотношении 30:30:40, 55 мас.ч. полифосфата аммония и 90 мас.ч. наполнителя маршаллита. Композицию перемешивают в течение 15 минут при температуре 25°С и используют в качестве связующего бронепокрытия и заряда на его основе.

На чертеже изображена схема получения заряда с помощью намотки жгута нитей или ленты, пропитанных связующим, на вращающуюся шашку-заготовку, где

1 - шпулярник для нитей или кассеты для ленты;

2 - нитепроводник или направляющая для ленты;

3 - ванночка для пропитки связующего;

4 - отжимное устройство связующего;

5 - шашка-заготовка.

Для получения заряда шашку-заготовку (5), представляющую собой цилиндр из баллиститного или смесевого твердого топлива, закрепляют на оправке, помещенной на токарный станок для вращения. Предварительно на ограничительные диски оправки, которые прижимаются к торцам шашки-заготовки, наносится антиадгезионное покрытие на основе кремнийорганической жидкости 136-41 в нефрасе, отвержденное в термостате при температуре 120°С в течение 8 часов. Перед установкой и закреплением изделия с оправкой на станке или после закрепления на станке проводят обезжиривание бронируемых поверхностей изделия растворителем с последующей выдержкой 20-30 минут. На обезжиренную поверхность изделия при его медленном вращении связующее наносится шпателем для улучшения адгезии. Операция по нанесению связующего производится при вращении изделия на станке со скоростью 7-12 об/мин. Далее со шпулярника (1) через нитепроводник (2) и пропиточную ванночку (3), заполненную приготовленным связующим, через отжимное устройство (4) на изделие подается жгут хлопчатобумажных нитей линейной плотностью 60 текс №14 или лента и проводится его обмотка по цилиндрической поверхности до достижения заданной толщины покрытия. Шаг обмотки устанавливается опытным путем, количество проходов подбирается в зависимости от требуемой толщины бронепокрытия. После обмотки изделие вращается на станке 30-40 минут, затем снимается со станка вместе с оправкой, и проводится отверждение бронепокрытия на изделии при температуре 15°С в течение 100 часов.

Примеры 2-4 осуществляются аналогичным образом при условиях, приведенных в табл.1.

Свойства бронепокрытия в сравнении с прототипом приведены в табл.2.

Таблица 1
Условия получения бронепокрытия и заряда на его основе с использованием полимерной композиции 1
Наименование показателя	Величина показателя
2	3	4	5	6	7	8
1. Состав связующее:	10	15	20	25	30	35	40
армирующий материал	90	85	80	75	70	65	60
2. Состав армирующего материала.	Пряжа х/б линейной плотностью 60 текс №14	Пряжа х/б линейной плотностью 56 текс №14	Пряжа х/б линейной плотностью 60 текс №18	Пряжа х/б линейной плотностью 56 текс №18	Пряжа х/б полотняная резаная для электропромышленности арт. 46ТР	Лента техническая лавсановая	Лента х/б (миткалевая, тафтяная, батистовая)
3. Толщина покрытия.	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	5,0
4. Режим отверждения: температура, °С	15	18	20	25	30	35	40
5. Время, час.	96	92	72	60	55	48	40

Таблица 2
Свойства заряда с бронепокрытием по примерам 1÷8 табл.1
Наименование показателей	Величина показателей	Прототип
1	2	3	4	5	6	7	8
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Физико-механические свойства - прочность при растяжении, МПа при Т=+50°С
продольные (т.е. вдоль армирующего материала)	42	43	44	44,5	45	45,5	46	46,5	-
поперечные (т.е. поперек армирующего материала)	1,5	1,6	1,8	1,9	2,0	2,1	2,3	2,5	2,5
Т=+20°С
продольные	45,2	46,0	46,5	46,8	47,0	47,2	47,5	48,0	-
поперечные	48,2	45,2	44,0	40,0	43,0	35,5	35,0	34,0	35,0
Т=-50°С
продольные	>60	58,0	>60	57,0	>60	59,0	>60	59,0	-
поперечные	58,0	55,2	54,0	50,0	49,5	49,0	44,0	42,0	45,0
- деформация, %
при Т=+50°С
продольные	12,8	13,0	13,5	14,0	13,8	12,5	13,2	13,7	-
поперечные	18,0	18,1	17,5	17,0	16,0	15,0	14,0	13,5	14,0
Т=+20°С
продольные	12,5	12,7	13,0	13,2	14,0	13,8	13,7	12,8	-
поперечные
Т=-50°С
продольные	2,0	2,1	2,0	2,1	1,9	2,0	2,1	2,0	-
поперечные	2,2	2,2	2,1	2,0	1,9	1,8	1,9	1,8	2,0
- модуль упругости при растяжении,
МПа,
при Т=+50°С
продольные	300	350	280	290	300	320	290	300	-
поперечные	9,5	9,0	8,5	8,0	10,0	11,0	9,8	9,5	8,0
Т=+20°С
продольные	1360	1400	1280	1290	1300	1450	1380	1350	1350
поперечные	1120	1200	1250	1300	1320	1400	1450	1500	1200
Т=-50°С
продольные	3450	3400	3300	3350	3480	3400	3380	3400	3400
поперечные	3350	3300	3380	3400	3450	3500	3600	3750	3500
Прочность крепления к БРТТ, МПа
при Т=+50°С	1,9	2,0	1,9	1,9	1,9	1,9	1,9	1,9	2,2
Т=+20°С	7,0	6,5	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0
Т=-50°С	>15	14,0	14,5	14,9	>15	14,2	14,3	14,4	14,0
Прочность крепления к СТРТ, МПа
при Т=+50°С	1,5	1,6	1,65	1,7	1,8	1,9	1,4	1,3	1,4
Т=+20°С	5,0	5,2	5,5	6,0	6,5	7,0	7,2	7,5	7,8
Т=-50°С	13,2	13,5	14,0	14,5	>15	>15	>15	>15	12,0
Относительное выгорание по длине, %	10,0	8,0	9,0	7,0	7,2	6,5	6,2	6,0	10,0
Относительное выгорание по массе, %	10,0	9,5	9,0	8,0	7,0	6,5	6,0	5,5	15,0

Как видно из приведенной табл.2, заряд, полученный способом намотки бронепокрытия с применением армирующего материала и связующего - композиции 1, обладает высокими физико-механическими и адгезионными характеристиками, повышенной эрозионной стойкостью и теплозащитной способностью по сравнению с известным техническим решением.

Пример 2

Получение бронепокрытия и заряда на его основе с использованием связующего - полимерной композиции 2.

В первый реактор загружают пластификатор на основе полиэтиленгликольадипината, бензойную кислоту и 1,3-фенилендиамин, перемешивают при температуре 85±5°С в течение 75-90 минут, охлаждают и сливают в емкость. Во втором реакторе перемешивают смеси смол на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А) и на основе диэтиленгликоля с молекулярной массой от 240 до 260 (А) при температуре 15-35°С в течение 20 минут, затем в нее водят наполнитель - борную кислоту и перемешивают 5-6 минут. Приготовленные смеси сливают в третий реактор и перемешивают при температуре не выше 25°С в течение 5-6 минут.

Получение заряда с бронепокрытием на основе полимерной композиции 2 проводят способом аналогичным описанному в примере 1.

Примеры 2-8 осуществляются аналогичным образом при условиях, приведенных в табл.3.

Получение бронепокрытия и заряда на его основе с использованием связующего - полимерной композиции 2 - проводят способом, аналогичным описанному в примере 1.

Свойства бронепокрытия в сравнении с прототипом приведены в табл.4.

Как видно из приведенной табл.4, применение армирующего материала и связующего - композиции 2 - ускоряет время полимеризации бронепокрытия, что приводит к сокращению длительности технологического процесса изготовления заряда по сравнению с известным техническим решением, при этом сохраняются высокие физико-механические и адгезионные характеристики.

Таблица 3
Условия получения бронепокрытия и заряда на его основе с использованием полимерной композиции 2
Наименование показателя	Величина показателя
2	3	4	5	6	7	8
Состав связующее:	10	15	20	25	30	35	40
армирующий материал	90	85	80	75	70	65	60
2. Состав армирующего материала.	Пряжа х/б линейной плотностью 60 текс №14	Пряжа х/б линейной плотностью56 текс №14	Пряжа х/б линейной плотностью 60 текс №18	Пряжа х/б линейной плотностью 56 текс №18	Пряжа х/б полотняная резаная для электропромышленности арт. 46ТР	Лента техническая лавсановая	Лента х/б (миткалевая, тафтяная, батистовая)
3. Толщина покрытия.	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	5,0
4. Режим отверждения: температура, °С	15	18	20	25	30	35	40
5. Время, час.	30	28	26	24	22	20	15

Таблица 4
Свойства заряда с бронепокрытием по примерам 1÷8 табл.3
Наименование показателей	Величина показателей	Прототип
1	2	3	4	5	6	7	8
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Физико-механические свойства
- прочность при растяжении, МПа при Т-+50°С
продольные (т.е. вдоль армирующего материала)	40	41	43	44,5	45,5	45,5	46,2	46,5	-
поперечные (т.е. поперек армирующего материала)	1,5	1,6	1,8	1,9	2,0	2,1	2,3	2,5	2,5
Т=+20°С
продольные	45,0	46,3	46,5	46,8	47,0	47,2	47,5	48,0	-
поперечные	38,2	35,2	42,0	40,0	43,0	35,5	35,0	34,0	35,0
Т=-50°С
продольные	>60	58,0	>60	57,0	>60	59,0	>60	59,0	-
поперечные	48,0	45,2	47,0	40,0	49,5	49,0	44,0	42,0	45,0
- деформация, %
при Т=+50°С
продольные	12,0	13,0	13,5	10,0	12,8	12,5	13,2	13,7	-
поперечные	19,0	19,1	18,5	17,0	18,0	18,0	14,0	13,5	14,0
Т=+20°С
продольные	12,0	12,2	12,0	12,2	13,0	13,8	13,7	12,8	-
поперечные
Т=-50°С
продольные	1,2	1,2	1,5	2,0	1,8	1,3	1,3	1,3	-
поперечные	2,0	2,1	2,1	2,0	1,9	1,8	1,9	1,8	2,0
- модуль упругости при растяжении,
МПа,
при Т=+50°С
продольные	320	350	280	290	320	340	290	300	-
поперечные	8,5	9,0	8,5	8,0	9,0	10,0	9,8	9,5	8,0
Т=+20°С
продольные	1360	1400	1280	1290	1300	1450	1380	1350
поперечные	1200	1200	1250	1300	1320	1400	1450	1500	1200
Т=-50°С
продольные	4500	4000	3300	3500	3480	3400	3380	3300	-
поперечные	3500	3300	3800	3400	3450	3500	3600	3750	3500
Прочность крепления к БРТТ, МПа
при Т=+50°С	1,9	2,1	1,9	2,2	1,9	1,9	1,9	1,9	2,2
Т=+20°С	7,0	7,5	7,2	7,0	7,2	7,0	7,0	7,0	7,0
Т=-50°С	>15	15,0	14,5	14,9	>15	14,2	14,3	14,4	14,0
Прочность крепления к СТРТ, МПа
при Т=+50°С	1,5	1,3	1,2	1,4	1,5	1,5	1,4	1,3	1,4
Т=+20°С	6,0	6,2	6,5	7,0	7,5	7,0	7,2	7,5	7,8
Т=-50°С	13,2	13,0	13,0	13,5	>14	>14	12,5	12,0	12,0

1. Заряд твердого ракетного топлива, выполненный в виде шашки, бронированной по боковой поверхности бронепокрытием, включающим полимерную композицию на основе эпоксиуретановой смолы, полученной взаимодействием эпоксидной составляющей с техническим ароматическим полиизоцианатом, представляющим собой смесь изомеров дифенилметандиизоцианатов и трех- и четырехядерных три- и тетраизоцианатов и ароматического аминного отвердителя, а в качестве эпоксидной составляющей при получении эпоксиуретановой смолы использована смесь эпоксидной смолы на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А), технического диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина (Б) и технического лапроксида, представляющего собой олигомер окиси пропилена с концевыми эпоксидными группами с молекулярной массой от 250 до 900 (В) в соотношении А:Б:В от 5:70:25 до 90:5:5, при соотношении эпоксидной составляющей (А+Б+В) с полиизоцианатом в соотношении от 85:15 до 98:2 и эпоксиуретановая смола получена путем перемешивания при температуре от 50 до 120°С в течение от 50 до 210 мин, а в качестве отвердителя использована стабилизированная жидкая смесь ароматических аминов и дополнительно полифосфат и минеральный наполнитель, при этом композиция содержит в мас.ч.: эпоксиуретановая смола 100, отвердитель 15-65, полифосфат аммония 10-100, наполнитель 10-170, отличающийся тем, что полимерная композиция представляет собой полимерное связующее, а в бронепокрытие дополнительно введен армирующий материал в виде хлопчатобумажной пряжи низкой крутки или хлопчатобумажной вискозной или лавсановой ленты, который намотан на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: связующее от 90 до 60, армирующий материал от 10 до 40, при этом отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 ч.

2. Заряд твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что представляет собой заряд смесевого или баллиститного ракетного топлива.

3. Заряд твердого ракетного топлива, выполненный в виде шашки, бронированной по боковой поверхности бронепокрытием, отличающийся тем, что бронепокрытие состоит из полимерного связующего и армирующего материала при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полимерное связующее от 90 до 60, армирующий материал от 10 до 40, причем в качестве полимерного связующего используется полимерная композиция, состоящая из смеси эпоксидных смол на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А) и на основе диэтиленгликоля, с молекулярной массой от 240 до 260 (А), а также отвердителя, в качестве которого используется 1,3-фенилендиамин, наполнителя - борная кислота, пластификатора на основе полидиэтиленгликольадипината и ускорителя - бензойная кислота, при этом полимерная композиция содержит, мас.ч.: эпоксидная смола на основе 4,4'-диоксидифенилпропана 43; эпоксидная смола на основе диэтиленгликоля 17; отвердитель 1,3-фенилендиамин 7-8; наполнитель - борная кислота 12-13; пластификатор на основе полидиэтиленгликольадипината 16-18; ускоритель - бензойная кислота 2-3, при этом армирующий материал представляет собой хлопчатобумажную пряжу низкой крутки или хлопчатобумажную вискозную или лавсановую ленты, которые намотаны на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия, а отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 ч.

4. Заряд твердого ракетного топлива по п.3, отличающийся тем, что представляет собой заряд смесевого или баллиститного ракетного топлива.