Способ изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива

Изобретение относится к ракетной технике. Способ изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива включает смешение компонентов топлива в нейтральной среде, отжим топливной массы, вальцевание топливной массы с переработкой в таблетированную массу, сушку таблетированной массы и прессование из нее зарядов через формообразующий пресс-инструмент. При смешении компонентов в нейтральной среде вводят ингибитор горения γ-полиоксиметилен со среднемассовым размером частиц не более 15,0 мкм и используют нитроцеллюлозу с содержанием азота не более 192,0 мл NO/г. Изобретение обеспечивает получение скорости горения топлива при Р_к=40 кгс/см², Т=20°С в пределах 2,2...3,85 мм/с. 1 табл.

 

Изобретение относится к области изготовления баллиститных твердых ракетных топлив (ТРТ) и зарядов из них и может быть использовано как непосредственно в ракетной технике: в ракетных двигателях твердого топлива (РДТТ), в газогенераторах (ГГ) бортовых источников питания ракет, так и в других отраслях промышленности.

Известны способы изготовления зарядов из баллиститных ТРТ, включающие смешение компонентов топлива в нейтральной среде, отжим топливной массы, ее последующее вальцевание-таблетирование и прессование зарядов. При этом при изготовлении зарядов с низкой скоростью горения ТРТ в составе последних используют модификатор (ингибитор) скорости горения. Аналогами патентуемого изобретения являются изобретения по патентам: RU 2172730, RU 2175957, RU 2220934, US 4080411, US 4506069, GB 850336, а также по источнику: Смирнов Л.А. "Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них". М., 1997, 51-52.

Наиболее близким к патентуемому является изобретение по патенту RU 2220934 (заявка RU 2002107072 от 19.03.02, МПК С06D 21/00, С06D 5/00), принятое авторами за прототип.

По патенту 2172730 предусматривается применение в составе баллиститного ТРТ модификатора скорости горения - γ-полиоксиметилена (γ-ПОМ) в количестве 12...20% от массы топлива. Использование в составе ТРТ γ-ПОМа позволяет обеспечить скорость горения ТРТ в пределах 2,5...4,5 мм/с при р_к=40 кгс/см², Т=20°С, что позволяет реализовать ГГ с длительными временами работы (до 150 с и более), а также эффективно использовать такие составы в маршевых РДТТ противотанковых, зенитных и других малогабаритных ракетах.

Однако, как показал опыт практического применения γ-ПОМа в составах ТРТ, на базе способа-прототипа (RU 2220934), и дополнительные экспериментально-теоретические исследования, эффективность ингибирования (замедления) скорости горения топлива существенно зависит не только от количества вводимого модификатора, но и от дисперсности γ-ПОМа. В отличие от известных модификаторов скорости горения, типа перхлората аммония, уменьшение частиц горения которого способствует увеличению скорости горения, при использовании γ-ПОМа наблюдается прямо противоположный эффект.

При больших среднемассовых размерах частиц (СМРЧ) γ-ПОМа не всегда удается обеспечить требуемые низкие значения скорости горения ТРТ. Отсутствие нормирования дисперсности вводимого в топливо модификатора (ингибитора) скорости горения требует предварительного изготовления передовых образцов с различным содержанием модификатора (ингибитора) в топливе и уже по результатам испытаний образцов по скорости горения корректировать конкретное содержание модификатора в топливе.

Таким образом, отсутствие нормирования СМРЧ γ-ПОМа, вводимого в состав ТРТ, является существенным недостатком способа-прототипа.

Технической задачей изобретения является разработка способа изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива, обеспечивающего гарантированный уровень низкой скорости горения и эффективное использование модификатора (ингибитора) скорости горения - γ-ПОМа в составе ТРТ.

Технический результат изобретения заключается в способе изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива, содержащего γ-ПОМ, вводимый в состав топлива при смешении компонентов в нейтральной среде. У вводимого в топливную смесь γ-ПОМа обеспечивают СМРЧ не более 15 мкм. Для более эффективного результата, в части снижения скорости горения баллиститного ТРТ, при изготовлении зарядов используют нитроцеллюлозу (НЦ) с пониженным содержанием азота по верхнему пределу - не более 192 мл NO/г.

Сущность изобретения заключается в нормировании дисперсности вводимого в состав топливной массы γ-ПОМа, СМРЧ которого не более 15,0 мкм. При более крупных размерах частиц существенная часть γ-ПОМа практически "не работает" на процесс ингибирования и по сути выполняет роль инертной добавки в составе ТРТ. Такое поведение ингибитора можно объяснить тем, что при размерах частиц γ-ПОМа (в составе ТРТ) более 15 мкм его термическое разложение в конденсированной фазе не успевает завершиться, что обусловлено малыми временами присутствия частиц γ-ПОМа в реакционной зоне конденсированной фазы горящего топлива. При этом снижается суммарный эндотермический эффект термического разложения и соответственно эффект ингибирования (замедления) скорости горения ТРТ.

Дополнительным фактором, способствующим эффекту снижения скорости горения, является использование в составе баллиститных ТРТ, наряду с γ-ПОМом, НЦ с пониженным содержанием азота (не более 192 мл NO/г), что облегчает процесс ингибирования.

Способ поясняется примерами.

Примеры практической реализации (проверки) патентуемого способа приведены в таблице.

Таблица
№ примера	Содержание γ-ПОМа в ТРТ (мас.%)	Дисперсность (СМРЧ) γ-ПОМа, мкм	Содержание азота в НЦ мл NO/г	Скорость горения ТРТ (рк=40 кг/см2, Тнач=20°С),мм/с
1	12...14	10...15	193,0	3,45
2	12...14	5...7	193,0	2,55
3	12...14	>15	192,5	3,85
4	12...14	5...7	192,0	2,2
5	12...14	10...15	189,5	3,2
6	12.,.14	>15	194,0	4,2

В таблице обозначены:

р_к- давление в камере сгорания РДТТ,

Т_нач- начальная температура заряда.

Из приведенных в таблице данных следует, что использование мелкодисперсного γ-ПОМа (с размером СМРЧ<15 мкм) позволяет существенно понизить скорость горения баллиститного ТРТ по сравнению с прототипом, а уменьшение содержания азота в НЦ, в составе топлива, способствует указанному эффекту.

Положительный эффект изобретения в целом заключается в разработке способа изготовления медленногорящих зарядов из баллиститных ТРТ с повышенной эффективностью их использования в ракетных двигателях. Последнее заключается в возможности уменьшения рецептурного содержания γ-ПОМа, что позволяет повысить энергетику ТРТ, его газопроизводительность и тем самым улучшить весогабаритные характеристики РДТТ (ГГ) и оснащенных ими ракет.

Способ изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива, включающий смешение компонентов топлива в нейтральной среде, отжим топливной массы, вальцевание топливной массы с переработкой в таблетированную массу, сушку таблетированной массы и прессование из нее зарядов через формообразующий пресс-инструмент, отличающийся тем, что при смешении компонентов в нейтральной среде вводят ингибитор горения γ-полиоксиметилен со среднемассовым размером частиц не более 15,0 мкм и используют нитроцеллюлозу с содержанием азота не более 192,0 мл NO/r.