Твердое ракетное топливо баллиститного типа
Владельцы патента RU 2380346:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Изобретение относится к твердым ракетным топливам баллиститного типа, которое может быть использовано, например, в противотанковых управляемых ракетных системах. Баллиститное твердое ракетное топливо включает нитроцеллюлозу, пластификатор - нитроглицерин, динитротолуол и динитродиэтиленгликоль, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, технологические добавки - индустриальное масло и стеарат цинка, катализатор горения - смесь свинцово-никелевого комплекса фталевой кислоты с карбонатом кальция или окисью магния. Изобретение обеспечивает низкую зависимость скорости горения топлива от давления в области давлений ниже 40 кгс/см2. 1 табл.
Изобретение относится к классу твердых ракетных топлив баллиститного типа и может быть использовано, например, в противотанковых управляемых ракетах (ПТУР). Для указанных систем требуются топлива с пониженной зависимостью скорости горения от давления, особенно в области давлений ниже 40 кгс/см2 для обеспечения устойчивой работы маршевого двигателя.
Обычно топлива баллиститного типа в качестве основных компонентов содержат нитроцеллюлозу (НЦ), нитраты многоатомных спиртов, динитротолуол (ДНТ), дибутилфталат - в качестве дополнительных пластификаторов, стабилизаторы химической стойкости, технологические добавки, катализаторы и модификаторы процесса горения. В качестве катализатора горения в баллиститных топливах, в основном, используются соединения свинца, меди, никеля с различными органическими лигандами (патенты RU 2247700, 2175957, US 4226792, 5252409). При этом для каждого типа топлива важное значение имеет сочетание определенных видов металлов свинец-медь, свинец-никель, свинец-кобальт и т.д., а также их физическое состояние (механическая смесь, комплексное соединение и т.д.).
Обеспечение катализа процесса горения при давлениях ниже 40 кгс/см2 является очень сложной задачей и результат может быть достигнут благодаря подбору вида катализатора горения и оптимального соотношения компонентов.
В качестве прототипа использовано топливо по патенту RU 2090544 С06В 25/18, С06D 5/06, заявл. 27.02.96, опубл. 20.09.97, в котором в качестве катализатора горения используется оксид свинца в сочетании со стабилизатором горения - карбонатом кальция. Данное топливо имеет показатель степени в законе скорости горения ″ν″ в пределах 0,39-0,41 в области давлений 40…100 кгс/см2.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание топливной композиции, обеспечивающей малую зависимость скорости горения от давления в области пониженных давлений - 20…80 кгс/см2.
Технический результат данного изобретения достигается за счет использования в составе топлива комплексного катализатора горения - смеси свинцово-никелевого комплекса фталевой кислоты (ФНС) с окисью магния или карбонатом кальция, нитроцеллюлозы, пластификатора - смеси нитроглицерина (НГ) и динитротолуола, стабилизатора химической стойкости - централита или его смеси с дифениламином, технологических добавок - индустриального масла и стеарата цинка и введения дополнительного пластификатора динитродиэтиленгликоля (ДНДЭГ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Динитродиэтиленгликоль | 14,6…16,9 |
| Пластификатор | 16,4…19,1 |
| Стабилизатор химической стойкости | 1,5…3,0 |
| Свинцово-никелевый комплекс фталевой | |
| кислоты | 1,5…3,0 |
| Карбонат кальция или окись магния | 0,5…3,0 |
| Индустриальное масло | 0,5…1,5 |
| Стеарат цинка | 0,01…0,1 |
| Нитроцеллюлоза | Остальное |
Сущность изобретения заключается в активации процесса горения при низких давлениях за счет использования в качестве катализатора скорости горения смеси свинцово-никелевого комплекса фталевой кислоты в сочетании с окисью магния или карбонатом кальция, а в качестве дополнительного пластификатора - динитродиэтиленгликоля.
Механизм смещения плато-эффекта в область низких давлений заключается в интенсификации окислительно-восстановительных процессов при малых давлениях, за счет воздействия комплексного катализатора горения, содержащего в молекуле одновременно свинец и никель в сочетании с окисью магния или карбонатом кальция. Никелевая составляющая катализатора способствует увеличению температуры пламени в области низкого давления и способствует более раннему образованию равномерно расположенного углеродистого каркаса, роль которого заключается в удерживании на своей поверхности ионов свинца, препятствуя их агломерации (С.И.Яковлев «Механизм действия свинцовых катализаторов на горение порохов». Физика горения и взрыва, №1, 1991 г., 41-43).
Введение в комплексный катализатор окиси магния или карбоната кальция обеспечивает стабильное горение предлагаемой топливной композиции в требуемом интервале давлений.
Замена части нитроглицерина на дополнительный пластификатор динитродиэтиленгликоль, который является более активным пластификатором по отношению к нитроцеллюлозе в сравнении с нитроглицерином, способствует получению более пластичной композиции и более равномерному распределению катализатора в топливной массе, что улучшает условия катализа горения.
В таблице приведены составы и характеристики образцов в сравнении с прототипом.
| Таблица | |||||
| Характеристики | Прототип | Опытные образцы | |||
| Обр.1 | Обр.2 | Обр.3 | Обр.4 | ||
| Компонентный состав, мас.% | |||||
| Нитроглицерин | 24,0-28,0 | 14,6 | 15,2 | 15,8 | 16,9 |
| ДНДЭГ | - | 14,6 | 15,2 | 15,8 | 16,9 |
| Динитротолуол | 8,0-12,0 | 1,8 | 1,9 | 2,0 | 2,2 |
| Централит или его смесь с дифениламином | 1,0-5,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 |
| ФНС | - | 1,5 | 2,4 | 2,8 | 3,0 |
| Карбонат кальция | 0,6-3,0 | 3,0 | - | 0,5 | - |
| Окись свинца | 0,6-2,0 | - | - | - | - |
| Окись магния | - | - | 0,5 | - | 3,0 |
| Продолжение таблицы | |||||
| Характеристики | Прототип | Опытные образцы | |||
| Обр.1 | Обр.2 | Обр.3 | Обр.4 | ||
| Индустриальное масло | 0,8-1,6 | 1,5 | 0,9 | 1,0 | 0,5 |
| Стеарат цинка | 0,02-0,05 | 0,01 | 0,04 | 0,06 | 0,1 |
| Сульфорицинат Е | 0,02-0,3 | - | - | - | - |
| Нитроцеллюлоза | 54,0-62,0 | 61,49 | 61,86 | 59,54 | 54,4 |
| Показатель степени в законе горения ″ν″ в области давлений, кгс/см2: | |||||
| 40-100 | 0,39-0,41 | 0,22 | 0,18 | 0,16 | 0,12 |
| 20-80 | - | 0,098 | 0,085 | 0,079 | 0,071 |
Из данных таблицы следует, что использование предложенного катализатора горения ФНС в смеси с окисью магния или карбонатом кальция и дополнительного пластификатора динитродиэтиленгликоля в сочетании с полезным соотношением компонентов позволяет обеспечить снижение показателя "ν" в области низких давлений.
Баллиститное твердое ракетное топливо, включающее нитроцеллюлозу, пластификатор, содержащий смесь нитроглицерина и динитротолуола, централит или его смесь с дифениламином в качестве стабилизатора химической стойкости, индустриальное масло и стеарат цинка в качестве технологических добавок, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит в качестве пластификатора динитродиэтиленгликоль, а в качестве катализатора горения - смесь свинцово-никелевого комплекса фталевой кислоты с карбонатом кальция или окисью магния при следующем содержании компонентов, мас.%:
| динитродиэтиленгликоль | 14,6…16,9 |
| пластификатор | 16,4…19,1 |
| стабилизатор химической стойкости | 1,5…3,0 |
| свинцово-никелевый комплекс фталевой кислоты | 1,5…3,0 |
| карбонат кальция или окись магния | 0,5…3,0 |
| индустриальное масло | 0,5…1,5 |
| стеарат цинка | 0,01…0,1 |
| нитроцеллюлоза | остальное |
