ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО Российский патент 1997 года по МПК C06B25/24 C06B25/26 C06D5/06 

Изобретение относится к области разработки топлива для противоградовых установок, предназначенных для воздействия на облака с целью защиты сельскохозяйственных культур от градобитий. Эффективность работы противоградовых ракет во многом определяется эффективностью используемого в них топлива, которое должно обеспечить стабильную работу ракетного двигателя при низких давлениях (2 5 МПа) без пиротехнических сопроводителей и иметь в продуктах сгорания вредных веществ, загрязняющих окружающую среду.

Известны патенты США, Германии, Великобритании, Японии, защищающие двух основные топлива с нитроцеллюлозой различными алифатическими и ароматическими соединениями свинца и меди для регулирования баллистических характеристик и снижения давления (пат. США N 3085819, 3104190, 3834956, 3945202); содержащие различные металлы, их гидриды (пат. США N 3326732, 3860462, 3821042, 3923504; пат. Германии N 1270460; пат. Великобритании N 1279961; пат. Японии N 4428307), а также различные окислители, ВВ и пластификаторы (пат США N 3883374, 3894849, 3104190, 3791893, 3811966, 3894349.

Известно топливо по пат. США N 3104190, кл. 149-98, опубл. 17.09.63, содержащее (вес.) 44-60 нитроцеллюлозы, 27 47 нитроглицерина, 3 15 неактивного пластификатора (адипонитрил), 1 5 стабилизатора химстойкости, 2 5 баллистического модификатора ( салицилат, ацетилсалицилат, 2, 4-дигидроксибензоат свинца).

Топливную массу изготавливают смешением компонентов в смеси этилового спирта и ацетона (65/35) с последующей сушкой изделий в течение четырех суток.

Данное топливо взято в качестве прототипа как наиболее близкое по компонентному составу, однако оно не содержит стабилизатора горения и, следовательно, не способно обеспечить стабильную работу двигателя при низких давлениях, что является одним из основных требований к составам для противоградовых ракет. Кроме того, оно содержит токсичные соединения свинца, совершенно нежелательные с экологической точки зрения.

При горении топлива соединения свинца в виде мелкодисперсной фазы в истекающих из ракеты газах оседают на защищаемую площадь, накапливаются в почве, водоемах, что не позволяет производить экологически чистую сельскохозяйственную продукцию.

В табл. 1 приведены результаты загрязнения воздушного объема соединениями свинца при одном пуске противоградовых ракет.

Технической задачей изобретения было создание экологически чистого топлива для противоградовых ракет, обеспечивающего стабильную работу двигателя при низких давлениях.

Задача была решена созданием твердого топлива, включающего дополнительно к известным компонентам нитроцеллюлозе и нитроглицерину комбинированный модификатор горения окись железа, углерод и нитрат или гексанитрокобальтат калия, в качестве стабилизатора химстойкости оно содержит централит или дифениламин, или симм. диэтилдифенилмочевину или ее смесь с дифениламином, в качестве стабилизатора горения в состав топлива введены окись или двуокись титана, или карбонат кальция, или алюминиево-магниевый сплав, в качестве пластификатора введены динитротолуол и дибутилфталат, а в качестве технологической добавки расплав стеарата цинка или натрия с маслом - вазелиновым, индустриальным, смазочным или сульфированным касторовым и дополнительно сульфорицинат E.

Входящие в топливо компоненты взяты в следующем соотношении, мас.

нитроглицерин 24,0.26,0
динитротолуол 6,5.8,5
дибутилфталат 2,0.3,0
централит или дифениламин, или симм. диэтилдифенилмочевина, или их смесь
1,4.2,5
окись магния или двуокись титана, или карбонат кальция, или алюминиево-магниевый сплав 1,5.2,5
окись железа 0,3.1,0
углерод 0,3.1,0
нитрат или гексанитрокобальтат калия 3,0.6,0
расплав стеарата цинка или натрия с маслом в соотношении 1:20 0,8.1,2
сульфорицинат E 0,1.0,2
нитроцеллюлоза остальное
Составные компоненты тройной смеси комбинированного модификатора горения в дальнейшем при попадании в почву выполняют роль микроэлементов для подкормки сельскохозяйственных культур. Соединения калия в модификаторе горения выполняют роль окислителя в топливе.

Основу топлива составляет горюче-связующе-пластифицированная тройной смесью (нитроглицерин, дибутилфталат, динитротолуол) нитроцеллюлоза. Все используемые компоненты недефицитные и имеют отечественное производство.

Изготовление и переработка разработанного состава осуществляется по известной в отечественной практике технологии путем смешения компонентов в водной среде при температуре 45 55^oC с последующим отжимом массы от воды, вальцеванием при температуре валков 80 95^oC, сушкой таблетки при той же температуре в течение 1 ч до влажности 0,3 1,0% таблетированием на аппаратах ПК0т и прессованием изделий при температуре 65 85^oC и давлении 10 30 МПа.

В табл. 2 приведены составы предлагаемого топлива, их свойства и характеристики, присущие составам для противоградовых систем.

В табл. 3 приведен состав продуктов сгорания предлагаемого топлива в мольных долях для газообразных продуктов и в массовых долях для конденсированных продуктов.

Как видно из табл. 2 и 3, разработанный состав топлива обеспечивает требуемый уровень характеристик противоградовых ракет. Топливо стабильно работает при низких давлениях 1 -2,0 МПа, при этом обеспечивается экологическая чистота продуктов сгорания топлива, что обеспечивает выполнение требований к зарядам для противоградовых ракет.

При содержании компонентов комбинированного модификатора горения менее нижних пределов наблюдается нестабильное горение состава, при содержании выше верхнего предела ухудшается зависимость скорости горения от давления, в обоих случаях это приводит к невозможности использования топлива в противоградовых установках. Изменение содержания остальных компонентов (пластификаторов, стабилизаторов химстойкости, технологических добавок) ниже или выше указанных пределов приводит к нетехнологичности топливной массы, невозможности ее переработки.

В опытном производстве ЛНПО "Союз" отработаны технологические режимы изготовления зарядов диаметром до 65 мм из разработанного состава. Проведена оценка работоспособности и внутрибаллистических характеристик натурных зарядов в штатном двигателе ракеты "Кристалл". Показана стабильная работа зарядов в диапазоне давлений 1 5 МПа.

Таким образом, применение предлагаемого топлива позволяет создать эффективные экологические чистые противоградовые установки, конкурентоспособные на мировом рынке.

Использование: топливо для противоградовых установок, предназначенных для воздействия на облака с целью защиты сельскохозяйственных культур от градобитий. Сущность изобретения: топливо включает (в мас.%): нитроглицерин 24,0. . . 26,0; динитротолуол 6,5...8,5; дибутилфталат 2,0... 3,0; централит или дифениламин, или симметричную диэтилдифенилмочевину, или их смесь 1,4... 2,5, окись магния или двуокись титана, или карбонат кальция, или алюминиево-магниевый сплав 1,5. ..2,5; окись железа 0,3... 1,0; углерод 0,3...1,0; нитрат или гексанитрокобальтат калия 3,0...6,0; расплав стеарата цинка или натрия с вазелиновым, индустриальным, смазочным или сульфированным касторовым маслом в соотношении 1:20 0,8...1,2; сульфорицинат E 0,1...1,2; нитроцеллюлоза - остальное. Изготовление и переработка топлива осуществляется по известной технологии изготовления двухосновных топлив. 3 табл.

Твердое топливо, включающее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, стабилизатор химической стойкости, стабилизатор и модификатор горения, пластификатор и технологические добавки, отличающееся тем, что оно содержит в качестве стабилизатора химстойкости централит, или дифениламин, или симметричную диэтилдифенилмочевину, или ее смесь с дифениламином, в качестве стабилизатора горения окись магния, или двуокись титана, или карбонат кальция, или алюминиево-магниевый сплав, в качестве модификатора горения окись железа, углерод и нитрат или гексанитрокобальтат калия, в качестве пластификатора - динитротолуол и дибутилфталат, а в качестве технологичской добавки расплав стеарата цинка или натрия с вазелиновым, индустриальным, смазочным или сульфированным касторовым маслом и дополнительно сульфорицинат Е при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитроглицерин 24 26
Динитротолуол 6,5 8,5
Дибутилфталат 2 3
Централит, или дифениламин, или симметричная диэтилдифенилмочевина, или их смесь 1,4 2,5
Окись магния, или двуокись титана, или карбонат кальция, или алюминиево-магниевый сплав 1,5 2,5
Окись железа 0,3 1,0
Углерод 0,3 1,0
Нитрат или гексанитрокобальтат калия 3,0 6,0
Расплав стеарата цинка или натрия с маслом в соотношении 1:20 0,8 1,2
Сульфорицинат Е 0,1 1,2
Нитроцеллюлоза Остальноео