ТВЕРДОЕ РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО БАЛЛИСТИТНОГО ТИПА Российский патент 2001 года по МПК C06B25/26 C06D5/06 

Изобретение относится к классу твердых ракетных топлив баллиститного типа для использования в системах различного назначения, например в газогенераторах (ГГ), пороховых аккумуляторах давления (ПАД), противотанковых управляемых ракетных системах (ПТУРс) и др.

Для указанных систем требуются топлива, обладающие наряду с традиционно высокими энергетическими, эксплуатационными и другими характеристиками комплексом специальных свойств - высокой чистотой продуктов сгорания, с улучшенной зависимостью скорости горения от давления, с пониженной скоростью горения.

Обычно топлива баллиститного типа ("2- основные" по терминологии зарубежных авторов) в качестве основных компонентов содержат нитроцеллюлозу (НЦ), нитраты многоатомных спиртов (нитроглицерин и др.), динитротолуол, эфиры органических кислот (фталевой, адипиновой и др.) - в качестве дополнительных пластификаторов, стабилизаторы химической стойкости, технологические добавки, катализаторы скорости горения и модификаторы процесса горения. В качестве катализаторов скорости горения, в основном, используются соединения меди, свинца, кобальта с различными органическими лигандами, в качестве модификаторов процесса горения - различного вида присадки, обеспечивающие специальные требования в зависимости от назначения топлива.

Анализ литературно-патентного материала в области создания баллиститных топлив с пониженной скоростью горения и улучшенной зависимостью от давления показал, что имеется мало сведений о создании за рубежом специальных топлив для ГГ и ПАД аналогично отечественным разработкам. Снижение уровня скорости горения в зарубежных разработках достигается различным путем.

Так, в патенте США N 3764416 в качестве пластификатора НЦ используется смесь НГ с триацетином (или эфирами фталевой, себациновой, адипиновой кислот), а в качестве наполнителя - гетероциклический нитрамин.

В патенте США N 3785888 в качестве сопластификатора НГ, снижающего температуру и скорость горения, используют полиэтиленглиоксим с концевыми алкоксигруппами.

В патенте ФРГ N 2633652 патентуется способ снижения скорости горения ракетного топлива путем нанесения на блок топлива слоев керамических волокон, приклеенных двухкомпонентным клеящим составом, скрепляемым с топливом тем же составом клея.

Все эти способы снижения скорости горения не обеспечивают высокие требования по чистоте и прозрачности газовой струи, предъявляемые конструкторами.

В патенте США N 3445304 в качестве компонента медленногорящего топлива используется нитрат аммония, который в силу высокой растворимости в воде не может быть использован в составах баллиститных топлив, изготавливаемых в водной среде, из-за технологических трудностей. Кроме того, нитрат аммония является гигроскопическим соединением и повторяющиеся изменения температуры могут вызвать изменения кристаллической структуры нитрата аммония, что в конечном итоге может нарушить целостность изделий.

В патенте США N 4025370 рассматривается топливо, имеющее постоянную скорость горения в диапазоне давлении 100-200 кгс/см². Однако данное топливо имеет сравнительно высокий уровень скорости горения - 18,5 мм/с при температуре 25^oC.

В качестве прототипа использовано твердое ракетное топливо баллиститного типа (RU 2090544C1, 6 C 06 B 25/18, C 06 D 5/06, 20.09.1997 13(1)), включающее нитроцеллюлозу, пластификатор - нитроглицерин и динитротолуол, модификатор горения - оксид свинца, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, стабилизатор горения - карбонат кальция, а в качестве технологических добавок - стеарат цинка или стеарат натрия, масло индустриальное или приборное и сульфорицинат, имеющее скорость горения при температуре 20^oC и давлении 40 кгс/см² 7,5 - 7,7 мм/с, показатель степени "ν" в законе скорости горения 0,39-0,41 в диапазоне давлений 40-150 кгс/см².

Однако для систем ГГ, ПАД, ПТУРс, для которых требуется скорость горения при температуре 20^oC и давлении 40 кгс/см² не более 5,0 мм/с, диапазон рабочих давлений 40-100 кгс/см², показатель степени в законе скорости горения не более 0,5 и высокая чистота продукта сгорания (отсутствие конденсированного углерода), данное топливо не пригодно.

Техническим результатом данного изобретения является создание медленногорящего топлива с высокой чистотой и прозрачностью газовой струи с улучшенными баллистическими характеристиками.

Технический результат достигается за счет использования комплексного регулятора скорости горения - γ-полиоксиметилена в сочетании с модификатором скорости горения - совместной свинцово-медной солью фталевой кислоты или комплексным катализатором, состоящим из фталата свинца, и окиси меди или их смесью с углекислым кальцием при следующем полезном соотношении компонентов, вес.%:
Нитроглицерин - 25,0-35,0
Динитротолуол или дибутилфталат или их смесь - 1,5-5,0
Технологическая добавка: (индустриальное масло или смесь со стеаратом цинка и сульфорицинатом) - 0,5-1,5
Стабилизатор химической стойкости (централит или смесь с дифениламином) - 1,5-2,5
Комплексный регулятор скорости горения:
γ- полиоксиметилен - 12,0-20,0

Нитроцеллюлоза - остальное.

Топливо может содержать дополнительно триацетат целлюлозы в количестве 3,0-4,5% вес. (см. таблицу) .

Как следует из данных таблицы, использование комплексного регулятора скорости горения позволяет получить уровень скорости горения в требуемых для систем ГГ и ПТУРс пределах (2,5-5,0 мм/с) при показателе степени в законе скорости горения от 0,5 до минус 0,316.

Предлагаемое изобретение относится к классу твердых ракетных топлив баллиститного типа для использования в системах различного назначения, например в газогенераторах (ГГ), пороховых аккумуляторах давления (ПАД), противотанковых управляемых ракетных системах (ПТУРс) и др., для которых требуются топлива, имеющие наряду с высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками комплекс специальных свойств - высокую чистоту продуктов сгорания, улучшенную зависимость скорости горения от давления, пониженную скорость горения. Технический результат достигается за счет использования комплексного регулятора скорости горения, состоящего из γ -полиоксиметилена в сочетании с совместной свинцово-медной солью фталевой кислоты, или комплекса, состоящего из фталата свинца и окиси меди или их смеси с углекислым кальцием при полезном сочетании компонентов. Использование указанных компонентов позволяет создать топлива с уровнем характеристик, отвечающим требованиям конструкторов: скорость горения при температуре 20^oC и давлении 40 кгс/см² в пределах 2,5 - 5,0 мм/с, показатель в законе скорости горения (0,5) - (-0,316). 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Двухосновное ракетное топливо баллиститного типа, содержащее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, пластификатор, в качестве стабилизатора химической стойкости централит или его смесь с дифениламином, в качестве технологической добавки индустриальное масло или его смесь со стеаратом цинка и сульфорицинатом, отличающееся тем, что дополнительно содержит комплексный регулятор скорости горения, состоящий из γ- полиоксиметилена в сочетании с совместной свинцово-медной солью фталевой кислоты или комплексного катализатора, состоящего из фталата свинца и окиси меди или их смесью с углекислым кальцием, а в качестве пластификатора содержит динитротолуол, или дибутилфталат, или их смесь, а компоненты взяты в следующем соотношении, вес.%:
Нитроглицерин - 25,0 - 35,0
Динитротолуол или дибутилфталат или их смесь - 1,5 - 5,0
Стабилизатор химической стойкости: централит или смесь с дифениламином - 1,5 - 2,5
Технологическая добавка:
Индустриальное масло или смесь со стеаратом цинка и сульфорицинатом - 0,5 - 1,5
Комплексный регулятор скорости горения:
γ-полиоксиметилен - 12,0 - 20,0

Нитроцеллюлоза - Остальное
2. Двухосновное ракетное топливо баллиститного типа по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит триацетат целлюлозы в количестве 3,0 - 4,5 вес.%.