БАЛЛИСТИТНОЕ ТОПЛИВО Российский патент 2002 года по МПК C06B25/24 C06D5/06 

Изобретение относится к области разработки малодымных баллиститных топлив с улучшенными баллистическими характеристиками. Малодымные баллиститные топлива, в особенности с регулируемой скоростью горения в широком диапазоне давлений (2-35 МПа), малой зависимостью ее от давления и температуры, со стабильным горением зарядов и оптически прозрачным составом продуктов сгорания, необходимы при разработке ракетных систем с оптико-лазерными и оптико-телевизионными средствами наведения.

За рубежом при производстве бездымных топлив как основной компонент используются нитроамины - гексоген, октоген, а также их смеси с триаминогуанидиннитратом ("Star", 1985, 23, N 13, p. 202). Скорость горения бездымных зарубежных топлив составляет 5,1-7,1 мм/с при Р = 6 МПа ("AIAA paper", 1974, N 202, 8 pp, "AIAA paper", 1980, N 165, 8pp).

Известны малодымные баллиститные топлива по заявкам Великобритании N 1279961, МКИ С 06 D 5/06, опубл. 28.0672; N 2265895, МКИ С 06 В 25/18, опубл. 13.10.93; N 2246348, МКИ С 06 В 25/18, опубл. 29.01.92, содержащие гексоген и различные модификаторы горения, позволяющие регулировать ее в определенном диапазоне давлений. Однако эти топлива не обеспечивают высокие скорости горения при высоких давлениях и не имеют достаточно прозрачных продуктов сгорания. Кроме того, топлива обладают плохой зависимостью скорости горения от давления.

Известно баллиститное топливо по патенту РФ N 2121470 (БИ N 31, 1998), содержащее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, нитроамины - гексоген, дазин, стабилизатор химической стойкости, модификатор скорости горения и технологические добавки, которое выбрано в качестве ближайшего аналога. Однако данное топливо имеет скорость горения порядка 6,5-7,0 мм/с при Р = 4 МПа и работает в сравнительно узком диапазоне давлений 2-16 МПа.

Технической задачей изобретения является разработка малодымного баллиститного топлива с регулируемой скоростью горения в диапазоне давлений 2-35 МПа, малой зависимостью ее от давления и температуры, с высокими баллистическими характеристиками и оптически прозрачными продуктами сгорания.

Задача решается созданием баллиститного ракетного твердого топлива (БРТТ), включающего нитроцеллюлозу (коллоксилин), пластификатор (нитроглицерин), мощное взрывчатое вещество (МВВ), стабилизатор химической стойкости (дифениламин и централит), технологические добавки, в которое дополнительно как модификатор горения введен технический углерод, в качестве стабилизатора горения - диоксид титана или кальций углекислый (мел технический), а в качестве катализатора скорости горения в топливо введены оксиды металлов (II) и (III) групп, либо оксид свинца в сочетании с кадмием углекислым, либо тетроксид трисвинца (свинцовый сурик), либо свинцово-медный катализатор на основе комплексного соединения свинца и меди со фталевой кислотой (ФМС), либо смесь ФМС с оксидом меди, либо смесь ФМС с салицилатом никеля, причем в качестве технологических добавок введено вазелиновое или индустриальное масло в расплаве с 0,02 - 0,08 мас.% стеариновокислого цинка или свинца в смеси с сульфорицинатом Е, а компоненты топлива взяты в следующем соотношении, мас.%:
Нитроцеллюлоза (коллоксилин) - 35,0-40,0
Пластификатор (нитроглицерин) - 25,0-32,0
Стабилизатор химической стойкости - 0,4-2,0
Катализатор скорости горения - 1,0-4,0
Модификатор горения - 0,01-1,2
Стабилизатор горения - 1,0-3,3
Технологические добавки - 0,2-1,0
МВВ - Остальное
В качестве мощного ВВ топливо содержит октоген или гексоген и N,N¹- динитропиперазин (дазин), причем они взяты в соотношении от 0,004:1 до 4,5:1.

Поставленная задача регулирования скорости горения в широком диапазоне давлений - 2-35 МПа и малой зависимостью ее от давления обеспечивается введением в состав БРТТ комплексной катализирующей системы, включающей модификатор горения - технический углерод, стабилизатор горения - диоксид титана или кальций углекислый, а в качестве катализаторов скорости горения - оксиды металлов (II) и (III) групп, либо их сочетания с солями неорганических или органических кислот, причем важное значение имеет соотношение между компонентами введенного катализатора. Так, например, оптимальным соотношением для оксидов металлов (II) и (III) групп - оксид свинца и оксид кобальта - является отношение 3,5:1; соотношение оксида свинца с углекислым кадмием оптимально 1:1,5; соотношение ФМС с оксидом меди или салицилатом никеля оптимально 2:1. Однако регулирование скорости горения предлагаемого топлива достигается не только соотношением компонентов катализатора, но и выбором самой каталитической системы. Так, например, стабильная работа зарядов в РД в диапазоне давления 2-16 МПа обеспечивается использованием в качестве катализатора оксидов металлов (II) и (III) групп, использование тетроксида трисвинца (сурик свинцовый) расширяет диапазон работы зарядов до 20 МПа, использование смеси оксида металла с неорганической солью (оксид свинца и кадмий углекислый) расширяет диапазон стабильной работы заряда до 25 МПа, использование же комплексного свинцово-медного катализатора (ФМС) и его сочетаний с оксидами металлов или с солями органических кислот (ФМС; ФМС+CuO; ФМС + салицилат никеля) обеспечивает стабильную работу зарядов в диапазоне давлений до 35 МПа. Следует подчеркнуть, что приведенные каталитические системы не только расширяют диапазон давлений, при которых может эксплуатироваться заряд на основе прелагаемого БРТТ, но и позволяют регулировать скорость горения БРТТ также в широких пределах. Например, при давлении 4 МПа с 6,5 до 15,2 мм/с, а при 10 МПА - с 9,0 до 22,0 мм/с. Кроме того, использование катализатора на основе комплексного соединения - ФМС с салицилатом никеля (8-25 МПа) расширяет область наименьшей зависимости скорости горения от давления и смещает плато в область высоких давлений: показатель ″υ″ в законе скорости горения U = U₁p^υ составляет 0,08 при давлении 10-20 МПа и 0,1 при давлении 8-25 МПа. Углерод в данном топливе в выбранных пределах является модификатором горения, регулируя в широких пределах скорость горения при использовании предлагаемых каталитических систем. Введение углерода в состав топлива свыше 1,2 мас.% нецелесообразно, поскольку он перестает работать как модификатор горения.

Стабилизаторы горения - диоксид титана или кальций углекислый - в сочетании с катализатором и модификатором горения повышают эффективность действия катализирующих систем, обеспечивая при этом стабильную работу зарядов, что особенно необходимо при работе многошашечных зарядов современных и перспективных ракетных систем. Содержание стабилизатора в топливе определяется необходимым режимом работы двигателя в требуемом интервале давлений.

Использование в составе топлива нитроаминов - гексогена, октогена, дазина - способствует повышению прозрачности продуктов его сгорания, причем присутствие дазина усиливает это действие, а сами МВВ одновременно обеспечивают высокий энергетический уровень предлагаемого топлива. Изменение соотношения гексогена, октогена к дазину в совокупности со стабилизатором горения обеспечивает стабильную работу зарядов из предлагаемого топлива в диапазоне давлений 2-35 МПа.

Введение в состав топлива дополнительно сульфорицината Е к вазелиновому или индустриальному маслу в расплаве с 0,02 -0,08 мас.% стеариновокислого цинка или стеариновокислого свинца обеспечивает необходимую технологичность состава при переработке и комплекс механических и реологических характеристик топлива, позволяющий безопасно эксплуатировать заряды в двигателе.

Используемые стабилизаторы химической стойкости - дифениламин и централит - обеспечивают последующее длительное хранение и эксплуатацию зарядов из топлива в интервале температур от - 50 до + 50^oC.

Предлагаемое баллиститное топливо изготавливается и перерабатывается по существующей известной технологии производства отечественных двухосновных топлив.

Конкретные примеры композиций топлива и основные его характеристики представлены в таблице.

Данные таблицы свидетельствуют, что поставленная задача полностью решается благодаря введенным компонентам и их оптимальному соотношению. Работоспособность топлива подтверждена испытаниями в модельных, натурных двигателях и в настоящее время используется при отработке ряда перспективных ракетных систем, в том числе для космических объектов.

Изобретение относится к области разработки баллиститных ракетных твердых топлив, в особенности малодымных. Предложено топливо, содержащее нитроцеллюлозу, пластификатор, мощные взрывчатые вещества, стабилизатор химической стойкости дифениламин, централит, технологические добавки, модификатор горения - технический углерод, стабилизатор горения - диоксид титана, кальций углекислый и в качестве катализатора скорости горения оксиды металлов (II) и (III) групп, либо оксид свинца в сочетании с кадмием углекислым, либо тетроксид трисвинца (сурик свинцовый), либо свинцово-медный катализатор на основе комплексного соединения свинца и меди со фталевой кислотой (ФМС), либо смеси ФМС с салицилатом никеля, либо смеси ФМС с оксидом меди при следующем соотношении компонентов, мас. %: нитроцеллюлоза 35,0-40,0; пластификатор 25,0-32,0; стабилизатор химической стойкости 0,4-2,0; катализатор скорости горения 1,0-4,0; модификатор горения 0,01-1,2; стабилизатор горения 1,0-3,3; технологические добавки 0,2-1,0; МВВ - остальное. Разработано малодымное баллиститное топливо, скорость горения которого регулируется в широких пределах в интервале давлений 2-35 МПа. Заряды из топлива стабильно горят в ракетных двигателях в указанном интервале давлений. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Баллиститное ракетное твердое топливо, включающее нитроцеллюлозу, пластификатор, мощное взрывчатое вещество (МВВ), стабилизатор химической стойкости - дифениламин и централит, катализатор скорости горения и технологические добавки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит модификатор горения - технический углерод, стабилизатор горения диоксид титана или кальций углекислый, а в качестве катализатора скорости горения оксиды металлов (II) и (III) групп, либо оксид свинца в сочетании с кадмием углекислым, либо тетроксид трисвинца (сурик свинцовый), либо свинцово-медный катализатор на основе комплексного соединения свинца и меди с фталевой кислотой (ФМС), либо смеси ФМС с салицилатом никеля, либо смеси ФМС с оксидом меди, а в качестве технологических добавок оно содержит вазелиновое или индустриальное масло в расплаве с 0,02 - 0,08 мас. % стеариновокислого цинка или свинца в смеси с сульфорицинатом при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Нитроцеллюлоза - 35,0 - 40,0
Пластификатор - 25,0 - 32,0
Стабилизатор химической стойкости - дифениламин и централит - 0,4 - 2,0
Катализатор скорости горения - 1,0 - 4,0
Модификатор горения - углерод технический - 0,01 - 1,2
Стабилизатор горения - 1,0 - 3,3
Технологические добавки - 0,2 - 1,0
МВВ - Остальное
2. Топливо по п. 1, отличающееся тем, что в качестве пластификатора оно содержит нитроглицерин. 3. Топливо по п. 1, отличающееся тем, что в качестве катализатора скорости горения оно содержит оксид свинца и оксид кобальта (II), (III) при соотношении (3,5: 1), либо оксид свинца и кадмий углекислый при соотношении (1: 1,5), либо ФМС с оксидом меди при соотношении (3,5: 1), либо ФМС с салицилатом никеля при соотношении (2: 1). 4. Топливо по п. 1, отличающееся тем, что в качестве МВВ оно содержит гексоген или октоген и N, N'-динитропиперазин (дазин) в соотношении 0,004: 1 - 4,5: 1.