БАЛЛИСТИТНОЕ ТОПЛИВО Российский патент 2002 года по МПК C06B25/24 C06B25/00 C06B25/18 C06B25/26 C06D5/06 

Изобретение относится к области разработки высокоэнергетических твердых ракетных топлив баллиститного типа и может быть использовано в качестве энергоисточника в ракетных двигателях твердого топлива, преимущественно для стартовых ступеней малогабаритных ракетных систем.

Одним из основных преимуществ малогабаритных ракетных комплексов является старт снаряда (ракеты) из пускового контейнера. Эффективность такого способа старта обусловлена удобством комплектации, транспортировки и постоянной готовности комплекса к использованию по прямому назначению. Однако такие системы предъявляют жесткие требования к рецептурам твердотопливных зарядов стартовых (вышибных) ступеней как по уровню скорости горения топлива, так и по уровню энергетики - удельного импульса. Скорость горения должна быть не менее ~25-30мм/с (Р=100кгс/см², Т=20^oС) или выше, чтобы обеспечить полное сгорание заряда при движении снаряда в пусковой трубе контейнера ограниченных размеров.

Регулирование характеристик горения баллиститных топлив осуществляется, как правило, посредством использования различных модификаторов горения, в качестве которых наибольшее распространение получили неорганические или органические производные меди, свинца, олова, кобальта и других металлов. При этом, как известно, эффективность действия катализирующих систем ухудшается с увеличением энергоемкости топлив. Сложность катализа таких топлив приводит к ограничениям в выборе модифицирующих добавок и их существенно меньшей эффективности.

Известны двухocнoвныe твердые ракетные топлива с улучшенными характеристиками горения - скоростью горения на уровне 20-28мм/с и низкой зависимостью скорости горения от давления: США п. 4420350, С 06 В 25/26 от 13.12.1983г. , п. 5372070, С 06 В 45/00 от 13.12.1994г., Франция п. 2727401, С 06 В 43/00 от 31.05.1996г., Великобритания п. 2246348, С 06 В 25/18 от 18.02.1999г., РФ п. 2090545, С 06 В 25/24, 25/26 от 20.09.1997г.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению, по совокупности сходных признаков, является твердотопливный состав по патенту РФ 2090545, который выбран в качестве прототипа. Существенным недостатком прототипа является пониженный уровень энергетических характеристик. В материалах патента прототипа отсутствуют прямые данные по энергетике, но оценка термодинамических характеристик топливных рецептур прототипа показывает, что их единичный импульс составляет порядка 203 кгс•с/кг.

Общими признаками заявляемого изобретения с прототипом является наличие следующих компонентов: нитроцеллюлоза, нитроглицерин, динитротолуол, стабилизатор химической стойкости - централит и дифениламин, технический углерод, стабилизатор горения.

Технической задачей заявляемого изобретения является разработка высокоэнергетического твердого ракетного топлива баллиститного типа с улучшенными характеристиками горения - высоким уровнем скорости горения 25-30мм/с при Р= 100 кгс/см² и Т=20^oС и низкой температурной зависимостью в широкой области давлений (Р=40-600 кгс/см²).

Поставленная задача решается путем создания твердого ракетного топлива, включающего традиционные компоненты баллиститных топливных композиций - нитроцеллюлозу, нитроглицерин, динитротолуол, стабилизатор химической стойкости - централит и дифениламин по отдельности или в смеси, технический углерод и технологические добавки - стеарат цинка и индустриальное масло, но отличающееся от прототипа тем, что оно содержит октоген как высокоэнергетическую добавку и комбинированный модификатор горения, включающий медь (II) свинец (II) фталевокислую основную, фторопласт и стабилизатор горения, в качестве которого выбраны соединения титана - дисилицид и диоксид при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроглицерин - 32,2-35,3
Динитротолуол - 0,5-2,3
Октоген - 11,5-17,7
Централит - 0,7-1,3
Дифениламин - 0,1-0,4
Углерод технический - 1,1 -2,5
Комплексная свинцово-медная соль фталевой кислоты - 4,3-6,5
Индустриальное масло - 0,3-1,1
Фторопласт - 0,3-2,0
Диоксид или дисилицид титана - 0,4-2,5
Стеарат цинка - 0,02-0,08
Нитроцеллюлоза - Остальное
В таблице приведены примеры топливных композиций с комплексом характеристик, отвечающих заявляемому изобретению (обр.1-3), а также выходящих за его пределы (обр. 4-5). На фиг.1-2 приведены зависимости скорости горения примеров топлива в рамках изобретения в области температур ±50^oС.

Техническим результатом изобретения является двухocнoвнoе высокоэнергетическое твердое топливо баллиститного типа с улучшенными энергетическими и баллистическими характеристиками - единичный импульс топлива находится на уровне 220,1-220,8 кгc•с/кг, скорость горения составляет 26,7-28,8 мм/с при Т=20^oС и Р=100 кгс/см² при пониженной температурной зависимости скорости горения (α_t= 0,12-0,14%/^oС) в широком интервале давлений (от 40 до 600 кгс/см²). Показатель "v" в законе горения образцов топлива находится на уровне 0,27-0,33.

Высокая энергоемкость топливной композиции достигается за счет использования добавки октогена и оптимально выбранного соотношения нитроглицерина и нитроцеллюлозы.

Высокие баллистические характеристики топлива обеспечиваются посредством применения высокоэффективного комбинированного модификатора горения, состоящего из свинцово-медной соли фталевой кислоты (ФМС), фторопласта и производных титана диоксида или дисилицида. Высокая каталитическая эффективность свинцовомедного комплекса фталевой кислоты обусловлена его структурой. Катализатор ФМС как индивидуальное соединение, содержащее два разнородных металла (медь и свинец), внедренных в структуру ароматической полифункциональной кислоты, один из которых (медь) при горении промотирует эффективность другого (свинец), обеспечивает одновременное присутствие в зоне горения металлической и органической составляющих. Органическая часть комплекса является источником образования развитого углеродного каркаса, препятствующего агломерации металлической составляющей катализатора.

Оптимально подобранное соотношение ФМС, фторопласта как многофункциональной добавки, улучшающей не только технологические свойства топлива, но и характеристики горения [способствующей уменьшению зависимости U(P)], и стабилизатора горения диоксида или дисилицида титана в сочетании с углеродом техническим устойчиво обеспечивает высокий уровень скорости горения топлива и низкую зависимость скорости горения как от температуры, так и от давления в широкой области давлений.

Изготовление топлива по изобретению производится по существующей отечественной технологии баллиститных (двухосновных) составов.

Графический материал изобретения представлен на фиг.1 и 2, на которых приведены скорости горения образцов топлива при температуре 20±50^oС в области давлений 100-600 кгc/cм².

Фиг. 1 - зависимость скорости горения образцов при Т=20^oС. Обозначения: - обр.1; ▪ обр.2; - обр.3
Фиг. 2 - зависимость скорости горения от давления обр.2 в области температур 50^oС. Обозначения: - +50^oС; ▪ - минус 50^oС.

Изобретение относится к области разработки высокоэнергетических быстрогорящих твердых ракетных топлив баллиститного типа, используемых в качестве энергоисточников ракетных двигателей. Топливо включает, мас.%: 32,2-35,3 нитроглицерина, 0,5-2,3 динитротолуола, 11,5-17,7 октогена, 0,3-1,1 индустриального масла, 0,7-1,3 централита, 0,1-0,4 дифениламина, 0,02-0,08 стеарата цинка, 0,3-2,0 фторопласта, 4,3-6,5 комплексной свинцово-медной соли фталевой кислоты, 1,1-2,5 технического углерода, 0,4-2,5 диоксида или дисилицида титана, остальное - нитроцеллюлоза, обеспечивается высокая скорость горения и энергетика топлива. 1 табл., 2 ил.

Баллиститное топливо, содержащее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, динитротолуол, централит, дифениламин, технический углерод, стабилизатор горения, индустриальное масло и стеарат цинка, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит циклический нитрамин октоген, комплексную свинцово-медную соль фталевой кислоты, фторопласт и в качестве стабилизатора горения диоксид или дисилицид титана при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Нитроглицерин - 32,2 - 35,3
Динитротолуол - 0,5 - 2,3
Октоген - 11,5 - 17,7
Централит - 0,7 - 1,3
Дифениламин - 0,1 - 0,4
Комплексная свинцово-медная соль фталевой кислоты - 4,3 - 6,5
Фторопласт - 0,3 - 2,0
Диоксид или дисилицид титана - 0,4 - 2,5
Технический углерод - 1,1 - 2,5
Индустриальное масло - 0,3 - 1,1
Стеарат цинка - 0,02 - 0,08
Нитроцеллюлоза - Остальное