БАЛЛИСТИТНОЕ ТОПЛИВО Российский патент 2002 года по МПК C06B25/22 C06D5/06 

Изобретение относится к области разработки высокоэнергетических быстрогорящих твердых ракетных топлив баллиститного типа (2^x-ocнoвныx), имеющих пониженную дымность продуктов сгорания, и в основном предназначено для использования в ракетных системах с оптическими средствами наведения.

Известен ряд 2^x-ocнoвныx топлив с пониженным дымообразованием за счет использования различных присадок, например барбитурата натрия в сочетании с различными модификаторами горения - США, патент 3868282, С 06 В 15/02, 1975г. , США, патент 3890175, С 06 В 15/02 от 17.06.75г.; соединений переходных металлов, например марганца и кальция - США, патент 3891401, С 10 I 1/24, 1975г., а также соединений из группы нитраминов - РФ, патент 2121470, С 06 В 25/22, опубл. 18.08.97г.

Баллиститное топливо по патенту РФ 2121470 является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения и рассматривается нами в качестве прототипа. Недостатком данного топлива является сравнительно низкий уровень механических характеристик и скорости горения (6,5-7,0 мм/с при Р=40 кгс/см² и Т= 20^oС), что не позволяет его использовать в торцевом варианте заряда, наиболее оптимальном для маршевых двигателей управляемых ракет.

Общими признаками заявляемого изобретения с прототипом является наличие основных компонентов - нитроцеллюлозы, нитроглицерина, централита, дифениламина и технологических добавок - расплава стеарата цинка в индустриальном масле.

Технической задачей патентуемого изобретения является разработка высокоэнергетического малодымного топлива с высокими механическими характеристиками, регулируемым уровнем скорости горения и улучшенным законом горения, что позволяет обеспечить оптимальные внешнебаллистические характеристики ракетных снарядов, оснащенных твердотопливными зарядами, исполненными как в канальном, так и в торцевом варианте горения.

Указанная задача решается путем создания топлива, включающего нитроцеллюлозу, нитроглицерин, централит, дифениламин, индустриальное масло, стеарат цинка, отличающегося от прототипа тем, что оно содержит высокоэнергетическое ВВ из группы циклических нитраминов, таких как октоген, дополнительный пластификатор - динитротолуол и модификатор горения, состоящий из смеси компонентов - свинцово-медный комплекс фталевой кислоты, технический углерод, карбонат кальция при следующем соотношении, мас.%:
Нитроглицерин - 29,5-32,9
Октоген - 7,0-11,0
Индустриальное масло - 0,5-1,0
Централит - 0,9-1,3
Дифениламин - 0,2-0,5
Углерод технический - 0,2-1,1
Свинцово-медный комплекс фталевой кислоты - 1,5-4,2
Карбонат кальция - 0,4-2,3
Динитротолуол - 2,0-5,2
Стеарат цинка - 0,02-0,08
Нитроцеллюлоза - Остальное
В таблице приведены примеры рецептур патентуемого топлива (обр. 1-4) с комплексом основных характеристик, обр. 5-6 выходят за пределы заявляемого объекта изобретения. На чертеже представлены кривые скорости горения образцов топлива от давления при температуре 20^oС.

Техническим результатом изобретения является обеспечение низкой задымленности продуктов сгорания топлива, улучшенных регулируемых характеристик горения, высокой механической прочности и энергоемкости топлива. Топливо имеет удельный импульс, равный 219,0-220,9 кгс•с/кг, удельная мощность дымообразования составляет 3,0-3,4 м²/кг, механическая прочность прилива позволяет обеспечить регулируемый уровень скорости горения в широком интервале. За счет изменения концентрации составляющих используемого модификатора в заявленных пределах возможно регулирование скорости горения от 12 до 23 мм/с при Р=100 кгс/см², Т=20^oС с получением "плато"-эффекта (см. чертеж).

Низкое дымообразование и высокий уровень энергетических характеристик достигаются за счет использования в составе топлива циклического нитрамина - октогена, как наиболее эффективной бездымной присадки из группы нитраминов. Топливо по прототипу с использованием гексогена при хранении способно к экссудации последнего в связи с его частичной растворимостью в нитроглицерине. Следовательно, использование в рецептуре заявляемого топлива октогена взамен гексогена позволяет не только обеспечить более низкое дымообразование, но и повысить его физическую стабильность.

Улучшение характеристик горения заявляемого топлива достигается за счет использования комбинированного модификатора горения - гетеронуклеарного свинцово-медного комплекса фталевой кислоты, технического углерода и карбоната кальция. Известно, что высокоэнергетические топлива на основе нитраминных взрывчатых веществ являются труднокатализируемыми системами. Наличие циклических нитраминов в составе топлива резко ограничивает выбор катализаторов горения. Наиболее эффективными модификаторами нитрамин -содержащих топлив являются гетеронуклеарные комплексные соединения, содержащие в структуре комплекса два разных атома металла, в форме окиси или гидроокиси:
ML•(M'O)_n или ML•[М'(ОН)₂]_n,
где М, М' - металлы, L - органический лиганд.

Выбранный из этой группы соединений свинцово-медный комплекс фталевой кислоты - [С₆Н₄(СОО)₂Сu -(РbО)] - обладает высокой каталитической эффективностью, обеспечивающей получение "плато"-эффекта в законе горения, которого в любом другом случае (традиционной комбинацией соединений свинца и меди, а также углерода) достичь не удается, в том числе и применением комбинированного катализатора, используемого в топливе прототипа (оксид свинца, оксид кобальта).

Введение дополнительного пластификатора - динитротолуола - способствует получению высоких механических характеристик, необходимых для обеспечения работоспособности зарядов при высоких стартовых перегрузках современных ракетных систем, и обеспечению удовлетворительных технологических свойств.

Изготовление заявленного топлива осуществляется по известной технологии баллиститных (2^x-ocнoвныx) составов.

Графический материал патента представлен на чертеже.

Изобретение относится к разработке твердых ракетных топлив и может быть использовано в ракетных системах с оптическими средствами наведения. Топливо содержит, мас.%: 29,5-32,9 нитроглицерина, 7,0-11,0 октогена, 0,5-1,0 индустриального масла, 0,9-1,3 централита, 0,2-0,5 дифениламина, 0,2-1,1 технического углерода, 1,5-4,2 свинцово-медного комплекса фталевой кислоты, 0,4-2,3 карбоната кальция, 2,0-5,2 динитротолуола, 0,02-0,08 стеарата цинка, остальное - нитроцеллюлоза. Обеспечивается повышение эффективности ракетных систем, оснащенных зарядами из предложенного топлива, обладающего пониженным дымообразованием, высокой энергоемкостью, улучшенными механическими и баллистическими характеристиками. 1 ил., 1 табл.

Баллиститное топливо, содержащее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, централит, дифениламин, индустриальное масло, стеарат цинка и модификатор горения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит октоген, динитротолуол и в качестве модификатора горения свинцово-медный комплекс фталевой кислоты, технический углерод и карбонат кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроглицерин - 29,5-32,9
Октоген - 7,0-11,0
Индустриальное масло - 0,5-1,0
Централит - 0,9-1,3
Дифениламин - 0,2-0,5
Свинцово-медный комплекс фталевой кислоты - 1,5-4,2
Технический углерод - 0,2-1,1
Карбонат кальция - 0,4-2,3
Динитротолуол - 2,0-5,2
Стеарат цинка - 0,02-0,08
Нитроцеллюлоза - Остальное