СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЕЙ Российский патент 2005 года по МПК F02K9/24 C06B21/00 

Изобретение относится к способам изготовления пиротехнических элементов, предназначенных для снаряжения воспламенителей.

Из известных способов изготовления пиротехнических элементов, описанных в литературе, являются способы, приведенные в патенте США №3830672, заявке ФРГ №2320357.

В качестве прототипа взят патент №2232283 от 10.07.2004 г., в котором приводится способ изготовления пиротехнических элементов на основе фторопластов и металлического горючего, включающий приготовление состава, формование элементов из полученного состава и последующую термообработку для получения механических характеристик элементов. Этот способ имеет тот недостаток, что при формовании элементов значительной длины методом проходного прессования (экструзией) не обеспечивается равномерная плотность на различных участках по длине пиротехнических элементов. Это происходит следующим образом. В матрицу загружается навеска состава, включается пресс и при движении пуансона происходит спрессовывание состава в матрице, который затем проходит через переходной конус и выдавливается через фильеру, а вторая часть остается в фильере и переходном конусе. Затем загружается вторая навеска (порция) состава и аналогично происходит прессование. При втором прессовании сначала выпрессовывается спрессованный состав, который находился в течение 3-5 минут в переходном конусе и фильере после первого прессования, а затем выпрессовывается часть состава вновь засыпанной навески, а другая часть ее остается опять в переходном конусе и фильере.

Таким образам, первая часть отпрессованного элемента состоит из состава, который оставался в переходном конусе и фильере, был подвергнут выдержке в течение 3-5 минут в спрессованном состоянии и повторному воздействию усилия прессования, а вторая часть отпрессованного элемента состоит из вновь загруженного состава, подвергнутого одноразовому воздействию усилия прессования.

Из-за различных условий прессования первой и второй части элементов плотность их получается различной. Плотность первой части элемента, который подвергался двойному усилию прессования, выше на 0,08-0,1 г/см³ плотности второй части элемента, который подвергался одноразовому усилию прессования.

Вследствие этого заряды воспламенителей, вырезанные от первой и второй частей пиротехнического элемента, не обеспечивают воспроизводимость баллистических характеристик и стабильность работы воспламенителей из-за различного характера их горения (различной скорости горения). Это приводит к нестабильности и невоспроизводимости временных характеристик выхода двигателя на режим, а зачастую и к необеспечению запуска двигателя (отказом). При этом полное отсутствие стабильности горения зарядов воспламенителей наблюдается при использовании зарядов, вырезанных от первой части элемента с повышенной плотностью. Поэтому первая часть отпрессованного пиротехнического элемента бракуется. Этот брак составляет 50%.

Следует отметить, что и вторая часть отпрессованного элемента не полностью используется, т.к. плотность второй части элемента по ее длине не одинакова, а имеются уплотненные участки, которые также отбраковываются.

Общий брак длины отпрессованного пиротехнического элемента составляет 55-60%.

Кроме большого количества брака не исключена возможность попадания в партию зарядов воспламенителей заряда, вырезанного из уплотненного участка элемента, а попадание такого заряда приводит к задержке воспламенения двигателя от 0,12 до 0,17 с, что влечет за собой нарушение эффективности двигателя ракетного двигателя в целом.

Технической задачей данного изобретения является устранение этих недостатков и разработка способа изготовления пироэлементов, обеспечивающего исключение брака, стабильные и воспроизводимые баллистические характеристики воспламенителей, снаряженных зарядами на основе фторопластов и металлического горючего.

Технический результат достигается за счет того, что состав на основе фторопласта и металлического горючего перед прессованием смешивают с твердым порофором, например карбонатом аммония, который после прессования и выдержки отпрессованных элементов при температуре 100±10°С в течение 4-5 часов разлагается с образованием газов, создавая пористость в отпрессованном пиротехническом элементе, приводящую к повышенной скорости и стабильности горения последнего. При этом порофор вводится в количестве, достаточном для обеспечения требуемой пористости уплотненных участков пиротехнических элементов.

Пример. Проводилось изготовление пиротехнических элементов из состава, содержащего фторопласт и порошкообразный магний, путем смешения указанного состава с твердым порофором - карбонатом аммония и формование элементов крестообразного сечения методом проходного прессования (экструзией) с помощью гидропресса.

После формования карбонат аммония был удален из пиротехнических элементов при температуре 100±10°С в течение 4-5 часов. Затем была произведена термообработка по патенту 2232283 от 10.07.2004 г., заключающаяся в нагреве за 2,5-3,5 часа до 365-385°С, выдержке при этой температуре 15-40 минут на 1 мм свода и охлаждении в течение 4-5 часов.

Для получения сравнительных данных из той же партии состава были изготовлены пиротехнические элементы без введения порофора (карбоната аммония) на том же оборудовании.

Из пиротехнических элементов, изготовленных с порофором и без порофора, были вырезаны заряды и ими снаряжены воспламенители. Воспламенители были испытаны в модельной камере, имитирующей свободный объем РДТТ, и в натурных двигателях.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

ТаблицаСравнительные результаты испытаний воспламенителей с зарядами из элементов, изготовленных с порофором и без порофора, в модельной камере и в натурных двигателяхСпособ изготовленияРазличие в уровнях давления продуктов сгорания в модельной камере при температурах -50 и +50°СЗадержка воспламенения РДТТ при температурах +50°С и -50°С, с1. С использованием порофоранет0,002-0,012. Без использования порофора3-4 раза0,002-0,17

Следует отметить, что заряды воспламенителей от элементов с использованием порофора были вырезаны как от первой части, так и второй части элемента, а от элементов без использования порофора были вырезаны заряды только от второй части элемента.

Из данных таблицы видно, что за счет создания пористой структуры пиротехнических элементов, изготовленных по предлагаемому способу, заряды воспламенителей, вырезанные из этих элементов, стабильно сгорают при одинаковой скорости как при отрицательных, так и положительных температурах, обеспечивают воспроизводимость баллистических характеристик и надежно, практически без задержки, воспламеняют ракетный двигатель.

Различие в уровнях давления в 3-4 раза, которое имеет место при использовании зарядов, вырезанных от элементов без порофора, свидетельствует о различном газоприходе в единицу времени за счет не одинаковой скорости горения при постоянном газорасходе. А так как газоприход в единицу времени различный, то и время задержки воспламенения заряда ракетного двигателя колеблется в больших пределах от 0,002 до 0,17 с, т.е. при большем газоприходе в единицу времени это время уменьшается, а при меньшем - время прогрева и воспламенения поверхности горения заряда двигателя увеличивается.

Таким образом, использование предлагаемого изготовления пиротехнических элементов с порофором обеспечивает воспроизводимость баллистических характеристик воспламенителей и позволяет полностью (100%) использовать отпрессованные элементы, т.е. приводит:

- к исключению технологического брака прессуемых элементов, а следовательно, к экономии исходного сырья и снижений трудозатрат;

- к повышению и стабилизации скорости горения пиротехнических элементов, что повышает надежность работы воспламенителей и ракетных двигателей в целом.

Предложенный способ испытан в опытном производстве ФГУП "НИИПМ" и ФГУ11 "Пермский завод им. С.М.Кирова" с положительным результатом.

Способ изготовления пиротехнических элементов воспламенителей на основе фторопластов с наведенной пористостью может быть использован для изготовления пиротехнических элементов любых форм и размеров проходным прессованием, предназначенных для снаряжения воспламенителей к ракетным двигателям на твердом топливе. Создание пористой структуры пиротехнических элементов приводит к увеличению скорости горения пиротехнических элементов, повышает надежность работы воспламенителей, обеспечивает воспроизводимость баллистических характеристик двигателей как при положительных, так и при отрицательных температурах. 1 табл.

Способ изготовления пиротехнических элементов воспламенителей на основе фторопластов, включающий приготовление состава, прессование, термообработку элементов путем нагревания за 2,5-3,5 ч до 365-385°С, выдержку при этой температуре 15-40 мин на 1 мм свода пиротехнического элемента и охлаждение в течение 4-5 ч, отличающийся тем, что в состав перед прессованием вводят карбонат аммония, прессуют и выдерживают отпрессованные элементы при температуре (100±10)°С в течение 4-5 ч, а затем термообрабатывают.