ТВЕРДОЕ РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО БАЛЛИСТИТНОГО ТИПА Российский патент 2006 года по МПК C06B25/24 C06D5/06 

Изобретение относится к области разработки твердых ракетных топлив (ТРТ) баллиститного типа для использования в двигателях ракетных систем различного назначения.

Одним из необходимых требований, предъявляемых к ТРТ, является низкая чувствительность к внешним воздействиям: к удару, трению, ударной волне, детонационному импульсу. Для повышения энергобаллистических характеристик в состав твердых ракетных топлив вводят различные энергоемкие соединения: нитроглицерин, гексоген, октоген и др. катализаторы горения: окислы и соли тяжелых металлов, которые в той или иной степени увеличивают чувствительность топлив к внешним воздействиям и повышают опасность хранения и эксплуатации боеприпасов, ракетной техники на их основе. При попадании быстролетящих тел (пули, осколков брони и др.) в твердотопливные ракетные двигатели, в боеприпасы, последние могут сдетонировать, выводя из строя личный состав экипажей бронированной техники, самой техники и др.

Известно ТРТ на основе нитроцеллюлозы, нитроглицерина, содержащее модификаторы скорости горения (патент США №3450583, кл. 149-18, 1969 г.), включающее, мас.%: нитроцеллюлозу 40,85; нитроглицерин 10,35; динитротолуол и окись свинца - 12,30; динитроацетонитрил натрия или калия как катализатор скорости горения - 4,40 и в разных сочетаниях: сажу, графит, сульфат калия, диметилфталат, этилцентралит, триацетин.

Известно ТРТ на основе нитроцеллюлозы, нитроглицерина (патент РФ №2090544 от 20.09.97 г., кл. С 06 В 25/18), включающее, мас.%: нитроцеллюлозу 54-62; нитроглицерин 24-28; динитротолуол 8-12; централит или его смесь с дифениламином 1-3,3; оксид свинца 0,6-2,0; карбонат кальция 0,6-3,0; стеараты цинка или натрия 0,02-0,05; масло индустриальное или приборное 0,8-1,6; сульфорицинат Е 0,02-0,30.

Известно ТРТ на основе нитроцеллюлозы, нитроглицерина (патент РФ №2189371 от 4.05.2001 г., кл. С 06 В 25/24, 25/00, 25/18, 25/26, С 06 D 5/06), включающее, 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; нитроцеллюлозу - остальное.

Известно ТРТ на основе нитроцеллюлозы (патент Великобритании №2246348 от 29.01.92 г., кл. С 06 В 25/18), содержащее, мас.%: нитроцеллюлозу 21,15-40,50; нитроглицерин 43,64-47,01; гексоген 19,60; стабилизатор химической стойкости 0,30-0,33; масло 0,8-1,2; углерод 0,11-0,20; оксид цинка 0,21-4,00; соли тяжелых металлов (свинца, меди) 1,25-4,02.

Общим недостатком известных топлив является высокая чувствительность к внешним воздействиям: к удару, трению и ударной волне, что ограничивает их широкое использование в различных устройствах, а именно в ракетных двигателях на твердом топливе (РДТТ). Кроме того, наличие солей тяжелых металлов (свинца, меди), оксида цинка, углерода в составе ТРТ обуславливает появление дополнительного количества дыма, что затрудняет использование таких топлив в ракетных системах с оптическими средствами наведения.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности признаков является ТРТ баллиститного типа (патент РФ №2082703 от 19.06.92 г., кл. С 06 В 25/22, С 06 D 5/06) содержащее, мас.%:

Нитроцеллюлозу26,2-31,7Гексоген39,0-41,0Стабилизатор химической стойкости, например, централит0,3-0,7Масло вазелиновое или приборное0,8-1,2Стеарат цинка0,01-0,04Сульфорицинат Е0,1-0,3Нитроглицериностальное

Данный состав ТРТ принят в качестве прототипа.

Недостатком известного ТРТ, принятого за прототип, является также достаточно высокий уровень чувствительности к внешним воздействиям: к удару, трению, ударной волне, детонационному импульсу из-за большого содержания гексогена и нитроглицерина, что не позволяет широко использовать его в различных РДТТ по соображениям безопасности.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - нитроцеллюлоза, гексоген, стабилизатор химической стойкости, технологические добавки, нитроглицерин.

Задача изобретения - снижение чувствительности баллиститных топлив к внешним воздействиям: к удару, трению, ударной волне и обеспечение безопасности ТРТ при их хранении и эксплуатации в условиях РДТТ, расширение области применения ТРТ за счет снижения его чувствительности к внешним воздействиям и уменьшения удельной мощности дымообразования в продуктах сгорания, сохраняя при этом их высокие энергетические характеристики.

Поставленная задача была решена за счет того, что известное ТРТ баллиститного типа, включающее нитроцеллюлозу, гексоген, нитроглицерин, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, технологические добавки - масло индустриальное или приборное, стеарат цинка и сульфорицинат Е, дополнительно содержит динитрил адипиновый кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитроцеллюлоза28,00-35,00Гексоген30,00-45,00Централит или его смесь с дифениламином0,50-3,00Масло индустриальное или приборное0,40-1,80Стеарат цинка0,01-0,10Сульфорицинат Е0,10-0,50Динитрил адипиновый кислоты3,00-15,00Нитроглицериностальное

Отличительными признаками заявляемого ТРТ от прототипа являются содержание динитрила адипиновый кислоты, а также количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: нитроцеллюлоза 28,00-35,00; гексоген 30,00-45,00; централит или его смесь с дифениламином 0,50-3,00; масло индустриальное или приборное 0,40-1,80; стеарат цинка 0,01-0,10; сульфорицинат Е 0,10-0,50; динитрил адипиновый кислоты 3,00-15,00; нитроглицерин - остальное.

Динитрил адипиновый кислоты - бесцветная прозрачная жидкость, химическая формула NC-(CH₂)₄-CN или C₆H₈N₂, плотность при температуре 20°С - 0,958-0,961 г/см³, температура кристаллизации +2°С, температура кипения +295°С, энтальпия образования +729,8 кДж/кг.

Изготовление заявленного топлива осуществляется по известной технологии смешения компонентов в водной среде при температуре 293÷303 К с последующим отжимом массы до влажности 4÷15 мас.%, вальцеванием при температуре валков 343÷363 К, сушкой таблетки до влажности не более 1 мас.% и прессованием изделий при температуре 343÷363 К и давлении 10÷30 МПа.

По описанному способу были изготовлены шесть опытных составов с различным соотношением ингредиентов. Приготовленные составы прошли лабораторные испытания. Данные о содержании ингредиентов и об энергетических и взрывчатых характеристиках предлагаемого и известного ТРТ приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, чувствительность топлива к механическим воздействиям ударного характера с массой груза 10 кг по предлагаемому изобретению составляет Н_о=130-200 мм, против Н_о=50÷75 мм для прототипа.

Чувствительность топлива к трению по предлагаемому изобретению составляет Р_о=240÷350 МПа, против Р_о=127÷160 МПа для прототипа.

Чувствительность топлива к ударной волне по предлагаемому изобретению составляет 4000÷6000 МПа, а для прототипа - 2000÷2400 МПа.

Восприимчивость топлива к детонационному импульсу электродетонатора ЭДС-1 по предлагаемому изобретению - 100% отказ из 20 параллельных испытаний, а у прототипа - 100% детонация.

Уровни единичного импульса и удельной мощности дымообразования топлива по предлагаемому изобретению находятся на уровне прототипа.

Таким образом, результаты испытаний опытных составов, представленные в таблице, убедительно показывают, что уровень чувствительности топлив к внешним воздействиям по предлагаемому изобретению существенно меньше уровня чувствительности топлива к внешним воздействиям по прототипу.

Предлагаемый состав баллиститного топлива является оптимальным для решения поставленной задачи, обеспечивает стабильную работу зарядов в РДТТ.

Таблица№ ппКомпонентный состав, мас%,Опытные составыПрототипПредлагаемыеЗапредельные 123456 Нитроцеллюлоза26,2-31,728,0035,0030,0029,0027,036,00 Гексоген39,0-41,040.0030,0030,0045,0046,029,00 Стабилизатор химической стойкости, например централит0,3-0,71,500,501,000,600,401,60 Масло индустриальное или приборное0,8-1,20,401,803,000,500,403,10 Стеарат цинка0.01-0,040,010,050,100,020,010,06 Сульфорицинат Е0,1-0,30,500,100,250,200,050,06 Динитрил адипиновой кислоты-3,0015,008,0012,016,02,00 НитроглицеринОстальное26,5917,5527,6512,6810,1428,18 Характеристики       1Чувствительность топлив к удару по ОСТ В 84-892-74, Н_о, мм/% взр.50/0÷75/0130/0200/0160/0180/0240/0110/02Чувствительность топлив к трению по ОСТ В 84-895-74, Р_о, МПа/% взр.127/0÷160/0240/0350/0300/0320/0365/0210/03Чувствительность топлив к ударной волне по ГОСТ РВ 50872-96, МПа, 10²20÷244060505465244Восприимчивость к детонационному импульсу по ГОСТ Р В 50871-96, % отказа топлива от детонации, (использовался электродетонатор ЭДС-1, 20 параллельных испытаний,)085100100100100755Единичный импульс (расч.), I₁, кгс с/кг, при Р_к/Р_а=40/1 кгс/см²220÷2302352192242202162316Удельная мощность дымообразования, м²/кг3÷53,34,13,63,84,43,1

Изобретение относится к твердым ракетным топливам и может быть использовано в РДТТ различного назначения. Предложено твердое ракетное топливо (ТРТ) баллиститного типа, содержащее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, гексоген, стабилизатор химической стойкости (централит или его смесь с дифениламином), масло индустриальное или приборное, стеарат цинка, сульфорицинат Е, динитрил адипиновой кислоты. Изобретение направлено на снижение чувствительности баллиститного топлива к внешним воздействиям: к удару, трению, ударной волне и обеспечение безопасности ТРТ при хранении и эксплуатации в условиях РДТТ, расширение области применения ТРТ за счет снижения его чувствительности к внешним воздействиям и уменьшения удельной мощности дымообразования в продуктах сгорания при сохранении высоких энергетических характеристик. 1 табл.

Твердое ракетное топливо баллиститного типа, включающее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, гексоген, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, технологические добавки - масло индустриальное или приборное, стеарат цинка и сульфорицинат Е, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит динитрил адипиновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитроцеллюлоза28,00-35,00Гексоген30,00-45,00Централит или его  смесь с дифениламином0,50-3,00Масло индустриальное или  приборное0,40-1,80Стеарат цинка0,01-0,10Сульфорицинат Е0,10-0,50Динитрил адипиновой кислоты3,00-15,00НитроглицеринОстальное