ЗАРЯД ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК F02K9/10 

Изобретение относится к области разработки технологии изготовления зарядов из твердых ракетных топлив и касается способа их получения.

Среди большого количества ракетных зарядов из твердых ракетных топлив важное место занимают вкладные бронированные заряды с полимерным бронепокрытием, к которым предъявляется целый ряд специальных требований, и, в частности, таких как высокие физико-механические характеристики и эрозионная стойкость покрытия, надежная его работоспособность в течение всего времени работы заряда, длительные сроки эксплуатации. Такие заряды имеют различную конфигурацию и габариты.

Известен заряд баллиститного ракетного твердого топлива с полимерным покрытием на основе эпоксиуретановой смолы, отвердителя и наполнителя, описанный в патенте RU 2275521 С1, МПК F02K 9/10, 27.04.2005, получение которого осуществляется методом заливки в зазор между металлической формой и шашкой-заготовкой с последующим отверждением. Описанным способом можно изготавливать только малогабаритные заряды.

Целью настоящего изобретения является решение технической задачи изготовления как мало-, так и крупногабаритных зарядов диаметром от 100 до 1600 мм и длиной от 300 до 5500 мм.

Поставленная цель достигается получением различных вариантов зарядов твердого ракетного топлива с помощью бронирования боковой поверхности шашки:

1. Заряд с бронепокрытием, представляющим собой полимерное связующее на основе эпоксиуретановой смолы, полученное взаимодействием эпоксидной составляющей с техническим ароматическим полиизоцианатом, представляющим собой смесь изомеров дифенилметандиизоцианатов и трех- и четырехъядерных три- и тетраизоцианатов и ароматического аминного отвердителя, а в качестве эпоксидной составляющей при получении эпоксиуретановой смолы использована смесь эпоксидной смолы на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А), технического диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина (Б) и технического лапроксида, представляющего собой олигомер окиси пропилена с концевыми эпоксидными группами с молекулярной массой от 250 до 900 (В) в соотношении А:Б:В от 5:70:25 до 90:5:5 при соотношении эпоксидной составляющей (А+Б+В) с полиизоцианатом в соотношении от 85:15 до 98:2, и эпоксиуретановая смола получена путем перемешивания при температуре от 50°С до 120°С в течение от 50 до 210 мин, а в качестве отвердителя использована стабилизированная жидкая смесь ароматических аминов, и дополнительно полифосфат и минеральный наполнитель, при этом композиция содержит в мас.ч.: эпоксиуретановая смола - 100, отвердитель - 15-65, полифосфат аммония - 10-100, наполнитель - 10-170, отличающийся тем, что полимерная композиция представляет собой полимерное связующее, а в бронепокрытие дополнительно введен армирующий материал в виде хлопчатобумажной пряжи низкой крутки или хлопчатобумажной вискозной или лавсановой ленты, который намотан на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: связующее от 90 до 60, армирующий материал от 10 до 40, при этом отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 часов.

2. Заряд твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что представляет собой заряд смесевого или баллиститного ракетного топлива.

3. Заряд с бронепокрытием, представляющим собой полимерное связующее и армирующий материал при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полимерное связующее от 90 до 60, армирующий материал: от 10 до 40, причем в качестве полимерного связующего используется полимерная композиция, состоящая из смеси эпоксидных смол на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А) и на основе диэтиленгликоля с молекулярной массой от 240 до 260 (А), а также отвердителя, в качестве которого используется 1,3-фенилендиамин, наполнителя - борная кислота, пластификатора на основе полиэтиленгликольадипината и ускорителя - бензойная кислота, при этом полимерная композиция содержит, мас.ч.: эпоксидная смола на основе 4,4'-диоксидифенилпропана - 43; эпоксидная смола на основе диэтиленгликоля - 17; отвердитель - 1,3-фенилендиамин - 7-8; наполнитель - борная кислота - 12-13; пластификатор на основе полидиэтиленгликольадипината - 16-18; ускоритель - бензойная кислота - 2-3, при этом армирующий материал представляет собой хлопчатобумажную пряжу низкой крутки или хлопчатобумажную вискозную или лавсановую ленты, которые намотаны на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия, а отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 часов.

4. Заряд твердого ракетного топлива по п.3, отличающийся тем, что представляет собой заряд смесевого или баллиститного ракетного топлива.

Применение первого и второго вариантов получения зарядов из баллиститного и смесевого твердого ракетного топлива приводит к повышению эрозионной стойкости и термозащитной способности бронепокрытия.

Применение третьего и четвертого вариантов связующего для баллиститного и смесевого твердого ракетного топлива приводит к ускорению процесса полимеризации бронепокрытия и повышению его физико-механических характеристик.

Выбор связующего определяется временем работы заряда и стабильной работой двигательной установки в широком диапазоне температур от минус 60°С до плюс 60°С.

Пример 1

Получение бронепокрытия и заряда на его основе с использованием связующего - полимерной композиции 1.

В реактор загружают 100 мас.ч. эпоксиуретановой смолы (патент RU 2275521), после чего последовательно вводят 40 мас.ч. жидкой эвтектической смеси 1,3-фенилендиамина, 4,4 диаминодифенилметана и технического n-аминобензиланилина в соотношении 30:30:40, 55 мас.ч. полифосфата аммония и 90 мас.ч. наполнителя маршаллита. Композицию перемешивают в течение 15 минут при температуре 25°С и используют в качестве связующего бронепокрытия и заряда на его основе.

На чертеже изображена схема получения заряда с помощью намотки жгута нитей или ленты, пропитанных связующим, на вращающуюся шашку-заготовку, где

1 - шпулярник для нитей или кассеты для ленты;

2 - нитепроводник или направляющая для ленты;

3 - ванночка для пропитки связующего;

4 - отжимное устройство связующего;

5 - шашка-заготовка.

Для получения заряда шашку-заготовку (5), представляющую собой цилиндр из баллиститного или смесевого твердого топлива, закрепляют на оправке, помещенной на токарный станок для вращения. Предварительно на ограничительные диски оправки, которые прижимаются к торцам шашки-заготовки, наносится антиадгезионное покрытие на основе кремнийорганической жидкости 136-41 в нефрасе, отвержденное в термостате при температуре 120°С в течение 8 часов. Перед установкой и закреплением изделия с оправкой на станке или после закрепления на станке проводят обезжиривание бронируемых поверхностей изделия растворителем с последующей выдержкой 20-30 минут. На обезжиренную поверхность изделия при его медленном вращении связующее наносится шпателем для улучшения адгезии. Операция по нанесению связующего производится при вращении изделия на станке со скоростью 7-12 об/мин. Далее со шпулярника (1) через нитепроводник (2) и пропиточную ванночку (3), заполненную приготовленным связующим, через отжимное устройство (4) на изделие подается жгут хлопчатобумажных нитей линейной плотностью 60 текс №14 или лента и проводится его обмотка по цилиндрической поверхности до достижения заданной толщины покрытия. Шаг обмотки устанавливается опытным путем, количество проходов подбирается в зависимости от требуемой толщины бронепокрытия. После обмотки изделие вращается на станке 30-40 минут, затем снимается со станка вместе с оправкой, и проводится отверждение бронепокрытия на изделии при температуре 15°С в течение 100 часов.

Примеры 2-4 осуществляются аналогичным образом при условиях, приведенных в табл.1.

Свойства бронепокрытия в сравнении с прототипом приведены в табл.2.

Таблица 1Условия получения бронепокрытия и заряда на его основе с использованием полимерной композиции 1Наименование показателяВеличина показателя23456781. Состав связующее:10152025303540армирующий материал908580757065602. Состав армирующего материала.Пряжа х/б линейной плотностью 60 текс №14Пряжа х/б линейной плотностью 56 текс №14Пряжа х/б линейной плотностью 60 текс №18Пряжа х/б линейной плотностью 56 текс №18Пряжа х/б полотняная резаная для электропромышленности арт. 46ТРЛента техническая лавсановаяЛента х/б (миткалевая, тафтяная, батистовая)3. Толщина покрытия.1,52,02,53,03,54,05,04. Режим отверждения: температура, °С151820253035405. Время, час.96927260554840

Таблица 2Свойства заряда с бронепокрытием по примерам 1÷8 табл.1Наименование показателейВеличина показателейПрототип1234567812345678910Физико-механические свойства
- прочность при растяжении, МПа при Т=+50°С         продольные (т.е. вдоль армирующего материала)42434444,54545,54646,5-поперечные (т.е. поперек армирующего материала)1,51,61,81,92,02,12,32,52,5Т=+20°С         продольные45,246,046,546,847,047,247,548,0-поперечные48,245,244,040,043,035,535,034,035,0Т=-50°С         продольные>6058,0>6057,0>6059,0>6059,0-поперечные58,055,254,050,049,549,044,042,045,0- деформация, %         при Т=+50°С         продольные12,813,013,514,013,812,513,213,7-поперечные18,018,117,517,016,015,014,013,514,0Т=+20°С         продольные12,512,713,013,214,013,813,712,8-поперечные         Т=-50°С         продольные2,02,12,02,11,92,02,12,0-поперечные2,22,22,12,01,91,81,91,82,0- модуль упругости при растяжении,         МПа,         при Т=+50°С         продольные300350280290300320290300-поперечные9,59,08,58,010,011,09,89,58,0Т=+20°С         продольные136014001280129013001450138013501350поперечные112012001250130013201400145015001200Т=-50°С         продольные345034003300335034803400338034003400поперечные335033003380340034503500360037503500Прочность крепления к БРТТ, МПа         при Т=+50°С1,92,01,91,91,91,91,91,92,2Т=+20°С7,06,57,07,07,07,07,07,07,0Т=-50°С>1514,014,514,9>1514,214,314,414,0Прочность крепления к СТРТ, МПа         при Т=+50°С1,51,61,651,71,81,91,41,31,4Т=+20°С5,05,25,56,06,57,07,27,57,8Т=-50°С13,213,514,014,5>15>15>15>1512,0Относительное выгорание по длине, %10,08,09,07,07,26,56,26,010,0Относительное выгорание по массе, %10,09,59,08,07,06,56,05,515,0

Как видно из приведенной табл.2, заряд, полученный способом намотки бронепокрытия с применением армирующего материала и связующего - композиции 1, обладает высокими физико-механическими и адгезионными характеристиками, повышенной эрозионной стойкостью и теплозащитной способностью по сравнению с известным техническим решением.

Пример 2

Получение бронепокрытия и заряда на его основе с использованием связующего - полимерной композиции 2.

В первый реактор загружают пластификатор на основе полиэтиленгликольадипината, бензойную кислоту и 1,3-фенилендиамин, перемешивают при температуре 85±5°С в течение 75-90 минут, охлаждают и сливают в емкость. Во втором реакторе перемешивают смеси смол на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А) и на основе диэтиленгликоля с молекулярной массой от 240 до 260 (А) при температуре 15-35°С в течение 20 минут, затем в нее водят наполнитель - борную кислоту и перемешивают 5-6 минут. Приготовленные смеси сливают в третий реактор и перемешивают при температуре не выше 25°С в течение 5-6 минут.

Получение заряда с бронепокрытием на основе полимерной композиции 2 проводят способом аналогичным описанному в примере 1.

Примеры 2-8 осуществляются аналогичным образом при условиях, приведенных в табл.3.

Получение бронепокрытия и заряда на его основе с использованием связующего - полимерной композиции 2 - проводят способом, аналогичным описанному в примере 1.

Свойства бронепокрытия в сравнении с прототипом приведены в табл.4.

Как видно из приведенной табл.4, применение армирующего материала и связующего - композиции 2 - ускоряет время полимеризации бронепокрытия, что приводит к сокращению длительности технологического процесса изготовления заряда по сравнению с известным техническим решением, при этом сохраняются высокие физико-механические и адгезионные характеристики.

Таблица 3Условия получения бронепокрытия и заряда на его основе с использованием полимерной композиции 2Наименование показателяВеличина показателя2345678Состав
связующее:10152025303540армирующий материал908580757065602. Состав армирующего материала.Пряжа х/б линейной плотностью 60 текс №14Пряжа х/б линейной плотностью56 текс №14Пряжа х/б линейной плотностью 60 текс №18Пряжа х/б линейной плотностью 56 текс №18Пряжа х/б полотняная резаная для электропромышленности арт. 46ТРЛента техническая лавсановаяЛента х/б (миткалевая, тафтяная, батистовая)3. Толщина покрытия.1,52,02,53,03,54,05,04. Режим отверждения: температура, °С151820253035405. Время, час.30282624222015

Таблица 4Свойства заряда с бронепокрытием по примерам 1÷8 табл.3Наименование показателейВеличина показателейПрототип1234567812345678910Физико-механические свойства         - прочность при растяжении, МПа при Т-+50°С         продольные (т.е. вдоль армирующего материала)40414344,545,545,546,246,5-поперечные (т.е. поперек армирующего материала)1,51,61,81,92,02,12,32,52,5Т=+20°С         продольные45,046,346,546,847,047,247,548,0-поперечные38,235,242,040,043,035,535,034,035,0Т=-50°С         продольные>6058,0>6057,0>6059,0>6059,0-поперечные48,045,247,040,049,549,044,042,045,0- деформация, %         при Т=+50°С         продольные12,013,013,510,012,812,513,213,7-поперечные19,019,118,517,018,018,014,013,514,0Т=+20°С         продольные12,012,212,012,213,013,813,712,8-поперечные         Т=-50°С         продольные1,21,21,52,01,81,31,31,3-поперечные2,02,12,12,01,91,81,91,82,0- модуль упругости при растяжении,         МПа,         при Т=+50°С         продольные320350280290320340290300-поперечные8,59,08,58,09,010,09,89,58,0Т=+20°С         продольные13601400128012901300145013801350 поперечные120012001250130013201400145015001200Т=-50°С         продольные45004000330035003480340033803300-поперечные350033003800340034503500360037503500Прочность крепления к БРТТ, МПа         при Т=+50°С1,92,11,92,21,91,91,91,92,2Т=+20°С7,07,57,27,07,27,07,07,07,0Т=-50°С>1515,014,514,9>1514,214,314,414,0Прочность крепления к СТРТ, МПа         при Т=+50°С1,51,31,21,41,51,51,41,31,4Т=+20°С6,06,26,57,07,57,07,27,57,8Т=-50°С13,213,013,013,5>14>1412,512,012,0

Заряд твердого ракетного топлива выполнен в виде шашки, бронированной по боковой поверхности бронепокрытием. Бронепокрытие состоит из полимерного связующего и армирующего материала при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полимерное связующее от 90 до 60, армирующий материал от 10 до 40. В соответствии с изобретением предложено два варианта связующего. Армирующий материал представляет собой хлопчатобумажную пряжу низкой крутки или хлопчатобумажную вискозную или лавсановую ленты, которые намотаны на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия. Отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 часов. Изобретение позволяет повысить эрозионную стойкость и термозащитную способность бронепокрытия, а также ускорить процесс его полимеризации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил, 4 табл.

1. Заряд твердого ракетного топлива, выполненный в виде шашки, бронированной по боковой поверхности бронепокрытием, включающим полимерную композицию на основе эпоксиуретановой смолы, полученной взаимодействием эпоксидной составляющей с техническим ароматическим полиизоцианатом, представляющим собой смесь изомеров дифенилметандиизоцианатов и трех- и четырехядерных три- и тетраизоцианатов и ароматического аминного отвердителя, а в качестве эпоксидной составляющей при получении эпоксиуретановой смолы использована смесь эпоксидной смолы на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А), технического диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина (Б) и технического лапроксида, представляющего собой олигомер окиси пропилена с концевыми эпоксидными группами с молекулярной массой от 250 до 900 (В) в соотношении А:Б:В от 5:70:25 до 90:5:5, при соотношении эпоксидной составляющей (А+Б+В) с полиизоцианатом в соотношении от 85:15 до 98:2 и эпоксиуретановая смола получена путем перемешивания при температуре от 50 до 120°С в течение от 50 до 210 мин, а в качестве отвердителя использована стабилизированная жидкая смесь ароматических аминов и дополнительно полифосфат и минеральный наполнитель, при этом композиция содержит в мас.ч.: эпоксиуретановая смола 100, отвердитель 15-65, полифосфат аммония 10-100, наполнитель 10-170, отличающийся тем, что полимерная композиция представляет собой полимерное связующее, а в бронепокрытие дополнительно введен армирующий материал в виде хлопчатобумажной пряжи низкой крутки или хлопчатобумажной вискозной или лавсановой ленты, который намотан на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: связующее от 90 до 60, армирующий материал от 10 до 40, при этом отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 ч.2. Заряд твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что представляет собой заряд смесевого или баллиститного ракетного топлива.3. Заряд твердого ракетного топлива, выполненный в виде шашки, бронированной по боковой поверхности бронепокрытием, отличающийся тем, что бронепокрытие состоит из полимерного связующего и армирующего материала при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полимерное связующее от 90 до 60, армирующий материал от 10 до 40, причем в качестве полимерного связующего используется полимерная композиция, состоящая из смеси эпоксидных смол на основе 4,4'-диоксидифенилпропана с молекулярной массой от 340 до 600 (А) и на основе диэтиленгликоля, с молекулярной массой от 240 до 260 (А), а также отвердителя, в качестве которого используется 1,3-фенилендиамин, наполнителя - борная кислота, пластификатора на основе полидиэтиленгликольадипината и ускорителя - бензойная кислота, при этом полимерная композиция содержит, мас.ч.: эпоксидная смола на основе 4,4'-диоксидифенилпропана 43; эпоксидная смола на основе диэтиленгликоля 17; отвердитель 1,3-фенилендиамин 7-8; наполнитель - борная кислота 12-13; пластификатор на основе полидиэтиленгликольадипината 16-18; ускоритель - бензойная кислота 2-3, при этом армирующий материал представляет собой хлопчатобумажную пряжу низкой крутки или хлопчатобумажную вискозную или лавсановую ленты, которые намотаны на вращающийся заряд в процессе нанесения бронепокрытия, а отверждение бронепокрытия на заряде произведено при температуре 15...40°С в течение 24-96 ч.4. Заряд твердого ракетного топлива по п.3, отличающийся тем, что представляет собой заряд смесевого или баллиститного ракетного топлива.