ТВЕРДОЕ РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО БАЛЛИСТИТНОГО ТИПА Российский патент 2010 года по МПК C06B25/24 C06D5/06 

Изобретение относится к классу твердых ракетных топлив баллиститного типа и может быть использовано, например, в противотанковых управляемых ракетах (ПТУР). Для указанных систем требуются топлива с пониженной зависимостью скорости горения от давления, особенно в области давлений ниже 40 кгс/см² для обеспечения устойчивой работы маршевого двигателя.

Обычно топлива баллиститного типа в качестве основных компонентов содержат нитроцеллюлозу (НЦ), нитраты многоатомных спиртов, динитротолуол (ДНТ), дибутилфталат - в качестве дополнительных пластификаторов, стабилизаторы химической стойкости, технологические добавки, катализаторы и модификаторы процесса горения. В качестве катализатора горения в баллиститных топливах, в основном, используются соединения свинца, меди, никеля с различными органическими лигандами (патенты RU 2247700, 2175957, US 4226792, 5252409). При этом для каждого типа топлива важное значение имеет сочетание определенных видов металлов свинец-медь, свинец-никель, свинец-кобальт и т.д., а также их физическое состояние (механическая смесь, комплексное соединение и т.д.).

Обеспечение катализа процесса горения при давлениях ниже 40 кгс/см² является очень сложной задачей и результат может быть достигнут благодаря подбору вида катализатора горения и оптимального соотношения компонентов.

В качестве прототипа использовано топливо по патенту RU 2090544 С06В 25/18, С06D 5/06, заявл. 27.02.96, опубл. 20.09.97, в котором в качестве катализатора горения используется оксид свинца в сочетании со стабилизатором горения - карбонатом кальция. Данное топливо имеет показатель степени в законе скорости горения ″ν″ в пределах 0,39-0,41 в области давлений 40…100 кгс/см².

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание топливной композиции, обеспечивающей малую зависимость скорости горения от давления в области пониженных давлений - 20…80 кгс/см².

Технический результат данного изобретения достигается за счет использования в составе топлива комплексного катализатора горения - смеси свинцово-никелевого комплекса фталевой кислоты (ФНС) с окисью магния или карбонатом кальция, нитроцеллюлозы, пластификатора - смеси нитроглицерина (НГ) и динитротолуола, стабилизатора химической стойкости - централита или его смеси с дифениламином, технологических добавок - индустриального масла и стеарата цинка и введения дополнительного пластификатора динитродиэтиленгликоля (ДНДЭГ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Динитродиэтиленгликоль 14,6…16,9 Пластификатор 16,4…19,1 Стабилизатор химической стойкости 1,5…3,0 Свинцово-никелевый комплекс фталевой   кислоты 1,5…3,0 Карбонат кальция или окись магния 0,5…3,0 Индустриальное масло 0,5…1,5 Стеарат цинка 0,01…0,1 Нитроцеллюлоза Остальное

Сущность изобретения заключается в активации процесса горения при низких давлениях за счет использования в качестве катализатора скорости горения смеси свинцово-никелевого комплекса фталевой кислоты в сочетании с окисью магния или карбонатом кальция, а в качестве дополнительного пластификатора - динитродиэтиленгликоля.

Механизм смещения плато-эффекта в область низких давлений заключается в интенсификации окислительно-восстановительных процессов при малых давлениях, за счет воздействия комплексного катализатора горения, содержащего в молекуле одновременно свинец и никель в сочетании с окисью магния или карбонатом кальция. Никелевая составляющая катализатора способствует увеличению температуры пламени в области низкого давления и способствует более раннему образованию равномерно расположенного углеродистого каркаса, роль которого заключается в удерживании на своей поверхности ионов свинца, препятствуя их агломерации (С.И.Яковлев «Механизм действия свинцовых катализаторов на горение порохов». Физика горения и взрыва, №1, 1991 г., 41-43).

Введение в комплексный катализатор окиси магния или карбоната кальция обеспечивает стабильное горение предлагаемой топливной композиции в требуемом интервале давлений.

Замена части нитроглицерина на дополнительный пластификатор динитродиэтиленгликоль, который является более активным пластификатором по отношению к нитроцеллюлозе в сравнении с нитроглицерином, способствует получению более пластичной композиции и более равномерному распределению катализатора в топливной массе, что улучшает условия катализа горения.

В таблице приведены составы и характеристики образцов в сравнении с прототипом.

Таблица Характеристики Прототип Опытные образцы Обр.1 Обр.2 Обр.3 Обр.4 Компонентный состав, мас.%           Нитроглицерин 24,0-28,0 14,6 15,2 15,8 16,9 ДНДЭГ - 14,6 15,2 15,8 16,9 Динитротолуол 8,0-12,0 1,8 1,9 2,0 2,2 Централит или его смесь с дифениламином 1,0-5,5 1,5 2,0 2,5 3,0 ФНС - 1,5 2,4 2,8 3,0 Карбонат кальция 0,6-3,0 3,0 - 0,5 - Окись свинца 0,6-2,0 - - - - Окись магния - - 0,5 - 3,0

Продолжение таблицы Характеристики Прототип Опытные образцы Обр.1 Обр.2 Обр.3 Обр.4 Индустриальное масло 0,8-1,6 1,5 0,9 1,0 0,5 Стеарат цинка 0,02-0,05 0,01 0,04 0,06 0,1 Сульфорицинат Е 0,02-0,3 - - - - Нитроцеллюлоза 54,0-62,0 61,49 61,86 59,54 54,4 Показатель степени в законе горения ″ν″ в области давлений, кгс/см²:           40-100 0,39-0,41 0,22 0,18 0,16 0,12 20-80 - 0,098 0,085 0,079 0,071

Из данных таблицы следует, что использование предложенного катализатора горения ФНС в смеси с окисью магния или карбонатом кальция и дополнительного пластификатора динитродиэтиленгликоля в сочетании с полезным соотношением компонентов позволяет обеспечить снижение показателя "ν" в области низких давлений.

Изобретение относится к твердым ракетным топливам баллиститного типа, которое может быть использовано, например, в противотанковых управляемых ракетных системах. Баллиститное твердое ракетное топливо включает нитроцеллюлозу, пластификатор - нитроглицерин, динитротолуол и динитродиэтиленгликоль, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, технологические добавки - индустриальное масло и стеарат цинка, катализатор горения - смесь свинцово-никелевого комплекса фталевой кислоты с карбонатом кальция или окисью магния. Изобретение обеспечивает низкую зависимость скорости горения топлива от давления в области давлений ниже 40 кгс/см². 1 табл.

Баллиститное твердое ракетное топливо, включающее нитроцеллюлозу, пластификатор, содержащий смесь нитроглицерина и динитротолуола, централит или его смесь с дифениламином в качестве стабилизатора химической стойкости, индустриальное масло и стеарат цинка в качестве технологических добавок, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит в качестве пластификатора динитродиэтиленгликоль, а в качестве катализатора горения - смесь свинцово-никелевого комплекса фталевой кислоты с карбонатом кальция или окисью магния при следующем содержании компонентов, мас.%:
динитродиэтиленгликоль 14,6…16,9 пластификатор 16,4…19,1 стабилизатор химической стойкости 1,5…3,0 свинцово-никелевый комплекс фталевой кислоты 1,5…3,0 карбонат кальция или окись магния 0,5…3,0 индустриальное масло 0,5…1,5 стеарат цинка 0,01…0,1 нитроцеллюлоза остальное