СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАРЯДА БАЛЛИСТИТНОГО ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2011 года по МПК C06B21/00 

Патентуемый способ относится к области ракетной техники и может быть использован при отработке новых рецептур и технологических режимов, а также при изготовлении зарядов из баллиститного твердого ракетного топлива (БТРТ), при опытном и серийном производстве, преимущественно малогабаритных зарядов мелких серий к ракетным системам различного назначения.

Известны способы изготовления зарядов из БТРТ по пат. RU 2259341 С1, RU 2300513 С2, US 4080411 А, а также по ист. Смирнов Л.А. «Оборудование для производства порохов по шнековой технологии и зарядов из них» М., МГАХМ, 1997, стр.41-74. Указанные способы подразумевают, как правило, при изготовлении зарядов БТРТ использование технологического оборудования высокой производительности. Однако использование такого оборудования для изготовления малогабаритных (малоразмерных) зарядов массой от нескольких грамм до 0,5…5,0 кг, длиной от нескольких мм до 150…800 мм, калибром от 3 мм до 60 мм мелких серий (от нескольких до ста штук), например, для комплектов энергоустройств катапультных кресел систем аварийного спасения (САС) летчиков, для систем разделения ступеней крупных ракет, для газогенераторов (ГГ) бортовых источников питания и исполнительных механизмов крупных ракет весьма не производительно, не обеспечивает жесткие требования к указанным зарядам по уровню скорости горения (U) БТРТ, ее разбросу и температурному градиенту скорости горения , где Т - начальная температура заряда.

В настоящее время в отечественной промышленности отсутствуют малопроизводительные аппараты для получения одного из основных компонентов баллиститного топлива - нитроэфиров (НЭ).

Производство НЭ осуществляется инжекторным способом с производительностью 600…800 кг/ч и рассчитано на изготовление многотоннажной (10…20 т) топливной смеси, что экономически нецелесообразно при изготовлении топливной смеси массой 5…100 кг.

Технической задачей изобретения является разработка способа изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива, обеспечивающего высокое качество заряда, а именно низкий разброс скорости горения, низкий температурный градиент скорости горения, а также минимальные экономические издержки при изготовлении зарядов за счет использования в технологическом процессе изготовления топлива малогабаритного нитроузла - аппарата Шлегеля.

Технический результат изобретения заключается в разработке способа изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива. Способ включает приготовление нитроэфира, смешение компонентов топлива в нейтральной среде, отжим топливной массы, вальцевание топливного полотна на гладких вальцах и таблетирование топлива, сушку таблетки и прессование заряда на пресс-аппарате с использованием формообразующей оснастки. При этом используют малообъемный топливный смеситель емкостью до 20 л, прессование зарядов осуществляют с использованием разрывных машин типа Р-5, Р-10 либо пресса Круппа, а приготовление нитроэфира осуществляют на аппарате Шлегеля (Ф.Наум. "Нитроглицерин", изд. ОНТИ "Госхимтехиздат", 1934, Москва-Ленинград, с.32-33). Полученный на аппарате Шлегеля нитроэфир нейтрализуют содовым раствором, вводят в него дополнительные пластификаторы: динитротолуол (ДНТ) и/или дибугилфталат (ДБФ) и стабилизаторы химической стойкости (СХС) и осуществляют ввод полученной промежуточной смеси в топливный смеситель. При этом в качестве нитроэфира при изготовлении заряда используют нитроглицерин, и/или диэтиленгликольдинитрат, и/или диэтилендинитратнитрамин, или их совместно. Отжим топливной массы производят на центрифуге до влажности порядка 30%, после чего осуществляют измельчение (рыхление) топливной массы в протирочном барабане. Затем измельченную топливную массу подвергают вальцеванию на гладких горизонтальных вальцах: 3…5 прокаток при роздвиге вальцев 0,5 мм и последующие 15…22 прокатки при роздвиге вальцев 1,5 мм.

Сущность изобретения заключается в обеспечении высокого качества приготовления БТРТ в малых массовых объемах с переработкой его в заряды. Малые количества (объемы) перерабатываемой топливной массы позволяют обеспечить высокую степень гомогенизации топливной массы, а значит минимальные разбросы скорости горения (U) внутри партии зарядов и минимальный температурный градиент скорости горения БТРТ. При этом ввод в полученный на аппарате Шлегеля нитроэфир СХС и дополнительных пластификаторов обеспечивает безопасность обращения с промежуточной смесью, а использование в рецептурах БТРТ различных модификаций нитроэфиров (в рамках патентуемого способа) расширяет номенклатуры применяемых зарядов.

Ограничение объема топливного смесителя (не более 20 л) обусловлено как техническими возможностями аппарата Шлегеля (не более 300-500 г НЭ за одну нитрацию), так и возможностями качественной переработки топлива на фазах смешения, отжима, вальцевания.

Использование разрывных машин типа Р-5, Р-10 для прессования зарядов позволяет обеспечить периодическим способом изготовление требуемого количества зарядов без использования крупногабаритных прессов. Однако иногда может быть удобен для прессования пресс Круппа, на котором обеспечивается удовлетворительное прессование топливных заготовок при минимальной загрузке матрицы пресса 3…4 кг топливной таблетки.

Осуществление 3…5 прокаток на гладких вальцах при роздвиге валков 0,5 мм ("тонких" прокаток) способствует существенному обезвоживанию топливной массы.

Предварительно пластифицированная (после прокаток при роздвиге валков 0,5 мм) топливная масса подвергается 15…22 прокаткам при роздвиге валков 1,5 мм. Это позволяет обеспечить формирование однородного прочного топливного полотна. При количестве менее 3-5 "тонких" прокаток с роздвигом 0,5 мм не достигается требуемая степень обезвоживания топливной массы, при количестве прокаток с роздвигом 1,5 мм ("толстых" прокаток) менее 15 не достигается удовлетворительная степень гомогенности и пластификации топлива, а количество "толстых" прокаток более 22 ограничено условиями безопасности дальнейшей переработки топливной массы.

Патентуемое изобретение позволяет в 2…3 раза уменьшить разброс скорости горения БТРТ и температурный градиент скорости по сравнению с БТРТ, изготовляемым по технологии способа-прототипа.

Изобретение поясняется на чертеже, где представлена технологическая схема патентуемого способа изготовления малогабаритного заряда БТРТ.

Примеры практической реализации способа

Пример 1. Изготавливалась партия зарядов из БТРТ (по схеме в соответствии с чертежом) для катапультного устройства (КУ) с размерами: калибр - 12 мм, канал - 6 мм, длина - 100 мм, общей массой 4,8 кг. Для зарядов использовали коллоксилин заводского приготовления.

Смешение компонентов топлива осуществляли в лабораторном смесителе объемом 15 л. Приготовление нитроглицерина (НГ) осуществляли на аппарате Шлегеля с последующей стабилизацией - нейтрализацией содовым раствором. За одну нитрацию получали порядка 300 г НГ. В полученный нитроэфир вводили централит и ДНТ. Полученную промежуточную смесь вводили в топливный смеситель. Дальнейшую переработку БТРТ обеспечивали по следующей схеме.

Смешение компонентов топлива в топливном смесителе при модуле топливо/вода - 1/5…1/10, отжим топливной массы на центрифуге до влажности порядка 30%, вальцевание топливной массы на гладких вальцах, таблетирование путем ручной разрезки отвальцованного полотна, прессование на пресс-аппарате, выполненном на базе разрывной машины Р-10. На всех фазах переработки БТРТ обеспечивались технологические режимы, принятые для штатной технологии переработки БТРТ в заводских условиях. Разбросы скорости горения внутри партии составили ±0,8%, температурный градиент скорости горения 0,08%/град. Результаты огневых стендовых испытаний зарядов в составе КУ удовлетворительные.

Пример 2. Изготавливалась партия зарядов для КУ системы аварийного спасения летчиков из БТРТ с размерами зарядов: калибр - 10 мм, канал - 4 мм, длина - 80 мм, общей массой 2,2 кг.

Изготовление зарядов осуществляли в соответствии с примером 1. Разброс скорости горения внутри партии составил ±0,9%, температурный градиент скорости - 0,11%/град.

Пример 3. Изготавливалась партия зарядов из БТРТ для систем разделения ступеней ракеты: калибр 22 мм, канал - 6 мм, длина - 180 мм, общей массой 12,5 кг. Изготовление зарядов осуществляли в целом в соответствии с примером 1, за исключением фазы прессования. Прессование зарядов было выполнено на прессе Круппа.

Разброс скорости горения внутри партии по результатам ОСИ составил ±0,6%, температурный градиент скорости горения 0,14%/град.

Результаты испытаний зарядов в составе разделителей ступеней ракет удовлетворительные.

Положительный эффект патентуемого изобретения - достижение высокого качества изготовления зарядов (требуемой скорости горения, низкого разброса скорости горения, пониженного значения температурного градиента скорости горения) при минимальных экономических издержках.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к способам изготовления зарядов твердого ракетного топлива, и может быть использовано при отработке рецептур и технологии изготовления баллиститных твердых ракетных топлив, опытных и серийных зарядов к ракетным и артиллерийским системам. Способ заключается в приготовлении нитроэфира, смешении компонентов топлива в нейтральной среде и последующих известных фазах переработки баллиститной топливной массы. В качестве нитроузла используют аппарат Шлегеля, в качестве смесителя компонентов - малообъемный смеситель до 20 л, а вальцевание топлива осуществляется на гладких вальцах путем 3…5 прокаток при роздвиге валков 0,5 мм и далее 15…22 прокаток при роздвиге валков 1,5 мм. Изобретение позволяет улучшить качество приготовления зарядов БТРТ - уменьшить разброс скорости горения и температурный градиент скорости горения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления заряда баллиститного твердого ракетного топлива, включающий приготовление нитроэфира, смешение компонентов топлива в нейтральной среде, отжим топливной массы, вальцевание - таблетирование топлива, сушку таблетки и прессование заряда на пресс-аппарате, отличающийся тем, что смешение компонентов топлива осуществляют в малообъемном смесителе емкостью до 20 л, а вальцевание топлива проводят на гладких горизонтальных вальцах при роздвиге валков 0,5 мм в количестве 3…5 прокаток, а затем при роздвиге валков 1,5 мм - в количестве 15…22, а прессование заряда производят на разрывных машинах типа Р-5, Р-10, либо прессе Круппа, при этом приготовление нитроэфира осуществляют на аппарате Шлегеля.

2. Способ изготовления заряда баллиститного твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что полученный на аппарате Шлегеля нитроэфир нейтрализуют содовым раствором, вводят дополнительные пластификаторы и стабилизаторы химической стойкости в смеситель.

3. Способ изготовления по п.1, отличающийся тем, что в качестве нитроэфира при изготовлении заряда используют нитроглицерин, и/или диэтиленнитратнитроамин, и/или диэтиленгликольдинитрат, и/или их совместно.