Твердое ракетное топливо

 

Изобретение относится к области специальной технической химии, а именно к созданию твердого ракетного топлива баллиститного типа, эксплуатируемого в широком температурном диапазоне. Согласно изобретению твердое ракетное топливо включает в себя пластификатор - нитроизобутилтринитратглицерин, нитроцеллюлозу, дополнительный пластификатор - динитротолуол, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, стабилизатор горения - карбонат кальция, модификатор горения - оксид свинца, технологическую добавку - стеарат цинка или натрия, масло индустриальное или приборное и сульфорицинат. Изобретение направлено на создание твердого ракетного топлива с улучшенными энергетическими характеристиками, а именно, с увеличенным объемным импульсом, обеспечивающего стабильность горения заряда в двигателе при температурах -60...+150^oС с сохранением высоких физико-химических характеристик топлива. 1 табл.

Изобретение относится к области специальной технической химии, а именно к созданию твердого ракетного топлива баллиститного типа, эксплуатируемого в широком температурном диапазоне (-60...+50^oС).

Известно твердое ракетное топливо (ТРТ) на основе нитроцеллюлозы, нитроглицерина, содержащее модификаторы скорости горения (патент США 3450583, кл. 149-18, 1969г.), включающее, мас. %: нитроцеллюлоза 40,85, нитроглицерин 10,35, компоненты в разных сочетаниях из группы, содержащей: сажу, графит, сульфат калия, диметилфталат, этилцентралит, триацетин, динитротолуол и окись свинца, - 12,30, динитроацетонитрил натрия или калия как катализатор скорости горения - 4,40.

Известны также двухосновные топлива на базе нитроцеллюлозы, содержащие различные алифатические и ароматические соединения свинца и меди (салицилаты, ацетилсалицилаты, резорцинаты, дигидроксибензоаты и др.) для снижения зависимости скорости горения от давления и регулирования баллистических характеристик (патент США 3228815, кл. С 06 Д 5/100, 1966; патент США 3104190, кл. 149-98, 1963; патент США 4202714, кл. С 06 В 23/00, 1980).

Однако эти топлива имеют недостаточно высокий уровень энергетических характеристик, что ограничивает их широкое использование в различных системах, а именно в ракетных двигателях на твердом топливе (РДТТ).

Наиболее близким к предлагаемому является ТРТ баллиститного типа, включающее, мас.%: Нитроцеллюлоза - 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 - 0,02-0,30
Топливо имеет удельный импульс 201-202 кгс•с/кг при Р_к/Р_а=40/1 кгс/см²; плотность 1,60-1,63 г/см³, объемный импульс 321,60-329,26 кгс•с/дм³, обладает повышенными физико-химическими характеристиками, обеспечивающими стабильность горения заряда в РДТТ при температуре -60...+50^oС (патент РФ 2090544 от 20.09.97г., кл. С 06 В 25/18).

Однако это топливо имеет невысокий уровень энергетических характеристик, что не позволяет широко использовать его в различных РДТТ.

Признаки прототипа, которые являются общими с признаками заявляемого решения, - пластификатор, нитроцеллюлоза, дополнительный пластификатор - динитротолуол, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, стабилизатор горения - карбонат кальция, модификатор горения - оксид свинца, технологическую добавку - стеарат цинка или натрия, масло индустриальное или приборное, сульфорицинат.

Задача изобретения - расширение области применения ТРТ за счет улучшения его энергетических характеристик (а именно, объемного импульса), обеспечивающих стабильность горения заряда в двигателе при температурах -60...+50^oС, в особенности при минусовых температурах, при сохранении его высоких физико-химических характеристик.

Поставленная задача была решена за счет того, что известный состав ТРТ, включающий пластификатор, нитроцеллюлозу, дополнительный пластификатор - динитротолуол, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, стабилизатор горения - карбонат кальция, модификатор горения - оксид свинца, технологическую добавку - стеарат цинка или натрия, масло индустриальное или приборное, сульфорицинат, в качестве пластификатора содержит нитроизобутилтринитратглицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроцеллюлоза - 54-62
Нитроизобутилтринитратглицерин - 24-28
Динитротолуол - 8-12
Централит или его смесь с дифениламином - 1,0-3,3
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 - 0,02-0,30
Нитроизобутилтринитратглицерин - маслянистая жидкость (ρ=1,68 г/см³); температура замерзания (стеклования) - t≤-35^oС; температура вспышки - t= 243^oС; характеризуется удовлетворительной химической стойкостью; менее летуч, чем нитроглицерин; превосходит по мощности (теплоте взрывчатого превращения) нитроглицерин на 7%. Его химическая формула

Это соединение является мощным бризантным взрывчатым веществом. По чувствительности к механическим удару, трению и другим воздействиям нитроизиобутилтринитратглицерин существенно благоприятнее нитроглицерина, термодинамически совместим с нитроцеллюлозой, образуя твердые растворы с температурой замерзания (стеклования) t≤-50^oС.

Изготовление и переработка топлива осуществляются по известной в отечественной практике технологии. Исходные компоненты смешивают в водной среде при температуре 283-313К, полученную массу отжимают до влажности 5-15 мас.%, вальцуют при температуре валков 333-373К, сушат полученные таблетки до влажности 0,3-1,0 мас.% и прессуют при температуре 336-358К и давлении 100-300 кгс/см².

В таблице приведены примеры конкретных составов заявляемого топлива, их свойства и характеристики.

Как видно из таблицы, предлагаемый состав топлива при сохранении таких характеристик, как стабильность горения зарядов в двигателе, в том числе и при низких температурах (до -60^oС), имеет объемный импульс (I•ρ), существенно превышающий значение прототипа (на 11,74-6,96 кгс•с/дм³). Высокий показатель указанной характеристики обеспечивается использованием в составе топлива энергетически активного жидкого высокоплотного пластификатора из класса высших нитроспиртов - нитроизобутилтринитратглицерина. Физико-химические, баллистические характеристики топлива при этом не изменяются. Уменьшение содержания нитроизобутилтринитратглицерина менее 24% в составе топлива приводит к ухудшению процесса пластификации нитроцеллюлозы и снижению энергетических характеристик топлива, а увеличение свыше 28% повышает скорость горения топлива.

Предлагаемый состав ТРТ является оптимальным для решения поставленной задачи, он гарантирует стабильную работу зарядов в РДТТ и обеспечивает их эксплуатацию в широком температурном интервале (от +50^oС до -60^oС) при более высоких энергетических характеристиках.

Формула изобретения

Твердое ракетное топливо, включающее пластификатор, нитроцеллюлозу, дополнительный пластификатор - динитротолуол, стабилизатор химической стойкости - централит или его смесь с дифениламином, стабилизатор горения - карбонат кальция, модификатор горения - оксид свинца, технологическую добавку - стеарат цинка или натрия, масло индустриальное или приборное и сульфорицинат, отличающееся тем, что в качестве пластификатора оно содержит нитроизобутилтринитратглицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроцеллюлоза - 54-62
Нитроизобутилтринитратглицерин - 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 - 0,02-0,3о

РИСУНКИ

Рисунок 1