Твердое ракетное топливо
Изобретение относится к твердым ракетным топливам. Преложено твердое ракетное топливо, содержащее пластификатор -нитроизобутилтринитратглицерин, окислитель циклотетраметилентетранитроамин или гексанитрогексаазаизовюрцитан, и/или гексанитрогексаазаадамантан, и/или аммонийдинитроамид, горючее - алюминий дисперсный и гидрид алюминия, высокомолекулярное связующее - полибутадиеннитрильный или полиуретановый каучук и технологические добавки. Изобретение направлено на создание малодымного твердого ракетного топлива с высоким импульсом и плотностью, низкой чувствительностью к механическим воздействиям, термической стабильностью и температурным диапазоном эксплуатации + 50...-50°С. 1 табл.
Изобретение относится к области специальной технической химии, а именно к созданию малодымных (бесхлорных) высокоэнергетических твердых ракетных топлив (ТРТ), эксплуатируемых в широком температурном диапазоне (-50...+50°С), которые могут применяться в различных ракетных системах, например, на первых ступенях баллистических ракет, также противоракетной, противовоздушной обороны, ракетных систем залпового огня и другого назначения.
Известно ТРТ (патент США №5045132, МКИ5 С 06 В 45/10, опубл. 03.09.91), содержащее, мас.%:
1,9-динитро-2,4,6,8-тетранитразанонан 70
Алифатический полиэфир с концевыми гидроксильными
группами 10
Триметилолэтантринитрат или 4,4,4-
тринитронитробутилнитрат 20
Это топливо имеет недостаточно высокий уровень энергических характеристик (Isp=261...265 кгс·с/кг при Рк/Ра=40/1), пониженную термическую стабильность.
Известно ТРТ (патент США №3896865, опубл. 21.01.74), содержащее, мас.%:
-гидро-
-гидроксиполи-(оксиметиленнитрамин) 19,20
Гексаметилендиизоцианат 3,80
Алюминий 12,00
Циклотетраметилентетранитроамин 65,00
Это малодымное (бесхлорное) ТРТ имеет существенный недостаток - недостаточно высокий уровень энергетических характеристик (удельный импульс Isр=259,8 кгс·с/кг при Рк/Ра ~40/1), а также низкую стойкость в кислых средах. Кроме того, для продуктов сгорания этого топлива характерно повторное воспламенение в окружающем воздухе.
Известно также топливо (патент США №4961380, МКИ С 06 D5/06, опубл. 09.10.90) на основе перхлората аммония, октогена, алюминия дисперсного, глицидилазидного полимера, пластификаторов - смеси 1,5-динитрата-3-нитроазапентана и 1,5-диазидо-3-нитроазопентана). Топливо имеет высокий единичный импульс (Isp=271,l кгс·с/кг, при Рк/Ра=40/1), но имеет повышенную чувствительность к влаге, что снижает воспроизводимость основных характеристик топлива.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и получаемому результату является ТРТ (патент РФ №2183608, опубл. 20.06.2002), содержащее, мас.%:
Нитроизобутилтринитратглицерин или тетранитрометан 11,22-25,10
Полибутадиеннитрильный или полиуретановый каучук 2,05-5,90
Циклотетраметилентетранитроамин, или
гексанитрогексаазаадамантан, или
гексанитрогексаазаизовюрцитан 57,50-84,80
Алюминий дисперсный 0,07-20,00
Технологические добавки 1,50-2,00
Существенным недостатком этого топлива является недостаточно высокий уровень энергетических характеристик (расчетный единичный импульс Isp=248,83...263,58 кгс·с/кг, при Р к/Ра=40/1).
При создании изобретения ставилась задача разработки ТРТ малодымного (бесхлорного), с высокими импульсом и плотностью, с продуктами сгорания, не склонными к повторному воспламенению в окружающем воздухе, эксплуатации в широком температурном диапазоне.
Задача решается за счет того, что известный состав твердого ракетного топлива, содержащий пластификатор - нитроизобутилтринитратглицерин, окислитель, горючее, высокомолекулярное связующее - полибутадиеннитрильный или полиуретановый каучук и технологические добавки, в качестве окислителя содержит циклотетраметилентетранитроамин или гексанитрогексаадаизовюрцитан, и/или гексанитрогексаазаадамантан, и/или аммонийдинитроамид, в качестве горючего - алюминий дисперсный и гидрид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроизобутилтринитратглицерин 11,25-26,78
Полибутадиеннитрильный или
полиуретановый каучук 2,25-4,72
Циклотетраметилентетранитроамин или
гексанитрогексаазаизовюрцитан, и/или
гексанитрогексаазаадамантан, и/или
аммонийдинитроамид 35-58
Алюминий дисперсный 0,01-9,00
Гидрид алюминия 6,00-27,00
Технологические добавки 1,49-1,99
Для приготовления предлагаемого ТРТ используют:
- циклотетраметилентетранитроамин [ОСТ В81-1509-77], аммонийдинитроамид [ТУ 84-754-78], гексанитрогексаазаизовюрцитан (GL-20 USA), гексанитрогексаазаадамантан [американская корпорация "Мортон Тиокол"];
- полибутадиеннитрильный каучук СКН-40 [ГОСТ 738-65] или полиуретановый каучук СКУ-90 [ТУ 38.403557-87];
- алюминий дисперсный [ОСТ В 84-1841];
- гидрид алюминия [ТУ 6-02-881];
- нитроизобутилтринитратглицерин [Е.Ю.Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. - Л.: Химия. 1973; Л.М.Козлов, В.Н.Бурмистров. Нитроспирты и их производные. КХТИ им. С.М.Кирова, Казань, 1960] или тетранитрометан [Е.Ю.Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. - Л.: Химия. 1973; Я.М.Паушкин. Химический состав и свойства реактивных топлив. - М.: АН СССР. 1958. 376 с.];
- в качестве технологических добавок могут использоваться отвердители (сера [ГОСТ 127-64], МnO2 [ТУ 6-09-01-718-87] и т.п.), поверхностно-активные вещества (например, лецитин) и др. Добавки вводятся в зависимости от требований к топливному составу для конкретного ракетного двигателя.
Нитроизобутилтринитратглицерин - тяжелая маслянистая жидкость 
=1,68 г/см3, температура замерзания (стеклования) t
-35°C, температура вспышки t=243°C, удовлетворительная химическая стойкость, менее летуч, чем нитроглицерин), превосходит по мощности (теплоте взрывчатого превращения) нитроглицерин на 7%:
Это соединение является мощным бризантным взрывчатым веществом. Энергетически активный пластификатор нитроизобутилтринитратглицерин взаиморастворяется с высокомолекулярными связующими повышенной полярности - полибутадиеннитрильным каучуком СКН-40 или полиуретановым каучуком СКУ-90 - в широком температурном диапазоне эксплуатации (+50...-50°С).
Ракетное топливо готовят следующим образом. Связующее смешивают с пластификатором, добавляют горючее, окислитель и технологическую добавку (например, отвердитель) и перемешивают в смесителе при температуре t=40...45°C в течение 1,5...2 ч, далее отверждают при температуре t=40°C в течение 240...360 ч.
Пример конкретного выполнения ТРТ.
В таблице приведены примеры конкретных составов заявляемого топлива и состава по прототипу. Там же представлены энергетические характеристики этих составов: удельный расчетный импульс, плотность, объемный расчетный импульс. Все предельные значения компонентов заявляемого топлива находятся в непосредственной зависимости от заявленных пределов любого из окислителей, например гексанитрогексаазаизовюрцитана, поэтому предельное наполнение по компонентам рассмотрим на примере использования в качестве окислителя гексанитрогексаазаизовюрцитана. Из примера состава 19 таблицы видно, что значение Isp ниже значения прототипа, то есть, если дозировать гексанитрогексаазаизовюрцитана ниже указанных пределов, то получим значение Isp ниже, чем в прототипе, а если взять гексанитрогексаазаизовюрцитана выше заявленного предела, то ТРТ не будет обладать приемлемыми реологическими характеристиками из-за высокой степени объемного наполнения связующего твердыми частицами окислителя. То есть выше и ниже указанных пределов гексанитрогексаазаизовюрцитана брать нецелесообразно.
Из примеров 2, 3, 4, 6-18 следует, что применение нитроизобутилтринитратглицерина в качестве энергетически активного жидкого высокоплотного пластификатора высокомолекулярного полимерного связующего повышенной полярности в составе малодымного (бесхлорного) твердого ракетного топлива позволяет (как на основе циклотетраметилентетранитроамина, так и/или гексанитрогексаазаизовюрцитана и/или гексанитрогексаазаадамантана и/или аммонийдинитроамида) существенно увеличить значения расчетного удельного импульса.
Гидрид алюминия приводит к оптимизации компонентного состава, заключающейся в увеличении содержания водорода и повышении импульса.
Таким образом, предлагаемое топливо является малодымным ввиду отсутствия в нем хлорсодержащего компонента и высокоэнергетическим. Предлагаемое ТРТ дает продукты сгорания, не воспламеняющиеся повторно в окружающем воздухе, что повышает надежность работы лазерной системы наведения и отсутствие помпажа двигателя авиационного носителя. Это объясняется использованием в составе топлива компонентов с повышенным кислородным балансом, а именно нитроизобутилтринитратглицерина, способствующих более полному окислению горючих компонентов. Предлагаемое топливо обладает высокой стойкостью в кислых средах, широким температурным диапазоном эксплуатации, достаточными термической, гидролитической стабильностью и низкой чувствительностью к механическим воздействиям, связанным с использованием в составе топлива нитроизобутилтринитратглицерина. Кроме того, использование предлагаемого бесхлорного ТРТ предпочтительнее с экологической точки зрения.
Формула изобретения
Твердое ракетное топливо, содержащее пластификатор -нитроизобутилтринитратглицерин, окислитель, горючее, высокомолекулярное связующее - полибутадиеннитрильный или полиуретановый каучук и технологические добавки, отличающееся тем, что в качестве окислителя оно содержит циклотетраметилентетранитроамин или гексанитрогексаазаизовюрцитан, и/или гексанитрогексаазаадамантан, и/или аммонийдинитроамид, в качестве горючего - алюминий дисперсный и гидрид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитроизобутилтринитратглицерин 11,25-26,78
Полибутадиеннитрильный или
полиуретановый каучук 2,25-4,72
Циклотетраметилентетранитроамин или
гексанитрогексаазаизовюрцитан, и/или
гексанитрогексаазаадамантан, и/или
аммонийдинитроамид 35-58
Алюминий дисперсный 0,01-9,00
Гидрид алюминия 6,00-27,00
Технологические добавки 1,49-1,99
