BR112014005789B1 - Sistema propelente multiperfurado isento de nitroglicerina, seu uso e método para produzir propelentes multiperfurados - Google Patents

Sistema propelente multiperfurado isento de nitroglicerina, seu uso e método para produzir propelentes multiperfurados Download PDF

Info

Publication number
BR112014005789B1
BR112014005789B1 BR112014005789-3A BR112014005789A BR112014005789B1 BR 112014005789 B1 BR112014005789 B1 BR 112014005789B1 BR 112014005789 A BR112014005789 A BR 112014005789A BR 112014005789 B1 BR112014005789 B1 BR 112014005789B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
grain
compound
propellant
fact
perforations
Prior art date
Application number
BR112014005789-3A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112014005789A2 (pt
Inventor
Ulrich Schaedeli
Dominik Antenen
Attila Vamos
Original Assignee
Nitrochemie Wimmis Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitrochemie Wimmis Ag filed Critical Nitrochemie Wimmis Ag
Publication of BR112014005789A2 publication Critical patent/BR112014005789A2/pt
Publication of BR112014005789B1 publication Critical patent/BR112014005789B1/pt

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B5/00Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
    • F42B5/02Cartridges, i.e. cases with charge and missile
    • F42B5/16Cartridges, i.e. cases with charge and missile characterised by composition or physical dimensions or form of propellant charge, with or without projectile, or powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/001Combinations of extrusion moulding with other shaping operations
    • B29C48/0022Combinations of extrusion moulding with other shaping operations combined with cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/09Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels
    • B29C48/11Articles with cross-sections having partially or fully enclosed cavities, e.g. pipes or channels comprising two or more partially or fully enclosed cavities, e.g. honeycomb-shaped
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/18Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/34Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitrated acyclic, alicyclic or heterocyclic amine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/04Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive
    • C06B45/06Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component
    • C06B45/10Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component the organic component containing a resin
    • C06B45/105The resin being a polymer bearing energetic groups or containing a soluble organic explosive
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/12Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product having contiguous layers or zones
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/009Shaping techniques involving a cutting or machining operation after shaping
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2001/00Use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives, e.g. viscose, as moulding material
    • B29K2001/08Cellulose derivatives
    • B29K2001/18Cellulose nitrate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0005Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing compounding ingredients
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0005Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing compounding ingredients
    • B29K2105/0038Plasticisers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037Other properties
    • B29K2995/0094Geometrical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/737Articles provided with holes, e.g. grids, sieves
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/777Weapons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

"SISTEMA PROPELENTE DE ALTO DESEMPENHO DE MULTI PER FU RAÇÃO ISENTO DE NITROGLICERINA”. A presente invenção refere-se ao sistema de propulsão para a aceleração de projéteis é fundamentado em um grão propelente multiperfurado e é composto de nitrocelulose, um carregador de energia cristalina de um tipo de nitramina e um aditivo plasticizante inerte. O número de perfurações é 2 a 6, preferivelmente 4. Os grãos propelentes podem ter perfis redondos ou poligônicos, dependendo do número de perfurações. A geometria de grão preferida é cúbica com um perfil retangular do grão. O composto de nitramina contém um elemento estrutural da fórmula estrutural química geral R-NNO2, onde R é um grupo residual. O composto de nitramina está presente em uma concentração na faixa de 0 a 35% em massa, em particular na faixa de 5 a 25% em massa. O composto de nitramina é preferivelmente RDX. O aditivo plasticizante inerte é um composto de polioxo insolúvel em água, se necessário em combinação com uma substância contendo grupos carboxila. Em camadas próximas à superfície uma concentração aumentada pode estar presente. O aditivo plasticizante inerte está presente em uma concentração de 0 a 10% em massa, preferido 0 a 5% em massa.

Description

Campo Técnico
A presente invenção refere-se a um sistema de propulsão isento de nitroglicerina na forma de um propelente de grão multiperfurado com base em nitrocelulose e um composto energético cristalino, que é usado para a aceleração de projéteis, e também um método para a fabricação do dito sistema de propulsão e seu uso para acelerar projéteis de morteiro e pequeno calibre.
Técnica Anterior
Armas de pequeno calibre são de variedade ampla e são ainda usadas em grande quantidade e amplamente difundidas sobre uma ampla faixa de aplicações civis e militares atualmente. Para aplicações militares, elas permanecem o suporte principal para o combatente no campo, permitindo que ele realize ataque tático e missões de autodefesa em uma maneira altamente flexível e eficaz.
Para missões militares, os calibres de 5,56 mm e 7,62 mm estão desempenhando um papel dominante, visto que eles são muito populares, amplamente difundidos e colocados em campo globalmente. Para cada calibre, existe uma variedade ampla de tipos de armamento e munição diferentes, cada um dos quais tipicamente precisa de um propelente otimizado e adotado de modo a ter o melhor desempenho balístico possível.
Pólvoras para balas esféricas são muito versáteis e estavam desempenhando um papel notável como fonte de propulsão para uma variedade de aplicações de pequeno calibre, incluindo os calibres militares importantes de 5,56 mm e 7,62 mm (por exemplo, S. Faintich, GD-OTS St. Marks Powder, "Advanced ball powder propellent technology", NDIA conference, 2006). Pólvoras para balas são compostas de um grão de base esférico de nitrocelulose e nitroglicerina como os componentes principais, que é depois revestido com uma camada de dissuasor, tipicamente ftalato de dibutila, como um modificador de taxa de combustão. Dependendo do tamanho do diâmetro do grão e das concentrações de nitroglicerina e dissuasor, pólvoras para balas podem ser adaptadas em um tal modo que elas podem ser usadas em uma faixa de calibre ampla de 5,56 mm até 30 mm para armas de fogo, mas também para morteiros com até 120 mm de calibre.
Cerca de 20 anos atrás Nitrochemie começou a desenvolver sua própria família de propulsão proprietária de modo a competir com pólvoras para balas nas mesmas áreas de uso. O nome genérico do produto proprietário desta família de propelente é "El", que significa "Extrusado Impregnado". Estes propelentes são tipicamente compostos de um grão de base perfurado cilíndrico 1 ou 7 composto de nitrocelulose, que é revestido com nitroglicerina e um dissuasor (Patente US 7.473.330 B2, 6. Janeiro 2009). Dependendo da dimensão do grão, o número de perfuração e níveis de concentração de nitroglicerina e dissuasor, propelentes El em princípio podem ser fabricados para o uso nas mesmas faixas de calibre amplas para armas de fogo e morteiros como pólvoras para balas.
Entretanto, a história tem mostrado que os cenários de ameaça militar foram dramaticamente revisados durante os últimos dez anos. Como um exemplo, o requisito clássico para defesa doméstica perdeu algum de seu foco e foi substituído para novos requisitos, por exemplo, missões fora da área para manutenção da paz. Coincidentemente, a maioria destas novas ameaças estava ocorrendo em zonas climáticas quentes, por exemplo, no Afeganistão, Iraque ou Somália. O uso e armazenamento de armas e munição em zonas climáticas quentes tem crescido a problemas inesperados para uso e armazenamento seguros da munição, levando a riscos de segurança para guarnição e maquinaria e perdas parciais de funcionalidades de armamento, por exemplo, a um desempenho de colisão primária reduzido. Esta degradação pode ser ligada em muitos casos ao propelente, que teve estabilidade (resistência) química e balística não suficiente para as cargas térmicas severas encontradas durante estas missões fora da área.
A resistência limitada de propelentes de alto desempenho em serviço contra impacto do calor excessivo pode ser associada à presença de nitroglicerina na matriz de grão de nitrocelulose. Visto que ambas as famílias de propelente de alto desempenho amplamente usadas, isto é, pólvoras para balas e propelentes El, contêm quantidades significantes de nitroglicerina, ambos os tipos têm encontrado até certo ponto problemas de estabilidade química, que foi limitar as propriedades de uso e armazenamento seguros dos respectivos tipos de munição.
Devido às propriedades complexas associadas com o uso de nitroglicerina em propelentes contendo nitrocelulose, isto é, a capacidade de estabilidade química limitada, mas também preocupações quanto à segurança durante a fabricação do propelente, Nitrochemie iniciou uma pesquisa por uma nova família de propulsão de alto desempenho isenta de nitroglicerina. Estes esforços culminaram na nova família de propulsão proprietária de ECL "Sensibilidade Baixa de Compósito Extrusado". Na formulação de grão genérica, nitroglicerina foi substituída por um carregador de energia cristalina, tipicamente hexogeno (ciclotrimetileno trinitramina, CAS 121-82-4) ou octogeno (ciclotetrametileno tetranitramina, CAS 2691-41-0). A tecnologia é descrita em EP 1857429 (A1) de 19 de Junho de 2006. Durante os últimos anos propelentes de ECL foram desenvolvidos com êxito para uma série de aplicações de alto desempenho onde o rendimento balístico mais alto possível é combinado com a estabilidade química e balística mais alta possível, isto é, para aplicações em avião e helicóptero onde a resistência para temperaturas altas que ocorrem durante domínios de voo da missão é crucial. Outras aplicações incluem APFSDS-T e armas de calibre total em várias configurações de 30 mm e aplicações em morteiro de faixa estendida.
No passado, Nitrochemie estava tentando adaptar a nova tecnologia de propelente de ECL genérico para aplicações de pequeno calibre, isto com o objetivo de surgir com uma alternativa viável para as soluções de propelente em serviço contendo nitroglicerina complexas. Entretanto, Nitrochemie teve que aprender que esta tarefa pode não ser atingida por variações simples de geometrias e formulação do grão (perfuração 1 ou 7, tamanho da rede, concentrações de plasticizador e dissuasor). De modo a melhorar a conversão de energia, uma progressividade mais alta como associado com 7 perfurações teria sido preferido. Entretanto, as dimensões de grão relativamente grandes de grãos de perfuração 7 têm um impacto negativo sobre a massa de carga obtenível máxima e a frequência de tato das máquinas de carga automáticas. Por outro lado, grãos de perfuração 1 sofreram conversão de energia relativamente deficiente e portanto desempenho de rendimento balístico reduzido. Adicionalmente, foi descoberto que grãos de perfuração 1 tiveram problemas para atingir a pressão de porta de pico necessária para garantir a função de armamento automática, especialmente em temperaturas de disparo frias.
Em consequência, foi descoberto que as geometrias de grão de perfuração 1 e 7 comumente usadas não foram adequadas para adaptar a tecnologia de propelente de ECL isento de nitroglicerina em um tal modo que uma substituição de pólvoras para balas ou propelentes El contendo nitroglicerina em serviço foi possível. Entretanto, na prática o número de perfurações de propelentes em serviço foi limitado para 1 (1 perfuração cêntrica), 7 (1 perfuração cêntrica, 6 perfurações em círculo externo) ou 19 perfurações (1 perfuração no centro, 6 perfurações em meio círculo, 12 perfurações em círculo externo). O raciocínio para esta situação encontra-se na crença de que apenas a forma triangular regular do padrão de geometria de repetição leva em consideração a conversão alta durante o ciclo de combustão, desse modo eliminando a formação de lascas (partes de propelente não queimadas). Acredita-se que as geometrias de grão associadas com outros números de perfurações no passado, portanto, sejam inadequadas (Ullmann Encyklopãdie der tech-nischen Chemie, Bd. 21, Kapitel Sprengstoffe, p. 683).
Métodos para mudar a densidade aparente de um propelente modificando-se a forma do grão foram estudados no passado. Na Patente US 3.754.060 (21 de Agosto de 1973) formas em T, X, Y ou V foram propostas para aumentar o tamanho do leito da pólvora, que significa reduzir a densidade aparente. Uma metodologia para aumentar a densidade aparente reduzindo-se o tamanho não é fornecida. Na Patente US 4.386.569 um método para aumentar o desempenho balístico de um propelente otimizando-se as distâncias entre as perfurações é descrito. Entretanto, isto é aplicado a grãos muito grandes com 37 perfurações, o que é muito grande para a área de pequeno calibre alvejada desta invenção.
Existe portanto uma necessidade para encontrar uma solução técnica para fornecer propelentes de pequeno calibre isentos de nitroglicerina com propriedades de desempenho similares ou melhores como propelentes contendo nitroglicerina em serviço correntes. Isto inclui conversão de energia alta e portanto rendimento balístico alto em aplicações de pequeno calibre, isto é, para os calibres 5,56 mm e 7,62 mm. Adicionalmente, foi reconhecido que existe uma necessidade para a dimensão do grão que é pequena o bastante para levar em consideração uma boa capacidade de carga nos respectivos cartuchos de pequeno calibre e para levar em consideração ciclos altos das máquinas de carga. Além disso, houve uma necessidade de descobrir um modo para obter pressões de porta de pico altas sobre a faixa de temperatura integral de temperaturas de disparo frias extremas até quentes extremas de modo a garantir as funções de armamento automáticas sob condições climáticas frias extremas e quentes extremas. Finalmente, visto que a massa de carga máxima possível de propelente nos cartuchos de 5,56 mm e 7,62 mm pequenos é limitada, houve uma necessidade de descobrir modos para aumentar a densidade aparente de grãos cilíndricos em um tal modo que massas de carga similares a pólvoras para balas esféricas podem ser carregadas. A invenção descreveu como estes problemas podem ser resolvidos.
No passado foi descoberto ser impossível adotar propelentes isentos de nitroglicerina de perfuração 1 como um substituto de pólvoras para balas ou propelentes El contendo nitroglicerina em serviço. Houve, portanto, uma necessidade forte para descobrir uma solução técnica para aumentar o desempenho de propelentes de pequeno calibre isentos de nitroglicerina. O alvo foi fornecer um sistema propelente de grão isento de nitroglicerina para uso preferido em munição de pequeno calibre, que tem desempenho balístico alto com respeito à velocidade de disparo, pressão de porta de pico de gás e densidade aparente para massa de carga máxima, produzindo propelentes com propriedades balísticas similares ou melhores quando comparado a propelentes em serviço correntes com nitroglicerina, desse modo evitando os problemas associados com propelentes que contêm nitroglicerina.
Sumário da Invenção
O objetivo desta invenção é fornecer um novo tipo de propelente de grão isento de nitroglicerina, que pode ser preferivelmente usado em munição de pequeno calibre.
Os novos propelentes de acordo com a invenção têm desempenho balístico alto com respeito à velocidade de disparo e pressão de porta de pico de gás, e exibem densidade aparente alta. Estas características produzem propriedades de desempenho similares ou melhores quando comparado a propelentes em serviço correntes com nitroglicerina.
Este objetivo foi resolvido com a característica na reivindicação 1. De acordo com a invenção, o número de perfurações do grão propelente deve ser > 1 e < 7. Foi descoberto que estes grãos propelentes multi perfurados têm rendimento balístico mais alto quando comparado aos propelentes convencionais de perfuração 1. Adicionalmente, os novos propelentes de acordo com a invenção produzem pressões de porta de pico altas sobre a faixa de temperatura integral.
Um outro aspecto da invenção é a descoberta de que a nova geometria do grão leva a massas de carga mais altas e capacidade de carga melhorada.
Para um grão de perfuração 4 duas formas de grão geométricas são possíveis: o perfil do grão pode ser redondo, levando a um grão cilíndrico, ou retangular, levando a um grão cúbico. Foi descoberto que a geometria de grão cúbica com o perfil retangular tem densidade aparente mais alta quando comparado a grãos com perfil cilíndrico convencional com um perfil redondo. Isto leva a um aumento da massa de carga máxima possível. Mas também os grãos de perfuração 4 com perfil redondo têm densidade aparente mais alta quando comparado a grãos de perfuração 1 convencionais com perfil redondo. Isto envolve que a elevação na densidade aparente é uma característica geral da nova geometria de grão multiperfurado. Uma outra característica é a boa capacidade de carga de propelentes com a nova geometria do grão, visto que os grãos são apenas levemente maiores do que grãos de pólvora de balas convencionais ou propelentes de perfuração 1.
Breve Descrição dos Desenhos
Os desenhos anexos ilustram as modalidades preferidas da invenção:
A Figura 1a mostra a seção transversal esquematizada de um grão cilíndrico, de perfuração 1 convencional;
A Figura 1b mostra a seção transversal esquematizada de um grão de perfuração 4 com geometria de grão cilíndrica;
A Figura 1c mostra a seção transversal esquematizada de um grão de perfuração 4 com geometria de grão cúbica;
A Figura 2 mostra a vista de topo de um grão propelente cúbico de perfuração 4 de acordo com a Figura 1c;
A Figura 3 mostra a seção transversal de um grão individual
A Figura 4 mostra a seção transversal de um grão de VM de VM ; ;
Modalidades e Exemplos
É evidente que, quando do uso de, por exemplo, cinco perfurações, o perfil do grão pode ser redondo ou pentagonal. Três perfurações implicariam em um perfil de grão triangular, seis perfurações consequentemente teriam um perfil hexagonal. Certamente, o perfil do grão pode independente do número de perfurações, sempre ser redondo de acordo com a Figura 1b.
Uma característica única se a geometria de grão multiperfurado é o fato de que existem dois tamanhos de rede diferentes, isto é, a rede interna definida como a distância média entre as perfurações no centro do grão, e a rede externa sendo a distância média entre a perfuração e a superfície do grão. Esta característica única poderia realçar a conversão térmica e ser a causa para o desempenho balístico alto observado de propelentes com a nova geometria do grão.
Como observado antes, um elemento chave da invenção é a descoberta surpreendente de que 4 perfurações no grão realçam muito o rendimento balístico interior de um propelente de alto desempenho isento de nitroglicerina, significando velocidade de disparo mais alta e pressão de pico de gás mais baixa para uma massa de carga dada. Isto significa que o nível de desempenho balístico alto de formulações de ECL isentas de nitroglicerina genéricas, que foram provadas em numerosas aplicações de médio calibre, pode ser pela primeira vez adaptado para aplicações de pequeno calibre e desse modo competir com propelentes em serviço contendo nitroglicerina convencionais. Uma outra descoberta surpreendente da invenção encontra-se no fato de que os níveis de pressão de porta de pico são em média aproximadamente 100 bar mais altos sobre a faixa de temperatura integral quando comparado à geometria de grão de perfuração 1 convencional para usos de pequeno calibre.
Foi uma descoberta surpreendente que o aumento de 1 perfuração para 4 perfurações leva ao aumento de desempenho observado sem mudanças da formulação de propelente de ECL genérica. Na tabela 1 os resultados balísticos interiores de um propelente de ECL de perfuração 1 convencional são comparados a um propelente de ECL de perfuração 4 cúbico de composição similar. Para o tipo de perfuração 4 a velocidade medida 24 metros na frente do disparo é 24 m/s mais alta em um nível de pressão mais baixo de 61 bar. Os coeficientes de temperatura para velocidade e pressão são muito similares para ambos os tipos de propelente. A conversão térmica significantemente mais alta de +8% do tipo de perfuração 4 indica que a nova geometria do grão está afetando obviamente o comportamento de queima em um modo positivo e torna estes novos propelentes mais adequados para os sistemas de pequeno calibre. Isto leva a um aumento da conversão de energia do teor de energia do propelente à energia de disparo do projétil. Tabela 1
Figure img0001
O que é ainda mais surpreendente foi a descoberta de que a mudança de geometria produz uma melhora significante da pressão de porta de pico de parâmetro crítico, que sobe em aproximadamente 100 bar quando comparado ao propelente de ECL de perfuração 1 convencional. Um exemplo é dado na tabela 2. Tabela 2
Figure img0002
Um outro elemento surpreendente da invenção é a descoberta de que a densidade aparente do grão propelente melhora por comutação da geometria de grão cilíndrica convencional para uma geometria cúbica. Isto pode ser observado na tabela 1, onde o tipo de perfuração 4 cúbico leva em consideração uma massa de carga mais alta quando comparado ao tipo cilíndrico de perfuração 1. Foi descoberto que este efeito não ocorre para grãos propelentes não acabados, provavelmente devido às suas superfícies ásperas. Entretanto, depois do acabamento e polimento, a superfície do propelente é muito brilhante e lisa. Isto poderia permitir que os grãos propelentes individuais alinhassem suas superfícies. Este efeito reduz o volume vazio no leito do propelente e leva a uma densidade de empacotamento mais alta.
A Tabela 3 ilustra como a densidade aparente de propelentes de grão isentos de nitroglicerina com a mesma formulação genérica é afetada pela forma do grão. Duas descobertas surpreendentes podem ser observadas: Primeiramente, para geometria de grão de perfuração 4, a forma cúbica do grão leva à densidade aparente mais alta quando comparado à forma cilíndrica convencional. Adicionalmente, para formas de grão cilíndricas, 4 perfurações levam à densidade aparente mais alta quando comparado a apenas 1 perfuração. Tabela 3
Figure img0003
O diâmetro dos grãos de perfuração 4 de acordo com a inFM 4560 0,75 1,06 0,07 915 venção, medido como diâmetro verdadeiro para os grãos cilíndricos (Figura 1b) ou como comprimento lateral para os grãos cúbicos (Figura 1c), é determinado pela aplicação alvejada, por exemplo, o calibre e peso do projétil. Para as aplicações de pequeno calibre visionadas o mesmo encontra-se entre 0,5 a 5 mm, preferivelmente 0,5 a 2 mm. O comprimento do grão propelente é tipicamente 0,5 a 5 vezes o tamanho do diâmetro do grão, preferivelmente 0,5 a 2,5 vezes. A dimensão das perfurações no grão deve ser grande o bastante que a frente da chama pode penetrar por todo o canal integral e tomar uso da área de superfície durante o ciclo de combustão do propelente, mas não muito grande de modo a impedir volume vazio excessivo e portanto reduzir a densidade aparente. Tipicamente os diâmetros das perfurações estão entre 0,03 a 0,3 mm, preferivelmente entre 0,05 a 0,2 mm. Para a maioria das aplicações os diâmetros das perfurações são de tamanho similar, mas para certas aplicações diâmetros diferentes poderiam ser usados em propósito sobre o mesmo grão.
A formulação de propelente e os parâmetros de revestimento são basicamente os mesmos como descrito em EP 1857429 (A1). O sistema de propulsão contém nitrocelulose como o material de base assim como um carregador de energia cristalina em uma base de nitramina. Adicionalmente, o mesmo contém um ou uma pluralidade de plasticizadores inertes, que podem ser localizados na matriz do grão e/ou em uma concentração aumentada nas zonas próximas à superfície do grão.
Uma outra vantagem grande do sistema de propulsão de acordo com a invenção é a descoberta surpreendente de que a queda de velocidade para temperaturas de disparo frias extremas e a elevação da velocidade para temperaturas de disparo quentes extremas podem ser adaptadas pela quantidade de dissuasor aplicado nas zonas próximas à superfície do grão. Isto é mostrado na tabela 4, que mostra os declives de velocidade para temperaturas de disparo quentes extremas (+70 °C) e frias extremas (-54 °C) para quatro propelentes de perfuração 4 diferentes com concentrações de dissuasor diferentes. As correlações os declives dos valores de pressão de gás correspondentes são mais baixas. Este efeito pode ser usado para otimizar as características de temperatura do propelente para uma aplicação específica, significando minimizar as mudanças de rendimento balístico (velocidade e a um menor grau pressão de gás) mudando-se a temperatura do leito da pólvora em uma faixa de temperatura ampla.
Figure img0004
Exemplo 1: VM 0962/101
Em um misturador horizontal com volume de aprox. 30 litros foram colocados 14,2 kg de nitrocelulose (13,25% de N, umedecido com aprox. 25% de etanol e 3% de água), 5,0 kg de hexogeno com um tamanho de partícula médio de 6,8 micrômetros, 240 g de Akardite-2 e 300 g de sulfato de potássio como os componentes chave, junto com 20 kg de uma mistura de etanol e éter dietílico.
A mistura foi deixada proceder pelo tempo total de 90 minutos. Durante os últimos 40 minutos uma corrente de ar estava sendo soprada através do misturador para a remoção parcial do solvente. Posteriormente a massa foi extrusada através de um molde de acordo com a Figura 1c com 1,3 mm de comprimento lateral e 0,15 de mm diâmetro de pino. Depois da extrusão, os grãos foram pré-secos, cortados e banhados para a remoção do solvente. Depois o grão propelente foi transferido em um tambor liso aquecido a 60 °C e tratado com uma solução de 800 g de um dissuasor de peso molecular baixo dissolvido em etanol diluído de acordo com EP 1857429 (A1). Polimento foi feito usando 40 g de grafita.
Dados físicos: Comprimento: 1,14 mm, comprimento lateral: 0,87 mm, rede interna: 0,39 mm, rede externa: 0,23 mm, largura da perfuração: 0,09 mm, teor de energia: 3869 J/g, densidade aparente: 963 g/l, água: 0,57%. A Figura 3 mostra a seção transversal de um grão individual de VM 0962/101.
Exemplo 2: VM 0963/101
A composição da massa foi exatamente a mesma como no exemplo 1. A única diferença foi a forma do molde, que neste caso foi de perfuração 4 com uma forma redonda de acordo com a Figura 1 b tendo um diâmetro de 1,3 mm e um diâmetro de pino de 0,15 mm. Depois da extrusão, os processos seguintes, incluindo corte, banho, tratamento da superfície com dissuasor, e polimento com grafita, foram exatamente os mesmos como no exemplo 1.
Dados físicos: Comprimento: 1,11 mm, diâmetro: 0,87 mm, rede interna: 0,34 mm, rede externa: 0,19 mm, perfuração: 0,07 mm, teor de energia: 3912 J/g, densidade aparente: 937 g/l, água: 0,54%. A Figura 4 mostra a seção transversal de um grão de VM 0963/101.Exemplo 3: FM 4560 (amostra de comparação de perfuração 1)
A composição da massa foi basicamente a mesma como no exemplo 1 com a exceção de que apenas 4,0 kg de hexogeno e 400 g de dissuasor de peso molecular baixo foram usados, o que foi compensado com 15,6 kg de nitrocelulose. A massa foi extrusada através de um molde redondo de perfuração 1 convencional de acordo com a Figura 1a com um diâmetro de 1,1 mm e um diâmetro de pino de 0,20 mm.
Dados físicos: Comprimento: 1,06 mm, diâmetro: 0,75 mm, rede: 0,34 mm, perfuração: 0,07 mm, teor de energia: 3997 J/g, densidade aparente: 915 g/l, água: 0,60%.

Claims (12)

  1. Sistema propelente para aceleração de projéteis com base em nitrocellulose, caracterizado pelo fato de que contém um carregador de energia cristalina na base de nitramina em concentrações de 0 a 35% e um plasticizador inerte, que é extrusado através de um molde com perfurações múltiplas, com o número de perfurações sendo 4,
    em que a estrutura do grão tem uma forma cúbica ou uma 4, cilíndrica e
    o número de perfurações axiais apresenta uma seção transversal redonda com diâmetros entre 0,03 a 0,3 mm e em que os diâmetros das perfurações são de tamanho similar.
  2. Sistema propelente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é com perfurações múltiplas na direção axial, em que o composto de nitramina cristalino contém o elemento estrutural da fórmula química geral -NH-NO2.
  3. Sistema propelente de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o composto de nitramina cristalino é usado em concentrações de 5 a 25%.
  4. Sistema propelente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o composto de nitro cristalino é hexogeno (RDX, ciclotrimetilentrinitramina, CAS-# 12182-4), octogeno (HMX, tetrametilenotetranitramina, CAS-# 2691-41-0, hexanitroisowurtzitano (CL-20, CAS-# 14913-74-7), nitroguanidina (NIGU, NQ, CAS-# 70-25-7, N-Metilnitramina (Tetril, N-Metil-N,2,4,6tetranitrobenzolamina, CAS-# 479-45-8, ou uma combinação destes.
  5. Sistema propelente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que contém um composto de aditivo plasticizante inerte, que é homogeneamente disperso através da matriz de grão.
  6. Sistema propelente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a concentração do composto de aditivo plasticizante inerte na matriz de grão está na faixa de 0a 10%.
  7. Sistema propelente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a concentração do composto de aditivo plasticizante inerte na matriz de grão está na de 0 a 5%.
  8. Sistema propelente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o composto de aditivo plasticizante inerte na matriz de grão é um composto de polioxo particamente insolúvel em água preferencialmente, um composto de poliéster ou poliéter com um peso molecular de 50 a 20.000 g/mol.
  9. Sistema propelente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o composto de aditivo plasticizante inerte na matriz de grão é um éster cítrico praticamente insolúvel em água, éster adipínico, éster sebacínico ou éster ftálico com um peso molecular de 100 a 20.000 g/mol ou combinações destes.
  10. Sistema propelente, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o composto de aditivo plasticizante inerte é acumulado nas áreas de superfície do grão propelente com uma profundidade de penetração até 300 micrômetros das áreas de superfície internas (nas perfurações) e externas (superfície do grão).
  11. Método para produzir propelentes multiperfurados, como definidos na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende
    colocar nitrocelulose, um carregador de energia cristalina na base de nitramina e um plasticizador inerte como os componentes principais em um misturador, misturar na presença de uma combinaçáo de solvente orgânico, extrusão através de um molde multiperfurado, pré-secar, cortar, banhar, a superfície sendo tratada com dissuasor e polimento com grafita como as etapas de processo chaves, a sequência do qual pode modificar dependendo dos requisitos específicos colocados sobre o propelente multiperfurado.
  12. Uso de um sistema propelente multiperfurado, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é para acelerar projéteis de morteiro e pequeno calibre.
BR112014005789-3A 2011-09-15 2011-09-15 Sistema propelente multiperfurado isento de nitroglicerina, seu uso e método para produzir propelentes multiperfurados BR112014005789B1 (pt)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CH2011/000219 WO2011153655A2 (en) 2011-09-15 2011-09-15 Nitroglycerine-free multi-perforated high-performing propellant system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112014005789A2 BR112014005789A2 (pt) 2017-03-28
BR112014005789B1 true BR112014005789B1 (pt) 2020-06-23

Family

ID=44759319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112014005789-3A BR112014005789B1 (pt) 2011-09-15 2011-09-15 Sistema propelente multiperfurado isento de nitroglicerina, seu uso e método para produzir propelentes multiperfurados

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20140352566A1 (pt)
EP (1) EP2756259B1 (pt)
AU (1) AU2011264361B2 (pt)
BR (1) BR112014005789B1 (pt)
CA (1) CA2845852A1 (pt)
WO (1) WO2011153655A2 (pt)
ZA (1) ZA201401092B (pt)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2872299T3 (es) * 2013-01-29 2021-11-02 Nitrochemie Wimmis Ag Pólvora para la aceleración de proyectiles para sistemas de morteros
JP6363714B2 (ja) * 2013-09-12 2018-07-25 タレス オーストラリア リミテッド 燃焼率調節剤
KR102057710B1 (ko) 2013-09-24 2019-12-19 탈레스 오스트레일리아 리미티드 연소율 조정제
CA2990862C (en) * 2015-07-03 2022-05-31 Nitrochemie Wimmis Ag Propelling charge system for artillery shells
ES2873119T3 (es) 2015-09-10 2021-11-03 Tno Carga propulsora
WO2019213691A1 (en) * 2018-05-11 2019-11-14 The Commonwealth Of Australia Progressive propellant

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE95792C (pt) *
SE390165B (sv) 1970-08-01 1976-12-06 Dynamit Nobel Ag Sett att framstella krutkroppar for drivladdningar genom pressning av krutkorn utan bindemedel
US4386569A (en) 1979-05-30 1983-06-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Solid propellant grain for improved ballistic performance guns
US5821449A (en) * 1995-09-28 1998-10-13 Alliant Techsystems Inc. Propellant grain geometry for controlling ullage and increasing flame permeability
DE19631428A1 (de) * 1996-08-03 1998-02-05 Diehl Gmbh & Co Treibladungskorn für eine geschichtete Treibladung
JP2000103692A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Daicel Chem Ind Ltd エアバッグ用ガス発生剤組成物成型体
ES2244368T3 (es) * 1999-02-23 2005-12-16 General Dynamics Ordnance And Tactical Systems, Inc. Propulsor perforado y metodo para fabricarlo.
DE50009362D1 (de) * 2000-06-15 2005-03-03 Nitrochemie Wimmis Ag Wimmis Verfahren zur Herstellung eines funktionalen hochenergetischen Materials
SE518867C2 (sv) * 2001-04-02 2002-12-03 Nexplo Bofors Ab Drivkrut samt sätt och anordning för framställning av detsamma
DE102004039761B4 (de) * 2004-08-17 2006-10-05 Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg Pulverkörper für hülsenlose Munition
DE102005003108A1 (de) * 2005-01-22 2006-07-27 Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium der Verteidigung, dieses vertreten durch das Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung Quergelochtes Stangenpulver
PL1857429T3 (pl) * 2006-05-19 2013-08-30 Nitrochemie Wimmis Ag Układ napędowy do przyspieszania pocisków

Also Published As

Publication number Publication date
EP2756259A2 (en) 2014-07-23
WO2011153655A2 (en) 2011-12-15
US20140352566A1 (en) 2014-12-04
BR112014005789A2 (pt) 2017-03-28
CA2845852A1 (en) 2011-12-15
EP2756259B1 (en) 2019-11-13
AU2011264361B2 (en) 2016-09-08
AU2011264361A1 (en) 2014-03-06
WO2011153655A3 (en) 2013-03-28
ZA201401092B (en) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR112014005789B1 (pt) Sistema propelente multiperfurado isento de nitroglicerina, seu uso e método para produzir propelentes multiperfurados
BR112014003585B1 (pt) Composição propelente incluindo fósforo vermelho estabilizado, método para formar o mesmo e um elemento de material bélico incluindo o mesmo
JP5405006B2 (ja) 発射体を加速させるための推進系
BR112016003232B1 (pt) método de fabricação de um grão de propelente com camadas múltiplas
ES2773322T3 (es) Modificador de velocidad de combustión
KR102057710B1 (ko) 연소율 조정제
CA2990862C (en) Propelling charge system for artillery shells
KR101944300B1 (ko) 박격포의 탄환가속을 위한 파우더
ES2873119T3 (es) Carga propulsora
AU2014321144B2 (en) Burn rate modifier

Legal Events

Date Code Title Description
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette]
B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 15/09/2011, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.