CZ307025B6 - Modifikátor hoření do homogenních tuhých pohonných hmot a homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy - Google Patents
Modifikátor hoření do homogenních tuhých pohonných hmot a homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307025B6 CZ307025B6 CZ2015-180A CZ2015180A CZ307025B6 CZ 307025 B6 CZ307025 B6 CZ 307025B6 CZ 2015180 A CZ2015180 A CZ 2015180A CZ 307025 B6 CZ307025 B6 CZ 307025B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- homogeneous solid
- formula
- tph
- combustion
- rocket
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 36
- 239000003607 modifier Substances 0.000 title claims description 28
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 title claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 claims description 15
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 claims description 15
- SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N Nitroglycerin Chemical group [O-][N+](=O)OCC(O[N+]([O-])=O)CO[N+]([O-])=O SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000006 Nitroglycerin Substances 0.000 claims description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 11
- 229960003711 glyceryl trinitrate Drugs 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000005749 Copper compound Substances 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 6
- 150000001880 copper compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- -1 dinitroxyethyl nitramine Chemical compound 0.000 claims description 5
- SQSPRWMERUQXNE-UHFFFAOYSA-N Guanylurea Chemical class NC(=N)NC(N)=O SQSPRWMERUQXNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 150000004283 biguanides Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000004648 C2-C8 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000004649 C2-C8 alkynyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims description 2
- GBXQPDCOMJJCMJ-UHFFFAOYSA-M trimethyl-[6-(trimethylazaniumyl)hexyl]azanium;bromide Chemical compound [Br-].C[N+](C)(C)CCCCCC[N+](C)(C)C GBXQPDCOMJJCMJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane Chemical compound [O-][N+](=O)N1CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)C1 XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trinitrotoluene Chemical compound CC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- BSPUVYFGURDFHE-UHFFFAOYSA-N Nitramine Natural products CC1C(O)CCC2CCCNC12 BSPUVYFGURDFHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims 1
- LYAGTVMJGHTIDH-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol dinitrate Chemical compound [O-][N+](=O)OCCOCCO[N+]([O-])=O LYAGTVMJGHTIDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 claims 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 claims 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims 1
- POCJOGNVFHPZNS-UHFFFAOYSA-N isonitramine Natural products OC1CCCCC11CNCCC1 POCJOGNVFHPZNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- AGCQZYRSTIRJFM-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol dinitrate Chemical compound [O-][N+](=O)OCCOCCOCCO[N+]([O-])=O AGCQZYRSTIRJFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- IPPYBNCEPZCLNI-UHFFFAOYSA-N trimethylolethane trinitrate Chemical compound [O-][N+](=O)OCC(C)(CO[N+]([O-])=O)CO[N+]([O-])=O IPPYBNCEPZCLNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 14
- FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N [(2s,3r,4s,5r,6r)-2-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-trinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-3,5-dinitrooxy-6-(nitrooxymethyl)oxan-4-yl] nitrate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O1)O[N+]([O-])=O)CO[N+](=O)[O-])[C@@H]1[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O[C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N 0.000 description 13
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- DYSXLQBUUOPLBB-UHFFFAOYSA-N 2,3-dinitrotoluene Chemical compound CC1=CC=CC([N+]([O-])=O)=C1[N+]([O-])=O DYSXLQBUUOPLBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 150000002611 lead compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 5
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 5
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 4
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 4
- PZIMIYVOZBTARW-UHFFFAOYSA-N centralite Chemical compound C=1C=CC=CC=1N(CC)C(=O)N(CC)C1=CC=CC=C1 PZIMIYVOZBTARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 4
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N lead oxide Chemical compound [O-2].[Pb+2] HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 2
- XNCOSPRUTUOJCJ-UHFFFAOYSA-N Biguanide Chemical compound NC(N)=NC(N)=N XNCOSPRUTUOJCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940123208 Biguanide Drugs 0.000 description 1
- NHEURYDTBLNWOY-UHFFFAOYSA-N CNC(=N)NC(=N)N.CNC(=N)NC(=N)N.[N+](=O)([O-])[O-].[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound CNC(=N)NC(=N)N.CNC(=N)NC(=N)N.[N+](=O)([O-])[O-].[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-] NHEURYDTBLNWOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTAPPXTAKUZQB-UHFFFAOYSA-N [Cu].C(N)(=N)ON(C(O)=N)C Chemical compound [Cu].C(N)(=N)ON(C(O)=N)C NRTAPPXTAKUZQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SKCVSGOXJLCIGX-UHFFFAOYSA-N [N+](=O)([O-])[O-].C(N)(=N)NC(OCC(C)C)=N.[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound [N+](=O)([O-])[O-].C(N)(=N)NC(OCC(C)C)=N.[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-] SKCVSGOXJLCIGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SLFZRRSWCYHUGB-UHFFFAOYSA-N [N+](=O)([O-])[O-].C(N)(=N)OC(C)NC(O)=N.[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound [N+](=O)([O-])[O-].C(N)(=N)OC(C)NC(O)=N.[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-] SLFZRRSWCYHUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZJCCWDCQBGAOFF-UHFFFAOYSA-N [N+](=O)([O-])[O-].C(N)(=N)ON(C(O)=N)C.C(N)(=N)ON(C(O)=N)C.[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound [N+](=O)([O-])[O-].C(N)(=N)ON(C(O)=N)C.C(N)(=N)ON(C(O)=N)C.[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-] ZJCCWDCQBGAOFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DUSPCDGTTBVEOC-UHFFFAOYSA-N [N+](=O)([O-])[O-].[Cu+2].C(N)(=N)OC(C)NC(O)=N.[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound [N+](=O)([O-])[O-].[Cu+2].C(N)(=N)OC(C)NC(O)=N.[Cu+2].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-] DUSPCDGTTBVEOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- PUHAKHQMSBQAKT-UHFFFAOYSA-L copper;butanoate Chemical compound [Cu+2].CCCC([O-])=O.CCCC([O-])=O PUHAKHQMSBQAKT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- SXTLQDJHRPXDSB-UHFFFAOYSA-N copper;dinitrate;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O SXTLQDJHRPXDSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000008241 heterogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 150000003873 salicylate salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 150000003606 tin compounds Chemical class 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Description
Oblast techniky
Vynález se týká modifikátoru hoření do homogenních tuhých pohonných hmot a dále se týká homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy s řízeným režimem hoření používaných především jako hnací náplně raket nebo jako generátory tlaku v pyrotechnických prostředcích pro civilní a vojenské využití.
Dosavadní stav techniky
Homogenní (neboli dvousložkové či koloidní) tuhé pohonné hmoty (TPH) patří v dnešní době ke stále velmi rozšířenému typu hnacích náplní používaných hlavně pro zařízení s raketovými motory v civilním i vojenském sektoru.
Ve vojenské technice se využívají homogenní TPH zejména pro pohon řady typů pozemních a leteckých raket menších ráží, jako startové a letové stupně protitankových řízených raket nebo jsou součástí velkorážové munice jako tzv. generátory dnového výtoku (base bleed) pro zvýšení dostřelu zbraní.
Civilní využití homogenních TPH spočívá v oblasti kosmického programu, kde se pro svoji vysokou spolehlivost používají v celé řadě pyrotechnických prostředků (generátory tlaku) pro ovládání mechanických částí raket (servořízení nebo čerpadla na kapalnou pohonnou hmotu) anebo jsou využívány jako stabilizátory orbitálních zařízení na oběžné dráze.
Významným odvětvím, kde homogenní TPH nalézají své uplatnění, jsou letecké záchranné systémy (LZS). Jedná se o malé raketové motory, které slouží k bezpečné katapultáži posádky letounu v případě havárie.
Homogenní TPH jsou v podstatě dvousložkové bezdýmné prachy, které jsou modifikovány pro použití v raketové technice. Rozdíl je v tom, že prach hoří v hlavni zbraně při vysokém tlaku, kdy je hoření velmi rychlé a i bez přídavku speciálních přísad stabilní, zatímco v raketových motorech probíhá hoření při relativně nízkých tlacích mnohem pomaleji a je nutné ho různými modifikátory nebo jejich kombinacemi stabilizovat. Hlavními složkami jsou nitrát celulózy a kapalné nitroestery, které spolu tvoří základní masu. Jako další suroviny jsou do této masy zapracovávány chemické stabilizátory, pomocné želatinátory a další látky ovlivňující energetický obsah či zpracovatelnost, přičemž vznikne dvousložková prachová masa. Při výrobě TPH jsou navíc do této dvousložkové prachové masy dávkovány modifikátory hoření. Z takto připravené dvousložkové masy s modifikátorem se různými technologickými postupy vytváří prachové elementy o různém tvaru a velikosti.
Nejdůležitějšími parametry raketového motoru (RM) je výše tlaku v motoru a velikost tahu. Tlak v motoru má vliv na účinnost přeměny tepelné energie TPH na kinetickou energii rakety a ovlivňuje rychlost a stabilitu hoření TPH. Nejdůležitějšími balistickými parametry z pohledu zkoušení (kvalifikace) TPH je vzájemný vztah mezi rovnovážným tlakem v komoře, rychlostí hoření TPH (tj. rychlost odhořívání prachového zrna, udává se v mm/s) a kritickým průřezem trysky či zahrazením (tj. poměr odhořívané plochy TPH ke kritickému průřezu trysky).
Rychlost hoření je závislá zejména na chemickém složení TPH, pracovním tlaku plynů ve spalovací komoře, počáteční teplotě TPH (s rostoucí teplotou rychlost hoření TPH roste). Při hoření v raketovém motoru je rychlost hoření závislá na rychlosti plynového proudu kolem hořícího povrchu TPH.
- 1 CZ 307025 B6
Pro běžně používané homogenní TPH lze vyjádřit závislost rychlosti hoření na tlaku exponenciální rovnicí hoření (tzv. Vieillův vzorec) u(p)=uxp, kde je konstanta - jednotková rychlost hoření n je exponent zákona hoření (tlakový exponent) p je tlak plynu, při kterém TPH hoří.
Exponent n se pohybuje v rozmezí <0,1 >. V případě, že n = 0 hovoří se o rovině nebo tzv. plato hoření. Případům, kdy n < 0, se říká mesa hoření. Čím je n nižší, tím je výhodnější teplotní koeficient tlaku a doby hoření motoru. Tlakový exponent n lze ovlivnit pomocí přísad, tzv. modifikátorů hoření. Zapracováním malých množství (typicky 1 až 3 %) určitých látek do masy dochází k významnému ovlivnění průběhu hoření, hlavně pak k modifikaci závislosti rychlost hoření na tlaku.
Pro použití homogenních dvousložkových TPH je výhodná závislost rychlosti hoření na tlaku s plato efektem, kdy v určitém rozmezí tlaku nezávisí rychlost hoření na tlaku. Na rozdíl od hlavňových zbraní je u raket obvykle požadavek na relativně nízké pracovní tlaky (obvykle od 6 do 15 MPa). Je tedy třeba, aby v tomto rozmezí tlaku bylo hoření TPH stabilní s pokud možno konstantní rychlostí. Rychlost hoření běžných TPH se v tomto intervalu tlaků pohybuje v rozmezí 5 až 30 mm/s. Speciální typy náplní dosahují rychlostí hoření i nižších. Typ hoření s plato nebo ještě lépe mesa efektem lze dosáhnout pomocí modifikátorů. Obecně se jedná o látky, které ovlivňují rychlost hoření homogenní TPH tím, že ovlivňují kinetiku některých reakcí, probíhajících při hoření. Z tohoto důvodu se také často nazývají jako katalyzátory. Z hlediska chemického složení jsou nejúčinnější sloučeniny olova. Používají se jak sloučeniny anorganické (PbO, PbCO3, Pb3O4) tak organické (salicyláty, resorcináty i organokovové sloučeniny olova). Sloučeniny olova se označují jako primární katalyzátory. Vedle toho existuji přísady, které sami o sobě výrazný katalytický účinek nemají, ale společně se sloučeninami olova působí synergicky a křivku hoření modifikují výrazně. Těmto přísadám se říká sekundární katalyzátory, a patří mezi ně hlavně sloučeniny mědi a cínu (CuO, organické a anorganické soli).
Důležitou roli při působení katalyzátorů hoření hrají saze, které obecně zvyšují účinnost působení katalyzátorů na bázi olova a zvyšují jednak rychlost hoření a jednak způsobují rozšířením tlakových mezí plato zóny. Působení katalyzátorů hoření je omezeno tlakem. Účinek zmíněných katalyzátorů hoření při tlacích nad 20 MPa mizí a rychlost hoření je při těchto tlacích závislá pouze na tlaku a závisí na energetickém obsahu TPH. Kromě solí olova a mědi se pro ovlivnění charakteru hoření homogenních TPH používají další látky. Poměrně často se používá CaCO3, přidávaný jako stabilizátor hoření, který snižuje citlivost TPH k tzv. oscilačnímu hoření, ale dále také modifikuje křivku hoření TPH, podobně jako saze. U některých typů homogenních TPH je používán jako chemický stabilizátor MgO, který zároveň příznivě ovlivňuje stabilitu hoření obdobně jako CaCO3.
Velmi podstatnou nevýhodou uvedených řešení je nutnost použití sloučenin olova, které je pro živé organismy toxické a připravovanými legislativními kroky bude jeho použití zakázáno.
Dále je ze stavu techniky (Jalový, Z.; Matyáš,R.; Zigmund, J.; Lorenc, SI.: CZ 22613 Ul, 2011) nebo (Jalový, Z.; Matyáš,R.; Zigmund, J.; Lorenc, SI.: CZ 22614, 2011) známo užití komplexní sloučeniny mědi jako paliva do pyrotechnických směsí tedy heterogenních směsí. Kde je sloučenina mědi obsažena ve větším množství cca 50 až 90 % sloužící jako palivo a její funkcí je tedy dodávat energii směsi, ale v tomto množství neupravuje charakter hoření. Naopak v homogenní tuhé pohonné hmotě je cíl vynálezu funkce předkládané sloučeniny mědi jako modifikátorů hoře
-2CZ 307025 B6 ní pro tuhé pohonné hmoty v používaném tlakovém průběhu v požadovaných rychlostech hoření pohonné hmoty, a to díky množství 0,1 až 5 hmotnostních procent.
Cílem předkládaného vynálezu je odstranit nevýhody dosavadního stavu techniky, kterým je vysoká toxicita olovnatých sloučenin používaných doposud jako modifikátoru hoření do tuhých pohonných hmot.
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu je dosaženo tím, že jako modifikátoru hoření do homogenních tuhých pohonných hmot je použito komplexních sloučenin mědi obecného vzorce I nebo směsí sloučenin obecného vzorce I,
Cu[(NH2(C=NH)NH(C=NH)-Y]2(NO3)2 (I), kde Y = OR, NHR nebo NR]R2 a R, Ri a R2 jsou vybrány ze skupiny zahrnující C] až Cjo alkyl, C4 až Cg cykloalkyl, C2 až C8 alkenyl, C2 až Cg alkynyl, C6 až C10 aryl, (Ci až C4)alkyl(C6 až C]0)aryl.
Strukturu použitých organokomplexů mědi lze také vyjádřit strukturním vzorcem II.
HN χΝΗ /Cu
HIM XNH (NO3')2
(II)
Ligandy (tj. NH2(C=NH)NH(C=NHj) v komplexních sloučeninách I tvoří deriváty 1-amidinoisomočoviny obecného vzorce III a deriváty biguanidu obecného vzorce IV a jejich případné izomemí formy.
(III)
(IV)
Sloučeniny obecného vzorce I odvozené od 1-amidinoisomočoviny (Y=OR) a od biguanidu (Y=NR[R2) lze připravit tak, že reaguje dikyandiamid (kyanoguanidin) s trihydrátem dusičnanu měďnatého, v prostředí alkoholu nebo aminu nebo vodného roztoku aminu za vzniku dusičnanu bis(dikyandiamid)měd’natého, který posléze reaguje s přítomným alkoholem nebo aminem za vzniku příslušné komplexní sloučeniny I, kdy v případě použití alkoholu vzniká derivát dusičnanu bis(l-amidinoisomočovina)měd’natého (I, Y=OR) a v případě použití aminu vzniká derivát dusičnanu bis(biguanid)měd’natého (I, Y=NR]R2) (Jalový Z., Padělková Z., Jirásko R., Matyáš R., Holčapek M., Němec O., Novotná M., Misková L: Polyhedron 2012, 41, 88-100. Jalový Z., Matyáš R., Zigmund J., Lorenc S.: Patentová přihláška č. 2011-409. Jalový Z., Matyáš R., Zigmund J., Lorenc S.: Užitný vzor, č. 22614, 2011).
Předmětem vynálezu je dále homogenní tuhá pohonná hmota pro raketové systémy na bázi nitrocelulózy a kapalného nitroesteru, jejichž podstata spočívá v tom, že místo sloučenin olova je použit modifikátor hoření, kteiý je tvořen komplexní sloučeninou mědi s deriváty 1-amidinoiso5 močoviny nebo biguanidu obecného vzorce I nebo směsí sloučenin obecného vzorce I, s výhodou v množství 0,1 až 5,0 %.
Podstatnou výhodou homogenních tuhých pohonných hmot pro raketové systémy podle tohoto vynálezu je nepřítomnost toxikologicky závadných látek a dále možnost rovnoměrného dávková10 ní modifikátoru během celého technologického procesu až do fáze konečného tvarování elementů TPH.
Objasnění výkresů
Vynález je doložen pomocí obr. 1, který znázorňuje závislost rychlosti hoření na tlaku pro jednotlivé příklady provedení včetně srovnání s TPH bez modifikátoru hoření a s TPH obsahující jako modifikátor hoření PbO.
-A-TPH podle příkladu 1
-x- TPH podle příkladu 2
TPH podle příkladu 3
-*- TPH podle příkladu 4
-♦-TPHsPbO —|— Základní dvousložková masa bez modifikátoru
Příklady uskutečnění vynálezu
Vynález bude popsán na příkladech provedení několika mas, respektive TPH různého složení, jejichž společným rysem je použití základních surovin - nitrátu celulózy (nitrocelulózy) a glyceroltrinitrátu (nitroglycerinu). Technologie zpracování spočívá v želatinaci nitrocelulózy kapalným nitroesterem, válcováním a následným vytlačováním na lisu do požadovaného tvaru. Kromě nitrocelulózy a nitroglycerinu obsahují tyto TPH stabilizátor, plastifikátory a pomocná želatinač35 ní činidla a také modifikátory hoření. U všech popsaných příkladů byly výsledné elementy TPH lisovány do shodného tvaru trubky požadované délky a průměru, které jsou po finálním pokrácení na požadovanou délku vhodné na testování ve zkušebním zařízení. Výsledkem měření je grafická závislost rychlosti hoření při odpovídajících tlacích, z nichž je patrné ovlivnění závislosti rychlosti hoření na tlaku. Křivky průběhu hoření byly vyšetřovány v oblasti tlaků do 20 MPa, 40 protože v této oblasti se pohybuje i reálné využití TPH jako paliva pro raketové motory a letecké záchranné systémy. V následujícím textu budou uvedeny konkrétní příklady provedení podle technického řešení, ze kterých je patrná variabilita použití navržených modifikátoru hoření a jejich způsobu zapracování do masy.
Příklad 1
Prachová masa podle složení uvedeného v tabulce č. 1 byla připravena míšením heterogenní suspenze (nitrocelulóza, nitroglycerin, centralit I, dinitrotoluen, uhličitan vápenatý, stearan zinečnatý 50 a trafoolej) ve vodě. Jako modifikátor hoření byl použit dusičnan bis(l-amidino-O-methylisomočovinajměďnatý, který byl zapracován do masy během míchání. Po vymíchání byla suspenze odfiltrována. Připravený materiál byl dále odvodňován a homogenizován na vytápěných válcích a následně lisován při zvýšené teplotě do tvaru trubkového elementu TPH, které byly po přesném
-4 CZ 307025 B6 nakrácení na požadovanou délku připraveny pro balistické testování. Získané výsledky ve formě závislosti rychlosti hoření na tlaku jsou znázorněny na obrázku 1.
Tabulka 1 Složení masy s modifikátorem hoření dusičnan bi s( l-amidino-O-methylisomočovina)měd’natým
| Složení položelatiny NG 8,6 | hmotnostní % složek |
| Nitrocelulóza | 56,8 % |
| Nitroglycerin | 27,2 |
| Dinitrotoluen | 8,45 |
| Centralit 1 | 2,9 |
| Transformátorový olej | 0,7 |
| Dusičnan bis(1-amidino-O-methylisomočovina)méďnatý | 1,9 |
| Uhličitan vápenatý | 2,0 |
| Stearan zinečnatý | 0,05 |
Příklad 2
Prachová masa podle složení uvedeného v tabulce č. 2 byla připravena míšením heterogenní suspenze (nitrocelulóza, nitroglycerin, centralit I, dinitrotoluen, stearan zinečnatý, trafoolej) ve vodě za mírně zvýšené teploty. Připravený materiál byl odvodněn přes komůrkový filtr na obsah vody mezi 25 až 30 %. Takto připravená prachová masa byla následně míchána v malaxeru, přičemž do ní byl nadávkován jako modifikátor hoření dusičnan bis(l-methylbiguanid)měd’natý spolu s uhličitanem vápenatým. Připravený materiál byl dále odvodňován a homogenizován na vytápěných válcích a následně lisován při zvýšené teplotě do tvaru trubkového elementu TPH, které byly po přesném nakrácení na požadovanou délku připraveny pro balistické testování. Získané výsledky ve formě závislosti rychlosti hoření na tlaku jsou znázorněny na obrázku 1.
Tabulka 2 Složení masy s modifikátorem hoření dusičnan bis( l-methylbiguanid)měd’natým
| Složení položelatiny NG 8,6 | hmotnostní % složek |
| Nitrocelulóza | 56,8 % |
| Nitroglycerin | 27,2 |
| Dinitrotoluen | 8,45 |
| Centralit I | 2,9 |
| Transformátorový olej | 0,7 |
| Dusičnan bis(1-methylbiguanid)měďnatý | 1,9 |
| Uhličitan vápenatý | 2,0 |
| Stearan zinečnatý | 0,05 |
- 5 CZ 307025 B6
Příklad 3
Prachová masa podle složení uvedeného v tabulce č. 2 byla připravena míšením heterogenní suspenze (nitrocelulóza, nitroglycerin, centralit I, dinitrotoluen, stearan zinečnatý, trafoolej) ve vodě za mírně zvýšené teploty. Připravený materiál byl odvodněn na obsah vody mezi 25 až 30 %. Takto připravená prachová masa byla dále odvodněna na šnekovém lise na obsah vody cca 10 až 12 % a pořezána na matrici lisu na tablety 5x5 mm. Vzniklé tablety byly zhomogenizovány v grafitačním bubnu, přičemž byl během míchání na jejich povrch rovnoměrně nanesen vybraný modifíkátor hoření dusičnan bis(l-amidino-O-ethylisomočovina)měd’natý. Připravený materiál byl dále odvodňován a homogenizován na vytápěných válcích a následně lisován při zvýšené teplotě do tvaru trubkového elementu TPH, které byly po přesném nakrácení na požadovanou délku připraveny pro balistické testování. Získané výsledky ve formě závislosti rychlosti hoření na tlaku jsou znázorněny na obrázku 1.
Tabulka 3: Složení masy s modifikátorem hoření dusičnan bis(l-amidino-2-isobutylisomočovina)měd’natý
| Složení položelatiny NG 8,6 | hmotnostní % složek |
| Nitrocelulóza | 56,8 % |
| Nitroglycerin | 27,2 |
| Dinitrotoluen | 8,45 |
| Centralit 1 | 2,9 |
| Transformátorový olej | 0,7 |
| Dusičnan bis(1-amidino-O-isobutylisomočovina)měďnatý | 1,9 |
| Uhličitan vápenatý | 2,0 |
| Stearan zinečnatý | 0,05 |
Příklad 4
Prachová masa podle složení uvedeného v tabulce č. 4 byla připravena míšením heterogenní suspenze (nitrocelulóza, nitroglycerin, centralit I, dinitrotoluen, uhličitan vápenatý, stearan zinečnatý a trafoolej) ve vodě. Jako modifíkátor hoření byl použit dusičnan bis(l-amidino-O-ethylisomočovina)měd’natý, který byl zapracován do masy během míchání. Po vymíchání byl připravený materiál odvodněn na obsah vody mezi 25 až 30 %. Takto připravená prachová masa byla dále odvodněna na šnekovém lise na obsah vody cca 10 až 12 % a pořezána na matrici lisu na tablety 5x5 mm. Vzniklé tablety jsou zhomogenizovány v grafitačním bubnu. Poté byl materiál dosušen na vláhu 1 až 1,5 % a byl za tepla extrudován na šnekovém lise na trubkové elementy TPH, které byly po přesném nakrácení na požadovanou délku připraveny pro balistické testování. Získané výsledky ve formě závislosti rychlosti hoření na tlaku jsou znázorněny na obrázku 1.
-6CZ 307025 B6
Tabulka 4 Složení masy s modifikátorem hoření dusičnan bis( 1 -amidino-0-ethylisomočovina)měd’natý
| Složení položelatiny NG 8,6 | hmotnostní % složek |
| Nitroceluloza | 56,8 % |
| Nitroglycerin | 27,2 |
| Dinitrotoluen | 8,45 |
| Centralit 1 | 2,9 |
| Transformátorový olej | 0,7 |
| Dusičnan bis(1 -amidino-O-ethylisomočovina)měcfnatý | 1,9 |
| Uhličitan vápenatý | 2,0 |
| Stearan zinečnatý | 0,05 |
Všechny získané výsledky jsou shrnuty ve formě grafického znázornění závislosti rychlosti hoření na tlaku na obrázku 1, ze kterého je patrný vliv navržených modifikátorů hoření na průběh hoření TPH. Pro srovnání jsou uvedeny grafické závislosti zjištěné stejným způsobem pro základní masu bez modifikátorů hoření a pro TPH s modifikátorem oxidem olovnatým.
Průmyslová využitelnost
Homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy podle tohoto vynálezu mají využití především jako hnací náplně raket a leteckých záchranných systémů nebo jako generátory tlaku v pyrotechnických prostředcích pro civilní a vojenské využití.
Claims (5)
1. Modifikátor hoření do homogenních tuhých pohonných hmot, vyznačující se tím, zeje vybrán ze skupiny komplexních sloučenin mědi obecného vzorce I nebo směsí sloučenin obecného vzorce I,
Cu[(NH2(C=NH)NH(C=NH)-Y]2(NO3)2 (I), kde Y = OR, NHR nebo NR·, R2 a R, R] a R2 jsou vybrány ze skupiny zahrnující Cj až C10 alkyl, C4 až C8 cykloalkyl, C2 až C8 alkenyl, C2 až C8 alkynyl, C6 až C)0 aryl, (C4 až C4)alkyl(C6 až C,0)aryl, kde ligandy tj. NH2(C=NH)NH(C=NH) jsou odvozeny od derivátu 1-amidinoisomočoviny obecného vzorce III
H2N
^.NH OR r ϊ
NH NH (HI) a biguanidového derivátu obecného vzorce IV
H2N (IV) s uhlovodíkovými zbytky Y.
2. Homogenní tuhá pohonná hmota pro raketové systém, vyznačující se tím, že jako modifikátor hoření obsahuje sloučeninu obecného vzorce I nebo směs sloučenin obecného vzorce I.
3. Homogenní tuhá pohonná hmota pro raketové systémy podle nároku 2, vyznačující se tím, že obsahuje 0,1 až 5,0 % hmotn. modifikátoru hoření, 40 až 70 % hmotn. nitrocelulózy, 20 až 42 % hmotn. kapalného nitroesteru, 5 až 40 % hmotn. energetické přísady, 5 až 40 % hmotn. pomocných želatinátorů a do 10 % hmotn. ostatních přísad.
4. Homogenní tuhá pohonná hmota pro raketové systémy podle nároků 2a3, vyznačující se tím, že kapalný nitroester je vybrán ze skupiny zahrnující nitroglycerin, dietylenglykoldinitrát, trietylenglykoldinitrát, dinitroxyetyl nitramin, metrioltrinitrát.
5. Homogenní tuhá pohonná hmota pro raketové systémy podle nároků 2a3, vyznačující se tím, že energetická přísada je vybrána ze skupiny zahrnující 2,4,6-trinitrotoluen, 1,3,5-trinitro-l ,3,5-triazacyklohexan, 1,3,5,7-tetranitro-l ,3,5,7-tetraazoktan.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-180A CZ307025B6 (cs) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Modifikátor hoření do homogenních tuhých pohonných hmot a homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-180A CZ307025B6 (cs) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Modifikátor hoření do homogenních tuhých pohonných hmot a homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2015180A3 CZ2015180A3 (cs) | 2016-10-26 |
| CZ307025B6 true CZ307025B6 (cs) | 2017-11-22 |
Family
ID=57203794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-180A CZ307025B6 (cs) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Modifikátor hoření do homogenních tuhých pohonných hmot a homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ307025B6 (cs) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7470337B2 (en) * | 2006-03-21 | 2008-12-30 | Autoliv Asp, Inc. | Gas generation with copper complexed imidazole and derivatives |
| CZ301335B6 (cs) * | 2005-06-15 | 2010-01-20 | Explosia, A. S. | Pyrotechnické smesi pro predpínace bezpecnostních pásu |
| CZ22614U1 (cs) * | 2011-07-04 | 2011-08-22 | Univerzita Pardubice | Balivo do pyrotechnické sloze a pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany |
| CZ22613U1 (cs) * | 2011-07-04 | 2011-08-22 | Univerzita Pardubice | Pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany |
| CZ25680U1 (cs) * | 2012-11-14 | 2013-07-22 | Austin Detonator, S.R.O. | Iniciační látka zejména pro průmyslové rozbušky s dobou zpoždění výbuchu do 9000 ms od iniciace a průmyslová elektrická rozbuška a průmyslová neelektrická rozbuška |
| CZ305190B6 (cs) * | 2011-07-04 | 2015-06-03 | Univerzita Pardubice | Použití komplexních sloučenin biguanidu jako paliva do pyrotechnické slože a pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany |
-
2015
- 2015-03-13 CZ CZ2015-180A patent/CZ307025B6/cs unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ301335B6 (cs) * | 2005-06-15 | 2010-01-20 | Explosia, A. S. | Pyrotechnické smesi pro predpínace bezpecnostních pásu |
| US7470337B2 (en) * | 2006-03-21 | 2008-12-30 | Autoliv Asp, Inc. | Gas generation with copper complexed imidazole and derivatives |
| CZ22614U1 (cs) * | 2011-07-04 | 2011-08-22 | Univerzita Pardubice | Balivo do pyrotechnické sloze a pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany |
| CZ22613U1 (cs) * | 2011-07-04 | 2011-08-22 | Univerzita Pardubice | Pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany |
| CZ305190B6 (cs) * | 2011-07-04 | 2015-06-03 | Univerzita Pardubice | Použití komplexních sloučenin biguanidu jako paliva do pyrotechnické slože a pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany |
| CZ25680U1 (cs) * | 2012-11-14 | 2013-07-22 | Austin Detonator, S.R.O. | Iniciační látka zejména pro průmyslové rozbušky s dobou zpoždění výbuchu do 9000 ms od iniciace a průmyslová elektrická rozbuška a průmyslová neelektrická rozbuška |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2015180A3 (cs) | 2016-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2751053B1 (en) | Propellant compositions including stabilized red phosphorus, a method of forming same, and an ordnance element including the same | |
| US7842144B1 (en) | Methods of making double base casting powder | |
| Silva et al. | Green propellants: oxidizers | |
| CA2589014C (en) | Propulsion system for the acceleration of projectiles | |
| RU2417972C2 (ru) | Воспламеняющая композиция и области применения | |
| US10801819B1 (en) | Methods of preparing nitrocellulose based propellants and propellants made therefrom | |
| EP3044191B1 (en) | Burn rate modifier | |
| AU2014328459B2 (en) | Burn rate modifier | |
| US3764420A (en) | Suppression of combustion instability by means of pbi fibers | |
| CA1168052A (en) | Poly-base propellant | |
| CA2899260C (en) | Powder for accelerating projectiles for mortar systems | |
| US3473982A (en) | Nitrocellulose explosive containing a charcoal binder-oxidizer mixture | |
| CZ307025B6 (cs) | Modifikátor hoření do homogenních tuhých pohonných hmot a homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy | |
| US9885550B1 (en) | Methods of preparing nitrocelluse based propellants and propellants made therefrom | |
| TWI772444B (zh) | 彈藥用單基推進粉末的組成物及具備此類組成物的彈藥 | |
| CZ29196U1 (cs) | Dvousložková prachová masa na bázi nitrocelulózy a kapalného nitroesteru a homogenní tuhé pohonné hmoty pro raketové systémy | |
| RU2711143C1 (ru) | Высокоэнергетический пироксилиновый порох для метательных зарядов танковой артиллерии | |
| Chavez | The development of environmentally sustainable manufacturing technologies for energetic materials | |
| KR102633762B1 (ko) | 구아닐유리아 디나이트라마이드를 포함하는 둔감성 무연 고체 추진제 조성물 | |
| Dejeaifve et al. | Small-calibre gun propellants | |
| RU2284310C1 (ru) | Баллиститный артиллерийский порох (варианты) | |
| RU2488069C1 (ru) | ЗАРЯД ДЛЯ 7,62 мм ВИНТОВОЧНОГО ПАТРОНА | |
| RU2260574C1 (ru) | Способ получения двухосновного пороха | |
| JP2006234297A (ja) | 高エネルギー含有可燃性容器 | |
| GB1605352A (en) | A Nitrocellulose-free propellant powder |