Heterogenní litý propelent do záchranných systémů

Oblast techniky

Technické řešení se týká heterogenního litého propelentu do záchranných systémů, zejména do raketových záchranných systémů a vyvíječů plynu, obsahujícího chloristan amonný jako oxidovadlo a hydroxylem zakončený polybutadien (HTPB) jako pojivo a dále obsahujícího palivo a další složky.

Dosavadní stav techniky

Pojem heterogenní pohonné hmoty, někdy též heterogenní propelenty, označuje střeliviny ve formě částicového kompozitu, které se obvykle skládají z: okysličovadla - obvykle krystalické látky jako AP (chloristan amonný), ADN (amonium dinitramid), AN (dusičnan amonný), KN (dusičnan draselný) ve formě prášku, z matrice - polymemího pojivá jako HTPB (hydroxylem zakončený polybutadien), PBAN (polybutadien akrylonitril), GAP (glycidyl azid polymer), avšak ne NC (nitrocelulóza) a NG (nitroglycerin), z volitelně práškového paliva, buď kovu obvykle hliníku, nebo trhaviny jako RDX (hexogen) a podle potřeb dalších přísad: stabilizátoru, antioxidantu, technologických přísad, plastifikátorů, katalyzátorů hoření, atd.

V dnešní době se kromě heterogenních pohonných hmot pro raketové motory menších výkonů používají oblíbené dvousložkové homogenní hmoty, jejichž některé toxikologické komponenty se musí nahrazovat přijatelnějšími komponentami. Vznikají tak i kompozice pohonných hmot mezi heterogenními a homogenními.

Pokud TPH (tuhá pohonná hmota, resp. tuhý propelent) obsahuje NC a látky typické pro heterogenní TPH, získáme střeliviny, které kombinují i jejich vlastnosti. Elastomerem modifikované nebo síťované homogenní TPH sice obsahují NC, ale také další, umělá, pojivá, jako jsou kopolymery akrylátů a polyuretanů. Pokud masa homogenní TPH obsahuje krystalické látky, jako jsou výše uvedená okysličovadla či paliva (RDX (hexogen), HMX (oktogen) atd.). TPH označujeme jako homogenní TPH modifikované heterogenními. Vývoj různých druhů TPH je veden potřebami jednotlivých aplikací TPH do různých systémů ať už zbraňových nebo záchranných.

Jak již bylo zmíněno výše, hlavní nevýhodou stavu techniky jsou nevhodné toxikologické vlastnosti některých komponent aktuálně používaných TPH, tuhých propelentů.

Cílem technického řešení j e proto odstranit nebo alespoň snížit tuto nevýhodu úpravou chemického složení tuhých propelentů (TPH) při zachování užitných vlastností tuhých propelentů (TPH), zejména heterogenních litých propelentů.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo heterogenním litým propelentem do záchranných systémů a vyvíječů plynu, jehož podstata spočívá v tom, že palivo je alespoň z části tvořeno energetickým materiálem na bázi cyklických sloučenin. Podle jednoho výhodného uskutečnění je jako energetický materiál na bázi cyklických sloučenin použit cyklický nitramin bicyklooktogen (BCHMX): cis-l,3,4,6-tetranitrooktahydroimidazo-[4,5-d]imidazol. V dalším výhodném uskutečnění, kde není potřeba tak vysoký specifický impuls, je jako energetický materiál na bázi cyklických sloučenin použit cyklický triazin amin ADHT: 4,6-dihydrazino-l,3,5-triazin-2-amin, což je dusíkatá cyklická látka.

- 1 CZ 35772 UI

Taková změna chemického složení klasické heterogenní tuhé pohonné hmoty s pojivém tvořeným hydroxylem zakončeným polybutadienem (HTPB), okysličovadlem chloristanem amonným (AP), palivem hliníkem (AI), změkčovadlem dioktylsebakátem (DOS), katalyzátorem hoření ferocenem a dalšími přísadami pro lepší zpracovatelnost a pro vytvrzení hydroxylových skupin, slouží k dosažení požadovaných vlastností pro specifické užití v raketovém motoru pro speciální aplikace nebo pro použití v generátorech plynů.

Změna chemického složení spočívá v použití energetického materiálu na bázi cyklických sloučenin, jako je BCHMX nebo ADHT, jako paliva na místo alespoň části obsahu částic hliníku AI a případně i části okysličovadla AP (chloristan amonný). Je-li požadována vyšší rychlost hoření, pak je zachován určitý obsah hliníku AI na úkor okysličovadla AP. Palivo BCHMX poskytuje díky své vysoké slučovací enthalpii propelentu vyšší specifický impuls, dodává dostatek plynů a snižuje dýmotvomost. Použitím paliva ADHT se pak dosahuje poměrně nízkých rychlostí hoření kolem 2 mm/s při obsahu 10 % ADHT bez hliníku, přičemž rychlost hoření je téměř konstantní v celém rozsahu tlaků dosažených při hoření. Tato vlastnost by mohla mít velký přínos i s tím, že ADHT nepřispívá k nárůstu specifického impulsu heterogenního litého propelentu tak jako BCHMX. Další procentuální navýšení obsahu ADHT na 20 % zbrzdí rychlost hoření až k 1 mm/s ve stejném trendu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklady 1 až 5

Vzorky heterogenních litých propelentů byly namíchány ve vakuové míchací aparatuře do pojivového systému HTPB se změkčovadlem DOS a pomocnými látkami, včetně modifikátoru hoření ferocenu, s postupným přídavkem složek nejprve paliva hliníku AI, poté okysličovadla v daném zastoupení velikosti částic a s přídavkem energetické cyklické látky, a to buď cyklického nitraminu BCHMX: cis-l,3,4,6-tetranitrooktahydroimidazo-[4,5-d]imidazol, viz. tabulka 1 až 3, nebo cyklického triazin aminu ADHT: 4,6-dihydrazino-l,3,5-triazin-2-amin, viz. tabulka 4 až 5.

Míchání probíhalo za zvýšené teploty. Vakuace byla při přídavcích přerušována. Vzniklá tekutá hmota byla poté jako heterogenní litý propelent odlita do forem požadovaných rozměrů.

Tabulka 1: Složení heterogenního litého propelentu na pojivu HTPB s přídavkem 10 % energetické cyklické látky (energetického materiálu na bázi cyklických sloučenin) BCHMX: cis-l,3,4,6-tetranitrooktahydroimidazo-[4,5-d] imidazol

Složení heterogenního litého propelentu	hmotnostní % složek
HTPB R45 hydroxylem zakončený polybutadien	16,5
Ferocen bis(p5-cyklopentadienyl)železo	1,0
DOS dioktyl sebakát	4,17
lecitin	0,01
IPDI isoforon diisokyanát	0,77
AP chloristan amonný	59,0
BCHMX: cis-l,3,4,6-tetranitrooktahydroimidazo-[4,5-dj imidazol	10,0
látka zlepšující přilnavost pevné fáze s pojivovou fází	0,55
hliník	8,0

Tabulka 2: Složení heterogenního litého propelentu na pojivu HTPB s přídavkem 20 % energetické cyklické látky (energetického materiálu na bázi cyklických sloučenin) BCHMX: cis-l,3,4,6-tetranitrooktahydroimidazo-[4,5-d]imidazol

-2 CZ 35772 UI

Složení heterogenního litého propelentu	hmotnostní % složek
HTPB R45 hydroxylem zakončeny polybutadien	16,5
Ferocen bis(p5-cyklopentadienyl)železo	1,0
DOS dioktyl sebakát	4,17
lecitin	0,01
IPDI isoforon diisokyanát	0,77
AP chloristan amonný	57,0
BCHMX: cis-l,3,4,6-tetranitrooktahydroimidazo-[4,5-dl imidazol	20,0
látka zlepšující přilnavost pevné fáze s pojivovou fází	0,55
hliník	0

Tabulka 3: Složení heterogenního litého propelentu na pojivu HTPB s přídavkem 30 % energetické cyklické látky (energetického materiálu na bázi cyklických sloučenin) BCHMX:

cis-l,3,4,6-tetranitrooktahydroimidazo-[4,5-d]imidazol

Složení heterogenního litého propelentu	hmotnostní % složek
HTPB R45 hydroxylem zakončený polybutadien	16,5
Ferocen bis(p5-cyklopentadienyl)železo	1,0
DOS dioktyl sebakát	4,17
lecitin	0,01
IPDI isoforon diisokyanát	0,77
AP chloristan amonný	39,0
BCHMX: cis-l,3,4,6-tetranitrooktahydroimidazo-[4,5-d] imidazol	30,0
látka zlepšující přilnavost pevné fáze s pojivovou fází	0,55
hliník	8,0

-3 CZ 35772 UI

Tabulka 4: Složení heterogenního litého propelentu na pojivu HTPB s přídavkem 10 % energetické cyklické látky (energetického materiálu na bázi cyklických sloučenin) ADHT: 4,6-dihydrazino-1,3,5 -triazin-2-amin

Složení heterogenního litého propelentu	hmotnostní % složek
HTPB R45 hydroxylem zakončený polybutadien	16,5
Ferocen bis(p5-cyklopentadienyl)železo	1,0
DOS dioktyl sebakát	4,17
lecitin	0,01
IPDI isoforon diisokyanát	0,77
AP chloristan amonný	59,0
ADHT: 4,6-dihydrazino-1,3,5-triazin-2-amin	10,0
látka zlepšující přilnavost pevné fáze s pojivovou fází	0,55
hliník	8,0

Tabulka 5: Složení heterogenního litého propelentu na pojivu HTPB s přídavkem 10 % energetické cyklické látky ADHT: 4,6-dihydrazino-l,3,5-triazin-2-amin bez hliníku

Složení heterogenního litého propelentu	hmotnostní % složek
HTPB R45 hydroxylem zakončený polybutadien	16,5
Ferocen bis(p5-cyklopentadienyl)železo	1,0
DOS dioktyl sebakát	4,17
lecitin	0,01
IPDI isoforon diisokyanát	0,77
AP chloristan amonný	67,0
ADHT: 4,6-dihydrazino-1,3,5-triazin-2-amin	10,0
látka zlepšující přilnavost pevné fáze s pojivovou fází	0,55
hliník	0,0

Průmyslová využitelnost

Technické řešení je využitelné zejména jako hnací náplň raketových motorů pro letecké záchranné systémy nebo jako generátory plynu v pyrotechnických prostředcích pro civilní a vojenské využití.