DE2127197B2 - SMOKELESS ROCKET SOLID PROPELLER - Google Patents
SMOKELESS ROCKET SOLID PROPELLERInfo
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Description
Dje Erfindung betrifft einen rauchlosen Raketen-Feststofftreibsatz mit einem auf die Oberfläche des Teilsatzes aufgebrachten Verbrennungsinhibitor.The invention relates to a smokeless solid propellant rocket with a burn inhibitor applied to the surface of the subset.
Es bestehen zwei Arten der Anordnung von festen abbrennenden Raketen-Feststofftreibsätzen, wobei bei der einen Art die Antriebsladung mit dem Gehäuse verbunden wird, d. h. die Ladung wird an der inneren Oberfläche des Raketenmotorgehäuses (z. B. dem Raketenkörper) fest angebracht, und diese Verbindung erfolgt häufig durch eine Schicht mit einem Verbrennungsinhibierungsmittel. Die zweite Art isit diejenige, bei der die Ladung aus einem festen abbrennenden Antriebsmittel besteht, welche selbsttragend ist und wobei der größte Teil der Oberfläche des Treibsatzes mit einer direkt gebundenen Schicht an einem Verbrennungsinhibierungsmittel versehen ist. Diese Ladung wird dann in ein Raketenmotorgehäuse eingebracht und in diesem durch beliebige Mittel verfestigt.There are two types of solid burning rocket propellants, where in one type the drive charge with the housing is connected, d. H. the charge is deposited on the inner surface of the rocket motor housing (e.g. the missile body), and this connection is often made by a layer with a Scalding inhibitors. The second type is the one in which the charge is burning off from a solid Drive means consists which is self-supporting and which takes up most of the surface of the propellant is provided with a directly bonded layer to a combustion inhibitor is. This charge is then introduced into a rocket motor housing and in this by any means solidified.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nunmehr auf einen rauchlosen Raketen-Feststofftreibsatz, bei dem der Verbrennungsinhibitor aus einem elastomeren Material besteht.The present invention now relates to a smokeless rocket propellant propellant, at which the combustion inhibitor consists of an elastomeric material.
Die hauptsächliche Funktion des Verbrennungsinhibitors besteht darin, die Oberfläche der Antriebsmittelladung, an der es angebracht ist, gegen eine Verbrennung zu schützen. Somit werden also nur die Flächen der Antriebsmittelladung abbrennen, welche nicht mit dem Verbrennungsinhibitor belegt sind.The primary function of the combustion inhibitor is to reduce the surface area of the propellant charge, to which it is appropriate to protect against burns. So only burn off the areas of the propellant charge that are not covered with the combustion inhibitor are.
Ein typischer Verbrennüngsinhibitor ist Cellulose- 6S acetat. Dieser verbindet sich gut mit der Oberfläche der meisten Antriebsmittelladungen, insbesondere von doppelbasigen Ladungen, welche sich auf Nitrocellulose und Nitroglycerin aufbauen und welche bekanntlich in den Fällen verwendet werden, in denen eine verringerte Rauchbildung erwünscht ist. Bei einer solchen doppelbasigen Antriebsmittelladung beruht der gute Bindungseffekt hauptsächlicn auf der wechselseitigen Löslichkeit von Celluloseacetat und Nitroglycerin und, obwohl hierdurch eine gute Bindung erreicht wird, besteht der Nachteil einer geringen Lagerungsfähigkeit, weil das Celluloseacetat ständig Nitroglycerin absorbiert und mit der Zeit selbst hochbrennbar wird, so daß es also nicht mehr die Verbrennung hemmt oder verhindert.A typical Verbrennüngsinhibitor is cellulose acetate 6 S. This bonds well to the surface of most propellant cargoes, particularly double base cargoes based on nitrocellulose and nitroglycerin, which are known to be used in cases where reduced smoke is desired. With such a double-base propellant charge, the good binding effect is mainly based on the mutual solubility of cellulose acetate and nitroglycerin and, although this achieves a good binding, there is the disadvantage of a poor shelf life, because the cellulose acetate constantly absorbs nitroglycerin and becomes highly combustible itself over time, see above so that it no longer inhibits or prevents the combustion.
Um eine längere Lagerungszeit zu erreichen, ist schon vorgeschlagen worden, das Celluloseacetat durch elastomere Stoffe zu ersetzen, welche polymer oder nicht-polymer sein können. Geeignete elastomere Materialien können in befriedigender Weise mit festen Antriebsmitteln verbunden werden, und sie können derart ausgewählt werden, daß sie undurchlässig für Nitroglycerin sind, jedoch haben diese den Nachteil, daß während der Verbrennung des Antriebsmittels mindestens ein Teil des Elastomers ebenfalls abbrennt und es hierbei zur Entwicklung von großen Mengen dichten Rauches kommt. Diese Rauchentwicklung hat zwei Hauptnachteile, von denen der erste darin besteht, daß die Flugbahn der eigentlichen Rakete nur schlecht beobachtet werden kann und somit die sichtbare Steuerung der Rakete schwierig wird und der zweite Nachteil umgekehrt darin besteht, daß die Flugbahn der Rakete sich so scharf abzeichnet, daß sie leicht beobachtet und von einer großen Entfernung verfolgt werden kann. To achieve a longer storage time, it has been proposed to replace the cellulose by elastomeric materials which may or may not be polymeric-polymer. Suitable elastomeric materials can be combined in a satisfactory manner with solid propulsion means, and they can be selected in such a way that they are impermeable to nitroglycerin, but these have the disadvantage that during the combustion of the propulsion means at least part of the elastomer also burns off and it thereby to Generating large amounts of thick smoke occurs. This smoke development has two main disadvantages, the first of which is that the trajectory of the missile itself can only be observed poorly and thus visual control of the missile becomes difficult, and the second disadvantage, conversely, is that the trajectory of the missile is so clearly defined that it can be easily observed and followed from a great distance.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, den Verbrennungsinhibitoren feinverteilte Füllstoffe zuzusetzen, die nicht verbrennen und daher die Flugbahn einer Rakete verfolgen lassen.It has also been proposed to add finely divided fillers to the combustion inhibitors, which do not burn and therefore allow the trajectory of a missile to be traced.
Die Erfindung betrifft also einen rauchlosen Raketen-Feststofftreibsatz mit einem auf die Oberfläche des Treibsatzes aufgebrachten Verbrennungsinhibitor aus Naturkautschuk, Elastomeren auf Siliconbasis, Polyäthylen, chlorsulfonierten Polyäthylenelastomeren, Polyurethan, Butylkautschukelastomeren, Vinylacetatmischpolymerisaten mit oder ohne Methacrylsäure oder Äthylenpropylenterpolymerisaten, welcher mindestens 50% eines damit verträglichen feinverteilten Füllstoffes enthält, der mindestens aus elementarem Kohlenstoff und Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten und Sulfaten von mindestens einem folgender Elemente besteht:The invention thus relates to a smokeless solid propellant rocket with a combustion inhibitor applied to the surface of the propellant made of natural rubber, silicone-based elastomers, polyethylene, chlorosulfonated polyethylene elastomers, Polyurethane, butyl rubber elastomers, vinyl acetate copolymers with or without methacrylic acid or ethylene propylene terpolymer, which is at least 50% compatible therewith contains finely divided filler, which consists of at least elemental carbon and oxides, hydroxides, Carbonates and sulfates consists of at least one of the following elements:
a) Beryllium, Magnesium, Calcium, Zink, Strontium, Cadmium und Barium;a) beryllium, magnesium, calcium, zinc, strontium, cadmium and barium;
b) Bor und Aluminium;b) boron and aluminum;
c) Silicium und Titan;c) silicon and titanium;
d) Arsen, Antimon und Wismut; undd) arsenic, antimony and bismuth; and
e) Eisen, Kobalt und Nickel.e) iron, cobalt and nickel.
Das Neue der Erfindung besteht darin, daß die Teilchengröße des Füllstoffes im Verbrennungsinhibitor kleiner als 1 μπι oder größer als 15 μπι ist, so daß die Verbrennungs des Inhibitors zu einem entweder vollkommen gasförmigen Produkt führt oder zu einem solchen, das Teilchen einer Größe von weniger als Ιμηι oder größer als 15 μπι enthält.The novelty of the invention is that the particle size of the filler in the combustion inhibitor is smaller than 1 μπι or greater than 15 μπι, so that the combustion of the inhibitor leads to an either completely gaseous product or to one that contains particles with a size of less than Ιμηι or larger than 15 μm.
Die feste Antriebsmittelladung kann in einem Raketengehäuse gebunden sein oder aus einer sich selbst tragender. Ladung bestehen.The solid propellant charge can be tied up in a missile case or by itself more load-bearing. Charge.
Vorzugsweise ist die Teilchengröße des Füllstoffes in dem Verbrennungsinhibitor kleiner als 1 μηι, wobei, vorausgesetzt, daß kein wesentliches Anwachsen derThe particle size of the filler in the combustion inhibitor is preferably less than 1 μm, wherein provided that there is no substantial increase in the
Teilchengröße während der Verbrennung stattfindet, das Verbrennungsprodukt vollkommen gasförmig sein wird oder Teilchen einer Größe von weniger als 1 μπι enthält. Wenn der Füllstoff in seiner Dimension unverändert bleibt durch die Verbrennung des Verbrennungsinhibitors, so können die Teilchen des Füllstoffes in dem Verbrennungsinhibitor größer ais 15 μιη sein und vorzugsweise 20 μπι betragen. Der Füllstoff wird mit der Verbrennung des Verbrennungsinhibitors vollkommen zu einem gasförmigen Produkt verbrannt, wobei die Größen der Teilchen des Füllstoffes in dem Verbrennungsinhibitor von geringerer Bedeutung sind, vorausgesetzt, daß die Verbrennungsrückstände der jeweiligen Füllstoffteilciien kleiner sind als 1 μιη und größer als IS μιη.Particle size takes place during combustion, the product of combustion will be entirely gaseous or particles less than 1 μπι contains. When the filler is in its dimension remains unchanged by the combustion of the combustion inhibitor, so the particles of the filler be greater than 15 μm in the combustion inhibitor and preferably be 20 μm. The filler becomes a completely gaseous product upon combustion of the combustion inhibitor burned, the sizes of the particles of the filler in the combustion inhibitor being smaller Are important provided that the combustion residues of the respective filler parts are smaller are than 1 μm and greater than IS μm.
Aus den cbigen Ausführungen ergibt sich also, daß für die ausgewählten Elastomer- und Füllstoffe nur einfache Vorversuche erforderlich sind, um festzustellen, ob die Teilchengrößen des Füllstoffes in dem Verbrennungsinhibitor wichtig sind und welche Teilchengrößen geeignet sind.From the above it follows that for the selected elastomer and fillers only simple preliminary tests are required to determine whether the particle sizes of the filler in the Burn inhibitors are important and what particle sizes are appropriate.
Vorzugsweise besteht der Füllstoff aus mindestens einem Material der folgenden Gruppe von Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten, Sulfaten und Nitraten von mindestens einem Element, ausgewählt aus Eisen, Titan, Zink, Barium, Kalzium, Magnesium, Strontium, Antimon und Aluminium.The filler preferably consists of at least one material from the following group of oxides, Hydroxides, carbonates, sulfates and nitrates of at least one element selected from iron, titanium, Zinc, barium, calcium, magnesium, strontium, antimony and aluminum.
Vorzugsweise besteht der Füllstoff aus einem Oxid von Eisen, Titan, Zink, Barium, Kalzium, Magnesium, Strontium, Antimon oder Aluminium.Preferably the filler consists of an oxide of iron, titanium, zinc, barium, calcium, magnesium, Strontium, antimony or aluminum.
Die Auswahl des Füllstoffes und des elastomeren Materials steht in Wechselbeziehung zueinander, weil verschiedene elastomere Materialien unterschiedliche Brennbedingungen besitzen, die also unterschiedliche Wirkungen auf die jeweiligen Füllstoffe aufweisen, und in ähnlicher Weise wird durch die Art, den Anteil und die Größenverteilung des Füllstoffes die Verbrennung des elastomeren Materials beeinflußt. Darüber hinaus wird auch eine physikalische Wechselbeziehung zwischen dem Füllstoff und dem elastomeren Material hinsichtlich der beiden Hauptpunkte, nämlich der relativen Verhältnisse und der Verträglichkeit, bestehen. Hinsichtlich des ersten Gesichtspunktes der relativen Verhältnisse wird es vorgezogen, daß der Verbrennungsinhibitor einen so hohen wie möglichen Anteil an dem Füllstoff enthält, so daß unter gewissen Umständen bis zu 90 Gew.% des Verbrennungsinhibitors aus dem Füllstoff bestehen kann. Die Hauptvorteile, ein so hohes Verhältnis an Füllmittel zu elastomerem Material wie nur möglich vorliegen zu haben, bestehen darin, daß in diesem Falle nur eine geringe Menge des elastomeren Materials während des Abbrennens eines bestimmten Gewichtes oder Volumens an Verbrennungsinhibitor abbrennt, so daß ein geringer Anteil des Verbrennungsprodukts aus dem elastomeren Material stammen wird, das den Anlaß zu starker Rauchentwicklung gibt. Darüber hinaus ergibt der Füllstoff einen Erosionswiderstand und verringert die Gesamtwärmeleitfähigkeit des Verbrennungsinhibitors, so daß dieses während des Abbrennens so kalt wie möglich gehalten wird, und vergrößert die spezifische Wärmekapazität des Verbrennungsinhibitors, so daß dieser mit einer geringen Temperatursieigciung Wärme absorbieren kann. Da der Bereich des maximalen Wärmeflusses an der Zwischenfläche zwischen dem Antriebsmittel und dem Inhibitor erfolgt, ist der Verbrennungsinhibitor direkt in der Antriebsladung angebracht, um so eine örtliche Rauch erzeugende Verbrennung zu verhindern. Das Vorhandensein von nicht-gefülhem Material oder solchen, das nur wenig Füllstoff enthält, in der Nähe der abbrennenden Antriebsmitteloberfläche würde durch Förderung der Verbrennung und/oder Erosion des Elastomers zur Rauchbildung oder zum Abdecken der Raketenflugbahn führen.The choice of filler and elastomeric material is interrelated because different elastomeric materials have different firing conditions, i.e. different ones Effects on the respective fillers, and in a similar way is determined by the type, the proportion and the size distribution of the filler the combustion of the elastomeric material. In addition, there is also a physical correlation between the filler and the elastomeric material in terms of the two main points, viz the relative proportions and compatibility. With regard to the first point of view of the relative proportions, it is preferred that the combustion inhibitor be as high as possible Contains proportion of the filler, so that under certain circumstances up to 90% by weight of the combustion inhibitor may consist of the filler. The main advantages, such a high ratio of filler to have elastomeric material as possible, consist in the fact that in this case only one small amount of the elastomeric material during the burning off of a certain weight or Volume of combustion inhibitor burns off, leaving a small proportion of the combustion product off the elastomeric material that gives rise to excessive smoke development. About that In addition, the filler provides resistance to erosion and reduces the overall thermal conductivity of the Combustion inhibitor so that it is kept as cold as possible during the burning process, and increases the specific heat capacity of the combustion inhibitor, so that this with a low Temperatursieigciung can absorb heat. There the area of maximum heat flow at the interface between the drive means and the Inhibitor occurs, the combustion inhibitor is placed directly in the drive charge so as to provide a local one Prevent smoke producing combustion. The presence of non-gefülhem material or those that contain little filler would be in the vicinity of the burning propellant surface by promoting combustion and / or erosion of the elastomer for smoke formation or for covering lead the missile trajectory.
Aus dem zweiten Gesichtspunkt der physikalischen Abbrenneigenschaften des eiastomeren MaterialsFrom the second point of view the physical Burning properties of the elastomeric material
ίο heraus sollte der Inhibitor nicht übermäßig abgebaut werden. So sollte der Verbrennungsinhibitor noch geeignet sein, an der festen Antriebsmittelladung und bei einer gehäusegebundenen Antriebsrnittelladung an dem Gehäuse des Raketenmotors zu haften. Dar-ίο the inhibitor should not be degraded excessively will. So the combustion inhibitor should still be suitable for the solid propellant charge and to adhere to the housing of the rocket motor in the case of a housing-bound drive medium charge. Dar-
'5 über hinaus sollte der Verbrennungsinhibitor auch noch eine brauchbare Lagerfähigkeit besitzen, beispielsweise eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen und nicht brüchig werden, insbesondere bei niedrigen Lagerungstemperaturen.'5 In addition, the burn inhibitor should also still have a usable shelf life, for example sufficient mechanical strength and do not become brittle, especially at low storage temperatures.
so Spezifische elastomere Materialien, welche sich als befriedigend erwiesen haben, sind Naturkautschuk, sich auf Silicon aufbauende Elastomere, Polyäthylen, chlorsulfonierte Polyäthylenelastomere, Polyurethan, Butylkautschukelastomere, Vinylacetatnv chpoiymerisate mit oder ohne Methacrylsäure und . Uhylenpropylenterpoiymerisate. so Specific elastomeric materials, which are called have proven to be satisfactory are natural rubber, elastomers based on silicone, polyethylene, Chlorosulfonated polyethylene elastomers, polyurethane, butyl rubber elastomers, vinyl acetate polymers with or without methacrylic acid and. Uhylenpropylenterpoliymerisate.
In den folgenden Beispielen werden einige Verbrennungsinhibitorenzur Verwendung von mit NitrocelluIose/Nitroglycerin vergossenen doppelbasigen Raketentreibsätzen beschrieben. In sämtlichen Beispielen wurde eine ausreichende Verbindung zwischen dem Verbrennungsinhibitor und dem vergossenen doppelbasigen Nitrocellulose/Nitroglycerin-Treibsatz durch eine Schicht eines Polyvinylacetats, vorzugsweise von Polyvinylformal, geschaffen.Some burn inhibitors are used in the following examples Use of double-base castings with nitrocellulose / nitroglycerin Rocket propellants described. In all examples there was a sufficient connection between the combustion inhibitor and the cast double-base nitrocellulose / nitroglycerin propellant created by a layer of a polyvinyl acetate, preferably of polyvinyl formal.
Hierbei bestand der Verbrennungsinhibitor aus chlorsulfoniertem Polyäthylen, in Verbindung mit Eisenoxid einer Teilchengröße von 0,15 μιη, wobei die relativen Verhältnisse zwischen dem Elastomer und dem Eisenoxid-Füllstoff 1 Teil Elastomer bis 3 Teile Füllstoff betrugen.The combustion inhibitor consisted of chlorosulfonated polyethylene, in conjunction with Iron oxide with a particle size of 0.15 μm, the relative proportions between the elastomer and the iron oxide filler were 1 part of elastomer to 3 parts of filler.
Dieser Verbrennungsinhibitor wurde dazu verwendet, die erforderlichen Oberflächen eines gegossenen festen, körnigen doppelseitigen Nitrocellulose/Nitroglycerin-Antriebsmittels abzudecken, und die Verbrennung erfolgte in befriedigender Weise, ohne daß beim Abbrennen eine starke Rauchentwicklung auftrat. This combustion inhibitor was used to create the required surfaces of a cast solid, granular double-sided nitrocellulose / nitroglycerin propellant to cover, and the combustion took place in a satisfactory manner without developing a lot of smoke when burning.
Es wurde ein Verbrennungsinhibitor hergestellt durch Vermischen von 1 Gew.-Teil chlorsulfoniertem Polyäthylen und 4 Gew.-Teilen Bariumsulfat.A burn inhibitor was prepared by mixing 1 part by weight of chlorosulfonated Polyethylene and 4 parts by weight of barium sulfate.
Auch in diesem Falle erfolgte eine wesentliche Inhibierung der Verbrennung, ohne daß es zu einer starken Rauchentwicklung kam.In this case, too, there was a substantial inhibition of the combustion without resulting in a severe one There was smoke development.
1 Teil Naturkautschuk wurde mit 7 Teilen Eisenoxid (Fe2O3) versetzt, um den Verbrennungsinhibitor zu bilden. Dieses Material inhibierte wirksam die Verbrennung, ohne daß eine starke Rauchentwicklung 6S auftrat, wenn es in Verbindung mit gegossenen doppelbasigen Nitrocellulose/Nitroglycerin-Antriebsmitteln verwendet wurde. 1 part of natural rubber was mixed with 7 parts of iron oxide (Fe 2 O 3 ) to form the combustion inhibitor. This material effectively inhibited the combustion without a strong smoke development occurred 6 S, when used in conjunction with cast double base nitrocellulose / nitroglycerine-drive means.
In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß Na-In this context it should be noted that Na-
turkautschuk in hohem Maße die Fähigkeit besitzt, sich mit dem Füllstoff zu verbinden, ohne daß es zu einem übermäßigen Abbau der physikalischen und chemischen Eigenschaften kommt» so daß auf diese Weise Naturkautschuk erfolgitich als Grundlage für den Verbrennungsinhibitor verwendet werden kann trotz der starken Rauchbildung bei der Verbrennung,natural rubber to a high degree has the ability to bond with the filler without causing it to an excessive degradation of the physical and chemical properties comes »so that on this Natural rubber can be successfully used as a basis for the combustion inhibitor despite the heavy smoke formation during combustion,
welche allein auf die Verwendung des Naturkautschuks zurückzuführen ist. Dieses Beispiel kann in der Weise abgeändert werden, daß bis zu 10 Gew.-Teile Eisenoxid mit 1 Teil Naturkautschuk verwendet werden.which is due solely to the use of natural rubber. This example can be used in can be modified in such a way that up to 10 parts by weight of iron oxide are used with 1 part of natural rubber will.
Auch andere Füllstoffe wurden erfolgreich angewandt, nämlich Titandioxid und Berylliumoxid.Other fillers have also been used successfully, namely titanium dioxide and beryllium oxide.
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |