DE2127197C3 - Smokeless solid propellant rocket - Google Patents
Smokeless solid propellant rocketInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen rauchlosen Raketen-Feststofftreibsatz mit einem auf die Oberfläche des Teilsatzes aufgebrachten Verbrennungsinhibitor.The invention relates to a smokeless rocket solid fuel propellant 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 ist diejenige, bei der die Ladung aus einem festen abbrennenden Antriebsmittel besteht, welche selbsttragend ;st 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, one type of which has the propulsion charge attached to the housing, i.e. the charge is fixedly attached to the inner surface of the rocket motor housing (e.g. the rocket body), and this connection is often done through a layer of a scorch inhibitor. The second type is that in which the charge consists of a solid burning propulsion means which is self-supporting ; st and wherein most of the surface of the propellant charge is provided with a directly bonded layer of a combustion inhibitor. This charge is then placed in a rocket motor housing and solidified in this by any means.
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 Flächender Antriebsmiltelladungabbrennen, welche mehl 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 the surfaces of the propellant charge, which flour coated with the combustion inhibitor are.
Hin typischer Verbrennungsinhibitor ist Celluloseacetat. Dieser verbindet sich gut mit der Oberfläche der meisten Antrjehsmjtti.-llmlimuon. 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 hauptsächlich 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 ständigA typical burn inhibitor is cellulose acetate. This connects well with the surface of most Antrjehsmjtti.-llmlimuon. in particular of double-basic charges, which are based on nitrocellulose and nitroglycerin and which are known can be used in cases where reduced smoke generation is desired. At a With such a double-base propellant charge, the good binding effect is mainly based on the reciprocal Solubility of cellulose acetate and nitroglycerin and, although this achieves a good bond becomes, there is a disadvantage of poor storability because the cellulose acetate is constantly
ίο Nitroglycerin absorbiert und mit der Zeit selbst hochbrennbar wird, so daß es also nicht mehr die Verbrennung hemmt oder verhindert.ίο Nitroglycerin absorbed and even highly combustible over time so that it no longer inhibits or prevents combustion.
Um eine längere Lagerungszeit zu erreichen, ist schon vorgeschlagen worden, das CelluloseacetatCellulose acetate has already been proposed in order to achieve a longer storage time
!5 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 undurch-! 5 to be replaced by elastomeric materials, which are polymer or can be non-polymeric. Suitable elastomers Materials can be satisfactorily connected to solid drive means, and they can be selected in such a way that they are impenetrable
ao lässig 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.ao cool for nitroglycerin, but they have the Disadvantage that during the combustion of the drive means at least part of the elastomer also burns down and it comes to the development of large amounts of dense smoke. These Smoke development has two main disadvantages, the first of which is that the trajectory is the actual Missile can only be observed poorly and thus the visible control of the missile becomes difficult and the second disadvantage, conversely, is that the trajectory of the missile changes like this sharply defined so 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, weleher 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 terpolymers, weleher contains at least 50% of a compatible, finely divided filler which is at least from elemental carbon and oxides, hydroxides, carbonates and sulfates of at least one of the following Elements consists of:
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; und
e) Eisen, Kobalt und Nickel.d) arsenic, antimony and bismuth; and
e) iron, cobalt and nickel.
Das Neue der Erfindung besteht darin, daß die Teilchengröße des Füllstoffes im Verbrennungsinhibitor kleiner ;als 1 μιη oder größer als 15 μίτι ist, so daß die Verbrennungs des Inhibitors zu einem entwcder vollkommen gasförmigen Produkt führt oder zu einem solchen, das Teilchen einer Größe von weniger als Ιμιη oder größer als 15 μιη enthält.The novelty of the invention is that the particle size of the filler in the combustion inhibitor smaller than 1 μιη or larger than 15 μίτι, so that the combustion of the inhibitor leads or leads to an either completely gaseous product one that contains particles with a size of less than Ιμιη or larger than 15 μm.
Die feste Antricbsmittclladung kann in einem Raketengehäuse gebunder, sein oder aus einer sich selbst tragenden Ladung bestehen.The solid propulsion charge can be tied up in a rocket case, or it can be self-contained load.
Vorzugsweise ist die Teilchengröße des Füllstoffes indem Verbrennungsinhibitor kleiner als 1 μιη, wobei, vorausgesetzt, daß ke.n 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
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 als 15 μίτι 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 Füllstoffteilchen kleiner sind als 1 μΐη und größer als 15 μηι.Particle size takes place during combustion, the combustion product is completely gaseous will be or contains particles of a size of less than 1 μπι. 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 significant, provided that the combustion residues of the respective filler particles are smaller are than 1 μηι and greater than 15 μηι.
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich also, dall 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 only for the selected elastomer and fillers 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, Stiontium, Antimon oder Aluminium.Preferably the filler consists of an oxide of iron, titanium, zinc, barium, calcium, magnesium, Stiontium, 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 mil einer geringen Temperatursteigerung 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-gefülltem 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 affects the combustion of the elastomeric material. About that in addition, there is also a physical correlation between the filler and the elastomer Material regarding the two main points, namely the relative proportions and compatibility, exist. In view of the first aspect of relative proportions, it is preferred that the combustion inhibitor contains as high a proportion as possible of the filler, so that under In certain circumstances up to 90% by weight of the combustion inhibitor can consist of the filler. the Main advantages of having as high a filler to elastomeric material ratio as possible have to consist in the fact that in this case only a small amount of the elastomeric material during the burning off of a certain weight or volume of combustion inhibitor burns off, so that a small proportion of the combustion product will come from the elastomeric material containing the Gives rise to excessive smoke development. In addition, the filler provides erosion resistance and reduces the overall thermal conductivity of the combustion inhibitor, so that this during the Burning is kept as cold as possible, and increases the specific heat capacity of the combustion inhibitor, so that it can absorb heat with a slight increase in temperature. 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 unfilled 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 elastomeren MaterialsFrom the second point of view, the physical burn-off 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 beyond that, the burn inhibitor should too still have a usable shelf life, for example sufficient mechanical strength and do not become brittle, especially at low storage temperatures.
Spezifische elastomere Materialien, welche sich als befriedigend erwiesen haben, sind Naturkautschuk, sich auf Silicon aufbauende Elastomere, Polyäthylen, chlorsulfonierte Polyäthylenelastomere, Polyurethan, Butylkautschukelastomere, Vinylacetatmischpoly-Specific elastomeric materials that have been found to be satisfactory are natural rubber, elastomers based on silicone, polyethylene, chlorosulfonated polyethylene elastomers, polyurethane, Butyl rubber elastomers, vinyl acetate copolymers
merisate mit oder ohne Methacrylsäure und Äthylenpropylenterpolymerisate. merisate with or without methacrylic acid and ethylene propylene terpolymers.
In den folgenden Beispielen werden einige Verbrennungsinhibitoren zur Verwendung von mit Nitrocellulose/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.The following examples illustrate some burn inhibitors for use with nitrocellulose / nitroglycerin potted double-base rocket propellants described. In all examples became a sufficient bond between the combustion inhibitor and the potted double-base nitrocellulose / nitroglycerin propellant through a layer of a polyvinyl acetate, preferably made 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, where the relative proportions between the elastomer and the iron oxide filler 1 part elastomer to 3 parts of filler were.
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 cover, and the combustion proceeded in a satisfactory manner without there was a strong development 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 (FcO3) versetzt, um den Verbrennungsinhibitor /u bilden. Dieses Material inhibierte wirksam die Verbrennung, ohne daß eine starke Rauchentwicklung 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 (FcO 3 ) to form the combustion inhibitor / u. This material was effective in inhibiting combustion without generating excessive smoke when used in conjunction with cast nitrocellulose / nitroglycerin double base propellants.
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 erfolgreich als Grundlage für den Verbrennungsinhibitor verwendet werden kann trotz der starken Rauchbildung bei der Verbrennung. welche allein auf die Verwendung des Naturkautschuks zurückzuführen ist. Dieses Beispiel kann in der Weise abgeändert werden, daß bis zu 10 Gw.-Teiie Eisenoxid mit 1 Teil Naturkautschuk verwendet werden.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 about so on this Wise natural rubber can be used successfully as a basis for the combustion inhibitor despite the heavy smoke formation during combustion. which solely on the use of natural rubber is due. This example can be modified to include up to 10 parts by weight Iron oxide can be used with 1 part natural rubber.
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) |