DE2201368A1

DE2201368A1 - Ignition of non-hypergolic hybrid fuels - using an adhering thermite mixture

Info

Publication number: DE2201368A1
Application number: DE19722201368
Authority: DE
Inventors: Josef Schaberger; Gerhard Siegmund
Original assignee: Schaberger & Co Josef GmbH
Current assignee: Schaberger & Co Josef GmbH
Priority date: 1972-01-12
Filing date: 1972-01-12
Publication date: 1973-07-19

Abstract

Non-hypergolic, hybrid propulsion systems for rockets are efficiently ignited by binding a thermite like mixt., esp. Al + Fe2O3, Mg + MnO2 or Al + BaO2, to the fuel surface with a suitable adhesive, similar in character to the fuel. The mixt. is pref. slightly O2-deficient. On ignition, the thermite charge burns and liberates the oxidising agent in the fuel. The reaction of the oxidising agent with the thermite mixt. gives out heat and ignites the fuel proper. Regular ignition is guaranteed, even at low temps.

Description

Verfahren zur Zündung von nicht hypergolen, hybriden Antriebssystemen für Raketen Als hybride Antriebssysteme für Raketen bezeichnet man Systeme, die aus einer flüssigen und einer festen Komponente bestehen, von denen eine den Oxydator und die andere den Brennstoff darstellt. In der Regel wählt man einen flüssigen Oxydator und einen festen Brennstoff, der gegebenenfalls auch disponiblen Sauerstoff zur Unterhaltung der Verbrennung ohne Oxydator enthalten kann. In letzterem Falle bezeichnet man derartige Ladungen als Glimmsatz. Die Zündung solcher Antriebssysteme erfolgt entweder durch exotherme Reaktion des Oxydators mit dem Brennstoff -eine derartige Zündungsart bezeichnet man als hypergole Zündung - oder durch pyrotechnische oder elektrische Wärmequellen. Process for the ignition of non-hypergolic, hybrid drive systems for rockets Hybrid propulsion systems for rockets are systems that consist of a liquid and a solid component, one of which is the oxidizer and the other is the fuel. Usually one chooses a liquid one Oxydator and a solid fuel, possibly also available oxygen to maintain the combustion without an oxidizer. In the latter case such charges are called a glow charge. The ignition of such propulsion systems takes place either by exothermic reaction of the oxidizer with the fuel -ein Such a type of ignition is called hypergol ignition - or by pyrotechnic or electrical heat sources.

Bei nicht hypergolen Systemen ist der Anbrand der Brennsatzoberfläche häufig sehr unregelmäßig, da besonders bei niedrigen Temperaturen der kalte Oxydatorstrahl auch Glimmsätze beim Auftreffen lokal so weit abkühlt, daß ein Verlöschen der glimmenden Oberfläche auftreten kann und erst sekundär von den noch glimmenden Oberflächenteilen die Eritflammung erfolgt. In diesem Falle wird der Brennsatz ungleichmäßig abgetragen und es entsteht eine mehr oder minder wellenförmige Oberfläche.In the case of non-hypergolic systems, the burn is on the surface of the burning charge often very irregular, especially at low temperatures because of the cold oxidizer jet Also, glowing blocks locally cools down so far when they hit that the glowing ones are extinguished Surface can occur and only secondarily from the still smoldering surface parts the Eritflammung takes place. In this case, the fuel is removed unevenly and a more or less wavy surface is created.

Das nachstehend beschriebene Verfahren gewährleistet eine gleichmäßige Entflammung des Brennsatzes beim Auftreffen auch kalter Oxydatorstrahlen.The procedure described below ensures a uniform Inflammation of the fuel charge when even cold oxidizer jets hit it.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Zündung von nicht hypergolen, hybriden Antriebssystemen für Raketen auf die zum Abbrand bestimmte Oberfläche des Brennsatzes ein Thermitgemisch mit Hilfe von als Kleber wirkenden Bindemitteln aufzubringen und die Thermitmischungen so einzustellen, daß sie sauerstoffunterbilanziert sind und erst bei Zutritt des Oxydators vollständig verbrennen.According to the invention it is proposed to ignite non-hypergolic, hybrid propulsion systems for rockets on the surface of the Burning charge to apply a thermite mixture with the help of binding agents that act as adhesives and adjust the thermite mixtures so that they are under-balanced with oxygen and only burn completely when the oxidizer is accessed.

Als Kleber sollen Bindemittel verwendet werden, die mit den Brennsätzen artgleich oder artverwandt sind und mit diesen eine feste Verbindung eingehen.Binders that come with the burning sets should be used as glue are identical or related and enter into a permanent connection with them.

Zur Durchführung des Verfahrens wird die Brennsatzoberfläche mit einer Schicht eines thermitartigen Gemisches bedeckt, die mit dem Brennsatz durch Verkleben fest verbunden ist.To carry out the process, the fuel assembly surface is covered with a Layer of a thermite-like mixture covered with the burning charge by gluing is firmly connected.

Als geeignete Thermitmischungen können die bekannten Zusammensetzungen von Aluminium und Eisenoxyd oder Magnesium und Nangandioxyd oder Aluminium und Bariumperoxyd verwendet werden.The known compositions can be used as suitable thermite mixtures of aluminum and iron oxide or magnesium and nanganese dioxide or aluminum and barium peroxide be used.

Die Körnung der zu verbrennenden Metallteile, also des Aluminiums oder des Magnesiums ist so zu wählen, daß neben fein pulverisiertem Metall in Form von z.B. Pyroschliff auch grobkörnigeres Metall mit Korngrößen bis zu etwa 1 mm vorliegt. Diese Thermitmischung wird in an sich bekannter Weise auf die Brennsatzoberfläche mit einem auf dem Brennsatz fest haftenden Kleber aufgeklebt.The grain size of the metal parts to be burned, i.e. the aluminum or the magnesium is to be chosen so that in addition to finely powdered metal in the form For example, pyro-grinding also coarse-grained metal with grain sizes up to about 1 mm is present. This thermite mixture is applied to the fuel surface in a manner known per se glued on with an adhesive that adheres firmly to the burning charge.

Zum Start wird vor Freigabe des Oxydatorstromes durch eine heiße pyrotechnische Zündflamme die Thermitmischung in Brand gesetzt, wobei primär das fein verteilte und sekundär das grobkörnige Metall verbrennt.Before releasing the oxydator current, a hot pyrotechnic is used to start Pilot flame set the thermite mixture on fire, primarily the finely divided and secondarily the coarse-grained metal burns.

Unmittelbar nach dieser Zündung wird der Oxydator freigegeben und trifft auf die am Brennsatz haft enden, heißen, grdkörnigen Metallteile. Durch den Zutritt des Oxydators wird deren Verbrennung beschleunigt, der Oxydator aufgeheizt und die Verbrennung des Brennsatzes in Gang gesetzt. Vorteilhaft werden die Thermitmischungen nicht stöchiometrisch ausgelegt, sondern mit einem auf das beigemischte, den Sauerstoff abgebenden Oxyd bezogenen Metallanteil unterbilanziert, so daß die Verbrennung der grobkörnigen Anteile bevorzugt durch den zutretenden Oxydator erfolgt.Immediately after this ignition, the oxidizer is released and hits the hot, grainy metal parts sticking to the fuel. Through the When the oxidizer enters, their combustion is accelerated and the oxidizer is heated up and the Combustion of the fuel set started. Advantageous the thermite mixtures are not designed stoichiometrically, but with a on the added, the oxygen-releasing oxide related metal content underbalanced, so that the combustion of the coarse-grained fractions is preferred by the incoming Oxidator takes place.

An Hand zweier Beispiele soll das Verfahren noch näher erläutert werden.The method will be explained in more detail using two examples.

Beispiel 1 Oxydator: Hochkonzentrierte Salpetersäure Brennsatz: Ein Nitrozellulose haltiger Polyäthylenpreßkörper Thermitmischung: Gew. % Aluminium-Pyroschliff 10 Grobkörniges Aluminium 25 Bariumperoxyd 10 Eisenoxyd Je205 55 Bindemittel für den Brennstoffpreßkörper: Chloroprenkautschuk Zur Herstellung des Brennsatzes wird ein Gemisch aus Polyäthylenpulver und Nitrozellulosepulver mit lösungsmittelhaltigem Chloroprenkautschuk vermengt, das Lösungsmittel im Luftstrom abgedampft, das noch schwach feuchte Gemisch in die Preßform eingebracht und unter Druck zu einem Korper verformt. Die zum Abbrand bestimmte Oberfläche des entformten Preßkörpers wird dann mit einem Überzug von lösungsmittelhaltigem Chloroprenkautschuk überzogen und das Thermitgemisch gleichmäßig auf diese Oberfläche aufgebracht. Nach dem Abbrand des Lösungsmittels haftet die Thermitmischung fest auf dem Brennsatz. Zur Entzündung des Thermitgemischs wird eine pyrotechnische Ladung, die bei Entflammung heißes Feuergas liefert, zentrisch im Brennsatz angeordnet, so daß möglichst die ganze Oberfläche gleichzeitig von den heißen Feuergasen beaufschlagt wird. Unmittelbar nach Zündung des Thermitgemischs wird der Oxydatorzustrom freigegeben. Dadurch wird die Verbrennung des grobkörnigen Aluminiums beschleunigt und die freiwerdende Wärme bewirkt die Entflammung des eigentlichen Brennsatzes.Example 1 Oxidator: Highly concentrated nitric acid Burning charge: A Nitrocellulose-containing polyethylene molded thermite mixture:% by weight aluminum pyro-joint 10 Coarse-grained aluminum 25 Barium peroxide 10 Iron oxide per 205 55 Binder for the fuel pressed body: chloroprene rubber a mixture of polyethylene powder and nitrocellulose powder with solvent-based Blended chloroprene rubber, the solvent evaporated in the air stream, the still slightly moist mixture introduced into the mold and closed under pressure deformed a body. The surface of the demolded compact that is intended to burn off is then covered with a coating of solvent-based chloroprene rubber and the thermite mixture evenly applied to this surface. After the burn of the solvent, the thermite mixture adheres firmly to the fuel. To inflammation The thermite mixture becomes a pyrotechnic charge which, when ignited, becomes hot Fire gas supplies, arranged centrally in the fuel, so that as possible the whole Surface is acted upon by the hot fire gases at the same time. Direct After the thermite mixture has ignited, the flow of oxidizer is released. This will the combustion of the coarse-grained aluminum accelerates and the heat released causes the actual fuel charge to ignite.

Beispiel 2 Oxydator: Tetranitromethan/N204 Brennsatz: Nitroglyzerin armer, doppelbasiger Treibsatz Thermitmischung: Gew. % Magnesium, fein gepulvert 12 grobkörniges Aluminium 23 Bleidioxyd (Mennige) 65 Zur Aufbringung der Thermitmischung auf den Brennsatz wird Nitrozellulose mit etwa 12,6 % Stickstoff in einer Mischung von Äther und Alkohol im Verhältnis 1 : 2 gelöst und in diese Lösung die Thermitmischung eingearbeitet. Sollen die Brennsätze längere Zeit lagern, so ist diesem Gemisch ein üblicher Stabilisator zuzufügen. Die zum Abbrand bestimmte Oberfläche des Brennsatzes wird mit der breiartigen Masse bestrichen, die nach Abdunsten des Lösungsmittels einen gelatineartigen Charakter annimmt und fest auf dem Brennsatz haftet. Die Zündung erfolgt wie im Beispiel 1 beschrieben.Example 2 Oxidator: Tetranitromethane / N204 Burning agent: Nitroglycerin poor, double-base propellant thermite mixture:% by weight magnesium, finely powdered 12 coarse-grained aluminum 23 lead dioxide (red lead) 65 For application The thermite mixture on the fuel is nitrocellulose with about 12.6% nitrogen dissolved in a mixture of ether and alcohol in a ratio of 1: 2 and in this Solution incorporated the thermite mixture. If the burning sets are to be stored for a longer period of time, a conventional stabilizer must be added to this mixture. The one intended to burn down The surface of the burning charge is coated with the pulpy mass, which after evaporation of the solvent assumes a gelatinous character and sticks to the burning charge adheres. The ignition takes place as described in Example 1.

Claims

Patent claims:

Claim g method for igniting non-hypergolic, hybrid drive systems for missiles, characterized in that on the surface intended to be burned off of the burning charge a thermite mixture with the help of binding agents that act as adhesives is applied and that the thermite mixtures are adjusted so that they underbalance oxygen and do not burn completely until the oxidizer is accessed.

Claim 2: Method for the ignition of non-hypergolic, hybrid drive systems for missiles, characterized in that the binders used as adhesives are identical or related to the burning charges and have a permanent connection with them enter.