DE2633652C3 - Inhibierung für Treibsätze - Google Patents
Inhibierung für TreibsätzeInfo
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Matten oder Vliesen aus Keramikfasern zur Inhibierung
von Treibsätzen vom Stirnbrennertyp mit Langzeitabbrand, insbesondere für Gasgeneratoren.
Gasgeneratoren aus Festtreibstoff für die Lenkung von Flugkörpern gewinnen ständig an Bedeutung. Von
besonderem Interesse sind hierbei Treibstoffe auf der Basis von Ammoniumnitrat, da sie am besten die an die
Systeme gestellten Anforderungen zu erfüllen vermögen, nämlich geringe Abbrandgeschwindigkeit, Nichtkorrosivität
der Verbrennungsgase, niedrige Verbrennungstemperaturen und ruß- und partikelfreie Verbrennungsgase.
Die bekannten Treibstofftypen erfüllen weitgehend die genannten Bedingungen und können daher dann für
Gasgeneratoren eingesetzt werden, wenn die Treibsatzauslegung als Innenbrenner-Konfiguration erfolgt jo
Nicht durch den Treibstoff bedingte Probleme treten dann auf, wenn lange Aktionszeiten bei relativ geringen
Massendurchsätzen gefordert sind und damit eine Stirnbrenner-Konfiguration verlangt wird. Die obengenannte
Forderung nach ruß- und partikelfreiei; Verbrvrnnungsgasen
ist dann nicht mehr erfüllbar. Daher bestand das Bedürfnis nach einer Inhibierung für
Gasgenerator-Treibsätze in Stirnbrennerausführung, die diese Bedingungen erfüllt
Inhibierungen auf anorganischer Basis bieten beste Gewähr für einen ruß- und partikelfreien Abbrand von
Treibsätzen aus Ammoniumnitrat-Treibstoffen. Meistens liegen derartige Materialien für Inhibierungen
aber in einer Form vor, die einer erfolgversprechenden Verarbeitung und Verwendung im Wege stehen; sie sind
entweder nicht temperaturstabil und spröde oder porös. Die Auswahl hatte daher nach folgenden Kriterien zu
erfolgen:
ausgezeichnete thermische Isolationsfähigkeit, Unempfindlichkeit gegen Temperaturschock und
direkte Flammeneinwirkung,
Langlebigkeit bei hohen Temperaturen,
Elastizität,
Verträglichkeit mit den verwendeten
Langlebigkeit bei hohen Temperaturen,
Elastizität,
Verträglichkeit mit den verwendeten
rationelle Verarbeitungsmöglichkeit,
genügende Flexibilität, um Volumenänderungen
des Treibsatzes aufzufangen.
genügende Flexibilität, um Volumenänderungen
des Treibsatzes aufzufangen.
Diesen Forderungen entsprach ein als Wärmeschutz — auch in der Raumfahrt — bewährtes, aus
Aluminiumoxid Und Siliciumdioxid bestehendes, lockeres,
weißes Keramikfaser-Material aus Fasern mit einem Durchmesser bis zu ΙΟμηΊ. Dieses chemisch
inerte, hochtemperaturbeständige Fasermaterial liegt in Form von Matten oder Vliesen vor.
Keramikfasern zur Inhibierung von Treibsätzen vom Stirnbrennertyp mit Langzeitabbrand, insbesondere für
Gasgeneratoren, in einer eine oder mehrere Wicklungen um den Treibsatz aufweisenden, mittels eines
inhibierenden Zwei-Komponenten-Klebstoffs untereinander und mit dem Treibsatz verbundenen Schicht
verwendet Die Inhibierung wird in der Weise auf den Treibsatz aufgebracht, daß den Abmessungen des
Treibsatzes entsprechende Abschnitte von Matten oder Vliesen aus Keramikfasern mil einem inhibierenden
Zwei-Komponenten-Klebstoff beschichtet und auf den Treibsatz in einer oder mehreren Wicklungen durch
Aufrollen aufgebracht mit einer vorgespannten Gummimatte umwickelt und bei Temperaturen zwischen ca.
20 und ca. 70° C ausgehärtet werden, worauf die
Gummimatte entfernt und überstehnde Stücke der Inhibierung beseitigt werden.
Zweckmäßig wird der Treibsatz vor Aufbringen der Wicklungen mit dem gleichen Zwei-Komponenten-Klebstoff
beschichtet
Als inhibierender Zwei-Komponenten-Klebstoff wird eine anorganische oder organische Füllstoffe enthaltende
Mischung aus hydroxylterminiertem oder carboxylterminiertem
Polybutadien oder Polyester als Binder und Isocyanaten, Aziridinen oder Epoxiden als Härter,
Alterungsschutzmitteln wie Phenyl-/?-naphthylamin und
Beschleunigern wie Eisenacetylacetonat verwendet. Die anorganischen Füllstoffe können z. B. aus Kaolin,
Lithopone (ZnS+ BaSO4). Asbestmehl und TiO2 bestehen;
als organische Füllstoffe sind z. B. Hostaform (Acetalpolymerisat auf Basis Trioxan) oder Delrin
(Polyoxymethylen) geeignet
Die Inhibierung findet vorzugsweise Anwendung für Ammoniumnitrat-Treibstoffe, deren Binderkomponente
aus hydroxyl- oder Carboxylterminiertem Polybutadien
oder Polyester, auch Polyäther, z. B. Polypropylenglykol,
besteht, das mit Isocyanaten, Aziridinen oder Epoxiden vernetzt wird. Ferner enthalten die Treibstof- ^
fe Kühlmittel wie Ammoniumoxaiat oder Dicyandiamid, übliche Weichmacher und Abbrandmoderatoren wie
Fe3O], Miloriblau, Chromate bzw. Dichromate. Sie
besitzen folgende Rahmenrezeptur:
Gew.-%
Die Aushärtung des Treibstoffs wird in üblicher Weise 14 Tage bei 50° C vorgenommen.
Die Inhibierung ist aber auch für Treibsätze aus doppelbasigem (sog. DB-) Treibstoff geeignet Für
diesen Treibstoff wird folgende Rahmenrezeptur genannt:
(ca. 12^ bis 12^% N)
Nitroglycerin
Weichmacher
Stabilisator
Abbrandmoderatoren
Preßhilfen
Nitroglycerin
Weichmacher
Stabilisator
Abbrandmoderatoren
Preßhilfen
Gew.-%
44 bis 60
28 bis 47
28 bis 47
Ibis 12
2 bis 5
2 bis 5
0,1 bis 1,2
Für das Vorbereiten und Aufbringen der erfindungsgemäßen Inhibierung wird folgendes Beispiel beschrieben.
Eine aus Keramikfasern bestehende Matte wird den Dimensionen des Treibsatzes (z. B. 90 mm χ 50 mm 0)
entsprechend (660 χ 100 mm) zugeschnitten und mindestens 16 Stunden bei 800C vorgetrocknet Die
vorbereitete, vorgetrocknete Keramikfaser-Matte wird auf einer Polyesterfolie (zum Schutz des Arbeitsplatzes
gegen Verschmutzung) ausgebreitet und der Zwei-Komponenten-Kleber, der die nachfolgend als Beispiel
genannte Zusammensetzung besitzt serpentinenartig
im dünnen Strahl aufgegossen und verteilt
Gew.-%
Hydroxylterminiertes | 67,82 |
Polybutadien | 0,01 |
Fe(IH)-acetylacetonat | 0,70 |
PhenyI-/?-naphthylamin | 25,00 |
Kaolin | 6,45 |
Hexamethylendiisocyanat | 0,02 |
Acetylaceton | |
100,00
Die Menge des Klebers richtet sicä naturgemäß nach
den Dimensionen der zu beschhhtenden Matte, beträgt aber etwa 10% des Gewichtes des ; r inhibierenden
Treibsatzes. Die Matte wird auf den auf seiner Längsseite ebenfalls mit der vorgenannten Mischung
versehenen Treibsatz mit Hilfe einer Wickelvorrichtung unter leichtem Druck und gleichmäßiger Rollbewegung
glatt anliegend aufgewickelt In gleicher Weise können weitere Wicklungen aufgebracht werden, wobei ein
Laminat einer Schichtdicke bis zu 5 mm erhalten werden sollte. Bei einer Schichtdicke des Keramikfaser-Materials
von ca. 0,5 mm können also — die Klebstoffschicht eingerechnet — bis zu zehn Wicklungen
erforderlich sein.
Zum Anpressen dieser Wicklungen wird eine auf 560 χ 100 mm zugeschnittene Gummimatte mit einem
Ende in die an der Wickelvorrichtung vorgesehene Halterung eingespannt, das freie Ende durch kräftigen
Zug vorgespannt und unter Beibehaltung dieser Spannung um den beschichteten Treibsatz gewickelt
und z.B. mit Hilfe eines Klebebandes fixiert Das Bodenteil des Treibsatzes wird ebenfalls mit dem
inhibierenden Zwei-Komponenten-Kleber etwa 3 bis 4 mm stark beschichtet und bei 600C in vertikaler
Position bei 16 bis 20 Stunden ausgehärtet Nach beendeter Härtung entfernt man die Gummimatfe und
die überstehenden Teile der Inhibierung an der Stirnseite des Treibsatzes.
ίο Beim Abbrand der Treibstoffe wurden Feststoffpartikel-
(d. h. Oxid- und Rußabscheidung) und Temperaturmessungen durchgeführt Da die Rußabscheidung
temperaturabhängig ist, wurde eine Versuchsanordnung gewählt, die von den zur Zeit in der Entwicklung
ι? stehenden Systemen abweicht Die Messungen wurden
nach Expansion auf 1 bar, d.h. hinter der Düse, vorgenommen. Dabei diente ein mit Quarzwolle
gefülltes Filter als Feststoff- bzw. Rußabscheider. Die Temperaturmessung erfolgte im Generatorgas nach
Passieren des Filters. Anhand des Temperaturveriaufs, des Massenflusses und des Brennkammerdruckes wurde
der theoretisch mögliche Rußanteil mit Hilfe eines Computerprogramms berechnet Hierbei mußte der
durch die Inhibierung hinzukommende Ruß- bzw. Feststoffanteil außer acht gelassen werden. Die
Tabelle 1 zeigt die für drei Treibstofftypen erhaltenen Versuchsergebnisse. Spalte 6 zeigt den Gesamtfeststoffanteil
pro 530 g Treibsatz bei den untersuchten Treibstoffen, wie er experimentell durch Zurückwiegen
jo des Filters erhalten wurde. Da sich der Gesamtfeststoffgehalt
aus Abbrandmoderator, Füllstoff des Zwei-Komponenten-Klebstoffs und Ruß zusammensetzt, wurde
mittels Computer die Art und Menge des Metalloxids ermittelt (Spalte 7). Dabei ergibt sich einheitlich FejO4,
)"> wenn entweder Miloriblau oder FejO3 als Abbrandmoderator
in den Treibstofftypen verwendet wurde. Durch Differenzbildung vom Gesamtfeststoffgehalt
(Spalte 6) und Abbrandmoder?.torge;.i>U (Spalte 7)
wurde der Gehalt an Feststoffpartikel und Ruß (Spalte
8) erfaßt. Einzelwerte und Mittelwerte der Versuchsreihe
pro Treibstofftyp sind der Tabelle I zu entnehmen.
Da bei Gasgenerator-Treibstoffen auf Basis Ammoniumnitrat niedere Verbrennungstemperaturen (ca.
1400° K) und damit langsamere Reaktionsgeschwindig-
« keiten vorliegen, stellen die unter Voraussetzung von
Gleichgewichtsreaktionen berechneten Werte nur obere Grenzwerte dar. Die experimentell erhaltenen Werte
zeigen, daß die Inhibierung — wenn überhaupt — nur unwesentlich zur Feststoffpartikel- und Rußbildung
ίο beiträgt.
Abbrandversuche und Bestimmung des FeststofTgehalts bei Gasgeneratortreibsätzen auf Basis Ammoniumnitrat
I 2
TreibslolT-Type Nr.
3
Druck
Druck
Pm
(bar)
4 5
Brennzeit r
la
(S)
(mm/s)
Feststoff
gefunden
gefunden
g/530 g FTS
8 9
ι berechn. Ruß gefunden Ruß berechn.
g/530 g FTS g/530 g FTS g/530 g ITS
NB 400 003
99,5
101,9
87,0
82,2
67,5
101,9
87,0
82,2
67,5
57,90
58,50
61,75
65,40
64,75
58,50
61,75
65,40
64,75
1,73
1,71
1,62
1,52
1,55
1,71
1,62
1,52
1,55
Mittelwert
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
0,82
5,68
3,18
4,18
3,68
4,68
3,18
4,18
3,68
4,68
7,67
0,82
4.28
2 | 5 | 3 | 4 | 26 | 5 | 33 652 | 7 | 6 | 8 | 9 | |
Fortsetzung | Nr. | Druck | Brennzeit | r | FejC>4 berech n. | Ruß gefunden | Ruß berechn. | ||||
I | Pm | ι« | 6 | ||||||||
Treibstoir-Type | (bar) | (S) | (mm/s) | Feststoff | g/530 g FTS | g/530 g FTS | g/530 g FTS | ||||
1 | Hl | 131,6 | 0,76 | gefunden | 2,55 | 5,45 | - | ||||
2 | 75,7 | 101,5 | 0,98 | g/530 g FTS | 2,55 | 7,15 | - | ||||
NB 400 013 | 3 | 85,3 | 100,8 | 0,99 | 8,0 | 2,55 | 5,45 | - | |||
4 | 105,65 | 954 | 1,05 | 9,7 | 2,55 | 3,45 | - | ||||
8 | 32,58 | 135,4 | 0,74 | 8,0 | 2,55 | 6,45 | 10,40 | ||||
6,0 | 2,55 | 5,59 | |||||||||
6 | 171,4 | 63,45 | 1,57 | 9,0 | 2,48 | 1,52 | 11,43 | ||||
Mittelwert | 7 | 73,2 | 61,0 | 1,64 | 8,14 | 2,48 | 1,52 | 12,39 | |||
NB 400 017 | 8 | 67,5 | 62,8 | 1,59 | 4,00 | 2,48 | 1,52 | 13,85 | |||
4,0 | 2.48 | 1.52 | |||||||||
4,0 | |||||||||||
Mittelwert | 4.0 | ||||||||||
Bei Ammoniumnitrat-Treibsätzen können sich bekanntlich in den ballistischen bzw. mechanischen
Eigenschaften infolge der Phasenumwandlung von Ammoniumnitrat Änderungen ergeben. Die durch diese
Phasensprünge bedingten, erheblichen Volumenkontraktionen bzw. Volumenvennehrungen können sich auf
die Inhibierung bzw. auf die Haftung zwischen Inhibierung und Treibsatz auswirken. Deshalb wurden
einige mit der Inhibierung umwickelte Treibsätze einem Temperaturzyklisierungsprogramm unterworfen, wobei
die Phasenumwandlungspunkte (—18° bzw. 35 bis 45° C)
bie jedem Zyklus je zweimal durchlaufen wurden. Der Zeitplan für die Temperaturwechsellagerung wird
anschließend schematisch dargestellt
+ 50"C
X | : 6 Std. . | + 200C | X | Zyklus | -400C | + 20"C | |
+ 200C | 6 Std. | 6 Std. | 6 Std. | ||||
6Std. | |||||||
I | |||||||
20°C abgebrannt Zum Vergleich wurde ein nicht dem Zyklus unterworfener Treibsatz abgebrannt
Treibsatz
Nr.
Nr.
Anzahl der
Zyklen
Zyklen
(bar)
(S)
(mm/s)
1 | 8 | 75,3 | 60,10 | ,66 |
2 | 8 | 80,6 | 58,60 | ,71 |
3 | 21 | 79,4 | 57,90 | ,73 |
4 | 21 | 81,1 | 58,05 | ,72 |
Vergleich 0 | 79,9 | 59,60 | ,58 |
x bedeutet, daß an dieser Stelle eine Phasenumwandlung stattfindet.
In der folgenden Tabelle H sind die Abbrandergebnisse
von wechseltemperaturgelagerten Ammoniumnitrat-Treibsätzen wiedergegeben. Die Treibsätze 1 und 2
wurden nach acht Temperaturzyklen, die Treibsätze 3 und 4 nach 2! Temperaturzyklen entnommen und bei
Es ist erkennbar, daß die Ergebnisse ausgezeichnet übereinstimmen.
Die Uniersuchurgen zeigen, daß die Inhibierung
einen rußfreien Abbrand besitzt und so flexibel ist, daß auch bei den den bekannten Phasemimwandlungen
unterworfenen Ammoniumnitrat-Treibstoffen die Haftung zwischen Treibsatz und Inhibierung erhalten bleibt.
Analoge Untersuchungen wurden auch für doppelbasige Treibstoffe durchgeführt Nachdem schon bei den
Ammoniumnitrat-Treibstoffen nachgewiesen wurde, daß die Inhibierung keinen Anteil zum Ruß- bzw.
Feststoffgehalt im Abgas beiträgt, galt es hier vor allem festzustellen, ob ein neutraler Abbrand (d. h. mit
Kastendiagramm ohne Druckspitzen) zu erreichen ist und ob die Inhibierung aufgrund der wesentlich höheren
Verbrennungstemperaturen (ca. 2000° K) erhalten bleibt. Hierbei werden vollauf befriedigende Ergebnisse
erhalten. So ist die Isolierung nach dem Ausbrand des Treibstoffs unversehrt erhalten. Das Druckdiagramm
zeigt keinen Druckanstieg während des Abbrandes, d. h., es kommt nicht zu dem bei doppelbasigen Treibstoffen
gefürchteten konischen Abbrand.
Die Inhibierung ist auch für Treibsätze mi; Innenbrenner-Konfiguration
geeignet.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung von Matten oder Vliesen aus Keramikfasern zur Inhibierung von Treibsätzen vom Stirnbrennertyp mit Langzeitabbrand, insbesondere für Gasgeneratoren, in einer eine oder mehrere Wicklungen um den Treibsatz aufweisenden, mittels eines inhibierenden Zwei-Komponenten-Klebstoffs untereinander und mit dem Treibsatz verbundenen Schicht.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2633652A DE2633652C3 (de) | 1976-07-27 | 1976-07-27 | Inhibierung für Treibsätze |
NO772017A NO143662C (no) | 1976-07-27 | 1977-06-09 | Inhibering for drivladninger. |
FR7720295A FR2359805A1 (fr) | 1976-07-27 | 1977-07-01 | Moyen pour inhiber les charges de propergols solides |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2633652A DE2633652C3 (de) | 1976-07-27 | 1976-07-27 | Inhibierung für Treibsätze |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2633652A1 DE2633652A1 (de) | 1978-02-02 |
DE2633652B2 DE2633652B2 (de) | 1978-05-18 |
DE2633652C3 true DE2633652C3 (de) | 1979-01-25 |
Family
ID=5984022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
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-
1976
- 1976-07-27 DE DE2633652A patent/DE2633652C3/de not_active Expired
-
1977
- 1977-06-09 NO NO772017A patent/NO143662C/no unknown
- 1977-07-01 FR FR7720295A patent/FR2359805A1/fr active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO772017L (no) | 1978-01-30 |
FR2359805A1 (fr) | 1978-02-24 |
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NO143662B (no) | 1980-12-15 |
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