DE3006475C2 - Treibstoff für Base-Bleed-Gasgeneratoren, Verfahren zu seiner Herstellung sowie zur Herstellung eines Treibsatzes aus diesem Treibstoff - Google Patents
Treibstoff für Base-Bleed-Gasgeneratoren, Verfahren zu seiner Herstellung sowie zur Herstellung eines Treibsatzes aus diesem TreibstoffInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Treibstoff für Base-Bleed-Gasgeneratoren,
also Generatoren mit einer gaserzeugenden Ladung zur Reichweitensteigerung, mit ein- oder mehrkörnigen oder pulverförmigen Feststoffen,
von denen wenigstens einer ein Oxidator ist und mit einem Polymer-Binder eingesetzt wird. Ferner bezieht
sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Hersteilung des Treibstoffs und ein Verfahren zur Herstellung eines
Treibsatzes aus diesem Treibstoff.
Unter Base-Bleed-Gasgeneratoren werden Generalmotoren
verstanden, die zur Reichweitensteigerung bei Geschossen eingesetzt werden, ohne daß die Geschosse
aktiv beschleunigt werden.
Um bei Geschossen von Artilleriegeschützen, beispielsweise
bei einem 175-mm-Geschoß eine größere Reichweite zu erhalten, wird am Boden des Geschosses
ein Treibsatz in einer Kammer angebracht. Dieser Treibsatz bewirkt eine Nachbeschleunigung des Geschosses.
Nachteilig bei einem solchen nachbeschleunigten Treibsatz ist, daß die Nachbeschleunigung eine Verschlechterung
des Schußbildes durch eine größere Streuung bewirkt. Außerdem erhöht sich das Gewicht
des Geschosses erheblich durch die unter dem Geschoß befindliche Raketenbrennkammer, wodurch in bezug
auf die eingesetzte Energie nur eine unterproportionale Reichweitenerhöhung erzielt wird.
Da außerdem aus ballistischen Gründen die Länge eines derartigen Geschosses nicht wesentlich gesteigert
werden kann, wird aufgrund des durch einen Geschoßtreibsatz beanspruchten großen Volumens der Nutzraum
des Geschosses verringert. Auch ist ein solcher aktiver Beschleunigungstreibsatz recht kompliziert und
erfordert daher einen großen Aufwand.
Aufgrund dieser Nachteile und der Tatsache, daß keine aktive Beschleunigung mit hoher Leistung erforderlich
ist, um schon eine ausreichende Reichweitenerhöhung zu erzielen, beschränkt man sich zur Reichweitenvergrößerung
auf sog. Base-Bleed-Generatoren. Bei diesen tritt das Verbrennungsgas nur mit einem leichten
Überdruck von 0,01 bis 2 MPa im Brennraum aus dem Geschoß aus. Die Abbrandgeschwindigkeit liegt zwischen
0,5 und 5 mm/sec. Hierbei wird keine aktive Beschleunigung des Geschosses mehr erreicht. Nachdem
das Geschoß das Geschützrohr verlassen hat, wird der Treibsatz des Gasgenerators gezündet und die austretenden
Gase füllen lediglich das sich beim Flug am Ge-
schoßboden bildende Vakuum auf. Dieses Vakuum verursacht an sich Rückhaltekräfte, die die Reichweite eines
Geschosses vermindern. Durch das Auffüllen dieses Vakuums mit den am Geschoßboden ausströmenden
Gasen wird eine weitgehende Aufhebung der Rückhaitekräfte erreicht, so daß das Geschoß weiter fliegen
kann, wobei mit einem gegenüber aktiven Treibsätzen geringerem Aufwand etwa gleiche Reichweitensteigerungen
von etwa 30% erreicht werden. Dadurch, daß keine aktive Beschleunigung des Geschosses vorgenommen
wird, sondern lediglich das sich hinter dem Geschoß biidende Vakuum aufgefüllt wird, erreicht man
im Vergleich zu einem Raketengeschoß ein besseres Trefferbild.
Derartige Base-Bleed-Generatoren sind in der BE-PS 83 49 03 beschrieben. Üblicherweise können die Treibstoffe
für solche Base-Bleed-Gasgeneratoren nur in Form blockförmiger Festkörper, also insbesondere als
fertigeJTreibstoffe n^rftt lagerfähig sind. Die Herstellung
solcher Treibsätze von Base-Bieed-Gasgeneratoren geschieht bekanntermaßen wie folgt: Ein Oxidator, beispielsweise
Ammoniumperchlorat sowie ggfls. weitere Feststoffe, wie Aluminium als Brennstoff od. dgl, werden
mit einem Binder in flüssiger Form, beispielsweise Polybutadien, zu einer zähflüssigen Masse vermischt,
anschließend, ggfls. unter Zugabe eines Härters, vergossen und schließlich bei 50 bis 8O0C über 4 bis 7 Tage
gehärtet.
Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren, daß der Rohtreibstoff aus Binder und Oxidator nicht auf Vorrat
herstellbar ist, da sich einerseits die Suspension wieder entmischt, andererseits die Gefahr des Aushärtens besteht.
Darüberhinaus ist es herstellurrgsmg-.ig umständlich,
kleine Ladungen durch Eingießen der zähflüssigen Massen in Formen für kleinere Treibsätze zu erzeugen.
Daher muß in umständlicher Weise der Treibstoff in großen Blöcken vergossen werden, aus denen schließlich
durch Schneiden und Drehen die Treibsätze in die entsprechende Form gebracht werden.
Es ist weiterhin bekannt (US-PS 39 54 526), das feinpulvrige Oxidationsmittel (z. B. Ammoniumperchlorat,
einer Treibstoffzusammensetzung anläßlich seiner Herstellung mit einem Prepolymerüberzug zu versehen, um
das Kristallwachstum zu blockieren und Agglomerationen zu vermeiden. Dadurch soll die Abbrandgeschwindigkeit
des Treibsatzes erhöht werden. Der Treibsatz selbst wird aber im übrigen nach dem vorgenannten
Gießverfahren mit den ihm eigenen Nachteilen hergestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der genannten Nachteile einen Treibstoff vorzuschlagen,
der problemlos lagerfähig, als Zwischenprodukt handelsfähig ist und zu beliebigen Treibsätzen weiterverarbeitet
werden kann.
Ausgehend von dem eingangs genannten Treibstoff wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Binder ein
thermoplastisch verformbares Elastomer in Form eines Dreiblock-Copolymers ist und daß der Treibstoff in
Granulatform vorliegt, bei dem die Feststoffteilchen mit dem Binder überzogen sind, wobei vorzugsweise das
Dreiblock-Copolymer ein Butadien-Styrol-Copolymer mit regelmäßiger Anordnung der Butadien und Styrolgruppen
ist. Ein solches Treibstoffgranulat läßt sich problemlos und platzsparend lagern und zu einem beliebigen
Treibsatz weiterverarbeiten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung des vorgenannten Treibstoffs
vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß als Polymer-Binder ein thermoplastisch
verformbares Elastomer in Form eines Dreiblock-Copolymers verwendet, dieses mit Lösungsmitteln
versetzt und mit dem Feststoff intensiv gemischt und durch Entfernen des Lösungsmittels auf dem Feststoff
unter Bildung eines Granulats abgesetzt wird.
Schließlich lassen sich aus den erfindungsgemäß^n Treibstoffen dadurch Treibsätze herstellen, daß der granulatförmige
umhüllte Treibstoff unter erhöhter Temperatur geformt und der Formkörper anschließend isoliert
wird.
Erfindungsgemäß werden also die Feststoffe in thermoplastisch verformbare Dreiblock-Copolymere eingebettet,
in diesem Zustand gelagert und bei Bedarf aufgrund der thermoplastischen Verformbarkeit dieser Polymere
dann unter erhöhter Temperatur in beliebige Formen gepreßt.
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erreicht: Der Treibstoff läßt sich als Granulat auf Vorrat halten.
Die als Ausgangsstoffe vorhandenen Feststoffe lassen sich gut mischen und in einer Lösung des Dreiblock-Copolymers
problemlos verteilen, so daß auch eine einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Treibstoffe
möglich ist Ferner ist die Weiterverarbeitung zum geformten Treibsatz ohne Sphwierigkeiten möglich. Eine
Veränderung der Verteilung der Feststoffe, also insbesondere von Oxidator, Brennstoff und Binder, wie dies
durch die Entmischung beim Gießverfahren mit flüssigen Bindern nach dem Stand der Technik möglich ist,
kann hier nicht eintreten, da bei der Verarbeitung des erfindungsgemäßen Treibstoffs in Granulatform durch
Pressen zum Treibsatz keine Sedimentation stattfindet. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Dreiblock-Copolymer
ein Butadien-Styrol-Polymer in regelmäßiger Anordnung. Dieses Polymer läßt sich am besten mit
Lösungsmitteln, wie Trichlorethan oder Trichlorethen verarbeiten. Das Lösungsmittel kann unter Vakuum
durch Verdunstung abgezogen werden, wobei sich das Dreiblock-Copolymer auf den Feststoffpartikeln, also
insbesondere den Oxidatorpartikeln absetzt. Stattdesst-n
kann das Polymer auch durch Zugabe eines Nichtlösungsmittels auf dem oder den Feststoffen ausgefällt
und das verbleibende Lösungsmittel/Nichtlösungsmittel-Gemisch abgesaugt werden. Hier wird also zuerst
eine Ausfällung in der Suspension erreicht, wobei sich das Polymer auf den Feststoffen absetzt. Erst anschließend
wird das Lösungsmittelgemisch entfernt, wobei dies durch Absaugen über eine Nutsche erfolgen kann.
Als Nichtlösungsmittel kann beispielsweise Azeton verwendet werden.
Zur Steuerung der Abbrandgeschwindigkeit können neben dem Oxidator, wie Ammoniumperchlorat oder
Ammoniumnitrat energiereiche Feststoffkomponenten zur Bildung eines Feststoffgemischs hinzugefügt werden.
Als solche kommen z. B. Nitroguanidin, Guanidinnitrat, Hexogen, Oktogen und Pentaerythrit-tetra-nitrat
in Frage. Neben Abbrandmoderatoren und Stabilisatoren, die an geeigneter Stelle des Verfahrensablaufs der
Mischung zugegeben werden, können dem Binder noch Weichmacher zugesetzt werden, wobei sich Trioctylphosphat
als geeignet erwiesen hat.
Die Mischung sämtlicher Komponenten in der Lösung wird vorteilhafterweise bei erhöhter Temperatur
vorgenommen, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß die Enddurchmischung bei etwa 8O0C durchgeführt
wird.
Um das Lösungsmittel vollständig aus dem verbleibenden Granulat zu entfernen, kann dieses vorteilhaf-
Treibsätze eingeset
di ^ nicht, ge form ti η
di ^ nicht, ge form ti η
:t, werden.
5
terweise noch getrocknet werden, wobei diese Track- eine Abbrandgeschwindigkeit von 2,11 :rm/p/s, bei
nung solange erfolgt bis die flüchtigen Bestandteile un- 0,89 MPa eine Abbrandgeschwindigkeit von 3,0 mm/p/s
ter 0,1 % liegen. und bei 1,37 MPa eine Abbrandgeschwindigkeit von
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfin- 3,4 mm/p/s gemessen,
dung erläutert: 5 Die maximale Zugfestigkeit eines erfindungsgemäß
Es werdem 550 g Ammoniumperchlorat als Oxidator hergestellten Treibsatzes beträgt bei 200C und einer
und 250 g Nitroguanidin als Zusatzbrennstoff sowie zur Vorschubgeschwindigkeit von 50 m/p/s 0,51 N/mm2 und
Regulierung dar Abbrandgeschwindigkeit, die beide in die zugehörige Dehnung liegt bei über 150%. Die Üich-Granulatform
vorliegen, in einem Duplex-Horizontal- te des erfindungsgemäßen Treibstoffs in einem bei
mischer gemischt Dieser Feststoffmischung wird eine io bis 1400C unter einem Druck von 20 bis 50 MPa gepreß-10%ige
Lösung von Butadien-Styrol-Copolymer in Tri- ten Treibsatz bet.ägt etwa !,52 g p/cm3,
chlorethan zugegeben, wobei die Copolymermenge etwa 180 g betrügt Die Feststoffe und die 10%ige Butadien-Styrol-Copolymerlösung
werden intensiv vermischt Dieser Suspension werden sodann 20 g Trioctylphosphat als Weichmacher zugegeben. Die Suspension
wird bei auf etwa 80cC erhöhter Temperatur weiter
gemischt und das Lösungsmittel durch Vakuum zum Verdunsten gebracht und abgezogen.
Alternativ zum Abziehen des Lösungsmittels unter
Vakuum kann eine ausreichende Menge vo.i Azeton als Nichtlösungsmittel der Lösungsmischung pugegeben
werden, wodurch das gelöste Butadien-Styrol-Copolymer zum Ausfällen auf den Feststoffen gebracht wird.
Anschließend wird dann das Trichlorethan/Azeton-Gemisch von den Feststoffen durch Absaugen auf einer
Nutsche getrennt
,In beiden Fällen bleibt ein Granulat zurörk, bei dem
die einzelnen Granulatkörner mit einer Hülle des Butadien-Styrol-CopoIymerbinders
überzogen sind.
Verbleibende Lösungsmittelreste werden dadurch ausgetrieben, daß das Granulat mit dem Copolymerüberzug
über 12 Std. bei einer Temperatur von etwa 50° getrocknet wird. Diese Trocknung wird bei den Mengen
des Ausführungsbeispiels in einem Lacktrockenschrank durchgeführt. Nach dieser Trocknung beträgt der Anteil
der flüchtigen Bestandteile weniger als 0,1%.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Treibstoffs, besteht also aus einem Granulat, bei dem
Feststoffkomponenten wie Ammoniumperchlorat als Oxidator und Nitroguanidin als Zusatzbrennstoff sowie
Abbrandmoderatoren mit einer Hülle von Butadien-Styrol-Copolymer als Binder sowie einem geringen Anteil
an Trioctylphosphat als Weichmacher umgeben sind. Die einzelnen Komponenten liegen im Feststoffgranulat
mit folgenden Anteilen vor: Ammoniumperchlorat 55%, Nitroguanidin 25%, Trioctylphosphat 2%
und Butadien-Styrol-Copolymer 18%.
Der vorgenannte Treibstoff kann zu Treibsätzen dadurch weiterverarbeitet werden, daß das Granulat in
eine Form gefüllt und darin unter erhöhter Temperatur verpreßt wird. Entweder befindet sich in der Form
schon eine Isolierhülle für den Treibsatz oder aber diese wird nachträglich durch Beschichten auf den Treibsatz
aufgebracht. Ein solcher Treibsatz weist beispielsweise eine Länge von 130 mm, einen Durchmesser von 120 cm
und einen Zentralkanal mit einem Durchmesser von 433 mm auf, wobei der Zentralkanal dazu dient, die
beim Abbrand, der von diesem Zentralkanal ausgeht, entstehenden Gase geordnet aus dem Treibsatz abzuleiten.
Der Treibsatz kann dabei in Form zweier Halbzylinder vorliegen, die jeweils eine Längsausnehmung mit
halbkreisförmigem Querschnitt aufweisen, so daß beim Zusammensetzen zweier Halbzylinder im Generatormotor der Zentralkanal entsteht. Ein solcher Treibsatz.
für einen Base-Bleed-Gasjenerator kann so ausgelegt
werden, daß sich bei Abbrandversuchen folgende Werte ereeben: Bei einem Gasdruck von etwa 0.11 MPa wurde
Claims (18)
1. Treibstoff für Base-Bleed Gasgeneratoren, also Generatoren mit einer gaserzeugenden Ladung zur
Reichweitensteigerung, mit ein- oder mehrkörnigen oder pulverförmigen Feststoffen, von denen wenigstens
einer ein Oxidator ist, und mit einem Polymer-Binder, dadurch gekennzeichnet, daß der
Binder ein thermoplastisch verformbares Elastomer in Form eines Dreiblock-Copolymers ist und daß der
Treibstoff in Granulatform vorliegt, bei dem die Feststoffteilchen mit dem Binder überzogen sind.
2. Treibstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiblock-Copolymer ein Butadien-Styrol-Copolymer
mit regelmäßiger Anordnung der Butadien und Styrolgruppen ist
3. Treibstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß neben dem Oxidator energiereiche Feststoffkomponenten und/oder Weichmachcr-
und/oder Stabilisatoren vorhanden sind.
4. Verfahren zur Herstellung eines Treibstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Polymer-Binder ein thermoplastisch verformbares Elastomer in Form eines Dreiblock-Copolymers
verwendet, dieses mit Lösungsmitteln versetzt und mit dem Feststoff intensiv gemischt
und durch Entfernen des Lösungsmittels auf dem Feststoff unter Bildung eines Granulats abgesetzt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiblock-Copolymer ein Styrol-Butadien-Styrol-Polymer
in regelmäßiger Anordnung ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiblock-Copolymer in
Form einer 10%igen Lösung mit den Feststoffen vermischt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel
unter Vakuum durch Verdunstung abgezogen wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere
Feststoffe zum Oxidator energiereiche Feststoffe zur Bildung eines Feststoffgemischs hinzugefügt
werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abbrandmoderatoren
beigefügt werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vermischen der Feststoffe und des gelösten Dreiblock-Copolymers
zur Suspension Weichmacher hinzugegeben werden.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin chemische Stabilisatoren hinzugefügt werden.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Enddurchmischung bei erhöhter Temperatur durchgeführt
wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Enddurchmischung bei etwa 800C durchgeführt wird.
14. Ve- fahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen des Lösungsmittels durch Abziehen oder
Absaugen das Granulat bei weiter erhöhter Temperatur getrocknet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Feststoffgranulat solange getrocknet wird, bis es einen Anteil von weniger als 0,1 °/o an
flüchtigen Bestandteilen aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trocknung bei etwa 50° C durchgeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung über etwa 12 h durchgeführt wird.
18. Verfahren zum Herstellen von Treibsätzen aus
einem Treibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der granulatförmige
umhüllte Treibstoff unter erhöhter Temperatur geformt und der Formkörper anschließend isoliert
wird.
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