DE3342377C2

DE3342377C2 -

Info

Publication number: DE3342377C2
Application number: DE19833342377
Authority: DE
Inventors: Karlheinz 3202 Hermannsburg De Reinelt; Wolfram Dipl.-Phys. Dr. 4000 Duesseldorf De Witt
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1983-03-04
Filing date: 1983-11-24
Publication date: 1990-11-08
Also published as: DE3342377A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigtreibstoff zur Erzeu gung von Treibgasen in Rohrwaffen.The invention relates to a liquid fuel for production generation of propellant gases in barrel weapons.

Unter dem Aktenzeichen P 33 07 730.4 ist eine Patentanmel dung über eine mit Flüssigtreibstoff antreibbare Rohrwaffe vorgeschlagen worden, die sich für einen funktionssicheren Dauerbetrieb eignet und beim Einsatz von beispielsweise monergolen Flüssigtreibstoffen eine vollständige Treibstoff umsetzung bei einem gleichförmigen Abbrandverhalten ermög licht. Der Einsatz von reinen Flüssigtreibstoffen kann je doch auch bei dieser Rohrwaffe unbeabsichtigte Gasdruck oszillationen während des Schußablaufes verursachen, die auch von weiteren Flüssigtreibstoffen, beispielsweise durch den Einsatz von mikroverkapseltem Flüssigtreibstoff im flüssigen Treibstoff nur unwesentlich verbessert wird.A patent application is filed under file number P 33 07 730.4 via a barrel weapon that can be driven with liquid fuel been proposed, which is for a reliable Suitable for continuous operation and when using, for example monergolic liquid fuels a full fuel implementation with a uniform combustion behavior possible light. The use of pure liquid fuels can vary but even with this barrel weapon, unintended gas pressure cause oscillations during firing that also of other liquid fuels, for example through the use of microencapsulated liquid fuel is only slightly improved in the liquid fuel.

Des weiteren ist zu beachten, daß bei Flüssigtreibstoffen innerhalb einer Rohrwaffenbrennkammer eine Änderung der brennenden Oberfläche zur Änderung der Abbrandcharakte ristik, insbesondere zur Änderung der Reaktionsgeschwindig keit und somit zur Änderung der Abbrandzeit nicht in einer definierten Weise zu realisieren ist, so daß unterschied liche waffen- und geschoßspezifische Anforderungen, wie sie beispielsweise bei Festtreibstoffen durch Änderung der Pulverform und proportionale Änderung der Pulverober fläche erzielbar sind, nur begrenzt erfüllt werden können.It should also be noted that with liquid fuels a change in the barrel weapon chamber burning surface to change the burning characteristics Statistics, especially for changing the reaction speed and therefore not to change the burn-up time in one defined manner is to be realized, so that difference weapon and projectile specific requirements, such as in solid fuels, for example, by changing the Powder form and proportional change in the powder top area can be achieved, can only be met to a limited extent.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Treibmittelbrennkammern beispielsweise der eingangs genannten Rohrwaffe Flüssig treibstoffe bereitzustellen, mit denen neben einer voll ständigen Umsetzung ein in der Abbrandgeschwindigkeit der jeweils waffen- und geschoßspezifischen Anforderungen entsprechenden Abbrandzeit angepaßter weitgehendst oszil lationsfreier sowie plateauartiger Gasdruckverlauf reali sierbar ist.The object of the invention is for propellant combustion chambers for example, the liquid weapon mentioned above to provide fuels with which in addition to a full constant implementation in the burn rate of the weapon and projectile specific requirements corresponding to the burn-off time largely adapted to oscil Lation-free and plateau-like gas pressure curve reali is sizable.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentan spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.The task is solved by the features of the patent Proposition 1. Advantageous further training comes from the Sub-claims emerge.

Die Erfindung wird anhand von Diagrammen des näheren er läutert.The invention is based on diagrams of the closer he purifies.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 in einem Druck- Zeit-Diagramm einen Gasdruck verlauf eines reinen monergolen oder nicht hypergolen Flüssigtreibstoffs mit Oszillation; Figure 1 in a pressure-time diagram of a gas pressure of a pure extending monergolen or not hypergolic liquid propellant with oscillation.

Fig. 2 in einem Druck- Zeit-Diagramm einen in der Höhe reduzierten Gasdruckverlauf eines mit einem den Druck und die Abbrandzeit veränder baren Abbrandmoderator inhibierten monergolen oder nichthypergolen Flüssigtreibstoffs; FIG. 2 is a pressure-time diagram of a reduced height in the course of a gas pressure inhibited with the pressure and the time of burning Variegated cash combustion moderator monergolen nichthypergolen or liquid propellant;

Fig. 3 in einem Druck- Zeit-Diagramm zwei in der Höhe reduzierte und weitgehendst oszillationsfreie Gasdruckverläufe verschiedener mit Abbrandmo deratoren und weiteren Zusätzen inhibierten monergolen oder nichthypergolen Flüssigtreib stoffe. Fig. 3 in a pressure-time diagram two reduced in height and largely oscillation-free gas pressure profiles different with Abbrandmo derators and other additives inhibited monergolic or non-hyperglycolic liquid propellants.

Fig. 1 verdeutlicht einen Gasdruckverlauf 1 mit starker Oszillation 2 des Gasdruckes, wie er bei reinen monergolen oder nichthypergolen Flüssigtreibstoffen beispielsweise beim Einsatz in Treibmittelbrennkammern der eingangs ge nannten Rohrwaffe entstehen kann. Fig. 1 illustrates a gas pressure curve 1 with strong oscillation 2 of the gas pressure, as it can occur in pure monergolic or non-hyperglycolic liquid fuels, for example when used in propellant combustion chambers of the barrel weapon mentioned above.

Werden als Grundstoff der monergolen oder nichthypergolen Flüssigtreibstoffe, insbesondere aliphatische Verbindungen vor allem nitrierte Alkane und Nitrate der Alkane mit die Abbrandcharakteristik veränderbaren Additiven inhibiert, so entsteht ein im Gasdruckniveau gedrosselter Gasdruck verlauf 2 entsprechend Fig. 2. Durch die Additive soll ermöglicht werden, daß die Reaktionsgeschwindigkeit der Grundstoffe verändert, insbesondere verlangsamt wird. Als Abbrandmoderatoren zur Änderung der Reaktionsgeschwin digkeit und somit auch des Druckes und der Abbrandzeit wer den mit dem Treibstoff Inhibitoren, vorzugsweise lösbare einwertige Alkohole vor allem Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, Butylalkohol, Isopropylalkohol, Isobutylalkohol, aber auch mehrwertige, insbesondere zweiwertige Alkohole wie Ethyl glykol eingesetzt.If liquid fuels, especially aliphatic compounds, especially nitrated alkanes and nitrates of the alkanes are inhibited with additives that can change the burn-up characteristics, the gas pressure level 2 is reduced as shown in FIG. 2 as a base material for the monergolic or non-hyperglycolic fuels . The additives are intended to make it possible for the Reaction speed of the raw materials is changed, in particular slowed down. As combustion moderators to change the reaction speed and thus also the pressure and the combustion time, the who inhibitors with the fuel, preferably releasable monohydric alcohols, especially methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, but also polyhydric, especially dihydric alcohols such as ethyl glycol used.

Die in Fig. 3 dargestellten Gasdruckverläufe 4, 5 verdeut lichen nicht nur einen im Gasdruckniveau gedrosselten, sondern auch einen weitgehendst oszillationsfreien und kei ne unzulässigen Gasdrucksprünge aufweisenden Gasdruckver lauf, wobei beim Gasdruckverlauf 4 ein ausgeprägtes Pla teau sichtbar werden kann. Dieser weitgehendst oszilla tionsfreie Gasdruckverlauf wird dadurch erzielt, daß der Flüssigtreib stoff und/oder die Inhibitoren gasdruckoszillationsdrosselnde Zusätze als Radikalfänger enthalten, wobei insbesondere die aus 1,4 Dihydroxybenzol, Kupfer (II)-acetylacetonat, 4-tert.- Butylbrenzcatechin, Tetrabutylzinn und aus tertiärem Bu tylperbenzonat bestehenden Zusätze sich bewährt haben.The gas pressure profiles 4, 5 shown in FIG. 3 clarify not only a gas pressure level that is throttled in the gas pressure level, but also a gas oscillation that is largely free of oscillations and has no inadmissible gas pressure jumps, with a pronounced plateau being visible in the gas pressure profile 4 . This largely oscillation-free gas pressure curve is achieved in that the liquid propellant and / or the inhibitors contain gas pressure oscillation-restricting additives as radical scavengers, in particular those consisting of 1,4-dihydroxybenzene, copper (II) acetylacetonate, 4-tert-butylpyrocatechol, tetrabutyltin and the like additives existing tertiary butyl perbenzonate have proven themselves.

Durch Variierung des Grundstoffs als Ausgangsstoff des monergolen oder nichthypergolen Flüssigtreibstoffes und Beimischung von Inhibitoren, wobei der Flüssigtreibstoff und/oder die Inhibitoren oszillationshemmende Zusätze ent halten, ist es vorteilhaft möglich, die von der brennenden Oberfläche abhängige Reaktionsgeschwindigkeit, die Druck höhe bzw. das Druckniveau und die Abbrandzeit zu verän dern sowie einen weitgehendst von Gasdrucksprüngen be reinigten Gasdruckverlauf zu erzielen.By varying the base material as the starting material for the monergolic or nonhypergolic liquid fuel and Addition of inhibitors, being the liquid fuel and / or the inhibitors ent anti-oscillation additives hold, it is advantageously possible by the burning Surface dependent reaction rate, the pressure height or to change the pressure level and the burn-up time and be largely from gas pressure jumps to achieve a purified gas pressure curve.

Beim Einsatz von beispielsweise Isopropylnitrat als Aus gangsstoff des monergolen Flüssigtreibstoffs und Isopro pylalkohol als Inhibitor sowie einem aus Kupfer (II)- acetylacetonat bestehenden Zusatz in Treibmittelbrennkammern der eingangs genannten Rohrwaffe wird ein relativ langer plateauartiger Gasdruckverlauf 4 erzielt, während bei ei nem aus Isopropylnitrat und Nitromethan bestehenden Aus gangsstoff, der mit Isopropylalkohol inhibiert ist undZu sätze aus Kupfer (II)-acetylacetonat enthält, die Reak tionsgeschwindigkeit verkürzt und das Druckniveau ent sprechend dem Gasdruckverlauf 5 erhöht werden kann.When using, for example, isopropyl nitrate as the starting material for the monergolic liquid fuel and isopropyl alcohol as an inhibitor and an additive consisting of copper (II) acetylacetonate in the propellant combustion chambers of the above-mentioned barrel weapon, a relatively long plateau-like gas pressure profile 4 is achieved, while one of isopropyl nitrate and nitromethane existing starting material, which is inhibited with isopropyl alcohol and contains additives from copper (II) acetylacetonate, the reaction speed is shortened and the pressure level can be increased in accordance with the gas pressure curve 5 .

Besonders leistungssteigernd wirkt sich der Flüssigtreib stoff dann aus, wenn der monergole Flüssigtreibstoff aus einem Gemisch von 70 bis 99,5 Gewichtsprozent Isopropyl nitrat und 0,5 bis 30 Gewichtsprozent Inhibitoren be steht und als Inhibitoren 0,5 bis 30 Gewichtsprozent Iso propylalkohol oder bis 30 Gewichtsprozent Isopropylalkohol und ein Zusatz von Kupfer (II)-acetylacetonat zur Anwen dung kommen. Eine ähnliche Leistungssteigerung wird beim Einsatz von nichthypergolem Flüssigtreibstoff dann erzielt, wenn der Flüssigtreibstoff aus einem Gemisch von 60 bis 99,5 Gewichts prozent Nitromethan und 0,5 bis 40 Gewichtsprozent Inhibitoren besteht und als Inhibitoren 0,5 bis 40 Gewichtsprozent Methylalkohol oder bis 40 Gewichtsprozent Methylalkohol und ein Zusatz von Kup fer (II)-acetylacetonat eingesetzt werden.The fluid drive has a particularly performance-enhancing effect material out when the monergolic liquid fuel is out a mixture of 70 to 99.5 weight percent isopropyl nitrate and 0.5 to 30 weight percent inhibitors stands and as inhibitors 0.5 to 30 weight percent iso propyl alcohol or up to 30 percent by weight isopropyl alcohol and an addition of copper (II) acetylacetonate for use come. A similar increase in performance is at Achieved using non-hyperglycol liquid fuel, if the liquid fuel is from a mixture of 60 to 99.5 weight percent nitromethane and 0.5 to 40 weight percent inhibitors and as inhibitors 0.5 to 40 percent by weight methyl alcohol or bis 40 weight percent methyl alcohol and an addition of cup fer (II) acetylacetonate can be used.

Anhand nachfolgend aufgeführter Schußversuche soll bei spielsweise die Leistungssteigerung durch den erfindungs gemäßen Flüssigtreibstoff näher erläutert werden.With the help of the following shot attempts at for example the increase in performance through the invention modern liquid fuel will be explained in more detail.

Die Schußversuche wurden jeweils mit einer Waffe eines Kalibers von 20 mm Durchmesser bei einem Geschoßgewicht von 120 g und einem Verbrennungsraum von 75 cm³ durchge führt. The shot tests were each carried out with a weapon with a caliber of 20 mm in diameter, a bullet weight of 120 g and a combustion chamber of 75 cm ³ .

Beim Einsatz von reinem Flüssigtreibstoff, beispielsweise 60 g reinem Nitromethan wurde ein Gasdruck von 5000 bar und eine Mündungsgeschwindigkeit von 920 m/s erzielt.When using pure liquid fuel, for example 60 g of pure nitromethane became a gas pressure of 5000 bar and achieved a muzzle velocity of 920 m / s.

Demgegenüber wurde beim Einsatz von beispielsweise 70% Nitromethan als Grundstoff des Flüssigtreibstoffes, 29,5% Methylalkohol als Inhibitor und einem Zusatz von 0,5% Kupfer (II)-acetylacetonat bei einem niedrigen waffen schonenden Gasdruck von nur 3000 bar jedoch eine gestei gerte Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses von 1030 m/s erzielt.In contrast, when using, for example, 70% Nitromethane as the base material for the liquid fuel, 29.5% Methyl alcohol as an inhibitor and an addition of 0.5% Copper (II) acetylacetonate on a low weapon gentle gas pressure of only 3000 bar, however, an increase muzzle velocity of the bullet from 1030 m / s achieved.

Die Leistungssteigerung wird insbesondere dadurch erzielt, daß die Inhibitoren und die Zusätze bei einer Dichte des Flüssigtreibstoffgemisches zwischen 0,6 g/cm³ bis 1,4 g/cm³ in der Lage sind, die Umsetzungsreaktion derartig dämpfend zu beeinflussen, daß die Gasdruckoszillation während eines reproduzierbaren Schußverlaufes beherrscht und eine voll kommene Treibstoffumsetzung erzielt werden kann.The increase in performance is achieved in particular in that the inhibitors and the additives, with a density of the liquid fuel mixture of between 0.6 g / cm ³ and 1.4 g / cm ^3, are able to influence the reaction in such a damping manner that the gas pressure oscillation during mastered a reproducible shot course and a perfect fuel conversion can be achieved.

Vor allem werden durch die Inhibitoren und Zusätze die in Fig. 1 in der Gasdruckkurve 1 dargestellten starken Os zillationen 2 des Gasdruckes vermieden, wodurch besonders vorteilhaft bei einer verbesserten Energieausnutzung eine höhere Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses erzielt und weitgehendst eine negative Beeinflussung der Geschoßbe wegung im Rohr vermieden wird.Above all, the strong Os zillationen 2 of the gas pressure shown in Fig. 1 in the gas pressure curve 1 are avoided by the inhibitors and additives, which is particularly advantageous with improved energy utilization achieves a higher initial velocity of the projectile and largely avoided a negative influence on the movement of the projectile in the tube becomes.

Der Flüssigtreibstoff nach der Erfindung zeichnet sich weiter vorteilhaft dadurch aus, daß er sich in einer ge eigneten Treibmittelbrennkammer rückstandsfrei und voll ständig umsetzen läßt, daß er wegen seiner geringen toxi schen Eigenschaften sich weiter vorteilhaft für die Hand habung eignet, und daß er auch in größeren Mengen schnell verfügbar ist.The liquid fuel according to the invention stands out further advantageous from the fact that he is in a ge suitable propellant combustion chamber free of residues and full constantly implement that he because of its low toxi properties are further advantageous for the hand Habung is suitable, and that it quickly in larger quantities is available.

Claims

1. Weapons of liquid fuel for the production of propellant gases in a pipe, characterized in that the liquid fuel consists of at least one monergolic or non-hypergolic liquid fuel with up to 40 percent by weight of the burnable additive, and that the base material is the starting material for the monergolic or non-hypergolic liquid fuel at least one aliphatic compound from the group of nitrated alkanes and / or nitrates of the alkanes.

2. Liquid fuel according to claim 1, characterized characterized in that the aliphatic Compounds from the group of nitrated alkanes preferably from nitromethane, nitroethane, nitropropane, Tetranitromethane and from the group of nitrates Alkanes preferably from propyl nitrate, isopropyl nitrate, Ethyl nitrate, butyl nitrate exist.

3. liquid fuel according to claim 1 or 2, characterized in that the additives of monergolic or non-hyperglycolic Liquid fuel from the printing and the burning time of the liquid fuel changing inhibitors be stand.

4. Liquid fuel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inhibitors monohydric alcohols such as methyl alcohol, Ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol and the like, but also polyhydric, especially dihydric alcohols such as Are ethyl glycol.

5. Liquid fuel according to one of claims 1 to 4, characterized by the following features:

a) the inhibitors and / or the liquid fuel contain gas pressure oscillation-restricting additives;
b) the additives of the inhibitors and / or the liquid fuels are radical scavengers and each consist of 1,4 dihydroxybenzene, copper, (II) acetylacetonate, 4-tert. - Butyl pyrocatechol, tetrabutyl tin, or tertiary butyl perbenzoate.

6. liquid fuel according to one of claims 1 to 5, characterized in that the monergolic liquid fuel from a mixture of 70 to 99.5 weight percent isopropyl nitrate and 0.5 to There are 30 percent by weight inhibitors.

7. liquid fuel according to one of claims 1 to 6, characterized in that the inhibitors mixed with the isopropyl nitrate 0.5 to 30 weight percent isopropyl alcohol or bis 30 percent by weight of isopropyl alcohol and an additive of copper (II) acetylacetonate exist.

8. liquid fuel according to one of claims 1 to 7, characterized in that the non-hyperglycol liquid fuel from one Ge mix from 60 to 99.5 percent by weight nitromethane and 0.5 to 40 weight percent inhibitors.

9. liquid fuel according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inhibitors mixed with the nitromethane from 0.5 up to 40 percent by weight methyl alcohol or up to 40 Ge percent by weight methyl alcohol and an addition of copper (II) acetylacetonate exist.

10. Liquid fuel according to one of claims 1 to 9, characterized in that the monergolic liquid fuel from a mixture of 60 to 99.5 weight percent isopropyl nitrate and nitro methane and 0.5 to 40 weight percent inhibitors stands.

11. Liquid fuel according to one of claims 1 to 10, characterized in that the mixture of isopropyl nitrate and inhibitors and / or Ni tromethane and inhibitors existing propellant mixture has a density of 0.6 g / cm ³ to 1.4 g / cm ³ .