DE4405364C1

DE4405364C1 - Liquid fuel

Info

Publication number: DE4405364C1
Application number: DE19944405364
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Phy Koppenhoefer; Helmut Dipl Chem Schmid; Gesa Dipl Phys Langer; Norbert Dipl Phys D Eisenreich; Horst Dipl Chem Dr Krause
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1994-02-19
Filing date: 1994-02-19
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2014-02-20
Also published as: GB2286586A; GB2286586B; GB9502269D0; FR2716448A1; FR2716448B1

Description

Die Erfindung betrifft einen monergolen oder nicht hyper golen Flüssigtreibstoff zur Erzeugung von Treibgasen in Rohrwaffen mit wenigstens 70 Mass.-% Nitromethan und bis zu 30 Mass.-% Additive zur Beeinflussung der Abbrandcha rakteristik.The invention relates to a monergolic or not hyper golen liquid fuel for generating propellants in Guns with at least 70% by mass nitromethane and bis 30% by mass of additives to influence the burn-up characteristics.

Während Festtreibstoffe auf Pulverbasis eine vergleichs weise gute Steuerung des Abbrandes durch Variation der Oberfläche gestatten und damit insbesondere auch eine waffen- oder geschoßspezifische Anpassung ermöglichen, ist eine solche Steuerung bei Flüssigtreibstoffen un gleich schwieriger. Das Abbrandverhalten des in Mikro tröpfchen umgesetzten Treibstoffs wird wesentlich durch die Kinetik der Verdampfung und die Zersetzung des Flüs sigtreibstoffs bestimmt. Eine Einflußnahme ist im wesent lichen nur durch die Gestaltung des Brennraums und der Injektoren möglich. Generell neigen Flüssigtreibstoffe bei der Verbrennung zur Erzeugung von Druckoszillationen, die zur Beschädigung der Waffe führen können. Die Grenze der Einsatzfähigkeit von Flüssigtreibstoffen liegt des halb heute bei einem Energieinhalt von 900 J/g. Darüber kommt es unvermeidbar zu Druckoszillationen.While powder-based solid fuels are a comparative wise good control of the burn-up by varying the Allow surface and thus especially one enable weapon or projectile-specific adaptation, is such a control for liquid fuels un equally difficult. The burning behavior of the in micro droplets of converted fuel is significantly reduced the kinetics of evaporation and the decomposition of the river sig fuel determined. An influence is essential only through the design of the combustion chamber and the Injectors possible. Generally, liquid fuels tend to in combustion to generate pressure oscillations, that can damage the weapon. The border The usability of liquid fuels lies half today with an energy content of 900 J / g. About that pressure oscillations inevitably occur.

Generell haben sich als monergole oder nicht hypergole Flüssigtreibstoffe nitrierte Alkane, insbesondere Nitro methan, wegen ihres relativ hohen Energieinhaltes be währt. Um bei einem Flüssigtreibstoffsystem auf der Basis von Nitromethan Druckoszillationen zu vermeiden, hat man bisher Additive in Form von Inhibitoren eingesetzt (DE 33 42 377), die die Reaktionsgeschwindigkeit und damit die Abbrandgeschwindigkeit reduzieren und zwangsläufig auch eine Druckerniedrigung mit sich bringen. Weiterhin sind Inhibitoren beschrieben, die als Radikalfänger wirken, z. B. Kupfer (II)-Acethylacethonat. Auch diese Inhibitoren wirken leistungsmindernd.Generally have been shown to be monergolic or not hypergolic Liquid fuels nitrated alkanes, especially nitro methane, because of its relatively high energy content lasts. To base on a liquid fuel system to avoid pressure oscillations of nitromethane previously used additives in the form of inhibitors (DE 33 42 377), the reaction rate and thus the Reduce the burning rate and inevitably also bring a reduction in pressure. Furthermore are Described inhibitors that act as radical scavengers, e.g. B. Copper (II) acetyl acethonate. These inhibitors too have a performance-reducing effect.

Die Forderungen nach hohem Energieinhalt und Vermeidung von Druckoszillationen sind gegenläufig und werden bisher stets durch Kompromisse gelöst, die auf Kosten des Ener gieinhaltes gehen.The demands for high energy content and avoidance of pressure oscillations are opposing and have so far always resolved by compromise at the expense of the Ener content.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssig treibstoff vorzuschlagen, der bei erhöhtem Energieinhalt nicht zu Druckoszillationen neigt.The invention has for its object a liquid propose fuel with increased energy content does not tend to pressure oscillations.

Die Aufgabe wird bei einem Flüssigtreibstoff auf der Basis von wenigstens 70 Mass.-% Nitromethan und bis zu 30 Mass.-% Additiven zur Beeinflussung der Abbrandcharakte ristik erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Additive die Abbrandgeschwindigkeit auf katalytischem oder radi kalischen Weg erhöhende, mechanistische Modifikatoren aus der Gruppe der Übergangsmetall-Nitrate bzw. der Ether sind.The task is with a liquid fuel on the Basis of at least 70 mass% nitromethane and up to 30 % By mass additives to influence the burn-up characteristics ristik inventively solved in that the additives the burn rate on catalytic or radi mechanistic modifiers that increase the calic path the group of transition metal nitrates or ethers are.

In Abkehr von der bisher vorgeschlagenen Arbeitsweise, nämlich Inhibitoren und Radikalfänger einzusetzen, schlägt die Erfindung ein gegenteiliges Vorgehen vor, nämlich die Abbrandgeschwindigkeit durch katalytisch oder radikalisch wirkende Zusätze, die auf den Reaktionsmecha nismus unmittelbaren Einfluß nehmen, zu erhöhen. Über raschenderweise hat sich gezeigt, daß bei gleichem Ener gieinhalt des Flüssigtreibstoffs durch die Zugabe von Übergangsmetall-Nitraten oder Ethern eine wesentliche Reduzierung der Druckoszillationen möglich ist, wobei sowohl die Druckamplitude, als auch die Oszillations frequenz maßgeblich verringert wird. Dies bedeutet umge kehrt, daß bei normierter Druckoszillation dem Flüssig keitstreibstoff energiereiche Zusätze beigegeben werden können.In departure from the previously proposed method of working, namely to use inhibitors and radical scavengers, the invention proposes an opposite approach, namely the burning rate by catalytic or radical additives that affect the reaction mecha exert direct influence to increase. About It has surprisingly been shown that with the same energy content of the liquid fuel by adding Transition metal nitrates or ethers are an essential Reduction of pressure oscillations is possible, whereby both the pressure amplitude and the oscillation frequency is significantly reduced. This means vice versa returns that with normalized pressure oscillation the liquid high-energy additives can be added can.

Als katalytisch wirksamer, mechanistischer Modifikator aus der Gruppe der Übergangsmetall-Nitrate hat sich insbesondere Cu(NO₃)₂·3H₂O als besonders effektiv erwiesen.As a catalytically effective, mechanistic modifier from the group of transition metal nitrates especially Cu (NO₃) ₂ · 3H₂O as special proven effective.

Von den radikalisch wirksamen Modifikatoren aus der Gruppe der Ether hat sich Methyl-tert.-Butylether als besonders wirksam gezeigt.From the radical modifiers from the Group of ethers has become methyl tert-butyl ether shown particularly effective.

Wie angedeutet, können aufgrund der erfindungsgemäß eingesetzten mechanistischen Modifikatoren, die die Druck oszillation dämpfen, zusätzlich energiereiche Modifikato ren zugegeben werden, die die spezifische Energie des Systems vergrößern. Ihr Anteil beträgt jedenfalls weniger als 30 Mass.-%. Als besonders vorteilhaft haben sich Azido-Carbonsäureester erwiesen. Ebenso von Vorteil ist die Zugabe von Pentaerythrittrinitrat, das anstatt der Azido-Carbonsäureester oder zusätzlich zu diesem einge setzt werden kann. As indicated, due to the invention used mechanistic modifiers that control the pressure Damp oscillation, additional high-energy modifier ren, which are the specific energy of the Systems enlarge. In any case, their share is less than 30% by mass. Have proven to be particularly advantageous Azido carboxylic acid ester proved. It is also an advantage the addition of pentaerythritol trinitrate instead of the Azido carboxylic acid ester or in addition to this can be set.

Schließlich kann, wie an sich bekannt, ein einwertiger Alkohol, insbesondere Methanol mit weniger als 25 Mass.-% zugegeben werden.Finally, as is known per se, a monovalent Alcohol, especially methanol with less than 25% by mass be added.

Flüssigtreibstoffe, wie nitrierte Alkane und einwertige Alkohole sind nicht leitfähig. Sie müssen deshalb pyro technisch gezündet werden. Eine elektrische Zündung ist nur über einen Explosionsdraht möglich, der jedoch nur eine einmalige Verwendung gestattet und ein Nachladen unmöglich macht. Bei dem erfindungsgemäßen Treibstoff system erhöhen die katalytisch wirksamen Modifikatoren die Leitfähigkeit, so daß auch eine elektrische Zündung, insbesondere über Lichtbogen möglich ist, die nicht nur den Vorteil der Wiederholbarkeit hat, sondern durch Einspeisen der Plasmaenergie zur Erhöhung des Energie inhaltes führt.Liquid fuels such as nitrated alkanes and monovalent ones Alcohols are not conductive. You must therefore pyro be technically ignited. There is an electric ignition only possible with an explosion wire, but only single use permitted and reloading makes impossible. With the fuel according to the invention system increase the catalytically active modifiers the conductivity, so that an electrical ignition, is possible in particular via arcs, which not only has the advantage of repeatability, but through Feed in the plasma energy to increase the energy content leads.

Das beigefügte Druck-Zeit-Diagramm in Bild 1 gibt mit der in der ballistischen Bombe ermittelten Kurve A den Druck verlauf eines Flüssigtreibstoffssystems aus 76 Mass.-% Nitromethan und 24 Mass.-% Methanol mit einem Energie inhalt von 931 J/g wieder. Kurve B zeigt den Druckverlauf eines Flüssigtreibstoffs gleichen Energieinhaltes mit 78,1 Mass.-% Nitromethan, 16,9 Mass.-% Methanol und 5 Mass.-% eines radikalisch wirksamen Modifikators, nämlich Methyl-tert.-Butyltether. Der wesentlich gleichmäßigere Verlauf nach Erreichen des maximalen Drucks ist offen sichtlich.The attached pressure-time diagram in Figure 1 shows with the curve A determined in the ballistic bomb the pressure curve of a liquid fuel system made of 76% by mass of nitromethane and 24% by mass of methanol with an energy content of 931 J / g. Curve B shows the pressure curve of a liquid fuel of the same energy content with 78.1% by mass of nitromethane, 16.9% by mass of methanol and 5% by mass of a free-radical modifier, namely methyl tert-butyl ether. The much more even course after reaching the maximum pressure is obvious.

In dem Diagramm gemäß Bild 2 ist für die beiden gleichen Treibstoffsysteme der aus den Druck/Zeit-Daten errechnete Verlauf der linearen Abbrandgeschwindigkeit in Abhängig keit vom Druck in logarithmischen Maßstab wiedergegeben. In the diagram according to Figure 2, the curve of the linear burn-up rate calculated from the pressure / time data as a function of pressure is shown on a logarithmic scale for the two same fuel systems.

Hier zeigt sich die beachtlich höhere Abbrandgeschwindig keit (Kurve B) des modifizierten Treibstoffsystems gegen über dem nicht-modifizierten Treibstoffsystem.This shows the considerably higher burn-up speed speed (curve B) of the modified fuel system against over the unmodified fuel system.

Claims

1. Monergoler or non-hypergoler liquid fuel for the production of propellant gases in guns with at least 70% by mass of nitromethane and up to 30% by mass of additives to influence the combustion characteristic, characterized in that the additive ve the combustion rate by catalytic or radical means are increasing, mechanistic modifiers from the group of transition metal nitrates or ethers.

2. Liquid fuel according to claim 1, characterized records that the transition metal nitrate Cu (NO₃) ₂ · 3H₂O.

3. Liquid fuel according to claim 1, characterized records that the ether is methyl tert-butyl ether.

4. Liquid fuel according to one of claims 1 to 3, characterized by an addition of the masses specific energy increasing energetic Modifiers with a share of less than 30% by mass.

5. Liquid fuel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the energetic modes ficators from the group of azido carboxylic acid esters consist.

6. liquid fuel according to one of claims 1 to 5, characterized by an addition of pentaerythritol trinitrate.

7. liquid fuel according to one of claims 1 to 5, characterized by a share of less than 25 Mass .-% of a monohydric alcohol.

8. liquid fuel according to claim 7, characterized records that the monohydric alcohol is methanol.