KR20010079983A

KR20010079983A - 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 포함하는 주조가능한 이중 기제 고체 로케트 추진제

Info

Publication number: KR20010079983A
Application number: KR1020017004270A
Authority: KR
Inventors: 네이더트제이미비.; 윌리엄즈에드나엠.
Original assignee: 바치 폴 에프; 아틀랜틱 리서치 코퍼레이션
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2001-08-22
Also published as: MXPA01003216A; WO2000022291A2; JP2002527344A; US6024810A; CA2344232C; EP1144344A4; CA2344232A1; EP1144344A2; WO2000022291A9; WO2000022291A3

Abstract

추진제의 충격 폭발에 대한 민감도를 과도하게 증대시키지 않는 독성이 감소된 탄도 변경제를 포함하는 주조 가능한 추진제 조성물을 제공한다. 추진제 연소율을 충분히 조절하지 못하면 허용될 수 없는 추진제를 초래하게 된다. 탄소는 효과적인 탄도 변경제로 작용할 수 있지만, 금속 화합물이 작용하는 정도에 미치지 못한다. 납을 포함하는 탄도 변경제를 불활성 폴리머에 페이스트하는 방법은 종래기술에서와 같은 정도로 원하는 연소율 변경을 달성하기 위하여 감소된 양의 변경제를 사용하는 것을 허용하면서 추진제의 연소율을 변경시키고, 따라서 탄도 변경제와 연관된 결점을 감소시킨다는 것이 발견되었다. 따라서, 연소율 변경제가 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제인 약 1% 내지 약 6%의 연소율 변경제를 사용하는 것이, 충격 폭발에 대한 추진제의 민감도를 증대시키지 않고 추진제 연소율을 변경시키는 감소된 독성을 가지는 수단을 추진제에 제공하기 위하여, 효과적인 연소율 변경제를 개시한다.

Description

불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 포함하는 주조 가능한 이중 기제 고체 로케트 추진제{Castable double base solid rocket propellant containing ballistic modifier pasted in an inert polymer}

고체 로케트 모터를 제조하는 데, 수개의 부품들이 필요하다. 적합한 로케트 모터 케이스가 있어야 한다. 로케트 모터 케이스는 로케트 모터의 외형을 형성하도록 디자인되고, 로케트 모터에 근본적인 구조적 일체성을 부여한다. 일반적으로, 로케트 모터 케이스는 강철이나 필라멘트로 감긴 복합물질과 같은 딱딱하지만 내구성이 있는 물질로 제조된다.

고체 로케트 추진제는 일반적으로 로케트 모터 케이스의 내부에 위치한다. 알갱이를 형성하는 추진제는 일반적으로 로케트 모터 케이스의 내부에서 연소한다. 추진제의 연소시 고온 고압 기체가 형성되고 이러한 기체가 케이스의 개구부와 노즐을 통과하여 배출되어 로케트 모터를 추진하는 추력을 제공한다.

일반적인 적용예에 사용되는 추진제에는 두 개의 주된 부류가 있다. 이러한 것들은 고체 추진제와 액체 추진제를 포함한다. 고체 추진제들이 군사용, 상업용, 및 우주용으로 대부분의 미사일과 로케트에 힘을 제공하는 바람직한 방법으로 개발되어 왔다. 본 개시는 특히 고체 로케트 연료에 관한 것이다.

고체 추진제에서 중요한 고려 사항은 추진제의 연소율을 조절하는 수단을 제공하는 것이다. 추진제가 성능 저하없이 조절되고 예측될 수 있는 속도로 연소되는 것이 중요하다. 과도한 연소율은 그의 디자인 용량을 초과하는 케이스 내부의 압력을 발생하여 그 장치에 파손이나 파괴를 유발할 수 있다. 불충분한 연소율은 원하는 경로를 따라 가도록 로케트 모터를 추진하기 위한 충분한 추력을 제공하지 못할 수 있다. 따라서, 추진제의 연소율을 조절하기 위하여 추진제에 물질을 첨가하는 것이 이 분야에서 일반적이다. 추진제의 연소율을 조절하여, 로케트 모터 혹은 다른 유사한 장치의 적당한 작동이 가능하다.

연소율을 조절하는 물질은 연소율 변경제 혹은 탄도 변경제로 칭해진다. 허용 가능한 연소율을 달성하기 위하여, 소정의 금속들이 일반적으로 탄도 변경제로서 추진제에 첨가되어져 왔으나, 이러한 금속들은 상대적으로 유해한 것으로 증명되었다. 예를 들면, 납이 소정 부류의 고체 추진제에 가장 광범위하게 사용되는 연소율 변경제이다. 그러나, 납은 위해하고, 유해하며, 환경 오염 금속인 것으로 알려져 있다. 사회 전반에 걸쳐 납 오염에 대한 우려가 증가하고 있으며, 심각한 건강 문제들이 납 중독 및 납 오염과 연관되어 있다는 것이 알려져 있다.

탄소 파이버들은 연소율 첨가제로서 상기한 납의 단점을 극복하기 위하여 미국특허 제5,372,664호에서처럼 허용 가능한 효과를 가지고 납을 탄도 변경제로 교체하는 데 사용되어져 왔다. 그러나, 탄소 파이버를 사용하는 것은 소정의 기술적인 적용예에서 충분하지 않게 연소율을 낮춘다.

따라서, 일반적인 연소율 변경제에 발생하는 유해성 문제를 최소화하면서, 혼합물의 충격 폭발에 대한 높은 수준의 민감도를 유지하고 추진제 연소율을 변경하는 방법과 조성물을 제공하는 것은 이 분야에 중요한 발전이 될 수 있다. 고에너지를 여전히 유지하면서, 증가된 민감도를 나타내지 않는 성질들을 가지는 추진제 조성물들을 제공하는 것이 이 분야에 중요한 발전이 될 것이다.

일반적으로, 로케트 모터는 연기 배출이 감소되거나 혹은 제거된 채로 수행되는 것이 또한 필요하다. 한 예로서, 기술적인 로케트 모터들에서, 연기의 발생은 기술적으로 로케트를 발사하는 비행기나 운반 수단의 비행사 혹은 운전자의 시야를 흐리게 할 수 있다. 게다가, 연기의 발생은 상기 모터의 원인을 찾아내는 것을 쉽게 하며, 이는 군사적인 작전에서 심각하게 불리한 점이다. 그러므로, 여전히 고에너지를 유지하고, 배출 연기가 제거되거나 감소된 채로 수행되면서, 증가된 민감도를 보여주지 않는 성질들을 가지는 추진제 조성물을 제공하는 것은 이 분야에서 중요한 발전이 될 것이다.

본 발명은 추진제의 충격 폭발에 대한 민감도를 증가시키지 않고 니트로셀룰로오스(NC)를 함유하는 고체 로케트 추진제의 연소율을 안전하게 변경하는 방법과 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 추진제의 연소율을 변경하기 위해서 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 사용하여 주조 가능한 이중 기제 고체 로케트 추진제에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 추진제 조성물에 대하여 세 개의 다른 온도에서 얻어진 연소율 데이터의 그래프이다.

도 2는 모터 발사 시험중 본 발명의 추진제 조성물의 압력/추력의 그래프이다.

도 3은 본 발명의 조성물의 정적인 연소율을 페이스트된 탄도 변경제를 포함하지 않는 추진제의 연소율과 비교한 그래프이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하여, 최소 수준의 납 혹은 유사한 유해 물질에 근거하지만, 우연한 발화에 대한 추진제의 민감도를 과도하게 증가시키지 않는 연소율 변경제를 제공하는 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명의 목적은 우연한 발화에 대한 추진제의 민감도를 과도하게 증가시키지 않는 추진제 조성물의 연소율을 조절하기 위하여 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 포함하는 연소율 변경제를 제공하는 것이다.

본 발명은 납과 같은 비싸거나, 유해하거나, 오염성 물질의 첨가를 최소화하면서, 충격 폭발에 대한 추진제의 민감도를 증가시키지 않고, 고체 로케트 모터 추진제의 연소율을 변경시키는 방법과 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 고체 로케트 모터 추진제의 연소율을 변경시키기 위하여 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제의 사용에 관한 것이다. 탄소를 단독으로 혹은 다른 탄도 변경제와 함께 첨가하는 것은 소정의 추진제의 연소율을 변경하는 데 효과적이었지만, 금속 첨가제만큼 효과적이지 못하였다. 탄도 변경제를 불활성 폴리머에 페이스트된 것이 더 유용하고 조절 가능한 추진제 제품을 제공하여 탄도 변경제를 소량으로 사용하면서 동일한 유익한 연소율 변경 효과를 주는 것이 본 발명자에 의하여 발견되었다. 탄도 변경제가 위해하거나 유해한 물질을 함유한다면, 불활성 폴리머 매트릭스는 소량의 탄도 변경제를 사용하는 것을 가능케 하기 때문에, 덜 위해하거나 유해한 물질들이 추진제에 존재한다. 본 발명의 일차적인 목적은 일반적인 탄도 변경제에서 발생하는 문제들을 피하는 추진제 연소율을 변경하는 방법과 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 고체 로케트 모터 추진제에서 광범위하게 사용되는 니트로셀룰로오스/나이트레이트 에스테르 및 암모늄 나이트레이트의 조합을 함유하는 추진제의연소율을 안전하게 조절하는 데 특히 효과적인 것으로 판명되었다.

본 발명의 이러한 목적과 다른 목적 및 이점들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 청구범위를 읽고, 첨부된 도면을 참고하면 명백해질 것이다.

본 발명은 납, 구리, 혹은 연관된 화합물과 같은 비싸거나, 유해하거나, 위험하거나, 오염성인 물질의 첨가를 최소화하고 혼합물의 민감도에 악영향을 미칠 정도로 증가시키지 않으면서, 고체 로케트 모터 추진제의 연소율을 변경시키는 방법과 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고체 로케트 모터 추진제의 연소율을 변경시키기 위하여 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제의 사용에 관한 것이다.

본 발명은 특히 두 개의 기제 화합물: 예를 들면 니트로셀룰로오스(NC) 및 니트로글리세린(NG)를 사용하는 추진제인 "이중 기제" 추진제라고 가끔 칭해지는 추진제에 적용될 수 있다. 이중 기제 추진제는 이 분야에서 광범위하게 사용되어지고 있다.

일반적인 로케트 추진제는 다음과 같이 배합될 수 있다:

물질 백분율 범위

암모늄 나이트레이트 0 - 50

니트로셀룰로오스 12 - 40

MNA 1 - 2.5

BTTN, MNA, 및/또는 DEGDN

혹은 TMETN 혹은 NG 39 - 70

RDX 0 - 5

1,2,4 부탄트리올 트리나이트레이트(BTTN), 트리메틸올에탄 트리나이트레이트(TMETN), 및 디에틸렌 글리콜 디나이트레이트(DEGDN)가 추진제 조성물의 가소제로서 사용된다. 시클로트리메틸렌트리나이트라민(RDX)는 고체 산화제로서 사용된다. 이 형태의 추진제는 또한 배출 연기가 상대적으로 적다고 알려져 있고, 따라서 최소 연기가 중요한 이점이 되는 경우에 사용되기에 바람직하다. 게다가, 전술한 범위내의 배합은 우연한 발화에 상대적으로 둔감하다고 알려져 있다 (NOL 카드 갭 시험에서 32 카드).

그러한 추진제는 탄도 변경제의 부재 하에서 명목상으로 로케트 모터 추진제로서 기능하지만, 이러한 추진제 조성물은 일반적으로 그들을 쓸모없게 만드는 높은 연소율/압력 지수를 가지는 것으로 알려져 있다. "압력 지수"는 연소율 대 압력의 로그 그래프의 기울기를 칭한다. 탄도 변경제의 부재 하에서, 연소율은 광범위한 압력 범위에서 1.0 보다 크다. 압력지수(n)가 1보다 큰 압력지수를 가지는 로케트 모터 추진제는 광범위한 온도 범위에서 안정하게 작동하지 않을 것이라는 것이 일반적으로 발견되었다.

허용 가능한 연소율을 달성하기 위하여, 금속들은 보통 탄도 변경제로서 추진제에 첨가되어져 왔지만, 이러한 금속들은 상대적으로 유해하다고 알려져 있다. 예를 들면, 납은 소정의 부류의 고체 추진제를 위한 가장 널리 사용되고 있는 연소율 변경제이다. 사회 전반에 걸쳐 납 오염에 대한 우려가 증가하고 있으며, 심각한 건강 문제들이 납 중독 및 납 오염과 연관되어 있다는 것이 알려져 있다.

탄소는 단독으로, 그리고 다른 첨가제와 함께 조합으로 효과적인 탄도 변경제임이 증명되었다. 왜냐하면 탄소는 결과물인 추진제 조성물의 압력지수를 1.0 이하로 끌어내릴 수 있고, 따라서 작동 조건의 적어도 한 범위에서 안정적인 작동을 제공하기 때문이다. 불행하게도, 탄소의 첨가는 납 화합물만큼 효과적이지 못하다.

이러한 문제들를 해결하기 위하여, 본 발명은 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 나이트레이트 에스테르/니트로셀룰로오스 추진제에 첨가하여 개선된 연소율 변경제를 제공하는 방법을 개시한다. 탄도 변경제를 불활성 폴리머에 페이스트된 것은 추진제에서 탄도 변경제의 분산을 좋게 해 준다는 것이 발견되었다. 이 우수한 분산은 원하는 연소율 변경을 달성하기 위하여 소량의 탄도 변경제를 사용하게 한다. 특히, 탄도 변경제를 이런 방식으로 분산시키는 것은 탄도 변경제의 이점을 유지하면서, 변경제의 양을 거의 25% 만큼 효과적으로 감소시키는 것을 가능케 한다. 부가적으로, 제조된 조성물은 폭약 분류 1.3으로 고려되고, 이 분류는 현재 영역의 추진제보다 훨씬 덜 민감하다. 본 발명의 탄도 변경제를 포함하는 그러한 추진제 조성물은, 종래 기술에 비교하여 유해한 위험도를 또한 감소하면서, 충격 폭발에 대한 증가된 민감도를 보이지 않는다.

본 발명에 의하여 고려된 탄도 변경제는 탄소 외에도 비스무스, 주석, 및 구리 화합물 그리고 유기금속 착화합물이다. 바람직한 탄도 변경제는 LC-12-15이고, 이것은 β-레조사이클산 및 살리실산의 납-구리 착화합물이다. 본 발명자는 또한 전술한 조합은 연소 안정제로서 알루미늄 박편(flake)과 잘 작동한다는 것에 주목한다. 왜냐하면 다른 형태의 알루미늄은 분류 1.1 결과 및 비효율적인 연소 안정성을 얻기 때문이다.

불활성 폴리머는 폴리에스테르 레진, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 글리콜 아디페이트(PGA), 및 폴리카프로락톤(PCP)을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 나이트레이트 에스테르와 양립할 수 있는 모든 액체 폴리머일 수 있다. 본 발명의 "페이스트된 탄도 변경제"는 흥미 있는 고체, 즉 탄도 변경제를, 가공성을 유지하면서 탄도 변경제의 수준을 최대화하는 농도에서 액체 폴리머와 단순히 혼합하여 얻어진다. 그 후, 상기 혼합물은 필요하면 3회까지 완전한 균일성을 확보하기 위하여 롤밀(roll mill)을 통과시킨다. 구체적으로, 페이스트된 탄도 변경제는 페이스트내에 약 40 - 70 중량%의 폴리머를 포함한다. 바람직하게는 페이스트는 50 - 65% 탄도 변경제를 포함한다. 탄소도 또한 전체 페이스트의 약 10 - 30%에 해당하는 양으로 페이스트에 포함될 수 있다.

탄도 변경제를 이러한 "페이스트된" 방식으로 제공함으로써, 탄도 변경제의 연소율 변경 특성은 물질의 분산을 개선시킴으로써 증대된다. 이것은 종래의 추진제 조성물에서보다 소량의 탄도 변경제를 사용케 한다. 왜냐하면 페이스트된 탄도 변경제의 30 - 60%는 사실 액체 폴리머이기 때문이다. 본 발명은 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 사용하여 중요한 연소율 변경이 최소량의 연기발생 추진제에서 달성된다는 것을 증명한다. 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 첨가하여 혼합물의 민감도를 증가시키지 않고, 상당한 작동 범위에 걸쳐 조절 가능하고 사용 가능한 연소율을 얻는다는 것이 발견된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 니트로셀룰로오스/나이트레이트 에스테르 및 암모늄 나이트레이트의 조합에 기초한 추진제 조성물과 함께 사용될 때 특히 유용하다. 그러나, 본 발명은 또한 암모늄 나이트레이트 없는 주조 가능한 이중 기제(CDB) 배합 뿐 아니라, 암모늄 퍼클로레이트계 가교결합 이중 기제(XLDB), 최소 연기발생(나이트레이트 가소화된) 추진제와 같은 다른 형태들에도 유익하다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명은 일반적으로 다음 성분들을 다음 중량%로 포함한다:

물질 백분율 범위(%)

강력한 폴리머 8 - 35

강력한 산화제/가소제 60 - 90

연소율 변경제 1 - 6

연소 안정제 0.5 - 1.5

경화제 0.5 - 2.6

열적 안정제 1 - 2.5

전술한 연소율 변경제는 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제에 해당하는 것을 주목해야 한다.

본 발명의 범위에 포함되는 전형적인 조성물은 다음 성분을 다음 백분율(중량%)로 포함한다:

물질 백분율 범위(%)

니트로셀룰로오스(NC) 8 - 15

BTTN/DEGDN 60 - 80

N-메틸니트로 아닐린(MNA) 1.5 - 2.5

PNC 5 - 20

탄소 0.2 - 0.5

LC-12-15(페이스트된) 2 - 5

알루미늄 박편 0.0 - 1.0

데스모더(Desmodur) N-3200 0.5 - 2.0

2-니트로디페닐아민(2-NDPA) 0.5 - 1.5

니트로셀롤로오스(NC) 및 플라스티졸 니트로셀룰로오스(PNC)는 강력한 폴리머로서 기능하고, BTTN/DEGDN는 강력한 산화제/가소제로서 기능하고, N-메틸니트로아닐린(MNA)은 열적 안정제로서 기능하고, 탄소 및 LC-12-15/폴리머는 탄도 변경제로서 기능하고, 알루미늄은 연소 안정제로서 기능하고 및 데스모더 N-3200은 경화제로서 기능한다. 물론 LC-12-15 탄도 변경제는 위에 제공된 바와 같이 불활성 폴리머에 붙는다.

본 발명의 범위에 들어오는 추진제는 우수하게 연소율을 조절한다는 것이 발견되었다. 특히, 본 발명의 범위 내의 조성물은 1.0보다 작고, -50℉ 및 145℉ 사이에서 0.60보다 작은 연소율 지수를 보여주는 연소율 대 압력 커브로 귀착된다. 위에서 언급된 바와 같이, 1.0보다 작은 연소율 지수는 추진제를 연소하여 압력을 조절하는 능력을 제공할 것이고, 로케트 모터 케이스용으로 적합한 추진제 알갱이 구성을 가능케 할 것이다.

부가적으로, 추진제는 민감하지 않다 (NOL 카드 갭 시험에서 50 카드 이하). 이것은 추진제의 안정성을 증대시키고, 군사 작전과 같은 위해한 환경에서도 자신 있게 추진제를 사용할 수 있는 능력을 제공한다. 그러한 둔감한 추진제는 우연히 발화될 가능성을 훨씬 줄여주고 송달 및 저장에 대한 제약을 줄여준다.

게다가, 본 발명의 배합은 다른 유익한 특성을 보여준다는 것을 발견하였다. 예를 들면, 본 발명의 추진제는 일반적으로 연기를 적게 발생한다. 이것은 특히 추진제가 기술적인 로케트 모터에서 사용될 때 중요한 이점이다. 연기를 적게 발생하는 추진제는 로케트 모터가 발사된 지점을 정확히 추적하는 것을 더 어렵게 한다. 게다가, 연기를 적게 발생하는 특성은 시계가 발화시 방해받지 않는다는 것을 보장한다.

특히, 위에 기술한 전형적인 조성물은 다음의 기계적인 성질 및 성능 매개변수를 보여준다.

표 1

기계적인 성질들

+165℉, E(psi)/σ_m(psi)/ε_m(%) 100/60/42

+145℉, E(psi)/σ_m(psi)/ε_m(%) 230/70/30

+70℉, E(psi)/σ_m(psi)/ε_m(%) 470/170/38

-50℉, E(psi)/σ_m(psi)/ε_m(%) 18248/2502/27

-65℉, E(psi)/σ_m(psi)/ε_m(%) 19500/3200/24

성능 매개변수

I_sp(lb_f-sec/lb_m) 243.2

R_b@1000psi(in/sec) 0.48

압력지수 0.48

NOL 카드 갭(카드) +45/-50

여기서 E는 모듈러스, σ_m은 전단응력(sheer stress), ε_m은 전단 스트레인(sheer strain), I_sp는 이론적인 충격, 및 R_b는 추진제 조성물의 연소율이다.

도 1은 또한 -50℉, +70℉, 및 +145℉에서 상기한 조성물에 대한 2x4 모터연소율 데이터 그래프를 제공한다. 이 도면에서 제공되는 바와 같이, -50 내지 +145℉의 범위에 걸쳐 연소율 및 압력지수(연소율 대 압력 그래프의 기울기)가 기술적인 모터 응용에 받아 들여 질 수 있다. π_k는 어느 정도 높지만, 그것은 니트로셀룰로오스 결합제 시스템을 가지는 채워지지 않는 이중 기제 추진제에 전형적이다.

위험도 시험 또한 상기 조성물에 대해서 수행되었다. 구체적으로, 롤(roll) 결합된 케이스와 1인치 웹(web)의 5"x10"로 구성된 추진제 알갱이를 사용하였다. 표 2는 이러한 위험도 시험의 결과를 제공한다.

표 2

위험도 시험

시험 형태 시험1 결과 시험2 결과

다수의 총알 충격 무반응 무반응

(총알 3개) (총알 1개)

느린 쿡오프(cookoff) 연소@264℉

다수의 파편 충격 연소-2 파편 연소-4 파편

NOL 카드 갭 +45/-50

도 2는 부식하지 않는 ATJ 그래파이트 개방부를 가지는 6C4-11.4 모터 발화의 압력 및 추력 이력을 보여준다.

표 3은 또한 상기한 조성물에 대한 더 구체적인 추진제 특성을 제공한다. 이러한 시험의 각각은 본 발명의 추진제 조성물이 우수한 추진제 특성을 보여준다는 것을 명쾌하게 증명한다.

표 3

발화 수 1 2 3

온도(℉) -25 +70 +145

총 충격(lb_f-sec) 2108 2162 2227

연소시간(sec) 2.63 2.18 1.73

작용시간(sec) 4.11 3.67 2.92

평균 연소압력(psia) 1154 1404 1785

평균 연소추력(psia) 666 813 1044

최대 압력(psia) 1225 1503 1856

최대 추력(lb_f) 706 863 1084

추진제 질량(lb_m) 11.85 11.83 11.84

다음 예는 본 발명의 다양한 실시예를 예시하기 위하여 주어진다. 이러한 예들은 오직 예로서 주어지며, 다음 예들은 본 발명에 따라 준비될 수 있는 실시예의 많은 형태의 포괄적이거나 완전한 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.

실시예

실시예 1 - 3

다음 뱃치들은 상기한 조성물과 분류 1.3 추진제와 같은 방식으로 준비되었다.

표 4

배치	실시예 1	실시예 2	실시예 3
BTTN/DEGDN/MNA, %	63.9	71.8	68.6
LNC, %	0	11.0	10.5
PNC, %	33.0	12.75	12.75
LC-12-15 페이스트, %	2.2	1.8	-
Bi(subsal)₂페이스트, %	-	-	6.0
Al/C, %	0.9	0.9	0.6
N-3200, %	0	1.75	1.55
EOMV, kP/℉	0.5/114	2.0/64	4.5
I_sp,lb_f-sec/lb_m	243.6	243.2	237.4
ρ, lb_f/in³	0.0561	0.055	0.0556
카드 갭	-69	-70	56/-60
r_b@1000 psi, in/sec	0.47	0.56	0.41
2000 psi	0.58	0.69	0.58
n	0.30	-	0.74
70℉ E/σ/ε, psi/psi/%	152/543/170	94/36/31.6	224/39/46.4
140℉ E, psi/-40℉ ε,%	62(145)/26(-45)	117/41	124(150)/29(-50)

BTTN/DEGDN/MNA로 기술된 강력한 산화제/가소제는 62.2 중량%의 BTTN, 22 중량%의 DEGDN, 13.3 중량%의 NC, 열적 안정제인 1.9 중량%의 MNA 및 0.5 중량%의 2NDPA(니트로디페닐아민)을 포함하는 표준화된 혼합물이다.

실시예 1-3에서 제공된 본 발명의 추진제 조성물에 대하여 위에 나타낸 결과들은 추진제의 연소율이 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 첨가하여 효과적으로 변경된다는 것을 나타낸다. 연소율 대 압력의 그래프는 사용 가능한 추진제 조성물에 요구되는 범위 내에 있다. 부가적으로, 이러한 데이터는 허용 가능한 추진제가 전체 추진제 조성물의 1 중량% 내지 6 중량%의 범위에서 탄도 변경제/폴리머를 사용하여 형성된다는 것을 나타낸다. 더 바람직하게는, 페이스트된 탄도 변경제의 양이 2-4 중량%의 범위 내에 있고, 여기서 2.2가 연소율 변경제의 최적량이다.

연소 변경제의 백분율은 탄도 변경제와 불활성 폴리머의 합을 기준으로 것이다는 것을 지적한다. 결과적으로, 구체적인 탄도 변경제 자체의 실제 백분율은 실제로 추진제 조성물에 존재하는 연소율 변경제의 전체 량의 거의 반이다. 왜냐하면 페이스트된 연소율 변경제는 오직 약 40-70% 탄도 변경제를 포함하기 때문이다. 요약하면, 본 발명은 고체 로케트 모터 추진제의 연소율을 종래 조성물과 전체적으로 같은 조절 특징을 달성하는 데 요구되는 탄도 변경제를 덜 사용하여 조절하는 방법과 조성물을 제공한다. 그러한 감소는 많은 양이 사용될 때 그러한 탄도 변경제의 부정적인 부산물을 많이 증가시키지 않고 납계 탄도 변경제를 계속하여 사용하게 한다.

위에 제공된 것들과 비슷한 특성을 보여주는 부가적인 조성물을 표 5에 제공한다.

표 5

뱃치	실시예 4
LNC/BTTN/DEGDN/MNA, %	79
PNC, %	14.0
LC-12-15 페이스트, %	3.0
Al/C, %	1.0/0.4
N-3200, %	2.6

상기 조성물은 먼저 34 중량%의 BTTN/DEGDN/MNA을 3.0 중량%의 LC-12-15, 14중량%의 PNC, 및 0.4 중량%의 C를 혼합하여 준비한다. 이 혼합물은 스무스해질 때까지 전단된다. 그 후 45 중량%의 BTTN/DEGDN/MNA을 첨가하고, 알루미늄 박편과 경화제를 상기한 양으로 첨가한다.

또한 본 발명의 페이스트된 탄도 변경제를 포함하는 추진제와 본 발명의 페이스트된 탄도 변경제를 포함하지 않는 추진제의 연소율 대 압력의 그래프를 비교하였다. 구체적으로, 상기 페이스트된 탄도 변경제를 포함하는 추진제(B11326)는 50.8%의 BTTN, 18.0%의 DEGDN, 23.6%의 NC, 2.0%의 MNA, 2.2%의 LC-12-15(페이스트된), 0.4%의 C, 1.0%의 알루미늄 박편, 2.0%의 N-3200(경화제)을 포함하였다. 상기 페이스트된 탄도 변경제를 포함하지 않는 추진제(B11323)는 52.9%의 BTTN, 18.6%의 DEGDN, 24.0%의 NC, 2.0%의 MNA, 및 2.5%의 N-3200(경화제)을 포함하였다. 상기 백분율은 추진제 조성물의 총중량에 대한 중량%이다.

연소율은 여러 가지 압력에서 결정되었고, 도 3에 제공된 바와 같이 로그함수로 그래프로 나타내었다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 페이스트된 탄도 변경제가 빠진 추진제는 1.0보다 큰 지수를 보여주고, 한편 본 발명의 추진제는 1000-2500 psi에서 0.7보다 작은 지수를 보여준다.

본 발명에 개시된 바와 같이 추진제를 배합함으로써, 일반적인 연소율 변경제에서 일어날 수 있는 중요한 문제들의 몇몇을 피하는 것이 가능하다. 특히, 본 발명은 납, 구리, 혹은 유사한 물질의 사용을 최소화하면서 연소율을 변경하는 방법과 조성물을 제공한다. 탄도 변경제를 불활성 폴리머에 페이스트된 것은 추진제에서 탄도 변경제를 더 잘 분산되게 하고, 따라서 탄도 변경제의 감소된 양을 요구하며, 금속의 사용과 연관된 독성을 최소화한다.

본 발명은 그 취지 혹은 근본적인 특성으로부터 벗어나지 않으면서 다른 구체적 형태로 구현될 수 있다. 기술된 실시예는 모든 면에서 오직 예시적이고 한정적이지 않은 것으로 여겨져야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다 첨부된 청구항에 의하여 나타내어진다. 청구항과 동등한 의미와 범위 내에 들어오는 모든 변경은 청구항의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims

니트로셀룰로오스 결합제 및 강력한 가소제를 포함하는 추진제로서, 상기 추진제의 한 성분으로서 불활성 폴리머에 페이스트된 탄도 변경제를 포함하는 연소율 변경제를 포함하는 추진제.
제 1항에 있어서, 상기 연소율 변경제는 상기 폴리머를 40-70 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 추진제.
제 2항에 있어서, 상기 연소율 변경제는 상기 고체 탄도 변경제를 50-65 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 추진제.
제 2항에 있어서, 상기 연소율 변경제를 1-6 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 추진제.
제 4항에 있어서, 상기 불활성 폴리머는 나이트레이트 에스테르와 양립할 수 있는 액체 폴리머인 것을 특징으로 하는 추진제.
제 5항에 있어서, 상기 불활성 폴리머는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 아디페이트 및 폴리카프로락톤으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 추진제.
제 4항에 있어서, 상기 탄도 변경제는 비스무스, 주석, 및 구리 화합물 그리고 유기금속 착화합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 추진제.
제 7항에 있어서, 상기 탄도 변경제는 β-레조르사이클산 및 살리실산의 납-구리 착화합물인 것을 특징으로 하는 추진제.
제 7항에 있어서, 상기 연소율 변경제는 탄소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 추진제.
제 9항에 있어서, 상기 연소율 변경제는 상기 탄소를 10-30 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 추진제.
제 7항에 있어서,

약 8중량% 내지 약 15중량% 니트로셀룰로오스;

약 60중량% 내지 약 80중량%의 하나 이상의 나이트레이트 에스테르인 강력한 가소제;

약 1.5중량% 내지 2.5중량%의 열적 안정제;

약 0.5중량% 내지 20중량%의 플라스티졸 니트로셀룰로오스;

약 0.5중량% 내지 1.5중량%의 연소 안정제; 및

약 0.5중량% 내지 2.6중량% 경화제로 본질적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 추진제.
제 9항에 있어서,

약 8-15중량%의 라쿼(laquer)-등급의 니트로셀룰로오스;

약 60-80중량%의 1,2,4 부탄트리올 트리나이트레이트/디에틸렌 글리콜 디나이트레이트;

약 1.5-2.5중량%의 n-메틸니트로아닐린;

약 5-20중량%의 플라스티졸 니트로셀룰로오스;

약 0.2-0.5중량%의 탄소;

약 2-5중량%의 불활성 폴리머에 페이스트된 상기 탄도 변경제;

약 0.2-1.0중량%의 알루미늄 박편;

약 0.5-2.5중량%의 경화제; 및

약 0.5-1.5중량%의 2-니트로디페닐아민으로 본질적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 추진제.