NO143662B - Inhibering for drivladninger. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår anvendelse av matter eller flor av keramikkfibre for inhibering av drivladninger av endebrenner typen med lang brenntid, spesielt for faststoffmotorer.

Faststoffmotorer for fremdrift av forskjellige fly og raketter får stadig bket betydning. Av spesiell interesse er i denne forbindelse drivstoffer basert på ammoniumnitrat da disse er de som best oppfyller de krav man stiller til slike systemer, nemlig liten brennhastighet, forbrenningsgasser som ikke er korroderende, lave forbrenningstemperaturer og brenn-gasser som er sot- og partikkelfrie.

De kjente drivstofftyper oppfyller i hoy grad de nevnte betingelser og kan derfor anvendes for faststoffraketter når drivstoffsfordelingen folger en indre brennkonfigurasjon. Problemer som ikke er knyttet til drivstoffet opptrer når det kreves lange virkningstider med relativt små masseomsetninger slik at det forlanges en forbrenning fra endeflaten. De oven-nevnte krav med hensyn på at forbrenningsgassene skal være sot- og partikkelfrie kan derved ikke lenger oppfylles. Man får derfor et behov for inhibering av drivladninger i stjerne-brennerutfBring som oppfyller disse betingelser.

Inhibering på uorganisk basis gir det beste vern

mot en sot- og partikkelfri avbrenning av drivladninger av ammoniumnitratdrivstoffer. De fleste slike materialer for inhibering foreligger imidlertid i en form som stiller seg i veien for en vellykket forarbeiding og anvendelse idet de enten ikke er temperaturstabile og sprb, eller porose. Utvelgelsen av slike stoffer må folge disse kriterier:

utmerket termisk isoleringsevne,

ikke-omfintlig overfor temperatursjokk og direkte

flammepåvirkning,

lang levetid ved hbye temperaturer,

elastisitet,

forenlighet med de anvendte drivstoffer,

rasjonell bearbeidelsesmulighet,

tilstrekkelig fleksibilitet til å fange opp volum-endringer i drivladningen.

Disse krav kan motes av et materiale som har vist seg å være meget verdifullt som varmebeskytter også i rom-farten, nemlig et lost, hvitt materiale av keramikkfibre som består av aluminiumoksyd og silisiumdioksyd og hvor fibrene har et tverrsnitt på opptil 10 ^urn. Dette kjemisk inerte, hoy-temperaturbestandige fibermaterialet foreligger i form av matter eller flor.

Ifølge oppfinnelsen anvendes matter eller flor av keramikkfibre for inhibering av drivladninger av endebrenner typen med lang brenntid, spesielt for faststoffmotorer, i et sjikt som oppviser en eller flere viklinger rundt drivladningen og som er forbundet seg i mellom og med drivladningen ved hjelp av et inhiberende tokomponent-lim.

Inhiberingen skjer fortrinnsvis ved at stykker av matter eller flor av keramikkfibre som har mål. s.om tilsvarer drivladningen og som er belagt med et inhiberende tokomponents-lim og som er påført drivladningen i én eller flere viklinger ved opprulling'omvikles med en forspent gummimatte og herdes ved temperaturer på fra ca. 20 til ca. 70°C hvoretter gummimatten fjernes og overskudd av inhibering tas.bort.

Fortrinnsvis belegges drivladningen før oppviklingen med det samme tokomponent-lim.

Som inhiberende tokomponent-lim anvendes et uorganisk eller organisk fyllstoff som inneholder en blanding av polybutadien eller polyester med hydroksyl- eller karboksyl-endegrupper som bindemiddel og isocyanater, aziridiner eller epok-sy der som herdemiddel og f.eks. fenyl-p-^naftylamin som beskyt-telsesmiddel mot aldring og jernacetylacetonat som akselera-sjonsmiddel. De uorganiske fyllstoffer kan f.eks. være kaolin, "Lithopone" (ZnS + BaSO^), asbestpulver og Ti02 og som organ-iske fyllstoffer er f.eks. "Hostaform" (acetalpolymerisat av basisk trioksan) eller "Delrin" (polyoksymetylen) egnet.

Inhiberingen finner fortrinnsvis anvendelse

for drivladninger av ammoniumnitrat hvor binde-middelkomponenten består av polybutadien eller polyester med hydroksyl- eller karboksyl-endegrupper og likeledes polyeter som er fornettet med isocyanater, aziridiner eller epoksyder, f.eks. polypropylenglykol. Videre inneholder drivladningene

et kjolemiddel såsom ammoniumoksalat eller dicyandiamid, evt. en mykner og forbrenningsmoderatorer såsom Fe20^, miloriblått, kromater eller dikromater. De har folgende generelle sammensetning:

Herdningen av drivladningene blir på vanlig måte foretatt i lbpét av 14 dager ved 50°C.

Inhiberingen er imidlertid også egnet for drivladninger med dobbeltbasig drivstoff (såkalt DB-drivstoff). Disse drivstoffer har fblgende generelle sammensetning:

For bearbeidelse og påforing av inhiberingen if<g>lge oppfinnelsen refereres det til folgende eksempel.

En matte som består av keramikkfibre blir skåret til i drivladningéris dimensjoner (f.eks. 90 mm x 50 mm 0) eller (660 x 100 mm) og "fortorket i minst 16 timer ved 80°C. Den ferdiglagede, tbrkede matte av keramikkfiber brettes ut på en polyesterfolie (for å beskytte arbeidsstedet mot for-urensning) og tokomponent-limet som har den sammensetning som er angitt nedenunder og som er gjengitt som et eksempel, blir påfort i tynne slriper og fordelt.

Mengden lim som påfores avhenger selvsagt av dimen-sjonene av matten, men utgjbr ca. 10 vektprosent av drivladningen. Matten rulles opp glatt sammen med drivladningen som eventuelt er påfort den forannevnte blanding ved hjelp av en viklingsinnretning under lett trykk og med en rullebevegelse. På tilsvarende måte kan ytterligere viklinger påfores slik at man får et laminat med en sjikttykkelse på opptil 5 mm. Ved en sjikttykkelse på keramikkfibermaterialet på ca. 0,5 mm kan det således være nbdvendig med 10 viklinger inkludert limsjiktene.

For sammenpressing av disse vinklingene blir en gummimatte med dimensjoner 560 x 100 mm og som er fastspent med den ene enden i viklingsinnretningen og hvor dens frie ende er forspent med et kraftig trekk viklet om den sjiktformede drivladning under bibehold av denne spenning og f.eks. festet ved hjelp av et limbånd. Bunndelen av drivladningen belegges eventuelt med tokomponent-limet i en tykkelse på 3 - 4 mm og herdes i 60°C i vertikal stilling 16 - 20 timer. Etter av-sluttet herding fjernes gummimatten og overskudd av inhibering på brennflaten i drivladningen.

Ved forbrenning av drivladningen utfores målinger

av faste partikler (dvs. utskilling av oksyder og sot) og tem-peraturmålinger. Siden sotutskillelsen er temperaturavhengig, velges en forsoksanordning som atskiller seg fra de systemer som for tiden står i utvikling. Målingene foretas etter en ekspansjon til 1 bar, dvs. bak dysen. Til dette benyttet man

filter fylt med kvartsull for utskilling av faststoff henholds-viss sot. Temperaturmålingene ble foretatt i brenngassen etter at filteret var passert. Avhengig av temperaturforlopet, massestrommen og trykket i brennkammeret ble den teoretisk mulige sotmengde beregnet ved hjelp av et computerprogram.

Den sot-og faststoffmengde som skrev seg fra inhiberingen måt-te man i denne forbindelse se bort fra. Tabell I viser for-søksresultatene for tre drivstofftyper. Spalte 6 viser den totale mengde faststoff pr. 530 g drivladning av de under-sokte drivstoffer som eksperimentelt ble holdt tilbake i filteret. Siden den totale mengde faststoff består av forbrenningsmoderator, fyllstoff fra tokomponent-limet og sot, ble typen og mengden metalloksyd påvist ved hjelp av en computer, (spalte 7). Det dreier seg her bare om Fe-^0^ når enten miloriblått eller Fe20^ anvendes som forbrenningsmoderator i de anvendte drivstofftyper. Ved differanse mellom innholdet av faststoff (spalte 6) og innhold av forbrenningsmoderator (spalte 7) ble innholdet av faststoffpartikkel og sot (spalte 8) bestemt. Enkeltverdier og middelverdi for forsoksrekken pr. drivstoffstype er gitt i tabell I.

Siden drivladninger for faststoffmotorer på basis

av ammoniumnitrat har lavere forbrenningstemperaturer (ca. 1400°K) og derved lave reaksjonshastigheter, gir de beregnede verdier under forutsetning av likevektsreaksjoner bare ovre grenseverdier. Die eksperimentelle verdier viser at inhiberingen, hvis overhode, bare bidrar vesentlig til innholdet av faststoffpartikler og sot.

Ved ammoniumnitratdrivladninger kan de ballistiske eller mekaniske egenskaper forandres på grunn av faseomvandling i ammoniumnitratet. Disse volumkontraksjoner eller volum-økninger som skriver seg fra faseoverganger kan påvirke inhiberingen eller tilknytningen mellom inhibering og drivladning. Av denne grunn ble enkelte av drivladningene med påviklet inhibering underkastet et temperatursykleringsprogram hvor-under faseomvandlingspunktene (-18° og 35 - 45°C) ble gjennom-løpt to ganger i hver syklus. Tidsplanen for temperaturveks;-lingen er gjengitt skjematisk i folgende figur.

x betyr at der finner sted en faseomvandling på dette punktet.

I den folgende tabell II er forbrenningsresultatene ved ammoniumnitratdrivladninger som er underkastet temperatur-forandringer gjengitt. Drivladning 1 og 2 ble underkastet 8 temperatursykluser og drivladning 3 og 4 ble underkastet 21 temperatursykluser og ble forbrent ved 20°C. Til sammenligning ble en drivladning som ikke var underkastet noen temperatur-syklus også forbrent.

Det fremgår at resultatene stemmer utmerket overens.

Undersøkelser viser at inhiberingen ifdlge oppfinnelsen forårsaker en sotfri forbrenning og er så fleksibel at også ammoniumnitratdrivladninger som er underkastet de kjente faseomvandlinger holder tilknytningen mellom drivladningen og inhiberingen.

Tilsvarende undersøkelser ble også gjennomført for dobbeltbasiske drivstoffer. Siden det allerede med ammoniumnitratdrivstoffer var påvist at inhiberingen ikke hadde noen andel i utviklingen av sot eller faststoff i avgassene, gjaldt det her fremfor alt å fastslå om en nøytral forbrenning (dvs. med kassediagram uten trykkspisser) kan tilveie-bringes og om inhiberingen også opprettholdes med den vesentlig høyere forbrenningstemperatur (ca. 2000°K). Man har også her fått fullstendig tilfredsstillende resultater. Således er isoleringen etter forbrenningen av drivstoffet fullstendig intakt. Trykkdiagrammet viser ingen trykkstigning under forbrenningen, dvs. man får ikke den koniske forbrenning som er fryktet ved dobbeltbasige drivstoffer.

Inhiberingen som beskrevet ovénfor kan også anvendes for drivladninger med indre forbrenningskonfigurasjon.

Claims (1)

1. Anvendelse av matter eller flor av keramikkfibre for inhibering av drivladninger av endebrenner-typen med lang brenntid, spesielt for faststoffmotorer, i form ,av et sjikt oppvisende en eller flere viklinger om drivladningen og festet seg i mellom og til drivladningen ved hjelp av et inhiberende tokomponent-lim .