RU2241693C1 - Solid rocket fuel - Google Patents

Solid rocket fuel

Info

Publication number
RU2241693C1
RU2241693C1 RU2003114792/02A RU2003114792A RU2241693C1 RU 2241693 C1 RU2241693 C1 RU 2241693C1 RU 2003114792/02 A RU2003114792/02 A RU 2003114792/02A RU 2003114792 A RU2003114792 A RU 2003114792A RU 2241693 C1 RU2241693 C1 RU 2241693C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
nitroisobutyl
solid rocket
aluminum
rocket fuel
Prior art date
Application number
RU2003114792/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003114792A (en
Inventor
А.С. Ермилов (RU)
А.С. Ермилов
Л.Л. Хименко (RU)
Л.Л. Хименко
В.С. Сухинин (RU)
В.С. Сухинин
Г.Э. Кузьмицкий (RU)
Г.Э. Кузьмицкий
В.Н. Аликин (RU)
В.Н. Аликин
И.А. Федотов (RU)
И.А. Федотов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М.Кирова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М.Кирова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М.Кирова"
Priority to RU2003114792/02A priority Critical patent/RU2241693C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2241693C1 publication Critical patent/RU2241693C1/en
Publication of RU2003114792A publication Critical patent/RU2003114792A/en

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: rocket fuels.
SUBSTANCE: invention provides solid rocket fuel containing plasticizer: nitroisobutyl trinitrate glycerol; oxidant: cyclotetramethylenetetranitroamine or hexanitrohexaazaisovurcitan, and/or hexanitrohexaazaadamantane, and/or ammoniodinitroamide; combustive component: dispersed aluminum and aluminum hydride; high-molecular binder: polybutadiene-nitrile rubber or polyurethane rubber; and process additives.
EFFECT: enabled preparation of low-smoke solid rocket fuel with high impulse and density, low sensibility to mechanical effects, and working temperature range between +50 and -50оС.
1 tbl

Description

Изобретение относится к области специальной технической химии, а именно к созданию малодымных (бесхлорных) высокоэнергетических твердых ракетных топлив (ТРТ), эксплуатируемых в широком температурном диапазоне (-50...+50°С), которые могут применяться в различных ракетных системах, например, на первых ступенях баллистических ракет, также противоракетной, противовоздушной обороны, ракетных систем залпового огня и другого назначения.The invention relates to the field of special technical chemistry, namely to the creation of low-smoke (chlorine-free) high-energy solid rocket fuels (TRT), operated in a wide temperature range (-50 ... + 50 ° C), which can be used in various rocket systems, for example , on the first steps of ballistic missiles, as well as missile defense, air defense, multiple launch rocket systems and other purposes.

Известно ТРТ (патент США №5045132, МКИ5 С 06 В 45/10, опубл. 03.09.91), содержащее, мас.%:TPT is known (US patent No. 5045132, MKI 5 C 06 B 45/10, publ. 03.09.91), containing, wt.%:

1,9-динитро-2,4,6,8-тетранитразанонан 701.9-dinitro-2,4,6,8-tetranitrazanonan 70

Алифатический полиэфир с концевыми гидроксильнымиAliphatic hydroxyl terminated polyester

группами 10groups of 10

Триметилолэтантринитрат или 4,4,4-Trimethylol ethanetrinitrate or 4,4,4-

тринитронитробутилнитрат 20trinitronitrobutyl nitrate 20

Это топливо имеет недостаточно высокий уровень энергических характеристик (Isp=261...265 кгс·с/кг при Рка=40/1), пониженную термическую стабильность.This fuel does not have a sufficiently high level of energy characteristics (I sp = 261 ... 265 kgf · s / kg at P k / P a = 40/1), reduced thermal stability.

Известно ТРТ (патент США №3896865, опубл. 21.01.74), содержащее, мас.%:TPT is known (US patent No. 3896865, publ. 21.01.74), containing, wt.%:

α-гидро-ω-гидроксиполи-(оксиметиленнитрамин) 19,20α-hydro-ω-hydroxypoly- (hydroxymethylene nitramine) 19.20

Гексаметилендиизоцианат 3,80Hexamethylene diisocyanate 3.80

Алюминий 12,00Aluminum 12.00

Циклотетраметилентетранитроамин 65,00Cyclotetramethylene tetranitroamine 65.00

Это малодымное (бесхлорное) ТРТ имеет существенный недостаток - недостаточно высокий уровень энергетических характеристик (удельный импульс I=259,8 кгс·с/кг при Рка~40/1), а также низкую стойкость в кислых средах. Кроме того, для продуктов сгорания этого топлива характерно повторное воспламенение в окружающем воздухе.This low-smoke (chlorine-free) TPT has a significant drawback - insufficiently high level of energy characteristics (specific impulse I sp = 259.8 kgf · s / kg at P k / P a ~ 40/1), as well as low resistance in acidic media. In addition, the combustion products of this fuel are characterized by re-ignition in ambient air.

Известно также топливо (патент США №4961380, МКИ С 06 D5/06, опубл. 09.10.90) на основе перхлората аммония, октогена, алюминия дисперсного, глицидилазидного полимера, пластификаторов - смеси 1,5-динитрата-3-нитроазапентана и 1,5-диазидо-3-нитроазопентана). Топливо имеет высокий единичный импульс (Isp=271,l кгс·с/кг, при Рка=40/1), но имеет повышенную чувствительность к влаге, что снижает воспроизводимость основных характеристик топлива.Fuel is also known (US patent No. 4961380, MKI C 06 D5 / 06, publ. 09.10.90) based on ammonium perchlorate, octogen, dispersed aluminum, glycidyl azide polymer, plasticizers - a mixture of 1,5-dinitrate-3-nitroazapentane and 1, 5-diazido-3-nitroazopentane). Fuel has a high single impulse (I sp = 271, l kgf · s / kg, at P k / P a = 40/1), but has an increased sensitivity to moisture, which reduces the reproducibility of the main characteristics of the fuel.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и получаемому результату является ТРТ (патент РФ №2183608, опубл. 20.06.2002), содержащее, мас.%:Closest to the claimed technical essence and the result obtained is TRT (RF patent No. 2183608, publ. 06/20/2002), containing, wt.%:

Нитроизобутилтринитратглицерин или тетранитрометан 11,22-25,10Nitroisobutyl trinitrate glycerol or tetranitromethane 11.22-25.10

Полибутадиеннитрильный или полиуретановый каучук 2,05-5,90Polybutadiene nitrile or polyurethane rubber 2.05-5.90

Циклотетраметилентетранитроамин, илиCyclotetramethylene tetranitroamine, or

гексанитрогексаазаадамантан, илиhexanitrohexaazadamantane, or

гексанитрогексаазаизовюрцитан 57,50-84,80hexanitrohexaazaisowurtzitan 57.50-84.80

Алюминий дисперсный 0,07-20,00Dispersed aluminum 0.07-20.00

Технологические добавки 1,50-2,00Technological additives 1.50-2.00

Существенным недостатком этого топлива является недостаточно высокий уровень энергетических характеристик (расчетный единичный импульс Isp=248,83...263,58 кгс·с/кг, при Рка=40/1).A significant disadvantage of this fuel is not sufficiently high level of energy characteristics (calculated specific impulse I sp = 248,83 ... 263,58 kgf · s / kg, to at P / P a = 40/1).

При создании изобретения ставилась задача разработки ТРТ малодымного (бесхлорного), с высокими импульсом и плотностью, с продуктами сгорания, не склонными к повторному воспламенению в окружающем воздухе, эксплуатации в широком температурном диапазоне.When creating the invention, the task was to develop TRT low-smoke (chlorine-free), with high momentum and density, with combustion products not prone to re-ignition in ambient air, operation in a wide temperature range.

Задача решается за счет того, что известный состав твердого ракетного топлива, содержащий пластификатор - нитроизобутилтринитратглицерин, окислитель, горючее, высокомолекулярное связующее - полибутадиеннитрильный или полиуретановый каучук и технологические добавки, в качестве окислителя содержит циклотетраметилентетранитроамин или гексанитрогексаадаизовюрцитан, и/или гексанитрогексаазаадамантан, и/или аммонийдинитроамид, в качестве горючего - алюминий дисперсный и гидрид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved due to the fact that the known composition of solid rocket fuel containing a plasticizer - nitroisobutyl trinitrate glycerin, an oxidizing agent, fuel, high molecular weight binder - polybutadiene nitrile or polyurethane rubber and processing aids, contains cyclotetramethylene tetranitroamine or hexanedi nitride or hexanedi nitride , as fuel - dispersed aluminum and aluminum hydride in the following ratio of components, wt.%:

Нитроизобутилтринитратглицерин 11,25-26,78Nitroisobutyl trinitrate glycerol 11.25-26.78

Полибутадиеннитрильный илиPolybutadiene nitrile or

полиуретановый каучук 2,25-4,72polyurethane rubber 2.25-4.72

Циклотетраметилентетранитроамин илиCyclotetramethylene tetranitroamine or

гексанитрогексаазаизовюрцитан, и/илиhexanitrohexaazaisowurtzitane, and / or

гексанитрогексаазаадамантан, и/илиhexanitrohexaazadamantane, and / or

аммонийдинитроамид 35-58ammonium dinitroamide 35-58

Алюминий дисперсный 0,01-9,00Dispersed aluminum 0.01 - 9.00

Гидрид алюминия 6,00-27,00Aluminum hydride 6.00-27.00

Технологические добавки 1,49-1,99Technological additives 1.49-1.99

Для приготовления предлагаемого ТРТ используют:To prepare the proposed TRT use:

- циклотетраметилентетранитроамин [ОСТ В81-1509-77], аммонийдинитроамид [ТУ 84-754-78], гексанитрогексаазаизовюрцитан (GL-20 USA), гексанитрогексаазаадамантан [американская корпорация "Мортон Тиокол"];- cyclotetramethylene tetranitroamine [OST B81-1509-77], ammonium dinitroamide [TU 84-754-78], hexanitrohexaazaisowurtzitan (GL-20 USA), hexanitrohexaazadamantane [American Morton Thiocol Corporation];

- полибутадиеннитрильный каучук СКН-40 [ГОСТ 738-65] или полиуретановый каучук СКУ-90 [ТУ 38.403557-87];- polybutadiene nitrile rubber SKN-40 [GOST 738-65] or polyurethane rubber SKU-90 [TU 38.403557-87];

- алюминий дисперсный [ОСТ В 84-1841];- dispersed aluminum [OST B 84-1841];

- гидрид алюминия [ТУ 6-02-881];- aluminum hydride [TU 6-02-881];

- нитроизобутилтринитратглицерин [Е.Ю.Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. - Л.: Химия. 1973; Л.М.Козлов, В.Н.Бурмистров. Нитроспирты и их производные. КХТИ им. С.М.Кирова, Казань, 1960] или тетранитрометан [Е.Ю.Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. - Л.: Химия. 1973; Я.М.Паушкин. Химический состав и свойства реактивных топлив. - М.: АН СССР. 1958. 376 с.];- nitroisobutyl trinitrate glycerol [E.Yu. Orlova. Chemistry and technology of blasting explosives. - L .: Chemistry. 1973; L.M. Kozlov, V.N. Burmistrov. Nitro alcohols and their derivatives. KHTI them. S. M. Kirova, Kazan, 1960] or tetranitromethane [E.Yu. Orlova. Chemistry and technology of blasting explosives. - L .: Chemistry. 1973; Ya.M. Paushkin. The chemical composition and properties of jet fuels. - M .: AN USSR. 1958. 376 p.];

- в качестве технологических добавок могут использоваться отвердители (сера [ГОСТ 127-64], МnO2 [ТУ 6-09-01-718-87] и т.п.), поверхностно-активные вещества (например, лецитин) и др. Добавки вводятся в зависимости от требований к топливному составу для конкретного ракетного двигателя.- hardeners (sulfur [GOST 127-64], MnO 2 [TU 6-09-01-718-87], etc.), surfactants (for example, lecithin), etc. can be used as technological additives. Additives are added depending on the fuel composition requirements for a particular rocket engine.

Нитроизобутилтринитратглицерин - тяжелая маслянистая жидкость ρ=1,68 г/см3, температура замерзания (стеклования) t≤-35°C, температура вспышки t=243°C, удовлетворительная химическая стойкость, менее летуч, чем нитроглицерин), превосходит по мощности (теплоте взрывчатого превращения) нитроглицерин на 7%:Nitroisobutyl trinitrate glycerol is a heavy oily liquid ρ = 1.68 g / cm 3 , freezing (glass transition) temperature t≤-35 ° C, flash point t = 243 ° C, satisfactory chemical resistance, less volatile than nitroglycerin), superior in power ( heat of explosive conversion) nitroglycerin by 7%:

Figure 00000001
Figure 00000001

Это соединение является мощным бризантным взрывчатым веществом. Энергетически активный пластификатор нитроизобутилтринитратглицерин взаиморастворяется с высокомолекулярными связующими повышенной полярности - полибутадиеннитрильным каучуком СКН-40 или полиуретановым каучуком СКУ-90 - в широком температурном диапазоне эксплуатации (+50...-50°С).This compound is a powerful blasting explosive. The energetically active plasticizer nitroisobutyl trinitrate glycerol interacts with high molecular weight binders of increased polarity — SKN-40 polybutadiene rubber or SKU-90 polyurethane rubber — in a wide temperature range of operation (+50 ...- 50 ° С).

Ракетное топливо готовят следующим образом. Связующее смешивают с пластификатором, добавляют горючее, окислитель и технологическую добавку (например, отвердитель) и перемешивают в смесителе при температуре t=40...45°C в течение 1,5...2 ч, далее отверждают при температуре t=40°C в течение 240...360 ч.Rocket fuel is prepared as follows. The binder is mixed with a plasticizer, fuel, an oxidizing agent and a technological additive (for example, a hardener) are added and mixed in a mixer at a temperature of t = 40 ... 45 ° C for 1.5 ... 2 hours, then it is cured at a temperature of t = 40 ° C for 240 ... 360 hours

Пример конкретного выполнения ТРТ.An example of a specific implementation of TRT.

В таблице приведены примеры конкретных составов заявляемого топлива и состава по прототипу. Там же представлены энергетические характеристики этих составов: удельный расчетный импульс, плотность, объемный расчетный импульс. Все предельные значения компонентов заявляемого топлива находятся в непосредственной зависимости от заявленных пределов любого из окислителей, например гексанитрогексаазаизовюрцитана, поэтому предельное наполнение по компонентам рассмотрим на примере использования в качестве окислителя гексанитрогексаазаизовюрцитана. Из примера состава 19 таблицы видно, что значение Isp ниже значения прототипа, то есть, если дозировать гексанитрогексаазаизовюрцитана ниже указанных пределов, то получим значение Isp ниже, чем в прототипе, а если взять гексанитрогексаазаизовюрцитана выше заявленного предела, то ТРТ не будет обладать приемлемыми реологическими характеристиками из-за высокой степени объемного наполнения связующего твердыми частицами окислителя. То есть выше и ниже указанных пределов гексанитрогексаазаизовюрцитана брать нецелесообразно.The table shows examples of specific compositions of the claimed fuel and the composition of the prototype. The energy characteristics of these compounds are also presented there: specific calculated impulse, density, volume calculated impulse. All limit values of the components of the claimed fuel are directly dependent on the declared limits of any of the oxidizing agents, for example, hexanitrohexaazaisowurtzitane, therefore, the maximum content of the components will be examined using hexanitrohexaazaisowurtzitane as an oxidizing agent. From the example composition 19 of the table it can be seen that the value of I sp is lower than the value of the prototype, that is, if the dosage of hexanitrohexaazaisowurtzitane is lower than the specified limits, then we get the value of I sp lower than in the prototype, and if we take hexanitrohexaazaisowurtzitane above the stated limit, then TPT will not have acceptable rheological characteristics due to the high degree of volumetric filling of the binder with solid particles of an oxidizing agent. That is, above and below the specified limits of hexanitrohexaazaisowurtzitane it is impractical to take.

Из примеров 2, 3, 4, 6-18 следует, что применение нитроизобутилтринитратглицерина в качестве энергетически активного жидкого высокоплотного пластификатора высокомолекулярного полимерного связующего повышенной полярности в составе малодымного (бесхлорного) твердого ракетного топлива позволяет (как на основе циклотетраметилентетранитроамина, так и/или гексанитрогексаазаизовюрцитана и/или гексанитрогексаазаадамантана и/или аммонийдинитроамида) существенно увеличить значения расчетного удельного импульса.From examples 2, 3, 4, 6-18 it follows that the use of nitroisobutyl trinitrate glycerol as an energetically active liquid high-density plasticizer of high molecular weight polymeric binder of increased polarity in the composition of low-smoke (chlorine-free) solid rocket fuel allows (both based on cyclotetramethylene tetranitroamine, and / or hexane azane / or hexanitrohexaazadamantane and / or ammonium dinitroamide) significantly increase the value of the calculated specific impulse.

Гидрид алюминия приводит к оптимизации компонентного состава, заключающейся в увеличении содержания водорода и повышении импульса.Aluminum hydride leads to optimization of the component composition, which consists in increasing the hydrogen content and increasing momentum.

Таким образом, предлагаемое топливо является малодымным ввиду отсутствия в нем хлорсодержащего компонента и высокоэнергетическим. Предлагаемое ТРТ дает продукты сгорания, не воспламеняющиеся повторно в окружающем воздухе, что повышает надежность работы лазерной системы наведения и отсутствие помпажа двигателя авиационного носителя. Это объясняется использованием в составе топлива компонентов с повышенным кислородным балансом, а именно нитроизобутилтринитратглицерина, способствующих более полному окислению горючих компонентов. Предлагаемое топливо обладает высокой стойкостью в кислых средах, широким температурным диапазоном эксплуатации, достаточными термической, гидролитической стабильностью и низкой чувствительностью к механическим воздействиям, связанным с использованием в составе топлива нитроизобутилтринитратглицерина. Кроме того, использование предлагаемого бесхлорного ТРТ предпочтительнее с экологической точки зрения.Thus, the proposed fuel is low smoke due to the absence of a chlorine-containing component and high energy. The proposed TRT gives combustion products that are not inflammable repeatedly in ambient air, which increases the reliability of the laser guidance system and the absence of surging of the aircraft carrier engine. This is explained by the use of components with a high oxygen balance in the fuel composition, namely nitroisobutyl trinitrate glycerol, which contribute to a more complete oxidation of combustible components. The proposed fuel has high resistance in acidic environments, a wide temperature range of operation, sufficient thermal, hydrolytic stability and low sensitivity to mechanical stress associated with the use of nitroisobutyl trinitrate glycerol in the fuel composition. In addition, the use of the proposed chlorine-free TPT is preferable from an environmental point of view.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (1)

Твердое ракетное топливо, содержащее пластификатор -нитроизобутилтринитратглицерин, окислитель, горючее, высокомолекулярное связующее - полибутадиеннитрильный или полиуретановый каучук и технологические добавки, отличающееся тем, что в качестве окислителя оно содержит циклотетраметилентетранитроамин или гексанитрогексаазаизовюрцитан, и/или гексанитрогексаазаадамантан, и/или аммонийдинитроамид, в качестве горючего - алюминий дисперсный и гидрид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:Solid rocket fuel containing a plasticizer, nitroisobutyl trinitrate glycerol, an oxidizing agent, fuel, a high molecular weight binder, polybutadiene nitrile or polyurethane rubber and technological additives, characterized in that it contains cyclotetramethylene tetranitroamine or hexane nitro titanase and hexane nitro titanase - dispersed aluminum and aluminum hydride in the following ratio of components, wt.%: Нитроизобутилтринитратглицерин 11,25-26,78Nitroisobutyl trinitrate glycerol 11.25-26.78 Полибутадиеннитрильный илиPolybutadiene nitrile or полиуретановый каучук 2,25-4,72polyurethane rubber 2.25-4.72 Циклотетраметилентетранитроамин илиCyclotetramethylene tetranitroamine or гексанитрогексаазаизовюрцитан, и/илиhexanitrohexaazaisowurtzitane, and / or гексанитрогексаазаадамантан, и/илиhexanitrohexaazadamantane, and / or аммонийдинитроамид 35-58ammonium dinitroamide 35-58 Алюминий дисперсный 0,01-9,00Dispersed aluminum 0.01 - 9.00 Гидрид алюминия 6,00-27,00Aluminum hydride 6.00-27.00 Технологические добавки 1,49-1,99Technological additives 1.49-1.99
RU2003114792/02A 2003-05-19 2003-05-19 Solid rocket fuel RU2241693C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003114792/02A RU2241693C1 (en) 2003-05-19 2003-05-19 Solid rocket fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003114792/02A RU2241693C1 (en) 2003-05-19 2003-05-19 Solid rocket fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2241693C1 true RU2241693C1 (en) 2004-12-10
RU2003114792A RU2003114792A (en) 2004-12-27

Family

ID=34388083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003114792/02A RU2241693C1 (en) 2003-05-19 2003-05-19 Solid rocket fuel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2241693C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106748600A (en) * 2016-12-09 2017-05-31 湖北航天化学技术研究所 Containing AlH3Theoretical specific impulse high and high density propellant and preparation method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106748600A (en) * 2016-12-09 2017-05-31 湖北航天化学技术研究所 Containing AlH3Theoretical specific impulse high and high density propellant and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumari et al. Energetic plasticizers for gun & rocket propellants
US8888935B2 (en) Family of modifiable high performance electrically controlled propellants and explosives
US5348596A (en) Solid propellant with non-crystalline polyether/inert plasticizer binder
JP3370118B2 (en) Stable solid rocket propellant composition
Dey et al. Towards new directions in oxidizers/energetic fillers for composite propellants: an overview
NO894163L (en) ROCKET-propellant.
US6613168B2 (en) High energy propellant with reduced pollution
WO2011046641A1 (en) Explosive compositions and methods for fabricating explosive compositions
D'Andrea et al. A new generation of solid propellants for space launchers
Koch Insensitive high explosives: V. Ballistic properties and vulnerability of nitroguanidine based propellants
KR101664236B1 (en) Propellant for ducted rocket
RU2241693C1 (en) Solid rocket fuel
Doriath Energetic insensitive propellants for solid and ducted rockets
US5500061A (en) Silicon as high performance fuel additive for ammonium nitrate propellant formulations
US3732131A (en) Gun propellant containing nitroplasticized nitrocellulose and triaminoguanidine nitrate
RU2183608C2 (en) Solid rocket fuel
US4239073A (en) Propellants in caseless ammunition
US6673174B2 (en) High performance plastic bonded explosive
Simmons Guidelines to higher energy gun propellants
RU2183607C2 (en) Smokeless solid rocket fuel
US3953258A (en) Polynitroamine oxidizer containing propellant
Singh et al. Studies on low vulnerability gun propellants based on conventional binders and energetic plasticizers
Chan et al. Insensitive high energy booster propellant suitable for high pressure operation
Powell Reduced vulnerability minimum smoke propellants for tactical rocket motors
Dahlberg New low-sensitivity modular charge propellant based on GUDN

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190520