RU2731103C1 - Универсальный катализатор горения баллиститных твердых ракетных топлив (бтрт) - Google Patents

Универсальный катализатор горения баллиститных твердых ракетных топлив (бтрт) Download PDF

Info

Publication number
RU2731103C1
RU2731103C1 RU2019117371A RU2019117371A RU2731103C1 RU 2731103 C1 RU2731103 C1 RU 2731103C1 RU 2019117371 A RU2019117371 A RU 2019117371A RU 2019117371 A RU2019117371 A RU 2019117371A RU 2731103 C1 RU2731103 C1 RU 2731103C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion
catalyst
ballistic
fuel
catalysts
Prior art date
Application number
RU2019117371A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Михайлович Милёхин
Анатолий Петрович Денисюк
Наталья Ивановна Василевская
Юрий Германович Шепелев
Юрий Борисович Банзула
Наталья Владимировна Малкова
Юрий Николаевич Орлов
Владимир Александрович Сизов
Дарья Денисовна Куликова
Алексей Григорьевич Ткачёв
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный центр двойных технологий "Союз" (ФГУП "ФЦДТ "Союз")
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
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 "Федеральный центр двойных технологий "Союз" (ФГУП "ФЦДТ "Союз"), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный центр двойных технологий "Союз" (ФГУП "ФЦДТ "Союз")
Priority to RU2019117371A priority Critical patent/RU2731103C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2731103C1 publication Critical patent/RU2731103C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/18Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition
    • C06B25/24Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition with nitroglycerine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/18Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition
    • C06B25/24Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition with nitroglycerine
    • C06B25/26Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition with nitroglycerine with an organic non-explosive or an organic non-thermic component

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Данное изобретение относится к области разработки баллиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) с улучшенными баллистическими характеристиками. Изобретение касается универсального катализатора горения баллиститных твердых ракетных топлив, содержащего индивидуальные катализаторы, например карбонат никеля, салицилат никеля, салицилат меди или их смеси, или фталат меди-свинца в сочетании с углеродными нанотрубками марки Таунит-МД (Т-МД) при соотношении индивидуального катализатора или смеси катализаторов и углеродных нанотрубок от 1:1 до 4:1. Технический результат - создание баллиститных топлив различного назначения с увеличенной в 3-10 скоростью горения и уменьшенной зависимостью ее от давления и начальной температуры заряда в широком интервале давлений. 15 табл.

Description

Данное изобретение относится к области разработки баллиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) с улучшенными баллистическими характеристиками.
Изобретение относится к разработке высокоэффективного катализатора горения БТРТ для повышения возможности регулирования величины скорости горения (U) БТРТ и снижения зависимости ее от давления в широком его диапазоне 1-40 МПа и от начальной температуры заряда (Т0).
Для регулирования баллистических характеристик было предложено использовать катализаторы совместно с углеродом (сажей) [1-4].
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) принят катализатор, использованный в составе топлива, предложенного в патенте [5]. Он состоит из свинцовой и медной солей салициловой, фталевой кислоты либо их смесей с никелевой солью салициловой, фталевой или других кислот в сочетании с углеродом в виде сажи, наиболее эффективной в плане катализа горения является сажа марки КГО-250 [6].
Предложенный в [5] катализатор обладает высокой эффективностью действия, что позволяет получать топлива с повышенной энергетикой (3978 - 4815 кДж/кг) с различной скоростью горения (например, 10,5-32 мм/с при давлении 10 МПа), с низким значением ν=0,1-0,2 в различном интервале давления. Однако, из [5] не ясно, можно ли с помощью предложенного в нем катализатора эффективно влиять на скорость горения топлив с более высокой энергетикой, а также на горение низкокалорийных (низкотемпературных) составов для газогенераторов.
С 90-х годов в нашей стране не выпускается высокодисперсный углерод КГО-250, а как показали наши исследования другие ее марки значительно менее эффективны [6].
Технической задачей изобретения является разработка универсального высокоэффективного катализатора горения баллиститных топлив различного состава и калорийности для существенного (до 3-10 раз) увеличения скорости горения и уменьшения зависимости ее от давления и от начальной температуры заряда в различном интервале давления.
Поставленная задача достигается тем, что различные катализаторы вводятся в топливо в сочетании с углеродными нанотрубками (УНТ) марки Таунит-МД (Т-МД) в различном их соотношении.
Предлагаемый катализатор расширяет возможности регулирования величины скорости горения и уменьшения зависимости ее от давления в различном интервале давления топлив.
Изготовление образцов топлива осуществляется по принятой для баллиститных топлив технологии: смешение всех компонентов проводится в водной среде при модуле 1:6-1:10, сначала при температуре 20°С, а затем при 50°С с последующим отжимом топливной массы до влажности 15-25 мас. % и вальцеванием ее при температуре 70-90°С, сушкой полуфабриката до влажности 0,5-1,0 мас. % и прессованием изделий (зарядов) на гидравлическом прессе при температуре 80-95°С и давлении до 30 МПа.
Катализатор с УНТ или сажей вводится в состав топлива за счет пропорционального уменьшения всех компонентов. Состав базовых топлив приведен в таблице 1. Основные свойства топлив с предлагаемым катализатором представлены в таблицах 2-13.
Скорость горения определяется в приборе постоянного давления (ППД). Эффективность влияния катализаторов оценивали величиной Zτ=Uk/U0, где Uk - скорость горения топлива с катализатором, U0 - скорость горения базового топлива, τ - значение давления (МПа), для которого вычислено значение Z.
От прототипа предлагаемый катализатор отличается тем, что в комбинированном катализаторе вместо углерода используются УНТ. Особенности УНТ по сравнению с сажей заключаются в том, что они сами более значительно, чем сажа, увеличивают скорость горения топлив различного состава (табл. 2-3). Так, 1,5% УНТ увеличивают скорость горения низкокалорийного топлива 2 в 2 раза при давлении 2 МПа, снижая значение v от 0,83 до 0,60; в случае высококалорийного топлива 4 скорость горения увеличивается в 1,8 раза и значение v снижается от 0,76 до 0,58. В результате этого существенно увеличивается эффективность влияния предлагаемых катализаторов.
В таблице 4 приведены результаты по влиянию на скорость горения низкокалорийного (Qж=2181 кДж/кг) топлива одних и тех же катализаторов (салицилаты меди (СМ) и никеля (СН)) в сочетании с УНТ и с сажей УМ-76, для сравнения. Видно, что катализаторы с УНТ оказывают большее влияние на скорость горения этого состава, чем с сажей. Так, при давлении 2 и 10 МПа СН с УНТ увеличивают скорость горения в 7,2 раза, и в 3,7 раза совместно с салицилатом меди, снижая значение v почти в 2 раза (от 0,86 до 0,47) в интервале давления от 1 до 15 МПа. Ввод сажи приводит к увеличению скорости горения в 3,7 и 1,6 раза, соответственно.
В таблице 5-7 приведены результаты по влиянию на скорость горения низкокалорийного (Qж=2518 кДж/кг) топлива предлагаемого катализатора с Т-МД и, для сравнения, данные для тех же катализаторов с сажей УМ-76. При добавлении 1,5% углеродных нанотрубок к 3% салицилата никеля скорость горения увеличивается в 5,2 раза при давлении 2 МПа, показатель степени v при этом равен 0,52. С увеличением содержания катализатора до 6% и Т-МД до 2% значение v снижается до 0,44. Исследования в области высокого давления показали, что участок «плато» для катализатора с 1,5% Т-МД имеется в интервале давления 15-30 МПа (v=0,04).
Ввод неорганической соли - карбоната никеля не приводит к увеличению скорости горения. Добавление 1,5% сажи оказывает незначительное влияние на скорость горения, при этом значение v равно 1,18. Ввод 1,5% Т-МД оказывает значительное влияние на эффективность действия NiCO3 - скорость горения увеличивается в 4,4 раза (при 2 МПа) и в
2,6 раза (при 10 МПа), значение ν снижается до 0,54 в интервале 1-8 МПа и до 0,35 при давлении выше 8 МПа.
1,5% Т-МД более эффективно влияют на предлагаемый катализатор топлива средней калорийности (топливо 3, Qж=3765 кДж/кг), увеличивая скорость горения в 2,8-2,4 в интервале давления 2-10 МПа (таблица 8). Сажа в количестве 1,5% увеличивает скорость горения лишь в 1,2-1,4 раза в том же интервале давления.
В таблицах 9-10 приведены данные по влиянию углеродных нанотрубок (1-2,5%) на салицилаты меди и никеля. Наибольшая эффективность достигается при вводе 6% комбинированного катализатора (салицилат меди + салицилат никеля) в сочетании с 2% Т-МД: значение ν снижается до 0,38 в интервале давления 1-15 МПа, скорость горения увеличивается более чем в 5 раз при давлении 2 МПа и ~ в 3 раза при давлении 10 МПа. Аналогичный ввод сажи вместо Т-МД оказывает значительно меньшее влияние на закономерности горения топлива 4.
В таблице 11 приведено сравнение действия отечественных УНТ марок «Таунит-М» (Т-М) и «Таунит-МД» на предполагаемый катализатор горения топлив различной энергетики. Наибольшая эффективность достигается при действии на низкокалорийное топливо, при горении которого возможности образования углеродного каркаса на поверхности наиболее благоприятные [7]. Т-МД более эффективно действуют на катализатор, чем Т-М, значительнее увеличивая скорость горения топлив различной энергетики.
В таблице 12 приведены результаты по влиянию катализатора совместно с сажей и Т-МД на скорость горения топлива 4, содержащего в своем 5% металлического горючего ПАМ-4 и 1% модификатора фторопласт-4. Углеродные нанотрубки оказывают большее влияние на действие катализатора, снижая показатель степени ν до 0,35 (при использовании сажи - 0,40), и более значительно увеличивая скорость горения.
В таблице 13 приведены результаты по действию фталата меди-свинца в сочетании с углеродными нанотрубками на скорость горения топлива 4, содержащего в своем составе 20% взрывчатого вещества (ВВ). Ввод 20% ВВ приводит к снижению скорости горения на 30% во всем интервале изученного давления. Ввод катализатора вместе с Т-МД увеличивает скорость горения при 2 МПа в 2,9 раза, а при 10 МПа - в 1,8 раза. Показатель степени в законе горения v снижает от 0,76-0,79 до 0,40.
В таблице 14 приведены скорости термического разложения топлива 4 с 2,5% сажи и Т-МД, а также с катализатором и Т-МД при температуре 120°С. Отношение скорости разложения топлива с добавками к скорости разложения базового топлива выражается величиной Y=Wдоб/W0. Для всех добавок рассчитанная степень разложения η=1-е-кτ при 20°С за 20 лет не превышает 0,02%.
Составы с катализатором обладают достаточными технологическими характеристиками (таблица 15) - коэффициент технологичности Кт=σсрμ в интервале температур 60-80°С для образца с 5% катализатора с 2% Т-МД равен 3,3-3,5; а с 6% катализатора с 2% Т-МД равен 2,9-3,0, т.е. показывает возможность переработки проходным прессованием.
Figure 00000001
Нитроцеллюлоза 36,8-52,8
Нитроглицерин 13,1-55,2
Динитротолуол 0-18,3
Дибутилфталат 0-6,1
Централит №2 или дифениламин до 1,9
Индустриальное масло до 0,9
Катализатор индивидуальный или смесь катализаторов 1-6
Углеродные нанотрубки 1-2
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Список литературы
1 Денисюк А.П., Козырева Т.М., Хубаев В.Г. О влиянии соотношения между PbO и сажей на скорость горения баллиститного пороха // Физика горения и взрыва. 1975. Т. 11. №2. С. 315-318.
2 Денисюк А.П., Марголин А.Д., Токарев Н.П., Хубаев В.Г., Демидова Л.А. Роль сажи при горении баллиститных порохов со свинец содержащими катализаторами // Физика горения и взрыва. 1977. Т. 13. №4. С. 576-584.
3 Pat. US №3033717, Gas producing charge / Preckel Ralph.F. 08.05.1962.
4 Е.Ф. Жегров, Ю.М. Милехин, E.B. Берковская, Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 1. Химия: Монография - М. РИЦ МГУП им. И. Федорова, 2011. - 400 с.
5 RU 2169722 Рос. Федерация. Баллиститное ракетное твердое топливо / Жегров Е.Ф., Михайлова М.И., Гаврилова Л.А. [и др.]; патентообладатель ФЦДТ "Союз" - №99109175/02; заявл. 28.04.1999, опубл. 27.06.2001.
6 Денисюк А.П., Шепелев Ю.Г., Телепченков В.Е., Киселев И.А., Сизов В.А. Эффективные катализаторы горения для высокоэнергетических баллиститных ТРТ // Боеприпасы и спецхимия. 2013. №3. С. 145-148.
7 Денисюк А.П., Демидова Л.А. Особенности влияния некоторых катализаторов на горение баллиститных порохов // Физика горения и взрыва. 2004. Т. 40. №3. С. 69-76.

Claims (1)

  1. Универсальный катализатор горения баллиститных твердых ракетных топлив, содержащий индивидуальные катализаторы, например карбонат никеля, салицилат никеля, салицилат меди или их смеси, или фталат меди-свинца в сочетании с углеродными нанотрубками марки Таунит-МД (Т-МД) при соотношении индивидуального или смеси катализаторов и углеродных нанотрубок от 1:1 до 4:1.
RU2019117371A 2019-06-05 2019-06-05 Универсальный катализатор горения баллиститных твердых ракетных топлив (бтрт) RU2731103C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117371A RU2731103C1 (ru) 2019-06-05 2019-06-05 Универсальный катализатор горения баллиститных твердых ракетных топлив (бтрт)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117371A RU2731103C1 (ru) 2019-06-05 2019-06-05 Универсальный катализатор горения баллиститных твердых ракетных топлив (бтрт)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731103C1 true RU2731103C1 (ru) 2020-08-28

Family

ID=72421558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019117371A RU2731103C1 (ru) 2019-06-05 2019-06-05 Универсальный катализатор горения баллиститных твердых ракетных топлив (бтрт)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731103C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756556C1 (ru) * 2020-10-08 2021-10-01 Акционерное общество "Новосибирский механический завод "Искра" Тринитрорезорцинат свинца, модифицированный углеродными нанотрубками, и способ его получения

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2853388C2 (ru) * 1977-12-14 1988-06-30 Hercules Inc., Wilmington, Del., Us
RU2169722C2 (ru) * 1999-04-28 2001-06-27 Федеральный центр двойных технологий "Союз" Баллиститное ракетное твердое топливо

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2853388C2 (ru) * 1977-12-14 1988-06-30 Hercules Inc., Wilmington, Del., Us
RU2169722C2 (ru) * 1999-04-28 2001-06-27 Федеральный центр двойных технологий "Союз" Баллиститное ракетное твердое топливо

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. P. Denisyuk, Academician Y.M. Milekhin, L. A. Demidova, and V. A. Sizov, Effect of Carbon Nanotubes on the Catalysis of Propellant Combustion, Chemistry, 24.07.2018. *
А.А. Шатохин, В.А. Сизов, Ю.Г. Шепелев. Влияние катализаторов в сочетании с углеродными нанотрубками на температурную зависимость скорости горения баллиститных порохов. Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXX. 2016. N 8. *
В.А. Киричко, В.А. Сизов, А.П. Денисюк. Влияние углеродных нанотрубок на эффективность действия катализаторов горения низкокалорийного пороха. Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXX. 2016. N 8. *
В.А. Киричко, В.А. Сизов, А.П. Денисюк. Влияние углеродных нанотрубок на эффективность действия катализаторов горения низкокалорийного пороха. Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXX. 2016. N 8. A. P. Denisyuk, Academician Y. M. Milekhin, L. A. Demidova, and V. A. Sizov, Effect of Carbon Nanotubes on the Catalysis of Propellant Combustion, Chemistry, 24.07.2018. А.А. Шатохин, В.А. Сизов, Ю.Г. Шепелев. Влияние катализаторов в сочетании с углеродными нанотрубками на температурную зависимость скорости горения баллиститных порохов. Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXX. 2016. N 8. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756556C1 (ru) * 2020-10-08 2021-10-01 Акционерное общество "Новосибирский механический завод "Искра" Тринитрорезорцинат свинца, модифицированный углеродными нанотрубками, и способ его получения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2410801A (en) Igniting composition
DE69010180T2 (de) Verbesserte Zusammensetzung für Initialladung.
Brousseau et al. Detonation properties of explosives containing nanometric aluminum powder
US6969434B1 (en) Castable thermobaric explosive formulations
RU2731103C1 (ru) Универсальный катализатор горения баллиститных твердых ракетных топлив (бтрт)
US3010815A (en) Monofuel for underwater steam propulsion
US2095302A (en) Ammunition
US3021667A (en) Method for initiating the combustion of hydrazine
US2480141A (en) Primer mixture
US2604391A (en) Gas-producing nondetonating composition
Htwe et al. Combustion of double-base propellants of various compositions containing ammonium nitrate
US20070113939A1 (en) High energy blast explosives for confined spaces
DÎRLOMAN et al. Eco-oxidizers for composite propellants: Ammonium nitrate and ammonium dinitramide
US3123507A (en) Gas-generating compositions
US3834956A (en) Solid propellant composition containing lead and lead compounds
US2480852A (en) Propellent powders
Abdul Rahim et al. A comprehensive overview and future frontiers of energetic materials comprising nitrocellulose
Frem Theoretical studies on energetic properties of s-triazine substituted aminofurazan and aminofuroxan derivatives—high performance energetic material systems
Tuan et al. Influence of some additives on burning rate of KNO3-based compositions
Chavez et al. Synthesis and combustion characteristics of novel high-nitrogen materials
Sizov et al. 1, 1’-Ferrocenedicarboxylic Acid Salts as Burning Rate Modifiers of Double-Base Propellant
US3645810A (en) Solid fuel composition
CN115286474B (zh) 分子钙钛矿型化合物(c6h14n2)k(no3)3作为双基发射药添加组分的应用
RU2349566C1 (ru) Способ изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива
Koch et al. Combustion and Detonation Behaviour of Ammonium Perchlorate/Phosphorus (V) Nitride, P3N5