SE467496B - Saett att oeka energiutbytet vid raket- och ramjetdrivmedel samt i enlighet daermed framstaellt braensle - Google Patents

Description

467 496 till de sidoreaktioner som sker vid sidan om den rena förbrän- ningen. Enligt denna patentskrift skulle man nämligen kunna uppnå ett markant förbättrat energiutbyte från dylika explosivämnes- blandningar om man istället för att som tidigare tillföra perklo- ratdelen i stora molära överskott noga balanserar denna mot bland- ningens syrebalans till en i huvudsak fullständig bildning av koldioxid och vatten vid blandningens förbränning Tidigare använda stora molära perkloratöverskott påstås nämligen vid laddningens förbränning ha förbrukat stora energimängder för den egna sönder- delningen istället för att ge ett energitillskott. Detta resonemang gäller alltså perklorathaltiga blandningar.

Föreliggande uppfinning hänför sig emellertid till ett mera gene- rellt sätt att öka energiutbytet från och då i första hand gastemperaturen vid raket- och ramjetbränslen innehållande hög- energisprängämnen av typen RDX, HMX, HNS, PETB, TATB, NTO, TNT samt guanidinderivat såsom TAGN, NIGU och guanidinnitrat, metalltillsatser samt bindemedel, som eventuellt kan vara ett energetiskt bindemedel (dvs ett bindemedel som även är ett explo- sivämne) såsom TNT eller polyvinylnitrat.

Det går även att öka en metallhaltig sprängämnesblandnings speci- fika impuls enligt samma principer. Detta finns dock beskrivet i en andra samtidigt med denna ansökan inlämnad ansökan.

I ansökan och inom branschen allmänt använda förkortningar: RDX = hexogen HMX = oktogen HNS = hexanitrostilben PETN = pentyl eller pentaerytritoltetranitrat TATB = trinitroaminotrinitrobensen NTO = 3-Nitro-1,2,4-Triazole-5-One TNT = trotyl TAGN = triaminoguanidinnitrat NIGU = nitroguanidin 3 467 496 Enligt uppfinningen uppnås ovan nämnda högre gastemperatur och därmed ökade energiutbyte i form av större gasmängd vid de aktuella raket- och ramjetbränslena genom att förbränningen av den däri ingående sprängämneskomponenten kombineras med en exoterm intermetallisk reaktion mellan i bränslet ingående komponenter som startas upp av sprängämnesförbränningen men som så snart reaktionen kommit igång löper utan yttre energitillskott men under avgivande av energi. Det på detta sätt erhållna temperaturtillskottet ger bränslet enligt uppfinningen en väsentligt större energitäthet som alltså resulterar i en högre impuls.

För att detta skall fungera måste metallreaktanterna vara lösliga i varandra åtminstone vid någon temperatur som uppnås vid sprängämnes- förbränningen eftersom det är löslighetsreaktionen som är det mest exoterma reaktionssteget.

Man måste även räkna med att de i den därvid bildade legeringen i ett andra steg kommer att bilda oxider och eventuella karbider enligt i huvudsak samma principer som gälla vid de raket- och ramjetdrivmedel som bara innehåller en enda metalltillsats och då i första hand aluminium. Detta andra oxidations- och karbidbildnings- steg är inte på långa vägar lika starkt exotermt som det första legeringssteget enligt uppfinningen.

Inom uppfinningstanken finns det utrymme för sådana olikheter om är påkallade av att raketdrivmedlen även måste innehålla för förbrän- ningen nödvändigt syre medan ramjetdrivmedlen tillgodogör sig det omgivande luftsyret. Dessutom påverkas ramjetdrivmedlets mera detaljerade sammansättning av om det skall användas i en rammotor med öppen förbränning eller i en där en första förbränning sker i en gasgenerator medan den slutliga ramjetförbränningen sker i form av en efterförbränning med hjälp av luftsyret.

För raket- och ramjetdrivmedel utformade i enlighet med före- liggande uppfinning gäller följande generella gränser för de däri ingående olika komponenterna. 467 496 4 Brännbart bindemedel 10-50 vikts-% Metallkomponenter 10-90 " Sprängämne 10-50 " Vid raketdrivmedel samt i gasgeneratorer förförbrända ramjet- drivmedel krävs dessutom syregivare i större eller mindre mängd.

Generellt gäller att raket- och ramjetdrivmedel innehåller relativt höga halter brännbart bindemedel.

Exoterma intermetalliska legeringsreaktioner som är speciellt intressanta i detta sammanhang är främst sådana som ger upp- hov till borider, silicider, aluminider, och legeringar inne- fattande alkaliska jordartsmetaller.

Teoretiska beräkningar visar att nedanstående metallkombina- tioner ger exoterma legeringssystem lämpliga att utnyttjas i samband med föreliggande uppfinning.

Alkaliska jordartsmetaller Barium plus antingen antimon, vismut eller tenn.

Tenn plus magnesium.

Kalcium plus aluminium.

Strontium plus aluminium Beryllium plus aluminium Borider Bor plus magnesium, kisel, titan, zirkonium, krom, molybden, wolfram eller mangan.

Aluminider Aluminium plus koppar, kalcium, bor, titan, zirkonium; krom, mangan, järn, kobolt, nickel, palladium och platina. i» 5 467 496 Silicider Kisel plus kalcium, titan, zirkonium krom, molybden och nickel.

Av i sammanhanget med uppfinningen speciellt intressanta reaktioner är de som inbegriper tvâ eller flera av metallerna titan, bor, zirkonium, nickel, mangan, aluminium samt mellan zirkonium och kol.

Den kombination som vi räknar med först skall komma till praktisk användning i raket- och ramjetmotorer är den mellan zirkonium och nickel där speciellt kombinationen 30 % zirkonium, 70 % nickel visat mycket goda resultat.

För att den åsyftade exoterma intermetalliska reaktionen skall kunna startas upp av förbränningen av bränslets sprängämnes- komponent och sedan löpa vidare utan ytterligare energitill- skott krävs att reaktanterna (metallerna) finns tillgängliga fördelade i bränslet i intim kontakt med varandra i lämpliga partikelstorlekar (specifik yta) och i lämpliga mängder. hä reak- tanterna utgörs av två eller flera metaller gäller att detta uppnås genom att man tillverkar sammanhängande granuler av företrädesvis storleksordningen 100-200 pm av fina metallpartiklar avlp-storlek och där granulerna var för sig innehåller alla reaktanter.

Den interna sammanhållningen inom granulerna kan säkras med hjälp av speciella bindemedel precis som sammanhållningen inom ladd- ningarna d v s mellan metallgranulerna och sprängämneskomponenten måste säkras med ett bindemedel och detta senare kan som redan påpekats vara ett energetiskt bindemedel d v s i sig ett explo- sivämne eller ett annat bindemedel t ex en akrylat. Även om det alltså har varit tidigare känt att vissa interme- talliska legeringsreaktioner är exoterma så har det konsekventa utnyttjandet av detta såvitt vi känner till aldrig tidigare kon- sekvent utnyttjats i samband med ramjet- och raketbränslen.

Eftersom de exoterma legeringsreaktionerna är relativt långsamma jämfört med förbränningen av de i bränslet ingående sprängämnes- 467 496 komponenterna sà blir resultatet en något sänkt gasbildnings- hastighet men denna kompenseras många gånger om av den högre gastemperatur som erhålles enligt uppfinningen.

Uppfinningen har definierats i de efterföljande patentkraven och skall nu något ytterligare beskrivas i samband med bifogade exempel.

EXEMPEL Nedanstående sammansättningar anger lämpliga ramjetdrivmedel, som om de kompletteras med därtill anpassade mängder syreavgivare av konventionell raketdrivmedelstyp även med fördel kan användas som raketdrivmedel.

Bindemedlen kan utgöras endera av härdplaster, termoelaster eller termoplaster. Den senare gruppen innehåller speciellt många lämp- liga bindemedel i form av brännbara akrylater, polyuretaner, polyestrar eller termoplastiskt gummi.

EXEMPEL 1 25 vikts-% bindemedel 45 " RDX 17 " titan 13 “ bor EXEMPEL 2 25 vikts-% bindemedel 10 " RDX 40 " titan 25 " bor EXEMPEL 3 25 vikts-% bindemedel 24 “ zirkonium 6 “ bor 45 " RDX li 25 vikts-% 10 " 52 13 EXEMPEL 4 II bindemedel RDX zirkoníum bor 467 496

Claims (3)

1. 467 496 PATENTKRAV 1. Sätt att öka energiutbytet och då främst gastemperaturen från sådana raket- och ramjetbränslen som innehåller hög- energisprängämnen av typen RDX, HMX, HNS, PETN, TATB, NTO, TNT och/eller ett guanidinderivat såsom TAGN och NIGU, guanidinnitrat, metalltillsatser samt bindemedel som kan vara ett energetiskt bindemedel k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att förbränningen av bränslet kombineras med en exoterm intermetallisk legeringsreaktion mellan två eller flera i finfördelad form och i intim kontakt med varandra och i högenergisprängämnet fördelade i bränslet ingående metallkomponenter som vid bränslets förbränning ger upphov till borider, silicider, aluminider eller legeringar innefattande alkaliska jordartsmetaller varvid nämnda intermetalliska reaktion startas upp av förbränningen av bränslets spräng- ämneskomponenter samt därefter löper mer eller mindre parallellt med denna utan krav på ytterligare energitill- skott men under avgivande av energi.

2. Sätt enligt krav l k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att de för den exoterma intermetalliska legeringsreaktionen nödvändiga komponenterna tillförs bränslet i form av saman- hängande granuler av storleksordningen 100-200 pm som samtliga innehåller alla metallkomponenter i form av fasta partiklar av p-storlek och varvid dessa granuler dessutom även innehål- ler ett eventuellt bindemedel som kan vara av energetisk typ d v s samtidigt ett sprängämne.

3. Raket- och ramjetbränsle som i enlighet med sättet enligt kraven 1-2 givits till extra energiutbyte främst i form av en förhöjd gastemperatur innehållandeett högenergisprängämne av typen RDX, HMX, HNS, PETN, TATB, NTO, TNT och/eller guanidin- derivat såsom TAGN och NIGU, guanidinnitrat, metalltillsatser samt bindemedel som kan vara ett energetiskt bindemedel k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att det innehåller två 467 496 eller flera i finfördelad form och i intim kontakt med varandra och i sprängämnet fördelade metalltillsatser i form av metaller vid åtminstone någon temperatur är lösliga i varandra, vid åtminstone någon temperatur som uppnås vid sprängämnets förbränning och vars legeringsbildning är exoterm. 5. Raket- och ramjetbränsle enligt krav 4 k ä n n e t e c k- n a t d ä r a v att däri ingående metallkomponenter som vid sprängämnets förbränning ger upphov till endera borider, silicider,aluminider eller legeringar innefattande alkaliska jordartsmetaller. 6. Raket- och ramjetdrivmedel enligt krav 4 eller 5 k ä n - n e t e c k n a t d ä r a v att det innefattar 10-50 vikts-% brännbart bindemedel 10-90 " metallkomponenter samt 10-50 ” sprängämne då procenthalten räknats på drivmedlens totalmängd med undan- tag för eventuella syreavgivande komponenter som tillkommer då bränslet är avsett att förbrännas utan eller med begränsat tillskott av luftsyre från den omgivande atmosfären. 7. Raket- och ramjetbränsle enligt endera av kraven 4-6 k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att metallkomponenterna ingår i bränslet i form av sammanhängande granuler av stor- leksordningen 100-200 pm innehållande samtliga metallkompo- nenter i form av fasta partiklar av p-storlek samt ett binde- medel som kan vara av energetisk typ. 8. Raket- och ramjetbränsle enligt krav 7 k ä n n e t e c k- n a t d ä r a v att det innehåller metallerna zirkonium och nickel som exotermt reagerande metallkomponenter varvid förhållandet mellan dessa komponenter är 70:30.