Способ изготовления заряда твердого ракетного топлива баллиститного типа

Способ изготовления заряда твердого ракетного топлива баллиститного типа

Реферат

Патентуемое изобретение относится к способам изготовления баллиститных твердых ракетных топлив (ТРТ) и может быть использовано при изготовлении зарядов к ракетным и артиллерийским системам.

Баллиститные ТРТ широко используются в ракетных системах различного назначения, а также в артиллерийских системах повышенного могущества. Это обусловлено как экономическими соображениями (изготовление баллиститных ТРТ менее затратно по сравнению со смесевыми ТРТ), так и высоким уровнем технических характеристик баллиститных ТРТ в целом, в том числе для артиллерийских систем, а также уникальностью отдельных характеристик, присущих им (бездымность, беспламенность, высокая механическая прочность). В качестве модификатора скорости горения в большинстве марок баллиститных ТРТ используют технический углерод (сажу). Одной из важнейших характеристик технического углерода как компонента топлива, улучшающего характеристики горения, является уровень дисперсности: чем выше степень дисперсности, тем эффективнее действие углерода. Мерой дисперсности является величина удельной поверхности технического углерода (S_уд), которая колеблется в широких пределах: от 10 до 270 м²/г. В топливных композициях, как правило, используется технический углерод высокой степени дисперсности S_уд≈100…270 м²/г. Известны топлива с использованием различного содержания технического углерода и обеспечением широкого диапазона характеристик горения. Например, топлива по патентам: RU 2203872, С06В 25/26, с содержанием технического углерода в пределах 1,0…2,3 (мас.%) и уровнем скорости горения 26…30 мм/с при Т=20°С и Р=100 кгс/см²; RU 2167137, С06В 25/26, с содержанием технического углерода в пределах 0,8…2,5 (мас.%) с уровнем скорости горения 28…35 мм/с (Т=20°С, Р=100 кгс/см²); RU 2191765, С06В 25/26, с содержанием 0,2…1,1 (мас.%) технического углерода и уровнем скорости горения 18…22 мм/с при Т=20°С и Р=100 кгс/см².

Способы изготовления баллиститных ТРТ, в том числе углеродсодержащих, приведены в источниках: «Краткий энциклопедический словарь - энергетические конденсированные системы». / Под ред. Б.П.Жукова, М., Янус - К, 2000, с.431-432; Смирнов Л.А. «Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них», М., МГАХМ, 1977, с.51-52, с.173-175; патенты: FR 2458523, US 5619073 А, DE 3523953 А1, RU 2105747, С1, RU 2220934, С2, RU 2203872, C06B 25/26. Способ по патенту RU 2220934, С06В 25/34 принят авторами за прототип. Указанный способ позволяет обеспечить высокий уровень характеристик топлива, в том числе по уровню скорости горения (U) и характеру степенного закона скорости, за счет его регулирования величиной показателя степени ν модификатором горения (чертеж).

U=U₁·p^ν,

где U₁ - коэффициент (единичная скорость горения),

р - давление, при котором осуществляется горение ТРТ,

ν - показатель в степенном законе скорости горения.

Однако несмотря на определенные преимущества углеродсодержащих баллиститных ТРТ все они обладают существенным недостатком, который заключается в том, что во всех известных рецептурах ТРТ с использованием в качестве модификатора горения технического углерода последний применяют в виде высокодисперсного порошка с размером частиц 100…3500 Å (БСЭ, М., изд-во «Советская энциклопедия», 1973, т.22, стр.496, столбцы 1474, 1475). При изготовлении топлив с использованием порошковой сажи возникает ряд трудностей: сажа «пылит», неудобна при взятии навесок, имеет низкую смачиваемость водой, следствием чего являются высокие технологические потери и повышенная загрязненность производственных помещений, что оказывает вредное воздействие на работающий персонал.

Технической задачей изобретения является разработка способа изготовления баллиститного углеродсодержащего ТРТ с уменьшенной вредностью производства (запыленностью) и повышенной его технологичностью.

Технический результат изобретения заключается в способе изготовления твердого ракетного топлива баллиститного типа, включающего смешение компонентов топлива в нейтральной среде (воде), отжим топливной массы, вальцевание-таблетирование, сушку и прессование зарядов ТРТ проходным методом с применением формообразующего пресс-инструмента. При этом при изготовлении ТРТ заряда используют технический углерод в гранулированном виде, а вальцевание топлива осуществляют при следующих режимах:

- толщина топливного полотна - 1,3…4,0 мм;

- температура рабочего валка - 65…105°С;

- температура «холостого» валка - 50…90°С.

Сущность патентуемого способа заключается в использовании при изготовлении рецептур ТРТ технического углерода (сажи) в гранулированном виде. Применение сажи в гранулированном виде позволяет исключить «пыление» при взятии навесок и вводе в «варочный котел», так как гранулированная сажа обладает свойством текучести, и получить однородную топливную массу за счет улучшенного распределения сажи с основными компонентами топлива, особенно на фазе вальцевания, так как гранулы сажи в процессе вальцевания подвергаются высокому термомеханическому воздействию, что позволяет довести (размолоть) их практически до размеров порошкообразного состояния и тем самым обеспечить требуемый уровень характеристик горения при использовании в составах топлив (таблица).

Указанные особенности патентуемого способа позволяют обеспечить улучшенные санитарно-гигиенические условия в производстве углеродсодержащих ТРТ и удовлетворительную эффективность введенного в гранулированном виде технического углерода как модификатора горения.

В таблице приведены примеры реализации способа изготовления топлива (зарядов) с использованием гранулированного технического углерода (сажи) в сравнении с порошковой сажей. Рецептура топлива образцов соответствовала пат. RU 2203872 и изготавливалась с использованием гранулированной сажи. По указанной рецептуре были изготовлены обр.1…5 с использованием гранулированной сажи. Размеры гранул составляли 0,045…0,500 мм (применяли сажу марки УМ-76). В таблице для сравнения приведены технологические параметры вальцевания топлива рецептуры по пат. RU 2203872 с использованием порошкообразного технического углерода, фактические результаты по скорости горения, а также требования по диапазону скорости горения топлива применительно к конкретному заряду.

Примеры реализации способа изготовления ТРТ с техническим углеродом
Характеристики топлива и параметры технологического процесса	Гранулированный технический углерод	Порошкообразный технический углерод
обр.1	обр.2	обр.3	обр.4	обр.5
Толщина топливного полотна при вальцевании, мм	2,6	1,3	4,0	2.0	5,0	2,7
Температура, °С
с рабочего валка	80	65	90	105	86	95
с холостого валка	60	50	75	90	70	75
Массовая доля технического углерода, мас.%	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	2,0
Скорость горения топлива (Т=20°С, р=100 кгс/см2), мм/с	28,5	28,8	27,9	28,0	22,5	28,1 (требования 26,0…30,0)
Показатель ν в законе горения	0,36	0,32	0,30	0,35	0,44	0,35

Как следует из данных таблицы, регулированием толщины топливного полотна при вальцевании за счет изменения роздвига валков возможно обеспечение требуемых баллистических характеристик топлива (обр.1-4). Однако при уменьшении толщины полотна ниже 1,3 мм повышается опасность операции вальцевания, а при повышении толщины полотна выше 4,0 мм не достигается необходимая степень гомогенизации топливного полуфабриката, следствием чего является получение более низкого уровня скорости горения и более высокого показателя «ν» (образец 5). Температурные режимы вальцевания ограничены интервалом температур 65-105°С, для обеспечения безопасного ведения процесса, так как при температуре более 105°С из-за высокого разогрева топливной массы возникает высокая вероятность вспышки топлива, а при температуре менее 65°С - высокая вероятность вспышки обусловлена повышенной жесткостью топливного полотна.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что реализация способа изготовления топлива и зарядов с использованием в качестве модификатора горения технического углерода (сажи) в гранулированном виде обеспечивает требуемый уровень баллистических характеристик топлива (по уровню скорости горения). При этом улучшаются санитарно-гигиенические условия работы производственного персонала и уменьшаются технологические потери при вводе технического углерода в состав топлива, что составляет положительный эффект изобретения.

Способ изготовления заряда твердого ракетного топлива баллиститного типа, содержащего технический углерод, включающий смешение компонентов топлива, отжим, вальцевание, сушку и прессование заряда проходным методом с использованием формообразующего пресс-инструмента, отличающийся тем, что технический углерод используют в гранулированном виде, а вальцевание топлива осуществляют при температуре рабочего валка 65…105°С, температуре холостого валка 50…90°С и с толщиной топливного полотна 1,3…4,0 мм.