Результат интеллектуальной деятельности: ВКЛАДНОЙ ЗАРЯД МЕДЛЕННОГОРЯЩЕГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Патентуемое изобретение относится к области создания бронированных зарядов из медленногорящего твердого топлива на основе окислителя - нитрата аммония и связующего - ацетилцеллюлозы.

В настоящее время заряды из медленногорящего твердого топлива нашли широкое применение в ракетных двигателях, в газогенераторах (ГГ) и пороховых аккумуляторов давления (ПАД). Газ, полученный в двигателе, генераторе, должен иметь постоянную скорость и давление. Давление внутри двигателя или газогенератора регулируется с помощью соплового отверстия или клапана. Однако очень трудно достигнуть постоянной скорости газообразования. Для того чтобы получить в основном постоянную скорость газообразования, необходимо использовать особую конфигурацию газообразующей пороховой шашки и необходимо регулировать поверхность ее горения. Цилиндрическую пороховую шашку невозможно подогнать к стенкам камеры сгорания настолько близко, чтобы предотвратить горение цилиндрической поверхности, то есть при отсутствии некоторых специальных мер защиты цилиндрическая шашка будет гореть с обоих торцев и по цилиндрической поверхности.

Постоянная скорость горения, регулирование скорости горения осуществляется бронированием определенных поверхностей пороховых шашек. У бесканальных цилиндрических шашек чаще всего бронируется один торец и боковая поверхность.

К бронирующему покрытию, нанесенному на шашку, предъявляются жесткие требования. В частности, оно должно плотно прилегать к защищаемой поверхности топливной шашки, и в процессе длительного хранения адгезионный шов "бронесостав - топливо" не должен нарушаться.

В бронирующем покрытии не должно быть пор, пузырей, трещин, так как наличие вышеуказанных дефектов в бронепокрытии ведет к изменению скорости газообразования в процессе горения твердого топлива.

Бронирующее покрытие и заряд в целом должен быть термостабильным, выдерживать повторяющиеся перепады температур -56^oС - +76^oС.

В процессе длительного хранения забронированных зарядов не должно быть взаимодействия между компонентами топлива и бронепокрытия, приводящего к нарушению целостности бронепокрытия и адгезионной связи "бронепокрытие - топливо".

Авторами за прототип принято техническое решение по патенту США 3012507 от 12 декабря 1961 г.

В прототипе заряд состоит из пороховой шашки из топлива, содержащего окислитель - нитрат аммония, связующее - ацетилцеллюлозу, пластификатор - ацетилтриэтилцитрат, динитрофеноксиэтанол.

Бронирующее покрытие наносится на определенные части топливной шашки, тем самым создается требуемый закон горения шашки. Бронирующее покрытие состоит из двух слоев: основного бронепокрытия, защищающего шашку от воспламенения, и подслоя, который обеспечивает адгезионное скрепление бронепокрытия с топливом и защищает основное бронепокрытие от воздействия нитрата аммония, так как в процессе длительного хранения нитрат аммония взаимодействует с активными аминогруппами, содержащимися в полиамидном, полиуретановом, эпоксидном бронирующих составах и нарушается адгезионная связь и целостность бронепокрытия.

По патенту США 3157127 ацетилцеллюлозный подслой получается лакировкой заряда пластификатором, например ацетилтриэтилцитратом или трикрезилфосфатом, опылением поверхности заряда порошком ацетилцеллюлозы и спеканием полученного слоя при температуре 90-120^oС. В результате получается тонкий слой пластифицированной ацетилцеллюлозы (0,1 мм). Для получения подслоя достаточной толщины (0,25-0,8 мм) эту процедуру необходимо повторять. Затем поверх подслоя наносится основное бронепокрытие методом заливки, например, полиуретановым составом в специальные формы, покрытые антиадгезивом.

Этот способ изготовления зарядов трудоемок, длителен. При нанесении подслоя шашка подвергается многократному нагреву, при этом возможна деформация заряда, что недопустимо. Составы, используемые для бронирования зарядов в прототипе, имеют ограниченную "живучесть" (6-10 часов).

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка заряда из топлива, содержащего в качестве окислителя нитрат аммония, связующего - пластифицированную ацетилцеллюлозу, забронированного двухслойным бронепокрытием, имеющим прямую адгезию к топливу и не реагирующего с аммиачной селитрой, обладающего повышенной огнеэррозионной стойкостью.

Технический результат достигается за счет того, что в качестве основного бронепокрытия заряда по боковой поверхности используют термопластичный ацетилцеллюлозный бронесостав, состоящий из тех же компонентов, что и связующее топлива (ацетилцеллюлоза 56 мас.%, динитрофеноксиэтанол 4 мас.%, ацетилтриэтилцитрат 40 мас.%), толщиной 1-3 мм и второго теплоизолирующего слоя из асболавсановей ткани толщиной 0,8-1,5 мм, обеспечивающего повышение огнеэррозионной стойкости бронепокрытия на основе ацетилцеллюлозы, по торцевой поверхности выполняется покрытие из термопластичного бронесостава толщиной 8 мм. Слой абсолавсановой ткани можно приклеить к слою термопластичного бронесостава 10% раствором термопластичного бронесостава в смеси ацетона и диоксана, взятых в соотношении 70 и 30 мас.% соответственно.

Выбор толщины основного термопластичного бронепокрытия на зарядах, особенно предназначенных для ПАДов и ГГ, осуществляется исходя из следующих требований:
- бронепокрытие должно разлагаться без образования твердых остатков, забивающих отверстия клапана, снижать температуру пороховых газов, защищать топливную шашку от воспламенения. Однако нанесение слишком толстого слоя основного термопластичного бронепокрытия неэкономично, особенно в условиях дефицита сырья и высокой его стоимости;
- нанесение теплоизолирующего слоя из асболавсановой ткани значительно снижает расход основного бронепокрытия, повышает огнеэррозионную стойкость бронепокрытия, предотвращает деформацию заряда в процессе горения.

Изготовление бронированного заряда 1 осуществляется следующим образом:
- торцевая поверхность шашки бронируется наклеиванием торцевой бронировки 2 толщиной 8 мм, изготовленной методом прессования или инжекцией;
- боковая поверхность бронируется методом обмотки лентой 3 толщиной 0,4 ± 0,05 мм, шириной 20,0 ± 0,1 мм.

При бронировании шашка устанавливается в специальных оправках на токарный станок. На шашку наносится слой лака, представляющий собой 10% раствор бронесостава в смеси растворителей ацетон - диоксан, взятых в соотношении 70:30, дается выдержка 1 минуту. Затем наносится термопластичная лента с помощью намоточного приспособления, установленного на суппорте станка. Обмоточное приспособление состоит из направляющих и натяжных роликов, ванночки со смесью растворителей. Одновременно могут наноситься от 1 до 4 лент. Лента, смоченная смесью растворителей, укладывается на шашку, кромками встык. Порядок укладки ленты дан на чертеже.

Шашка со сформованным слоем бронепокрытия снимается со станка, сушится при температуре 15-35^oС течение 1-3 суток в зависимости от толщины бронепокрытия.

Асботкань, приклеиваемая на поверхность заряда, раскраивается на куски, достаточные для обертывания зарядов без зазоров, встык. Стык асботкани на заряде располагается либо по образующей, либо по спирали. Асботкань приклеивается тем же лаком, что используется при бронировании зарядов лентой. После приклеивания асботкани заряды сушатся при температуре 15-35^oС в течение 6-12 часов.

Усилие отрыва бронесостава от топливной шашки составляет 60-70 кг/см², бронесостав отрывается со слоем топлива. Усилие отслаивания асботкани от термопластичного бронесостава 15-20 кгс/см².

Заряды предлагаемой конструкции с двухслойным бронепокрытием положительно испытаны в интервале температур -56^oС - +76^oС и нашли широкое практическое применение.