БРОНИРУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ПОКРЫТИЯ ВКЛАДНОГО ЗАРЯДА БАЛЛИСТИТНОГО ТВЁРДОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к вкладным зарядам баллиститного твердого топлива, в частности к области создания бронирующих составов.

Конструкции вкладных зарядов баллиститных твердых теплив, бронированных по определенным поверхностям, широко используются в ракетной технике, особенно для двигателей активно-реактивных систем (АРС), противотанковых управляемых реактивных снарядов (ПТУPC) и др. Основной отличительной особенностью таких изделий является экстремальный уровень полетных перегрузок, действующих на заряд в процессе полета ракеты (снаряда), а следовательно, высокие напряжения в заряде в месте контакта торцевой (предсопловой) поверхности с опорной решеткой (диафрагмой).

Известны и широко используются в ракетной технике цилиндрические вкладные заряды твердого топлива, бронированные по наружной поверхности и торцам (см., например, рис.29.56 книги В.Е.Тишина "Теория ракетных двигателей", М., Машиностроение, 1989 г., стр. 328; рис.10.16 книги А.М.Виницкого "Ракетные двигатели на твердом топливе", М., Машиностроение, 1973 г., стр. 293).

Известен твердотопливный заряд для ракетного двигателя по патенту RU 2164616 от 01.11.1999 г., состоящий из пороховой шашки с нанесенным на нее слоем ацетилцеллюлозного бронепокрытия и экранирующим слоем из синтетического клея.

Известен теплоизоляционный материал по патенту RU 2142596 от 30.11.1998 г. , предназначенный для защиты различных объектов от мощных тепловых воздействий, в том числе и открытого пламени. Недостатками данного теплоизоляционного материала являются его низкие механические и теплофизические харакетристики.

Выбор способа нанесения бронесостава на заряд, содержание его исходных компонентов, отвсрждение и полимеризация состава определяются многообразием вкладных зарядов, марок топлив, баллистическими, эксплуатационными, технологическими, а также, в ряде случаев, особыми требованиями. Кроме того, бронепокрытие должно иметь высокий уровень надежности в течение всего периода гарантийного срока хранения и эксплуатации заряда.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является бронесостав по патенту RU 2179989 от 05.02.2001, содержащий: наполнитель - ацетилцеллюлозу, пластификатор-О-ацетилтриэтилцитрат, стабилизатор термостойкости - -β-(2,4-динитрофенокси) этанол, бездымную добавку - гидразодикарбонамид.

Данный бронесостав является термопластичным, имеет низкое дымообразование и может применяться для бронирования вкладных зарядов баллиститного топлива для управляемых реактивных снарядов методом литья под давлением. Наряду с высокой технологичностью и повышенными эксплуатационными характеристиками, бронесостав, нанесенный на заряд из баллиститного топлива, имеет ряд недостатков:
1. При широком температурном диапазоне эксплуатации и боевого применения от минус 60^oС до 60^oС на границе "топливо-бронепокрытие" всегда происходят процессы массопереноса химически не связанных компонентов в рецептурах топлива и бронепокрытия, например, миграция нитроглицерина из топлива в бронепокрытие и пластификаторов из бронепокрытия в топливо, что ухудшает свойства топлива и бронепокрытия (снижается скорость горения топлива, снижается прочность бронепокрытия, значительно ухудшается его термозащитная способность из-за повышения горючести и др.). В итоге снижается надежность заряда в целом.

2. Для исключения (подавления) миграции компонентов между топливом и бронировкой наносят экранирующий подслой, что требует введения дополнительных технологических операций.

3. Для двигателей активно-реактивных систем (АРС) и ПТУРС, испытывающих высокие полетные перегрузки, а следовательно, и высокие осевые и тангенциальные напряжения в заряде в месте контакта торцевой (предсопловой) поверхности с опорной решеткой используют бронепокрытия с достаточной жесткостью и меньшим модулем упругости, являющимся функцией числа поперечных связей и определяющим уровень напряжений в бронированном заряде.

Задачей предлагаемого изобретения является создание бронесостава, обладающего низкими миграционными свойствами химически не связанных компонентов, высокими механическими и теплофизичсскими характеристиками, для зарядов баллиститного твердого топлива АРС и ПТУРС, испытывающих высокие полетные перегрузки и тепловые нагрузки.

Задача решается за счет того, что бронирующий состав для термопластичного покрытия вкладного заряда баллиститного твердого топлива, включающий наполнитель, пластификатор, стабилизатор огнестойкости, в качестве наполнителя содержит нитрат целлюлозы, в качестве пластификатора - трикрезилфосфат и/или дибутилфталат, в качестве стабилизатора огнестойкости - борную кислоту и дополнительно - асбест хризотиловый, диметилдифенилмочевину и сурик железный, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитрат целлюлозы - 26-30
Трикрезилфосфат и/или дибутилфталат - 21-30
Кислота борная - 26-30
Асбест хризотиловый - 13-16
Диметилдифенилмочевина - 1-2
Сурик железный - 1,5-2,5
При изготовлении бронирующего состава используются следующие компоненты, представляющие собой:
Нитрат целлюлозы (ОСТ В 84-2440-90) - азотнокислый эфир, получаемый обработкой целлюлозы смесью азотной и серной кислот с последующей стабилизацией.

Трикрезилфосфат (ГОСТ 5728-76) - сложный эфир ортофосфорной кислоты и трикрезола (или дикрезола), прозрачная однородная жидкость без видимых механических примесей.

Дибутилфталат (ГОСТ 8728-88) - Ди-н-бутиловый эфир ортофталевой кислоты, прозрачная жидкость без механических примесей.

Борная кислота (ГОСТ 18704-78) - мелкий кристаллический сыпучий порошок белого цвета.

Асбест хризотиловый (ГОСТ 12871-93) - асбестовое волокно различной длины и агрегатов.

Диметилдифенилмочевина (ГОСТ 2154-77) - однородный порошок и чешуйки от светло-желтого до светло-коричневого цвета.

Сурик железный (ГОСТ 8135-74) - природный неорганический пигмент красно-коричневого цвета, состоящий из оксида железа с примесью глинистых минералов и кварца.

Бронепокрытие готовят следующим образом:
вначале измельчают сыпучие компоненты (нитрат целлюлозы, кислота борная, асбест хризотиловый, сурик железный), затем растворяют диметилдифенилмочевину в пластификаторе при температуре 60...90^oС в течение 10...20 мин. После этого смешивают измельченные сыпучие компоненты в растворе диметилдифенилмочевины в пластификаторе в течение 10...15 мин при температуре не более 35^oС (до получения однородной сыпучей крошки). Затем подготовленная масса (бронесостав) в виде сыпучей крошки вальцуется на вальцах до заданной толщины бронепокрытия.

Изготовленное таким образом бронепокрытие в дальнейшем используется для наклейки заготовок определенной формы на торцы зарядов клеями на основе нитроцеллюлозы.

В табл.1 представлены примеры изготовленных и испытанных образцов бронепокрытия при различном содержании компонентов.

В табл. 2 представлены стандартные механические и теплофизические характеристики изготовленных образцов в сравнении с бронепокрытием - прототипом и со штатным топливом при температуре 20^oС.

Из табл. 1, 2 видно, что содержание пластификатора более 30% приводит к снижению прочностных характеристик бронепокрытия и повышению миграции пластификаторов из бронесостава в топливо, а менее 21% - к повышению хрупкости (повышение модуля упругости).

Эффект повышения теплофизических характеристик достигается введением в состав бронепокрытия кислоты борной Н₃ВО₃ в качестве антипирена - стабилизатора огнестойкости.

Из табл. 1, 2 также видно, что содержание кислоты борной в пределах 26.. .30% обеспечивает высокую огнестойкость бронесостава (низкие теплопроводность и температуропроводность).

Из табл. 2 также видно, что модуль упругости патентуемого бронепокрытия на порядок ниже модуля упругости штатного топлива и ниже модуля упругости бронепокрытия-прототипа, что способствует созданию поперечных связей в бронепокрытии в процессе хранения и снижению напряжений в шашке заряда в процессе эксплуатации.

Техническим результатом патентуемого изобретения является снижение миграции химически не связанных компонентов на границе "топливобронепокрытие", достижение высоких механических и теплофизических характеристик, что подтверждено натурными огневыми испытаниями зарядов в составе двигателя.