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"Fusée à charge propulsive améliorée".
La présente invention se rapporte à un dispositif amé- lioré, actionné par réaction, se composant d'une nouvelle com- position de modifiant balistique pour des agents de propulsion à deux constituants, et à un procédé pour l'introduction externe' de la composition dans les agents de propulsion à deux consti- tuants,
La description et les avantages des compositions des agents de propulsion du type mésa et à palier, utilisables dans des dispositifs actionnés par réaction, sont bien connus,
Un avantage important de ces agents de propulsion est leur insensibilité aux températures dans des domaines bien défi** nis.
Toutefois, ces agents de propulsion sont sujets à d'autres
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améliorations à cet égard, en ce sens que l'ordre dans lequel ils sont insensibles aux températures ne comprend pas le do- maine entier des températures de régime nécessitées pour cer- taines applications des dispositifs actionnés par réaction, comme par exemple celles des fusées où des opérations sont nécessai- res dans des limites de -65 à +165 F (-53,9 à +74 C).
Un inconvénient relevant de l'utilisation des agents de propulsion du type mésa et à palier dans des dispositifs ac- tionnés par réaotion et en particulier dans les fusées aériennes, est la flamme secondaire excessive produite par la combustion des gaz d'échappement se composant largement d'hydrogène et d'oxyde de carbone. De cette combustion secondaire résuitent des difficultés mécaniques lors du fonctionnement du plan de lancement et des détériorations aux dispositifs de lancement et aux sections du fuselage plan et des ailes.
L'effet bénéfique de certains sels de potassium et d'au- tres additifs sur la combustion des agents de propulsion à oon- stituant unique et à deux oonstituants est bien connu. Toute- fois, ces addidifs ne peuvent pas être introduits direotement dans les compositions du type mésa et à palier, en raison de leur effet néfaste, pour des additions mêm mineures, sur les caractéristiques des agents de propulsion du type m6sa et à pa- lier et, par conséquent, également de l'effet sévère et indési- rable que leur présence produit sur la stabilité d'entreposage de l'agent de propulsion.
Un but de la présente invention consiste à prévoir un dispositif actionné par réaction qui est insensible au cours du fonctionnement aux variations de températures dans de larges limites,
Un autre but de l'invention consiste à prévoir'un dis- positif actionné par réaction qui n'est pas sujet à la produc- tion d'une flamme secondaire excessive au cours du fonctionnement.
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Un autre but encore de la présente invention consiste à prévoir un modifiant balistique pour des agents de propulsion du type à palier et mésa utilisable dans des dispositifs aotion- nés par réaction, ce modifiant balistique accroissant l'ordre d'insensibilité aux températures de ces dispositifs, empêchant une flamme secondaire excessive lors de la combustion de l'agent de propulsion, En outre, l'application de ce modifiant balistique ne constitue pas un facteur intervenant dans la stabilité à l'en- treposage et n'affecte pas,d'une manière indésirable, les oarao- téristiques de l'agent de propulsion du type mésa et à palier,
Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un organe pour une application externe des modifiants balistiques sur les agents de propulsion lorsqu'ils brûlent.
Il a été oonstaté que les buts mentionnés ci-avant, ainsi que d'autres buts, sont atteints par l'introduction à partir de l'extérieur du modifiant balistique dans la zone de flamme de l'agent de propulsion lorsqu'il brûle, de préférence à l'aide d'une tige incombustible ou d'un autre type de support, sur le- quel est disposé un modifiant balistique au moyen d'un liant plas- tique, Dans une application préférée, le modifiant balistique est du sulfate de potassium et est incorporé dans la surface exté-
EMI3.1
rieure de la tige au moyen d'une composition plastique oofaprenant du cellulose d'éthyle, du phtalate de dibutyle, du méthacrylate de butyle, du diméthacrylate polyglycolique et du peroxyde de benzoyle ou des équivalents de ceux-ci, Une autre modification intervenant dans certaines applications est l'addition d'un sel d'oxydation,
comme par exemple le perchlorate de potassium ou
EMI3.2
le nitrate de potassium en tant que partie ae modifiant ba7.ist.qne,
La présente invention est décrite plus clairement ci- après en se référant aux dessins annexés dans lesquels:
EMI3.3
la figure 1 est une vue en élévation d'une barre 4C1tte...:, - - - conforme à l'invention., 'brisée en partis-a pr.imi't4 1l.':'f1.';it'):tie , ' ' -LoS.. ",,:) -. ... !f'.,'.... ,...- -,-':,,:{. =."=" '. -.,.. centrale;
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la figure 2 est une vue finale de la barre enduite, prise dans le sens indiqué par la flèche de la figure 1; la figure 3 est une coupe transversale de la barre en- duite,prise le long de la ligne 3.-3 de la figure 1; la figure 4 est une coupe transversale d'un agent de propulsion en grains, dans lequel la barre enduite est montée intérieurement;
la figure 5 est une représentation schématique partielle de l'assemblage de la tige enduite et du carburant en grains de la fusée dans un moteur de fusée,
Dans la figure 1, est représentée une tige d'appui 10 composée d'une matière incombustible, par exemple du métal, en- duite d'une composition d'agent modifiant balistique 11 décrite .ci-après.
La figure 2 représente une vue d'about de la tige en- roulée sous la forme d'une bague 10 en vue d'être disposée dans une rainure pratiquée dans la fermeture avant d'une fusée, de telle sorte que la tige soit supportée approximativement au cen- tre de l'ouverture dans le carburant en grains de la fusée. D'au- tres procédés pour le montage de la tige peuvent être mis en oeu- vre, Par exemple, dans le cas de carburants en grains à com- bustion externe, d'autres dispositions peuvent être .nécessaires pour localiser le modifiant dans la zone de la flamme du carbu- rant en grains. Dans la figure 3, la référence 11 désigne la com- position du modifiant balistique moulé sur la tige 10 sous la forme d'une croix, en vue de donner une combustion efficace des carburants en grains.
D'autres formes, par exemple des moulages cylindriques et façonnés en étoile, peuvent être utilisées, Dans la figure 4, la représentation de la tige 10 comprenant l'enduc- tion 11 montée dans le creux en forme d'étoile du carburant en grains 12 fait ressortir l'assemblage de la tige enduite dans le carburant en grains de la fusée.
La manière dont l'assemblage de la tige et du carburant en grains est réalisé dans la fusée
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13 est représentée dans la figure 5,
Les expressions et les termes utilisés dans le présent mémoire et dans les revendications sont expliqués ci-après,
L'expression "modifiant balistique" s'entend pour une matière qui augmente les performances balistiques du dispositif action- né par réaction, dans lequel l'agent de propulsion est utilise,
Les termes "dispositif actionné par réaction" se réfèrent à un .
dispositif dans lequel une partie au moins de la force de pro- pulsion est fournie par la réaction des gaz de combustion qui sont dilatés par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs tuyères,
L'expression "agent de propulsion à palier" se rapporte à un agent dans lequel la pente de la courbe d'un tracé logarithmique de sa relation pression-vitesae de propulsion s'approche du zéro dans un domaine favorable de pressions actives. Dans le cas d'un "agent de propulsion du type mésa", la pente d'une, courbe correspondante atteint une valeur négative dans un domaine de pressions actives utiles.
Par agent de propulsion à deux consti,- tuants, il faut comprendre un agent dans lequel les constituants majeurs sont, d'une part, un polymère explosif, comme la nitro- glycérine, le dinitrate de diéthylèneglycol, le dinitrate de triméthylolméthane de méthyle ou autres et, d'autre part, un polymère approprié fortement énergétique, comme la nitrooellu- lose, par zone de flamme, on entend la zone dans laquelle la chaleur et la flamme provenant de la combustion des grains de propulsion érodent le modifiant balistique. L'expression "car- burant en grains à combustion interne" se rapporte à un carbu-, rant normalement conçu pour brûler extérieurement à partir du centre, mais n'exclut pas néanmoins la combustion sur d'autres surfaces.
Le mot "creux", utilisé pour l'ouverture oentrale dans les carburants de propulsion en grains n'est pas limité à toute forme particulière d'ouverture à travers les graina, mais comprend différentes formes, comme par exemple une ouverture
<Desc/Clms Page number 6>
en étoile à huit branches, une ouverture cylindrique, ainsi que celles formées d'une façon relativement irrégulière, comme par exemple des demi-cercles, des segments tronqués, courbes et au- tres.
Par l'expression "extérieurement supporté,,$, il faut com- prendre uniquement une non-inoorporation d'un agent de propulsion,
Les compositions du modifiant balistique de la présente invention sont données dans les exemples suivants, ceux-ci ne limitant pas l'invention, EXEMPLE
EMI6.1
<tb> Constituants:
<SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Sulfate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 70,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cellulose <SEP> d'éthyle <SEP> 14,65
<tb>
<tb>
<tb> Phtalate <SEP> de <SEP> dibutyle <SEP> 5,00
<tb>
<tb>
<tb> Méthacrylate <SEP> de <SEP> butyle <SEP> 9,00
<tb>
<tb>
<tb> Diméthacrylate <SEP> polyglycolique <SEP> 1,20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> benzoyle <SEP> 0,15
<tb>
Les tiges présentant une enduction de la composition ci-dessus et dont le diamètre est de 0,30 à 0,40 pouce (7,62 à 10,06mm) et la longueur est de 8 à 16 pouces 9203,2 à 406,4mm), ont été essayées au moyen d'une fusée aérienne à ailettes re- pliables 2."75, en utilisant des grains de propulsion ayant la composition suivante qui représente la composition de grains de propulsion,
avec laquelle le modifiant balistique est utilisé:
EMI6.2
<tb> Constituants: <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrocellulose <SEP> 50,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitroglycérine <SEP> 34,90
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phtalate <SEP> de <SEP> diéthyle <SEP> 10,50
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2-nitrodiphénylamine <SEP> 2,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2-éthylhexoate <SEP> de <SEP> plomb <SEP> 1,20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Salicylate <SEP> de <SEP> plomb <SEP> 1,20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cire <SEP> de <SEP> Candelilla <SEP> 0,20
<tb>
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Des formules d'agents de propulsion, présentant en général la composition ci-dessus, sont désignées ci-après par l'expression agent de propulsion N-5. Les effets des essais ci-avant observés à -65 F (-53,9 C),
se traduisent par une combustion régulière, une augmentation désirable d'environ
130 livres par pouce carré (9,139 kg/cm2) de la pression et une diminution d'environ 10% du temps de combustion. La pres- sion envisagée est la pression inférieure intermédiaire dans le schéma pression-temps. Une combustion sensiblement plus régulière est observée à 165 F (74 C),
Les résultats comparatifs suivants démontrent l'effi- oaoité de la présente invention.
Tous les allumages ont été réalisés dans une fusée aérienne à ailes repliables 2."75 en utilisant des grains d'une dimension identique de formulée d'agents de propulsion N-5 mentionnées ci-avant. La composi- tion du modifiant balistique sur la tige enduite contenait 70% de sulfate de potassium et 30% d'une composition plastique de cellulose d'éthyle renfermant 70% de cellulose d'éthyle, 20% de stéarate de butyle et 10% d'un éther phénylique fortement substitué comme plastifiant, L'enduction de la tige a un dia- -mètre de 0,34 pouce (8,126mm) et une longueur de 18 pouces (457,2mm).
EMI7.1
<tb>
Utilisa- <SEP> Température <SEP> "Nombre <SEP> :Temps <SEP> de <SEP> {Déviation <SEP> Pression <SEP> de <SEP> selle
<tb> tion <SEP> de <SEP> d'allumage <SEP> d'allu- <SEP> combustion <SEP> normalisée <SEP> en <SEP> psi <SEP> en <SEP> kg/
<tb> la <SEP> tige <SEP> F <SEP> C <SEP> ;mages <SEP> ;moyen <SEP> en <SEP> cm2
<tb> enduite¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> :secondes <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP>
<tb>
<tb> oui <SEP> -65 <SEP> -53,9 <SEP> 14 <SEP> 1,735 <SEP> 0,0379 <SEP> 851 <SEP> 59,82
<tb> oui <SEP> -30 <SEP> -34,4 <SEP> 14 <SEP> 1,574 <SEP> 0,0176 <SEP> 1017 <SEP> 71,49
<tb>
<tb> oui <SEP> +130 <SEP> +54 <SEP> 14 <SEP> 1,589 <SEP> 0,0184 <SEP> 983 <SEP> 69
<tb> oui <SEP> +165 <SEP> +74 <SEP> 14 <SEP> 1,22 <SEP> 0,0174 <SEP> 1123 <SEP> 78,94
<tb>
<tb> non <SEP> - <SEP> 10 <SEP> :-23,3; <SEP> 20 <SEP> 1,565 <SEP> non <SEP> ' <SEP> ;
<SEP> - <SEP> 65 <SEP> -53,9 <SEP> 20- <SEP> - <SEP> 678 <SEP> 46,66'
<tb>
<tb> non <SEP> : <SEP> +1 <SEP> 0 <SEP> +54 <SEP> 20 <SEP> 1,583 <SEP> - <SEP> -
<tb>
<Desc/Clms Page number 8>
A noter que, lorsque la tige enduite est utilisée avec le modifiant balistique de la présente invention, la vitesse de combustion augmente en fait légèrement avec de plus basses tem- pératures, dans des limites plus larges de températures que lors- que le modifiant balistique n'est pas utilisé.
L'augmentation de la vitesse de combustion avec la réduction de la température est très avantageuse pour compenser la réduction de la poussée motrice de la fusée lorsque la température diminua,
Les limites opérables des constituants de la composi- tion du modifiant balistique sont les suivantes; sulfate de po- tassium: 10 à 95%; cellulose d'éthyle; 3 à 50%; phtalate de di- butyle; 0 à 30%; méthaorylate de butyle: 0 à 20%; diméthacrylate polyglycolique 0 à 5%; peroxyde de benzoyle; 0 à 1%; autres plastifiants: 0 à 30%. Le perclorate de potassium, le nitrate de potassium, le nitrate de baryum et certains autres sels peu- vent être utilisés à concurrence de 0 à 95% environ en lieu et place ue cette dose de sulfate de potassium.
Si l'on désire supprimer l'éclair, en particulier au cours du lancement de la fusée, une grande quantité de sel de potassium peut être introduite dans la flamme, à ce moment, pour obtenir le résultat désiré. Ceci diffère des procédés antérieure dans lesquels ce sel est introduit directement dans l'agent de propulsion, en rendant ainsi le contrôle de la vitesse de pro- duotion des ions et des sels de potassium entièrement dépendant de 'la vitesse de combustion de l'agent de propulsion.
En tant qu'exemple de cette phase de l'invention, il a été constaté qu'une combinaison de sulfate de potassium et d'un liant plas- tique n'érode pas, avec une vitesse suffisante, un sel d'oxyda-. tion, comme le perchlorate de potassium, le nitrate de potassium ou le nitrate de baryum, à utiliser en combinai son avec le sul- fate de potassium pour prévoir une vitesse d'érosion plus ra- pide dans la flamme.
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Le modifiant balistique de la composition mentionne ci-avant est le sulfate de potassium. Ce sulfate de potassium est le constituant préféré car il est compatible avec les coti- stituanta de logent de propulsion, comme par exemple la ni- troglycérine qui a tendance à migrer depuis l'agent de propul- sion juaqu'à l'enduotion. La dose de sel de potassium néces- saire pour assurer le fonctionnement désiré du moteur de la fu- sée est,de préférence, de l'ordre de 0,5 à 3% du poids de l'a- gent de propulsion,'
Le potassium est utilisé comme cation du sel de préfé- rence à d'autres métaux alcalins parce qu'il produit 'un plus faible éclair que les autres,
Les métaux alcalins forment des oxydes, des carbonates et des hydroxydes que l'on estime être à même de réagir avec des éléments à radicaux libres de gaz d'échappement de la fusée, lesquels tendent à amorcer et à pro- pager une combustion secondaire, Dans le moteur de la fusée, on estime que l'effet balistique, interne et bénéfique, résulte du fait que la présence de métaux alcalins augmente la possibi- lité d'émission des éléments rayonnants de la flamme et améliore, dès lors, l'échange thermique à l'agent de propulsion solide, en particulier aux basses températures, On estime que les parti- cules solides en soi sont causes de l'atténuation des effets de résonnance et des ondes stationnaires au cours de la combustion,
L'anion du sel de potassium, bien qu'il ne soit pas fonction...
nellement critique, doit être un anion qui produit un sel com- patible et stable, c'est-à-dire que les sels ne doivent pas être fortement acides ou fortement basiques, en raison des réactions de ce type de sel aveo l'agent de propulsion, Par conséquent, des sels neutres sont préférés, Il a été constaté, par exemple, que le chlorure de potassium peut avantageusement être Utilisé,
D'autres modifiants balistiques externes, pouvant être utilisés sorït les sels de baryum, par exemple le nitrate de baryum,
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'ou d'autres, comparativement inertes qui, semblablement aux sels de potassium, restent sous la tonne de particules soli- des dans la flamme;
par exemple, il a été constaté que le ti- tane est efficace en tant que modifiant balistique externe,
Les sels de métaux alcaline et alcalino-terreux forment d'au- tres matières appropriées, par ailleurs d'autres sels d'oxy- dation appropriés sont; les nitrates et les perchlorates de métaux alcalins et alcalino-terreux.
Le liant plastique se compose principalement d'une cellulose d'éthyle plastifié avec, ou non, une forme réticulée de méthaorylate de butyle qui est polymérisé au cours de la cuisson du moulage. Le monomère do méthacrylate de butyle sert de solvant ou d'agent de ramolissement pour la cellulose d'é- thyle lorsqu'un traitement 4 des températures ambiantes est dé- siré, D'autres solvants utilisables sont: le méthaorylate de méthyle, le méthacrylate d'éthyle, l'aerylate d'éthyle ou de butyle, l'acrylonitrile ou d'autres solvants monomères poly- mérisables. Des équivalents de plastifiants appropriés pour le phtalate de dibutyle sont: le stéarate de butyle, l'éther phénylique fortement substituée le phtalate de dioctyle et de nombreux autres.
Le diméthacrylate polyglycolique sort de mo- nomère de réticulation pour le méthacrylate de butyle ou autre monomère monofonotionnel. Cet agent de réticulation est bifonc- tionnel et sert à fabriquer un polymère tridimensionnel à partir du méthacrylate de butyle et à éviter ainsi une absorption ex- cessive de vapeurs de nitroglycérine dans l'enduction. D'autres agents de rétioulation appropriés sont: le maléate de diallyle,
EMI10.1
le phtalate de dïallyle, le carbonate bis-allyldïglyoolîque et d'autres monomères bifonotionnels compatibles.
Le peroxyde de benzoyle sert d'amorceur pour la poly- mérisation et la rétioulation des monomères de méthacrylate de butyle et de diméthacrylate. D'autres catalyseurs peroxydes
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utilisables sont: le peroxyde de méthyléthyloétone, l'hydro- peroxyde de cumène, l'hydroperoxyde tertiaire de butyle et toute source appropriée d'un amorçage de radicaux libres pour une polymérisation déjà connue dans cette technique,
D'autres compositions plastiques, pour la liaison des sels de potassium sur la barre, peuvent être utilisées,par exemple le polyéthylène, le sorbate d'acétate do cellulose, le chlorure et/ou l'aoétate de polyvinyle, le caoutchouc ou tout liant compatible équivalent donnant une bonne adhésion au support, n'absorbe pas, fonctionnellement,
des quantités excessives de nitroglycérine et ne se craque pas fortement au cours du cycle de températures du dispositif. Une absorption excessive de vapeurs de nitroglycérine dans l'enduotion est indésirable, en raison de l'effet de ce composé sur les proprid- tés physiques de l'enduotion et sur la vitesse d'érosion de l'enduction dans la flamme. Ce dernier effet doit 8tre soig- neusement contrôlé, car il est souhaitable, dans la plupart des cas, que la formation de sels de potassium se maintienne pendant la durée entière de la combustion des carburants en grains de la fusée.
Il est particulièrement désirable que la vitesse d'érosion ne soit pas augmentée par suite de l'entre- posage de la fusée, Il a été constaté que les compositions des modifiants balistiques de la présente invention sont uti- lisables par application externe avec les compositions propul- sives à base de nitroglycérine et de nitrocellulose, Biles sont également utilisables avec des agents de propulsion à deux constituants présentant dos constituants basiques équivalents, ainsi qu'avec des agents de propulsion composés, Le pourcen- tage de la teneur combinée en nitrocellulose et en nitroglyucé- rine des agents de propulsion, avec lesquels le modifiant ba- listique est actif, peut varier dans des limites relativement larges,
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Le modifiant balistique de la présente invention s'est avéré particulièrement efficace avec des formules propulsives présentant des pourcentages de composition de la grandeur don- née ci-dessous :
EMI12.1
<tb> Constituants: <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Nitrocellulose <SEP> 44 <SEP> - <SEP> 60
<tb>
<tb> Nitroglycérine <SEP> 28 <SEP> - <SEP> 47
<tb> Stabilisant <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Plastifiant <SEP> non <SEP> explosif <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 15
<tb> Modifiant <SEP> balistique <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 5
<tb>
A titre d'exemples, les stabilisants sont la diéthyl- diphénylurée symétrique et la 2-nitrodiphénylamine.
En outre, les plastifiants non-explosifs sont, par exemple, le phtalate de diéthyle, la triacétine, l'adipate de dipropyle, le aébaçate de diméthyle et le phtalate de dibutyle, Des exemples de mo- difiants balistiques sont notamment: le salicylate de plomb, l'acétylsalicylate de plomb et le 2,4-dihydroxybenzoate de plomb, ainsi que des mélanges de ces composés, utilisés soit seul. soit en combinaison avec un sel de plomb ou un acide organise autre que l'acide salicylique. Les sels de plomb secondaires préférés sont le 2-éthylhexoate de plomb et le stéarate de plomb.
Les pourcentages de composition donnés ci-avant soulig- nent la possibilité de mise en action du présent modifiant, balistique avec des agents de propulsion ou des charges produi- sant des gaz contenant une base nitrocellulose-nitroglycérine ou un équivalent de celle-ci, Ce modifiant est également uti- lisé avec des agents de propulsion composés présentant ces constituants ou leurs équivalents comme composant de base,
Une variante de la présente invention est donnée dans l'exemple ci-après:
<Desc/Clms Page number 13>
EXEMPLE II
EMI13.1
<tb> Constituants! <SEP> on <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 50,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Perchlorate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 20,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cellulose <SEP> d'éthyle <SEP> 14,65
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phtalate <SEP> de <SEP> dibutyle <SEP> 5,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthacrylate <SEP> de <SEP> butyle <SEP> 9,00
<tb>
EMI13.2
Diméthacrylate polyclyeoliqne .t2t
EMI13.3
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> benzoyle <SEP> 0,15
<tb>
Des tiges, présentant une enduction de la composition
EMI13.4
-ci-avant.--orit le diamètre est de o,3 pouce (7,62mm) et la Ion" gueur de 9 pouces (228,6mm), ont été essayées dans une fusée 2. "0.
EMI13.5
uempéra-tû-Fê d'allumage Temps de combustion Temps de combustion
EMI13.6
<tb> conditionnée <SEP> sensible <SEP> en <SEP> secondes <SEP> avec <SEP> tige <SEP> en <SEP> secon-
<tb>
<tb> F <SEP> C <SEP> des
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -65 <SEP> -53,9 <SEP> 0,93 <SEP> 0,83
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -10 <SEP> -23,3 <SEP> 0,80 <SEP> 0,79
<tb>
EMI13.7
130 54 0,75 Ot-77 6 74 0,75 OP69 165 0,70 0,69
EMI13.8
L4-samqs;9fiante balistiques de la pré sente invention son- ? fate de potassium est tout d'abord mélangé avec deÈrfl-ClIns poudreux de eelulo-ë#### d'éthyle en utilisant un monomère i'iZÔ4##&CXYlate de butyle coj=e agent de ramolissement, Du phtalate de 3.'buyle¯du¯di'" méthacrylate polyglycolique et un catalyseur au peroxy de sont ensuite ajoutés au mélange.
Cet ordre d'addition n'est pas tique, la condition imposée est qu'une répartition uniforme du peroxyde doit être obtenue.
La composition mentionnée ci-avant est commodément mé- langée dans un mélangeur à pales du type Sigma, tel que celui. utilisé pour le mélange de pâte à pain, de caoutchouc ou de poudre ordinaire. Après obtention d'une pâte d'un caractère homogène,
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celle-ci est disposée dans une presse à extrusion d'un type classique et extrudée à travers une filière présentant le- diamètre désiré et contenant une broche ou un noyau, Un tube est ainsi produit, lequel présente le diamètre interne désiré.
Le tube ainsi fabriqué est placé sur le support en fil ou en tube et l'assemblage est enfermé dans un moule serré autour du moulage pour assurer une bonne liaison avec le support et pour exclure l'oxygène ou l'air qui empêche- rait ou tendrait à empêcher la polymérisation des monomères de méthacrylate utilisés dans la composition de l'enduction.
Les temps de cuisson nécessaires à l'obtention d'une enduc-
EMI14.1
tion dure et solide sont deJLirdre-d#queTques heures à 1500P (66 C) ou de quelques minutes à une températFâ4àPol a.imativement 280 '¯-Q--¯¯a p:coud3¯'déc.i-" ci-avant est particulièrement utile lorsqu'un sel d'oxydation est utilisé et lorsqu'une chaleur excessive similaire à celle relative au moulage par injection, doit être évitée.
Lors de son utilisation, la tige enduite est suspendue à l'extrémité frontale du moteur de la fusée, de façon que la .partie enduite de la tige soit approximativement localisée dans l'axe du creux de la charge propulsive de la fusée qui peut être du type à combustion interne ou à combustion externe- interne ou de tout autre type. Dans le cas de grains à com- bustion entièrement externe, les tiges peuvent être logées dans l'espace annulaire prévu entre les grains et le moteur de la fusée,
L'efficacité du modifiant balistique peut être augmen- tée en introduisant celui-ci à proximité de l'extrémité avant des grains de la fusée de façon à assurer, ainsi, que la pres- que totalité du sel de potassium introduit traverse la lon- gueur entière des grains.
De cette façon, son effet est pro- longé pendant une période de temps plus longue par rapport à celle qui résulterait de l'emploi d'un modifiant balistique
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u. introduit dans la poudre ou inséré sur la longueur entière de la tige. De même, un temps de chauffage supplémentaire augmente l'effet du sel.
Si la disposition ou la conception des crains le per- met, le sel de potassium peut être introduit dans la flamme de réaction par l'emploi d'un type pyrotechnique à base de sel de potassium, lequel brûle lentement et indépendamment des principaux grains propulsés. Alternativement, peut âtre uti- lisé un tube perfore, ohargé de sulfate de potassium en vrac, le sulfate de potassium entrant en réaction en présence des gaz turbulents de la flamme,
L'invention a pour objet un procédé, grâce auquel les effets balistiques bénéfiques des sels de potassium peuvent être utilisés dans des dispositifs actionnés par réaction et alimentés par des agents de propulsion du type mésa ou à palier,
L'invention évite non seulement les effets indésirables prove- nant de l'introduction interne des sels de potassium, mais prévoit également un procédé plus efficace pour l'utilisation de modifiants balistiques, car son usage' nécessite une quanti- té de modifiants moindre que celle néoessitée par une intro- duction interne en vue de réduire la flamme secondaire d'une quantité correspondante, En outre, l'effet balistique des sels de potassium est porté à un plus grand degré par l'intro- duction externe dans la flamme, comparativement à l'introduc- tion interne des sels.
D'autres avantages de l'invention se manifestent par son transport dans des limites dans lesquelles les effets balistiques des moteurs des fusées utilisant les agents de propulsion du type mésa et à palier sont insensibles aux variations de températures. Par exemple, si un agent de propulsion, utilisé seul, présente une insensibilité aux tem- pératures dans les limites approximatives suivant -10 F à +130 F (-23,3 à +154 C), l'application de la présente invention à cet
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agent de propulsion lui confère une insensibilité aux tempé- ratures dans un ordre approximatif de -40 à +140 F (-40 C à +60 C) et la modification ou le coefficient de température dans la pression développée avec une variation de la tempé- rature est diminuée par rapport aux limites désirées de tem- pératures, notamment -65 à +165 F (-53,
9 à+74 C). En bref, l'effet de l'invention se réalisant dans des conditions où la fusée est allumée à de très basses températures, comme par' exemple -65 P (-53,9 C), consiste en ce qu'il améliore la ré- gularité de la combustion et augmente, d'une manière impor- tante, la pression active minimum, en raccourcissant ainsi le temps de combustion.
Par exemple, dans la fusée 2."75 FFAR, ' la pression minimum à -65 F (-53,9 C) est augmentée d'approxi- mativement 15 ou 20% et le temps de combustion, à cette basse température, est réduit de 10%, L'effet balistique interne à +165 F (+74 C) assure des diagrammes pression-temps plus réguliers en éliminant les effets de résonnance et les ondes stationnaires dans le moteur de la fusée, Il a, en outre, été constaté que la suppression de la flamme, ou de l'éclair secondaire par l'utilisation de l'invention est pra- tiqucment complète, en particulier au cours des phases initiales de combustion,
lorsque les gaz de la fusée peuvent affecter les performances de l'engin aérien et que l'efficacité du sel de plomb utilisé pour supprimer l'éclair est plus grande que celle obtenue lorsque le sulfate de potassium est introduit dans la composition propulsive solide elle-même. En tant qu'exemple com- paratif, le 2."75 FFAR Mk à un moteur, utilisant l'agent de pro-, pulsion sensible à la température, connu sous la dénomination Navy N-4, a été expérimentalement comparé aux agents de propulsion! similaires au N-5, lequel est relativement insensible aux tem- pératures, Sans l'utilisation de l'invention, un éclair beau-
<Desc/Clms Page number 17>
coup plus grand est produit par l'emploi de l'agent du pro-
Région N-5.
Lorsque l'invention est mise en oeuvre avec l'agent de propulsion N-5, l'éclair est sneislbmenet infé- rieure à celui produit par l'agent de propulsion W-4, Ce dernier agent de propulsion contient 1,5 de sulfate de po- tassium incorporé, La quantité de sulfate de potassium uti- lisée sur la tige enduite, pour l'expérience avec 11 agent de propulsion N-5, a été sensiblement inférieure à 1,5 % du poids des grains de la fusée,
Il est évident que de nombreuses variantes et modi- fioations de la présente invention sont possibles à la lu- mière des enseignements précités, Par conséquent, il doit être entendu que l'invention peut être mise en oeuvre d'une autre façon que celle spécifiquement décrite ci-avant,
tout en restant dans la portée des revendications,
REVENDICATIONS.
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"Improved propellant rocket".
The present invention relates to an improved, reaction actuated device consisting of a novel ballistic modifier composition for two component propellants, and to a method for the external introduction of the composition. in two-component propellants,
The description and the advantages of the compositions of the propellants of the mesa and bearing type, usable in devices actuated by reaction, are well known,
An important advantage of these propellants is their insensitivity to temperatures in well-defined areas.
However, these propellants are subject to other
<Desc / Clms Page number 2>
improvements in this regard, in that the order in which they are temperature insensitive does not include the entire range of operating temperatures required for certain applications of reaction actuated devices, such as for example rockets where operations are required within limits of -65 to +165 F (-53.9 to +74 C).
A disadvantage of the use of mesa and bearing type propellants in reaction-actuated devices, and particularly in air rockets, is the excessive secondary flame produced by the combustion of exhaust gases consisting largely of hydrogen and carbon monoxide. This secondary combustion results in mechanical difficulties during the operation of the launch plane and damage to the launchers and to the sections of the plane fuselage and wings.
The beneficial effect of certain potassium salts and other additives on the combustion of single-component and two-component propellants is well known. However, these additives cannot be introduced directly into compositions of the mesa and stage type, because of their harmful effect, for even minor additions, on the characteristics of propellants of the m6sa and stage type. and, therefore, also of the severe and undesirable effect which their presence produces on the storage stability of the propellant.
An object of the present invention is to provide a reaction actuated device which is insensitive during operation to temperature variations within wide limits,
Another object of the invention is to provide a reactivated device which is not subject to the generation of an excessive secondary flame during operation.
<Desc / Clms Page number 3>
Yet another object of the present invention consists in providing a ballistic modifier for propellants of the bearing and mesa type which can be used in reactive devices, this ballistic modifier increasing the order of insensitivity to the temperatures of these devices. , preventing excessive secondary flame during combustion of the propellant. Furthermore, the application of this ballistic modifier is not a factor in storage stability and does not affect, undesirably, the characteristics of the mesa and step propellant,
Another object of the present invention is to provide a member for external application of the ballistic modifiers to the propellants when they are burning.
It has been found that the above mentioned objects, as well as other objects, are achieved by the introduction from the outside of the ballistic modifier into the flame zone of the propellant when it is burning, preferably using a non-combustible rod or other type of support, on which is disposed a ballistic modifier using a plastic binder, In a preferred application, the ballistic modifier is sulfate potassium and is incorporated into the outer surface
EMI3.1
upper part of the stem by means of a plastic composition consisting of ethyl cellulose, dibutyl phthalate, butyl methacrylate, polyglycolic dimethacrylate and benzoyl peroxide or equivalents thereof, Another modification occurring in some applications is the addition of an oxidation salt,
such as for example potassium perchlorate or
EMI3.2
potassium nitrate as a part modifying ba7.ist.qne,
The present invention is described more clearly below with reference to the accompanying drawings in which:
EMI3.3
Figure 1 is an elevational view of a bar 4C1tte ...:, - - - according to the invention., 'broken into parties-a pr.imi't4 11.': 'f1.'; it ' ): tie, '' -LoS .. ",, :) -. ...! f '.,' ...., ...- -, - ': ,,: {. =." = " '. -., .. central;
<Desc / Clms Page number 4>
Figure 2 is a final view of the coated bar, taken in the direction indicated by the arrow in Figure 1; Figure 3 is a cross section of the coated bar, taken along line 3-3 of Figure 1; Figure 4 is a cross section of a granular propellant, in which the coated bar is mounted internally;
Figure 5 is a partial schematic representation of the assembly of the coated rod and rocket grain fuel in a rocket engine,
In FIG. 1 there is shown a support rod 10 composed of an incombustible material, for example metal, coated with a ballistic modifier composition 11 described hereinafter.
Figure 2 shows an end view of the rod rolled up in the form of a ring 10 with a view to being disposed in a groove made in the front closure of a knuckle, so that the rod is supported. approximately in the center of the opening in the rocket grain fuel. Other methods for mounting the rod may be used. For example, in the case of externally combusted grain fuels, other arrangements may be required to locate the modifier in the fuel. grain fuel flame zone. In Figure 3, reference numeral 11 denotes the composition of the ballistic modifier molded on the rod 10 in the form of a cross, for the purpose of providing efficient combustion of the grain fuels.
Other shapes, for example cylindrical and star shaped castings, may be used. In Figure 4 the depiction of the rod 10 including the coating 11 mounted in the star shaped recess of the grain fuel. 12 brings out the grain fuel coated rod assembly out of the rocket.
The way in which the assembly of the rod and the grain fuel is carried out in the rocket
<Desc / Clms Page number 5>
13 is shown in figure 5,
The expressions and terms used in this specification and in the claims are explained below,
The term "ballistic modifier" is intended for a material which increases the ballistic performance of the reactive device in which the propellant is used,
The term "feedback actuated device" refers to a.
device in which at least part of the propelling force is provided by the reaction of combustion gases which are expanded by means of one or more nozzles,
The term "stepped propellant" refers to one in which the slope of the curve of a logarithmic plot of its pressure-propellant speed relationship approaches zero in a favorable range of active pressures. In the case of a "mesa-type propellant", the slope of a corresponding curve reaches a negative value in a range of useful active pressures.
By two-component propellant should be understood an agent in which the major components are, on the one hand, an explosive polymer, such as nitroglycerin, diethylene glycol dinitrate, methyl trimethylolmethane dinitrate or others and, on the other hand, a suitable highly energetic polymer, such as nitrooellulose, by flame zone is meant the zone in which the heat and the flame originating from the combustion of the propellant grains erode the ballistic modifier. The term "internal combustion bean fuel" refers to a fuel normally designed to burn outwardly from the center, but does not nevertheless exclude combustion on other surfaces.
The word "hollow", used for the central opening in grain propulsion fuels is not limited to any particular form of opening through the seeds, but includes various forms, such as for example an opening.
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in an eight-pointed star, a cylindrical opening, as well as those formed in a relatively irregular fashion, such as for example semicircles, truncated, curved segments and others.
By the expression "externally supported ,, $, we must understand only a non-inoorportation of a propellant,
The compositions of the ballistic modifier of the present invention are given in the following examples, these not limiting the invention, EXAMPLE
EMI6.1
<tb> Constituents:
<SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb> Sulfate <SEP> of <SEP> potassium <SEP> 70.00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cellulose <SEP> ethyl <SEP> 14.65
<tb>
<tb>
<tb> Dibutyl <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 5.00
<tb>
<tb>
<tb> Butyl <SEP> <SEP> methacrylate <SEP> 9.00
<tb>
<tb>
<tb> Polyglycolic <SEP> Dimethacrylate <SEP> 1.20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Benzoyl <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 0.15
<tb>
Rods having a coating of the above composition and having a diameter of 0.30 to 0.40 inch (7.62 to 10.06mm) and a length of 8 to 16 inches 9203.2 to 406.4mm ), were tested by means of an aerial rocket with folding fins 2. "75, using propulsion grains having the following composition which represents the composition of propulsion grains,
with which the ballistic modifier is used:
EMI6.2
<tb> Constituents: <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrocellulose <SEP> 50.00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitroglycerin <SEP> 34.90
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> diethyl <SEP> <SEP> 10.50
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2-nitrodiphenylamine <SEP> 2.00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> Lead 2-ethylhexoate <SEP> <SEP> 1.20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Salicylate <SEP> of <SEP> lead <SEP> 1.20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Wax <SEP> of <SEP> Candelilla <SEP> 0.20
<tb>
<Desc / Clms Page number 7>
Formulas of propellants, generally having the above composition, are hereinafter referred to as the N-5 propellant. The effects of the above tests observed at -65 F (-53.9 C),
result in even combustion, a desirable increase of about
130 pounds per square inch (9.139 kg / cm2) of pressure and an approximately 10% decrease in burn time. The pressure considered is the intermediate lower pressure in the pressure-time scheme. Significantly smoother combustion is observed at 165 F (74 C),
The following comparative results demonstrate the effectiveness of the present invention.
All ignitions were carried out in a 2. "75 folding wing aerial rocket using identical sized grains of the formulated N-5 propellants mentioned above. The composition of the ballistic modifier on the The coated rod contained 70% potassium sulfate and 30% of an ethyl cellulose plastic composition containing 70% ethyl cellulose, 20% butyl stearate and 10% of a highly substituted phenyl ether as a plasticizer, The rod coating has a diameter of 0.34 inch (8.126mm) and a length of 18 inches (457.2mm).
EMI7.1
<tb>
User- <SEP> Temperature <SEP> "Number <SEP>: Time <SEP> of <SEP> {Deviation <SEP> Pressure <SEP> of <SEP> saddle
<tb> ignition <SEP> <SEP> ignition <SEP> combustion <SEP> standardized <SEP> in <SEP> psi <SEP> in <SEP> kg /
<tb> the <SEP> rod <SEP> F <SEP> C <SEP>; mages <SEP>; average <SEP> in <SEP> cm2
<tb> coatedē¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP>: seconds <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP>
<tb>
<tb> yes <SEP> -65 <SEP> -53.9 <SEP> 14 <SEP> 1.735 <SEP> 0.0379 <SEP> 851 <SEP> 59.82
<tb> yes <SEP> -30 <SEP> -34.4 <SEP> 14 <SEP> 1.574 <SEP> 0.0176 <SEP> 1017 <SEP> 71.49
<tb>
<tb> yes <SEP> +130 <SEP> +54 <SEP> 14 <SEP> 1.589 <SEP> 0.0184 <SEP> 983 <SEP> 69
<tb> yes <SEP> +165 <SEP> +74 <SEP> 14 <SEP> 1.22 <SEP> 0.0174 <SEP> 1123 <SEP> 78.94
<tb>
<tb> no <SEP> - <SEP> 10 <SEP>: -23.3; <SEP> 20 <SEP> 1,565 <SEP> no <SEP> '<SEP>;
<SEP> - <SEP> 65 <SEP> -53.9 <SEP> 20- <SEP> - <SEP> 678 <SEP> 46.66 '
<tb>
<tb> no <SEP>: <SEP> +1 <SEP> 0 <SEP> +54 <SEP> 20 <SEP> 1,583 <SEP> - <SEP> -
<tb>
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Note that when the coated rod is used with the ballistic modifier of the present invention, the burning rate actually increases slightly with lower temperatures, within wider temperature limits than when the ballistic modifier n. 'is not used.
The increase in the combustion speed with the reduction in temperature is very advantageous to compensate for the reduction in the driving thrust of the rocket when the temperature decreases,
The operable limits of the constituents of the ballistic modifier composition are as follows; potassium sulphate: 10 to 95%; ethyl cellulose; 3 to 50%; di-butyl phthalate; 0 to 30%; butyl methaorylate: 0 to 20%; 0 to 5% polyglycolic dimethacrylate; benzoyl peroxide; 0 to 1%; other plasticizers: 0 to 30%. Potassium perclorate, potassium nitrate, barium nitrate and certain other salts can be used in the range of about 0 to 95% in lieu of this dose of potassium sulfate.
If it is desired to suppress the flash, particularly during rocket launch, a large amount of potassium salt can be introduced into the flame at this time to achieve the desired result. This differs from previous methods in which this salt is introduced directly into the propellant, thus making the control of the rate of production of ions and potassium salts entirely dependent on the rate of combustion of the agent. of propulsion.
As an example of this phase of the invention, it has been found that a combination of potassium sulfate and a plastic binder does not erode, with sufficient speed, an oxidation salt. tion, such as potassium perchlorate, potassium nitrate or barium nitrate, to be used in combination with potassium sulphate to provide a faster rate of erosion in the flame.
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The ballistic modifier of the composition mentioned above is potassium sulfate. This potassium sulfate is the preferred component because it is compatible with the propellants, such as nitroglycerin which tends to migrate from the propellant to the endotor. The dose of potassium salt necessary to ensure the desired operation of the rocket motor is preferably in the range of 0.5 to 3% by weight of the propellant.
Potassium is used as the cation of the salt in preference to other alkali metals because it produces a weaker flash than the others.
Alkali metals form oxides, carbonates and hydroxides which are believed to be able to react with free radical elements in rocket exhaust gases which tend to initiate and propagate secondary combustion. In the rocket engine, it is believed that the ballistic effect, internal and beneficial, results from the fact that the presence of alkali metals increases the possibility of emission of the radiating elements of the flame and therefore improves the heat exchange to the solid propellant, especially at low temperatures, It is believed that solid particles per se cause the attenuation of resonance effects and standing waves during combustion,
The anion of the potassium salt, although it is not a function ...
critically, must be an anion which produces a compatible and stable salt, i.e. the salts must not be strongly acidic or strongly basic, due to the reactions of this type of salt with the agent. propellant, Therefore neutral salts are preferred, It has been found, for example, that potassium chloride can advantageously be used,
Other external ballistic modifiers, which can be used apart from barium salts, for example barium nitrate,
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or others, comparatively inert, which, like potassium salts, remain under the ton of solid particles in the flame;
for example, titanium has been found to be effective as an external ballistic modifier,
The alkali and alkaline earth metal salts form other suitable materials, moreover other suitable oxidation salts are; alkali and alkaline earth metal nitrates and perchlorates.
The plastic binder mainly consists of a plasticized ethyl cellulose with or without a crosslinked form of butyl methaorylate which is polymerized during the firing of the molding. Butyl methacrylate monomer serves as a solvent or softening agent for ethyl cellulose when room temperature treatment is desired. Other solvents which can be used are: methyl methaorylate, methacrylate ethyl, ethyl or butyl aerylate, acrylonitrile or other polymerizable monomeric solvents. Suitable plasticizer equivalents for dibutyl phthalate are: butyl stearate, highly substituted phenyl ether, dioctyl phthalate and many others.
Polyglycolic dimethacrylate comes out of the crosslinking monomer for butyl methacrylate or other monofonotional monomer. This crosslinking agent is bifunctional and serves to make a three dimensional polymer from butyl methacrylate and thus to avoid excessive absorption of nitroglycerin vapors into the coating. Other suitable cross-linking agents are: diallyl maleate,
EMI10.1
allyl phthalate, bis-allyldiglyoolic carbonate and other compatible bifonotional monomers.
Benzoyl peroxide serves as an initiator for the polymerization and cross-linking of the monomers of butyl methacrylate and of dimethacrylate. Other peroxide catalysts
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which can be used are: methyl ethyloetone peroxide, cumene hydroperoxide, tertiary butyl hydroperoxide and any suitable source of initiating free radicals for a polymerization already known in this technique,
Other plastic compositions, for binding the potassium salts to the bar, can be used, for example polyethylene, cellulose acetate sorbate, polyvinyl chloride and / or aoetate, rubber or any binder. compatible equivalent giving good adhesion to the support, functionally does not absorb
excessive amounts of nitroglycerin and does not crack strongly during the device temperature cycle. Excessive absorption of nitroglycerin vapors into the coating is undesirable due to the effect of this compound on the physical properties of the coating and on the rate of coating erosion in the flame. This latter effect must be carefully controlled, since it is desirable in most cases that the formation of potassium salts be maintained for the entire duration of the combustion of the rocket grain fuels.
It is particularly desirable that the rate of erosion not be increased as a result of rocket storage. The ballistic modifier compositions of the present invention have been found to be useful by external application with the compositions. propellants based on nitroglycerin and nitrocellulose, Biles can also be used with two-component propellants with equivalent basic constituents, as well as with compound propellants, The percentage of the combined nitrocellulose content and in nitroglyucerin, propellants with which the alkaline modifier is active can vary within relatively wide limits,
<Desc / Clms Page number 12>
The ballistic modifier of the present invention has been found to be particularly effective with propellant formulas exhibiting composition percentages of the magnitude given below:
EMI12.1
<tb> Constituents: <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb> Nitrocellulose <SEP> 44 <SEP> - <SEP> 60
<tb>
<tb> Nitroglycerin <SEP> 28 <SEP> - <SEP> 47
<tb> Stabilizer <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Plasticizer <SEP> no <SEP> explosive <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 15
<tb> Ballistic modifier <SEP> <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 5
<tb>
By way of example, the stabilizers are symmetrical diethyl-diphenylurea and 2-nitrodiphenylamine.
In addition, non-explosive plasticizers are, for example, diethyl phthalate, triacetin, dipropyl adipate, dimethyl abacate and dibutyl phthalate. Examples of ballistic modifiers include: lead, lead acetylsalicylate and lead 2,4-dihydroxybenzoate, as well as mixtures of these compounds, used either alone. either in combination with a lead salt or an organized acid other than salicylic acid. The preferred secondary lead salts are lead 2-ethylhexoate and lead stearate.
The composition percentages given above underline the possibility of bringing the present ballistic modifier into action with propellants or fillers producing gases containing a nitrocellulose-nitroglycerin base or an equivalent thereof, This modifier is also used with compound propellants having these constituents or their equivalents as the basic component,
A variant of the present invention is given in the example below:
<Desc / Clms Page number 13>
EXAMPLE II
EMI13.1
<tb> Constituents! <SEP> on <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfate <SEP> of <SEP> potassium <SEP> 50.00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Perchlorate <SEP> of <SEP> potassium <SEP> 20.00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cellulose <SEP> ethyl <SEP> 14.65
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dibutyl <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 5.00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Butyl <SEP> <SEP> methacrylate <SEP> 9.00
<tb>
EMI13.2
Polyclyeolic dimethacrylate .t2t
EMI13.3
<tb> Benzoyl <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 0.15
<tb>
Rods, having a coating of the composition
EMI13.4
- above - orit the diameter is 0.3 inch (7.62mm) and the ion "size 9" (228.6mm), were tested in a 2. "0 rocket.
EMI13.5
Ignition tempera-tû-Fê Burning time Burning time
EMI13.6
<tb> conditioned <SEP> sensitive <SEP> in <SEP> seconds <SEP> with <SEP> rod <SEP> in <SEP> secon-
<tb>
<tb> F <SEP> C <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -65 <SEP> -53.9 <SEP> 0.93 <SEP> 0.83
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -10 <SEP> -23.3 <SEP> 0.80 <SEP> 0.79
<tb>
EMI13.7
130 54 0.75 Ot-77 6 74 0.75 OP69 165 0.70 0.69
EMI13.8
L4-samqs; 9fiante ballistics of the present invention sound-? Potassium fate is first mixed with powdery ethyl eelulo-ë #### deerfl-ClIns using a butyl monomer, butylate coj = e softening agent, 3. 'phthalate. buylēdūdi '"polyglycolic methacrylate and a peroxy catalyst are then added to the mixture.
This order of addition is not tick, the condition imposed is that a uniform distribution of the peroxide must be obtained.
The above-mentioned composition is conveniently mixed in a Sigma type paddle mixer, such as that. used for mixing bread dough, rubber or regular powder. After obtaining a paste of a homogeneous character,
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this is placed in an extrusion press of a conventional type and extruded through a die having the desired diameter and containing a pin or a core. A tube is thus produced which has the desired internal diameter.
The tube thus made is placed on the wire or tube support and the assembly is enclosed in a mold tight around the molding to ensure a good bond with the support and to exclude oxygen or air which would prevent or would tend to prevent polymerization of the methacrylate monomers used in the composition of the coating.
The cooking times required to obtain a coating
EMI14.1
hard and solid tion are of JLirdre-d # a few hours at 1500P (66 C) or a few minutes at a temperature of approximately 280 '¯-Q - ¯¯ap: sew3¯'dec.i- "above is particularly useful when an oxidizing salt is used and when excessive heat similar to that associated with injection molding, should be avoided.
In use, the coated rod is suspended from the front end of the rocket motor, so that the coated portion of the rod is located approximately in the axis of the hollow of the rocket propellant charge which can be internal combustion or external internal combustion type or any other type. In the case of grains with entirely external combustion, the rods can be housed in the annular space provided between the grains and the rocket motor,
The effectiveness of the ballistic modifier can be increased by introducing it near the front end of the rocket grains so as to ensure, thus, that almost all of the potassium salt introduced passes through the length. whole graininess.
In this way, its effect is prolonged for a longer period of time compared to that which would result from the use of a ballistic modifier.
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u. introduced into the powder or inserted along the entire length of the rod. Likewise, additional heating time increases the effect of the salt.
If the arrangement or the design of the fires allows it, the potassium salt can be introduced into the reaction flame by the use of a pyrotechnic type based on potassium salt, which burns slowly and independently of the main propelled grains. . Alternatively, a perforated tube can be used, loaded with bulk potassium sulfate, the potassium sulfate reacting in the presence of the turbulent gases of the flame,
The object of the invention is a method, whereby the beneficial ballistic effects of potassium salts can be used in devices actuated by reaction and supplied by propellants of the mesa or bearing type,
The invention not only avoids the undesirable effects arising from the internal introduction of potassium salts, but also provides a more efficient method for the use of ballistic modifiers, since its use requires a less quantity of modifiers than. that neoessitated by an internal introduction in order to reduce the secondary flame by a corresponding amount, In addition, the ballistic effect of potassium salts is increased to a greater degree by the external introduction into the flame, compared with the internal introduction of salts.
Other advantages of the invention are manifested by its transport within limits within which the ballistic effects of rocket motors using mesa and bearing propellants are insensitive to temperature variations. For example, if a propellant, used alone, exhibits temperature insensitivity within the approximate range of -10 F to +130 F (-23.3 to +154 C), application of the present invention to this
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propellant makes it insensitive to temperatures in the approximate order of -40 to +140 F (-40 C to +60 C) and the change or coefficient of temperature in the pressure developed with a change in temperature. rature is reduced relative to the desired temperature limits, notably -65 to +165 F (-53,
9 to + 74 C). In short, the effect of the invention being realized under conditions where the rocket is ignited at very low temperatures, such as for example -65 P (-53.9 C), is that it improves the reaction time. - regularity of combustion and significantly increases the minimum working pressure, thus shortening the combustion time.
For example, in rocket 2. "75 FFAR, the minimum pressure at -65 F (-53.9 C) is increased by approximately 15 or 20% and the burn time, at this low temperature, is increased. reduced by 10%, The internal ballistic effect at +165 F (+74 C) ensures more regular pressure-time diagrams by eliminating resonance effects and standing waves in the rocket motor, It has, in addition, it has been observed that the suppression of the flame, or of the secondary flash by the use of the invention is practically complete, in particular during the initial phases of combustion,
when the rocket gases can affect the performance of the air craft and the efficiency of the lead salt used to suppress the flash is greater than that obtained when potassium sulfate is introduced into the solid propellant composition itself even. As a comparative example, the 2.55 FFAR Mk single engine, using the temperature sensitive propellant, known as Navy N-4, was experimentally compared to the propellants. propulsion! similar to N-5, which is relatively insensitive to temperature. Without the use of the invention, much flash
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greater blow is produced by the use of the agent of the pro-
Region N-5.
When the invention is carried out with the propellant N-5, the flash is significantly lower than that produced by the propellant W-4. The latter propellant contains 1.5 sulphate. of potassium incorporated. The amount of potassium sulfate used on the coated rod for the experiment with the N-5 propellant was substantially less than 1.5% of the weight of the rocket grains,
It is evident that many variations and modifications of the present invention are possible in the light of the above teachings. Therefore, it should be understood that the invention may be practiced in a manner other than that specifically. described above,
while remaining within the scope of the claims,
CLAIMS.