RU2217458C1 - Armoring compound for ballistate solid fuel insert charge thermoplastic coating - Google Patents

Abstract

FIELD: rocket industry, production of ballistate solid fuel insert charges . SUBSTANCE: invention relates to the rocket ballistate solid fuel insert charges, in particular, to the field of production of the solid fuel insert charges armoring compounds. The problem of the invention is creation armoring compound possessing the low migratory properties of the chemically non-bound components, of high mechanical and thermal performances for charges of ballistate solid fuel of impulse-reaction systems and anti-tank controlled reactive missiles, that are subjected to the high flight accelerations and thermal loads. The problem is solved because the armoring compound used for the thermoplastic coating of the ballistate solid fuel insert charge, including the filler, plasticizer, the stabilizer of flame-resistance, as the filler it contains a nitrate cellulose, as the plasticizer - tricresyl phosphate and/or dibutyl phthalate, as the stabilizer of flame-resistance - boric acid and additionally - chrysotile asbestos, dimethyl-diphenyl urea and iron oxide. EFFECT: higher efficiency. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к вкладным зарядам баллиститного твердого топлива, в частности к области создания бронирующих составов. The invention relates to the field of rocketry, and in particular to the additional charges of ballistic solid fuel, in particular to the field of creating armor compounds.

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). The designs of ballistic solid fuel shells, armored over specific surfaces, are widely used in rocketry, especially for active reactive systems (ARS) engines, anti-tank guided missiles (PTUPC), etc. The main distinguishing feature of such products is the extreme level of flight overloads, acting on the charge during the flight of the rocket (projectile), and therefore, high voltage in the charge at the contact point of the end (pre-nozzle) surface with the support grid ( phragma).

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). Cylindrical fixed charges of solid fuel, armored on the outer surface and ends, are known and widely used in rocket technology (see, for example, Fig. 29.56 of the book by V.E. Tishin "Theory of rocket engines", M., Mechanical Engineering, 1989, p. 328; Fig. 10.16 of A.M. Vinitsky’s book “Solid propellant rocket engines”, M., Mechanical Engineering, 1973, p. 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. Known solid fuel charge for a rocket engine according to patent RU 2164616 from 01.11.1999, consisting of a powder bomb with a layer of cellulose acetate armor coating on it and a shielding layer of synthetic glue.

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. Known heat-insulating material according to patent RU 2142596 from 11/30/1998, designed to protect various objects from powerful thermal effects, including open flame. The disadvantages of this heat-insulating material are its low mechanical and thermophysical characteristics.

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. The choice of the method of applying the armored composition to the charge, the content of its initial components, the curing and polymerization of the composition are determined by the variety of plug-in charges, fuel grades, ballistic, operational, technological, and also, in some cases, special requirements. In addition, the armor plating should have a high level of reliability during the entire period of the warranty period of storage and operation of the charge.

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. The closest in technical essence to the present invention is the armor composition according to patent RU 2179989 of 02/05/2001, containing: filler - cellulose acetate, plasticizer-O-acetyl triethyl citrate, heat resistance stabilizer - -β- (2,4-dinitrophenoxy) ethanol, smokeless additive - hydrazodicarbonamide .

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.This armor is thermoplastic, has a low smoke generation and can be used to book ballistic fuel insert charges for guided missiles by injection molding. Along with high manufacturability and enhanced performance characteristics, the armored composition deposited on a charge of ballistic fuel has several disadvantages:
1. With a wide temperature range of operation and combat use from minus 60 ^o C to 60 ^o C at the fuel-armor plating interface, there are always processes of mass transfer of chemically unrelated components in the formulations of fuel and armor plating, for example, migration of nitroglycerin from fuel to armor plating and plasticizers from armor plating to fuel, which worsens the properties of fuel and armor plating (the burning rate of fuel decreases, the strength of armor plating decreases, its thermal protection ability deteriorates significantly due to the increase oryuchesti et al.). As a result, the reliability of the charge as a whole decreases.

2. Для исключения (подавления) миграции компонентов между топливом и бронировкой наносят экранирующий подслой, что требует введения дополнительных технологических операций. 2. To exclude (suppress) the migration of components between the fuel and the reservation, a shielding sublayer is applied, which requires the introduction of additional technological operations.

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. 3. For engines of active-reactive systems (ARS) and ATGM, experiencing high flight overloads, and consequently, high axial and tangential stresses in the charge at the contact point of the end (pre-nozzle) surface with the support grid, use armor coatings with sufficient stiffness and a lower elastic modulus , which is a function of the number of cross-links and determines the level of stresses in the armored charge.

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. The objective of the invention is the creation of an armored train with low migration properties of chemically unrelated components, high mechanical and thermophysical characteristics, for charges of ballistic solid fuel ARS and ATGM, experiencing high flight overloads and thermal loads.

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.The problem is solved due to the fact that the armor composition for thermoplastic coating of the applied charge of ballistic solid fuel, including a filler, a plasticizer, a fire stabilizer, contains cellulose nitrate as a filler, tricresyl phosphate and / or dibutyl phthalate as a plasticizer, and boric acid as a fire stabilizer and additionally - chrysotile asbestos, dimethyldiphenylurea and red iron, in the following ratio, wt.%:
Cellulose Nitrate - 26-30
Tricresyl phosphate and / or dibutyl phthalate - 21-30
Boric acid - 26-30
Asbestos chrysotile - 13-16
Dimethyldiphenylurea - 1-2
Marmot iron - 1.5-2.5
In the manufacture of the armor, the following components are used, which are:
Cellulose nitrate (OST B 84-2440-90) - nitrate ester obtained by treating cellulose with a mixture of nitric and sulfuric acids, followed by stabilization.

Трикрезилфосфат (ГОСТ 5728-76) - сложный эфир ортофосфорной кислоты и трикрезола (или дикрезола), прозрачная однородная жидкость без видимых механических примесей. Tricresyl phosphate (GOST 5728-76) is an ester of orthophosphoric acid and tricresol (or dicresol), a transparent homogeneous liquid without visible mechanical impurities.

Дибутилфталат (ГОСТ 8728-88) - Ди-н-бутиловый эфир ортофталевой кислоты, прозрачная жидкость без механических примесей. Dibutyl phthalate (GOST 8728-88) - Di-n-butyl ether of orthophthalic acid, a clear liquid without mechanical impurities.

Борная кислота (ГОСТ 18704-78) - мелкий кристаллический сыпучий порошок белого цвета. Boric acid (GOST 18704-78) is a fine crystalline loose powder of white color.

Асбест хризотиловый (ГОСТ 12871-93) - асбестовое волокно различной длины и агрегатов. Chrysotile asbestos (GOST 12871-93) - asbestos fiber of various lengths and aggregates.

Диметилдифенилмочевина (ГОСТ 2154-77) - однородный порошок и чешуйки от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Dimethyldiphenylurea (GOST 2154-77) is a homogeneous powder and flakes from light yellow to light brown in color.

Сурик железный (ГОСТ 8135-74) - природный неорганический пигмент красно-коричневого цвета, состоящий из оксида железа с примесью глинистых минералов и кварца. Groundhog iron (GOST 8135-74) - a natural inorganic pigment of red-brown color, consisting of iron oxide mixed with clay minerals and quartz.

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.Armor plating is prepared as follows:
loose components are first crushed (cellulose nitrate, boric acid, chrysotile asbestos, iron minium), then dimethyl diphenylurea is dissolved in a plasticizer at a temperature of 60 ... 90 ^o С for 10 ... 20 min. After that, crushed bulk solids are mixed in a solution of dimethyldiphenylurea in a plasticizer for 10 ... 15 min at a temperature of not more than 35 ^o C (until a homogeneous loose crumb is obtained). Then the prepared mass (armored) in the form of loose crumb is rolled on rollers to a predetermined thickness of the armor coating.

Изготовленное таким образом бронепокрытие в дальнейшем используется для наклейки заготовок определенной формы на торцы зарядов клеями на основе нитроцеллюлозы. The armor coating made in this way is subsequently used to stick blanks of a certain shape on the ends of the charges with nitrocellulose based adhesives.

В табл.1 представлены примеры изготовленных и испытанных образцов бронепокрытия при различном содержании компонентов. Table 1 presents examples of manufactured and tested armor plating samples with different component contents.

В табл. 2 представлены стандартные механические и теплофизические характеристики изготовленных образцов в сравнении с бронепокрытием - прототипом и со штатным топливом при температуре 20^oС.In the table. 2 presents the standard mechanical and thermophysical characteristics of the manufactured samples in comparison with armor plating - the prototype and with standard fuel at a temperature of 20 ^o C.

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). From the table. 1, 2 it can be seen that a plasticizer content of more than 30% leads to a decrease in the strength characteristics of armor plating and an increase in the migration of plasticizers from the armor composition to fuel, and less than 21% to an increase in brittleness (increase in elastic modulus).

Эффект повышения теплофизических характеристик достигается введением в состав бронепокрытия кислоты борной Н₃ВО₃ в качестве антипирена - стабилизатора огнестойкости.The effect of increasing the thermophysical characteristics is achieved by introducing boric acid H ₃ VO ₃ into the composition of the armor coating as a flame retardant - fire resistance stabilizer.

Из табл. 1, 2 также видно, что содержание кислоты борной в пределах 26.. .30% обеспечивает высокую огнестойкость бронесостава (низкие теплопроводность и температуропроводность). From the table. 1, 2 it is also seen that the content of boric acid within 26 ... .30% ensures high fire resistance of the armor composition (low thermal conductivity and thermal diffusivity).

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. From the table. Figure 2 also shows that the elastic modulus of the patented armored coating is an order of magnitude lower than the elastic modulus of regular fuel and lower than the elastic modulus of the armored prototype, which helps to create cross-links in the armored coating during storage and to reduce stresses in the charge plate during operation.

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. The technical result of the patented invention is to reduce the migration of chemically unrelated components at the "fuel barrier" border, achieving high mechanical and thermal characteristics, which is confirmed by full-scale fire tests of the charges in the engine.

Claims (1)

Бронирующий состав для термопластичного покрытия вкладного заряда баллиститного твердого топлива, включающий наполнитель, пластификатор, стабилизатор огнестойкости, отличающийся тем, что состав содержит в качестве наполнителя 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.%:An armor composition for thermoplastic coating of the ballistic solid fuel plug-in charge, comprising a filler, a plasticizer, a fire stabilizer, characterized in that the composition contains cellulose nitrate as a filler, tricresyl phosphate and / or dibutyl phthalate as a plasticizer, boric acid as a fire stabilizer, and additionally - chrysotile asbestos, dimethyldiphenylurea and red iron, in the following ratio of components, wt.%: Нитрат целлюлозы 26-30Cellulose Nitrate 26-30 Трикрезилфосфат и/или дибутилфталат 21-30Tricresyl phosphate and / or dibutyl phthalate 21-30 Кислота борная 26-30Boric acid 26-30 Асбест хризотиловый 13-16Asbestos chrysotile 13-16 Диметилдифенилмочевина 1-2Dimethyldiphenylurea 1-2 Сурик железный 1,5-2,5Meerk iron 1.5-2.5

Images