RU2415906C2 - Method of producing metallised solid fuel - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method involves mechanical mixture of an oxidising agent, fuel binder and metallic fuel. The oxidising agent used is ammonium perchlorate with particle size not greater than 50 mcm and ammonium nitrate with particle size (165-315) mcm. The fuel binder used is butadiene rubber which is plasticised with transformer oil or polyurethane rubber which is plasticised with nitroglycerine. The metal fuel used is aluminium micropowder or aluminium nanopowder or mixtures thereof. Further, silicon dioxide with average particle size not greater than 50 mcm is added to the fuel in amount of 1-2 wt % over 100% of the fuel mass. The mixture is further mixed and evacuated. The obtained fuel mass is moulded into fluoroplastic units, polymerised and plated on the lateral surface with a solution of linoleum in acetone.

EFFECT: high rate of combustion and low content of solid condensed combustion products.

5 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области разработки смесевых металлизированных твердых топлив, а именно к разработке способа получения твердотопливных композиций с повышенной скоростью горения и пониженным содержанием твердых конденсированных веществ в продуктах сгорания.The invention relates to the field of development of mixed metallized solid fuels, and in particular to the development of a method for producing solid fuel compositions with an increased burning rate and a reduced content of solid condensed substances in combustion products.

Современные композиции высокоэнергетических твердых топлив состоят из трех основных компонентов - окислителя, полимерного горючего-связующего и порошка алюминия в качестве металлического горючего [1]. В традиционных композициях в качестве окислителя используется NH₄ClO₄ - перхлорат аммония (ПХА), образующий при горении топлив на его основе хлор и ряд его токсичных соединений (НСl, НСlO₄ и др.). Эти компоненты неблагоприятно воздействуют на окружающую среду (выпадение кислотных дождей, образование озонных дыр и т.п.).Modern compositions of high-energy solid fuels consist of three main components - an oxidizing agent, a polymer fuel-binder, and aluminum powder as a metal fuel [1]. In traditional compositions, NH ₄ ClO ₄ , ammonium perchlorate (PHA), which forms chlorine and a number of its toxic compounds (НСl, НСlO ₄ , etc.) during the combustion of fuels based on it, is used as an oxidizing agent. These components adversely affect the environment (acid rain, formation of ozone holes, etc.).

Одним из перспективных подходов к решению проблемы снижения токсичных выбросов, которая особенно актуальна в связи с активизацией ракетно-космической деятельности в целом ряде стран, является использование в качестве окислителя NH₄ClO₄ - нитрата аммония (НА) [2]. Этот окислитель на порядок дешевле ПХА и не образует при горении экологически вредных продуктов.One promising approach to solving the problem of reducing toxic emissions, which is particularly relevant in connection with the activation space rocket activity in a number of countries, is used as the oxidant NH ₄ ClO ₄ - ammonium nitrate (AN) [2]. This oxidizing agent is much cheaper than PHA and does not form environmentally harmful products during combustion.

Однако топлива на основе НА характеризуются низкими значениями температуры горения и, как следствие, низкими уровнями удельного импульса тяги, низким значением скорости горения и повышенным содержанием твердых конденсированных веществ в продуктах сгорания. Известны способы улучшения характеристик горения твердотопливных композиций путем введения в их состав (2-3) мас.% каталитических добавок [3]. Преимущество способов улучшения характеристик горения смесевых твердых топлив путем введения каталитических добавок заключается в том, что для их реализации не требуется создания нового оборудования и технологии получения топливной массы, а также изменения состава основных исходных компонентов топлива.However, HA-based fuels are characterized by low values of the combustion temperature and, as a result, low levels of specific impulse of thrust, low value of the burning rate and an increased content of solid condensed substances in the combustion products. Known methods for improving the combustion characteristics of solid fuel compositions by introducing into their composition (2-3) wt.% Catalytic additives [3]. The advantage of methods for improving the combustion characteristics of mixed solid fuels by introducing catalytic additives is that their implementation does not require the creation of new equipment and technology for producing fuel mass, as well as changing the composition of the main initial components of the fuel.

Известен способ получения металлизированных твердых топлив на основе нитрата аммония или перхлората аммония, инертных и активных горючих-связующих и порошков алюминия различной дисперсности [4].A known method of producing metallized solid fuels based on ammonium nitrate or ammonium perchlorate, inert and active combustible binders and aluminum powders of different dispersion [4].

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является способ изготовления зарядов смесевого твердого топлива [5], включающий предварительную подготовку окислителя, приготовление смеси горючего-связующего с металлическим горючим и добавками, приготовление топливной массы путем смешения с последующим вакуумированием. Данный способ включает предварительное фракционирование порошков окислителя, что удлиняет технологическую цепочку изготовления топлива и увеличивает стоимость изделия.Closest to the technical solution to the claimed invention is a method for the manufacture of mixed solid fuel charges [5], including the preliminary preparation of the oxidizing agent, the preparation of a mixture of fuel-binder with metal fuel and additives, the preparation of the fuel mass by mixing, followed by vacuum. This method involves the preliminary fractionation of oxidizer powders, which lengthens the fuel production process chain and increases the cost of the product.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа получения металлизированного твердого топлива с более высоким уровнем скорости горения и с меньшим содержанием твердых конденсированных продуктов сгорания без существенного изменения компонентного состава топлива и технологии его получения.The technical result of the present invention is the development of a method for producing metallized solid fuel with a higher level of burning rate and with a lower content of solid condensed combustion products without a significant change in the component composition of the fuel and the technology for its production.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения металлизированного твердого топлива, включающий механическое перемешивание окислителя, в качестве которого используют перхлорат аммония с размером частиц не более 50 мкм или нитрат аммония с размером частиц (165÷315) мкм, горючего-связующего, в качестве которого используют бутадиеновый каучук, пластифицированный трансформаторным маслом или полиуретановый каучук, пластифицированный нитроглицерином, и металлического горючего, в качестве которого используют порошки алюминия микронных размеров, или нанопорошки алюминия, или их смеси с различным соотношением содержания крупнодисперсной и мелкодисперсной фракций, дополнительно в состав топлива вводят порошок диоксида кремния со средним размером частиц не более 50 мкм в количестве (1÷2) мас.% сверх 100% топливной массы, причем порошок диоксида кремния вводят в топливную массу после полного перемешивания основных компонентов, полученную смесь дополнительно перемешивают в течение не менее 30 минут, затем вакуумируют в течение не менее 30 минут, полученную топливную массу формуют методом проходного прессования во фторопластовые сборки, полимеризуют при комнатной температуре в течение не менее 24 часов и бронируют по боковой поверхности раствором линолеума в ацетоне.The technical result is achieved by the fact that the proposed method for producing metallized solid fuel, including mechanical mixing of the oxidizing agent, which is used ammonium perchlorate with a particle size of not more than 50 microns or ammonium nitrate with a particle size of (165 ÷ 315) microns, a combustible binder, as which use butadiene rubber, plasticized with transformer oil or polyurethane rubber, plasticized with nitroglycerin, and metallic fuel, which use al powders micron-sized minium, or aluminum nanopowders, or mixtures thereof with different ratios of coarse and finely divided fractions, additionally silicon dioxide powder with an average particle size of not more than 50 microns is added to the fuel composition in an amount of (1 ÷ 2) wt.% over 100% fuel mass, and silicon dioxide powder is introduced into the fuel mass after complete mixing of the main components, the resulting mixture is additionally mixed for at least 30 minutes, then vacuum for at least 30 minutes, the resulting fuel hydrochloric mass flow is formed by pressing in the assembly fluoroplastic is polymerized at room temperature for at least 24 hours and book on the side surface of linoleum solution in acetone.

Полученный положительный эффект (увеличение скорости горения и снижение содержания конденсированной фазы в продуктах сгорания) может быть связан со следующими факторами. Влияние диоксида кремния на характеристики горения топливных систем, по-видимому, объясняется действием этой добавки на горение частиц алюминия. Согласно [6] на процесс горения алюминия значительное влияние оказывает наличие на поверхности металлической частицы оболочки из тугоплавкого оксида алюминия. Температура плавления оксида алюминия 2303 K существенно превышает температуру плавления алюминия 932 K. Полное сгорание алюминиевой частицы возможно при высоких температурах с появлением на оксидной оболочке дефектов, приводящих к окислению свободного металла. Оксид алюминия относится к основным окислам и является одним из наиболее химически устойчивых. Известно [7], что между основным и кислотными окислами при температурах намного ниже точки плавления любого из компонентов начинают протекать реакции с образованием жидких эвтектик, что приводит к разрушению оксидной пленки при горении металлических частиц, а следовательно, к повышению полноты сгорания последних.The resulting positive effect (an increase in the burning rate and a decrease in the content of the condensed phase in the combustion products) can be associated with the following factors. The effect of silicon dioxide on the combustion characteristics of fuel systems is apparently explained by the effect of this additive on the combustion of aluminum particles. According to [6], the combustion of aluminum is significantly affected by the presence of a shell of refractory alumina on the surface of a metal particle. The melting point of aluminum oxide 2303 K significantly exceeds the melting point of aluminum 932 K. Complete combustion of an aluminum particle is possible at high temperatures with the appearance on the oxide shell of defects that lead to the oxidation of free metal. Alumina is one of the main oxides and is one of the most chemically stable. It is known [7] that reactions between the basic and acidic oxides at temperatures much lower than the melting point of any of the components begin to form liquid eutectics, which leads to the destruction of the oxide film during the combustion of metal particles and, consequently, to an increase in the completeness of combustion of the latter.

Процесс разрушения оксида алюминия возможен и при взаимодействии последнего с углеродом, который содержится в продуктах сгорания твердых топлив. Горение твердых топлив - сугубо неравновесный процесс, поэтому в продуктах сгорания всегда находится некоторое количество углерода. Взаимодействие оксида алюминия с углеродом происходит лишь в том случае, если в состав компонентов добавлен оксид карбидообразующего элемента [6]. К карбидообразующим окислам относятся SiO₂, TiO₂, ZrO₂, Ве₂О₃, Сr₂О₃ и др., то есть возможна реакция типаThe destruction of alumina is also possible with the interaction of the latter with carbon, which is contained in the combustion products of solid fuels. The burning of solid fuels is a purely nonequilibrium process, therefore, a certain amount of carbon is always found in the products of combustion. The interaction of aluminum oxide with carbon occurs only if oxide of the carbide-forming element is added to the composition of the components [6]. Carbide-forming oxides include SiO ₂ , TiO ₂ , ZrO ₂ , Be ₂ O ₃ , Cr ₂ O ₃ and others, that is, a reaction of the type

Карбид алюминия может образовываться в виде нанодисперсных частиц. Протекание подобных процессов отмечено при сгорании наночастиц алюминия [8].Aluminum carbide can form in the form of nanosized particles. The occurrence of such processes was noted during the combustion of aluminum nanoparticles [8].

Эффективность влияния диоксида кремния зависит от кристаллической природы оксидной пленки на поверхности алюминиевой частицы. Можно ожидать, что введение диоксида кремния в топливную массу композиций, содержащих порошки алюминия микронных размеров (например, порошки промышленных партий АСД), будет более эффективно по сравнению с топливами, содержащими нанопорошки алюминия (Alex). Данное предположение основывается на том, что в порошках алюминия марок АСД содержится больше активного металла, чем в нанопорошках алюминия Alex.The effectiveness of the effect of silicon dioxide depends on the crystalline nature of the oxide film on the surface of an aluminum particle. It can be expected that the introduction of silicon dioxide in the fuel mass of compositions containing micron-sized aluminum powders (for example, powders of industrial batches of ASD) will be more effective than fuels containing aluminum nanopowders (Alex). This assumption is based on the fact that aluminum powders of ASD grades contain more active metal than Alex aluminum nanopowders.

Реализация способа апробирована на составах, содержащих активное и инертное горючее-связующее, нитрат аммония и перхлорат аммония в качестве окислителя, а также порошки алюминия разной дисперсности. При проведении экспериментов в состав топлива вводили катализатор - диоксид кремния, содержание которого варьировали в диапазоне (1÷5) мас.% сверх 100% топливной массы.The implementation of the method was tested on compositions containing an active and inert fuel-binder, ammonium nitrate and ammonium perchlorate as an oxidizing agent, as well as aluminum powders of different dispersion. During the experiments, a catalyst — silicon dioxide — was introduced into the fuel composition, the content of which was varied in the range (1–5) wt.% Over 100% of the fuel mass.

Пример 1Example 1

Топлива №№1, 2 на основе активного горючего-связующего содержали 23,6 мас.% полиуретанового каучука, пластифицированного нитроглицерином, в соотношении 20/80 (НГУ), 61,4 мас.% нитрата аммония марки ЖВ со среднемассовым размером частиц (165÷315) мкм и 15 мас.% порошка алюминия марок АСД-4 и Alex с разной дисперсностью. Среднемассовый диаметр частиц D₄₃ и содержание чистого алюминия в этих порошках приведены в табл.1 для АСД-4 [9] и для Alex [10].Fuels No. 1, 2 based on an active fuel binder contained 23.6 wt.% Polyurethane rubber, plasticized with nitroglycerin, in a ratio of 20/80 (NGU), 61.4 wt.% LI brand ammonium nitrate with a mass-average particle size (165 ÷ 315) microns and 15 wt.% Aluminum powder of grades ASD-4 and Alex with different fineness. The mass-average particle diameter D ₄₃ and the content of pure aluminum in these powders are given in Table 1 for ASD-4 [9] and for Alex [10].

Таблица 1Table 1 ХарактеристикаCharacteristic АСД-4ASD-4 AlexAlex D₄₃, мкмD ₄₃ μm 7,347.34 0,180.18 Содержание Аl, мас.%Al content, wt.% 95÷9795 ÷ 97 88÷9088 ÷ 90

В качестве каталитической добавки использовали порошок диоксида кремния марки «х.ч.» со среднемассовым размером частиц не более 50 мкм.As a catalytic additive used powder of silicon dioxide brand "HH" with a mass-average particle size of not more than 50 microns.

В табл.2 приведены основные энергетические характеристики топлив №№1,2 - удельный импульс I, адиабатическая температура горения Т_ад и коэффициент избытка окислителя α.Table 2 shows the main energy characteristics of fuels No. 1,2, the specific impulse I, the adiabatic combustion temperature T _ad and the coefficient of excess oxidizer α.

Таблица 2table 2 Топливо №Fuel No. Состав, мас.%Composition, wt.% αα I, cI, c Т_ад,КT _hell , K   НГУNSU 23,623.6       1,21,2 НАON 61,461,4 0,850.85 269269 32,5632.56   АlAl 15,015.0      

Энергетические характеристики определяли проведением термодинамических расчетов по программе "Астра-4" (МГТУ им. Н.Э.Баумана) [11]. Расчеты проводили для стандартного значения степени расширения р/р_а=40/1, где р - давление в камере сгорания, р_а - давление продуктов сгорания на срезе сопла. Результаты расчетов показали, что введение в состав топлива менее 1 мас.% диоксида кремния не оказывает влияния на энергетические характеристики рассмотренных топливных композиций.Energy characteristics were determined by conducting thermodynamic calculations according to the Astra-4 program (MSTU named after N.E. Bauman) [11]. The calculations were carried out for a standard value of the degree of expansion p / p _a = 40/1, where p is the pressure in the combustion chamber, p _a is the pressure of the combustion products at the nozzle exit. The calculation results showed that the introduction of less than 1 wt.% Silicon dioxide into the fuel composition does not affect the energy characteristics of the considered fuel compositions.

Топливную массу получали методом механического перемешивания компонентов в смесителе типа "Бэкон". На первом этапе полностью перемешивали основные компоненты в течение 150÷180 минут, затем в полученную смесь добавляли порошок диоксида кремния и дополнительно перемешивали в течение не менее 30 минут. После этого топливную массу вакуумировали в течение не менее 30 минут. Полученную массу формовали методом проходного прессования в виде цилиндрических образцов диаметром 10 мм и высотой 30 мм во фторопластовые сборки. Полимеризацию образцов проводили при комнатной температуре в течение 24 часов. Образцы бронировали по боковой поверхности раствором линолеума в ацетоне. Влияние бронировки на содержание твердых веществ в продуктах сгорания оценивали независимыми опытами.The fuel mass was obtained by mechanical mixing of the components in a Bacon type mixer. At the first stage, the main components were completely mixed for 150–180 minutes, then silicon dioxide powder was added to the resulting mixture and further mixed for at least 30 minutes. After that, the fuel mass was evacuated for at least 30 minutes. The resulting mass was formed by continuous pressing in the form of cylindrical samples with a diameter of 10 mm and a height of 30 mm into a fluoroplastic assembly. Samples were polymerized at room temperature for 24 hours. Samples were armored on the side surface with a solution of linoleum in acetone. The effect of the reservation on the solids content of the combustion products was evaluated by independent experiments.

Скорость горения образцов топлива измеряли при атмосферном давлении на открытом воздухе при температуре +20°С по времени сгорания образца заданной высоты. Содержание твердых конденсированных веществ в продуктах сгорания z определяли взвешиванием кварцевого отборника до и после сжигания образца. Величина z определялась отношением массы осевших в отборнике конденсированных частиц к массе исходного образца топлива. Для каждого топлива проводилось 8÷10 дублирующих опытов. Относительная погрешность определения скорости горения и содержания твердых веществ не превышала 5% и 1,5%, соответственно.The burning rate of fuel samples was measured at atmospheric pressure in the open air at a temperature of + 20 ° C according to the combustion time of a sample of a given height. The concentration of solid condensed substances in the combustion products z was determined by weighing a quartz sample before and after burning the sample. The value of z was determined by the ratio of the mass of condensed particles deposited in the sampler to the mass of the initial fuel sample. For each fuel 8 ÷ 10 duplicate experiments were carried out. The relative error in determining the burning rate and solids content did not exceed 5% and 1.5%, respectively.

Эффективности влияния каталитической добавки - диоксида кремния SiO₂ на характеристики горения оценивали коэффициентами K₁ и K₂ The effectiveness of the influence of the catalytic additives - silicon dioxide SiO ₂ on the combustion characteristics was evaluated by the coefficients K ₁ and K ₂

где u₁ - скорость горения образца топлива с добавкой SiO₂, u₀ - скорость горения образца топлива без добавки;where u ₁ is the burning rate of the fuel sample with the addition of SiO ₂ , u ₀ is the burning rate of the fuel sample without the additive;

где z₁ - содержание твердых веществ в продуктах сгорания топлива с добавкой SiO₂; z₀ - содержание твердых веществ в продуктах сгорания топлива без добавки.where z ₁ is the solids content in the combustion products of fuel with the addition of SiO ₂ ; z ₀ - solids content in the combustion products of the fuel without additives.

Результаты экспериментов приведены в табл. 3, 4. Здесь же указаны значения плотности топлив ρ. Из приведенных результатов (табл.3) следует, что введение 2 мас.% диоксида кремния приводит к увеличению скорости горения топлива, содержащего порошок алюминия АСД-4, в 1,59 раз, а порошок алюминия Alex - в 1,25 раз. Из табл.4 следует, что введение добавки SiO₂ в состав топлива приводит к снижению содержания твердых конденсированных веществ в продуктах сгорания топлив, содержащих алюминий АСД-4, на 44%, а для топлив, содержащих Alex - на 11%. Таким образом, катализатор SiO₂ более эффективен для топлив, содержащих порошок алюминия микронных размеров (АСД-4), чем для топлив с нанопорошками алюминия (Alex).The experimental results are given in table. 3, 4. The values of the density of fuels ρ are also indicated here. From the above results (Table 3) it follows that the introduction of 2 wt.% Silicon dioxide leads to an increase in the burning rate of fuel containing ASD-4 aluminum powder by 1.59 times, and Alex aluminum powder by 1.25 times. From table 4 it follows that the introduction of the additive SiO ₂ in the fuel composition leads to a decrease in the concentration of solid condensed substances in the products of combustion of fuels containing aluminum ASD-4, by 44%, and for fuels containing Alex - by 11%. Thus, the SiO ₂ catalyst is more efficient for fuels containing micron-sized aluminum powder (ASD-4) than for fuels with aluminum nanopowders (Alex).

Таблица 3Table 3 Топливо №Fuel No. Содержание Al, мас.%Al content, wt.% SiO₂, мас.% сверх 100%SiO ₂ , wt.% In excess of 100% ρ, г/см³ ρ, g / cm ³ u, мм/сu, mm / s K₁ K ₁ АСД-4ASD-4 AlexAlex   -- 15fifteen -- 1,771.77 0,92±0,030.92 ± 0.03 -- 1one -- 15fifteen 22 1,771.77 1,15±0,051.15 ± 0.05 1,251.25   15fifteen -- -- 1,751.75 0,61±0,020.61 ± 0.02 -- 22 15fifteen -- 22 1,751.75 0,97±0,030.97 ± 0.03 1,591,59

Таблица 4Table 4 Топливо №Fuel No. Содержание Al, мас.%Al content, wt.% SiO₂, мас.% сверх 100%SiO ₂ , wt.% In excess of 100% z, мас.%z, wt.% K₂ K ₂ АСД-4ASD-4 AlexAlex 1one -- 15fifteen -- 14,6±0,2 14.6 ± 0.2 0,890.89   -- 15fifteen 22 13,0±0,213.0 ± 0.2     15fifteen -- -- 39,1±0,339.1 ± 0.3 -- 22 15fifteen -- 22 22,0±0,222.0 ± 0.2 0,560.56

Повышение содержания каталитической добавки диоксида кремния от 2 до 5 мас.% не привело к улучшению рассмотренных характеристик горения (u₁ и z₁) по сравнению с топливами, содержащими 2 мас.% SiO₂. Введение добавки диоксида кремния в количестве менее 1 мас.% практически не оказывает влияния на скорость горения и содержание твердых конденсированных веществ в продуктах сгорания.An increase in the content of the catalytic additive of silicon dioxide from 2 to 5 wt.% Did not lead to an improvement in the considered combustion characteristics (u ₁ and z ₁ ) compared to fuels containing 2 wt.% SiO ₂ . The introduction of additives of silicon dioxide in an amount of less than 1 wt.% Practically does not affect the burning rate and the content of solid condensed substances in the combustion products.

Пример 2Example 2

Топлива №3-6 на основе инертного горючего-связующего содержали 15,8 мас.% бутадиенового каучука, пластифицированного трансформаторным маслом, в соотношении 20/80 (СКДМ-80), 69,2 мас.% окислителя - перхлората аммония со среднемассовым размером частиц не более 50 мкм и 15 мас.% порошка алюминия (порошок АСД-4, порошок Alex или их смеси в разных соотношениях).Fuel No. 3-6 based on an inert combustible binder contained 15.8% by weight of butadiene rubber, plasticized with transformer oil, in a ratio of 20/80 (SKDM-80), 69.2% by weight of an oxidizing agent - ammonium perchlorate with a mass-average particle size no more than 50 microns and 15 wt.% aluminum powder (ASD-4 powder, Alex powder or mixtures thereof in different ratios).

Технология получения этих составов и программа экспериментов были аналогичны предыдущему примеру реализации. Результаты исследования влияния эффективности добавки SiO₂ в количестве 2 мас.% на скорость горения приведены в табл.5.The technology for producing these compounds and the experimental program were similar to the previous implementation example. The results of a study of the effect of the effectiveness of the SiO ₂ additive in an amount of 2 wt.% On the burning rate are given in Table 5.

Таблица 5Table 5 Топливо, №Fuel, No. Содержание Al, мас.%Al content, wt.% u₀, мм/сu ₀ , mm / s u₁, мм/сu ₁ , mm / s K₁ K ₁ АСД-4ASD-4 AlexAlex 33 15fifteen -- 0,700.70 0,890.89 1,271.27 4four 1212 33 1,201.20 1,521,52 1,271.27 55 7,57.5 7,57.5 1,501,50 1,961.96 1,311.31 66 -- 15fifteen 1,301.30 1,501,50 1,151.15

Из табл.5 следует, что введение SiO₂ приводит к увеличению скорости горения в 1.15÷1.27 раз в зависимости от дисперсности порошка алюминия в составе топлива. При этом также обнаружено более эффективное влияние диоксида кремния на топлива, содержащие более крупные частицы алюминия (АСД-4). Аналогичные результаты получены и по эффективности влияния SiO₂ на содержание твердых веществ в продуктах сгорания.From table 5 it follows that the introduction of SiO ₂ leads to an increase in the burning rate by 1.15 ÷ 1.27 times depending on the dispersion of the aluminum powder in the fuel composition. Moreover, a more effective effect of silicon dioxide on fuels containing larger aluminum particles (ASD-4) was also found. Similar results were obtained on the effectiveness of the influence of SiO ₂ on the solids content in the combustion products.

По результатам реализации способа видно, что получен положительный эффект как по повышению скорости горения исследованных систем, так и по снижению содержания твердых веществ в продуктах сгорания при введении в состав топлива (1÷2) мас.% SiO₂. Предлагаемый способ не требует для своей реализации разработки нового оборудования и изменения технологического режима изготовления твердых топлив, включая технологию отверждения топливной массы и формования образцов, а также изменения основного компонентного состава топлива.According to the results of the implementation of the method, it is seen that a positive effect was obtained both in increasing the burning rate of the studied systems and in reducing the solids content in the combustion products when (1 ÷ 2) wt.% SiO _{2 was} introduced into the fuel composition. The proposed method does not require for its implementation the development of new equipment and changes in the technological regime for the manufacture of solid fuels, including the technology of curing the fuel mass and molding samples, as well as changes in the basic component composition of the fuel.

Источники информацииInformation sources

1. Энергетические конденсированные системы: Краткий энциклопедический словарь / Под ред. Б.П.Жукова. - М.: Янус-К, 2000. - 596 с.1. Energy Condensed Systems: A Brief Encyclopedic Dictionary / Ed. B.P. Zhukova. - M .: Janus-K, 2000 .-- 596 p.

2. Милехин Ю.М., Ларионов Б.И., Пардянов Н.И. и др. Технико-экономические исследования по разработке твердых топлив пониженной стоимости и повышенной экологической безопасности для маршевых двигательных установок и твердотопливных ускорителей ракетно-космических комплексов // Известия РАРАН. 2004, №2 (39). - С.82-87.2. Milekhin Yu.M., Larionov B.I., Pardyanov N.I. et al. Technical and economic studies on the development of low-cost solid fuels and increased environmental safety for mid-flight propulsion systems and solid-fuel boosters of space-rocket complexes // Izvestiya RARAN. 2004, No. 2 (39). - S. 82-87.

3. Патент 7 C06D 5/06 2000121109/02 от 04.08.2000 г. Пелых Н.М., Ибрагимов Н.Г., Талалаев А.П., Хименко Л.Л. Способ стабилизации горения твердого топлива. ГУП «НИИ ПМ» БИПМ, 2002, №35. - С.259.3. Patent 7 C06D 5/06 2000121109/02 of 08/04/2000 Pelykh N.M., Ibragimov N.G., Talalaev A.P., Khimenko L.L. A method of stabilizing the combustion of solid fuels. State Unitary Enterprise “NII PM” BIPM, 2002, No. 35. - S. 259.

4. Горбенко Т.И. Закономерности горения высокоэнергетических гетерогенных систем, содержащих ультрадисперсный алюминий, в широком диапазоне давлений. / Дисс.… к.ф.-м.н. - Томск. 2007.4. Gorbenko T.I. Patterns of combustion of high-energy heterogeneous systems containing ultrafine aluminum in a wide pressure range. / Diss. ... Ph.D. - Tomsk. 2007.

5. Патент РФ №2230052 от 10.06.2004 г., Аликин В.Н., Вальцифер В.А., Кузьмицкий Г.Э., Степанов А.Е., Хименко Л.Л. Способ изготовления зарядов смесевого твердого топлива.5. RF patent No. 2230052 dated 06/10/2004, Alikin V.N., Valtsifer V.A., Kuzmitsky G.E., Stepanov A.E., Khimenko L.L. A method of manufacturing charges of mixed solid fuel.

6. Похил П.Ф., Беляев А.Ф., Фролов Ю.В. и др. Горение порошкообразных металлов в активных средах. - М.: Наука, 1972. - 294 с.6. Pohil P.F., Belyaev A.F., Frolov Yu.V. et al. Combustion of powdered metals in active media. - M .: Nauka, 1972.- 294 p.

7. Р.Kofstad. High Temperature Oxidation of Metals. New York-London: Academ Press, 1966.7. R. Kofstad. High Temperature Oxidation of Metals. New York-London: Academ Press, 1966.

8. G.Conturier, E.V.Ivchenko. Study of Believing Process in the Al, Fe>Cu Nanopowders // Труды V Международной конференции студентов и молодых ученых "Перспективы развития фундаментальных наук", г.Томск. 20-23 мая, 2008. - С.153-156.8. G. Conturier, E.V. Ivchenko. Study of Believing Process in the Al, Fe> Cu Nanopowders // Proceedings of the V International Conference of Students and Young Scientists "Prospects for the Development of Basic Sciences", Tomsk. May 20-23, 2008 .-- S.153-156.

9. ТУ 48-5-226-87.9. TU 48-5-226-87.

10. ТУ 1791-002-36280340-2005.10. TU 1791-002-36280340-2005.

11. Трусов Б.Г. Астра-А Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1991.11. Trusov B.G. Astra-A Modeling of chemical and phase equilibria at high temperatures. - M.: MSTU. N.E.Bauman, 1991.

Claims (1)

Способ получения металлизированного твердого топлива, включающий механическое перемешивание окислителя, в качестве которого используют перхлорат аммония с размером частиц не более 50 мкм или нитрат аммония с размером частиц (165÷315) мкм, горючего-связующего, в качестве которого используют бутадиеновый каучук, пластифицированный трансформаторным маслом, или полиуретановый каучук, пластифицированный нитроглицерином, и металлического горючего, в качестве которого используют порошки алюминия микронных размеров, или нанопорошки алюминия, или их смеси с различным соотношением содержания крупнодисперсной и мелкодисперсной фракций, дополнительно в состав топлива вводят порошок диоксида кремния со средним размером частиц не более 50 мкм в количестве (1÷2) мас.% сверх 100% топливной массы, причем порошок диоксида кремния вводят в топливную массу после полного перемешивания основных компонентов, полученную смесь дополнительно перемешивают в течение не менее 30 мин, затем вакуумируют в течение не менее 30 мин, полученную топливную массу формуют методом проходного прессования во фторопластовые сборки, полимеризуют при комнатной температуре в течение не менее 24 ч и бронируют по боковой поверхности раствором линолеума в ацетоне. A method of producing a metallized solid fuel, including mechanical mixing of an oxidizing agent, which is used ammonium perchlorate with a particle size of not more than 50 microns or ammonium nitrate with a particle size (165 ÷ 315) microns, a fuel-binder, which uses butadiene rubber, plasticized by transformer oil, or polyurethane rubber, plasticized with nitroglycerin, and metal fuel, which use micron-sized aluminum powders, or aluminum nanopowders, whether their mixtures with different ratios of the content of coarse and fine fractions, additionally silicon dioxide powder with an average particle size of not more than 50 μm is added to the fuel composition in an amount of (1 ÷ 2) wt.% in excess of 100% of the fuel mass, and the silicon dioxide powder is introduced into the fuel mass after complete mixing of the main components, the resulting mixture is additionally mixed for at least 30 minutes, then vacuum for at least 30 minutes, the resulting fuel mass is molded by continuous pressing in fluorine plastic assemblies, polymerize at room temperature for at least 24 hours and armor along the side surface with a solution of linoleum in acetone.