Изучение влияния катализаторов на горение пироксилиновых порохов в области высоких давлений

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 662.351

Ю. С. Зиятдинова, Г. Л. Аладжева, А. И. Хацринов,

Н. Е. Николаева, Р. Ф. Гатина, Ю. М. Михайлов,

Б. А. Соков, Э. Г. Гулицкий

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ГОРЕНИЕ

ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ В ОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ

Ключевые слова: пироксилиновые пороха, катализаторы горения.

Приведены результаты исследования по регулированию характеристик горения ПП за счет использования в качестве катализаторов горения комплексных металлоорганических соединений гетеронуклеарного строения. Показано, что комплексные металлоорганические соединения фталат меди-свинца, фталат никеля-свинца в сочетании с сажей и оксидом железа являются эффективными катализаторами горения и могут быть использованы для регулирования баллистических характеристик ПП для стартовых ракетных двигателей систем ближнего боя и минометов.

Keywords: powders of nitrocellulose, combustion catalysts.

There are presented research’s results of regulation powder of nitrocellulose combustion’s capabilities by means of use complex organo-metallic compounds of hetero nuclear structure as combustion catalyst. There are demonstrated (shown) that complex organo-metallics like phthalate of copper and plumb, phthalate of nickel and plumb in combination with carbon and ferrous (iron) oxide are effective combustion catalysts. It may be use for regulation of powders powder of nitrocellulose ballistic characteristics for specific artillery systems.

В ряду требований, предъявляемых к пироксилиновым порохам (ПП) в процессе их эксплуатации, важное место занимает необходимость увеличения скорости горения, снижение ее зависимости от давления и температуры.

Известно, что одним из способов улучшения баллистических характеристик твердых ракетных топлив и порохов является ввод в их рецептуру катализаторов горения. Исследования по увеличению скорости горения ПП и улучшению ее зависимости от давления (1 - 100 МПа) путем использования относительно небольшого (от 1 до 3%) количества катализаторов горения (неорганических солей металлов, оксидов металлов и т.д.) проводились ранее, однако существенного эффекта получено не было.

В данном сообщении приведены результаты исследования по регулированию характеристик горения ПП за счет использования в качестве катализаторов горения комплексных металлоорганических соединений гетеронуклеарного строения, содержащих в своей молекуле несколько различных металлов. В качестве катализаторов горения для опытных образцов ПП были выбраны фталат меди-свинца и свинцово-никелевая соль фталевой кислоты в сочетании с мелкодисперсной сажей, которая, как показано в работах Денисюка А.П. [1], повышает эффективность действия свинцово-медных катализаторов. При ее введении на поверхности горения формируется сажистый каркас, на котором происходит накопление мелкодисперсных частиц катализаторов, в результате происходят интенсивное тепловыделение, приводящее к росту скорости.

Для усиления катализа использовался оксид железа Fe2Ü3, который, по имеющимся данным, влияет на реакции в к-фазе или дымогазовой зоне [2].

Для исследования были изготовлены опытные образцы ПП, в которых содержание комплексного катализатора (ФМС, ФНС) изменялось от 3 до 5 %, сажи - от 0,5 до 2,0 %, оксида железа - от 0,5 до 2 %, соотношение катализатор к саже составляло 4:1.

Изучение процесса горения опытных образцов проводилось путем их сжигания в манометрической бомбе в интервале давлений до 100 МПа при температурах +20, +50, -350С с записью кривых Р(1) и обработкой результатов по стандартным методикам с определением законов горения в виде и=Ври.

Анализ манометрических испытаний показал, что опытные ПП с комбинированными катализаторами отличаются по законам горения от штатных ПП. Показатель степени и в законе горения в области давлений до 100 МПа при введении металлоорганических комплексных катализаторов ФМС, ФНС в сочетании с сажей и с вводом Ре20э (0,5%) в рассматриваемых количествах снижается от 0,76 до 0,5. При этом скорость горения в 1,3-1,5 раза возрастает, сопровождаясь уменьшением температурного коэффициента скорости горения (примерно в 1,3 раза). Несколько большее увеличение скорости ПП достигнуто в образце с пористой структурой и катализаторами горения (до 1,7 раза).

Наименьшей зависимостью скорости горения от давления имеет образец, содержащий в своем составе комбинированный катализатор горения, состоящий из ФМС, сажи и оксида железа, при этом следует отметить, что увеличение каталитического эффекта достигнуто за счет использования Ре20э в составе комбинированного катализатора.

Таким образом, приведенные исследования показали, что комплексные соединения ФМС, ФНС в сочетании с сажей и Ре20э является эффективными катализаторами горения и могут быть использованы для регулирования баллистических характеристик ПП для стартовых ракетных двигателей систем ближнего боя и минометов.

Литература

1. Денисюк, А.П. Роль сажи при горении баллистических порохов со свинецсодержащими соединениями / А.П. Денисюк, А.Д. Марголин, Н.П. Токарев и др.// Физика горения и взрыва. - 1977. - т.13, №4 - С. 576-584.

2. Головина, Л.А. О механизме действия Бе203 при горении модельного нитроглицеринового пороха / Л.А. Головина, А.П. Денисюк, Н.П. Токарев, В.Г. Хубаев, В.И. Хромов // Физика горения и взрыва. -1981. - Т. 18, № 6 - С.137-140.

© Ю. С. Зиятдинова - асп. КНИТУ, вед. инженер-технолог ФКП «ГосНИИХП»; Г. Л. Аладжева -канд. техн. наук, доц., нач. лаб. 510 ФКП «ГосНИИХП»; А. И. Хацринов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ, Khatsrin@mail.ru; Н. Е. Николаева -инж.-технолог 1 категории ФКП «ГосНИИХП»; Р. Ф. Гатина - д-р хим. наук, проф., дир. ФКП «ГосНИИХП»; Ю. М. Михайлов - д-р хим. наук, член-кор. РАН; Б. А. Соков - канд. техн. наук, нач. лаб. 172 ФКП «ГосНИИХП»; Э. Г. Гулицкий - канд. тех. наук, нач. лаб. 1061 ФКП «ГосНИИХП», gniihp@bancorp.ru.