СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАРЯДОВ СМЕСЕВОГО РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
METHOD OF MANUFACTURING CHARGES OF MIXED SOLID ROCKET FUEL

Изобретение относится к способам изготовления зарядов смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ).
В состав современных высокоэнергетических СРТТ входят компоненты на основе нитроэфиров. Обеспечение механических характеристик и гарантийных сроков хранения таких топлив осложняется процессами повышенного газовыделения, обусловленными взаимодействием нитроэфиров с металлическим горючим (например, алюминием). Поэтому разработка способов изготовления зарядов СРТТ, направленных на улучшение их механических характеристик, является актуальной задачей.
Известен способ производства заряда смесевого твердого ракетного топлива по патенту РФ №2194687 (дата публикации 20.12.2002 г.), включающий смешение компонентов СРТТ с горючим связующим для получения топливной массы в смесителе, порционный слив топливной массы в корпус.
Недостатками описанного способа являются нестабильность топлива и повышенная взрывоопасность процесса при изготовлении заряда.
Наиболее близким к предлагаемому и поэтому принятым за прототип является способ изготовления зарядов смесевого твердого топлива по патенту РФ №2230052 (дата публикации 10.06.2004 г.), включающий приготовление смеси связующего с металлическим горючим и технологическими добавками, приготовление топливной массы, порционный слив топливной массы в корпус.
К недостатками описанного способа следует отнести невозможность гарантированного получения заданных механических характеристик, снижение стабильности топлива за счет большого газовыделения, высокие расходные коэффициенты сырья, определяемые величиной безвозвратных потерь при больших загрузках смесителей, высокая загрузка оборудования и зданий подготовки топливной смеси по тротиловому эквиваленту.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления заряда, обеспечивающего заданные механические характеристики и стабильность топлива, уменьшение потерь топлива при изготовлении заряда, повышение безопасности процесса.
Поставленная задача решается предлагаемым способом изготовления заряда, который включает приготовление смеси связующего с металлическим горючим и технологическими добавками, приготовление топливной массы, порционный слив топливной массы в корпус, при этом приготовление смеси связующего с металлическим горючим проводят при температуре на 5-25°С выше температуры смешения топливной массы, вакуумирование образующейся смеси проводят в течение 1-6 часов при давлении 5-50 мм рт.ст., а каждая порция сливаемой в корпус топливной массы составляет 10-12% от веса заряда.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что приготовление смеси связующего с металлическим горючим проводят при температуре на 5-25°С выше температуры смешения топливной массы, вакуумирование образующейся смеси проводят в течение 1-6 часов при давлении 5-50 мм рт.ст., при этом каждая порция сливаемой в корпус топливной массы составляет 10-12% от веса заряда.
Предварительное перемешивание компонентов смеси при повышенной температуре ускоряет хемосорбционные взаимодействия компонентов, содержащих нитроэфиры с алюминием, и позволяет им быстрее выйти в топливную массу, а вакуумирование позволяет удалить из пасты газообразные продукты их взаимодействия, которые вызывают автокаталитические процессы разложения до начала смешения смеси с порошкообразными компонентами. В результате уменьшается газовыделение топлива, улучшаются его механические характеристики и стабильность.
Сравнительные исследования показали устойчивое улучшение механических характеристик и стабильности топлива, изготовленного по предлагаемому способу по сравнению с прототипом.
В таблице 1 приведены результаты исследований механических характеристик и стабильности лабораторных образцов и топлива от натурных изделий.
Таблица 1
Образец
Прочность, кг/см<sup>2</sup>
Деформация, %
Газовыделение. см<sup>2</sup>/г
Лабораторный по прототипу
2,8-3,0
18-20
0,10-0,11
Лабораторный по предлагаемому способу
3,1-3,3
20-24
0,07-0,09
От изделия по прототипу
2,9-3,1
19-21
0,10-0,11
От изделия по предлагаемому способу
3,0-3,3
22-24
0,08-0,09
Смешение горюче-связующего при температуре, превышающей температуру смешения топливной смеси на 5-25°С, приводит к предварительному взаимодействию компонентов и выделению газов.
Снижение давления меньше 5 мм рт.ст. при смешении пасты технически трудноосуществимо, а смешивание компонентов пасты при остаточном давлении более 50 мм рт.ст. не обеспечивает достаточной дегазации пасты, что отрицательно сказывается на механических характеристиках и стабильности топлива.
Смешение компонентов смеси менее 2 часов даже при очень хорошем вакууме не обеспечивает должной ее дегазации. А смешение смеси более 6 часов при обеспечении вакуума в указанном диапазоне остаточных давлений не приводит к значительному изменению механических характеристик топлива.
Формование заряда порциями по 10-12% за один слив позволяет уменьшить вероятность отбраковки заряда по механическим характеристикам топлива. Для обеспечения требований по механическим характеристикам достаточно, чтобы прочность топлива в первых двух-трех сливах, заполняющих зону замка передней манжеты, соответствовала предъявляемым требованиям. В остальных зонах заряда прочность может быть на 10-15% меньше.
За счет уменьшение загрузки смесителей с 6-7 тонн в С-5 или С-7 в до 1,5-1,8 т в СПР-1000 в предлагаемом способе снизить безвозвратные потери топливной массы с 1,2 т до 0,4-0,5 т в предлагаемом способе за счет уменьшения ее остатков в смесителе при обеспечении толщины слоя, необходимой для исключения проскока воздуха в корпус после последнего слива в процессе сброса вакуума при открывании сливных затворов; уменьшить загрузку оборудования и зданий подготовки топливной смеси по тротиловому эквиваленту и тем самым повысить безопасность технологического процесса.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1.
Предлагаемый способ был опробован при изготовлении крупногабаритного заряда СРТТ массой около 20 т. В состав СРТТ входит горюче-связующее на основе нитроглицерина. Изготовление топливной массы проводили в смесителях СПР-1000 с загрузкой 1,7-1,8 т.
Смешение связующего с алюминием проводят в течение 3 часов в лопастном смесителе при температуре 40-45°C и остаточном давлении 10 мм рт.ст., смесь готовят заранее сразу на 5 смесителях СПР-1000. Навеску смеси сливают в смеситель СПР-1000, затем в среде инертного газа добавляют остальные компоненты и перемешивают в течение 3 часов при температуре 30-35°C и остаточном давлении не более 5 мм рт.ст. Остаток топливной массы в последнем смесителе после окончания формования составил 410 кг, что в три раза меньше, чем в способе-аналоге.
Пример 2.
2
2
Предлагаемый способ был так же опробован при изготовления зарядов СРТТ, в составе которых в качестве металлического горючего использованы соединения бора, например AlB. Топливную массу готовят в лопастном смесителе со шнековой выгрузкой СНД-5 в течение 2,5 часов при остаточном давлении 25 мм.рт.ст. Топливную массу готовят при температуре 45°C, а пластифицированный трансформаторным маслом каучук СКИ-НЛ предварительно в течение 5 часов смешивают с соединением бора AlB в лопастном смесителе при температуре 58°C при остаточном давлении 8 мм рт.ст., вести порционный слив топливной массы. С помощью шнека литьем давлением из полученной таким образом топливной массы формуют модельные образцы заданной массы и объема для исследования баллистических характеристик и их газификации в высокотемпературном и высокоскоростном потоке воздуха.
Пример 3.
Предлагаемый способ был также опробован при изготовлении зарядов СРТТ, в состав которого в качестве связующего входит пластифицированный динитратом диэтиленгликолем нитратный каучук СКВИ, а в качестве металлического горючего использован цирконий. Предварительно в лопастном смесителе готовят массу, содержащую каучук СКВИ и цирконий. Смешение проводят в течение 4 часов при температуре 55°C с вакуумированием до остаточного давления 10 мм рт.ст. Приготовление топливной массы проводят в смесителе «пьяная бочка» в течение 3,5 часов при температуре 35°C при остаточном давлении 10 мм рт.ст. Из полученной массы формуются натурные и модельные изделия.
Изготовленные заряды полностью соответствуют приемным нормам по механическим характеристикам и монолитности. Огневые стендовые испытания подтвердили их работоспособность.
В настоящее время предлагаемый способ внедряется в серийное производство.