способ бронирования вкладного заряда твердого ракетного топлива

Формула изобретения

Способ бронирования вкладного заряда твердого ракетного топлива заливкой, отличающийся тем, что заряд твердого ракетного топлива помещают в вертикально установленную форму и заливают сверху в зазор между бронируемым зарядом и формой бронесостав с избытком, компенсирующим усадку при его полимеризации, погружают форму в термокамеру для полимеризации бронесостава при температуре 60-90^oС, при этом полимеризацию бронесостава ведут последовательно слоями по высоте заряда, начиная с нижней части, путем постепенного ввода формы в термокамеру с поддержанием температуры воздуха над торцевой поверхностью формы, находящейся вне термокамеры, 25-35^oС, затем осуществляют охлаждение до нормальной температуры и распрессовку бронированного заряда из формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению ракетной техники, в частности касается способа бронирования зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) методом заливки бронесоставами, имеющими полимеризационную усадку.

Одним из известных способов бронирования вкладных зарядов ТРТ является метод заливки, заключающийся в установке бронируемого заряда в форму и в заливке зазора между зарядом и формой жидким бронесоставом, в полимеризации бронесостава и извлечении забронированного заряда из формы.

Достоинством метода является возможность одновременного бронирования торцевой и боковой поверхностей заряда. Полимеризацию бронесостава при бронировании зарядов методом заливки производят либо при комнатной 15-30^oС, либо при повышенной 60-90^oС температурах. При этом заливочную форму с изделием помещают в полимеризационную термокамеру полностью. Качество бронепокрытия получается, как правило, удовлетворительное при работе на многих известных композициях (бронесоставы на основе эпоксидных смол, полиуретанов, полисульфидов и других соединений), обладающих малой полимеризационной усадкой (менее 4,0%).

Однако общепринятый способ полимеризации бронесостава при бронировании методом заливки не обеспечивает высокое качество при использовании бронесоставов, обладающих большой полимеризационной усадкой (доходящей до 10%), в частности акрилатных бронесоставов, например бронесоставов, содержащих метилметакрилат и бутилметакрилат, нашедших благодаря высокой защитной способности и чистоте продуктов их разложения широкое применение для бронирования малогабаритных зарядов к различным ПАД и ГГ. Большая полимеризационная усадка приводит к образованию дефектов в бронепокрытии в виде отслоений от топлива, усадочных углублений, неровностей и даже трещин. При работах, проведенных авторами, установлено, что вид усадочных дефектов зависит от режима полимеризации. При повышенной температуре полимеризации 60-90^oС усадочные напряжения приводят в некоторых участках к отрыву бронепокрытия от шашки ТРТ и образованию локальных непроклеев на границе порох-бронепокрытие в результате большей скорости полимеризации бронесостава на границе с нагретой формой по сравнению со скоростью полимеризации на границе с порохом. При нормальной температуре отверждения 15-30^oС на наружной поверхности бронепокрытия образуются различного рода извилины, вмятины, раковины и другие дефекты вследствие неравномерной усадки бронесостава. Наиболее выраженные усадочные дефекты на бронепокрытии проявляются на конусных зарядах, имеющих неодинаковую толщину бокового бронепокрытия у верхнего и нижнего торца, и на зарядах с большой толщиной бокового бронепокрытия.

Известен способ, используемый в мировой практике для получения блочного полиметилметакрилата, путем полимеризации метилметакрилата в присутствии инициаторов в закрытой форме, а также получение стержней и трубок блочной полимеризацией метилметакрилата по патенту США 2057674. Усадка полимеризующегося метилметакрилата компенсируется за счет непрерывной подачи форполимера под давлением в верхней части трубок. Давление создается азотом, сжатым до 12-20 кгс/см². Недостатком этого способа является необходимость создания специальных условий, в частности наличие избыточного давления углекислого газа или азота (до 12-20 кгс/см²) со всеми вытекающими отсюда последствиями. В первую очередь, это необходимость герметизации форм для заливки и термостатов, снабжение производства углекислым газом или азотом, постоянный контроль за установкой полимеризации.

Наиболее близким по технической сущности является способ бронирования вкладного заряда ТРТ заливкой с использованием различных форм (Краткий энциклопедический словарь "Энергетические конденсированные системы", под ред. Б. П. Жукова, М., "Янус-К", 2000, стр.263) - прототип. По данному методу бронирования требуется обогрев специальных форм, ограниченных по габаритам, и производится одновременная парка (полимеризация) бронесостава, но этот способ пригоден для бронирования зарядов составами с малой полимеризационной усадкой. А для зарядов, бронируемых акрилатными бронесоставами, обладающими полимеризационной усадкой до 10% и более, данный способ не приемлем, так как в форме ограниченных размеров невозможно получить качественное бронепокрытие из-за образования усадочных дефектов.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа бронирования зарядов ТРТ методом заливки в обычных условиях, позволяющего обеспечить высокое качество акрилатного бронепокрытия при использовании акрилатных бронесоставов, обладающих высокой полимеризационной усадкой.

Поставленная задача качественного бронирования зарядов ТРТ методом заливки решается следующим образом: заряд твердого ракетного топлива помещают в вертикально установленную форму и заливают сверху в зазор между бронируемым зарядом и формой бронесостав с избытком, компенсирующим усадку при его полимеризации, погружают форму в термокамеру для полимеризации бронесостава при температуре 60-90^oС, при этом полимеризацию бронесостава ведут последовательно слоями по высоте заряда, начиная с нижней части, путем постепенного ввода формы в термокамеру с поддержанием температуры воздуха над торцевой поверхностью формы, находящейся вне термокамеры, 25-35^oС, затем осуществляют охлаждение до нормальной температуры и распрессовку бронированного заряда из формы.

Таким образом, полимеризацию проводят послойно, начиная с нижней части, для чего форму с зарядом, залитым акрилатным бронесоставом, предлагается опускать в полимеризационную термокамеру ступенчато, в два или более приемов.

Например, сначала форму погружают только на 1/3 ее высоты, выдерживают некоторое время, погружают еще на 1/3 высоты и т.д. Количество ступеней и величина погружения в каждый прием подбирается таким образом, чтобы скорость полимеризации бронесостава в нижней части формы в течение всего процесса полимеризации была выше, чем в остальных частях. В этом случае усадочный объем компенсируется за счет поступления жидкого бронесостава из вышележащих слоев формы и усадочные дефекты в бронепокрытии не образуются. В верхней части формы для бронирования предлагается предусмотреть прибыльную чашу, откуда бронесостав по мере усадки поступает в зазор между бронируемым зарядом и формой. При этом температура воздуха над поверхностью бронесостава в прибыльной чаше должна быть 25-30^oС. Для обеспечения высокого качества бронепокрытия необходимая глубина погружения и количество ступеней должны подбираться для каждого нового вида заряда в зависимости от его конфигурации, размеров, толщины бронепокрытия.

Испытание предлагаемого ступенчатого способа полимеризации бронесостава производилось при бронировании следующих бесканальных зарядов двухосновного топлива:

1. Конический заряд. Малый диаметр 81 мм, большой диаметр 87 мм, длина 175 мм, толщина бронепокрытия в верхней части 8 мм, в нижней 4 мм.

2. Цилиндрический заряд. Диаметр 131 мм, длина 461 мм, толщина бронепокрытия 4 мм.

3. Цилиндрический заряд. Диаметр 176 мм, длина 1100 мм, толщина бронепокрытия 7 мм.

Бронесостав (на основе бутилметакрилата) имел усадку 9%. Необходимое количество ступеней полимеризации и глубина погружения для каждой ступени определялась экспериментально путем определения скорости полимеризации бронесостава на различных уровнях по высоте заряда (в нижней, средней и верхней частях форм) и подбором режима, обеспечивающего более высокую скорость полимеризации в нижней части. Скорость полимеризации бронесостава определялась путем замера температуры бронесостава (при полимеризации температура бронесостава повышается за счет экзотермического эффекта). Для получения хорошего качества бронепокрытия на первых двух зарядах оказался достаточным двухступенчатый режим полимеризации, а для третьего заряда трехступенчатый.

На фиг. 1 показан внешний вид заряда, полученного известным методом бронирования (1б) и предлагаемым методом (1а).

Форма с зарядом, залитая акрилатным бронесоставом, погружалась в полимеризационную термокамеру с температурой 70^oС сначала на 2/3 высоты, выдерживалась 2,5-3,0 часа, затем погружалась полностью и выдерживалась еще 3,0 часа до полной полимеризации бронесостава. Температура воздуха над поверхностью бронесостава в прибыльной части была в пределах 25-35^oС. Кинетика полимеризации бронесостава приведена на фиг.2.

Послойный характер полимеризации при предлагаемом способе подтвержден специальным опытом. На фиг.3 показан заряд 2, установленный на подставку 1 в гнездо 5 полимеризационного шкафа 3, обогреваемого пароводяной смесью 4. Заряд 2 в средине процесса полимеризации был извлечен из формы 6 и осмотрен на качество бронепокрытия. В нижней части заряда 2 бронепокрытие 7 было заполимеризовано полностью, в средней части 8 - гелеобразное, а в верхней части 9 - жидкое.

Из изложенного ясно, что положительный эффект от предлагаемого способа бронирования может быть получен и на любых других бронесоставах, обладающих высокой полимеризационной усадкой.

Необходимо отметить, при применении предлагаемого способа бронирования уменьшается внутреннее напряжение в зазорах. Известно, что в зазоре возникают большие напряжения при бронировании обычным известным методом за счет полимеризационной усадки, что может привести к снижению физической стабильности заряда. При бронировании по предлагаемому способу такой опасности нет, поскольку полимеризация идет постепенно снизу вверх без усадочных напряжений в заряде.

Предлагаемый способ бронирования вкладных зарядов ТРТ внедрен на ФГУП "Пермский завод им. С.М. Кирова".

Изготовление зарядов по предлагаемому способу позволяет:

- повысить качество зарядов;

- обеспечить необходимый уровень баллистических характеристик;

- снизить трудоемкость изготовления зарядов.