Смесевые пороха

 Смесевые пороха - гетерогенные композиции, состоящие как правило из неорг. окислителя: NH₄ClO₄(ПХА), NH₄NO₃, KClO₄ и др., горючего - связующего (полибутадиеновые, полиуретановые, полисульфидные и др. каучуки, разл. синтетические смолы и нитрополимеры). Для повышения энергетических характеристик ракетного топлива добавляют до 25% порошка металла - алюминия, реже - магния, бериллия, лития или их сплавов (для ТРТ спец. назначения, обеспечивающих высокие значения уд. импульса используют гидриды металлов). Однако порошки бериллия и его оксид слишком дороги и токсичны, а литий обладает низкой плотностью и достаточно дорог. Поэтому на практике распространены гл. обр. составы с алюминием. Кроме того в качестве второго энергетического компонента и доп, окислителя используются некоторые ВВ: октоген и гексоген, реже тринитротолуол и др. Однако введение большого кол-ва ВВ типа октогена или гексогена (>25-30%) не приводит к заметному увеличению уд. импульса и увеличивает опасность перехода горения в детонацию. Также в состав ТРТ вводят небольшое кол-во добавок: пластификаторы, катализаторы, отвердители и т.д.
Важнейшей особенностью смесевых порохов является то, что заряды из этих порохов могут быть получены методом отливки, причем порох может заливаться непосредственно в камеру двигателя. Это позволяет изготовлять из смесевого пороха шашки практически любых размеров, тогда как при прессовании шашек из бездымного пороха уже при диаметре их 500-550 мм возникают существенные производственные затруднения и требуется специальное прессовое оборудование. Изготовление смесевых порохов включает тщательное смешение компонентов (связующее находится в вязкотекучем состоянии), заполнение готовой массой формы и прессование, или непосредственная заливка в корпус двигателя с послед. отверждением. При заливке смесевого пороха непосредственно в камеру по мере охлаждения заряда между стенками камеры сгорания и зарядом образуется прочная связь, благодаря которой отпадает необходимость в специальных устройствах для восприятия нагрузок, действующих на заряд в полете. Более того, при схеме двигателя с горением по поверхности внутреннего канала в этом случае отпадает необходимость бронировки шашки (нанесение покрытия предотвращающего горение шашки по опр. пов-тям) и предупреждается нагрев стенок камеры при больших временах горения, чем исключается необходимость нанесения на стенку слоя специального геплоизолирующего материала или использования системы охлаждения. Все это позволяет максимально использовать объем камеры сгорания двигателя для заполнения топливом и получить двигатель с повышенными весовыми характеристиками.
Соотношение горючего и окислителя в смесевом порохе может варьироваться в довольно широких пределах. Это позволяет получить желаемую величину кислородного баланса топливной смеси, тогда как для бездымных порохов соотношение горючего и окислителя определяется химическим составом компонентов и закономерностями образования коллоидных растворов. Наконец, номенклатура исходных продуктов для получения смесевых порохов почти не ограничена, тогда как для изготовления бездымного пороха могут быть использованы только некоторые нитроклетчатки и ограниченный круг растворителей.
К основным недостаткам смесевых порохов следует отнести сильную зависимость параметров их горения от размеров частиц, веществ, входящих в состав пороха, гигроскопичность и взрыво-опасность.
По запасу внутренней энергии пороха смесевого типа превосходят бездымные пороха и в некоторых случаях даже штатные взрывчатые вещества; в силу этого они взрывоопасны. Нормальное горение этих порохов может переходить в детонацию. Детонацию смесевых порохов можно вызвать также действием различных внешних импульсов.
Смесевые пороха, как правило, более пластичны, т.е. не разрушаются при колебаниях температуры, что выгодно отличает их от освоенных бездымных порохов, которые, могут растрескиваться при хранении в условиях переменной температуры.
Применяются смесевые пороха в качестве ТРТ.

Составы некоторых смесевых ТРТ использовавшихся в 60х годах:
1: NH₄NO₃ - 80%, орг. связующее (полибутадиеновый каучук) -10%, спец. добавки (катализаторы (соед. хрома), вулканизаторы, пластификаторы) -10% (состав для твердотопливных управляемых мишеней)
2: KClO₄ - 80%, асфальт -10%, орг. связующее -8%, спец. добавки - катализаторы (оксиды марганца и железа, пластификаторы -2% (состав для разгонных ступеней некоторых ракет)
3: пикрат аммония -45%, пикрат натрия -45%, полиэфирная смола -10%
4: NH₄ClO₄ -74%, орг. связующее (полиуретановый каучук) -10%, алюминий -15%, спец. добавки: катализаторы (окись железа), вулканизаторы, пластификаторы (дибутилсебацинат) -1%. (топливо для баллистических ракет)
5: NH₄ClO₄ -69%, орг. связующее (полибутадиеновый каучук) -10%, алюминий -20%, спец. добавки (катализаторы (ферроценовое масло), вулканизаторы, пластификаторы (дибутилфталат)) -1% (топливо для баллистических ракет)
В связи с более высокими, по сравнению с бездымными порохами, энергетическими и механическими показателями, возможностью широкого диапазона регулировки их физ - хим. характеристик с помощью присадок, смесевые ракетные топлива находят применение, особенно в крупногабаритных ракетных двигателях.

Табл. 6 Некоторые характеристики смесевых ТРТ.

Литьевые топлива, разработанные в 62-65 годах и содержащие в качестве доп. окислителя гексоген:
ПЭКА-18 ПХА-53.5%, алюминий - 18%, гексоген - 15%, каучук СКД-СТР -11.5%, добавки - 2%
ПЭКА-54 ПХА-36.2%, алюминий - 17%, гексоген - 35.5%, каучук СКД-СТР -9.2%, добавки - 2.1%
Эти топлива обеспечивают соотв. удельный импульс 247 и 245 сек, плотность 1.78 и 1.8 г/см3.

Из патентов можно также отметить следующие составы:
1. Состав с улучшенными деформационными характеристиками в области отрицательных температур (до -70°С): NH₄ClO₄ -69.92%, связующее: полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами -5.03%, пластификатор: эфир фосфорной кислоты -4.5%, полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами - 0.4%, алюминий -20%, спец. добавки (отвердитель и катализатор отверждения) -0.15%
2. NH₄ClO₄ -58.9%, связующее: поливинилхлорид -8.62%, пластификатор: диоктиладипат -10.79%, алюминий -21.1%, спец. добавки (стабилизатор и ПАВ) -0.59%. Скорость горения при 70 атм
1.02см/сек.
3. NH₄ClO₄ -69.6%, связующее: сополимер бутадиена, акрилонитрила и акриловой кислоты (PBAN) + эпоксидный сшивающий агент -14%, алюминий -16%, спец. добавки (катализатор Fe₂O₃) -0.4%. Топливо, применяющееся для разгонных ступеней космических челноков. Скорость горения при 70 атм 1.09см/сек, удельный импульс 262 сек. Плотность 1.744 г/см3.
4. NH₄NO₃ - 59%, NH₄ClO₄ -10%, связующее: полибутадиен с гидроксильными концевыми группами + сшивающий агент - 7.2%, пластификатор: диоктиладипат -4.8%, алюминий -15%, спец. добавки (катализатор - хромит меди и аммония дихромат) -4.0%. Скорость горения при 70 атм 0.53см/сек. Удельный импульс 247 сек. Плотность 1.62 г/см3.
5. NH₄ClO₄ -53%, октоген -12%, связующее: сополимер этиленоксида и тетрагидрофурана - 5.05%, пластификатор: ацетил-три-n-бутилцитрат -6.5%, алюминий -22%, спец. добавки (сшивающие агенты, катализаторы сшивки и др.) -1.45%. Удельный импульс 263 сек. Плотность 1.855 г/см3. Топливо для авиационных ракет малой дальности.
6. NH₄ClO₄ -46%, октоген -25%, связующее: полибутадиен + пластификатор + сшивающий агент - 8.5%, алюминий -20%, спец. добавки (Катализатор - ферроцен) -0.5%. Топливо для баллистических ракет.

Также в смесевых ТРТ использують полимеры, содержащие нитро- и азидо- группы и энергоемкие пласификаторы. Гл обр. на основе энергетических термопластичных оксетановых полимеров - напр. поли-3,3-бис-(азидометил)оксетана (азопентон), сополимера азидометилметилоксетана и бис-азидометилоксетана (АММО/ВАМО), глицидилазида, глицидилнитрата и многочисленные нитроэфирные полимеры:
1. ВАМО/АММО -термопластичный эластомер на основе бис-(азидометил)-оксетана и азадометилметилоксетана - 20%. NH₄ClO₄ - 63.37%, алюминий - 14.63. регулятор скорости горения - двуокись титана - 2.0%. Расчетный ед. импульс 260 сек. Плотность 1.84 г/см3. Топливо обеспечивает возможность легкой переработки и обратной утилизации топлива на компоненты.
2. NH₄ClO₄ -60%, связующее: полибутадиен с гидроксильными концевыми группами + сшивающий агент + дифениламин + катализатор сшивки - дибутилолово-дилаурат -5.67%, пластификаторы: 2-этигексилнитрат - 5.66%, 2-этил-1,3-динитратогексан - 5.66% алюминий -23%. Скорость горения при 70 атм 1.05см/сек, удельный импульс 265 сек. Плотность 1.807 г/см3.
3. NH₄NO₃ - 60%, связующее: полибутадиен с гидроксильными концевыми группами + сшивающий агент + дифениламин + катализатор сшивки - дибутилолово-дилаурат -5.34%, пластификаторы: 2-этигексилнитрат - 5.33%, 2-этил-1,3-динитратогексан - 5.33% алюминий -12%, магний - 12%. Скорость горения при 70 атм 0.69см/сек, удельный импульс 260 сек. Плотность 1.63 г/см3.
4. NH₄ClO₄ -51%, гексоген -10%, полиэфирное связующее: сополимер этиленоксида и тетрагидрофурана - 8.8%, пластификатор: n- бутил-2-нитратоэтилнитрамин -8.0%, алюминий -19%, спец. добавки (стабилизатор, сшивающие агенты, катализаторы сшивки и др.) -1.45%. Удельный импульс 266 сек. Плотность 1.78 г/см3. Топливо для зенитных ракет.
5. NH₄ClO₄ - 9%, октоген - 46%, связующее: полиэтиленгликоль - 6.25%, целлюлозы ацетат бутират 0.06% пластификатор: нитроглицерин -19.02%, алюминий -18%, спец. добавки (стабилизатор, сшивающие агенты, катализаторы сшивки и др.) -1.69%. Скорость горения при 70 атм 1.24см/сек Удельный импульс 271 сек. Плотность 1.84 г/см3.
6. NH₄NO₃ - 41%, октоген - 12%, связующее: полиглицидилнитрат + сшивающий агент + стабилизатор + катализатор сшивки - 25%, алюминий -22%, Расчетный удельный импульс 264 сек. Плотность 1.76 г/см3.
Продукты сгорания ТРТ, содержащих алюминий образуют дымовой шлейф, обладающий сильным демаскирующим действием. К тому же, дымовой след продуктов сгорания на активном участке движения крупной баллистической ракеты может быть идентифицирован с помощью радиолокационных средств обнаружения. Поэтому особый интерес представляют бездымные смесевые ракетные топлива. Такие топлива обычно содержат перхлорат аммония в качестве окислителя, октоген и связующее. В качестве связующих весьма эффективно использовать пластификаторы, содержащие высокоэнергетические дифтороаминные группы -NF2. Эти пластификаторы также способствуют снижению излучения от факела истекающих из сопла продуктов сгорания ТРТ.
1. Перхлорат аммония -19.21%, октоген - 48.56%, 1,2,3 - трис-[1,2-бис-(дифторамино)-этокси]пропан (TVOPA) - 25.68%, сшивающий агент (сополимер этилакрилата и акриловой к-ты)- 4.63%, спец. структурирующие добавки и стабилизаторы - 1.44%, сажа - 0.48%. Плотность - 1.56 г/см3, Ед. импульс - ок. 250 сек. Температура горения 2910 К.
2. Октоген - 50%, сополимер акрилата пентаэритриттринитрата и акриловой кислоты - 18.5%, триэтиленгликольдинитрат - 9.3%, триметилолпропантринитрат - 18.6%, сшивающий агент - 2.4%, катализатор сшивки - железа ацетилацетонат 0.2%, свинцовый сурик - 1%.
3. Октоген - 70%, бис-(динитропропил)формаль/ацеталь (BDNPF/A) - 10%, полиглицидилазидный эластомер - 17%, сажа - 0.75%, цитрат свинца - 2.25%. Скорость горения - 1.23 см/сек при 100атм. 4. Октоген - 65.5%, полибутадиеннитрильный или полиуретановый каучук - 5.25%, нитроизобутилтринитратглицерин - 25.55%, коллагеновый белок - 1.0%, соед. Свинца или меди - 1.0%, отвердитель (сера или MnO₂)- 1.7%. Расчетный удельный импульс при 40:1 242сек. Плотность 1.71 г/см3.
Находят применение ТРТ на основе динитрамида аммония NH₄(NO₂)₂ в качестве окислителя. Напр. разработано топливо состоящее из аммония динитрамида, гидрида алюминия и полимерного нитроэфира в качестве связующего, кот. обеспечивает ед. импульс до 288 сек.
Например:
Аммония динитрамид - 59%, полиглицидилнитрат - 24.4%, алюминий - 13%, сшивающий агент, стабилизатор - 3.6%. Расчетный удельный импульс в вакуум при 70 атм 293.5сек. Плотность 1.737 г/см3. Скорость горения при 70 атм 1.93см/сек.
Предложены окислители еще более эффективные чем динитрамид аммония - гидразиннитроформат и бис-(2,2-динитро-2-дифтораминоэтил)-нитрамин [F₂NC(NO₂)₂CH₂]NNO₂. Однако они достаточно чувствительны к мех. воздействиям и их широкое применение затруднительно в силу ряда причин.
Различают также пороха смешанного типа (или смесевые твердые ракетные топлива с двухосновным связующим), которые состоят из окислителя (перхлораты), порошка алюминия или др. горючего, а в качестве горючего-связующего используется коллоидный раствор нитроклетчатки в нитроглицерине.
Например:
1. KClO₄ - 55.4%, сажа - 9.0%, нитроцеллюлоза - 21.0%, нитроглицерин - 13.0%, централит -1%, магния оксид - 0.3%, магния стеарат - 0.3%
2. NH₄ClO₄ -32%, алюминий - 17%, коллоксилин - 13.5%, триэтиленгликольдинитрат - 33.0%,
Нитроглицерин - 1.3%, 2-нитродифениламин - 0.2%, резорцин - 1.0%, ферроцен - 2.0%.
3. NH₄ClO₄ -26.78%, алюминий - 23.22%, нитроцеллюлоза - 21.5%,
нитроглицерин:дибутилфталат 3:1 - 25.02%, дибутилсебацинат - 2.48%, 2-нитродифениламин - 1.0%.
4. Топливная основа: NH₄ClO₄ -21 %, алюминия гидрид - 29%, нитроцеллюлоза - 12.5%, диэтиленгликольдинитрат - 20%, триметилолэтан тринитрат - 17.5%. Удельный импульс 273 сек. Теплота взрыва 7.43 МДж/кг. Топливо изготавливается в атмосфере инертного газа.

Использование смесевых композиций для замены бездымных порохов в ствольных системах также представляет определенный интерес с точки зрения обеспечения повышенной эффективности, технологичности и расширения эксплуатационных свойств пороха.
В качестве окислителей в бездымных смесевых композициях для ствольных систем могут быть использованы некоторые ВВ, частично растворенные и скрепленные связкой из нитро- или азидополимера в кол-ве 5-30% (предпочтительно использование оксетановых эластичных термопластов, содержащих азидогруппы). А также некоторые типы "аморфных" ВВ . Заряды из подобных смесей могут быть выполнены в виде нескольких пороховых слоев с разными составом и скоростью горения (напр. скорость горения соотносится как 2-3:1). Это позволяет дольше "поддерживать" высокое давление в стволе и обеспечить заметно более высокую скорость полета снаряда при том же количестве пороха. В качестве "окислителей" для таких пороховых смесей могут быть использованы: гексоген, октоген, Cl-20, TNAZ, тротил, тринитробензол и др. Например: гексоген -76%, BAMO/AMMO - эластичный термопласт -26%.

Vandal, Kalium, Dikobrazz

Смесевые пороха – гетерогенные композиции, состоящие как правило из окислителя (NH₄ClO₄, NH₄NO₃, KClO₄ и др.), горючего – связующего (полибутадиеновые, полиуретановые, полисульфидные и др. каучуки, разл. синтетические смолы). Для повышения энергетических характеристик ракетного топлива добавляют до 20% порошка алюминия или магния, кроме того в качестве второго горючего могут использоваться некоторые ВВ (октол, пикрат аммония и др.). Также в состав ТРТ вводят небольшое кол-во добавок: пластификаторы, катализаторы, отвердители и т.д. Изготовление смесевых порохов включает тщательное смешение компонентов (связующее находится в вязкотекучем состоянии), заполнение готовой массой формы или непосредственная заливка в корпус двигателя. Применяются смесевые П. в качестве ТРТ. Различают также пороха смешанного типа, которые состоят из окислителя, порошка алюминия или др. горючего, а в качестве связующего используется коллоидный раствор нитроклетчатки в нитроглицерине.

Составы некоторых смесевых ТРТ:

1: NH₄NO₃ – 85%, орг. связующее (полибутадиеновый каучук) –10%, спец. добавки (катализаторы (соед. хрома), вулканизаторы, пластификаторы) –5%

2: KClO₄ – 80%, асфальт –10%, орг. связующее –8%, спец. добавки (катализаторы (оксиды марганца и железа), пластификаторы) –2%

3: пикрат аммония –45%, пикрат натрия –45%, полиэфирная смола –10%

4: NH₄ClO₄ –74%, орг. связующее (полиуретановый каучук) –10%, алюминий –15%, спец. добавки (катализаторы (окись железа), вулканизаторы, пластификаторы (дибутилсебацинат)) –1%

5: NH₄ClO₄ –69%, орг. связующее (полибутадиеновый каучук) –10%, алюминий –20%, спец. добавки (катализаторы (окись железа), вулканизаторы, пластификаторы (дибутилфталат)) –1%

В связи с более высокими, по сравнению с бездымными порохами, энергетическими и механическими показателями, возможностью регулировки их физ – хим. характеристик с помощью присадок, смесевые ракетные топлива находят более частое применение чем коллоидные, особенно в крупногабаритных ракетных двигателях.

Табл. Некоторые характеристики коллоидных ТРТ.

Табл. Некоторые характеристики смесевых ТРТ.