Propulsor para la aceleración de proyectiles.

Propulsor monobásico para la aceleración de proyectiles, que se basa en nitrocelulosa y que contiene unportador de energía cristalino a base de nitramina,

en concreto hexógeno (RDX) o octógeno (Hmx) en 1-25% enpeso y al menos dos o más aditivos inertes plastificantes para la mejora de la capacidad de resistencia a estímulosmecánicos, que se caracteriza por que al menos un primer aditivo inerte plastificante está presente en una matriz delpropulsor repartido fundamentalmente de forma homogénea y un segundo aditivo inerte plastificante presenta enzonas cercanas a la superficie una concentración elevada, limitada a una profundidad de penetración máxima de400 micrómetros.

Propulsor para la aceleración de proyectiles

Ámbito técnico (0001) La presente invención hace referencia a un propulsor monobásico para acelerar proyectiles a base de nitrocelulosa así como un procedimiento para fabricar un propulsor.

Estado de la técnica (0002) En los últimos años, los conflictos bélicos que han surgido han proporcionado a los fabricantes de munición un conocimiento importante, particularmente, el hecho de que las plataformas de munición y armas en uso sólo ofrezcan un grado de protección insuficiente frente a los ataques del enemigo. En estos nuevos escenarios bélicos se desarrolla un bombardeo enemigo desde vehículos con un blindaje ligero a semipesado que se puede traspasar con relativa facilidad. Esta amenaza se agudiza aún más en la medida en que las armas de las que deriva la referida amenaza se puedan transportar de manera sencilla y circular en gran número sin control. En este sentido, existe una necesidad acuciante de mejora con respecto a la capacidad de resistencia de dichas armas contra influencias mecánicas provocadas por el bombardeo de munición, por ejemplo, con un chorro de carga hueca, fragmentos de metralla caliente de metal o una bala de fusil. No obstante, la vulnerabilidad de una munición constituye un aspecto de sistema en el que la carga propulsora ejerce una gran influencia.

(0003) Además, en el pasado reciente se ha demostrado un incremento considerable del riesgo de conflictos en zonas cálidas. Este tipo de despliegues “fuera de área” (“out-of-area”) en zonas cálidas requiere, por lo general, una mejora en la estabilidad química de una carga propulsora para que quede garantizada por completo su seguridad durante el manejo, uso y almacenamiento. Otros ejemplos en los que resulta necesario mejorar la estabilidad química y térmica son los cambios extremos de temperatura que se producen en los aviones de combate modernos en la munición que transportan con picos de temperatura superiores a los 100ºC (“fast-cook-off”) o la resistencia de una munición frente a incendios (“slow cook-off”) . La estabilidad química de una carga propulsora la cual determina tanto su vida útil como su temperatura “cook-off”, es otro ámbito susceptible de mejora.

(0004) Por consiguiente, desde hace unos años han salido a la luz desarrollos que intentan ofrecer cargas propulsoras con un alto potencial de rendimiento y propiedades mejoradas en relación con la vulnerabilidad (es decir, en relación con el efecto mecánico) y el denominado “Cook-off” (es decir, en relación con el efecto térmico) .

En este caso, el reto consiste en que la carga propulsora para usos militares presente una densidad de energía lo más elevada posible al mismo tiempo que el grado de vulnerabilidad sea lo más reducido posible bajo los efectos mecánicos y térmicos. Estos requisitos revisten una importancia capital en espacios cerrados como, por ejemplo, carros de combate, carros blindados de infantería o buques de guerra.

(0005) Desde hace un tiempo se intenta satisfacer estos requisitos mediante la llamada “munición insensible” (del inglés, “Insensitive Munition” o IM) para lo que se ha desarrollado nuevas cargas propulsoras LOVA (del inglés, “Low Vulnerability Ammunition”) . Este tipo de cargas propulsoras contiene, por lo general, entre 60-80% en peso de un explosivo cristalino y aprox. un 10-25% en peso de un aglutinante inerte o energético. En estas cargas propulsoras LOVA se emplean como explosivos típicos el ciclotetrametilentetranitramina (HMX) y ciclotrimetilentrinitramina 45 (RDX) . Las cargas propulsoras LOVA que se han venido utilizando hasta ahora contienen, por lo general, un aglutinante de polímero elastómero sintético inerte o energético en el que se encuentran incrustados los cristales del explosivo correspondiente. Como aglutinantes típicos se suele emplear CAB y HTPB (inerte) y GAP, poli-AMMO y poli-BAMO.

(0006) En cargas propulsoras (CP) para usos armamentísticos se pueden distinguir entre formulaciones “homogéneas” y “composite” (heterogéneas) . En las formulaciones homogéneas se incluyen cargas propulsoras monobásicas y de bibásicas. En ensayos IM exhaustivos se ha observado que una carga propulsora LOVA a base de un aglutinante inerte presenta ventajas en relación con el efecto térmico (cook-off) en comparación con los propulsores convencionales. En cambio, se ha demostrado que este tipo de fórmulas pueden provocar una 55 detonación bajo efectos mecánicos, circunstancia que ha impedido hasta ahora su amplia implantación y uso (véase, por ejemplo, L. M. Barrington, Australian Defence Force (ADF) , DSTO-TR-0097) .

(0007) En la patente europea EP 1 164 116 se describe un material de alto valor energético con un núcleo estructurado a capas que contiene un plastificante muy energético y un pulegmatizador de polímero.

(0008) Un ejemplo de CP LOVA con un aglutinante sintético energético viene descrito en la patente estadounidense US 6, 228, 190 en la que el aglutinante está compuesto por un prepolímero alquiléter de nitrato de alquilo sustituido con grupos hidroxilos reactivos finales y un reticulante a base de un enlace de isocianato polivalente. A partir de la experiencia práctica, se conoce que los propulsores elaborados con este tipo de aglutinantes son quebradizos en 65 frío y su fabricación resulta muy costosa y difícil.

(0009) Las CP LOVA con un aglutinante que contiene poliuretano elastómero constituyen otra clase conocida de CP LOVA y aparecen descritos, entre otras publicaciones, en las patentes estadounidenses US 4, 925, 503, US 4, 923, 536 y US 5, 468, 312. El aglutinante elastómero con alargamiento de cadena de poliacetal-poliuretano se obtiene por reacción de un homopolímero de poliacetal dihidroxi-terminado con un diisocianato alquileno y transformación a continuación del prepolímero isocianato-terminado resultante con un copolímero de poliacetal dihidroxi-terminado y una reacción final de esta fase intermedia elastomérica con un poliisocianato orgánico. Dado que la elaboración de este sistema de aglutinante elastomérico se realiza mediante varios pasos de síntesis, los costes derivados de dicha fabricación son muy elevados. Además, en el pasado se constató que la reproducibilidad de este aglutinante ha originado grandes problemas, de manera que no podían producirse CP LOVA con la uniformidad deseada en las propiedades de producto. Por este motivo, no se han podido implantar hasta la fecha ampliamente las CP LOVA con esta base en un amplio frente.

(0010) Otra clase de CP LOVA emplea acetato de celulosa o derivados del mismo (por ejemplo: acetato butirato de celulosa o CAB) como aglutinante elastomérico. Este tipo de formulaciones figuran descritas en patentes como la patente estadounidense US 6, 984, 275.

(0011) Las formulaciones LOVA conocidas son insuficientes ya que no ha quedado garantizada su reproducibilidad y los costes de fabricación son relativamente elevados. Por esta razón, casi no se han llevado a la práctica.

Presentación de la invención (0012) La tarea de la presente invención consiste en crear un propulsor perteneciente al ámbito técnico descrito al principio que presente un grado reducido de sensibilidad a efectos mecánicos, buenas propiedades de cook-off y, al mismo tiempo, un gran potencial de rendimiento.

(0013) La solución de esta tarea viene definida por las características de la reivindicación 1ª. Conforme a la presente invención, el propulsor monobásico contiene como base nitrocelulosa y un portador de energía cristalina a base de nitramina que suele ser entre 1-25% en peso de RDX o HMX. Además, está previsto incluir como mínimo dos aditivos inertes plastificantes en el que, al menos, un primer aditivo inerte plastificante esté distribuido de una manera fundamentalmente homogénea en una matriz del propulsor y un segundo aditivo inerte plastificante que muestra en zonas cercanas a la superficie una concentración elevada, limitada a una profundidad de penetración máxima de 400 micrómetros.

(0014) Resulta sorprendente que al añadir sólo cantidades relativamente pequeñas (p. ej.:< 10% en peso) de aditivos inertes plastificantes se puede mejorar considerablemente la capacidad de resistencia a estímulos mecánicos. En función de la aplicación, se pueden combinar varios aditivos inertes para regular las propiedades termodinámicas así como las características de rendimiento o temperatura deseadas. La estructura de granulado de este tipo de propulsores se adapta en función de la aplicación específica (regulación de la característica de combustión según la longitud de cañón o... [Seguir leyendo]

1ª. Propulsor monobásico para la aceleración de proyectiles, que se basa en nitrocelulosa y que contiene un portador de energía cristalino a base de nitramina, en concreto hexógeno (RDX) o octógeno (Hmx) en 1-25% en peso y al menos dos o más aditivos inertes plastificantes para la mejora de la capacidad de resistencia a estímulos mecánicos, que se caracteriza por que al menos un primer aditivo inerte plastificante está presente en una matriz del propulsor repartido fundamentalmente de forma homogénea y un segundo aditivo inerte plastificante presenta en zonas cercanas a la superficie una concentración elevada, limitada a una profundidad de penetración máxima de 400 micrómetros.

2ª. Propulsor conforme a la reivindicación 1ª, se caracteriza por que se compone de una estructura de granulado que presenta una geometría de cilindro circular y unos canales longitudinales en dirección axial.

3ª. Propulsor conforme a una de las reivindicaciones 1ª a 2ª, se caracteriza por que el primer aditivo inerte plastificante tiene en la matriz de granulación una concentración comprendida entre 0, 5-20% en peso, especialmente comprendida entre 1-5% en peso.

4ª. Propulsor conforme a una de las reivindicaciones 1ª a 3ª, se caracteriza por que el primer aditivo plastificante es una combinación de polioxo orgánico básicamente indisoluble en agua, en especial, una combinación de poliéster o poliéter con un peso molecular d.

5. 20’000 g/mol.

5ª. Propulsor conforme a la reivindicación 4ª, se caracteriza por que el primer aditivo plastificante contiene éster de citrato (indisolubles en agua) , éster de ácido adípico, éster de ácido sebácico o de ácido ftálico y/o derivados de ciclohexil hidrogenado con un peso molecular de entre 100 – 20’000 g/mol.

6ª. Propulsor conforme a una de las reivindicaciones 1ª a 5ª, se caracteriza por que el segundo aditivo inerte plastificante tiene en las zonas cercanas a la superficie un porcentaje de peso en todo el grano que no supera el 10% en peso, especialmente un valor inferior al 6% en peso.

7ª. Propulsor conforme a una de las reivindicaciones 1ª a 6ª, se caracteriza por que los segundos aditivos inertes plastificantes son compuestos orgánicos que contienen un grupo carboxilo con un peso molecular de 100 – 5.000 g/mol.

8ª. Propulsor conforme a la reivindicación 7ª, se caracteriza por que el segundo aditivo inerte plastificante es 35 básicamente alcanfor en las zonas cercanas a la superficie.

9ª. Propulsor conforme a una de las reivindicaciones 1ª a 8ª, se caracteriza por que se compone de granos con una expansión geométrica máxima de 20 mm.

10ª. Propulsor conforme a la reivindicación 1ª, se caracteriza por que el primer aditivo inerte plastificante en la matriz del propulsor es un éster de ácido ftálico, compuesto por alcoholes C9-C11 lineares.

11ª. Procedimiento para la fabricación de un propulsor monobásico, que se basa en nitrocelulosa, se caracteriza por que se produce una masa propulsante de nitrocelulosa que contiene disolvente y un portador de energía cristalino a 45 base de nitramina, en concreto RDX o HMX en 1-25% en peso, y un primer aditivo inerte plastificante, y que mediante la extrusión de la masa propulsante que contiene disolvente se fabrica un grano verde, el cual a continuación se impregna o se trata en la superficie con un segundo aditivo inerte plastificante, de manera que el segundo aditivo inerte plastificante, limitado en las zonas cercanas a la superficie a una profundidad de penetración máxima de 400 micrómetros, tenga un porcentaje de peso que no supere el 10% en peso, especialmente un valor

inferior al 6% en peso.

12ª. Procedimiento según la reivindicación 11ª, se caracteriza por que la masa propulsante contiene al menos 60% en peso de nitrocelulosa, con un contenido de nitrógeno de la nitrocelulosa de entre un 11-13, 5% en peso.

13ª. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11ª a 12ª, se caracteriza por que la impregnación del grano verde con un segundo aditivo plastificante se lleva a cabo mediante la impregnación del grano verde en una emulsión acuosa.