系高燃焼速度 コンポ ジ ッ ト推進薬

フェロセ ン誘導体

系高燃焼速度 コンポ ジ ッ ト推進薬

の研究 ( 第

報)

福間大蔵書 ,宮崎繁文暮,岡本久夫●

液状 フェt 7七 ン凍苛体系高位境速射 ヒ態姓{･ ,鼓媒効果や熱安定性に優れた性低を示す

n

( 以後

と喝) と.ジェッ トミル型

砕段で態適 した.敬 粒過怠 頚 髄 アンモニウム ( 以後

と時)をベースとする,応低境速度 ･高エネルギー推進 薬の研究を行った｡

VFAP

を用いた推進燕の燃焼速度

燃焼圧力

S樫齢 こまで大きくなるが.皮 力指数 も高 くなる

と

を組み合わせ ると,伝横速度は

^皿 / S以上にまで高 くl z : り, 圧力指数 も実用可能な俄にまで低 くなる

APの結晶および熱分解特性を分析す るとともに.

平均粒径0.1 F L mの撞放校アル ミニウム粉 ( 以後

AJと時)や銀線 と組み合わせ.直墳可能な.

性旋速度

E n/ S以上の高位税速度でかつ高エネルギー推進薬が待ちれた｡

1 . 緒 甘

液状

3 LP七 ･ /誘苛体系低域速度触媒 と.

か らなる高低焼速度 コンポ ジ ッ ト推進燕に閃 し.第 1 鞭 I Iでは液状

, iF ,七 ン済萌体の筑作な らびに単件 の物理化学特性およびこれ らの触媒を添加 した.過篭 楽醸 ア ンモニウム ( 以

と職)や推進薬の熱分解 特性,燃焼速度特性等を評価 した結果

が もっ

とも侍れた性能を示す ことを紺告 した｡

一方.酸化剤

に よる高根横速度化 と して,平均 粒径が

m

以下の

で

P

と 呼はれ る椿俵

I 3 1や.萩喋 らの報告にある.

特殊な製法で得られ る

l'は.推進薬の伝焼速度 は 高めるものの.圧力指数が高 くなる可位性があ り,ま た.

の撃題 も実験室的規投の ものである｡ さらに は,推進乗組碇の荊エネルギー化の余地 もある｡

第着 らは,工業的 規模で製造 可位 な.平均粒径

〝m

^以下の

^P

^と

^{を組み合わ}

せ高燃焼速度化を図 る ととい こ,平均粒径

の

の添加によ り.祐燃磯辺健でかつ高エネルギー の組成物の研究を訳みた｡ この成果 として得られた拒 成物 と放線を抱み合わせ. コ' /ポジ ット系推進葵にお ける.燃焼速度の限界を決めた

1993年9

月

'日産 自助串株式会社 宇宙航空群井部

〒167

東京市杉並区桃

FAX 03‑33011汀14

2

, 供駄駄科および奔放方法

触媒 としては.

l報{･ 示 したシ･ /コ‑技研碗 釈作 の

と.束京化成蹄鉄作の ジ/ルマルブチル

t '七 . / ( 以後

と喝 )および比較用固体触媒 と しての,堺化学掬製の.平 均 粒系

1 f

m の水酸化

鉄を用いた｡

AP

は, 日本カー . ). ,ト㈱製の T 'ケ･ ,ト推進薬用

で,平均粒径

の中

以後

と噂) と.

これを‑ ン7‑ ミル型粉砕投で抽扮化 した平均粒径

の

以後

と職)

を

扮 した平均P ̲鍾

12.5F'm

の

および

を富士産薬掬製のジ3 Lサト ミル型粉砕投で教授化 した

の

位頬の

を供 鼓 した｡

7ル ミニウム軌 ま.平均粒径5

nの細粒7ル ミ( 以 後

と時) と.穴空 冶金工業株戦の.平均粒径

〝

mの

を用いた｡

&線は

0 0お よび3 0 0 I L mの.

称頬の絶佳の ものを評価 した｡

推進薬の, (イ ･ /ダーは. E l 本合成 ゴム輪戦の.アニ オ ン重合型末端水酸鵜ポ 1 )ブタジエ ' / ( 以降

と 鳴)

を

刑 とす る

系バイ ンダ

Iを用 いた｡推進薬の組成は.車扱 F l 的に応 じ変聖 した ｡ 栴

成剤の配合に当たつては.すべて並丑比{･ 配合 した｡

2.2

実験方法

VFAP

の粒皮分布は.走査型屯千田放免 (日本電子

‑

Fi9.1 SEM photographs

ofVFAPandfineAP

製

)

で松影 した写共{･ 測E j tしたC分布の ヒ ス トグラムは

個のデータで作成 した｡

粉 砕後の

結晶の歪みや結晶子の変化は

機製 X 線回折 ,理学電

︻Y

]

APM

lh

a

A

6h

5 10 50 100 200 TLJTle lh)

0 :l.Tlllt)■IJILl

●王66

1

Fig.4 ChangeofcTYStallitesizeOfVFAP

duriTGi i i dnDTAgstorage

TG

ー^望DTA ｢ ｣｣

24192h

b

L

一 一

^｣

‑^匹 ‑｢

一 一一八一

｢̲

100 200 300 40

0

Tempo

ratLJr〇

℃

cu

timeafterg血dingVFAP

一方

は . 室温下{･相対湿

,

の加湿状態と , 20 10

J

t2 ) 6

J n g 4 68 ( s P

)

0;VPAP

o:SIti‑111

^PFA:^PFFig. 6Effcctofparticlesiz eoLAPonbumingrat

esoLpropeIhJltS1.7%

の乾燥状他とで

を陳甘したときの , 粒子 の聴取特性ならびに出乾のFti哲を . 同じく

線回折で 潤定した結果である ｡ 結晶子の平均の大きさは

の式で井川lLた｡絃煉状態で保管すれば聴取やケー

キングの恐れはないように見える｡しかし.加湿状態 では

激に昭恥し .

見かけの杓子径は大きくな る ℃での低温尭熱分解と

1二近辺での 高温発熱 :近辺{･結晶転移した 後

の

と原料の

の

カーr/を比較したものであ る

の . Q分解は ,一 軌 ｡

は .‑ リウムガス

加圧下で 分解からなる

は約

℃でわずかに発

t

熱分解した後

1.以上で前温分解する ｡こ れに対 し

VFAP

は . 高配分解のl段で允熱分解する ｡ また分 解バターンおよび温 . tる発熱ピーク温度の変化も認めら れな

は粉砕後の経過時間との相関

見られず , 粉砕に

2 VFAPVFAP

を

成分系酸化剤とする

系推進萌の恥道 推弛約の撫焼速度と粘度 予納銑鼓の根来

限

hv o o o o lu 〇 〇 〇 一〇 tZ> 一 . ' ■ O tIB t3 2 ‑ 一 l l ■･l 1 ︻ 8 ･ tJ ] L 3 ' F T A

] ̲ こ

︻

･ f J

!* ○9 6 ]

● .

. ..＼^ー / ^.

. )00/0 80/帥 6g/40 40/60 20/80 0/一 oo

^PF/VFAP lV L) Fig.7 Re)atiorLOEslurryviscositya propeuant

to APcompositi

onー07t9tt)

一 つ

■ 2 tb 4

2 1 0 9

7 t? 0 0 0 n V o

o o m I I I I I 25 20 ほ t t

J

7

6/84 BJnd乍r/AP l■l

l】

Fig･8 Depemdenceofproce弘abiutyandcombus tion propertjesofprope

l血

t s w i

難であ

る｡ また燃焼圧力が

以下の圧力域では, 燃焼中断が発生 した｡ これ らの

gf から.VFA Pを用いる場合,他の粒径の APと組み合

わせ酸化剤系を構成 した｡

Fig

･

1 1,スラリー粘度が もっとも低 くなる

P配合 を調べた突放括果で.APF と

ab一e 1 RelationoLelapsedtimeafter

grindingof VFAPtobur

ningrateofpropellant Ehpsedtime r.H Presurreindex

[ h]

[

0 3 5.88 0.452 6 6.02 0.477

24 5.88 0.‑474

96 6

.03 0.504

したときの,配合比 とスラリー粘度の関

係を示 した｡

推進薬の組成は,バイ ンダー/

と した｡

APF/VFAp‑60/40

の ときにスラ

リー粘度が もっと も低 くなるが, この比率は

成分系

の粉体を混合する 場合の , ^{粉体の庇密売墳埋為か}

らみて妥当な結果と考 えられる

とした時

の.推進薬の混和限界と燃焼速度特性を滑走 した結果 である

2

成: 分系AP では.Jミインダー

%の組成 が混和限界とな り

VFAP

畔地の系に比べ

:イ ンターが低減できる

.ただ し.燃焼速度はJ{イ ンダー 畳に反比例 し増加

するものの.圧力指数 も増加偵向を 示 し, このままで

は実用に桝することは難 しい｡

一方.Ta

lはVFAP

の,粉砕後の経過時間 と燃 焼速 度 との

相関 を調べた結果 であ る｡ 酸化剤系

APM/VFAP=60/40

.推進薬組成は., :イ

7

とした｡ またVF ンダー

AP

はデシケーター中で 陳管 した｡ 燃焼特性は,圧力

での他焼速度

圧力指数

で評価 したが

,両特性 とも,前述の熱 分解特性同様,粉砕後の経過時間と

の相関性は認め ら れなかった｡ただ.デシケーターで保管

しても,時間 経過 と

ともに一概のケーキングを起こし,粒度が大き くな りかつ

球形度 も低下することから,混和時の作業 性が悪化す

るとい う問題が認められた｡

3.3 液状フェロセン

鮪事体の触媒効果

は.VF APと

P

を組み合わせたときの.

伝境圧力

での燃焼速度 (

Table2CatalyticeffectofBEFPonbumingrateofVFAPbasedpropelhnts Composition Binderlwt%] APF〔wtタの VFAPlwt%] BEFP【wt,Og〕 rsK[

m/S]

A‑I 22 ‑ 7

8 0 ^)5.7

A‑2 22

‑ 78 3 35.8

a‑1 16 50.4 33.6 0 ^14.5

8‑2T8ble3 EfLec1to6EBEFPandVFAPo50.4 nbumi3n3g.6 3 44.4 rateofal

u

AP F

A

〔wt,i] lvt%]

[

[

[

lm/S〕 16 10.05 56.95 ‑ 14.0 3.0 ‑

720 16.7 0.515 16 ‑ 40.2 26.8 14

.0 3.0 ‑ 150 22.5 0.588 16 ‑ 40.2 26.8 14.0 ‑ 3.0 190

30.5 0.411 T8blC4 EffectofAlparticlesizeonbumi ng

mteowitEprhoopelhnt

ut

A l

Al

] 6.0 6.8 9.3

∩ 0.487

0.373 0.326 BEFP

に酸 さ換える

ことにより

増加する｡ また.

スラ リー粘度 も

系の変

更で低下 し.製造性が改良 されている｡ しか しながら.液状の

によるスラ I

)一粘度低下効果は見られない｡ これは,水

酸

化

鉄の粒接が

と

Pよりさ

らに細かいことか ら.粒径

の

と

5flm

の

および水酸化

鉄の

成分の扮体系

とな り

と

の

成分扮体系より,政審充填になることが推

察される｡

水酸化

鉄を

に旺 き

換えた忠犬の効果は.氏 力桁数が大仙 こ低下 し, F 2ケサトモーター

に適用 した 場合, t ･ケツトの燃焼安定性が高まることが期待さ

れ ることである｡

l の出漁速度

Table4

は

増加効果

/50

の酸化剤糸を用い た.J くイ･ /ダー

/80

の組成物において.粒径 の異なるアル ミニウム粉を

外割 りで

添加 した 時の,7ル ミニウム粉の粒径と推進

薬の燃焼速庇の相 関を求めた縫架である｡平均粒径

JL

T nの

l を添加 して も燃焼速度は大きくなるが

l の

使用により 伝境速庇は

9 6以上増加 し

A

l の燃焼速度への影 響が大 きいことが解る｡ また,

圧力指数もアル ミニウ ム粉の添加に上り低下 している｡

銀線の艶焼速度増

加効果

推進薬に封入された金尽線の.物理的な伝統速度増

:

=

‑ 十

^丁

̲:

Fig.9 EfEectoIAgwirediametero

n bumingrate

加効果はよく

知られている7

は,バイ. /ダー

5 /

1 0/

.

の組成物で.偲 境圧力

での性境速度が

/ S

の推進熟 こ,線 径の異なる点線を埋め込んだ鉄柵 こおける.線径と伝 最速鹿増加串 との関

係を示 したものである｡いずれの 叔線{･ も低塩速度は

倍以上糊如 し.

また線径が細い ほど増加率が高い｡

l および銀枚の燃焼速度への

Table5

捨合効果 は.以上

述べてきた

l お よび銀線それぞ

れの.燃焼速度増加効果を抱合的に評 価 した結果を示す

｡ また

仁.表中の払成

と

における放線の放牧速度増加を示 した｡ I :イン

酸 化刑お よび アル ミ.=ウム静を採用す ることに 上 り.

燃 焼 旺 力5MPa,C40ロ氾/S以上 の高松城適 度組成物 が 和 らttた｡ また. この組成物 と放線を組み 合わせ る こ とに よ り.150円コ/S以上 の.直墳 可能 な推進秦が実現 で きた｡

4.括 挨

コン･iiジ ･Jト系推進薬の高燃焼速度化には.触媒 の 添加.酸 化刑の細粒化,金属線の封 入守の方法があ る

｡

これ らの安来鮎の効果を評価す るとともに, 各要素 の 組み 合わせに よる荊6.焼速度推進薬の研究 を行 った絵 莱.以下に述べ る結論 を得た｡

(u ジェ ‑'トミルで粉砕製造 した,平均 粒径1.5FEm のVFAPは.倦境速度を大幅 に大 き くす る効果を もつ｡ 放校であ るに もかかわ らず.球形度が高い ため.推進 薬の製適性 を損 なわ ない｡

(21 粉砕紅綬のVFAPは.大 きな結晶歪みがあ り, この歪みが安定す るのに粉砕技約48時間かか る｡

無骨時 の起臥 こもよるが.通常のデ シケー ター保 管 程度 の湿 碇管理 では.粉砕捷24時 間珪過 した VFAPは.性境速度増 加効果には変 化は見 られ な か った ものの.推進薬の スラ リー粘度を高 くし.

作非性 を針 ヒさせた｡ したが って.VFAPを用い

(sJtJAL二

男 e 砧

T tJ

E[

2

3

4

6

8

grateofpropelh ts w

ith andw

O

A

rop.No.2

△ Prop.No.3 Tz)blo 5 Compositionandco

mbustionpropertiesofhighbumingratepropellant Prop. Binder APF VFAP F

A

A

gWire rSK rJr

SK

g

〕 【 wt %] 【 t q n / S ]

4 4 1 4

4 38 38 10 ‑ 5

○

149.0 3.33..662260 0.3 81

1‑2 38 38 10 ‑ 5 X

41.2 0.354

2‑1 38 38 7 3 5

○

0.397

2‑2 38 38 7

3 5 × 41.3 0.4

0

○

0.392 3‑2 36 36 14

5 × 40.0 0.430

4‑1 36 36 ll 3

3 ○

4‑2 36 36 ll 3 3

X 40.5 0.398 'rv:BurningrateoEAgwireenbedd

edpropeuzut る切 合.粉砕後24

時間 内に使用す る必要があ る｡

(3) VFAPと平均粒径25

/瓜 程度 の細粒APを組み合 わせたAP糸{･は.細粒

/ VFAP=6 0 / 4 0(

盈辻) の点 IC収暦先頃 Iこなる と考 え られ る｡ この配 合の AP系 を用 い る と.推進 秦 ス ラ

リーの粘度 が もっ とも低 くな り.低バイ ンダ一見推進 薬の

直墳敬遠 を可能 にす る｡

(4)VFAPの欠点は.

愚旋速度の圧 力指数を増 加す る ことにあ る｡ この間

項はJ3EFPと岨み 合わせ て 用い ることに 上 り解決 され る

｡ さらには. アル ミ ニウム珍の添加に よって も圧力持軌 1低下 し.辛

‑22‑ 用上.全 く問堰 ない値 とな る

｡

(5)アル ミニウム粉に よる燃焼速度 の増 加 も可能

な った｡

文 献

I )福間大乱 宮崎繁文.岡本久夫.火薬学会誌.

2)I).A.

F

3)D.A.

Fl

eh

AFRPL‑TRl73‑67日973)

4)

萩原 豊,工業火我.

5)

福間大蔵,島木 茂.峨口

山前 弘

治昭.工業火薬

6)

特

7

前田正人,久振田浪之助.工業火薬

High burning rate composite propellants composed offerrocene derivative catalystsandVFAP(Ⅱ)

byDai10FUKUMA^{書.Shigefumi MIYAZAKI暮.aJldHisaoOKAMOTO●}

High burningrateandhighenerw HTPBcompositepropeuantcomposedofHTPB.

2,2lhis(ethylferrcenyl)propane(BEFP),Oneoftheliquidferrocenederivative

ca

.

(

irewasinvestigated.

A

s the2ndreportofthisinvestigation.crystallographicandphysico‑chemicalproper‑ tiesofVFAPwerestudiedbymeansofX‑raydiffractionandTG･DTA analysis.The VFAPwasstrongly血 tedbyhum iditybutsharplyacceleratedthebumingrateeofthe propellant.

O

t

hepropeuant.

Thebumingrate

v

Anexcellenthigh bwningratepropellantwasfinallydevelopedwithcombinationof BEFP.VFAP.UFA】aJldsilverwireaJld150m/soEbumingratewasachieved.

(●AerospaceDivision,NissanMotorCo.,LTD.3‑ 5I 1,Momoi.Suginami , Tokyo167,Japan)

Kay8kuG8kk由hi,Vol.55.No.1.1994 ‑ 23‑