 |
Характеристика и применение пиротехнических составов
|
|
|
|
Тема №3. Пиротехнические составы и средства
Объем учебного материала темы:
Разновидности, назначение компонентов, свойства и применение пиротехнических составов.
Устройство, действие и применение пиротехнических средств. Назначение, общее устройство, действие и применение реактивных осветительных, сигнальных патронов и имитационных средств. Требования безопасности при обращении с пиротехническими и имитационными средствами.
Занятие №1: Свойства и применение пиротехнических составов
Учебная литература:
1. Пороха, твердые ракетные топлива и взрывчатые вещества / В.К.Марьин, В.П.Зеленский, Б.М.Орлов и др.– МО, 1992. – 202 с. Стр.65-73.
2. Артиллерийское вооружение. Основы устройства и конструирование: Учебник для вузов / Башкатов В.А., Городинский Т.М., Донец Н.Н. Под общей редакцией Жукова И.И. – М.: Машиностроение, 1975. – 420 с.
3. Взрывчатые вещества и пороха / М.А.Будников, А.А.Левкович, И.В.Быстров и др. – М.: Оборонгиз, 1955. – 363 с.
4. Пиротехнические средства ближнего действия: Руководство службы. – М.: Воениздат. 1983.
5. 30-мм реактивные сигнальные патроны: Руководство службы. – М.: Воениздат. 1955.
6. 81-мм дымовая граната 3Д6: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. – М.: Воениздат. 1980.
7. Имитационные средства СВ: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. – М.: Воениздат. 1981.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВ и назначение компонентов
Пиротехническими составами называют вещества и смеси, горение которых сопровождается световыми, тепловыми, звуковыми, дымовыми и реактивными пиротехническими эффектами.
Процесс горения пиротехнических составов характеризуется образованием пламени и аэрозоля, выделением газообразных продуктов и тепла и перемещением фронта реакции горения.
|
|
|
По характеру процессов, протекающих при горении пиротехнические составы классифицируют следующим образом (рис.1):
Пиротехнические составы, в которых используется пламенный процесс относятся к пламенным составам, это: осветительные составы; трассирующие составы; сигнальные составы; составы инфракрасного излучения и фотосмеси.
Соответственно процесс выделения тепла используется в тепловых составах: термитно-зажигательные и воспламенительные составы.
Выделение газа при реакции горения используется в г азогенерирующих составах: реактивные составы (твердые ракетные топлива) и составы для газогенераторов.
Использование процесса перемещения фронта реакции горения характерно для м алогазовых составов: замедлительные и дистанционные составы.
Аэрозольные составы: маскирующие и сигнальные дымы.
Основу большинства пиротехнических составов составляет смесь окислителя с горючим.
Во многих пиротехнических составах горючее сгорает под действием кислорода, содержащегося в окислителе, только частично; полное сгорание происходит благодаря O2 воздуха.
В качестве окислителей в пиротехнических составах применяются нитраты (нитрат бария Ba(NO3)2 , нитрат калия KNO3), хлораты и перхлораты щелочных и щелечно-земельных металлов, оксиды некоторых металлов (Fe3O4, MnO2).
В качестве горючего используют главным образом металлы (Mg, Al и их сплавы, реже Ti и Zr), углеводородные смеси (керосин, бензин, мазут), углеводы (крахмал), древесину, опилки и др.
Помимо окислителя и горючего в пиротехнические составы, как правило, вводят связующие - цементаторы (для придания спрессованным пиротехническим составам необходимых механических свойств), флегматизаторы и стабилизаторы (для обеспечения безопасности при изготовлении и необходимого срока хранения), соли и органические красители (для получения окрашенного пламени и сигнальных дымов), а также вещества, усиливающие излучение пламени и т. п.
|
|
|
В качестве связующих - цементаторов применяют синтетические смолы (идитол, бакелит) и естественные смолы (шеллак, канифоль, олифа, углеводороды, парафин, стеарин).
Пиротехнический эффект, а также скорость горения пиротехнических составов зависят от степени измельчения компонентов, тщательности смешения, степени уплотнения, а также от габаритов и конструкции изделия.
Теплота сгорания пиротехнических составов (содержащих окислители) 1,2 – 8,4 кДж/г (для сравнения пороха от 2,7 – 4,8 кДж/г), температура горения 400 – 3500К (порохов – 2,3 – 3500К), скорость горения спрессованных пиротехнических составов 0,5 – 20 мм/с (при давлении 0,1 МПа).
Большинство пиротехнических составов, в особенности содержащие хлоратные и перхлоратные окислители, обладают взрывчатыми свойствами.
Воспламенение пиротехнических изделий осуществляется воспламенительными составами, дымным порохом или огнепроводным шнуром.
Пиротехнические составы широко применяют в военных целях для снаряжения специальных видов боеприпасов, имитации на поле боя разрывов снарядов и орудийных выстрелов, освещения и задымления поля боя, учебных целей.
ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕНЕНИЕ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ
Рассмотрим примеры использования компонентов ПТС для получения необходимого эффекта действия.
Осветительными составами снаряжают пиротехнические средства, которые предназначены для освещения местности в ночное время с целью ведения наблюдения и прицельной стрельбы.
К осветительным средствам относятся осветительные артиллерийские снаряды и мины, реактивные осветительные патроны ближнего действия. При снаряжении изделий осветительные составы прессуют в оболочку под высоким давлением.
В осветительном составе используется окислитель - нитрат бария, горючее – порошок алюминия, магния, сера, цементаторы - идитол, шеллак. Пример осветительного состава:
70% нитрат бария Ba(NO3)2 + 20% алюминиевая пудры Al + 10% сера S.
Состав горит (рис.2) достаточно долго ярким сосредоточенным белым пламенем в виде шара.
Трассирующие составы служат для снаряжения трассеров, которые предназначены для обозначения траектории полета снаряда или пули. Ограниченная продолжительность свечения достигается сочетанием высокого давления запресовки и подбором количества и свойств цементатора. Трассирующие составы дают окрашенное пламя. Требуемый цвет пламени трассирующих составов достигается введением солей металлов, дающих окрашивание пламени.
|
|
|
Состав красного огня:
30% нитрат стронция Sr(NO3)2 + 40% магний Mg + 10% шеллак.
Красный цвет пламени обеспечивается наличием в составе стронция.
Состав зеленого огня:
60% нитрат бария Ba(NO3)2 + 20% магний (порошок) + 30% хлорорганическое соединение - гексахлорэтан C2Cl6 + 10% смолы.
Зеленый цвет обеспечивается наличием бария.
Состав желтого огня:
60% нитрат бария Ba(NO3)2 + 30% оксалат натрия Na2C2O4 + 15% магний Mg + 5% смола.
Желтый цвет обеспечивается наличием в составе натрия.
Сигнальные пламенные составы служат для снаряжения сигнальных средств, которые обеспечивают подачу сигналов ночью и днем. Требуемый цвет пламени сигнальных составов достигается введением солей металлов, дающих окрашивание пламени.
В сигнальных средствах применяются составы, которые могут давать красное, зеленое, желтое, синее и белое пламя.
Составы красного, зеленого и желтого огней формируются так же, как и трассирующие составы соответствующих огней.
Однако между ними есть разница. От трассирующих составов требуется механическая прочность, а от сигнальных - прежде всего чистота цвета пламени. Поэтому количество цементатора в сигнальных составах, как правило, минимальное.
Состав красного огня (рис.3):
30% нитрат стронция Sr(NO3)2 + 40% магний Mg + 5% идитол C13H12O2 + 5% хлорорганическое соединение гексахлорэтан C2Cl6.
Красный цвет пламени обеспечивается наличием в составе стронция.
Состав зеленого огня (рис.4):
40% нитрат бария Ba(NO3)2 + 30% магний Mg + 30% хлорорганическое соединение - гексахлорэтан C2Cl6.
Зеленый цвет обеспечивается наличием бария.
Состав желтого огня (рис.5):
40% нитрат калия KNO3 + 30% оксалат натрия Na2C2O4 + 30% магний Mg.
Желтый цвет обеспечивается наличием в составе натрия.
|
|
|
Состав синего огня (рис.6):
61% хлорат калия KClO3 + 19% оксид меди CuO + 20% сера S.
Синий цвет пламени обеспечивается наличием в составе хлора и меди.
Состав белого огня (рис.7):
56% нитрат бария Ba(NO3)2 + 11% нитрат калия KNO3 + 19% порошок алюминия Al + 6% фториа бария BaF2 + 8% сера S.
Нитрат бария сообщает пламени зеленоватый оттенок, нитрат калия - розоватый; при совместном их присутствии в составе пламя получается не ярко белого цвета.
Сигнальные составы дневного действия (цветные дымы ) также применяются для сигнализации в дневное время. В военном деле применяют 6 цветов сигнальных дымов: красный, оранжевый, черный, желтый, зеленый и синий.
В этих составах не применяются металлические горючие. Составы цветных дымов обычно содержат: хлорат калия 20-40%, углеводы - 15-25%, краситель - 45-55%, связующее 0-5%.
В качестве красителей обычно используют: красный – родамин; оранжевый - бензолазо-бета-нафтол жирорастворимый оранжевый (жироранж); желтый - аурамин, с добавкой коричневого красителя хризоидина; зеленый - смесь аурамина и индиго; синий - индиго, метиленовый голубой.
Состав красного дыма (рис.8):
30-35% хлорат калия KClO3 + 25-30% молочный сахар + 40-50% родамин
Состав оранжевого дыма (рис.9):
30-35% хлорат калия KClO3 + 20-30% молочный сахар +40- 50% жироранж
Состав черного дыма (рис.10):
45-50% хлорат калия KCIO3 + 40-50% антрацен + до 15% уголь
Антрацен обеспечивает церный цвет дыма.
Состав желтого дыма:
30-35% KCIO3 + 20-25% молочный сахар + 40-42% аурамин + до 10% хризоидин
Состав зеленого дыма:
35% KCIO3 + 25% молочный сахар + 15-30% аурамин + 15-30% индиго
Состав синего дыма:
35% KCIO3 + 25% молочный сахар + 40% синтетический индиго
Составами цветных дымов снаряжаются дымовые сигнальные патроны.
Маскирующие дымы применяются для маскировки своих войск или для ослепления противника. Составы их могут быть двух типов. Одни составы содержат дымообразующие вещества в готовом виде, которые испаряются при горении состава (нашатырь).
Примером этого типа может служить смесь Ершова (рис.11):
40% хлората калия KClO3 + 30% нашатыря - хлорида аммония NH4Cl + 20% антрацена + 10% древесного угля C.
Дымовой состав Ершова имеет очень хорошую плотность. Температура горения состава минимально низкая. Остаток горения очень легкий, пористый. Вместо антрацена также можно использовать чистый нафталин.
В составах второго типа дымообразующие вещества образуются в результате горения состава. Примером может служить смесь:
40% четыреххлористого углерода CCl4 + 34% цинка + 14% хлората натрия NaClO3 + 9% нашатыря - хлорида аммония NH4Cl + 3% кизельгура (поглотитель четыреххлористого углерода CCl4).
Зажигательные составы представляют собой наиболее древний и обширный класс пиротехнических средств. Эти средства применяются для зажжения и уничтожения различных горючих материалов, техники и живой силы противника.
|
|
|
Зажигательные составы разделяются на составы с окислителем и без окислителя.
К зажигательным составам с окислителем относятся термиты и термитно-зажигательные составы, в которых основным окислителем являются окислы металлов, и составы, окислителем в которых является соль, содержащая кислород. Такие составы сгорают за счет окислителя и могут гореть без доступа воздуха
Термитами называются беспламенные составы, которые при горении не выделяют газы. Основными качествами термитов является высокая температура горения (2400°), отсутствие пламени при горении и газообразных продуктов горения.
Пример термита:
75% железная окалина (Fe2O3+F3O4) + 25% алюминий (Al)
Широкое применение нашли многокомпонентные термитно-зажигательные составы, примером которых могут служить:
13% Al + 12% Mg + 21% окись железа Fe2O3 + 44% нитрат бария Ba(NO3) 2 + 6% нитрат калия KNO3 + 4% смола
Это термиты с добавками окислителей (солей) и связующих. Они горят с образованием пламени. Все эти смеси трудно воспламеняются, поэтому применяются в крупных снарядах, где можно разместить дополнительные воспламенитсльные средства.
Зажигательные составы с окислителями - солями применяются для снаряжения мелких боеприпасов (например пуль). Приведение их в действие осуществляется от простых механических импульсов, например, от удара, в броню. Пример состава: 65% нитрата калия, 26% алюминия, 9% древесного угля.
К зажигательным составам без окислителя относятся нефтепродукты, сплав «электрон», фосфор и его соединения и прочие зажигательные вещества и смеси, которые при отсутствии воздуха не горят.
Нефтепродукты могут быть: отверждённые или загущенные. Они выделяют при горении большое количество тепла, большое пламя, обладают малой скоростью горения, низкой стоимостью.
Примером отвержденного горючего является «напалм» - смесь нафтеновой и пальминовой кислот.
Нефтепродукты применяются в огнеметных смесях, примером которых могут служить:
70% солярового масла и 30% сырого бензина
Сплав «электрон» является легким зажигательным сплавом, воспламеняемым от термита.
90-95% Mg + 3-8% Al + 1-2% Zn + 0,5-1,0% Mn
Он используется для изготовления корпусов мелких зажигательных бомб.
И наконец к самовоспламеняющимся составам следует отнести белый фосфор его растворы и соединения.
Воспламенительные составы служат для зажигания основных пиросоставов (осветительных, дымовых, трассирующих).
В них используются компоненты, легко реагирующие при сравнительно низкой температуре.
Пример такого состава: 63% нитрата калия KNO3 + 15% серы S + 12% антимония(сернистой сурьмы) Sb2S3 + 10% пороховой мякоти
|
|
|
