пиротехнический заряд

Формула изобретения

Пиротехнический заряд, содержащий перемешанные и спрессованные окислитель и горючее, отличающийся тем, что в качестве окислителя и горючего использованы вещества, предельная плотность которых меньше предельной плотности конденсированных продуктов, полученных в результате горения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам и зарядам, которые при горении дают специальные эффекты - световой, тепловой и т.д.

Известны заряды, специальные эффекты которых обеспечиваются подбором различных окислителей, горючих, катализаторов или ингибиторов горения. Так малогазовые составы для замедлителей должны сохранять форму и размеры исходного образца. Конденсированные частицы не должны вылетать (диспергировать) вовне, т. е. форс продуктов должен быть непрерывным. В то время как сигнальные средства должны давать искристый (мерцающий) форс (см. А.А. Шидловский. Воспламенительные системы ракетно-космической техники. Под ред. Проф. И.В. Тишунина. М., Мир, 1970).

Однако получение и управление специальными эффектами путем подбора требует длительных работ.

Известен заряд, содержащий предварительно перемешанные компоненты, запрессованные определенным усилием (см. А.А. Шидловский, с. 192). Однако прессование определенным усилием без учета особенностей характеристик промежуточных продуктов приводит к нарушению специального эффекта, а в некоторых случаях и к разрушению заряда.

Известен пиротехнический заряд, содержащий перемешанные и спрессованные окислитель и горючее, являющийся наиболее близким к заявленному.

(см. А.Н. Дорофеев и др. Авиационные боеприпасы. / Под ред. В.А. Кузнецова. Издание ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1968, с. 56).

Таким образом, недостаточный учет при изготовлении заряда физико-химических свойств промежуточных и конечных продуктов, образующихся при горении, приводит к неопределенности в получении специального эффекта, а иногда к аномальному срабатыванию заряда - прекращению горения, разрушению заряда и т. д. Технической задачей изобретения является создание пиротехнического заряда с заданным процессом образования продуктов сгорания. В заряде, содержащем предварительно перемешанные компоненты, запрессованные определенным усилием, взяты окислители и горючие, обеспечивающие реагирование в волне горения до конечных продуктов через промежуточные, причем для образования сплошного форса плотность конденсированных веществ в заряде непрерывно увеличивается от исходных компонентов до конечных продуктов.

Новые признаки заряда - его изготовление из горючих и окислителей, реагирующих в волне горения через промежуточные продукты и обеспечивающие заданное изменение плотности конденсированных веществ в геометрических размерах заряда в совокупности с известными признаками обеспечивают выполнение зарядом новой функции - обеспечение заданного форса продуктов сгорания за счет учета при изготовлении заряда увеличения пористости (коэффициента уплотнения) в последовательных зонах химических реакций.

Изложенная сущность изобретения поясняется примерами функционирования зарядов.

На чертежах, где изображены на фиг. 1: 1 - заряд; на фиг. 2: 2 - поры в исходном заряде; 3 - поры после протекания реакций; на фиг. 3 4 - давление газов в порах, приведен пример образования искристого форса заряда.

Заряд 1 изготовлен из компонентов, которые образуют в волне горения ряд последовательных продуктов. Исходный, промежуточный и конечный коэффициенты уплотнений рассматривают в геометрических размерах исходного образца и определяют по формуле



где



m_o - масса исходного образца объема V;

индекс i обозначает последовательные реакции



где

a_ij - содержание j конденсированного компонента i стадии в %;

_ij- - плотность j компонента i стадии, которая зависит от температуры, возможных полиморфных и фазового превращений, и в общем случае можно записать в виде

_ij= _oij(T)[1+T],

где

_oij(T) - - плотность, зависящая от полиморфных и фазовых превращений, - коэффициент объемного расширения.

конденсированные вещества с коэффициентами уплотнения K₀; K₁; K₂; K₃ соответственно;

индекс^* обозначает полиморфное или фазовое превращения;

Г₁, Г₃ - газообразные компоненты массой молекулярного веса (обычно газообразным компонентом в конденсированной фазе является кислород).

При "заторможенном" газовыделении давление в порах можно определить по формуле



где

R - газовая постоянная;

a - коэффициент пропорциональности;

T_i - температура i стадии (обычно T₀<T T₂T₃)

При K₀<K< <K<K, что соответствует и чисто безгазовом горении m_r = 0.

В этом случае давление в порах на каждой последующей стадии превышает давление на предыдущей, и газ запирается в каждой зоне. При превышении давления критической величины, которая определяется прочностью на разрыв, последующая зона разрушается всегда.

При наличии газовыделения и вышеуказанного соотношения коэффициентов уплотнений, которые определяются максимальной плотностью образующихся продуктов

,

целостность образца определяется прочностью на разрыв из-за возникающего внутреннего давления и превышения предела прочности в i + 1 зоне.

Она разрушается при этом истекающими газами конденсированная фаза разлетается вовне.

При K_o>K₁> >K₂>K₃, т.е.

только в случае также возможно разрушение i + 1 зоны.

При K_i-1>K_i<K и газовыделении в i зоне, газ также запирается в ней.

Таким образом, при наличии последовательных реакций (даже при постоянной температуре) возможность регулирования определенного форса продуктов сгорания обеспечивается при подборе компонентов, образующих в волне горения конденсированные продукты с минимальной плотностью. При этом другой предел плотности ограничивать нецелесообразно, т.к. из-за снижения плотности продукты могут занять объем больший, чем исходный образец.

Так, известная смесь свинцового сурика и кремния (см. Вспомогательные системы ..., с. 294) имеет следующие последовательные реакции

2PbO = 2PbO + O₂

O₂ + Si = SiO₂

2PbO = 2Pb + O₂

O₂ + Si = SiO₂

В стехиометрической смеси 92% Pb₃O₄; 8% Si доля PbO составляет 32%. Максимальная плотность смеси при = 9,1 г/см³ равна 7,09 г/см³.

В результате первой реакции в смеси образуется 30% PbO и 2% O₂ и сохраняется 60% PbO и 8% Si. При _PbO = 8,0 г/см³ _Si/ = 2,0 г/см³ (см. Воспламенительные средства. . .., с. 54) максимальная плотность конденсированной фазы - 6,56 г/см³.

По второй реакции образуется 4% SiO₂, доля Si уменьшается до 6% и сохраняется 90% PbO.

При 2,4 г/см³ максимальная плотность 6,28 г/см³, т.е. уменьшается. Конечные продукты имеют максимальную плотность, определяемую по реакции

Pb₃O₄ + 2Si = 2SiO₂ + 3Pb

и она равна 7,62 г/см³, т.е. максимальная плотность промежуточных продуктов имеет минимум.

Это снижение плотности конденсированной фазы приводит к увеличению гидродинамического сопротивления газообразным продуктам, образующимся ранее. Давление газообразных продуктов кислорода повышается, что может привести к конвективному горению, которое характеризуется неустойчивостью и приводит к "разбрызгиванию" продуктов (см. В.Ф. Дубовицкий и др. Горение пористых конденсированных систем и порохов. ФГВ 1974, N 6, с. 811 - 818). Поэтому в вышеуказанной смеси свинцового сурика и кремния на опыте отмечена большая "подвижность шлаков", т.е. давление кислорода превышает допустимое, при котором конденсированный каркас еще не разрушается.

При использовании нитрата натрия и магния в стехиометрическом соотношении брутто-процесс описывается реакцией

2NaNO₃ + 5Mg = Na₂O + N₂ + 5MgO

Максимальная плотность равна 1,98 г/см³.

При протекании последовательных реакций

2NaNO₃ = 2NaNO₂ + O₂

2Mg + O₂ = 2MgO

2NaNO₂ + 2Mg = Na₂O₂ + N₂ + 2MgO

Na₂O₂ + Mg = Na₂O + MgO

можно определить последовательность максимальной плотности конденсированных продуктов. По первой образуется 47% NaNO₂, 11% O₂ и сохраняется 42% Mg и при = 2,17 г/см³, _max = 2,18 г/см³. По второй образуется 27% MgO, сохраняется 47% NaNO₂ и остается 26% Mg, _max = 2,25 г/см³. Дальнейшие реакции ведут к увеличению максимальной плотности конденсированных продуктов. Поэтому стехиометрическую смесь магния и нитрата натрия применяют в осветительных средствах, требующих однородного сплошного слоя (форса).

Таким образом, изготовление пиротехнического заряда с определенной закономерностью изменения плотности промежуточных продуктов позволяет обеспечивать необходимую динамику образования продуктов сгорания, что подтверждается опытами, проведенными авторами и известными из научно-технической литературы.