взрывчатая композиция многофакторного действия повышенной мощности

Формула изобретения

1. Взрывчатая композиция многофакторного действия, включающая жидкий азотосодержащий органический окислитель, порошкообразный окислитель, горючее и загуститель, отличающаяся тем, что в качестве жидкого азотосодержащего органического окислителя она содержит азотнокислый эфир одноатомного спирта с 1-4 атомами углерода, в качестве порошкообразного окислителя - нитрат или перхлорат аммония и/или гетероциклический нитроамин, в качестве горючего - алюминий, а в качестве загустителя - бутадиеновый, или бутадиеннитрильный, или бутадиенметакриловый каучук при следующем содержании компонентов, мас.%:

Азотнокислый эфир одноатомного спирта с 1-4 атомами углерода - 3-40

Нитрат или перхлорат аммония и/или гетероциклический нитроамин - 15-65

Алюминий - 15-50

Бутадиеновый, или бутадиеннитрильный, или бутадиенметакриловый каучук - 0,5-7

2. Взрывчатая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит в качестве горючего масло минеральное в количестве от 5 до 40 мас. %.

3. Взрывчатая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ароматические нитрозосоединения или хиноловый эфир в количестве от 0,1 до 2 мас.%.

4. Взрывчатая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит жирные кислоты или их соли в количестве от 0,1 до 5 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборонной технике и может быть использовано для снаряжения практически любых видов боеприпасов взрывчатыми веществами повышенной мощности, обеспечивающими многофакторное поражение военных объектов.

Большим спросом в армии всех стран мира пользуются боеприпасы, обладающие комбинированным поражающим действием. Описание некоторых видов таких боеприпасов дано в патенте США 3974774, кл. F 42 В 13/46, 1976.

Как правило, сочетание при действии одного боеприпаса различных поражающих факторов, например, таких как фугасного и зажигательного или осколочного и зажигательного, обеспечивается конструктивным путем - введением в конструкцию БЧ дополнительных секций, что приводит к снижению по сравнению с односекционными боеприпасами уровней отдельных составляющих многофакторного поражающего действия в результате уменьшения массы снаряжения композициями, формирующими поле поражения.

Известно взрывчатое вещество для использования в фугасно-зажигательных снарядах (С1 Д, Великобритания, 1411822, 1975), состоящее из мощного взрывчатого гетероциклического нитроамина и металлических порошков, взятых примерно в равных количествах по массе. Металлический порошок содержит более 20% порошков тяжелых металлов типа вольфрама. Дополнительно в качестве связующего в состав вводят воск.

Длительность вспышки при действии указанного состава не превышает 0,1 с, поэтому вероятность зажигания легковозгораемых материалов при взрыве этого состава невелика.

По фугасному действию данная композиция приближается к параметрам взрыва мощных индивидуальных взрывчатых веществ, при общем содержании металлического горючего в смеси не более 2030%, так как в смесях мощных взрывчатых веществ с металлами химическая энергия металлических порошков в количестве 20% и менее способна трансформироваться в энергию ударных волн и осколков.

Известен ряд пластичных взрывчатых веществ на основе жидких нитросоединений, например, по заявке 1371453, кл. С1 Д, Великобритания, 1974, включающих в состав не менее 40% индивидуальных взрывчатых веществ, таких как порошкообразные гетероциклические нитроамины, а также металлические порошки и загустители.

По фугасности такие составы находятся на уровне стандартных взрывчатых веществ, уступая им по метательному действию.

У подобных взрывчатых веществ зажигательное действие отсутствует.

Наиболее близким техническим решением к заявляемым является жидкий взрывчатый состав для разрыва пластов (патент 3825452, США, кл. 149-38, 1974). Он состоит из жидкого мононитропарафина, например нитрометана, и гетероциклических нитроаминов. В его состав также может входить неорганический окислитель, металлические порошки, загустители.

Данный взрывчатый состав обладает повышенным бризантным действием, однако уровень параметров фугасного и осколочного действия, полей температуры соответствует параметрам взрыва обычных индивидуальных взрывчатых веществ, при этом зажигательное действие практически отсутствует. По метательному действию композиция существенно уступает мощным взрывчатым веществам.

Задачей данного изобретения явилось создание мощной взрывчатой гетерогенной композиции многофакторного поражающего действия, составляющими которого являются фугасное, осколочное и тепловое воздействие.

Задача изобретения решается тем, что композиция, содержащая жидкий азотосодержащий органический окислитель, порошкообразный окислитель, горючие и загуститель, в качестве азотосодержащего органического окислителя содержит азотнокислый эфир одноатомного спирта с 14 атомами углерода, в качестве порошкообразных окислителей неорганические соли аммония и/или гетероциклический нитроамин, в качестве горючего содержит алюминий, а в качестве загустителя содержит бутадиеновый, или бутадиеннитрильный, или бутадиеиметакриловый каучук при следующем содержании компонентов (в % по массе):

Азотнокислый эфир одноатомного спирта с 14 атомами углерода - 3-40

Нитрат или перхлорат аммония и/или гетероциклический нитроамин - 15-65

Алюминий - 15-50

Бутадиеновый, или бутадиеннитрильный, или бутадиенметакриловый каучук - 0,5-7

Дополнительно взрывчатая композиция содержит в качестве горючего минеральное масло в количестве от 5 до 40% по массе, которое вводится за счет уменьшения содержания алюминия.

Дополнительно взрывчатая композиция также содержит в качестве структурообразователя ароматическое нитрозосоединение или хиноловый эфир в количестве от 0,1 до 30% по массе.

Также дополнительно взрывчатая композиция содержит в качестве поверхностно-активных веществ жирные кислоты или их соли в количестве от 0,1 до 5% по массе.

В составе композиции используется комплексная окислительная система, состоящая из жидкого мононитрата и порошкообразных окислителей, например, нитрата или перхлората аммония и/или циклических нитроаминов.

Уникальное по химическим свойствам и агрегатному состоянию сочетание перечисленных окислителей и металлических и органических горючих в составе обеспечивает параллельное протекание различных типов химических реакций между окислительной системой и металлическими горючими, а также между окислительной системой и металлическим горючим с добавками к нему минерального масла.

В результате одновременной реализации различных типов химических реакций металлические горючие и минеральное масло частично реагируют на детонационном фронте. Реакции между окислительной системой и металлическим и органическим горючим активизируются в волне разрежения за фронтом детонации. В процессе химического превращения на детонационном фронте и в расширяющихся продуктах детонации (ПД) формируются продукты реакции, способные реагировать в смеси с кислородом воздуха, такие как СО, Н₂, АlН₃ и другие. Горючие смеси с кислородом воздуха образуются после разрушения корпуса БЧ и реагирование смесей с воздухом протекает в режимах, близких к детонации.

Многофазное развитие процесса взрывчатого превращения заявленной композиции обеспечивает высокие степени химического превращения и, как следствие, повышение уровня энергетики реакции, более рациональное использование выделившейся энергии и возможность регулирования уровней выходных параметров.

Фаза разгона осколков не завершается в момент разрушения корпуса БЧ, они получают дополнительную энергию от расширяющихся и реагирующих продуктов и после разрушения корпуса боеприпаса.

Значительный вклад в повышение амплитуды и длительности ударной волны вносят фазы процесса, протекающие после разрушения корпуса БЧ, а именно объемное реагирование продуктов первичной детонации в смеси с воздухом.

В результате объемного реагирования компонентов обеспечивается формирование высокотемпературной тепловой зоны в приземном слое с температурой, превышающей 1000^oС, и длительностью существования более 0,5 с. Такие тепловые поля обеспечивают зажигание различных видов горючих материалов, расположенных в поражаемых объектах.

По уровню фугасного действия рассматриваемая композиция более чем в 1,5 раза превосходит состав прототипа и наиболее мощные известные индивидуальные и смесевые ВВ, по метательному действию композиция находится на уровне гексогена.

Изменением соотношений компонентов в пределах представленного выше диапазона можно регулировать уровень выходных параметров взрыва с учетом целевого назначения и специфики условий применения БЧ.

Увеличение содержания в окислительной смеси порошкообразных компонентов обеспечивает увеличение до 30% метательного действия композиции. Повышением содержания в окислительной смеси органических нитроэфиров обеспечивается увеличение амплитуды ударной волны.

Напротив, увеличение общего содержания горючих элементов в смеси обеспечивает увеличение длительности фазы сжатия ударной волны, температуры и размеров тепловой зоны, способной зажигать горючие элементы. Введение в композицию минерального масла в качестве дополнительного горючего расширяет возможности варьирования параметрами действия композиции.

Используемые в смеси каучуки и структурообразователи обеспечивают возможность управления физико-механическими свойствами композиции. Изменение содержания каучука в смеси в пределах, указанных в материалах заявки, позволяет в широких пределах варьировать подвижность композиций, обеспечивая в результате изменения вязкости возможность заполнения изделий сложной формы и с различными диаметрами и формами заливочных отверстий.

Поверхностно-активные вещества обеспечивают возможность регулирования соотношения объемов твердой и жидкой фаз с учетом насыпной плотности порошкообразных компонентов и тем самым регулирования плотности смеси исходя из требований, предъявляемых к габаритно-массовым характеристикам БЧ.

Ароматические нитрозосоединения или хиноловый эфир обеспечивают возможность управления агрегатным состоянием смеси. При введении указанных соединений в композицию она может быть переведена из вязкопластичного в резиноподобное или твердое состояние. Порошкообразные гетероциклические нитроамины до введения их в композицию, как правило, обрабатывают флегматизирующими добавками, такими как стеарин, парафин и другие.

Для проверки параметров действия композиции были изготовлены образцы составов, представленные в таблице 1. В качестве азотнокислых эфиров в составе композиции использовали этилнитрат и бутилнитрат.

Эксперименты по определению параметров взрыва композиции предлагаемого изобретения и композиции прототипа произведены на экспериментальной базе института. Для замера давления на фронте ударной волны и длительности фазы сжатия использовались ножевые пьезодатчики.

Для замера скорости осколков использовали щитовую мишенную обстановку. Температуру тепловой зоны и время ее осуществления замеряли, используя тепловизо- и телевизионные системы регистрации. Композиции снаряжали в стальные цилиндрические макеты боеприпасов диаметром 130 мм. Толщина стенок макета составляла 2 мм, масса композиции в макетах равнялась 8 кг.

Как следует из представленных в таблице 2 данных, разработанные композиции обеспечивают получение при взрыве фугасного, осколочного и теплового действия, при этом по уровню каждого из перечисленных параметров они существенно превосходят композиции прототипа.

Таким образом взрывное действие предложенной композиции отличается повышенной эффективностью вследствие комплексности воздействия на поражаемые объекты и повышенной мощностью составляющих такого воздействия. Кроме того, входящие в композицию ингредиенты обеспечивают возможность регулирования агрегатного состояния, физико-механических свойств и параметров действия композиции с учетом специфических требований, предъявляемых к вооружению.