Пиротехнический состав для образования черного дыма

Пиротехнический состав для образования черного дыма

Реферат

Изобретение относится к пиротехническим составам, при горении которых генерируется облако черного дыма, используемого для целеуказания, в сигнальных ракетах.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический дымообразующий состав, описанный в патенте RU 2350589, C06D 3/00, 2008 г., который включает хлорсодержащий окислитель, высокодисперсное металлическое горючее, дымообразователь - антрацен каменноугольный сырой с содержанием антраценового масла 1-3 мас.% и фторкаучук в качестве связующего.

При горении заряда из описанного пиротехнического состава формируется дымовая завеса с хорошей кроющей способностью и минимальной светопроницаемостью, которая достаточно устойчива в воздухе и не ядовита.

Генерируемый аэрозоль, включающий дисперсную фазу MgCl₂ и MgF₂, служит надежным экраном для защищаемых объектов, противодействующим средствам обнаружения и наведения на цель.

Содержание в составе оптимального количества антрацена обеспечивает при горении его термодеструкцию, в результате которой в маскирующем облаке заметно повышается содержание несгоревших активных частиц углерода, увеличивающих дисперсную фазу и ее эффективность.

Выбор антрацена сырого каменноугольного, который содержит антраценовое масло, определен тем, что пиротехнический состав приобретает пластичность, исключается пыление компонентов в процессе смешивания и при этом обеспечивается необходимая плотность заряда, который прессуется относительно низким давлением (300-400 кгс/см²).

Антрацен сырой каменноугольный характеризуется доступностью в отечественном производстве и прогрессивными технологическими свойствами.

Заряды из описанного пиротехнического состава характеризуются относительно невысокой скоростью горения 0,5-0,6 мм/с, обеспечивая в течение продолжительного времени действия требуемую маскирующую способность 4,7-4,8 м²/г аэрозольного облака.

На выходе из генератора черный цвет дыма, имеющего высокую температуру, под воздействием кислорода воздуха окисляется до CO и CO₂, в результате чего приобретает серый окрас, что не влияет на функциональность образуемого аэрозольного облака по назначению.

Недостатком этого состава является узкоцелевое назначение в качестве маскировочного, непригодность его для использования в качестве сигнального, образующего при горении аэрозоль черного цвета, характеризующийся большой дальностью видимости и различимости.

Отмеченный недостаток устранен в двухкомпонентном составе для образования черного дыма, который по назначению и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога, описанном в книге Шидловского А.А. «Основы пиротехники». - М.: Машиностроение, 1973 г., с.249.

Известный пиротехнический состав для образования черного дыма содержит (мас.%): хлорат калия - 52 и антрацен - 48.

Особенностью этого состава является значительное количество хлората калия, что при высокой температуре горения обеспечивает не возгонку антрацена, а неполное его сгорание с выделением большого количества сажи, обеспечивая тем самым черный цвет образуемого аэрозоля, который используется в качестве сигнального.

Недостатком известного состава является относительно высокая пористость, определяющая повышенную скорость горения заряда и, следовательно, малое время существования визуального сигнала.

Кроме того, формируемый при горении известного состава дымовой сигнал имеет относительно небольшую дальность видимости и различимости из-за того, что генерируемый черный дым имеет сероватый оттенок, так как избыточная часть антрацена не сгорает, а возгоняется, чем снижается дисперсная фаза сажи в аэродисперсном состоянии.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является улучшение функциональности состава черного дыма в качестве сигнального, имеющего повышенную дальность видимости и различимости.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав черного дыма, содержащий хлорат калия и антрацен каменноугольный сырой, согласно изобретению, включает антрацен, содержащий от 2 до 5 мас.% антраценового масла, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

хлорат калия	53-57
антрацен	43-47

Отличительные признаки обеспечили повышение функциональной надежности пиротехнического состава, при горении которого образуется дым радикально черного цвета, который хорошо видим и различим на большом удалении в течение продолжительного времени.

Ограничение содержания антраценового масла в антрацене в диапазоне 2-5 мас.% определено функциональными свойствами состава: уменьшение поверхности горения от снижения пористости при уплотнении заряда прессованием с высокими удельными усилиями (800-1000 кгс/см²), не вызывающими механического выдавливания масла.

Содержание в антрацене антраценового масла менее 2 мас.% вынуждает вдвое снижать давление прессования зарядов до безопасного по причине возможного взрыва из-за высокой чувствительности состава к трению.

При содержании антраценового масла выше 5 мас.% происходит его экссудация в процессе переработки состава и в зарядах при хранении.

Антраценовое масло в оптимизированном диапазоне содержания обеспечивает пластичность составу, исключая пыление при смешивании компонентов, то есть улучшает технологичность.

При содержании в составе хлората калия менее 53 мас.% возникает дефицит кислорода для полной термодеструкции антрацена, в результате чего часть антрацена не горит, а возгоняется. Цветовая насыщенность черного дыма снижается, приобретая серый оттенок на уровне прототипа, что сокращает дальность видимости и различимости сигнального облака.

При содержании в составе хлората калия более 57 мас.% физически снижается масса антрацена, который при избытке окислителя сгорает полнее, без образования свободных частичек сажи, что заметно снижает насыщенность черного цвета в генерируемом аэрозоле. При этом состав быстро сгорает, не обеспечивая заданного времени действия сигнала.

При содержании в составе антрацена больше 47 мас.% образуются его несгорающие излишки, которые возгоняются, в результате чего дым становится серым.

При содержании в составе антрацена меньше 43 мас.% снижается выход свободного углерода в аэрозоль, который теряет насыщенность черного цвета и, соответственно, соответствие назначению по основным показателям.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущего признакам в разобщенности, то есть поставленная задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления пиротехнического состава черного дыма в действующем производстве можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Предложенный пиротехнический состав приготавливают простым смешиванием в серийных смесителях мерного количества структурных компонентов.

Прессование зарядов из пиротехнических составов, включающих антрацен, содержащий антраценаценовое масло в оптимизированном диапазоне 2-5 мас.%, осуществлялось при давлениях 300-350 кг/см².

Для оптимизации количественного соотношения компонентов пиротехнического состава по изобретению были приготовлены композиции для испытаний, которые включали структурные элементы в пределах предложенного диапазона, в его середине и за границами оптимизированных значений минимально и максимально необходимого количества их массового содержания.

Характерные значения компонентов в указанных составах и показатели назначения представлены в табл.1 и 2.

Таблица 1
Количественное соотношение компонентов в пиротехническом составе
компоненты	Содежание компонентов в составе, мас.%
вар.1	вар.2	вар.3	вар.4	вар.5
хлорат калия	52	53	56	57	58
антрацен	48	47	44	43	42

Таблица 2
Показатели назначения
Компоненты	Значения технических характеристик
вар.1	вар.2	вар.3	вар.4	вар. 5
цвет дыма	серый	черный	черный	черный	сероватый
дальность видимости, км	1,1	1,5	1,5	1,5	1,2
дальность различимости, км	0,8	1,2	1,2	1.2	0,9

Примечания.

1. Дымовое облако во всех вариантах выполнения составов образуется при сжигании пиротехнического заряда в корпусе ручной дымовой гранаты с массой снаряжения 250 г.

2. Условия наблюдения происходили при горизонтальной видимости в атмосфере не менее 3 км и скорости приземного ветра 3-5 м/с.

Из вышеприведенных таблиц следует, что варианты составов 2-4 по достигаемому техническому результату (насыщенности черного цвета, дальности различимости и видимости дымового облака) соответствуют тактико-техническому заданию заказчика и являются пригодными для практической реализации в дымовых сигнальных зарядах.

Пиротехнический состав черного дыма, включающий хлорсодержащий окислитель и антрацен каменноугольный сырой, содержащий антраценовое масло, отличающийся тем, что он содержит в качестве окислителя хлорат калия, а антрацен каменноугольный сырой содержит антраценовое масло в диапазоне 2-5 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

хлорат калия	53-57
антрацен каменноугольный сырой	43-47