Способ утилизации дымного ружейного пороха прострелом пулей стрелкового оружия

Способ утилизации дымного ружейного пороха прострелом пулей стрелкового оружия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области уничтожения дымных ружейных порохов и может быть реализовано в качестве способа по уничтожению дымных ружейных порохов в картузах воспламенителей методом прострела пулей стрелкового оружия.

Дымный порох представляет собой зерненную механическую смесь состава масс %: селитра - 75, сера - 10, уголь древесный - 15, где селитра - окислитель, уголь древесный - горючее, сера - основное пластичное вещество для придания механической прочности зерна также является горючим.

По истечении срока годности и в процессе изготовления дымных порохов отходы подлежат уничтожению замачиванием или сжиганием.

Эти способы утилизации дымного пороха является экономически невыгодным требует определенные затраты и время на подготовку.

На данный момент имеются различные разработки в области утилизации [7, 8]. Известна технологическая линия утилизации устаревшего пороха [9]. Линия предназначена для получения нитроцеллюлозного продукта, для материалов гражданского назначения или пороха, очищенного от нестабильных примесей, скапливающихся в процессе хранения из устаревшего как пироксилинового, так и баллиститного порохов. Линия не позволяет перерабатывать дымный порох и изделия его содержащие.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является уничтожение дымного пороха сжиганием (СТП 44А-Р-021-03 производства уничтожения и расснаряжения боеприпасов на площадках уничтожения. Правила устройства и эксплуатации). Утилизация дымного пороха в прототипе осуществляется на специальных площадках путем сжигания рассыпанного по ней дымного пороха определенной массы. При этом возрастает экологическая опасность. Кроме того, из-за свойства дымного пороха детонировать при горении повышается пожароопасность.

Целью изобретения является способ уничтожения дымных ружейных порохов в коробах прострелом пулей стрелкового оружия на площадках уничтожения, содержащих участки 1-го типа (подрывные поля), а также основные требования к оборудованию площадок уничтожения, позволяющий понизить уровень экологической опасности и пожароопасности.

Технический результат достигается путем уничтожения дымного ружейного пороха находящегося в коробе прострелом пулей. При этом уничтожение дымного пороха производится на расстоянии и мгновенно.

Поставленная цель реализуется в предлагаемом методе утилизации дымного пороха и изделий на их основе, при помощи специальной площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом общей массой не более 50 кг.

Короб с дымным ружейным порохом устанавливается положением на бок горловиной вправо или влево от направления стрельбы, т.е. крышка направлена в вал.

Предлагаемая схема (фиг.1) включает в себя:

1 - площадка для прострела ящиков с ДРП; 2 - укрытие для стрелка; 3 - укрытие для рабочих; 4 - укрытие для контролера КПП; 5 - ветроуказатель; 6 - флагшток; 7 - пожарный щит; 8 - защитный вал площадки для прострела ящиков с ДРП; 9 - устройство для подачи звукового сигнала.

Процесс утилизации дымного пороха посредством предлагаемым способом осуществляется следующим образом:

1) пролить водой площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом;

2) выгрузить ящики с дымным ружейным порохом из автомобиля;

3) подать ящик с дымным ружейным порохом на площадку для прострела;

4) извлечь короб с дымным ружейным порохом из ящика (деревянной тары);

5) установить короб с дымным ружейным порохом на сухие деревянные подкладки (штабельные, четыре штуки) на площадке для прострела;

6) осуществить прострел короба с дымным ружейным порохом;

7) осмотр площадки прострела после детонации короба с дымным ружейным порохом.

На площадке для прострела ящиков с дымным ружейным порохом допускается устанавливать только один короб с дымным ружейным порохом. Короб с дымным ружейным порохом должен содержать не более 50 кг дымных порохов и изделий из него. Короб с дымным ружейным порохом устанавливается положением на бок горловиной вправо или влево от направления стрельбы, т.е. крышка направлена в вал.

Прострел короба с дымным ружейным порохом производить из укрытия руководителем (исполнителем) работ с расстояния не менее 200 м из автомата АКМ патронами с пулями БЗ, винтовки СВД патронами с пулями Б-32, ПЗ или бронеобъекта (БТР) из пулеметов ПКТ, КПВТ патронами с пулями Б-32, ПЗ (для ПКТ); МДЗ, БЗТ, БСТ, Б-32, БС-41, ЗП (для КПВТ).

Контроль полноты уничтожения дымных ружейных порохов проводится руководителем работы (начальник площадки уничтожения) не ранее чем через 20 мин после их взрыва.

Уничтожение очередного короба с дымным ружейным порохом следует проводить только после осмотра и пролива водой площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом.

Устройство и оборудование площадок, содержащих участки 1-го типа (подрывные поля), для уничтожения дымных ружейных порохов в коробах методом прострела пулей стрелкового оружия должны отвечать определенным требованиям, которые рассмотрим ниже.

Площадка уничтожения, содержащая участки 1-го типа, для уничтожения дымных ружейных порохов в коробах методом прострела пулей стрелкового оружия должна соответствовать требованиям СТП 44А-Р-021-03 производства уничтожения и расснаряжения боеприпасов на площадках уничтожения.

Правила устройства и эксплуатации

Для уничтожения дымных ружейных порохов путем инициирования коробов с ДРП прострелом пулей площадку уничтожения необходимо дополнительно оборудовать:

- площадкой для прострела коробов с дымным ружейным порохом;

- защитным валом площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом;

- отбойной стенкой (для улавливания пуль);

- укрытием для стрелка.

Сектор стрельбы должен быть свободен от объектов и сооружений площадки уничтожения, очищен от травы и кустарников и должен находиться на одной плоскости с точкой ведения стрельбы.

Расстояние от площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом до леса должно быть не менее 200 м.

Теоретические расчеты и обоснования способа уничтожения дымных ружейных порохов в коробах методом прострела пулей стрелкового оружия

1 Оценка возможности уничтожения дымных ружейных порохов в коробах методом прострела пулей стрелкового оружия

1.1 Для упаковывания пороховых зарядов используется прямоугольная однозамковая тара (в дальнейшем короб) IV-1 (инд. 4ЯК10, черт. - 26631) двух типоразмеров, изготавливаемых из листовой стали толщиной 1,0 мм. Короб инд. 4ЯК10 имеет следующие размеры: высота - 461 мм; основание - 425×425 мм, а инд. 4ЯК10-01: высота - 572 мм; основание 425×430 мм. Масса короба инд. 4ЯК10 составляет 9,03 кг, а инд. 4ЯК10-01 - 10,60 кг.

1.2 Поскольку скорость детонации дымного ружейного пороха составляет около 400 м/с, а скорость звука в стали - 5000 м/с, то короб при детонации ДРП будет разрушаться на крупные осколки без интенсивного дробления.

Начальную скорость разлета осколков короба найдем через коэффициент массовой нагрузки короба и коэффициент его наполнения [1, 2]:

V 0 = 0,5 D β 2 + β ,

где D - скорость детонации дымного ружейного пороха;

β = ω m к - коэффициент массовой нагрузки;

ω - масса дымного ружейного пороха в коробе;

m_к - масса короба.

β = ω m к = 50 9,03 = 5,54.

V 0 = 0,5 D β 2 + β = 0,5 ⋅ 400 5,54 2 + 5,54 = 171   м / с .

V 0 = 0,5 D 0,9 α 2 − α ,

где α = ω m к + ω - коэффициент наполнения.

α = ω m к + ω = 50 9,03 + 50 = 0,847.

V 0 = 0,5 D 0,9 α 2 − α = 0,5 ⋅ 400 0,9 ⋅ 0,847 2 − 0,847 = 163   м / с .

Тогда средневзвешенная начальная скорость разлета осколков будет V_0cp=167 м/с.

Принимая массу оптимального осколка, с точки зрения баллистики, m₀=10 г и конечную его безопасную скорость полета V_к=10 м/с, найдем максимальную дальность его полета по зависимости

X max = m 0 1 / 3 a 0 ln V 0 V к ,

где a₀ - коэффициент, зависящий от баллистических характеристик осколка.

Для осколков естественного дробления а₀=0,0374.

X max = m 0 1 / 3 a 0 ln V 0 V к = 10 1 / 3 0,0374 ln 171 10 = 164   м .

Принимаем в качестве минимальной безопасной дальности стрельбы для стрелка расстояние, равное 200 м, которое в дальнейшем проверим по условию не поражения воздушной ударной волной. Для этой дальности найдем скорость встречи пули с коробом V_c для некоторых традиционных видов стрелкового оружия [3]. Основные конструктивные характеристики автоматных и винтовочных пуль и их скорости на дальности 200 м представлены в табл.1.

Анализ данных, представленных в табл.1, показывает, что удельная энергия пуль приведенных образцов стрелкового оружия Е_уд на два порядка превышает потребную для инициирования дымного ружейного пороха Е у д = 18 Д ж с м 2 [4]. Для обеспечения надежного инициирования (детонации и горения) дымного ружейного пороха в коробе необходимо использовать для стрельбы патроны с бронебойно-зажигательными и пристрелочно-зажигательными пулями.

Таблица 1
Основные конструктивные и баллистические характеристики автоматных и винтовочных пуль
Тип стрелкового оружия	Масса пули m0	V0, м/с	Vc, м/c	dc, мм	mc, г	Eуд, Д ж с м 2
7,62-мм АКМ	7,9	715	537	5,80	3,60	1965
5,45-мм АК-74	3,4	900	709	4,20	1,42	2576
7,62-мм СВД	9,6	830	685	6,12	4,72	3764
Примечание. В табл.1 dc, mc - диаметр и масса сердечника пули соответственно.

1.3 При пробитии стенки короба пуля фрагментируется, т.е. стенку короба пробивает сердечник, а оболочка и рубашка пули, деформируясь, сходят с него. Оценим потери скорости сердечника пули при пробитии стенки короба (b_cm=1,0 мм) на примере 7,62-мм пули АКМ. Скорость выхода сердечника на тыльную сторону стенки короба определяется по зависимости [3]

V в ы х = V c 2 − V п c п 2 ,

где V_псп - предельная скорость пробития стенки короба, которую можно определить через удельный единичный импульс, как для стальной преграды, ( i у д к р ) по зависимости [1]

V п c п = i у д к р b c m S м m c = i у д к р b c m π d c 2 4 m c = 0,55 ⋅ 1,0 ⋅ 3,14 ⋅ 0,58 2 4 ⋅ 3,6 ⋅ 10 − 3 = 41   м / с .

V в ы х = V c 2 − V ​ п c п 2 = 537 2 − 41 2 = 535   м / с .

Таким образом, можно заключить, что при пробитии пулей стенки короба потери энергии ее сердечника при рассматриваемых скоростях встречи минимальны и ими можно пренебречь.

Как показано выше, и это общеизвестно, чувствительность дымного ружейного пороха к удару значительно выше, чем у пироксилиновых и баллиститных порохов, что обусловлено их высокой пористостью. При скоростях нагружения выше критических (более 500 м/с) ударная волна практически сидит на носике сердечника пули, а впереди него воздушные включения е порах зерен пороха в виде микрообъемов ударно сжимаются, образуя так называемые «горячие точки», т.е. процесс взрывчатого превращения напоминает случай пересжатой детонации. В дальнейшем скорость сердечника пули при движении в пороховой массе падает и процесс взрывчатого превращение выходит на стационарный режим. Процесс взрывчатого превращения дымного ружейного пороха правильнее всего называть взрывным горением, а не детонацией.

Оценим температуру воздуха в «горячих точках» при скорости сердечника пули, равной 535 м/с, и при критических условиях (при минимально! скорости встречи, равной 500 м/с), принимая процесс сжатия газа в микрообъемах адиабатическим [5]:

T = P c ( P 0 P c ) l k ρ 0 R ,

где P c = ρ д р п V в ы х 2 2 = 1650 ⋅ 535 2 2 = 2,36 ⋅ 10 8   П а - давление газа в микрообъемах при ударном сжатии;

Р₀ - нормальное давление воздуха (Р₀=1·10⁵ Па);

ρ₀ - плотность воздуха при нормальном давлении (ρ₀=1,293 кг/м³);

R - газовая постоянная (для воздуха R=286,6 Дж/(кг·К);

k - показатель адиабаты (для воздуха k=1,4).

T V c = P c ( P 0 P c ) l k ρ 0 R = 236 ⋅ 10 6 ( 1 ⋅ 10 5 236 ⋅ 10 6 ) 1 1,4 1,293 ⋅ 286,6 = 2482   K .

При V_вых=500 м/с P c = ρ д р п V в ы х 2 2 = 1650 ⋅ 500 2 2 = 2,06 ⋅ 10 8   П а .

T V в ы х = P c ( P 0 P c ) l k ρ 0 R = 206 ⋅ 10 6 ( 1 ⋅ 10 5 206 ⋅ 10 6 ) 1 1,4 1,293 ⋅ 286,6 = 2388   K .

Данная температура практически соответствует температуре горения дымного ружейного пороха (Т_дрп=2420 K [6]).

1.4 И последнее, оценим вероятность попадания пули в короб с порохом при одном выстреле из различного стрелкового оружия на дальности 200 м [7].

P n i = 1 4 [ Ф ( X i ' ' σ x 2 ) − Ф ( X i ' σ x 2 ) ] [ Ф ( Y i ' ' σ y 2 ) − Ф ( Y i ' σ y 2 ) ] ,

где Ф(Х) - функция Лапласа, определяемая по зависимости

Ф ( Х ) = 1 − 1 ( 1 + 0,278393 X + 0,230389 X 2 + 0,000972 X 3 + 0,078108 X 4 ) 4

при 0≤X<∞. Если X=0, то Ф(X)=0, и если X<0, то Ф(-X)=-Ф(X).

Наибольшая абсолютная ошибка аппроксимации для данной зависимости составляет 5,0·10^-4.

X i ' ' ; X i ' ; Y i ' ' ; Y i ' - координаты границ короба;

σ_х; σ_y - средние квадратические отклонения пули

σ x = B б ⋅ D X п р ⋅ 0,675 ; σ y = B в ⋅ D X п р ⋅ 0,675 ;

В_в, В_б - срединные квадратические отклонения пули по высоте и боковому направлению соответственно на дальности прямого выстрела X_пр;

D - дальность стрельбы.

Для АКМ при D=200 м:

P = 1 4 [ Ф ( X 1 ' ' σ x 2 ) − Ф ( X 1 ' σ x 2 ) ] [ Ф ( Y 1 ' ' σ y 2 ) − Ф ( Y 1 ' σ y 2 ) ] =

= 1 4 [ Ф ( 0,23 ⋅ 0,675 0,18 2 ) − Ф ( − 0,23 ⋅ 0,675 0,18 2 ) ] [ Ф ( 0,21 ⋅ 0,675 0,11 2 ) − Ф ( − 0,21 ⋅ 0,675 0,11 2 ) ] = = 0,77.

Для AK-74 при D=200 м:

                                                                        P = 1 4 [ Ф ( X 1 ' ' σ x 2 ) − Ф ( X 1 ' σ x 2 ) ] [ Ф ( Y 1 ' ' σ y 2 ) − Ф ( Y 1 ' σ y 2 ) ] = = = 1 4 [ Ф ( 0,23 ⋅ 0,675 0,08 2 ) − Ф ( − 0,23 ⋅ 0,675 0,08 2 ) ] [ Ф ( 0,21 ⋅ 0,675 0,06 2 ) − Ф ( − 0,21 ⋅ 0,675 0,06 2 ) ] = = 0,96.

Для СВД при D=200 м:

                                                                          P = 1 4 [ Ф ( X 1 ' ' σ x 2 ) − Ф ( X 1 ' σ x 2 ) ] [ Ф ( Y 1 ' ' σ y 2 ) − Ф ( Y 1 ' σ y 2 ) ] = = 1 4 [ Ф ( 0,23 ⋅ 0,675 0,036 2 ) − Ф ( − 0,23 ⋅ 0,675 0,036 2 ) ] [ Ф ( 0,21 ⋅ 0,675 0,036 2 ) − Ф ( − 0,21 ⋅ 0,675 0,036 2 ) ] = = 0,9999.

Анализ данных расчетов показывает, что вероятность попадания в короб с пороховым зарядом на дистанции 200 м при стрельбе из рассмотренных видов стрелкового оружия близка к единице.

2 Оценка возможности одновременного инициирования нескольких коробов с дымным ружейным порохом

2.1 Определим параметры ударной волны при взрыве порохового заряда в коробе на различных дальностях от места инициирования по формуле М.А. Садовского, а также по формулам, приведенным в [1]:

- избыточное давление во фронте ударной волны при взрыве порохового заряда в коробе

ΔP=0,084X+0,21X²+0,7Х³,

где X = ω э 1 3 R ;

ω_э - масса порохового заряда в тротиловом эквиваленте;

R - удаление рассматриваемой точки от центра взрыва;

ω э = ω д п р Q V д п р Q V ( п ) T H T 1 η ;

ω_дпр - масса дымного ружейного пороха в коробе;

Q V д п р - удельная теплота взрыва дымного ружейного пороха;

Q V ( п ) T H T - удельная теплота взрыва тротила при воде парообразной;

η - коэффициент, учитывающий соотношение энергий, выделяемых одинаковой массой порохового заряда воспламенителей из дымного ружейного пороха (50 кг) и воспламенителей с пламегасителем из пороха ВТХ-10 той же массы;

η = Q д р п Q д р п + в т x ;

Q д р п - энергия, выделяемая при взрыве воспламенителей из дымного ружейного пороха массой 50 кг;

Q д р п + в т х - энергия, выделяемая при взрыве воспламенителей из дымного ружейного пороха и пламегасителей из пороха ВТХ-10 общей массой 50 кг;

Q д р п = ω д р п Q V д р п = 50 ⋅ 2786 = 1,393 ⋅ 10 8   Д ж ;

Q д р п + в т x = ω д р п Q V д р п + 0,9 ω в т x Q V в т x = 20 ⋅ 2786 + 0,9 ⋅ 30 ⋅ 4295 = 1,745 ⋅ 10 8   Д ж ;

Q V в т x - удельная теплота взрыва пироксилина (ВТХ-10);

η = Q д р п Q д р п + в т x = 1.393 ⋅ 10 8 1,745 ⋅ 10 8 = 0,798.

Тогда масса порохового заряда, состоящего из воспламенителей с дымным ружейным порохом и пламегасителей (ВТХ-10), при общей массе 50 кг в тротиловом эквиваленте будет

ω э = ω д р п Q V д р п Q V ( п ) T H T 1 η = 50 ⋅ 2786 3603 ⋅ 1 0,798 = 48,5   к г ;

- время действия ударной волны (фазы сжатия)

τ + = k ω э 1 6 R 2 1 ,

где k=1, при 1,1≥X≥0,6;

k=1,2, при 0,6>X≥0,1;

- скорость фронта ударной волны

D = 340 ( 1 + 8,5 Δ P ) 1 2 ;

- массовая скорость воздуха за фронтом ударной волны

U = 2400 Δ P ( 1 + 8,5 Δ P ) 1 2 ;

- импульс избыточного давления во фронте ударной волны

J = A ω э 2 3 R ,

где A - коэффициент, зависящий от вида ударной волны и высоты взрыва.

Так, для наземного взрыва и падающей ударной волны А=180, а для отраженной - 550.

Таким образом, импульсная сила, приложенная к боковой поверхности соседнего короба с дымным ружейным порохом, будет

F=ΔPS_бп,

где S_бп - площадь боковой поверхности короба.

2.2 Расчеты параметров воздушной ударной волны при взрыве порохового заряда в коробе, состоящего из воспламенителей дымным ружейным порохом и пламегасителей (ВТХ-10), при общей массе 50 кг на различных дальностях от центра взрыва представлены в табл.2.

Таблица 2
Параметры воздушной ударной волны на различных дальностях от центра взрыва
Параметры УВ	Удаление рассматриваемой точки от центра взрыва, м
10	20	30	40	50	60	80	100	120	160	200
ΔР, кПа	100	28,5	15,5	10,4	7,84	6,26	4,46	3,46	2,82	2,06	1,63
τ+, мс	7,25	10,3	12,6	14,5	16,2	17,8	20,5	22,9	25,1	29,0	32,4
J, нс/м2	239	120	79,8	59,9	47,9	39,9	29,9	23,9	20,0	15,0	12,0
U, м/с	177	61,4	34,9	24,0	18,2	14,6	10,5	8,18	6,69	4,91	3,87
D, м/c	463	379	362	355	351	349	346	345	344	343	342
F, кН	19,7	5,59	3,03	2,05	1,54	1,23	0,87	0,68	0,55	0,40	0,32

Анализ данных табл.2 показывает, что на расстоянии 200 м от центра взрыва воспламенителей из дымного ружейного пороха и пламегасителей из пороха ВТХ-10 общей массой 50 кг в коробе избыточное давление во фронте ударной волны составляет ΔР=1,63 кПа, что меньше нижнего порога временной потери слуха (ΔР=2 кПа) [2].

Кроме того, можно заключить, что на расстоянии до 30 м соседний короб с ДРП получает повреждение в виде метательного действия при одновременной деформации (прогибе) боковой стенки короба, что недопустимо по требованиям техники взрывобезопасности.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований показали:

1. При взрыве короба с дымным ружейным порохом образуются крупные осколки с плохой баллистической формой, разлетающиеся с начальной скоростью до 171 м/с. Максимальная дальность разлета осколков (определенная теоретически) не превышает 164 м. В качестве минимальной безопасной дальности стрельбы для стрелка необходимо принять расстояние, равное 200 м.

2. При простреле пулей патрона стрелкового оружия калибра 7,62 мм и более короба с дымным ружейным порохом с дистанции 200 м обеспечивается его надежное и полное уничтожение взрывом.

3. Для обеспечения более высокой надежности инициирования дымного ружейного пороха в коробе рекомендуется вести стрельбу из традиционных видов стрелкового оружия патронами калибра 7,62 мм и более с бронебойно-зажигательными и пристрелочно-зажигательными пулями.

4. Вероятность попадания в короб с порохом на дистанции 200 м при стрельбе из рассмотренных видов стрелкового оружия близка к единице.

Предлагаемый способ утилизации дымного ружейного пороха позволяет обеспечить безотходность, и снизить пожароопасность.

Используемая литература

1. Действие артиллерийских боеприпасов / П.Н. Дерябин [и др.]. - Пенза: ПАИИ, 2004. - 250 с.

2. Орленко Л.П. Физика взрыва и удара: учеб. пособие для вузов / Л.П. Орленко. - М: Физматлит, 2006. - 304 с.

3. Дерябин П.Н. Вопросы безопасности жизнедеятельности личного состава силовых структур в прикладных задачах математики, физики и теоретической механики: монография / П.Н. Дерябин. - Пенза: ПГТА, 2007. - 188 с.

4. Основы теплотехники / В.В. Бурлов [и др.]. - Пенза: ПАИИ, 2003. - 231 с.

5. Оценка эффективности поражающего действия артиллерийских боеприпасов основного назначения / П.Н. Дерябин [и др.]. - Пенза: ПАИИ, 2004 - 79 с.

6. Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. - М.: Физматлит, 2002. - 824 с.

7. Способ уничтожения нитроцеллюлозных порохов (№2188385 от 27.08.2002 RU).

8. Способ утилизации тротила (№2247933 RU 2005 г.).

9. Технологическая линия утилизации устаревшего по