Шидловский. Основы пиротехники. А. А. Шидловский основы пиротехники издание четвертое, переработанное и дополненное
 Скачать 2.26 Mb.
|
|
§ 2. ФОТОМАТЕРИАЛЫ Фотоматериалы (аэрофотопленки), применяемые при аэрофотосъемке, разнообразны они различаются по светочувствительности, контрастности, то спектральной чувствительности, фотографической широте и разрешающей способности. Изучение свойств фотоматериалов — сенситометрия — это специальный раздел научной фотографии. В СССР имеются общесоюзные стандарты на методы сенситометрических испытаний Рис. З. Характеристики аэрофотопленки панхром 10Н-10ОО (проявитель № I по ГОСТа характеристические кривые б—кривая спектральной чувствительности в—плотность почернения г—количество освещения При ночных аэрофотосъемках используются пленки максимально высокой светочувствительности. По спектральной чувствительности фотоматериалы подразделяют на ортохроматические и изо-ортохроматические с длинноволновым пределом чувствительности соответственно дои мкм изохроматические, чувствительные до 0,64 мкм панхроматические и изопанхроматические с пределом чувствительности 0,68—0,70 мкм инфрахрома- тические, чувствительные к видимому свету и, кроме того, обладающие чувствительностью в инфракрасной части спектра (до 0,76—0,85 мкм) [59], [31]. Рис. 12.4. Кривые спектральной чувствительности (Ли фотоакти-ничного потока А под красным светофильтром КС-14 (2) инфра-хроматической аэрофотопленки Так как максимум излучения пламени фотосоставов лежит в ближней инфракрасной части спектра, то для лучшего использо визо-панхрОМатичеокие ания световой энергии применяют панхроматические или аэропленки с максимумом чувствительности в части спектра. оранжево-красной Наилучшего фотографического действия следует использовании ожидать при инфрахромати-ческих материалов. По сообщению в прилагаются усилия для США использовадия ИК-фотоматериалов при ночной На рис и 12.4 аэрофотосъемке. представлены характеристические кривые и кривые чувствительности спектральной панхроматической и инфрахроматической аэропленок. § 3. ФОТОАВИАБОМБЫ Основное требование, предъявляемое к фотоавиабомбе,— это максимальная сила света вспышки при ее взрыве. При условии согласования с работой фотоаппарата и высокой чувствительностью фотопленки это должно обеспечить получение негативов удовлетворительного качества при заданных условиях фотографирования (НАФА, скорость и высота полета. Рис. 12.5. Схема взаимного расположения НАФА, вспышки фотобомбы и фотографируемой местности и —угол отставания ФОТАБ; а—половина угла зрения объектива НАФА; высота взрыва ФОТАБ; Н—высота полета самолета Конструктивные и баллистические качества фотоавиабомбы должны обеспечивать разрыв ее ¦B заданной точке траектории. Сила света вспышки фотобо,мбы и высота ее разрыва над местностью определяют в основном количество освещения, получаемое фотографируемым участком местности, н равномерность его освещения. Оптимальное положение точки взрыва фотобомбы обычно предварительно рассчитывается и зависит от высоты фотосъемки и скорости полета самолета, качества пленки, угла зрения и светосилы объектива НАФА и отражательной способности фотографируемой местности. Как показано на рис. 12.5, положение фотобомбы в момент разрыва может быть точно определено заданным углом отставания и высотой разрыва. Угол отставания должен быть значительно больше половины угла зрения НАФА, чтобы была исключена возможность попадания на аэропленку прямых лучей вспышки ФОТАБ. При нормальной величине угла отставания 0 оптимальная высота разрыва фотобомбы при которой потребная сила света ФОТАБ будет минимальной, равна примерно высоты полета Н Конструкция фотоавиабомбы должна допускать возможность регулирования высоты разрыва и угла отставания бомбы. Это достигается использованием дистанционных взрывателей, а также применением различных тормозных устройств, увеличивающих аэродинамическое сопротивление бомбы и соответственно ее отставание от самолета. Должно быть обеспечено однообразие характеристик фотобомб; светотехнические и временные характеристики вспышки отдельной бомбы не должны значительно отклоняться от величин, установленных для фотобомб данного типа. Кроме того, фотобомбы должны удовлетворять требованиям простоты и безопасности процесса снаряжения и эксплуатации, неизменности состава снаряжения и основных характеристик при долговременном хранении. Фотобомбы ВВС различных стран содержат обычно следующие основные элементы: стальной цилиндрический корпус сушками для подвески, стабилизатор, механический дистанционный взрыватель, контровочные устройства, тормозное устройство, пиротехническое снаряжение. По типу применяемого снаряжения фотобомбы разделяют на 1) ФОТАБ, снаряжаемые фотосмесями; 2) ФОТАБ металлопылевого типа 3) ФОТАБ раздельного снаряжения (с сегрегированным окислителем. 146 Первые образцы фотобомб снаряжались фотосмесями, применявшимися в ту тору в бытовой фотографии, те. смесями магниевого порошка и порошка какого-либо окислителя. Позже было установлено, что магниевые фотосмесн дают растянутые вспышки с относительно невысокой силой света. Путем замены магния порошком сплава А1—Mg удалось существенно повысить светотехнические характеристики фотобомб. На рис. 12.6 показано устройство фотоавиабомбы, снаряженной фотосмесью, а в табл. приведены основные характеристики некоторых фотобомб этого типа. Рис. 12.6. Схема типичной фотобомбы, снаряженной фотосмесью: дистанционный взрыватель разрывной заряд 3—контро-вочная проволока подвесное ушко 5—фотосмесь Таблица 12.1 Характеристики ФОТАБ, снаряженных фотосмесями Страна Индек с бомбы Длина и деаметр мм Обшая масса кг Количеств о фотосмеси кг Максималь ная сила света млн. св. Время достижения максимальной силы света мс Све то млн. сумм а св*с Об щая за лучшие 40 мс Продол жите льность вспышки мс е. Термин чению фото лучшие вспышки означает отрезок врем ени, отвеч а ющий США М Х 68 32 3490 6 165 76 153 США МАХ США Т-94 (опыт Х 420 204 5600 6,5 666 163 299 ная) СССР ФОТА Б-50 (35) х 35 18 500 8,5 38 160 устаревшая) Типичная кривая свет — время вспышки фотобомбы представлена на рис. 12.7. Рис. 12.7. Кривая свет — время вспышки американской фотобомбы МА, снаряженной фотосмесью Фотобомбы, снаряженные фотосмесями, довольно опасны в эксплуатации, так как легко детонируют при простреле пулями или осколками. Разработка более безопасных фотобомб, проводившаяся в ряде стран, завершилась созданием так называемых металлопылевых фотобомб. Их снаряжают металлическими порошками магния, алюминия или А сплава. В таких бомбах по оси заряда металлического порошка размешается воапламенительно-разрывной заряд (ВРЗ) из взрывчатого вещества (тетрил, тротил+алюминий и др. При взрыве бомбы продукты сгорания ВРЗ распыляют порошок металла в воздухе и воспламеняют его. Сгорая за счет кислорода воздуха, металлический порошок образует пламя больших размеров с ярким кратковременным свечением. Пламя имеет форму кольца с характерной несветящейся зоной в центре, наличие которой обусловлено газообразными плохо излучающими продуктами разложения ВРЗ. В некоторых случаях (например, немецкая бомба BLC-50) металлический порошок (А1-луд- ра) выбрасывается с помощью подвижной диафрагмы через хвостовой срез корпуса и образует три сгорании яркую огневую трассу. Было установлено, что создать фотобомбы удовлетворительного качества а основе магниевого порошка невозможно. Наилучшие результаты были получены при применении порошка сплава А. Стандартная американская ФОТАБ металлопылевого типа (М, имеющая общий вес кг, снаряжена 34 кг порошка сплава Ас размером частиц 20±5 мк и осевым цилиндрическим ВРЗ диаметром 25 мм, содержащим 0,9 кг сплава тротила с алюминием. Бомба дает вспышку с шах ==820 млн. ев (кд), временем достижения максимума мс исве-тосуммой за лучшие 40 мс 32 млн. св. с. Кривая свет — время вспышки этой (бомбы представлена на рис. 12.8. Бомба позволяла получать аэронегативы удовлетворительного качества с высот до 6 км. Рис. 12.8. Кривые, свет — время для металлопылевой фотобомбы (М для фотобомбы (M-I20A1), снаряженной фотосмесью Стремясь совместить положительные качества бомб обоих описанных выше типов большую силу света бомб с фотосмесями и безопасность к прострелу пулей или осколком, присущую бомбам металлопылевого типа, разрабатывали фотобомбы раздельного снаряжения, в которых осевой тротиловый ВРЗ, алюминиевый порошок и окислитель — 148 перхлорат калия — помещались раздельно в коаксиальных (имеющих одну и туже ось) цилиндрах, так что слой окислителя находился между ВРЗ и металлом. § 4. ФОТО ПАТРОНЫ Для съемки со средних и малых высот (от Г до 2,6 км) применяют фотоосветительные патроны (фотопатроны); их транспортируют в многоствольных кассетах, из которых выстреливают в момент фотосъемки. Фотопатрон (рис. 12.9) содержит заряд фотосмеси и замедлительно-вос-пламенительные устройства (ЗВУ), помещенные в алюминиевую оболочку Рис. 12.9. Устройство типичного фотопатрона: оболочка фотозаряда; 2—фотосмесь; 3—замед- лительно-воспламенительное устройство (ЗВУ); 4— вышибной пороховой заряд капсюльная втулка пыжи фотозаряда; крышка патрона она, в свою очередь, помещается вместе с небольшим вышибным зарядом дымного пороха в наружную алюминиевую гильзу патрона, снабженную электровоспламенительной втулкой. Электрический импульс воспламеняет капсюльную втулку, последняя воспламеняет вышибной пороховой заряд. Давлением пороховых газов выстреливается заряд с фотосмесью и одновременно воспламеняется ЗВУ, а затем срабатывает капсюль- детонатор и взрывает заряд фотосмеси. В этот момент и производится экспонирование аэропленки. Фотопатроны имеют ЗВУ с различным временем замедления. Выбор времени замедления зависит от скорости полета самолета при аэрофотосъемке время замедления тем меньше, чем больше скорость самолета. В табл. 12. 2 приведены основные характеристики американских фотопатронов. Таблица 12.2 Основные характеристики фотоосветительных патронов 149 Тип патрона Длина и диаме тр мм Об щи й вес г Кол иче ство фот осм еси г Макси ма льная сила света млн. св (кд) Время достижения максимальной силы света мс Продо лжител ьность вспышки Свето сумма млн.св. с Обща я за лучшие мс Время замедления с Количество патронов в касете М11 2 Х 0 454 198 110 3 30 1,4 1; или 4 МАХ или 6 20 Кассеты с фотопатронами монтируются обычно внутри фюзеляжа самолета или на подкрыльевых пилонах. Кассеты сблокированы с фотоаппаратом через шаговый включатель, который задает определенный темп чыстреливания фотопатронов. Интервал между вспышками устанавливаутся в зависимости от скорости полета самолета и необходимого линейного перекрытия аэроснимков. На современных самолетах- разведчиках обычно имеется несколько кассет с числом фотопатронов 100 и более. Это дает возможность производить маршрутную ночную аэрофотосъемку (рис. 12.10). Рис. 12. 10. Схема съемки маршрута с использованием фотопатронов: /, 2, 3— снимаемые последовательно участки местности 4 — правление полета С,—интервал между вспышками (или интервал между снимками перекрытие снимков 5. ФОТОСОСТАВЫ. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВСПЫШЕК И СВОЙСТВА ФОТОСОСТАВОВ Фотоосветительные составы делятся на две группы фотосмеси — механические смеси тонкоизмельченных порошков металлов (алюминия, магния и их сплавав) и кислородсодержащих юолей (КС104, Ba(NO3) 2 и др) и порошки металлов, чистые или с некоторыми добавками, благоприятствующими их диспергированию при взрыве ВРЗ и быстрому воспламенению и сгоранию в кислороде воздуха. Фотосмеси для получения большой силы света должны иметь высокую калорийность более 2 ккал/г (8,4 кДж/г). Исходя из этого в качестве горючих в фотоомесях применяют порошки высококалорийных металлов магния, магниевых сплавов, алюминия, а иногда также циркония и титана. При выборе металлического горючего и окислителя руководствуются теми же соображениями, что и при выборе компонентов для осветительных составов. В некоторых случаях к двойной смеси окислителя и горючего для получения необходимых времени горения, цвета пламени и т. п. добавляют специальные вещества, окрашивающие пламя и другие добавки. В табл. 12.3 приведены типичные составы фотосмесей, применяемых в ФОТАБ и фотопатронах, а также в зарядах-маркерах и световых имитаторах (см. § 7 этой главы. Таблица 12.3 Американские составы д.кя фотовспышек и зарядов-маркеров № по пор. Рецепт, % № по пор. Рецепт, % 1 Магний — 34 Алюминий — Перхлорат калия — 40 5 (опытный) Кальций Перхлорат натрия 2 Сплав Al—Mg Перхлорат калия 6 Патент США (1969) Алюминиевый порошок—40 Перхлорат калия 4 Алюминий Перхлорат калия Нитрат бария 7 Смесь для светового маркера Алюминий Алюминиевая пудра Нитрат бария К фотосмесям предъявляются следующие специальные требования минимальная продолжительность вспышки, максимальная сила света, наибольшее соответствие спектрального состава излучения вспышки спектральной чувствительности фотопленки. Продолжительность вспышки, те. время свечения пламени, и время сгорания фотосмеси неидентичны. Время горения определяется скоростью химической реакция взаимодействия горючего и окислителя, а длительность свечения пламени физическими процессами нагревания и остывания продуктов горения. Однако все же скорость реакции горения является решающим фактором, определяющим продолжительность вспышки. Скорость сгорания фотосмеси, в свою очередь, зависит от рецепта смеси (те. от свойств применяемых компонентов и от их соотношения, от степени измельчения компонентов, плотности фотосмеси, характера и интенсивности начального импульса, и от количества одновременно сжигаемой фотосмеси и ее расположения в изделии. Фотосмеси с магниевым порошком горят медленнее, чем смеси с порошками А сплавав или с тонкодислераными (порядка нескольких микрометров) порошками алюминия. Смеси с перхлоратом калия сгорают быстрее, чем смеси с нитратами или сульфатами металлов. Запатентовано большое количество различных рецептов фото-смесей, в том числе и с применением редкоземельных элементов в чистом виде ив виде соединений. Многие из этих рецептов не нашли практического применения ввиду дефицитности применяемых в них соединений. Наиболее эффективными и доступными для практического использования оказались смеси КС104 с порошками алюминия или А сплава. В табл. 12.4 приведены светотехнические характеристики смесей на основе КС104. Фотосмеси сне применяются вследствие большой гигдроскопичности этой соли. Вспышки с наибольшей силой света дают фотосмеси с некоторой перегрузкой металлом. При этом избыточное количество горючего сгорает за счет кислорода воздуха. Суммарный тепловой эффект при этом соответственно повышается, а размеры пламени также увеличиваются. Как правило, самые короткие повремени вспышки дают смеси, в которых компоненты взяты в стехиометрическом соотношении. Сила света вспышек фотосмесей уменьшается при сжигании их в условиях пониженного давления. Чем тоньше измельчены компоненты фотосмеси, тем быстрее она сгорает. При этом наибольшее значение имеет степень измельчения порошка металла. Средний размер частиц горючего является важным параметром, определяющим светотехнические характеристики фотосмесей. Для смеси КС104/А1 (60/40) только в случае применения порошка с размером частиц 22±8 мк получаются вспышки достаточной силы света. Таблица 12.4 Светотехнические характеристики фотосмесей, содержащих КС104 и металлические горючие в стехиометрических соотношениях (ст) и с перегрузкой горючим (п) в количестве H'/ol против стехиометрии [119] Горючее Тип состава Макси мальа я сила света Кремний ст и п Время достижения максимальо й силы света Полна я свето сумма Про житель вспы мс дол ность шки дополна я Удельная светосума при расчёте наг горючего Прирост удельной светосумы при перегрузки по отношению к стехиометрии Алюмини й СТ 41 1,2 147 9 14 10,3 35 П 41 1,7 226 11 16 13,8 Магний ст 18 1,2 142 16 24 10,0 15 п 20 2,3 189 17 25 11,5 Цирконий ст 38 0,7 92 7 14 2,8 147 п 55 0,9 278 11 23 6,9 Титан СТ 18 0,4 65 9 15 4,9 4 п 16 1,3 80 12 21 5,1 152 Кальций ст 12 1,2 75 13 16 5,7 30 п 13 1,7 115 15 19 7,4 Бор ст 0,5 23,0 18 68 89 3,5 85 п 2 14,3 51 55 92 8,5 Фотосмеси в порошкообразном состоянии сгорают с большими скоростями (сотни, а иногда и тысячи метров в секунду. Плотность набивки порошка существенно не сказывается на скорости горения состава. Однако будучи запрессованными под большими давлениями в брикеты, фотосмеси сгорают также, как быстрогорящие осветительные составы, тес постоянной скоростью порядка 10—15 мм/с. Скорость сгорания фотосмеси заметно зависит от характера и интенсивности начального импульса, а также от расположения его в заряде смеси. Для уменьшения времени сгорания фотосме-си применяется нетепловой импульс (заряд черного пороха, бикфордов шнур и т. па взрывной импульс (капсюль-детонатор, шашки какого-либо ВВ и т. п. С увеличением количества одновременно сжигаемой фотосмеси скорость горения ее возрастает. При сжигании ее в количестве, превышающем 10—20 г, горение уже переходит во взрыв. Заряд фотосмеси, размещенный в виде компактной массы, сгорает быстрее, чем он же, рассыпанный в виде длинной дорожки. Однако хотя при увеличении массы одновременно сжигаемого заряда скорость горения смеси увеличивается, продолжительность фотовспышки не уменьшается, а возрастает. Объясняется это увеличением общего времени горения, а также увеличением времени остывания продуктов сгорания. Таблица 12.5 Количе Общая Время от начала ство продолжи вспышки состава, тельность до макси кг вспышки, мума мс излучения, мс 0,05 28 11 0,10 40 13 0,50 74 17 1,00 80 26 153 1,40 120 30 В табл. 12.5 приведены данные о продолжительности вспышки для зарядов различного веса. Сила света фотовспышки определяется следующими факторами 1) теплотой сгорания смеси и зависящей от нее температурой пламени 2) наличием в пламени твердых и жидких частиц продуктов горения с высокой излучательной способностью 3) химическим составом фотосмеси, от которого зависят факторы 1 и 2, и спектральным составом излучения вспышки 4) весом заряда фотосмеси; 5) размерами пламени вспышки 6) прочностью оболочки. С увеличением количества фотосмеси, сжигаемой одновременно, интенсивность вспышки возрастает. Однако это увеличение силы света непропорционально увеличению количества смеси. Из табл. 12.6 видно, что удельная сила света на 1 кг состава, характеризующая собой светоотдачу вспышки, резко падает с увеличением количества сжигаемого состава. Таблица Количество фотосмеси кг Максимал ьная сила света Удельная сила света на кг смеси Площадь проэкции пламени м2 Количеств о фотосмеси кг Максима льная сила света Удельная сила света на кг смеси Площадь проэкции пламени м 0,05 0,10 0,20 8,5 15,3 22,6 170 153 113 0,36 0,75 1,35 0,50 1,00 1,40 43,7 50,2 52,9 80 50 38 3,60 6,50 7,30 Как видно из табл. 12.6, величина пламени возрастает до некоторых пределов почти пропорционально количеству фотосмеси, но при дальнейшем увеличении веса заряда возрастание размеров пламени, также как и увеличение силы света, сильно замедляется. Для больших зарядов фотосмеси Imax возрастает пропорционально весу заряда в степени. Некоторое влияние на светоотдачу вспышки и особенно на ее продолжительность оказывает прочность оболочки, в которую заключен состав. В прочных металлических оболочках фотосмесь сгорает быстрее, чем в картонных. 154 Очень большое значение имеет также чувствительность фотосмесей к механическими к тепловым воздействиям. Эти свойства определяют собой степень опасности изготовления фогосмесей, снаряжения ими фотобомб, а также возможность безопасной эксплуатации фото бомб. Наиболее чувствительны к удару и трению смеси, содержащие в качестве окислителей хлораты и особенно перманганаты. Томлинсон и Одрит указывают, что хлораты, смешанные с порошкообразными металлами, весьма чувствительны к удару и трению. Зарегистрированы случаи взрывов таких смесей. Поэтому предпочитают применять, где только возможно, более стойкий перхлорат калия. Одна из наиболее широко применявшихся фотосмесей, состоящая из тонкоизмельченных порошков нитрата бария и сплава А, по их мнению, не только легковослламеняема, но чрезвычайно чувствительна к трению и к удару. Особенно чувствительными ж удару фотосмеси становятся в том случае, когда в них имеются даже незначительные примеси органических веществ. В бомбах металлопылевого типа имеется разница в поведении алюминиевой пудры, магниевого порошка и порошка А сплава. Сравнительно крупный алюминиевый порошок трудно воспламеняется и не может быть эффективно использован в метал-лолылевых фотобомбах. Алюминиевая пудра требует довольно значительного повесу ВРЗ и дает более короткую вспышку, чем алюминиевый порошок, с меньшим временем достижения максимальной силы света. Магниевый порошок, для которого требуется ВРЗ значительно меньшего веса, дает вспышку значительно большей продолжительности с большим временем достижения максимума силы света. Магниевые сплавы занимаюг промежуточное положение. Отношение веса порошка металла к весу ВРЗ обусловливается разницей в воспламеняемости металлических горючих мапниевый порошок легче воспламенять, чем алюминиевый. Очевидно, чрезмерно крупные частицы не будут воспламеняться после распыления. При взрыве ФОТАБ металлопылевого типа некоторая доля частиц металла спекается в частицы или комки довольно большого размера, диаметром до 250 мкм. Это приводит к снижению интенсивности вспышки и к увеличению ее продолжительности. |