Шидловский. Основы пиротехники. А. А. Шидловский основы пиротехники издание четвертое, переработанное и дополненное
 Скачать 2.26 Mb.
|
|
§ 3. ТРАССИРУЮЩИЕ СОСТАВЫ К трассирующим составам предъявляются следующие требования. Прежде всего они должны 1) выделять при горении максимальное количество световой энергии 164 2) гореть с определенной небольшой скоростью, порядка нескольких 'миллиметров в секунду. Кроме того, к трассирующим составам для артиллерийских снарядов предъявляются еще дополнительные требования. В момент выстрела на трассер непосредственно действуют огромные ударные нагрузки и ускорения, а также горячие пороховые газы. Поэтому спрессованные трассирующие составы, кроме всего прочего, должны 1) иметь прочность, значительно большую, чем все другие виды пиротехнических составов 2) безотказно воспламеняться от соответствующих воспламе-нительяых составов и не воспламеняться от пороховых газов при выстреле 3) оставлять в оболочке трассера после сгорания максимальное количество шлаков. Невыполнение первого условия приводит к частичному или полному выгоранию составов в канале ствола, следствием чего является короткая трасса или вообще отсутствие траосы в полете и преждевременный износ оружия. Второе условие делает необходимым введение в состав легковоспламеняющихся горючих (например, магния. Последнее условие актуально только в тех случаях, когда вес состава значителен по сравнению с общим весом боеприпаса; чем больше шлаков будет оставаться в изделии после сгорания состава, тем меньше будет при полете боеприпаса его отклонение от нормальной траектории. Особенно большое значение это имеет для трассирующих пуль, вес состава в которых равен примерно 10% от общего веса пули. Однако следует отметить, что на практике это последнее требование не всегда выполняется в достаточной степени. Хотя, как правило, вес твердых продуктов горения составляет не менее 60—80% отвеса состава, но часть их потоком газов выбрасывается из зоны реакции в атмосферу вес шлака, остающегося в трассере, составляет не более 35— 45% от первоначального веса состава. Кроме перечисленных выше требований, желательно, чтобы состав в порошкообразном состоянии имел хорошую сыпучесть, так как отмеривание дозы состава, необходимой для запрессовки, производится обычно по объему при помощи специальных насыпных приборов. Рецепты составов, особенно составов белой трассы, часто весьма близки к рецептам осветительных составов. Обязательными компонентами любого современного трассирующего состава являются окислитель, горючее и связующее. Наиболее употребительны следующие окислители для белой трассы — Ва,(NОз)2 и для красной трассы — Sг(NОз)2, а также иногда Sr02; для желтой трассы используется нитрат бария или стронция в сочетании с солями натрия — оксалатом натрия, криолитом или бурой. В овязи с принятием на вооружение мм патронов, имеющих большую начальную скорость пули, за рубежом разрабатывают составы с большей силой света, чем применяемые сейчас, с использованием в качестве окислителя перхлората калия сочетании с металлическим горючим — порошкообразным цирконием. Один из испытанных рецептов приведен в табл. 13.1 под № 11. Будучи запрессованным в гнездо нули диаметром 1,52 мм этот состав при стрельбе дает трассу, хорошо видимую днем и ночью. 165 В американском патенте 3.088.057, 1963 предлагается состав желтой трассы, 'в котором в качестве окислителя используется нитрат натрия 35—45% NaNO3, 54—65% Mg и связующего на основе нитроклетчатки). Для снаряжения трассеров предложены также литьевые составы, содержащие низкоплавкие (ниже 250° С) смеси нитратов металлов, окрашивающих пламя, и дисперсные высококалорийные горючие (Al, Mg, Ti, Zr и др. Основным горючим в трассирующих составах является магний. Иногда в небольших количествах добавляют порошки сплава AM, силицида кальция. Применение алюминия встречает большие затруднения из-за его плохой воспламеняемости. Скорость горения регулируется изменением соотношения компонентов и степени их измельчения, а также давлением прессования. Чем больше в составе магния, тем скорость горения, а следовательно, и сила света будут больше. Замедлить процесс горения составов можно также, вводя в них добавки органических связующих, например, резината кальция, идитола, стеарата кальция и др. Для улучшения окраски пламени трассирующих составов в них, как ив сигнальные, вводят различные хлорирующие добавки поливинилхлорид, хлоркаучук, гексахлорбензол. Рецепты некоторых составов приведены в табл. 13.1. Составы 1, 2, 3 используются в американских боеприпасах. В табл. .13.2 приведены данные о скорости горения и удельной оветосумме для некоторых составов, указанных в табл. 13.1; составы сжигались в трассерах диаметром около 10 мм. Для состава 11 (Zr+КСlO4+поливинилацетат) в трассерах диаметром 1,52 мм была получена сила света от 8 до 15 тыс. ев при скорости горения от 17 до 25 мм/с. Таблица 13.1 Рецепты трассирующих составов Компоненты во Цвет состава трассы Mg Sr(NO3) 2 Ba(NO3) 2 Пливин илхлори д Связующее Смола Прочие компоненты 1 к 33,3 SrOz 26,7; SrC20i 5,0; 2 рас 55 17 резинат Сан, связующее Резинат Са—10 бы Сплав AM—37 SrFa—15,9; хлоркау 7 й 62 8 чук—5,9 Сплав AM—2; резинат кальция 166 8 Белы Ва02—31 Sr02—3; Na:,C204— l8 11 й .— — — — Zr—57; KC104—38; no- ливинилацетат—5 12 13 Жёлты й 23 40 50,7 10 0,9 Na2C204—17 Na3AlF6—25,4 Таблица 13.2 Характеристики трассирующих составов [96] Номер состава . ........ 4 Скорость горения, мм/с ....... Ч 1 3,1—4,7 Удельная светосумма Ly, св-с/г (кд-с/г) о, 1 4400 4400—6500 § 4. ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ТРАССЕРОВ В качестве воспламенительных составов в данном случае используют смеси, дающие мало газовой фазы, и жгучие шлаки, например, смесь из 80% BaO2, 18% Mg и связующего. Скорость горения таких составов мало зависит от давления, что важно для предотвращения преждевременного выгорания состава в канале ствола. Указанный здесь состав, запрессованный под большим давлением, на воздухе от луча огня воспламеняется весьма трудно или не воспламеняется вовсе. Однако при выстреле, те. в условиях высоких давлений и температур, он загорается. Навеска воспламенительного состава подбирается с таким расчетом, чтобы она сгорала в трассере после выстрела не более чем за 0,1—0,2 с для бронебойных снарядов и за 0,1— 0,5 с — для зенитных снарядов. Различные воспламенительные составы для трассеров, применявшиеся вовремя второй мировой войны или предложенные после войны, содержали, кроме перекиси бария, матния и связующих, следующие вещества нитрат бария, нитрат калия, свияцо-вый сурик, пикрат стронция, тетранитрокарбазол, силицид кальция, цирконий, бор, оксалат натрия, графит, стеараты кальция, цинка и магния, трехсернистую сурьму. В некоторых американских боеприпасах используются тлеющие (тусклые — воспламенительные составы, состоящие из следующих компонентов (в %): 1) марганец — 34, хромат бария — 28, тиокол — 38; 2) кремний — 30, нитрат бария — 50, гидрид циркония связующее — 5. В ряде патентов на неаветящиеся воспламенительные составы для трассеров предлагаются в качестве горючих В, CaSi2, Mn, Sb2S3, графита в качестве окислителей Ва02 и SrO2, CuO, Sb2S5, PbCr04, PbO2, Bi2O3, Sr(NОз)2. 167 § 5. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРАССИРУЮЩИХ СОСТАВОВ И ТРАССЕРОВ Характеристики трассирующих составов и средств зависят от следующих основных факторов рецепта состава, размера частиц компонентов, степени уплотнения, диаметра шашки, материала оболочки, температуры и давления окружающей среды. Следует помнить, что составы в артиллерийских трассерах лучевого воспламенения при выстреле непосредственно подвергаются действию больших давлений и температур. В момент выстрела весь снаряд в целом, а следовательно, и состав, находящийся в трассере, испытывают большие механические напряжения. При недостаточном уплотнении состава может иметь место выброс части его или всей запрессовки из трассерной каморы тотчас, как только снаряд покинет ствол орудия. Причиной этого является расширение пороховых газов, проникающих в неплотности ив зазоры в составе. В снарядах с ликвидацией через трассер это обычно приводит к преждевременному разрыву. Вращение снаряда в полете (скорость вращения малокалиберных снарядов измеряется десятками тысяч оборотов в минуту) обусловливает возникновение в составе, а также в продуктах горения очень большой центробежной силы. Это приводит к перемещению конденсированных продуктов горения и жидко-вязких и твердых компонентов в зоне реакции горения к периферии трассеров. Поверхность горения приобретает вогнутую форму, скорость горения увеличивается по сравнению с горением в стационаре примерно в 1,5—3 раза. Это увеличение тем больше, чем больше диаметр и длина трассера. На рис представлены графики изменения времени горения стандартных американских 17,6- мм трассеров в зависимости от скорости вращения. Рис. 13.12. Влияние скорости вращения на время горения американских трассеров калибра 17,6 мм данные для пяти различных составов красной трассы) С изменением скорости горения соответственно изменяется и световой эффект трассеров. В результате поступательного движения снаряда на траектории пламя трассера обдувается набегающим потоком воздуха, а в заснарядном пространстве создается разрежение и возникают мощные воздушные вихри. Все это приводит к тому, что пламя сильно уменьшается в размерах и интенсивно охлаждается. В результате сила света пламени (как в направлении оси трассера, таки в боковом направлении) резко снижается. От скорости поступательного движения снаряда время горения трассера зависит мало. Современные трассеры могут применяться да высотах до нескольких десятков км. Следствие уменьшения давления воздуха — недостаток кислорода для горения. 168 К недостатку кислорода, также как ив случае осветительных составов, наиболее чувствительны смеси с перегрузкой горючим. На составы, близкие к стехиометрическим, оказывает влияние не недостаток кислорода, а уменьшение давления окружающей среды. При этом изменяются размеры пламени, характер его свечения, а также скорость горения. Следует, однако, отметить, что для трассеров, у которых площадь выходного отверстия Меньше площади поверхности горения, на скорость горения оказывает влияние не только внешнее давление, но и давление, создаваемое продуктами горения в каморе трассера 6. ВИДИМОСТЬ ТРАССЫ И РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ СИЛЫ СВЕТА ПЛАМЕНИ Восприятие глазом светящейся точки, находящейся на большом расстоянии, зависит прежде всего от общей освещенности местности и яркости фона, на котором она (точка) наблюдается. Яркость фона может изменяться в весьма широких пределах яркость ночного неба при новолунии составляет только 1 •10-8 б, яркость белых облаков в полдень находится в пределах 0,5—Зсб. Для восприятия глазом светящейся точки необходимо, чтобы освещенность, создаваемая ею на поверхности зрачка, превышала величину пороговой освещенности, соответствующей данной яркости фона. Значения пороговой освещенности в ночных и дневных условиях приведены B табл. 13.3. Таблица 13.3 Цвет огня Пороговая освещенность Е пор' лк ночью днем Цвет огня Пороговая освещенность Е пор' лк ночью днем Красный Зеленый 0,8-10-6 1,2-10- 6 0,5-10-3 0,9.10- 3 Желтый Белый 2,0.10-6 3,0.10- 6 Юз Юз Как видно из таблицы, днем чувствительность глаза значительно уменьшается. Для того чтобы наблюдать днем 'белую трассу на расстоянии до 2 км, следует обеспечить силу света, не меньшую чем пор r2=l,5•10-з•(2•10*3)2=6000cв (кд). Поглощение 'овета атмосферой вызывает необходимость применения трассеров с еще большей силой света.'Минимальная требуемая от трассеров сила света с учетом этого будет I= пор r2/ (r / 1000) где а—коэффициент прозрачности слоя атмосферы толщиной в 1 км r — расстояние от светящейся точки до глаза в м. Коэффициент прозрачности атмосферы характеризуется данными, приведенными в табл. 169 Дальность видимости точечного источника света зависит только от силы его света, ноне от яркости. Приведенные выше соображения относятся к наблюдению трассы невооруженным глазом. При использовании оптических приборов, приборов ночного видения зависимость между светотехническими характеристиками и видимостью трассы иная и определяется качеством применяемых приборов. ' Пороговой освещенностью называется минимальная освещенность, еще воспринимаемая человеческим глазом. Таблица 13.4 Зависимость между коэффициентом прозрачности и состоянием атмосферы Коэффициент прозрачности а Визуальная оценка состояния атмосферы Коэффициент прозрачности а Визуальная щенка состояния атмосферы Очень сильный туман 0,67 Слабая дымка 0,0004 Сильный туман Средний туман 0,82 Удовлетворительная видимость 0,02 Слабый туман 0,92 Хорошая видимость 0,14 Очень сильная дымка 0,97 Исключительно хоро 0,38 Сильная дымка шая видимость § 7. ИСПЫТАНИЯ ТРАССЕРОВ Качество трассеров характеризуется временем горения, силой света и цветностью пламени (доминирующая длина волны и насыщенность. Для измерения этих характеристик используется та же аппаратура, что и при испытании сигнальных средством. гл. XIV). При 'проведении испытаний учитывается специфика наблюдения и реальных условий работы трассеров. Так, силу света измеряют в направлении от трассера или под некоторым углом к нему (рис. 13.13). Иногда снимают кривую светораспределения. Рис. 13.13. Расположение трассирующих изделий при фотометрированни Однако сжигание трассеров в стационарных условиях не может дать правильного представления о том, каковы будут их характеристики в полете. Поэтому лабораторные испытания трассеров стремятся производить IB условиях, возможно более близких к условиям их практического применения, те. стараются обеспечить при испытаниях вращение трассирующего стаканчика и само испытание вести в аэродинамической трубе или в другой подходящей аппаратуре при обдуве воздухом со скоростью, близкой к скорости полета снаряда. Для воспроизведения этих условий применяют специальные стенды, состоящие из устройства для крепления и обдува трассера, компрессора и пульта управления. В некоторых случаях определяют также скорость горения составов при пониженных и повышенных давлениях в специальных баростендах. Окончательную оценку качества трассирующих изделий можно дать только после их полигонных испытаний. ГЛАВА СОСТАВЫ СИГНАЛЬНЫХ ОГНЕЙ § 1. СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОСТАВАМ Составы сигнальных огней предназначаются для подачи сигналов ночью, а также и днем. Наиболее употребительной системой сигнализации является трехцветная — с тгримеяенибм красного, желтого и зеленого огней. Желтый огонь в случае необходимости может быть заменен белым, получающимся при горении осветительных составов. Применение четырех или пятицветной сигнализации (последняя включает в себя красный, желтый, зеленый, синий и лунно-белый цвета) едва ли можно признать рациональным, так как различимость цветов из больших расстояниях в этом случае становится недостаточно надежной. Пиротехническими средствами огневой сигнализации являются сигнальные патроны, винтовочные сигнальные гранаты и мощные сигналы ночного действия. мм сигнальный патрон ночного действия по устройству не отличается от мм осветительного патрона (см. рис. 11.5) за исключением того, что вместо осветительной звездки в патрон помещается эвездка сигнального огня весом 20—30 г. Составы сигнальных огней должны удовлетворять требованиям, общим для всех видов составов, и, кроме того, следующим специальным требованиям 1. Пламя, получающееся при сгорании составов, должно иметь достаточно характерную окраску. При количественной оценке цвета пламени указывается, что чистота цвета (см 2 этой главы) должна быть не менее 70—75%. 2. Количество световой энергии, выделяющейся при сгорании составов, должно быть максимальным удельная светосумма должна быть не меньшей чем несколько тысяч с*св/г. Сила света зеездок для обеспечения их четкого наблюдения должна быть не меньшей, чем несколько тысяч свечей (кандел. 171 Так, например, для наблюдения зеленого огня в ночных условиях на расстоянии 10 км м) при пороговой освещенности Х Х лк и коэффициенте прозрачности атмосферы а сила света его / должна быть не менее чем /=1,2*10-6*(10 4)2/0,8 10 = 1120 св (кд). 3. Скорость горения составов должна быть порядка нескольких миллиметров в секунду. Обычно сигнальные звездки горят со скоростью 3—6 мм/с. § 2. ХАРАКТЕР ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАМЕНИ Идеальным следовало бы признать такое излучение пламени, которое приходилось бы целиком на , какую-либо одну часть спектра. В этом случае излучение было бы монохроматическими чистота цвета пламени равнялась бы 100%. В действительности же, пламя составов сигнальных огней имеет некоторое, хотя и более слабое, излучение ив других частях спектра. Отношение интенсивности монохроматического излучения пламени Як интенсивности всего видимого излучения Еобщ называется чистотой цвета пламени (р и обычно выражается в процентах. Так, например, чистота цвета пламени составов красного огня может быть выражена уравнением E=Ea * 100 / общ = E (0,62/0,76 мкм) * 100 / E(0,40 / 0,76мкм) При расчетах Е и Еобщ можно выражать как в единицах светового потока — люменах, таки в пропорциональной люмену величине, те. в свечах. В некоторых случаях для определения чистоты цвета удобнее пользоваться выражением p=Ea *100/Ea+Eбел где Ебел — интенсивность белого цвета, которым разбавляется монохроматическое излучение. Отметим, что обычный белый цвет может быть получен смешением 1/3 красного, зеленого и 1/3 синего световых потоков. Вещества, находящиеся в газообразном состоянии в пламени, дают прерыаный спектр излучения — линейчатый или полосатый. Следовательно, в пламени сигнальных составов, в противоположность осветительным пламенам, должно преобладать излучение газовой фазы. Линейчатый спектр излучения дают только одноатомные пары и газы, почему они получил название атомарного Линии в таком спектре располагаются закономерными характерными группами, называемыми сериями Для получения цветного пламени на основе атомарного излучения используют элементы, имеющие яркие спектральные линии только в какой-либо одной части спектра. В первую очередь к таким элементам относятся натрий, а также литий, таллий и индий. 172 Натрий имеет яркую желтую линию 0,589 мкм, литий — красную 0,671 мкм и оранжевую мкм, таллий—зеленую 0,535 мкм и индий — синюю 0,451 мкм. Соли этих металлов при высоких температурах (1000° Си выше) легко диссоциируют, в результате чего в 'пламени появляется линейчатый спектр паров металла. Атомарное излучение паров натрия широко используется в составах желтого огня. Излучение лития, таллия и индия в сигнальных огнях не используют вследствие дефицитности соединений этих металлов. Полосатый спектр состоит из полосы или ряда полос, приходящихся на различные участки спектра. Однако при помощи спектроскопа, дающего большую дисперсию, можно заметить, что полосы состоят из большого числа весьма близко расположенных друг к другу линий. Полосатый спектр получается при излучении молекул веществ, находящихся в газообразном состоянии, и поэтому его называют молекулярным спектром. |