/
Text
КРАТКИЙ ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
Под редакцией академика Б. П. Жукова
Издание второе, исправленное
Москва «Янус-К» 2000
Светлой памяти павших, в Великой Отечественной войне 1941—1945 г. посвящается
Редакционная коллегия
Главный редактор — Б П Жуков — академик РАН
Зам.главного редактора —В Ф Жилин д х и , РХТУ им Д И Менделеева Ученый секретарь —Л А Гаврилова —к т н , ФЦДТ «Союз» Члены редколлегии А П Денисюк —д т и , академик РАРАН,
Е Ф Жегров —д т и , ФЦДТ «Союз», В Б Жуков —к ф -м и., академик АТ, Б И Ларионов —д т и., ФЦДТ «Союз», Ю М Лотменцев —д.т и , РХТУ им Д И Менделеева, Б В Мацеевич —к т и , ФГУП КНИИМ, Ю М Милехин —чл -корр РАРАН, Ю М Михайлов—д х и , ИПХФ РАН, В М Меркулов —к т и , ФЦДТ «Союз», Ф П Мадякин —д т и , КГТУ, Н В Обезьяев- к т и , чл.-корр РАРАН, А П Ситнов —генерал-полковник, ак РАРАН, В А Тартаковский-академик РАН, ИОХ РАН,
В Е Фортов — академик РАН, ОИВТ РАН, М А Фиошина —д т н , РХТУ им Д И Менделеева, Ю В Фролов —д ф м и , ИХФ РАН
Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедиче ский словарь/ Под ред Б П Жукова Изд 2 е, исправл — М Янус К, 2000 596 с
ISBN 5-8037-0031-2
Настоящий однотомный «Краткий энциклопедический словарь» представляет собой многоплановое справочное издание по энергетическим конденсированным систе мам (ЭКС) Целью выпуска впервые в России такого словаря является обеспечение исследователей и конструкторов из различных отраслей науки и техники необходимыми сведениями по научно техническому потенциалу' и исходными данными для обоснова ния и проведения проектных оценок при применении ЭКС в энергетических уставов ках и устройствах различного типа и назначения
В Словаре с использованием современных терминологических понятий даны научно-технические определения основных классов ЭКС порохов для артиллерии и стрелкового оружия, твердых ракетных и плазменных топлив, пиротехнических соста вов, взрывчатых веществ и взрывчатых смесей Приведены энергетические, баллнсти ческие, эксплуатационные и некоторые другие характеристики ЭКС; изложена мето дология проведения исследований по созданию и разработке ЭКС и другим основным научным направлениям - химии взрывчатых веществ и полимеров, теории горения и детонации, баллистике, основам проектирования ЭКС, приведены результаты анализа по состоянию и уровню научно-технического развития, указываются области и объск ты применения ЭКС в оборонной технике и народном хозяйстве ракетные двигатели, газогенераторы, аккумуляторы давления, МГД-гснераторы, генераторы огнетушащего аэрозоля, специальные патроны, другие энергетические установки, фейерверки и т д
Словарь содержит более 500 статей Авторами статей являются свыше 180 человек Такая многочисленность авторского коллектива связана с тем, что написание каждой статьи поручалось высококвалифицированному специалисту’ в данной узкой области
Словарь рассчитан на широкий круг специалистов научно-исследовательских ип ститутов Российской академии наук и отраслевых научно исследовательских институтов, учебных кафедр и лабораторий вузов, КБ, заводов отрасли и воинских подразде лений, работников горнорудной отрасли промышленности и др
1400000000- 03
К 22Н(03)- 00 Безобъявл
ISBN 5-8037-0031-2
ААР
© Коллектив авторов, 2000
Введение
Энергетические конденсированные системы (ЭКС)— фундаментальная база оборонного и экономического Потенциала России. Энергетические конденсированные системы, т е ракетные, артиллерийские, плазменные, лазерные и винтовочные пороха, смесевые твердые ракетные топлива, все виды взрывчатых веществ, пиротехнические средства и гидрореагирующие твердотопливные композиции, относятся к важнейшим научно-техническим объектам и составляют основу оборонного и экономического потенциала России ЭКС —гениальное творение ума и труда многих поколений людей Открытие первого вида пороха, получившего наименование черного (дымного), на базе селитры, угля и серы уходит в глубокую древность
Первые пироксилиновые пороха на основе нитратов целлюлозы были созданы Вьелем Первые нитроглицериновые пороха были разработаны Нобелем
В девятнадцатом и двадцатом веках основу большинства композиций пороховых зарядов и зарядов взрывчатых веществ преимущественно составляли мощные индивидуальные взрывчатые вещества—пироксилин, нитроглицерин, динитроэтиленгликоль, тротил, гексоген и октоген К новым разработкам мощных взрывчатых материалов конца ХХ-го века относятся АДНА, CL-20, TNAZ и др Мощное взрывчатое вещество «АДНА», созданное в нашей стране с опережением других стран на 20 лет, было успешно освоено отечественной промышленностью и позволило создать новые поколения РДТТ для межконтинентальных баллистических ракет и другие виды уникальной техники. CL-20 впервые синтезировано в США, но не вышло из стадии опытных разработок Отличительная особенность CL-20 — высокая мощность, превосходящая мощность октогена По химии и технологии перспективного компонента TNAZ ведутся работы в США, Франции, Германии, России и других странах Отличительная особенность TNAZ —высокая мощность, идентичная мощности октогена,
t конденсированные системы (ЭКС)
Энергетические конденсированные системы (ЭКС)
при пониженной чувствительности к механическим и другим воздействиям, на уровне тротила.
Интенсивные разработки, исследования и широкое применение ЭКС определяются их фундаментальным значением для вооружения и промышленности как уникальных видов энергетических систем
Без ЭКС нет артиллерии, нет стрелкового оружия, нет основных видов боевых ракет, в т.ч межконтинентальных Нет и термоядерных зарядов. Интегрально, без ЭКС нет оружия, современного и перспективного, для всех видов и родов войск’ сухопутных, морских, космических, авиационных, ПВО, ПРО, инженерных и других
Без ЭКС не было бы легендарной ракетной установки периода Великой Отечественной войны М-13 («Катюши») с дальностью полета снаряда ~ 10 км и современного ракетно-ядерного щита России — межконтинентальных баллистических ракет «Тополь» и «То-поль-М» с мобильным и стационарным стартом, с дальностью полета > 10000 км, со сверхмощной ядерной головной частью и высокоточным поражением цели. Без современного и перспективного оружия нет Армии, без Армии нет никакой гарантии существования России как могучего независимого государства с современной экономикой.
ЭКС радикально влияют не только на наш оборонный потенциал. ЭКС фундаментально влияют также на нашу экономику, на развитие науки и техники и жизненный уровень населения
Проследим это на некоторых примерах
Для нормального функционирования народного хозяйства необходимы нефть, уголь, газ, руда и другие виды полезных ископаемых Но поиск-разведка полезных ископаемых и их добыча осуществляются с помощью ЭКС. Если пет ЭКС, не сможет эффективно работать горно-рудная промышленность, дезорганизуется добыча и разведка запасов полезных ископаемых. Без руды и энергоносителей нет металлургии. Без металлургии пет машиностроения Без машиностроения не сможет работать пи одна отрасль индустрии, транспорт, связь и сельское хозяйство Дезорганизуются также образование, паука, культура и медицина.Кризис углубляется за счет дефицита электроэнергии при остановке электростанций, работающих на угле, нефти или газе.
Рассмотрим второй пример.
На базе созданных плазменных твердых топлив (порохов) с электропроводностью продуктов сгорания, превышающей эталон в 10000 раз и более, разработаны впервые в мире пороховые магнитные гидродинамические генераторы электрической энергии (ТТ МГДГ) с мощностью до сотен мегаватт. ТТ МГДГ позволяют с высокой
достоверностью вести поиск полезных ископаемых на больших глубинах, осуществлять долгосрочный прогноз землетрясений, исследовать строение земной коры на глубинах до 70 и более километров, создавать уникальные установки со скоростью метаемого тела до 10 и более км/с и многое другое.
Специальные виды ЭКС позволили создать уникальные и весьма актуальные технологии. В их числе: эффективная борьба с пожарами, в том числе с лесными, борьба с засухой, градом и лавинами, сварка несвариваемых (классическими методами) материалов, прогрессивная штамповка и резка металлов, танков, судов и железобетонных строений, упрочнение стальных конструкций, разработка новых материалов, включая технические алмазы, разработка лекарственных препаратов и эффективное решение многих других проблем
Массовое применение ЭКС в актуальных областях жизнедеятельности человеческого общества объясняется их уникальными свойствами. К ним ОТНОСЯТСЯ’
1. Высокая концентрация энергии в единице объема Так, если в оптимизированной системе водород-кислород-бериллий удельный пустотный импульс реактивной силы, отнесенный к 1 кг, равен 549 кг с/кг, то при переходе к объемному он становится равным лишь 120 кг с/литр, т.е. снижается в 4,57 раз В системе перхлорат аммония-алюминий-связующее—диаметрально противоположная картина. Удельный пустотный импульс возрастает с 340 кг с/кг до 637 кг с/литр, т е увеличивается в 1,87 раза, что весьма принципиально при конструировании
2. Технология производства ЭКС непрерывна, автоматизирована и механизирована с дистанционным контролем и управлением
3. Работоспособность в арктических и тропических условиях
4. Высокая надежность и длительные гарантийные сроки
5. Возможность многократно ускорять или тормозить горение, менять зависимость горения от давления (пороха и СРТТ)
6. Возможность регламентировать и изменять физико-механические свойства (пороха и СРТТ).
7. Иметь заряды любой геометрической формы.
8. Использовать СРТТ как конструкционный и теплозащитный материал.
Изложенное основывается на расчетных и прямых экспериментах с многократным их подтверждением и высокой надежностью
Интегрально изложенные материалы показывают, что ЭКС, фундаментально влияющие на оборонный и экономический потенциал России, на ее могущество, безопасность и жизненный уровень
8 Энергетические конденсированные системы (ЭКС)
людей, подлежат постоянному совершенствованию и динамическому развитию
Краткий энциклопедический словарь предназначается для популяризации ЭКС и правильного понимания их значения для России и ее граждан.
Б И Жуков, О М Нефедов, А И Ситное,
В А Тартаковский, В Е Фортов
A
Авария —опасное техногенное происшествие, создающее на объекте, определенной территории угрозу жизни и здоровью людей и приводящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспортных средств, нарушению производственного и транспортного процесса, а также нанесению ущерба окружающей природной среде (ГОСТ Р 22 0 05-94)
Крупная промышленная А., повлекшая за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей либо разрушения и уничтожения объектов, материальных ценностей в значительных размерах, а также приводящая к серьезному ущербу окружающей природной среде, определяется как промышленная катастрофа
Гипотетическая А. — произвольная А , порожденная незапре-щенными законами природы, инициирующими события
Проектная А. — совокупность аварийных ситуаций, для которых обеспечение определенного уровня безопасности гарантируется предусматриваемыми в проекте промышленного предприятия системами обеспечения безопасности
К числу наиболее крупных А (промышленных катастроф), происшедших в последние десятилетия в России, относятся взрывы вагонов с промышленными ВВ 4 июня 1988 года на станции г Арзамас По сообщениям газет, от этих взрывов погибли более 100 человек, более 600 человек получили ранения, разрушено более 700 квартир
В химической индустрии мира за истекшие 10 лет, в среднем за каждые 2 месяца, происходит одна крупная А Более половины крупных промышленных А 1900—1990 гг приходится на 1970—1990 гг
На химико-технологических объектах России в 1970—1990 гг. произошло около 180 крупных промышленных взрывов с тяжелыми последствиями, около 70% из них произошли на современных крупното-нажных технологических агрегатах и производственных комплексах. Бесчастнов М В Промышленные взрывы Оценка и предупреждение — М Химия, 1990, Маршалл В Основные опасности химических производств — М Мир,
А А Кениг
адна (аммониевая соль динитрамида, динитроаммиака, дипитра-зовой кислоты) NH4N(NO2)2, бесцветные гигроскопичные кристаллы, ГдЛ 92 — 94°С, Т начала разл 130 —135°С, плотность 1,83—1,84 г/см , хорошо растворима в воде, низших спиртах, ацетоне,
10 _____________________Азид КАДМИЯ _____________________
ацетонитриле, диметилформамидс; плохо растворима в этилацетате, нитрометане, диоксане, нерастворима в эфире, бензоле, толуоле Чувствительна к свету По чувствительности к механическим воздействиям находится на уровне типичных вторичных ВВ Существует несколько способов получения А., например
NH3—[N0^] >NH4N(NO2)2
NH2NO2 —[N°21 >NH4N(NO2)2
H2NSO2O M+ —[N°21 >NH4N(NO2)2
AlkOC(O)N(NO2)2 —[NH31 >NH4N(NO2)2
XCH2CH2N(NO2)2 —[NH31 >NH4N(NO2)2
А является экологически чистым, эффективным окислителем в составах твердых ракетных топлив Применение ее вместо NH4C1O4 позволяет существенно повысить энергетическую эффективность топлив, снизить ущерб, наносимый окружающей среде, за счет отсутствия в продуктах сгорания больших количеств хлороводорода и по этой же причине затрудняет обнаружение запуска ракет Лукьянов О А , Тартаковский В А / / Российским химический журнал — 1997 — №41 —С 5-13
О А Лукьянов
Азид кадмия Cd(N3)2, мол. масса 196,46 —белое кристаллическое вещество, инициирующее ВВ Растворяется и гидролизуется водой, гигроскопичен, плотность монокристаллов 3,24 г / см . Теплота взрыва АК, по различным оценкам, находится в пределах 558-625 ккал/кг (2336-2616 кДж/кг), Тпл 29ГС (с разл.), Твсп (5 с) 360°С Скорость детонации 4,2 км/с при плотности ок 3,2 г / см3 АК чувствителен к удару и трению, имеет инициирующую способность выше, чем азид свинца Получают АК при взаимодействии гидроксида или карбоната кадмия с избытком HN3:
Cd(OH)2 + 2HN3 -> Cd(N3)2 + 2H2O,
CdCO3 + 2HN3 ->Cd(N3)2 + CO2 + H2O
Содержание Cd(N3)2 в продукте ок 98% АК может найти ограниченное применение в герметичных термостойких капсюлях-детонаторах
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ - М 1975 И В Целинский, М А Илюшин
Азид натрия
АЗИД натрия NaN3, мол масса 65,02 —белое кристаллическое вещество, т пл 275°С, при температуре выше +18°С моноклинный — переходит в устойчивый ромбоэдрический p-NaN3, плотность монокристаллов которого 1,846 г/см3 Из воды АН кристаллизуется в p-форме АН хорошо растворим в воде (41,7 г в 100 г воды при 17°С), жидком аммиаке, труднее в этаноламине, формамиде, метаноле, практически не растворим в этаноле, эфире, ацетоне, тетрагидрофуране, толуоле, хлороформе, метилацетате. Кислоты разрушают АН с выделением HN3 Энергия кристаллической решетки 733,25 кДж/моль, 5,08 ккал/моль (21,25 кДж/моль) АН нечувстви-
телен к удару и трению, при нагревании выше 330°С взрывается Токсичен АН производится в промышленности из амида натрия и гемио-оксида азота:
NaNH2 + N2O NaN3 + Н2О,
NaNH2 + Н2О NaOH + NH3 или по реакции:
R - ONO + NH2 - NH2 + NaOH -> NaN3 + ROH + 2 H2O, где R = alkyl
Кроме промышленных, существует ряд лабораторных способов получения АН, напр , при реакции карбоната натрия с избытком HN3
Na2CO3 + 2HN3 ->2NaN3 + CO2 + H2O
АН используют как исходный продукт при синтезе неорганических и органических азидов, а также в генераторах газообразного азота
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М , 1975
И В Целинский, М А Илюшин
Азид свинца Pb(N3)2, мол масса 291,26 —бесцветные кристаллы (или гранулы, если АС получают в присутствии полимеров), инициирующее взрывчатое вещество Кристаллический АС пегигроско-пичен, плохо растворим в воде и органических растворителях, лучше в водных растворах ацетатов натрия или аммония, хорошо растворим в моноэтаноламине АС существует в четырех полиморфных кристаллических формах Наиболее устойчив орторомбический а-Pb(N3)2 Энергия его кристаллической решетки 1817,2 кДж/моль, плотность монокристаллов 4,71 г / см3. Большие игольчатые кристаллы моноклинного p-Pb(N3)2 опасны в обращении, так как легко ломаются, что вызывает их самопроизвольную детонацию
12 Азид свинца
Плотность монокристаллов p-Pb(N3)2 4,93 г/см3 Получается ₽-Pb(N3)2 при медленной диффузии ионов РЬ2+ и N3 в растворах без перемешивания или в присутствии красителей эозина или нейтрал’ -ного красного Моноклинный y-Pb(N3 )2, получаемый при pH вод ю-го раствора 3,5 — 7, и триклинный 5-Pb(N3)2, образующийся при pH 3,5 —5,5, также менее устойчивы, чема-РЬ(Ь13)2 (энтальпия образования p-Pb(N3)2 на 1,25 кДж/моль выше, чем у a-Pb(N3)2) Их присутствие в товарном АС недопустимо Энтальпия образования а-Pb(N3)2 + 391,3 Ккал/кг (+ 1638 кДж/кг), объем газообразных продуктов детонации 231 л/кг, фугасность 110 см3 / 10 г, скорость детонации 4500 м/с при плотности 3,8 г / см3,5300 м/с при плотности 4,6 г / см3, максимальная скорость детонации 5400 м/с Давление детонации 158 кбар при плотности 3,7 г/см3 Т всп АС от 315 до 360°С Он менее чувствителен к удару и трению, а также хуже воспламеняется, чем гремучая ртуть Инициирующая способность АС. выше, чем гремучей ртути АС не перепрессовывается Токсичен. Влажный АС в присутствии диоксида углерода разлагается с выделением HN3, которая может реагировать с медью или оксидом меди, если медь входит в конструкцию средства инициирования Образующийся азид меди значительно чувствительнее АС, в связи с чем снаряжение АС в медные оболочки должно быть исключено АС разлагается кислотами и щелочами В присутствии нитрита натрия азотная кислота разлагает АС без выделения HN 3, что используют при уничтожении его отходов:
2Pb(N3)2 + 6 HNO3 + 2 NaNO2 ->2Pb(NO3)2 + 2 NaNO3 +
+ N2O+3H2O+6N2
Для определения содержания AC в техническом продукте его обрабатывают азотной кислотой в присутствии диоксида свинца’
Pb(N3) + РЬО2 + 4 HNO3 -> 3 N2 + 2 Н2О + 2 Pb(NO3)2 или раствором церийаммонийнитрата’
Pb(NH3)2 + 2(NH4)Ce(NO3)6 ^Pb(NO3)2 + 4 NH4NO3 + + 2Ce(NO3)3 +4N2
и измеряют объем выделившегося азота Согласно техническим условиям получают АС с различной формой и размером кристаллов Содержание a-Pb(N3)2 в техническом продукте колеблется от 91% до 99% и более Синтезируют АС при смешении водных растворов азида натрия и нитрата или ацетата свинца при перемешивании без или в присутствии полимеров’
Азид серебра 13
2 NaN3 +Pb(NO3)2 (или Pb(CH3COO)2)-> Pb(N3)2 + 2 NaNO3 (или 2 NaCH3COO)
Коллоидальный AC образуется при быстром смешении растворов солей свинца и азида натрия, содержит более 99%a-Pb(N3)2, является эффективным ИВВ, но нетсхнологичен из-за плохой сыпучести
Английский служебный АС получают в присутствии карбоната натрия Пленка карбоната свинца покрывает поверхность кристаллов a-Pb(N3)2, защищая их от действия влаги и диоксида углерода Содержит 96 — 98% a-Pb(N3)2, нашел применение для снаряжения армейских средств инициирования Наибольшее распространение для снаряжения гражданских средств взрывания получил АС, осаждаемый в присутствии декстрина Декстриновый АС содержит 91—92% a-Pb(N3)2, имеет частицы сфероидальной формы, хорошую сыпучесть, но более низкую инициирующую способность, чем другие сорта АС Более мощными по сравнению с декстриновым АС являются новые сорта, такие как поливинилспиртовый АС (ок 96% a-Pb(N3)2) и карбоксиметилцеллюлозный АС (98 —98,5%а-Pb(N3)2), используемые для военных целей. В первом случае осаждение ведут в присутствии поливинилового спирта, во втором —натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (виды RD 1333 и RD 1343) АС этих сортов обладает высокой инициирующей способностью и технологичностью АС в течение около 80 лет используют как эффективное ИВВ в капсюлях-детонаторах Поскольку сам АС недостаточно чувствителен к наколу и плохо воспламеняется, для улучшения этих свойств к нему добавляют псевдоинициирующие ВВ’ тетразен или ТНРС
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М , 1975 И В Целинский, М А Илюшин
Азид серебра AgN3, мол масса 149,9 —инициирующее ВВ Под действием света темнеет, нерастворим в воде и органических растворителях, негигроскопичен, растворим в водном аммиаке и фтористом водороде, кристаллизуется из водного аммиака, разрушается азотной кислотой Температура размягчения АС 250°С, полностью плавится при 300°С (с разложением). Быстрое нагревание до 300°С вызывает взрыв. Плотность кристаллов АС5,1 г / см3, энергия кристаллической решетки 857,69 кДж/моль, АН^.„ + 279,5 кДж/моль Скорость детонации при максимальной плотности 4400 м/с, объем газообразных продуктов взрыва 244 л/кг, фугасность 115 см3/10 г АС имеет высокую чувствительность к удару и трению, не
14 _____________________Азид таллия _______________________
перепрессовывается, по инициирующей способности заметно превосходит азид свинца Недостатком АС как ИВВ является плохая совместимость с сульфидом сурьмы (Sb 2S3 ), который входит в большинство рецептур накольных составов АС получают при смешении водных растворов азида натрия и солей серебра по реакции’
AgNO3 + NaN3 —NH^aq > AgN3 + NaNO3
AC ограниченно применяется в качестве ИВВ в малогабаритных средствах инициирования, где он неэффективен Практическое его использование сдерживается высокой чувствительностью к трению, плохой сыпучестью, а также высокой стоимостью АС производят в небольших количествах в ряде стран (Великобритания, Швеция) Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М , 1975
И В Целинский, М А Ильюшин
Азид таллия T1N3, мол масса 246,41—желтый кристаллический порошок, инициирующее ВВ. Плохо растворяется в воде и органических растворителях. Энергия кристаллической решетки 685,1 кДж/моль, АН,О = + 55,43 ккал/моль (232 кДж/моль), Т пл 334°С, т.всп (1 с) 500°С. АТ менее чувствителен к удару и трению и имеет инициирующую способность ниже, чем у азида свинца Токсичен Плохо совместим с нитросоединениями Удобным лабораторным способом получения АТ является реакция водных растворов перхлората таллия и азида натрия:
Т1СЮ4 + NaN3 -> T1N3 + NaClO4
В промышленности АТ как ИВВ не используется.
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ -И , 1975
И В Целинский, М А Илюшин
Азидогруппа (АГ)—N3 имеет линейное строение, промежуточное между тремя предельными структурами с преобладающим вкладом первых двух’
—N = N = N: -N-NaN: —N —N = N:
a b с
В алифатических азидах АГ проявляет отрицательный индуктивный эффект С ароматическим ядром может вступать в р, л- или л, л'-сопряжение, проявляя соответственно положительный или слабый отрицательный мезомерный эффект; костанты Гаммета для АГ 8М —0,37,6П —0,08,8„ —0,54,8" —0,11 Основные свойства проявляет атом Na В ИК-спектрах арили алкилазидов проявляются ассим
Азиды органические 15
и симм валентные колебания в области 2135 — 2090 см"1 и 1300—1270 см"1 В УФ-спектрах алифатических азидов имеются два пика в области 285 — 215 нм Количественное определение АГ в арил- и алкилазидах основано на восстановлении ее арсенат-ионом до аминогруппы и йодометрическом титровании образовавшегося арсе-нит-иона; в азидах кислот — газометрическое определение N 2, выделившегося в результате перегруппировки Курциуса АГ вносит существенный положительный вклад в энтальпию образования органических соединений (около 294 кДж/моль), который может несколько изменяться в зависимости от структуры соединения
The chemistry of azido group // Под ред 5 Patai -Interscience Publishers, 1971
С ф. Мельникова
Азиды органические — соединения, имеющие одну или несколько азидогрупп, связанных с углеродом R — (N3)„ Известны алкил- и арилазиды, ацилазиды (азиды карбоновых кислот), гетероциклические азиды. В основном, АО —жидкие или кристаллические соединения, плохо растворимые в воде Многие АО, особенно содержащие более 25% азидного азота, весьма чувствительны к механическим воздействиям (трение, удар), взрываются при сильном нагревании или действии некоторых реагентов (например, серной кислоты) с выделением большого количества энергии Особенно опасны АО с низкой молекулярной массой, которые могут взрываться по неизвестным причинам Многие АО токсичны АО легко обнаруживаются спектральными методами (vmax =2100 - 2240 см"1) Наиболее распространенным методом получения алкилазидов является нуклеофильное замещение галогена, сульфо-, алкокси-, фенилазо-, нитратной и др групп в соответствующих производных Так можно получать и ацил-, сульфонил- и др АО’
RX + N3 =RN3 +Х
R = Aik; X = Hal, NO2, OAlk, ONO2, AlkC = O, RSO2, OTos и др.
Арил- и гетерилазиды обычно получают нитрозированием гидразиновых производных или реакцией азида натрия с солями диазония’
ArNHNH2 +HNO2 =ArN3
ArN2X +NaN3=ArN3
При облучении или термолизе АО отщепляют молекулу азота с образованием нитренов, которые малостабильны и легко перегруппировываются в различные соединения Так, винилазиды образуют азирины Термическая устойчивость различных азидов уменьшается в
Азиды органические
Азиды неорганические
следующем ряду алкилазиды > арилазиды > азидоформиаты > су-льфонилазиды > ацилазиды Химические свойства АО весьма разнообразны Они используются при синтезе различных типов открытоцепных и гетероциклических азотсодержащих органических соединений Характерной реакцией для АО является 1,3-дициклоприсоединение к большинству олефиновых и ацетиленовых соединений (с олефинами образуются производные Д2-1,2,3-триазолина, которые легко пиролизуются с потерей азота и перегруппировываются до иминов, азиридинов, либо до азометинов, с ацетиленами образуются более устойчивые 1,2,3-триазолы) а-Алкилциапиды и реагенты Гриньяра присоединяются к АО, давая триазены; монооксид углерода образует изоцианаты Катализируемая реакция алкил- и арилазидов с активными метиленовыми соединениями часто используется в синтезе 1,2,3-триазолов Некатализируемое присоединение АО к нитрилам с образованием тетразолов протекает только в том случае, если последние активированы электроноакцепторными группами. АО могут подвергаться нуклеофильной и электрофильной атаке Концентрированные кислоты вызывают отщепление N2 и перегруппировку алки-лазидов с образованием альд- и кетиминов:
H2so4
Ph2CHN3---------3—> phCH = NPh + N2 PhCHO + H2NPh
Арилазиды превращаются в анилины с заместителями в цикле Ацилазиды в присутствии кислот перегруппировываются в изоцианаты, которые в этих условиях претерпевают гидролиз и декарбоксилирование (реакция Курциуса)'
RCON3 ^R-N = C = O^RNH2.
о-Нитроазидобензолы при нагревании образуют 1,2,5-оксадиа-зол-2-оксиды (фуроксаны) АО гидролитически стабильны Основания не ускоряют разложение АО При каталитическом разложении А о в присутствии кислот могут образовываться амины, основания Шиффа, спирты Азидогруппа в АО легко восстанавливается различными восстановителями до аминов Восстановление а-азидокарбони-льных соединений приводит к образованию пиразинов АО находят применение в аналитической химии для определения изолированной двойной связи, в качестве взрывчатых веществ или промежуточных продуктов для их получения [\ фф-тринитро-'2Аф>-триазидобензол в синтезе БТФ, азо(азидобепзол) в синтезе ТАКОТ и др ], активных пластификаторов и компонентов порохов и твердых ракетных топлив (азидоалкил-М-нитрамипы, азидосодержащие мономеры и полимеры — глицидилазид, азидометилоксациклобутан).
U Бойер Дж Г , Кантер ф К // Успехи химии -1957 -T.XXVI -Вып1 -С 54 -95, The chemistry of azide group//Под ред 5 Patai. - Interscience Publishers, 1971
С Ф Мельникова
АЗИДЫ неорганические Неорганические азиды —соли азотистоводородной кислоты (HN3) и ковалентные соединения, содержащие азидогруппу —N3 В зависимости от состава, строения и взрывчатых свойств НА делятся на классы Нормальные НА представляют собой простые соли металлов и ковалентные соединения, в которых все имеющиеся валентности связаны с азидогруппами Их взрывчатые свойства зависят от ионности связи элемента с азидогруппой. Нормальными НА являются, например, азиды натрия (1), свинца (2), аммония (3), хлора (4)
NaN3(l) a-Pb(N3)2 NH4(N3) C1N3 (OH)NiN3 ClPbN3
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
Основные азиды и галогеназиды относятся к смешанным НА Они часто имеют полимерное строение (напр., основной азид никеля (5), азид-хлорид свинца (6) и др ) Среди смешанных НА есть как взрывчатые, так и невзрывчатые вещества. В гетероазидах азидная группа ковалентно связана с группировкой, состоящей по крайней мере из двух элементов Такие НА чувствительны к простым начальным импульсам, гидролитически неустойчивы (напр , фосфозентри-азид (7) и цианазид (8) и др )'
(N 3)2- Р^Р - (n3 \ N = с - (N3)
(nJ)2
(8)
[Co(NH3)5N3]2+
(9)
Азидные комплексы —координационные соединения, в которых азид ионы присутствуют в качестве лигандов во внутренней координационной сфере (напр., соединение (9)) В зависимости от состава они могут быть инициирующими, бризантными ВВ или не обладать взрывчатыми свойствами В металлоорганических азидах сочетаются связи металла с углеродом и азид-ионом (напр , триэтилазид свинца (Ю)) Большинство из них невзрывчаты Наиболее важными НА являются (1), применяемый в синтезе как органических азидов, так и других НА, и (2) —наиболее распространенное штатное инициирующее RR
Азиды щелочных и щелочноземельных металлов
Азиды щелочных и щелочноземельных металлов
/ X
С2П5 N3
10
(10)
Energetic Materials Vol 1 Physics and chemistry of the inorganic azides / Ed Fair H.D , Walker R F —NY —London 1977
И В Целинскии, M А Илюшин
Азиды щелочных и щелочноземельных металлов представляют собой ионные соединения, химически устойчивы, разлагаются только при повышенных температурах Большая часть А малочувствительна к механическим воздействиям и не взрывчата. Азид лития и некоторые азиды щелочноземельных металлов способны детонировать, распадаясь до нитридов. А растворимы в полярных и нерастворимы в неполярных растворителях. Строение кристаллической решетки А аналогично строению соответствующих хлоридов. А нашли применение в качестве фототермографических материалов, генераторов азота, используются в синтезе полимеров, в органическом и неорганическом синтезе, А можно использовать для получения особо чистых металлов
Азид лития LiN3, мол. масса 48,96 —белое кристаллическое вещество, из А наиболее чувствителен к механическим воздействиям (50% взрывов при грузе 2 кг, высота 108 см), гигроскопичен, растворяется в воде (66,41 г в 100 г воды при 16°С), гидразине, этаноле, нерастворим в абсолютном эфире Разлагается со взрывом при медленном нагревании до 298°С Твсп (5с)145°С Энергия кристаллической решетки 812,86 кДж/моль, АН =2,58 ккал/моль (10,8 кДж/моль) Энтальпия реакции разложения до металла 10,2 кДж/моль, до нитрида 78,77 кДж/моль Скорость детонации при максимальной плотности 990 м/с. Образуется в водно-спиртовом растворе по уравнению'
2 NaN3 +IJ2SO4 -> 2 LiN3 + Na2SCT4
Азид натрия NaN3, мол масса 65,02 — белое кристаллическое вещество Нечувствителен к удару и трению Тпл 275°С Получают из амида натрия и закиси азота или по реакции'
R -ONO + NH2 — NH2 + NaOH ->NaN3 + ROH+ 2H2O где R = alkyl
Азид калия KN3, мол масса 81,12 —белое кристаллическое вещество, легко растворим в воде, нерастворим в этаноле и ацетоне Плотность 2,05 г/см3, негигроскопичен Энергия кристаллической решетки 636,88 кДж/моль, ДН,О -0,33 ккал/моль (-1,38 кДж/моль) Получают по реакции'
NaN3 + 0,5 К2СО3 —> KN3 + 0,5 Na2CO3
Азид рубидия RbN3, мол масса 127,5, растворим в воде, слабо гигроскопичен, плохо растворим в этаноле, Тпл 317°С Энергия кристаллической решетки 636,88 ккал/моль, АН - 0,07 ккал/моль (-0,29 кДж/моль), чувствительность к удару на уровне тротила. Образуется по реакции:
2 NaN3 + Rb2SO4 -> Na2SO4 + 2 RbN3
Азид цезия CsN3, мол масса 174,93, растворим в воде, гигроскопичен, плохо растворим в этаноле, Тпл 326°С, имеет полиморфный переход при 151°С, АН -2,37 ккал/моль (-9,92 кДж/моль) От удара не взрывается Получают по реакции'
CsOH + HN3 CsN3 + Н2О
Азид бериллия [Be(N3)]„, мол масса 93,07-бесцветный растворимый в воде и тетрагидрофуране взрывоопасный полимер, является ковалентным соединением, легко гидролизуется водой, нерастворим в эфире Был получен по реакции'
Ве(СН3)2 + 2 HN3 -> Be(N3)2 + 2 СН4
Азид магния Mg(N3)2, мол масса 108,37 —белое кристаллическое вещество, хорошо растворим в воде, нерастворим в эфире, тетрагидрофуране и гидразине, гидролизуется водой до основного азида, нечувствителен к удару Получают по реакции'
(C2H5)2Mg + 2HN3 ->Mg(N3)2 +2С2Н6
Азид кальция Ca(N3)2, мол масса 124,13 —белая, расплывающаяся на воздухе соль, растворим в воде, практически не растворим в этаноле, ацетоне, эфире Температура начала разложения 110°С, выше 160°С взрывается, чувствителен к удару, АН о 11,03 /~*л/моль (46,17 кДж/моль) Теплота взрыва 625 ккал/кг ( 676,25 кДж/моль) Скорость детонации при максимальной плотности 770 м/с.
Азид стронция Sr(N3)2, мол масса 171,68 —белые гигроскопичные кристаллы, растворим в воде и практически не растворим в этаноле и ацетоне При ударе не взрывается, при нагревании выше 194°С
Азота оксиды
Азота оксиды
взрывается Энергия кристаллической решетки 2069,02 кДж/моль, ДН 1,72 ккал/моль (7,2 кДж/моль) Твсп (5с) 169°С Теплота взрыва 295 ккал/кг (1244,9 кДж/кг) Получают по реакции-
SrO+ 2HN3 ->Sr(N3)2 + Н2О
Азид бария Ba(N3)2, мол масса 243,43 —белое кристаллическое вещество, растворим в воде, нерастворим в этаноле, ацетоне, эфире, т пл 150°С, плотность 2,94 г/см3 Д/7^ -5,32 ккал/моль (-22,27 кДж/моль) Взрывается при нагревании и ударе (50% взрывов при грузе 10 кг, высота 10 см) Получают по реакции
Ва(ОН)2 + 2 HN3 Ba(N3)2 + 2 Н2О
Energetic Materials Vol 1 Physics and chemistry of the inorganic azides / /Ed Fair H D , Walker R F —NY —London, 1977
И В Целинский, M А Илюшин
Азота ОКСИДЫ играют важнейшую роль в различных химических процессах, в том числе в процессах термического разложения, горения и детонации энергетических конденсированных систем Ниже рассмотрены свойства семи известных АО
Гемооксид (оксид диазота, закись азота, «веселящий газ») N2 О— бесцветное соединение со слабым приятным запахом и сладковатым вкусом Используется как анестезирующее средство, но при высоких концентрациях вызывает удушье Молекула линейна С водой, растворами кислот и щелочей, кислородом не взаимодействует Растворимость в воде (г/100 г) при 273 К —0,257; при 298 К — 0,108 Выше 773 К разлагается на элементы Окислитель, восстанавливается серной кислотой до N2, солями Sn2+ — до NH2OH, солями Т1 —до NH3 С горючими газами и парами образует взрывоопасные смеси Получается при окислении аммиака при 473 — 573 К на марганцевом катализаторе или при разложении аммиачной селитры при температуре ок 523 К
Монооксид азота (монооксид азота, окись азота) NO —бесцветный газ, сжижающийся в бесцветную жидкость при атмосферном давлении и температуре 424,5 К Парамагнитен Длина связи N—О 0,115 нм, энергия связи 626,84 кДж/моль, ц = 6,48-10 30 Кл • м Растворимость в воде (г/100 г) при 273 К —0,00988; при 398 К —0,00348 Растворяется в спиртах и сероуглероде Выше 1273 К разлагается на элементы При низких температурах может димеризоваться При нормальных условиях на воздухе быстро окисляется до NO2 Окислитель Химически активен взаимодействует с галогенами, серной кислотой, восстанавливается углеродом, фосфором,
серой, SO2, Н2, металлами до N2, солями Сг2+ —до NH3, сильными окислителями окисляется до HNO3 Физиологически активен —действует на центральную нервную систему, разрушает оксигемоглобин В промышленности моноксид азота получают при окислении аммиака на платиновом катализаторе при 1123—1223 К Возможен плазмохимический синтез
Сесквиоксид азота (диазота триоксид, трехокись азота, азотистый ангидрид) N2O3 существует как индивидуальное соединение только при температуре < 172 К в виде кристаллов голубого или бледно-синего цвета При нормальных условиях находится в равновесии с продуктами диссоциации' N2O3 =NO+NO2 Молекула плоская Растворяется в кислотах и диэтиловом эфире При пониженных температурах ограниченно смешивается с водой Окислитель Со щелочами образует нитриты Образуется при охлаждении «нитрозного газа» (смесь NO + NO2)
Диоксид азота NO2 - темно-бурый газ, сжижающийся при нормальных условиях с образованием тетраоксида диазота N2O4 Парамагнитен Длина связи N — О 0,119 нм, угол О — N — О 1340 В твердом и жидком состояниях находится преимущественно в виде N2O4 Молекула димера диамагнитна, имеет плоскую структуру Окислитель При взаимодействии с водой NO2 образует азотную и азотистую кислоты, со щелочами — смесь нитратов и нитритов Хорошо поглощается серной кислотой с образованием нитрозилсерной кислоты HNSO5, обладает высокой растворимостью в азотной кислоте, органических растворителях В смеси с CS2 взрывается Восстанавливается Н2 до NH3 в присутствии Pt или Ni В промышленности диоксид азота получают из нитрозного газа путем концентрирования NO2 и последующей конденсации N2O4 NO2 и N2O4 сильно ядовиты—разрушают органы дыхания, понижают кровяное давление Используются в составе окислителей жидких ракетных топлив и взрывчатых смесей, при очистке нефтепродуктов от сернистых соединений
Пентаоксид диазота (пятиокись азота, азотный ангидрид) N2Os
кристаллическое бесцветное ионное соединение (NO2NO3, см Нитрония соли), расплывающееся на воздухе В жидком состоянии не существует, при плавлении (30°С) возгоняется и разлагается олекула газообразного азотного ангидрида имеет неплоскую структуру Легко гидролизуется водой с образованием HNO3 Сильный окислитель При повышении температуры разлагается с образованием тетраоксида диазота и О2 Восстанавливается оксидом азота до
22________________________Азотистая кислота
NO2 Растворяется в CHCI3, HNO3, H2SO4 и др Получается при окислении газообразных и жидких А о. озоном или при взаимодействии HNO3 с Р2О5
Гексаоксид диазота (перекись азота) N2Og — продукт глубокого окисления N2O4 жидким озоном. Кристаллическое соединение белого цвета, в жидком состоянии не существует При плавлении (51 °C) возгоняется и разлагается Окислитель Взаимодействует с водой с образованием азотной и азотистой кислот
С А Ануров
Азотистая кислота HNO2, мол масса 47,02, в свободном состоянии неизвестна Существует в виде разбавленных водных растворов совместно с азотной кислотой или в виде паров. Водные растворы бесцветны АК —слабая одноосновная кислота, константа дисс 6,0 • 10-f> при 25°С В растворах азотной кислоты присутствует в не-диссоциированном виде совместно с N2O3 и N2O4, при повышении температуры разлагается с образованием азотной кислоты 2 HNO2 = HNO3 + 2 NO + Н2О. С основаниями образует соли —нитриты, сильными окислителями (Н2О2, H2SO4, КМпО4 и др ) окисляется до азотной кислоты, под действием восстановителей (HI, ЫН2ОН и др ) восстанавливается до NO, H2N2O2 или до смеси NO + N2O + H2N2O2 В газовой фазе существуете виде равновесной смеси двух таутомерных форм- Н — NO2 (1) и НО — N = О (2), для каждой из которых известны ряды органических производных и комплексных соединений, содержащих нитро- ( —NO2) и нитрито-( — ONO) группы При 25°С равновесная смесь содержит соответственно 0,309 и 0,691 мольных долей (1) и (2) структурных изомеров Для (1) и (2) форм Ср соответственно 45,4 и 46,0 Дж/(моль К), (Н^р —77,4 и 79,5 кДж/моль, 5298 — 249 Дж/(моль • К) Нагревание паров АК приводит к ее разложению с образованием оксидов азота- 2 HNO2 = NO + NO2 + Н2О Получают АК действием неорганических кислот на нитриты либо при поглощении оксидов азота водой АК является промежуточным продуктом при синтезе азотной кислоты, при термическом разложении некоторых нитросоединений и реагентом при получении нитрозосоединений
С А Ануров
Азотистоводородная кислота (азоимид) HN3, мол. масса 43, молекула имеет линейное строение — жидкость с резким
_______________________Азотная кислота________________23 удушливым запахом, Ткип 37°С, Тзатв — 80°С, плотность 1,13 г / см3 (20°С), растворима воде, в любых соотношениях смешивается с этанолом Теплота образования газообразой АК Qv =297,1 + 2,1 к Дж/моль, жидкой — Qp =264,0 + 2,5 кДж/моль, теплота растворения газообразной АК в воде 40,77 Дж/моль. Проявляет кислые свойства, рКд 4,67, с основаниями образует соли, с карбоновыми кислотами в присутствии H2SO4 образует амины (реакция Шмидта)-
RCOOH+ HN3 -+RNH2 + СО2 + N2
С альдегидами образует нитрилы и формильные производные аминов, с кетонами — амиды-
RCHO + HN3 -> RCN + RNHCOH
RCOR + HN3 -> RCONHR + N2
При избытке АК из кетонов образуются тетразолы Безводная АК как в жидком, так и парообразном состоянии исключительно чувствительна к внешним воздействиям. При длительном хранении в стеклянной посуде становится еще более опасной в обращении Многие примеси катализируют взрывное разложение Разбавление газообразной АК инертными газами снижает ее чувствительность Водные растворы АК при нормальной температуре сохраняются без разложения продолжительное время, при кипячении не разлагаются, при концентрации > 65% HN3 детонируют Скорость детонации безводной АК 8100 м/сек, 70% водного раствора —7300 м/сек По токсичности А к сравнима с синильной кислотой При концентрации в воздухе > 0,0005 мт/л у людей проявляются заметные симптомы интоксикации (головная боль, раздражение слизистых оболочек), при попадании внутрь — спазмы и поражение сердца, легких, центральной нервной системы АК — протоплазменный яд Получают АК- а) взаимодействием N2O с NaNH2; б) действием разбавленной H2SO4 на азиды металлов
* Б аг ал Л И Химия и технология инициирующих ВВ — М Машиностроение, 1975 456 с
С Ф Мельникова Азотная КИСЛОТа HNO3, мол. масса 63,016, молекула имеет плоскую структуру Безводная АК —бесцветная жидкость, кипящая при атмосферном давлении при 356,44 К; Гпл -231,42 К; плотность-1,513 г/см3, АЯ^р=-174,1 кДж/моль; АЯПЛ - 10,47 кДж/моль; Д/7°сп(273 К)-39,1 кДж/моль; С° (300 К)-109,9 Дж/(моль-К); Д77° растворения в воде -33,68 кДж/моль,
24_________________________Акваналы
S298°—155,6 Дж/(моль-К) Сильная одноосновная кислота — рКл = 1,64 Концентрированная АК малоустойчива и разлагается на оксиды азота, которые, растворяясь в АК, придают ей желтоватую окраску и специфический запах 4 HNO3 = 4 NO2 + 2 ЩО + О2 В твердом состоянии при 230 К АК существует в виде двух кристаллических модификаций с моноклинной и ромбической решетками АК смешивается с водой во всех соотношениях, в водных растворах при концентрациях ниже 70% практически полностью диссоциирует на Н+ и NO3 Водные растворы АК образуют три эвтектические сме-си-при 206,7 К (89,95% HNO3), 231 К (70,5%) и 230 К (32,7%) Ткип водных растворов азотной кислоты повышается с увеличением содержания HNO3 и достигает максимума (394 К) при концентрации 68,4% (азеотропная смесь), а затем снова понижается. Смесь, содержащая 68,4% АК —сильный окислитель. Различают концентрированную АК (> 97% HNO3) и разбавленную (водные растворы, содержащие < 60% HNO3). Смесь концентрированной АК и НС1 в объемном соотношении 1’3 называется «царской водкой». Она является сильным окислителем и растворяет даже благородные металлы Смесь концентрированной АК и серной кислоты (- 96%) называют меланжем Разбавленную АК синтезируют из аммиака в три стадии: каталитическое окисление NH3 до NO (4 NH3 + 5 О2 = 4 NO + 6 Н2О), окисление NO до NO2 (2NO+O2 =2NO2) и абсорбция NO2 водой (3 NO2 + Н2О = 2 HNO3 + NO) В качестве катализатора первой стадии используют платину либо сплавы Pt (80 — 95%) с металлами платиновой группы. Концентрированную АК получают перегонкой разбавленной АК в присутствии водоотнимающих средств (H2SO4, нитраты магния), либо «прямым синтезом» из жидких оксидов азота по реакции’
2 N2O4 + 2 Н2О + О2 = 4 HNO3
Разбавленную АК используют для получения минеральных удобрений, различных нитратов (Na, К, NH4, Са и др ), при нитровании легко нитруемых соединений (нпр , толуола) Концентрированную АК применяют для приготовления нитрующих смесей в производстве ВВ и как компонент окислителей в ракетных топливах
С А Ануров
Акваналы —промышленные взрывчатые вещества, содержащие в составе воду (акво) и алюминий (ал), имеющие за счет последнего повышенную мощность и плотность заряжания (до 1750 кг/м3), большую скорость детонации, низкую чувствительность к внешним
___________________Акванит_________________________25
воздействиям Как все водосодержащие составы, А имеют достаточную водоустойчивость за счет малой поверхности контакта с водой в скважинах
А имеют аналогичный состав с акванитами, в которые добавляется от 2 до 15% алюминия или его сплава с другими металлами (см Акванит)
А представляет собой загущенный концентрированный раствор аммиачной селитры (80 — 90%), в котором распределены гранулы или чешуйки тротила (до 20%) и алюминий В качестве окислителя дополнительно к аммиачной селитре вводят до 25% натриевой или кальциевой селитр, в качестве дополнительного горючего применяется до 15% карбамида, а вместо тротила для сенсибилизации составов в раствор окислителя вводят нитраты аминов Загустителями являются гуар-гам, полиакриламид, карбоксиметилцеллюлоза, крахмал и т д в количестве до 2% Зарядку водосодержащих акваналов в скважины производят с помощью специальных смесительно-зарядных машин, в которых производят также смешение с сенсибилизатором Для повышения водоустойчивости и предотвращения расслоения состава загущенный раствор часто сшивают В качестве сшивки (структурообразующей добавки) для создания поперечных связей макромолекул загущенных полимеров в водосодержащих А применяют сульфат хрома, бихромат натрия, сернокислый алюминий, буру, калиевые квасцы хрома и т п В зависимости от типа загустителя и наличия сшивки А имеют консистенцию от подвижных масс до пластичных студней А выпускаются в пластичном состоянии в виде патронов и шланговых зарядов, а также в гранулах в насыпном состоянии в мешках для механизированного заряжания шпуров и скважин Однако они не нашли широкого применения из-за сложности производства
Алюминий применяется в А в виде пудры, порошка или чешуек Мелкодисперсное состояние алюминия обеспечивает более полное окисление во время взрывчатого превращения и гарантирует физическую стабильность состава При этом теплота взрыва возрастает до 6100 кДж/кг, и высокая скорость выделения энергии развивает давление взрыва в зоне разрушения до (60 — 70) х Ю8 Па Дубнов Л В Промышленные взрывчатые вещества -М Недра, 1988 —358 с , Ку 2(484 8^ Разрушение горных пород взрывом М МТИ, 1992 -516 с , ГОСТ 184-84 Вещества взрывчатые промышленные Термины и определения
В А Соснин Акванит-водосодержащее взрывчатое вещество, в состав которого входят раствор окислителей, дисперсное нитросоединение в качестве сенсибилизатора и пластифицирующие добавки А имеют
26
Акватолы
пластичную консистенцию и предназначены, главным образом, для подземных работ в патронах различного диаметра; обладают достаточной водоустойчивостью и при патронировании в полиэтиленовую ооо.исчку могут применяться в условиях любой обводненности; являются высокоплотными малочувствительными к внешним воздействиям ВВ, но детонируют в зарядах малого диаметра с выделением небольшого количества ядовитых газов.
Превосходные взрывчатые свойства А. достигаются сбалансированным компонентным составом по кислородному балансу, тонким диспергированием жидких и твердых компонентов в жидкой струк турно-связанной среде с ограниченным содержанием в ней воды Для придания требуемых детонационных характеристик вводят взрывчатый сенсибилизатор и часто поверхностно-активное вещество для вовлечения воздушных пузырьков.
Теплота взрыва А. колеблется от 3350 до 4606 кДж/кг и скорость детонации достигает величины 5500 м/с
А. раздельного заряжания выпускаются в гранулированном виде и только при зарядке совмещаются с водой с помощью специальных устройств. При введении до 6% воды при транспортировании в зарядном шланге гранулы размягчаются и в зарядной полости переходят в пластичное состояние с увеличением плотности заряда до 1,3 г/см^ Поздняков З.Г., Росси Б.Д Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания — М Недра, 1977. —253 с
В Л Соснин
АкваТОЛЫ —промышленные водосодержащие взрывчатые вещества, представляющие собой высокоплотные, загущенные и структурированные смеси раствора аммиачной селитры с тротилом или его смесью с гранулированной аммиачной селитрой Предназначены для механизированного заряжания сухих и обводненных скважин диаметром не менее 105 мм на открытых горных разработках для взрывания руд и пород средней крепости и крепких во всех климатических районах России. А. изготавливают на местах применения в смесительно-зарядных машинах «Акватол-1У», «Акватол-3», «МЗ-4В» при температуре 50-105 °C смешиванием предварительно приготовленного раствора окислителя и гранулированного компонента Для придания водоустойчивости ВВ в раствор окислителя кроме аммиачной селитры вводится загуститель (полиакриламид, натриевая соль кар-боксиметилцеллюлозы, флокулянт, кремневый золь и др ) и структурирующий агент (сульфаты и бихроматы металлов)
Добавка в раствор окислителя карбамида позволяет применять А. для взрывания пород, содержащих примеси сульфидов А
Аккумулятор давления
27
недостаточно чувствительны к средствам первичного инициирования, требуют промежуточного детонатора из 2 — 3 тротиловых шашек массой 400 — 500 г
Основными представителями являются А • Т-20Г, Т-20ГМ, Т-20ГК, Т, TH Они содержат 9 — 20% тротила, и остальное составляет раствор окислителя
Характеристика .-.синие и нарывчатые характеристики А. Значение
Теплота взрыва, кДж/кг 3350-3770
Плотность, кг/м3 1400-1500
Скорость детонации, км/с 5,0-5,6
Критический диаметр детонации открытого заряда, мм 120
Концентрация энергии при плотности 1500 кг/м3, кДж/кг 5025-5655
ТУ 84-08628424 632-97 Акватол Т-20ГМ Технические условия, Дубнов Л В Баха-«88 - 358 с ГОСТ 26Щ4 84 НОМЬППЛе’гаЬ1е взРывчатые "^стна ~М Недра, ределения ’ 8 Вещества взрывчатые промышленные Термины и оп-
А Г Страхов
Аккумулятор давления —газогенерирующая система (газогенератор), предназначенная для выработки сжатого генераторного газа и регулирования во времени его расхода и давления Для получения генераторного газа требуемого состава используют жидкие или твердые топлива Твердотопливные АД называют также пороховыми (см Пороховые аккумуляторы давления)
Жидкостные АД разделяются на однокомпонентные и двухкомпонентные Однокомпонентные жидкостные АД используют принцип каталитического или термического разложения химических топлив В качестве однокомпонентных топлив обычно используются перекись водорода, гидразин, несимметричный диметилгидразин, изопропилнитрат и другие вещества В двухкомпонентных жидкостных АД используются двухкомпонентные топлива жидкий кислород с керосином, водородом, аммиаком; четырехокись азота с ди метил-гидразином, гидразином и др Температура генераторного газа составляет обычно 800— 1200 К, а его состав может быть окислительным, восстановительным или нейтральным в зависимости от целей газогенерации Жидкостные АД используют преимущественно для предстартового наддува баков ракет (вытеснительная система пода-пи) и обеспечения работы турбонасосных агрегатов
28__________________________Алюминии_____________________________
Алемасов В Е , Дрегалин А ф ,Тиишн А П Теория ракетных двигателей — М Машиностроение, 1989 - 463 с
Мелешко В Ю
АЛЮМИНИЙ А1 —легкий, белый металл серебристого цвета, пластичен, хорошо полируется Температура плавления 658°С, теплота плавления 10,8 кДж/моль, удельная теплоемкость расплавленного А1 31,103 Дж/(кг • К). Температура кипения при атмосферном давлении, определенная различными исследователями, 2000 —2500°С А1 обладает высокой химической активностью Во всех устойчивых соединениях А1 трехвалентен, но при высоких температурах он может быть одно- и двухвалентным А1 горит в ряде окислительных сред —кислороде, парах серы и др. С хлором и бромом А1 реагирует при обычной температуре, с йодом —при нагревании или в присутствии воды, играющей роль катализатора При температуре 700 —800° С А1 реагирует с азотом и углеродом С водородом непосредственно не взаимодействует Вследствие образования защитной оксидной пленки А1 устойчив в сильно разбавленных и концентрированных HNO3 и Н3РО4 Защитные свойства оксидной пленки ослабляются в щелочных средах
При окислении в среде О2, СО, СО2 частицы А1 покрываются плотной оксидной пленкой Возможность воспламенения и время задержки воспламенения зависят от размера и формы частиц А1. Частицы алюминиевой пудры и мелкие частицы А1 сферической формы (< 50 мкм) воспламеняются при температуре порядка 1500°С, а частицы размером более 100 мкм в пламенах горелок, смесевых топливах или не воспламеняются вообще или воспламеняются при температурах выше температуры плавления оксида А1 Время задержки воспламенения зависит от размера и концентрации частиц и температуры окислительной среды Снизить температуру воспламенения крупных частиц А1 можно, добавляя к ним мелкие частицы или покрывая их специальными пленками Поверхность горящих частиц AJ находится в расплавленном состоянии, а вокруг них образуется светящая зона диаметром в 1,5 —3,5 раза больше диаметра исходных частиц (d) Температура горения А1 близка к температуре кипения оксида, а время сгорания пропорционально с/1,5 и мало зависит от температуры пламени и давления Состав продуктов сгорания А1 в топливах и пиротехнических составах весьма разнообразен —А12О3, AI4C3, AINи тд Промышленность выпускает А1 в виде порошка ПА-1 (2,3,4), АС Д-1 (2,3,4) и АСД-Т, а также пудры пиротехнической AI широко применяется в смесевых топливах и практически во всех видах пиротехнических составов
Фролов Ю В , Похил П Ф , Логачев В С. Воспламенение и горение порошкообраз-о алюминия в высокотемпературных газовых средах и составе гетерогенных кон-Н нсиоованных систем // Физика горения и взрыва Новосибирск Наука, ?972 - Т 8 —№2, Вуд В А Горение металлов в быстрогорящих топливах // Исследование ракетных двигателей на твердом топливе М.: ИЛ, 1963
Ф П Мадякин
АЛЮМИНИЯ ГИДРИД AIH3 (ГА)—бесцветное нелетучее твердое вещество, в полимерном состоянии (AIH3 )п существует в виде нескольких кристаллических и аморфных фаз Напр., a-фаза ГА имеет
1 47-ЛТ/го ~ 11,42 кДж/моль; 5298 30,04 [Дж/(моль K)j;Cp298 ’ ’ /298
40,21 Дж/моль К В a-фазе А г каждый атом А1 окружен 6 атомами водорода, которые образуют мостиковые связи Al —Н —А1 с шестью др атомами А1 Все Al — Н расстояния равны 1,72А, что подтверждает трехцентровую двухэлектронную связь, ближайшее расстояние между атомами алюминия 3,24А ГА —термодинамически нестабильное вещество и начинает распадаться при температуре ~ 150°С с выделением водорода и металлического А1 По химическим свойствам ГА является сильным восстановителем, энергично реагирует с водой и др протонными реагентами с выделением водорода; с молекулами, являющимися донорами электронов, образует комплексные соединения Наиболее изученные комплексы — триалкиламиновые аланы. ГА с триэтиламином образует два вида продуктов с соотношением реагентов 1 1 и 1 2; последний существует в избытке амина, первый из них имеет тетраэдрическую структуру, второй — структуру тригональной бипирамиды Тетрагидрофуран образует комплексы аналогичного состава, а диэтиловый эфир —комплекс с соотношением 1:1 Способ получения ГА- взаимодействие L1AIH4 и А1С13 в диэтиловом эфире 3LiA1H4 + А1С13 —> 4 AIH3(OEt2)n + 3 LiCl После отделения хлорида лития образовавшиеся эфираты переменного состава обрабатывают L1AIH4 и LiBH4 в избытке бензола, в результате образуется кристаллическое вещество (а-А1Н3) В зависимости от условий обработки могут образовываться др модификации ГА Работы с ГА проводят в атмосфере азота Применение ГА- в качестве восстановителя в синтезах и источника аккумулированного водорода, для алюминирования поверхностей материалов; как горючий компонент в ракетных топливах; в процессах бессеребряной фотографии ’ ^bpedia of Inorganic Chemistry / Ed R Bruce King, John Wiley &
9 ~ 1995 — T 1. — P 105, Семененко К H , Булычев Б М , Шевлягина Е А // Успехи химии -1966 -т 35 -№9 - С 1529
А И Горбунов
30
Алюминия с магнием сплав
Алюмогидриды
АЛЮМИНИЯ С магнием сплав. Алюминий и магний сплавляются при любых соотношениях. В пиротехнической промышленности используется сплав, содержащий примерно одинаковое количество Mg и Al и имеющий теплоту образования 205,31 кДж/моль Сплав AM сравнительно легко взаимодействует не только с кислородом, но и с азотом, двуокисью азота, углекислым газом, парами воды и другими газообразными окислителями. Порошкообразный сплав AM воспламеняется в кислороде, водяном паре и углекислом газе Процесс горения частиц сплава в воздухе и в смесях кислорода с аргоном является двухстадийным На первой стадии сгорает магний, а потом алюминий Зона свечения на первой стадии длительное время не изменяется, но когда процесс выгорания магния заканчивается, она уменьшается, приближаясь к поверхности частицы, а ее яркость увеличивается Время сгорания частиц сплава AM в воздухе пропорционально их диаметру в степени 1,6. Горение частиц сплава AM в среде углекислого газа после завершения первой стадии затухает Место воспламенения частиц сплава AM при горении топлив и пиротехнических составов зависит от их размера и содержания горючего в составе. Чем мельче частицы и больше (до определенного предела) содержание горючего в топливе, тем они легче воспламеняются. Воспламенение может происходить на поверхности горения Добавки MnO2, V2O5, ВаО2 в топливо на основе перхлората аммония уменьшают время задержки частиц сплава AM в пламени Выпускаемые промышленностью порошки сплава AM обозначаются тремя буквами ПАМ, после которых через дефис пишется цифра (1,2,3,4), отражающая дисперсность порошка По ГОСТ порошок ПАМ-1 должен проходить через сито с сеткой 07, ПАМ-2 — 045, ПАМ-3 — 0315 и ПАМ-4 — 016 В последние годы по отдельным ТУ выпускаются порошок ПАМ-5 с большей дисперсностью и сплав AM со сферической формой частиц (АМД-50) Сплав AM применяется в фотоосветитель-ных, осветительных, зажигательных, сигнальных, трассирующих и других пиротехнических составах.
Кляузов А К., Арш М М., Мадякин Ф П , Филаретова Г А Воспламенение порошков металла в продуктах горения Модельного топлива - В сб Горение и взрыв Материалы III Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву — М Наука, 1972
у Ф П Мадякин
Алюмогидриды (тетрагидридоалюминаты, ала-НЭТыМ А) —комплексные гидриды, содержащие тетраэдрический ион [А1Н4 ]’ или группу с мостиковыми водородными связями Практическое значение имеют А щелочных и щелочно-земельных металлов Такие А — бесцветные кристаллические вещества Их некоторые
физические и термодинамические характеристики приведены в таблице
Соединение ПЛОТНОСТЬ, г/см3 А"о6р°, кДж/моль 5 298" > Дж/(моль град) Температура разложения, ”С
Li[A1H4] 0,917 - 107,1 78,7 > 140
№[А1Н4] 1,28 - 113,1 124,0 > 220, Тпл 182
К[А1Н4] 1,33 - 166,7 129,0 > 270
Cs[ AIH4 ] 2,84 - 165,0 150,8 > 290
Mg[AlH4]2 1,05 - 234,0 - > 140
Са[А1Н4 ]2 - - 184,3 - > 230
N(CH3)4A1H4 0,99 - 12 (расч ) - > 170
А весьма реакционноспособные вещества С водой, аммиаком, кислотами, спиртами и др. соединениями с подвижным атомом Н энергично реагируют с выделением Н 2 А в реакциях с органическими веществами выступают как сильные восстановители Они восстанавливают кратные связи углерода с атомами О, N и S, не затрагивая связи >С = С< А растворимы в ТГФ, моно- и диглиме, в диметиловых эфирах полиэтиленгликолей; А лития и магния —в диэтиловом и дибутиловом эфирах А образуют в растворах с эфирами и некоторыми триалкиламинами сольваты состава 1 1 или Г 2 Наиболее распространенные способы получения А взаимодействие гидрида металла с А1На13 в эфирах или эфироуглеводородных смесях, прямой синтез из элементов (NaAlH4, КА1Н4, CsA1H4) при 100 —200°С и давлении Н 2 30 — 300 атм в сольватирующих растворителях А переходных металлов и металлов III и IV групп получают при взаимодействии L1AIH4 с галогенидами металлов в эфире при - 80 — 110°С Это весьма нестабильные соединения, разлагающиеся при повышении температуры с выделением металлов или их гидридов (Т1Н2, ZrH2, YH3,ScH2) А четвертичных аммониевых оснований (R4N[A1H4]) получают обменной реакцией L1AIH4 с R4NHal КА относят и гекса-гидридоалюминаты, MgAlHf,, которые могут быть получены прямым синтезом из элементов или термическим разложением А М3А1Нб термически более устойчивы, чем соответствующие А Существуют и «лее сложные комплексы, например, Mg[AlH4]2 -2 L1AIH4, L1AIH4 А1Н3, Li[Mg(AlH4)3Cl] и др Термический распад — сложный многостадийный процесс, для А щелочных металлов протекающий в две стадии'
32
Алюмотол
Аминотринитробензол
33
6 МА1Н4 = 2 М3А1Н6 + 4 А1 + 6 Н2 и
2 М3 А1Н6 = 6 МН + 3 Н2 + 2 А1
ДляЬ1А1Н4 процесс на первой стадии (100— 150°С) описывается уравнением автокатализа 1-ого порядка с энергией активации 110—118 кДж/моль Термический распад Li3AlH6 проходит при 180 — 220° С Анализ А проводится по объему Н 2, выделившегося при гидролизе, или комплексонометрически по содержанию А1 Гидрид-ный водород определяется йодометрическим титрованием в апротонных растворителях А. рассматривались как богатые водородом энергетические добавки к твердым и жидким ракетным топливам В настоящее время более перспективным ракетным горючим считается гидрид алюминия, a LiAlH4, NaAlH4, КА1Н4 и Са(А1Н4)2 являются исходным сырьем для его получения А. используют в органической препаративной химии и в фармакопее в качестве селективных восстановителей, а также как источники водорода и компоненты составов, генерирующих водород в режиме горения
Жигач А Ф , Стасиневич Д С Химия гидридов —Л , 1969, Алпатова Н М , Гав риленко В Кесслер Ю М и др Комплексы металлоорганических гидридных и галоидных соединении алюминия -М , 1970, Хайош А Комплексные гидриды в органи ческой химии / Пер с нем -Л , 1971, Химическая энциклопедия -М , 1988 Т 1 -1990 — Т 2, Wieberg Е , Amberger Е Hydrides of the elements main groups I —IV, —Amst b’ N-Y , 1971, Seyden Penne I Reduction by the Alumino and Boro-hydndes in Organic Synthesis —N -Y , 1997
Г H Нечипоренко, В В Захаров
АЛЮМОТОЛ-гранулированное промышленное взрывчатое вещество (см Гранулированные ВВ), представляющее собой смесь тротила (85%) с дисперсным алюминием (15%) Алюминий распределяется в плаве тротила с последующим гранулированием в воду А водо-устойчив, хорошо сыпуч и легко тонет в воде при зарядке, не слеживается, пригоден для механизированного заряжания и обладает высокой стабильностью. Относится к высокомощным ВВ Теплота взрыва 5600 кДж/кг, скорость детонации 5500 — 6000 м/с, применяется при ведении взрывных работ по особо крепким породам, для подрыва требует промежуточного детонатора
А имеет кислородный баланс минус 76,25%, и поэтому при его применении требуется проведение дополнительных мер по проветри ванию карьеров и забоев во избежание отравления оксидом углерода Благодаря высокой мощности А достигается хорошая проработка подошвы уступов карьеров, и его применение сокращает объем бурения крепких пород до 30% по сравнению с гранулотолом.
А необходимо применять только в водонаполненном состоянии, Так как при этом возрастает плотность заряда до 1,35 г/см3 и повышается эффективность взрывания Кроме увеличения скорости детонации, в водонаполненном состоянии у А увеличивается полнота взрывчатого превращения за счет смещения реакции водяного газа 2 СО = СО2 + С + Q вправо с дополнительным выделением тепла Я Кутузов Б Н Разрушение горных пород взрывом -М МГИ, 1992 -516 с , ГОСТ 26184-84 Вещества взрывчатые промышленные Термины и определения
В А Соснин
Аминотринитробензол (8,4,6-тринитроанилин, ПИКрамИД) C6H4N4O6, мол масса 228,1—кристаллы желтого цвета, Тпл 192—195 С, плотность 1,762 г/см3 (14°С), ограниченно растворим в бензоле, уксусной кислоте, ацетоне Скорость детонации 8100 м/с (при плотности 1,75 г/см3), Твсп > 350°С, энтальпия образования—12,8—26 ккал/моль, теплота взрыва 990 ккал/кг А получают нитрованием о- или п-нитроанилина или ацетанилида либо аминированием тринитрохлорбензола Применялся как индивидуальное ВВ и в смесях
U Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч 2 -М , 1961 -842с Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ - 2-е изд пеое-раб и доп -Л Химия, 1973 —688 с ’ Р
Е В Веселова
Аммоналы —промышленные взрывчатые вещества, содержащие 5-10% нитросоединений (тротил и др ), 66,0-80,5% аммиачной селитры, 4,5 10,0% дисперсного алюминия А относятся к непредохранительным взрывчатым веществам и используются для взрывания на дневной поверхности и в шахтах, не опасных по газу и пыли Они выпускаются в патронированном виде и применяются при ручном способе заряжания шпуров и скважин Оболочка патронов формируйся из бумаги или полиэтиленовой пленки, диаметр патронов 32, 36, п>, 90 мм Патроны изготавливаются двумя способами- шнекованием или прессованием В первом случае плотность аммонита 950- 1200 кг м , во втором—1400—1580 кг/м3 По сравнению с аммонитами являются более мощными взрывчатыми веществами, так как со-топа^ ВЬ1СокоэнеРгетическую добавку — дисперсный алюминий, ко-срелс ПОВЫшает теплоту взрыва на 15 — 20% А чувствительны к ЛРТ ВаМ пеРвичного инициирования (капсюль и электродетонатор Детонирующий шнур) Р
Ряде вПрименяются в качестве взрывчатого вещества в основном за-РованныхЧВВВе ПромежУточных детонаторов - в зарядах из гранули-, а также для дробления негабаритных кусков породы
Аммониты
В настоящее время допущены к постоянному применению аммонал водоустойчивый, аммонал скальный №1, аммонал М-10
Основные взрывчатые характеристики приведены в таблице
Характеристика Значение
Теплота взрыва, кДж/кг 4940-5662
Критический диаметр детонации, мм 6-14
Скорость детонации, км/с 3,8- 6,5
Бризантность, мм 16-22
Фугасность, см3 410-460
Передача детонации на расстоянии, см
между сухими патронами 4 —
после выдержки в воде 3-5
Дубнов Л В Промышленные взрывчатые вещества — М Недра, 1988 —358 с , Ку тузов Б II Разрушение горных пород взрывом — М МГИ, 1992 —516 с , ГОСТ 26184-84 Вещества взрывчатые промышленные Термины и определения, Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к постоянному применению в Российской Федерации — М , 1997
А Г Страхов
ЛИМОНИТЫ-порошкообразные промышленные взрывчатые вещества, основными компонентами которых являются аммиачная селитра, тротил и хлористый натрий По условиям применения А подразделяются на предохранительные и непредохранительные. Непредохранительные состоят из селитры и тротила и предназначены для взрывных работ на земной поверхности и в шахтах, не опасных по газу и пыли Предохранительные А , содержащие дополнительно хлористый натрий, применяются в угольных и сланцевых шахтах (см Предохранительные ВВ) А выпускаются упакованными в бумажные мешки и в виде патронов в бумажной или полиэтиленовой оболочках диаметром 32, 36, 60, 90 мм Предохранительные ВВ выпускаются только в патронах диаметром 36 мм А имеют высокую детонационную способность, они чувствительны к средствам первичного инициирования (капсюль- и электродетопатор, детонирующий шнур)
Массовая доля компонентов в А составляет, тротил 3 — 21%, аммиачная селитра 61 — 97%, хлористый натрий 0 — 20% В настоящее время производят А №6ЖВ, АП-5ЖВ, ПЖВ-20, Т-19, АТ, которые применяют для взрывания горной массы шпуровым и скважинным
Аммониты АТ и изделия из них 35
методами с ручным способом заряжания, для дробления негабаритных кусков пород, в качестве промежуточных детонаторов зарядов гранулированных ВВ, для обработки металлов взрывом
Основные физико-химические и взрывчатые характеристики А приведены в таблице
Характеристика Значение
Теплота взрыва, кДж/кг 2095-4312
Плотность в патроне, кг/м3 1000-1200
Критический диаметр детонации, мм 10-13
Скорость детонации, км/с 1,4 4,8
Бризантность, мм 14-15
фугасность, см3 265-275
Дубнов Л В Промышленные взрывчатые вещества — М.: Недра, 1988 —358 с , Ку тузов Б Н Разрушение горных пород взрывом — М МГИ, 1992 —516 с
А Г Страхов
Аммониты АТ и изделия ИЗ НИХ (АТ-1, АТ-2, АТ-3)-низкоскоростные порошкообразные взрывчатые смеси тротила и аммиачной селитры (см также Аммониты)
В зависимости от марки аммонита и толщины слоя скорость детонации находится в пределах 1600 — 3800 м/с, критическая толщина детонации—10 —40 мм
Изготавливаются по технологии механического смешения компонентов
Аммониты АТ применяются для сварки (плакирования) крупногабаритных листов металлов взрывом и как взрывчатый наполнитель в шланговых зарядах ЗША, предназначенных для мягкой отбойки (ЗША-25) и пассировки каменных блоков (ЗША-14) крепких горных пород (гранит) на земной поверхности во всех климатических районах страны
Заряды ЗША ТУ 75-11903-561-93 выпускаются диаметром 25 (ЗША-25) и 14мм (ЗША-14), длиной4 —20м Инициирование зарядов осуществляется от детонирующего шнура или детонатора Заряды не образуют микротрещип в камне даже при непосредственном контакте заряда с породой, надежно детонируют в обводненных условиях, эластичны при отрицательных температурах
Андреева критерий
Основные технические характеристики зарядов марок 3UIA
ЗША-14 ЗША 25
Диаметр, мм 14 25
Масса одного погонного метра, кг 0,14 0,50
Температурный интервал эксплуата- -60-+60 -60-+60
Теплота взрыва, кДж/кг 1465 2052
Общее количество газов, л/кг 920 937
Скорость детонационного импульса по длине заряда, м/с 6500 7000
Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом — Новосибирск Наука, 1972 -188 с, Нефедов МА Направленное разрушение горных Пород взры вом —С -Петербург Изд-во петербургского университета, 1992 — 185 с
Г П Куценко
Андреева критерий (А;г) — отношение характерных размеров дефекта сплошности заряда твердого топлива, пороха или ВВ и ширины зоны горения Характеризует «сопротивление» заряда проникновению горения в его дефекты. Предельное условие нормального горения дефектных и пористых зарядов кр Критическое
значение Ли составляет от 2 (СРТТ) до 10 (пироксилин) при среднем значении порядка 6.
Беляев А. Ф , Боболев В. К , Кроткое А.И., Сулимов А А , Чуйко С В Переход горения конденсированных систем во взрыв — М Наука, 1973 —292 с
С В Чуйко
Антрацен С14н1о представляет собой бесцветные кристаллы, растворяющиеся в горячем бензоле, трудно —в спирте и эфире В пиротехнических составах применяется технический (сырой) А , являющийся смесью А. с его гомологами (фенантреном и карбазолом) и содержащий 12—18% антраценового масла Температура вспышки сырого А 150— 160°С Сырой А применяется в дымовых составах черного и белого цвета Недостатком сырого А является расслоение компонентов, что вызывает необходимость перед применением производить перемешивание (усреднение, перелопачивание) Составы на таком А. обладают недостаточными сыпучестью и физической стабильностью, поэтому в последнее время при разработке аэрозолеобразующих составов, составов ИК-излучения, твердых топлив пиротехнического типа используют химически чистый А
__________Антропогенное воздействие_ __________ 37
Антропогенное воздействие энергетических конденсированных систем (ЭКС) — воздействие человеческих факторов на изменение и саморазвитие природных объектов и явлений К числу таких факторов человеческой деятельности, оказывающих существенное влияние на окружающую природную среду, относятся производство, эксплуатация, использование по прямому назначению, ликвидация и утилизация энергетических конденсированных систем—твердых топлив (ТТ), порохов, ВВ и пиротехнических составов
Серьезную экологическую опасность, обусловленную АВ, представляют исходные компоненты ЭКС, промстоки, выбросы, технологические отходы и, особенно, продукты сгорания и взрыва (ПС и ПВ), образующиеся при проведении испытаний и пусков, ликвидации твердотопливных ракет и уничтожении зарядов, выслуживших гарантийные сроки
Токсичность многих штатных и перспективных компонентов ЭКС по своему физиологическому воздействию на организм человека находится на уровне ряда отравляющих веществ (табл. 1) При этом их содержание в производственных отходах может быть достаточно высоким (табл 2)
Таблица 1
Характеристика токсичности компонентой ЭКС.
Компоненты Токсическое действие Предельно допустимая концентрация
в воде водоемов, мг/л в воздухе,
Перхлорат аммония Поражение центральной нервной системы (ЦНС) 5,0 1,0
Октоген (гексоген) Поражение ЦНС, кровяной яд 0,1 1,0
Алюминий Поражение легких 2,0
Нитроглицерин Кровяной яд 0,01 1 0
Таблица 2
Содержание токсичных продуктов в промстоках, образующихся при -----------____________производстве и ликвидации зарядов ЭКС
Продукты Максимальная концентрация ПДК в воде водоемов,
продуктов в промстоках, мг/л мг / л
Гексоген Октоген 30 0,1
Перхлорат аммония Горюче-связующее Двзвесь)__^ 25 10000 200 0,1 5,0 2,0
38 _____________Ацетиленид серебра
Продукты Максимальная концентрация продуктов в промстоках, мг/л ПДК в воде водоемов,
Неотвержденная масса СТТ (взвесь) 6000 2,0
Стружка СТТ 200 2,0
Парахинопдиоксим 6,5 0,1
Основную опасность для окружающей природной среды и человека представляют хлористый водород и другие галогенсодержащие соединения Наряду с токсическим воздействием, галогенсодержащие соединения оказывают разрушающее воздействие на озонный слой земной атмосферы, особенно при пусках ракет. Помимо хлористого водорода, имеются большие ограничения и на другие продукты сгорания, в частности, на оксид алюминия, который является мутагеном Другой продукт горения — оксид углерода представляет реальную опасность в ближних зонах места подрыва, пуска или испытания, так как на удалении, в процессе разбавления атмосферным воздухом, происходит снижение его концентрации до допустимых пределов При сжигании зарядов ЭКС при пониженных давлениях (без соплового блока) достаточно высокими являются концентрации хлора Токсические свойства некоторых продуктов сгорания представлены в табл 3
Таблица 3
Предельно допустимые концентрации некоторых продуктов сгорания ЭКС
Вещество ПДКрз, мг/м3 ПДКмр, мг/м3 ПДКсс, мг/м3 ПДКв, мг/л
НС1 5 0,2 0,2 300 (СГ)
СО 20 5,0 3
СО 2 9000 - - -
А12О3 2 - - -
С12 1 0,1 0,3 —
no2 2 0,085 0,04 —
NH3 20 0,2 0,04 2 _
Раймере И Ф Природопользование Словарь-справочник — М.. Мысль, 1990, Бес памятное Г П , Кротов Ю А Предельно допустимые концентрации химических ж ществ в окружающей среде - Л Химия, 1995
, В IO Мелешко
Ацетиленид серебра (карбид серебра) C2Ag2.
мол масса 239,8, Тразл ~ 200°С, теплота разложения 293 ккал/кг (1226 кДж/кг) Очень чувствителен к удару Получают АС, пропус' кая (барботируя) ацетилен через аммиачный раствор азотнокислого
_________Ацетилениды__________________39
6Da В нейтральной или слабокислой среде образуется смешанная соль Ag2C2 • AgNO3—инициирующее ВВ, мол масса 409,7, т около 220°С, расширение в бомбе Трауцля 136 см3, теплота 1 разл
взрыва 451 ккал/кг (1888 кДж/кг), скорость детонации 2250 м/с ппи плотности 2,51 г/см3 и 4450 м/с при плотности 5,36 г/см3 Инициирующая способность больше, чем у гремучей ртути На практике в качестве ИВВ не применяется
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ М , 1975 И В Целинский, М А Илюшин
Ацетилениды-соли ацетилена (НС = СН), слабой кислоты с рКа 25, образующиеся при действии щелочных и щелочноземельных металлов (при нагревании или в жидком аммиаке) или металлоорганических соединений с замещением одного или двух атомов водорода
С2Н2 + М->НС2М + Н С2Н2 + MR->НС2М + RH
А металлов I и II групп энергично взаимодействуют с водой, регенерируя ацетилен, часто используются в органическом синтезе для введения ацетиленовой группы Соли двухвалентной ртути, одновалентной меди, галогениды алюминия, золота, хрома, серебра присоединяются к ацетилену, образуя комплексы
С2Н2 +МХ ->С2Н2 MX.
Многие комплексные соли обладают взрывчатыми свойствами Дизамещенные взрывчатые А (Си 2С 2, Ag 2С2 ) получают при действии на ацетилен аммиачных растворов солей этих металлов Образование красного осадка Си2С2 используется для анализа ацетилена
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М , 1975 И В Целинский, М А Илюшин
Аэрозолеобразующие составы для воздействия на переохлажденные облака и туманы. Одним из способов предотвращения града и вызывания осадков является введение в переохлажденное облако аэрозоля веществ (реагентов), являющихся центрами нуклеации паров воды Аэрозоль можно создавать различными методами, по наиболее предпочтительным считается сжигание пиротехнических составов в различного рода генераторах
УЩествуют два типа пиротехнических составов, образующих при горении аэрозоль реагента В первом типе реагент вводится в состав в виде порошка В результате сгорания состава он возгоняется, образуя аэрозоль Во втором типе составов реагент получается в процессе горения В России предпочтение отдается первому типу составов В ка-ве реагента используется Agl, который в большинстве составов
40 Аэрозольобразующие пожаротушащие составы
возгоняется за счет сгорания термической смеси на основе перхлората аммония. При этом высокий выход активных частиц (АЧ) достигается при горении составов с резко отрицательным кислородным балансом (КБ) при температуре продуктов сгорания порядка 2200 К Основным требованием к составам является обеспечение максимального выхода АЧ (не менее5 • 1012 ч/г) при температуре тумана минус 10°С Для обеспечения такого выхода первоначально вводили в состав до 50 — 60% Agl Современные составы содержат 2% Agl. Показана возможность разработки составов с содержанием Agl порядка 0,4% При использовании в качестве термической основы энергетически выгодных азотсодержащих соединений (азидопентон, нитраты целлюлозы) высокий выход АЧ наблюдается при КБ состава, близком к нулевому Это позволяет применять такие составы одновременно в качестве источника АЧ и топлива, обеспечивая экологическую чистоту продуктов сгорания
Ф П Мадякин
Аэрозольобразующие пожаротушащие составы— многокомпонентные композиции с полимерной связкой, содержащие горючее, которым, как правило, является связка, окислитель и ингибитор горения, диспергируемый и активируемый в процессе горения композиции
В качестве ингибиторов, обрывающих цепные реакции горения углеродно-водородных материалов (реакции СО+ О2 иЩт О2), используются соединения элементов I группы (с наименьшим электронным потенциалом ионизации) В силу экономических, технических и экологических причин предпочтение отдается соединениям калия и, в первую очередь, кислородосодержащим (KNO3, КС1О4)
Выбор полимерной связки определяется технологией изготовления АПС по технологии баллиститных ракетных топлив изготавливаются составы на основе пластифицированной нитроцеллюлозы (НЦ), по технологиям смесевого РТ и пиротехнических составов — в качестве связки используются термореактивные смолы (фенольные, эпоксидные)
При компоновке АПС учитывают следующие важные требования
— содержание ингибитора при условии сохранения удовлетворительных технологических, физико-химических, механических и внутрибаллистических характеристик должно быть максимальным,
— ингибитор перед вводом в состав должен подвергаться измельчению, причем степень измельчения должна быть максимально возможной, по крайней мере < 2 мкм;
Аэрозольобразующие пожаротушащие составы
- температура горения состава определяется двумя требованиями1 минимально возможной температурой рабочего аэрозоля и максимально возможной его эффективностью (т е степенью активации ингибитора), оптимальное ее значение — около 1500°С,
— скорость горения состава определяется требованиями секундного расхода аэрозоля в очаге пожара и конструкцией генератора
В таблице приведены химический состав и основные свойства некоторых АПС, изготавливаемых по технологиям баллиститных порохов и пиротехнических составов
Аэрозольобразующие огнетушащие составы
Состав, свойства ПТ-50-2 ПТ 4 ПАС-47 ПАС-47М Типа СБК (СКТБ •«Технолог») Состав НИИПХ сэпт («Эпотос»)
Химсостав, % масс
Нитрат калия 50 64 38-41 31 65 55-90 47
(KNO3+ + BaNO3)
Перхлорат калия - — 38-39 16-35 — 23
Связующее
Нитроцеллюлоза 17,5 12,5 - -
Фенолформальдегидная смола и др полимеры - - 12-10 18-30 10-45 16
Пластификатор и добавки 32,5 23,5 12-10 - - 14
Основные свойства’
Огнетушащая концентрация, г/см3*
Для гептана (класс пожара В) 31 39 54 - - -
Для оргстекла (класс пожара А2) 27 31 47 16-25” - -
Температура горения при Р = 01 1497 1394 1652-1531 - - -
Мпа, К
Окорость горения "риР=«Д, Мпа и 3 2,6 1,2-2,5 1,2-2 - -
1.. меТоДике ВНИИИПО
--^5ДикеСКТБ «Технолог»
Аэрозоля огнетушащсто генераторы
В некоторых аэрозольгенерирующих устройствах (МАГ) с целью снижения температуры аэрозоля применяются химические охлаждающие составы, которые за счет теплоемкости и эндотермического эффекта фазовых переходов обеспечивают охлаждение до безопасного уровня (60 —300°С)
Для этих целей применяются вещества с максимально возможным эндотермическим эффектом фазовых переходов (плавление, разложение), реализуемым в области температур 100 —300°С
Ограничение по температурному, физическому состоянию, химической совместимости и экологическим требованиям резко ограничивают выбор такого типа веществ В настоящее время применяются оксалат аммония, основной карбонат магния
Е Ф Жегров
Аэрозоля огнетушащего генераторы-новое высоко эффективное средство объемного пожаротушения, механизм действия которого основан па распылении в защищаемом объеме ингибирующего аэрозоля, обрывающего цепные реакции горения
АОГ эффективны при тушении пожаров классов А, В, С, Е и в зависимости от назначения имеют те или иные конструктивные особенности.
На рис.1 представлена принципиальная схема пожаротушащего устройства на базе АОГ
При возникновении пожара в объеме, защищаемом данным устройством, автоматически (отдатчика или огнепроводного шнура) или вручную замыканием электроцепи воспламенителя включается
Рис 1 Принципиальная схема пожаротушдщего устройства на базе аэрозольных ин гибирующих генераторов 1 - корпус с теплоизоляцией; 2 аэрозольгенерирующий состав, 3 —камера горения, Л — химический (или тепло физич ) охладитель, 5 ди афрагма для истечения аэрозоля, 6 — огнепроводный шнур, 7 —электроразъем;
8 —воспламенитель, 9 —датчик-сигнализатор пожара, 10 —тумблер (кнопки) ручного включения генератора
Рис. 2 Гашение горящего нефтяного или газового фонтана высокоскоростной струей ингибирующего аэрозоля
генератор (или несколько генераторов), который с заданной скоростью распыляет аэрозоль в зоне пожара По достижении пожаротушащей концентрации (несколько секунд) пожар ликвидируется
Сам генератор представляет собой устройство, в корпусе которого (обычно металлическом) размещены элемент аэрозольгенерирую-щего состава с воспламенителем и охладитель
Номенклатура выпускаемых генераторов весьма многообразна и учитывает специфику пожаров в различных отраслях промышленности, транспортных средств, быта, а также разнообразные условия на защищаемых объектах (степень негерметичности, взрывоопасность и пр )
Применяемые АОГ типа «МАГ», «ПУРГА», «СОТ», «Габар» и др отличаются как свойствами используемых составов, так и конструкциями самих генераторов Наиболее широкий спектр конструкций имеют генераторы типа МАГ, которые охватывают сферу применения для пожарной защиты от малых объемов (приборы, электрошкафы) до больших помещений (складов, ангаров и пр ) (табл 1)
Все аэрозольные генераторы МАГ, применяемые для объемного пожаротушения, имеют в корпусе химический охладитель, обеспечивающий снижение температуры до безопасного уровня
Пожаротушащие устройства, предназначенные для тушения пожаров класса А1 (тлеющие материалы), являются комбинированны-Мц“ ГЮЧаЮЩИМИ генеРатоРы для ингибирования пламенных реак-и тушение пламени) и жидкостные или порошковые устройства Для отбора накопленной в конденсированной фазе тепловой энергии тушение тлеющего материала углей и т д )
Рис 3 Газовый затвор 1—технологические коммуникации, 2 —газовый затвор
Для тушения локальных пожаров на открытом воздухе (нефтегазовые фонтаны, бензозаправщики и пр ) предназначены генераторы с высокой скоростью истечения аэрозоля, как правило, сверхзвуковой (рис. 2) Такие генераторы не имеют химического или физиче
ского охладителя Снижение температуры в этих генераторах осуществляется за счет резкого расширения в сопловом блоке.
Для локализации пожаров, распространяющихся по технологическому потоку и коммуникациям в производственных зданиях, предназначены, так называемые, газовые затворы (рис 3)
На технической базе охлаждающих элементов генераторов работают огнепреградители (рис 4).
Огнепреградители применяются для
Рис 4 Огнепреградители 1—аппарат, 2— слой огнепреграждающей насадки, 3 —поток продуктов взрыва или горения в аппарате
защиты технологических аппаратов, в которых возможен пожар (взрыв —дефларгация) с выхлопом горячих продуктов горения в помещении с рабочим персоналом
40 патентов на аэрозольобразующие огнетушащие составы, генераторы и различные устройства
Е Ф Жегрое
45
46
Аэрозоля огнетушащего генераторы
Область применения Салоны автомобилей, автобусов, тепловозы, электровозы, кабельные шахты, подстанции, | объекты нефте- и газо-перекачки, водный ।транспорт, метрополитен, складские, гараж ные, производственные | помещения и т п Складские и производственные помещения, станции нефтеперекач-ки Газораздаточные, производственные туннели, хранилища мате спецоборудование
3 °" 2 !1 (X g 2 | О 1-2 о о О Г* ио О ЬО b* LO so М b- сс
! - - - - •5 -5 S о S ст Ж
Время работы генератора, с 3,5 7,5 3,5-7,5 5-10 3,5-7,S О О О О О О О Д Д Д Д Д Д Д
Масса снаряженного генератора, кг, не более S- £ сч in со со £ 1Л
Н в § * § 1 g «S я «О И S О о S - 2 - о ъо о Ш О 2 сч СЧ Ш
МАГ-ЗГ МАГ-5/1Г МАГ 4Г МАГ-5/2Г Ч- ГЧ 00 Щ S S S S S S ж
Тип генератора Переносные ручные гранаты односто роннего истечения аэрозоля Генераторы с увели- | ченной мощностью аэрозолеобразова- ния
Б
Баллистика внутренняя — прикладная наука, изучающая процессы, происходящие в заспарядном пространстве ствола орудия ЙЛИ в свободном объеме ракетного твердотопливного двигателя (РДТТ)
Упомянутые процессы обусловлены в орудии —горением порохового заряда, движением газообразных продуктов сгорания и снаряда, теплообменом, в РДТТ —горением заряда твердого топлива, движением газообразных и конденсированных продуктов сгорания, физико-химическими процессами при уносе теплозащитного покрытия корпуса и сопла двигателя, теплообменом, деформированием заряда и корпуса двигателя
А М Липанов
Баллистика внутренняя РДТТ Применительно к РДТТ ВБ рассматривает процесс горения твердотопливного заряда, движение продуктов сгорания в камере и сопле; основной задачей ВБ РДТТ является разработка методов расчета давления Р, температуры Т, плотности р, скорости движения V и расхода продуктов сгорания G, тяги R (рис 1,2,3), предельных отклонений и разбросов внутрибаллисти-ческих характеристик РДТТ
Сила тяги действует в направлении, противоположном Va
R = G-Va + Fa(Pa - Рн\
где Va — осевая скорость движения Продуктов сгорания на выходе из сопла (срез сопла), Ра~площадь сопла на срезе, Ра> Рк—соответственно, давление на срезе сопла и атмосфер-Ное давление
По формуле через Удельный импульс тяги
#=G-V, М”
Рис 1 Схема РДТТ 1 - воспламенитель, 2 - заряд ТРТ, 3 - камера и сопло
Баллистика внутренняя РДТТ
где Удф = Va + Fa(Pa -Рн) / G—эффективная скорость истечения
7уД = ^эф / <?—удельный импульс тяги, д - ускорение свободного падения
P/p = TR$ / ц —уравнение состояния совершенного газа, где R(j — универсальная газовая постоянная; р—молекулярная масса продуктов сгорания.
Для квазистационарного режима работы
где G£ = SpmU — газоприход, G = APFKp — расход через сопло; 5—поверхность горения заряда; рт— плотность твердого ракетного топлива; U — скорость горения топлива; А—коэффициент истечения; FKp — площадь критического сечения сопла
В камере РДТТ горение твердого ракетного топлива происходит при давлениях
Рис 2 Изменение параметров продуктов сгорания по газодинамическому тракту РДТТ
Р R
Рис 3 Изменение давления и тяги по времени при работе РДТТ тв,„ воспламенение заряда РДТТ (нестационарный режим работы, выход на квазистационар-ный режим), т3 —горение заряда (квазистационарный режим работы), тсп —спад давления в камере (нестационарный режим работы), тдв полное время работы
Р=0,5—30 Мпа, в стволе орудия—Р =200—600 Мпа, процесс выстрела харак теризуется масштабом времени в миллисекундах, в РДТТ-в секундах (от 0,01 до 100 и более секунд)
Процессы в стволе орудия происходят в переменном замкнутом объеме, в РДТТ-в переменном объеме с истечением продуктов сгорания (полузамкнутый объем) Принципиальное отличие физической картины выстрела орудия и внут-рикамерных процессов РДТТ определяет
Баллистика внутренняя РДТТ 49
---------------
рдтт как самостоятельное научно-техническое направление в те-В*3 вб и практике разработки ракетных систем, в которых исполь-°РиИ реактивный механизм ускорения снаряда (ракеты)
3УСТ Отечественная научная школа теоретической и эксперименталь-
„ ВБ РДТТ создавалась одновременно с развитием классической ВБ ствольных систем
Первый курс ВБ для ствольных систем был написан и прочитан в России в Артиллерийской академии в 1870 г П М Альбицким; в 1903 г профессор Артиллерийской академии Н Ф Дроздов впервые в мировой литературе дал математически точное решение основной задачи ВБ артиллерийского выстрела.
В 30-х годах нашего столетия в России профессором И.П.Граве был написан наиболее полный в мировой литературе курс теоретической ВБ ствольных систем, состоящий из 4-х выпусков.
Физические и теоретические основы ВБ РДТТ определяются фундаментальными законами теории горения энергетических конденсированных систем, химической термодинамики, газодинамики, теплопередачи, динамики двухфазных потоков, теории вероятности и математической статистики
Решение задач ВБ РДТТ на начальных этапах ее создания осуществлялось полуэмпирическими методами; к ним относится, например, графический метод определения максимального давления в камере Ю.А Победоносцева по заданным характеристикам сопла, размерам шашек заряда и диафрагмы.
Основные допущения при рассмотрении внутрикамерных процессов принимались из классической ВБ’
— осреднение параметров продуктов сгорания по объему;
— геометрический закон горения топлива заряда;
— полнота выделения энергии и др
Однако уже в 30-х годах профессор М.Е.Серебряков решает классическую задачу ВБ для физического закона горения; К) А Победоносцев и В Г. Бессонов по результатам экспериментальных исследований выявили степенную зависимость скорости горения топлива от давления в условиях РДТТ U = (Д Pv, обнаружили зависимость скорости горения от скорости движения газов в камере и аномальное горение (в несколько приемов) с потерей импульса реактивной силы (тяги) при низких давлениях в камере
ДР ) НУТРи6аллистические характеристики РДТТ (Р, Т, р, V, R и Рам ЯВляются Функциями времени и координат; при осреднении па-опе а ϰ °^ъемУ камеры — функциями только времени Для их
Деления используются системы дифференциальных уравнений
50 ________________Баллистика внутренняя РДТТ__________
газодинамики, выражающие законы сохранения массы, импульса й энергии при течении продуктов сгорания в каналах с проницаемым^ и непроницаемыми стенками
Системы уравнений замыкаются термическим и калорическим уравнениями состояния Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания определяются из условий термодинамического и химического равновесия
Уравнения ВБ РДТТ для осреднениях параметров впервые были сформулированы в 1952 г Р.Н Уимпрессом
Применительно к РДТТ, имеющему переменные по времени поверхность горения и свободный объем, в предположении заморожен-ности состава продуктов сгорания и справедливости уравнения состояния идеального газа для продуктов сгорания в камере система уравнений при осреднении параметров впервые была получена и решена проф Р.Е Соркиным
Газодинамические основы ВБ для артиллерийского выстрела наиболее полно были разработаны на основе решения уравнений нестационарной одномерной газодинамики методом характеристик С А Бетехтиным, для РДТТ этот метод был развит проф В Н Вилю-новым, член-корр РАН А М Липановым, что позволило изучить влияние волновых процессов, теплопотерь, гидравлического сопротивления, эрозионного горения на внутрибаллистические характеристики и перейти в теории ВБ РДТТ к совместному решению задач газовой динамики, горения и теплообмена на поверхности горения, к моделированию физико-химических процессов, протекающих в конденсированной фазе при воспламенении и горении твердого топлива
Современная теория горения объясняет механизм воспламенения твердых ракетных топлив как процесс интенсивного разложения при достижении на поверхности горения топлива температуры Т > Треак11 и запаса тепла в прогретом слое (профиля температуры), достаточных для самоподдерживающихся реакций
Аккумулирующее (инерционное) свойство и реакционная способность к-фазы объясняют механизм погасания и условия устойчивого горения конденсированных систем, колебательные режимы горения, горение в стационарных и нестационарных условиях
Модель нестационарной скорости горения при отсутствии реакции в конденсированной фазе разработана Я Б Зельдовичем' Б В Новожиловым, феноменологическая модель с учетом кинетики реакций в прогретом слое конденсированной фазы — РЕ Соркиным
Решение задач квазистационарной одномерной и двумерной га зодинамики в канале заряда и сопле РДТТ для смеси газов 11
Баллистика внутренняя РДТТ 51
потоков получено в работах А А Шишкова, Б А Рай-зберга, D 1 Ерохина, В Е Алемасова, А П Тишина, А Ф Дрегалина и др отечественных и зарубежных ученых, что позволило перейти от полуэмпирических аналитических методов прогнозирования внутрибаллистических характеристик к численным методам, а с конца 80-х-начала 90-х годов —к совместному решению задач газовой динамики, прочности и теплообмена
Применяемые в практике методы расчета газотермодинамических и внутрибаллистических характеристик отличаются различной информативностью (количеством прогнозируемых параметров) и погрешностью прогнозирования
В таблице приведены предельные погрешности расчета и определения на опыте основных внутрибаллистических характеристик.
Параметр Погрешность, %
эксперимент прогноз
Скорость горения, U 1,0 — 1,5 -
Давление, Р 1,5-2,0 4-6
Тяга, R + 1,5 5-7
Удельный импульс, J + 1,2 ± 0,5
Требования повышения массового совершенства РДТТ и точности стрельбы ограничивают величину предельных отклонений и разбросов внутрибаллистических характеристик
Для расчета отклонений и разбросов нашли применение методы вариаций, статистических испытаний («электронная стрельба»); фактические отклонения определяются на основе приведения опытных данных к единым (номинальным) условиям В трудах Р Е Сор-кина получены выражения для вариаций и разработаны методы расчета отклонений и разбросов для регулируемого и нерегулируемого сопла, многосопельной конструкции и пакета РДТТ
Отдельный класс задач ВБ РДТТ составляют обратные задачи В результате их решения определяются с использованием экспериментальных данных по внутрибаллистическим характеристикам РДТТ, замеренных на огневых испытаниях, наиболее вероятные характеристики закона скорости горения топлива, опытные зависимости поверхности горения заряда в функции свода, коэффициента теплоотдачи, терь удельного импульса и т д в зависимости от объема опытных
Данных и постановки задачи
52 ____________Баллистика внутренняя ствольных систем______
При этом используются как детерминированные модели, так ц вероятностные с применением статистических критериев согласова-ния опытных и расчетных данных или критериев максимума информационной энтропии Соркин Р Е Газодинамика ракетных двигателей на твердом топливе - М НауКа 1967
Ю М Милехин, Б И Ларионов, В С Попов Баллистика внутренняя ствольных систем- (Нем Ballistik, от греч раАЛо—бросаю) —наука о движении метаемых тел в канале ствола орудия (артиллерийских снарядов, пуль, мин, гарпунов и т п ) при выстреле под действием пороховых газов. Выстрел представляет собой сложный, быстропротекающий при давлениях, достигающих нескольких тысяч атмосфер, процесс превращения химической энергии пороха в кинетическую энергию снаряда и подвижных составляющих частей системы, продолжительностью в сотые или тысячные доли секунды Проблематика вопросов, связанных с метанием из ствольных систем, тесно переплетается с химической физикой горения порохов, математикой, термодинамикой, газодинамикой
Задачами ВБСС являются- установление закономерностей, которым подчиняются процессы, протекающие при выстреле; их физическое и математическое моделирование; изучение факторов, определяющих характер изменений внутрибаллистических параметров.
При выстреле обычно выделяют несколько временных участков (рис 1)1) предварительный период, 2) период горения заряда и движения снаряда (основной период), 3) период адиабатического расширения пороховых газов, 4) период последействия пороховых газов на снаряд. Предварительный период также называют периодом форсирования Он начинается с момента воспламенения пороха в камере сгорания и заканчивается с началом
Рис 1 Диаграмма давления пороховых газов в стволе артиллерийского орудия
Баллистика внутренняя ствольных систем
жения снаряда —Считается, что в предварительный период ДВ ение пороха идет в замкнутом объеме Следующий период начина-Г-гся с момента начала движения снаряда и завершается по окончании 6 пения пороха — tK. В этот период скорость снаряда возрастает, а го-Г°ние пороха происходит в увеличивающемся заснарядном объеме канала ствола При этом давление проходит через свое наибольшее значение (Рт) Второй период является основным во всем внутри-баллистическом цикле В общем случае момент окончания горения заряда не может быть четко выражен, так как пороховые зерна, находящиеся в камере и у дна снаряда, заканчивают горение в разное время В течение третьего периода снаряд с ускорением движется по каналу ствола под действием расширяющихся пороховых газов до того момента tg, когда он покинет ствол. После этого пороховые газы еще некоторое время воздействуют на него, незначительно увеличивая скорость Это происходит в течение последнего четвертого периода, который называется периодом последействия пороховых газов. Конец периода последействия разделяет область явлений, изучаемых ВБСС и внешней баллистикой
При теоретическом и экспериментальном исследовании перечисленных периодов ВБСС делят на три основных раздела- пиростатику, пиродинамику и газодинамику Пиростатика изучает законы горения пороха, устанавливает влияние химической природы пороха, его формы и размеров на закономерности газообразования в условиях постоянного объема, а затем полученные данные используются при моделировании выстрела (см. Пиростатика) Пиродинамика рассматривает явление выстрела во всей его сложности, когда наряду с горением заряда, происходит преобразование энергии и возникает движение снаряда и откатных частей орудия Газодинамика выстрела исследует движение газопороховой смеси и распределение давления в заснарядном пространстве, возникновение и интерференцию волн Давления, взаимодействие газовой струи со снарядом в период последействия, работу дульных тормозов и т д На основании перечисленных разделов, учета всех конструктивных особенностей ствола и снаряда и необходимых допущений устанавливается система уравнений, исывающая выстрел В эту систему входят следующие уравнения :
~ Уравнение неразрывности:
Pt +(ри)х =0
~ Уравнение движения:
(Pw)t +(рм2 + р) =0,
54______________Баллистика внутренняя ствольных систем_____
р, м, р— средняя плотность, скорость и давление газопороховой смеси,
— закон сохранения энергии с учетом теплопотерь-+ek + ри2 / 2)t +
+ {{рд{\-а.д)ед +ek + ри2 /2 + p)u)t +qt =0,
где
ед =Р<1 / рд -а) / (k- 1), ek ={п / (k- 1)) J f(z)a.g (z) dVp (z), pg — плотность пороха, Cp, Су — теплоемкости порохового газа при постоянном давлении и объеме, соответственно; ад — объемная доля пороха в элементарном объеме заснарядного пространства; k=Cp /Су а—коволюм пороховых газов, зависящий от их состава и давления qt — тепловой поток от газопороховой смеси в стенки ствола и камеры, /(г)—сила пороха;
— уравнение для числа частиц в произвольном объеме, движущемся вместе со средой:
nt + (нм)х = О
где п — число частиц в единице объема;
— уравнение состояния реального газа:
р(1 / р-a) = RT,
где R—газовая постоянная, Т — температура газов;
— закон линейной зависимости скорости газообразования от давления-
zt + uzx = pHQ. - z) / I,
где I = в] / импульс конца горения порохового зерна,
в\ — начальная толщина порохового зерна, щ — единичная скорость горения пороха, z — относительная толщина горящего свода пороха, H(z)— функция Хевисайда, k(z) = и"/и' — функция флегматизации, и' и и' — скорости горения в пределах градиентной зоны и исходного пороха;
— геометрический закон горения-
= х • z(l + А.г + рг 2 ),
где х, к, р—коэффициенты формы зерна;
— уравнения связи
vtq / g = spcn, lt=v,
где q, v, I —вес, скорость, путь снаряда в канале ствола; рс11 — давление на дно снаряда; з—площадь поперечного сечения канала ствола
Безопасности декларация
55
При решении этой системы с учетом начальных и граничных ий определяются основные параметры выстрела — скорость сна-УС и давление газов в зависимости от времени и от координаты положения снаряда Подробное рассмотрение этой системы и ее решение является основной задачей ВБСС, для решения которой применяют аналитические методы с различными допущениями, методы численного интегрирования системы дифференциальных уравнений, табличные методы
Баллистическое проектирование орудий является второй основной (обратной) задачей внутренней баллистики. При проектировании определяются геометрические характеристики канала ствола, прочностные параметры всей ствольной группы и условия заряжания, при которых снаряд данного калибра и массы получит при вылете заданную дульную скорость
Серебряков М Е Внутренняя баллистика - М Оборонгиз, 1949, Бетехтин С А , Виницкий А М„ Горохов М А Газодинамические основы внутренней баллистики - М Оборонгиз, 1957; Орлов Б В , Мазинг Г Ю Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе - М Машиностроение, 1968, Корнер Д Внутренняя баллистика орудий -М ИЛ, 1953
С В Дудин, Ю М Михайлов
Безопасности декларация—документ, в котором отражены характер и масштабы опасностей на промышленном объекте и мероприятия по обеспечению промышленной безопасности и готовности к действиям в чрезвычайных ситуациях (ЧС)
Декларирование безопасности предусмотрено законом РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» и осуществляется в целях обеспечения контроля за соблюдением мер безопасности, оценки достаточности и эффективности мероприятий по предупреждению и ликвидации ЧС на промышленном объекте
ДБ характеризует безопасность промышленного объекта на этапах его ввода в эксплуатацию, эксплуатации и вывода из эксплуатации и содержит-
— сведения о месторасположении, природно-климатических усло-виях и размещении и численности персонала промышленного объекта;
— основные характеристики и особенности технологических процессов и производимой па объекте продукции;
~ анализ риска возникновения на промышленном объекте ЧС ковР°ДНОГО И техногенного характера, включая определение источни-ЧС °Паспостеи, оценку условий развития и возможных последствий • в том числе выбросов в окружающую среду вредных веществ,
56___________________Безопасности коэффициент_______________
— характеристику систем контроля за безопасностью промыщ. ленного производства, сведения об объемах и содержании организа-ционных, технических и иных мероприятий по предупреждению ЧС,
— сведения о создании и поддержании в готовности локальной системы оповещения персонала промышленного объекта и населения о возникновении ЧС;
— характеристику мероприятий по созданию на промышленном объекте, подготовке и поддержанию в готовности сил и средств по предупреждению и ликвидации ЧС, а также мероприятий по обучению работников промышленного объекта способам защиты и действий в ЧС,
— характеристику мероприятий по защите персонала промышленного объекта в случае возникновения ЧС, порядок действий сил и средств по предупреждению и ликвидации ЧС
Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», Положение о декларации безопасности промышленного объекта Российской Федерации (утв Постановлением Правительства Российской Федерации от 01 07 1995 г №675), Осавчук А Н , Нишпал Г А , Милехин Ю М Особенности разработки деклараций безопасности для предприятий, производящих, хранящих и использующих ВМ. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях — М ВИНИТИ, 1997 — Вып 2
А Н Осавчук
Безопасности коэффициент (коэффициент технической безопасности), К6— показатель, характеризующий степень защиты обслуживающего персонала при производстве взрывчатых материалов и изделий на их основе Расчет основан на категорийности операций, выполняемых при работе со взрывчатыми материалами
Категорийность выполнения операций при работе со взрывчатыми веществами устанавливается с учетом следующего"
— безопасными считаются операции с огневзрывоопасными веществами (полуфабрикатами, изделиями), при выполнении которых вероятность травмирования работающих при возможных взрыве, пожаре, загорании на данных операциях исключена (категория А^)<
— опасными считаются операции с огневзрывоопасными веществами (полуфабрикатами, изделиями), при выполнении которых ве роятность взрыва, пожара, загорания и травмирования работающих на данных операциях, со смертельным или приводящим к инвалидно сти исходом, мала (Ао),
— особо опасными считаются операции с огневзрывоопасным веществами (полуфабрикатами, изделиями), при выполнении коТ° рых вероятность взрыва, пожара, загорания и травмировани
Безопасности коэффициент 57
_________________________________ ’ ботающих на данных операциях, со смертельным или приводящим ^инвалидности исходом, велика (Аоо)
Коэффициент технической безопасности оборудования (Ко66) рассчитывается по формуле
Кобб = 1- + 2АОО ) / (А6 + Ао + 2АОО ), (1)
где Ао — количество выполняемых опасных операций, Аоо — количество выполняемых особо опасных операций, Аб — количество безопасных операций
Коэффициент технической безопасности участка, мастерской, цеха и производства рассчитывается по формуле:
кГЛЧ”Р=^обб/Ц. <2>
где" и—количество единиц оборудования, входящих в состав участка, мастерской, цеха или производства Для каждого вида оборудования участка, мастерской, цеха и производства того или иного изделия составляются карты технической безопасности включающие"
— опись действующего оборудования по принадлежности к участкам, мастерским, цехам, производствам;
— опись действующего оборудования по принадлежности к тому или иному технологическому процессу для изготовления отдельных изделий или группы однотипных изделий; в этом случае представляется возможным определить К6 технологического процесса изготовления изделий
Процесс расчета К6 состоит в следующем В соответствии с утвержденным технологическим регламентом составляется перечень выполняемых за один цикл работы операций на данном виде оборудования, оценивается их категорийность; перечень заносится в операционную карту Кб оборудования
оборудования на текущий период рассчитывается по формуле ( ) с учетом количества операций различных категорий.
Сопоставляя по операционным картам К6 оборудования, установленного на данном участке, в мастерской и цехе и участвующего в данном технологическом процессе для изготовления конкретного из-^лия, производят расчет К6 участка мастерской, цеха и технологиче- Пе° ПР°цесса изг°товления изделий по формуле 2 нроиз™ опасных и особоопасных технологических операции огневзрывоопасных пасности Тех°ТРаСЛИ ~ М Мино6оРонпРОм СССР, ИнформТЭИ, 1991, Оценка безо-Тов и издели",°ЛОГИЧеСКИХ пРоцессов изготовления взрыво- и пожароопасных продук-Дическлл И И3 Них по коэффициенту технической безопасности оборудования Мето-«ое руководство -М ЦНКБ ЛНПО «Союз», 1981
Г П Гаврилина
Безопасность экологическая
59
58 Безопасности критерии
Безопасности критерий—показатель, выражающий преде. льную меру безопасного эффекта, принимаемого для сравнительной оценки при выборе конкретного здания, сооружения, фазы производ. ства, аппарата или любого другого объекта технологической цепочки изготовления ВМ и изделий на их основе
При постановке экспериментов или решении инженерных задан исходят из конкретных реальных воздействий па ВМ, анализа разви-тия аварии, принятия решения в зависимости от конкретных условий производства, т.е. из того, каких событий следует избежать и какие задачи решить в области обеспечения безопасности'
— недопущение загорания ВМ в технологическом оборудовании,
— исключение возникновения и развития взрывных явлений или предотвращение их на определенной стадии развития;
— предотвращение (или локализция) пожара, взрыва.
Оценка и выбор величины КБ проводятся на основании проведенных лабораторно-стендовых и модельных испытаний по определению комплекса взрывчатых характеристик составов, изделий, испытанию моделей оборудования, зданий и сооружений
Конкретным примером выбора КБ и подхода к нему может служить рассмотрение процесса изготовления изделий баллиститного типа по непрерывной шнек-прессовой технологии Обеспечение безопасности процесса формования изделий заключается в недопущении образования критических параметров возникновения и развития взрывных процессов при аварии. На основе экспериментально-теоретических разработок и научных подходов к этой проблеме было найдено техническое решение по применению динамически ослабленной втулки и уменьшению поверхности горения перерабатываемого ВМ, ограничивающих развитие конвективного горения и формирования ударной волны
За КБ в данном случае был принят коэффициент взрывобезопас-ности (dp / dt) (см. Манометрический метод), который в зависимости от материала (сталь, бронза), из которого изготовлена динамически ослабленная втулка, колеблется от 8 до 10 МПа/мс
Беляев А Ф , Боболев В К и др Переход горения конденсированных систем во взрыв - М Наука, 1973 — 292 с , Нишпал Г А , Осавчук АНО стратегии снижения риска чрезвычайных ситуаций с взрывчатыми материалами / / Прикладная физИ ка —1996. -№2 -С 30-33
Л А Шарое»
Безопасность —состояние защищенности, которое создается в результате учета и реализации при проектировании, строительстве и эксплуатации технологических систем, определяющееся как
ствие недопустимого риска или угрозы для жизни, здоровья лю-°ТК сохранности окружающей среды
Де Обеспечение Б. производится посредством выполнения обязате-ых требований Б , установленных в нормативных документах, а
Лцкже проведения комплекса правовых, организационных, эколого-защитных, санитарно-гигиенических и специальных мероприятий которые направлены на обеспечение жизни, здоровья персонала предприятия и потребителей взрывоопасной продукции, охраны окружающей среды, предотвращения причинения материального ущерба предприятию и примыкающим объектам
«Б производственного процесса» — свойство производственного процесса изготовления ЭКС сохранять соответствие требованиям Б в условиях, установленных нормативно-технической документацией.
«Процесс производственный» —совокупность действий обслуживающего персонала и орудий труда, необходимых для изготовления продукции
«Процесс технологический» —часть производственного процесса, связанная с действиями, направленными на изменение свойств и (или) состояния обращающихся в процессе веществ и изделий.
«Б технологического процесса» — свойство процесса при соблюдении заданных нормативно-технических условий сохранять соответствие требованиям Б. труда
«Б эксплуатации» —свойство ЭКС в виде изделий или составной части изделий сохранять соответствие требованиям Б во время транспортировки, хранения и нормативного изпользования изделий
Система сертификации безопасности взрывоопасных производств — М Госкомоборонпром, 1994
Ю.Г Бывалин, Г С Давыдова, Н В Рося
Безопасность экологическая-(ЭБ) ЭКС —совокупность свойств, состояний, процессов и действий различных объектов, прямо или косвенно не приводящих к жизненно важным ущербам или угрозам таких ущербов природной среде и отдельным людям. Приемлемым считается экологический ущерб, который не превышает порога чувствительности среды или быстро компенсируется в процессе ее са-скиГ^™’ Т 6 Не выходит за пределы устойчивости экологиче-систем, а потому эколого-социально-экономически не ощущает-ни в настоящем, ни в будущем
ноге °НЯТИе ЭБ распространяется практически на все известные тех-ТаЦИейЫ^к ъекты> в том числе связанные с производством и эксплуа-тия-ц11 ИЗделия> в которых используются ЭКС, предприя-отовители, технологическое оборудование, системы
60
Безопасность электростатическая
Бензотрифуроксан
транспортирования и хранения, а также различные виды антропогец. ной деятельности, обеспечивающие функционирование этих объек-тов, например, подготовка исходных компонентов, изготовление ЭКС, испытания образцов, использование по прямому назначению утилизация изделий, уничтожение отходов и т.п
ЭБ ЭКС может быть улучшена путем разработки и применения экологически более безопасных компонентов В частности, в продух-тах сгорания СРТТ на основе окислителя перхлората аммония содержится до 0,2 массовой доли НС1 При каждом запуске ТКК «Шаттл» выделяется до 190,5 т токсичных продуктов Использование нового экологически чистого высокоэнергетического окислителя АДНА (ам-монийдинитрамида) в ТРТ для ускорителей типа «Шаттл» до 7 раз снизило бы выделение НС1 в низших слоях атмосферы и значительно уменьшило бы эффект воздействия продуктов сгорания на озоновый слой Земли
Раймере НФ Природопользование — М Мысль, 1990, Пак ЗП , Милехин Ю М , Шишов Н И , Бестужева Т А // Конверсия -1997 —№8
А В Тарабара
Безопасность электростатическая —отсутствие условий для возникновения начального очага загорания в горючей среде из-за разряда статического электричества
Электризация происходит при перемещении твердых и сыпучих материалов, жидкостей или многофазных сред относительно твердых поверхностей, при диспергировании жидкой или твердой фазы в жидкости или газе, при смешении или разделении фаз и при многих других процессах, особенно если по крайней мере один из взаимодействующих материалов является диэлектриком
Плотность зарядов, остающихся па частице после ее отрыва от диэлектрической или проводящей поверхности, зависит от
— плотности зарядов двойного электрического слоя (т е. от природы контактирующих материалов);
— линейных размеров и формы контактного пятна,
— напряженности внешнего электростатического поля;
— электрофизических свойств контактирующих материалов, включая удельные объемное и поверхностое сопротивления;
— электрофизических, в том числе и электропрочностных. свойств среды, в которой происходит разделение контактирующих поверхностей;
— способа и скорости разделения контактирующих поверхностей
Условия электризации определяют возможность возникновения разных видов разрядов статического электричества и их зажигаю щую способность
Основные способы обеспечения ЭБ- заземление проводящих эле-тов оборудования, увеличение объемной и поверхностной прово-ости диэлектриков, использование нейтрализаторов, подбор контактных пар, снижение скорости и корректировка технологического оцесса (исключение разбрызгивания, барботирования, перемешивания жидкости и сыпучего материала и т п ), проведение технологических процессов в средах, в которых разряд статического электричества не представляет опасности
Статическое электричество в промышленности / Под ред Б И Сажина — Л Химия, 1977
П.Н Михеев, А Н Осавчук
Бензотрифуроксан [бензтрифуроксан, бензо-трис(1,Я,5-оксадиазолилоксид), БТФ, BTF]
CfjNfjOf;, мол. масса 252 —белое или слегка желтоватое кристаллическое вещество, Тпл 198 — 200°С, рре1 [ТГ = 1,903 г/см3, рпикн =1,902 г/см3 Б хорошо растворяется в ацетоне, бензоле, диметилформами-де, диметилсульфоксиде, этиловом спирте, этилацетате, эфире, нерастворим в воде. Образует комплексы с ароматическими и кислородсодержащими соединениями Теплота взрывчатого превращения 5861 кДж/кг, &Hf° = 580 кДж/моль, скорость детонации 8610 м/с при р= 1,90 г/см3, критическое давление детонации ркр = 360 кбар при р= 1,859 г/см3, критическая толщина детонации 0,07 мм -дкр ^0,1 мм, критический диаметр детонации 1,55 мм при рнас = 0,7г/см , радиальная скорость разлета оболочки 1830 м/с при г/г0 = 2,24 Чувствительность к удару нижний предел 50 мм, частость взрывов —76% (прибор №1), 84% (прибор №2) Чувствительность к трению, (кгс/см2)% • 1000/0, 2000/20, 3000/40, 3500/84 Получают Б термоциклизацией сим — триазидотринитробензола в различных растворителях Мощное безводородное ВВ Предложено для использования в детонаторах, детонирующих шнурах, высокоимпульсных твердых топливах, взрывчатых составах
Exp|^LExPloSiye Handbook В М Dobrutz Properties of Chemical Explosives and Californi, чао? an*-s / BM Dobrutz LLNL University of California, Livermore, High Enerav F ~P-17~19, Kury D W , Hominy H К Low Detonation Velosity — исходящих xptowves // Материалы симпозиума по исследованиям процессов, про-фРанция -1978°™°” СР£Де ПР“ высоких Давлениях 27-31 авг 1978 г -Париж,
И Г Беляев
62___________________Бис- (2,2,2-тринитроэти л)-мочевинп_____________
Бис-(8 ,S ,9-тринитроэтил)-мочевина
OC[NHCH2C(NO2)3]2, C5H6N8O13, мол масса 386,15-бесцвет. ный мелкокристаллический порошок; Гпл = 17ГС; р= 1,792 г/см3 Плохо растворима в воде, бензоле, хлороформе, растворима в метиловом спирте, ацетоне (17,5 г/100 г при 25°С), очень хорошо растворима в диметилформамиде Энтальпия образования - 322 кДж/модь (- 76,9 ккал/моль); теплота взрывчатого превращения 5862 кДж/кг (1400 ккал/кг) (Н2О—газ), объем газообразных продуктов взрыва 687 дм3/кг; скорость детонации D = 7320 м/с при р= 1,55 г/см3 Фугасность 528 см3 Чувствительность к удару практически как у гексогена: при испытании на копре (груз 2 кг, высота 30 см) частота взрыва 50 — 60%. Химическая стойкость удовлетворительная: потеря массы в открытом бюксе за 120 суток при 75°С 1,07%; в закрытом бюксе—1,27% (внешний вид и температура плавления не изменились) Получают конденсацией мочевины с формальдегидом и нитроформом в водной среде при нагревании. Образующийся продукт практически полностью выпадает из реакционной смеси Предложена для применения в качестве индивидуального ВВ и как компонент предохранительных ВВ.
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ — Л Химия, 1981, Encyclopedia of Explosives and Related Items - V 5 / В T Fedoroff and О E Shef fild —Piccatiny Arsenal Dover, New Jersey, USA —1972
С ГТ Смирнов
Бис-(8,8,8-тринитроэтил)нитрамин
[(O2N)3CCH2]2NNO2, C4H4N8O14, мол масса 343,14 - белое кристаллическое вещество, Гпл 95°С (с разл) Б полиморфен и существует в виде двух модификаций' метастабильной (а) с р = 1,92 г/см и
стабильной (р) с р = 1,96 г/см3, растворим в ацетоне, спирте, дихлорэтане, уксусной кислоте Энтальпия образования -8,374 кДж/моль (-2 ккал/моль), скорость детонации 8800 м/с при р=1,95 г/см3, теплота взрывчатого превращения 5736 кДж/кг
(1370 ккал/кг), Твсл при 5 секундной задержке 190°С, чувствительность к удару по стандартной пробе 88 — 98% Получают Б нитрова нием основания Манниха —бис-(2,2,2-тринитроэтил)амина ПрШ‘ ставляет интерес как мощный окислитель (кислородный баланс + 16,5%) Применяется в качестве компонента взрывчатых составов
Хмелышцкии Л И Справочник по бризантным взрывчатым веществам Ч 2 -
1962 - С 229
И В Беликов
_______Бис(2,2,2-тринитроатил)формаль________63
БмС(в/в,8-тРинмтроэт,|л)формаль
C5H6N6O14> Гпл 66,0—66,5°С, рмнк = 1,7г/см3, образует две полисные модификации (а- и р-) Хорошо растворяется в большинстве ОрГанических растворителей' метиловом, этиловом, изопропиловом спиртах, ацетоне, дихлорэтане, диоксане, ограниченно —в четы-еххлористом углероде Устойчив в разбавленных минеральных кислотах В концентрированных серной и азотной кислотах гидролизуется до спирта В щелочной среде отщепляет две нитрогруппы и превращается в соль бис(2,2-динитроэтил)формаля, которая может быть профторирована до бис( 2-фтор-2,2-динитроэтил)формаля. Б —мощное ВВ с теплотой взрывчатого превращения 6197 кДж/кг (1480 ккал/кг), теплотой образования + 387 кДж/моль (+92,5 ккал/моль), температурой вспышки 220°С, скоростью детонации 8100 м/с, фугасностью 530 мл Имеет чувствительность к механическим воздействиям на уровне гексогена, кислородный баланс + 4,27% Получают Б из тринитроэтанол а и формальдегида в среде серной кислоты Б применяется как компонент взрывчатых смесей и как исходный продукт для получения жидких ВВ и пластификаторов в ТРТ
Shipp К G, Hill М Е // J 3526667, США, опубл 01 09 70
Am Chem Soc -1966 -V317 -№3 -Р853, Пат
А И Фиркин
Бис-(8-фтор-8,В-динитроэтил)-формаль (ФК, FEFO) CH2[OCH2C(NO2)2F]2, C5H6N4O10F2, мол масса 320,12-бес-цветная или слабо-желтая, склонная к переохлаждению жидкость без запаха, Гпл = 14,5°С (для технического продукта И —13°С), р4° = 1,607 г/см3; зависимость плотности от температуры' р = 1,6298 — 1,36 10~3 Д°С), Пр° = 1,4440; растворим в спиртах, диоксане, толуоле, бензоле, хлороформе, ацетоне, нерастворим в алифатических углеродах, четыреххлористом углероде, воде Динамическая вязкость при 20°С 0,03-0,04 Па • с (30-40 спуаз), парциальное давление при 20°С 0,0143 Па (1,07 • 10-4 торр); зависимость давления паров от температуры в интервале 20— 100°С 8 Р = 9,85 - 3980/Т К Энтальпия образования - 743,2 кДж/моль (
7,5 ккал/моль), теплота плавления 31,4 кДж/моль (7,5 ккал/моль), теплота взрывчатого превращения 5066 кДж/кг (1210 ал/кг), газообразных продуктов взрыва 33,7 моль/кг, скорость Детонации D = 7500 м/с при р = 1,6г/см3, чувствительность к удару
РУз 2 кг, высота 25 см) 52% (.нитроглицерин — 92%) Химическая
64________________Бис(тринитроэтил)этилеидинитродидмин___________
стойкость достаточна для большого числа практических целей Коэф, фициенты в кинетическом уравнении первого порядка при термине, ском распаде- Е = 49,55 ккал/моль, 1g А = 17,80 Расчетное время рас. пада 1% вещества при 20°С 8 • 107 лет Наиболее приемлемыми cnocQ. бами получения являются взаимодействие фтординитроэтанола с формальдегидом в среде концентрированной серной кислоты, действие элементарного фтора в смеси с азотом на водные растворы солей (К, Na) 2,2-динитроэтилформаля Предложен для применения в качестве пластификатора в составе смесевых ТРТ и взрывчатых составов и компонента жидких ВВ
Dobrutz В М Properties ot Chemical Explosives and Explosives and Explosive Simulants LLNL Explosive Handbook — LLNL University ot California, Livermore California - (UCRL-52997, Rev 3, 1981)
С П Смирное
Бис(тринитроэтил)этилендинитро диамин
(NO2) CCH2N(NO2)CH2CH2N(NO2)CH2C(NO2)3,
ОД8 616N)O — мощное ВВ, полностью сбалансированное по кислороду и окисляемым элементам (нулевой кислородный баланс), 7'пл 172— 180°С (с разл ), рмнк = 1,87 г/см3 Обладает достаточно высокой химической и термической стабильностью (превосходит ТЭН) Химическая стойкость зависит от применяемого для очистки растворителя Наиболее стойкие образцы получаются при перекристаллизации из ацетона и нитрометана Теплота взрывчатого превращения 6992 кДж/кг (1670 ккал/кг) (вода —пар), скорость детонации 9100 м/с при р= 1,85 г/см3 Получают Б нитрованием бис(тринитроэ-тил)этилендиамина, синтезируемого конденсацией тринитроэтанола (или тринитрометана и формальдегида) с этилендиамином в водной среде (реакция Манниха) Б может использоваться аналогично гексогену и октогену, но превосходит их по энергетическим характери-
стикам
Klaaer К Fraukel М A Reviev of Nitroform and 2,2,2 trimtroetanol / Aerojet Eng Corp Azusa Calif., 1951, Minxin Z„ Xie S, Hyangzhonq W // Inte?,a‘,Or Symposium on Pyrotechnics and Explosives, Beijina, China, 1987 — P 220, J nc • pos Soc Jap -1969 - Vol 30 - №5 -P 286-291, Rept Gov Chem Ind Res Ins
Tokyo-1970 -Vol 65 -№2-P 46-51 C H Жу^
Боеприпас —любой предмет, используемый в системе воору#6 ния и предназначенный для нанесения повреждения противнику 110 ражения живой силы, уничтожения его боевой техники, разрушен^ укреплений, сооружений и выполнения других задач (освещения задымления местности и т п ).
______________________Боеприпасов заливка___________________65 —------ ’
Действие основной массы Б основано на использовании энер-иИ выделяемой ВВ, благодаря которой и происходит поражение различных целей
н КБ относятся ядерные Ь ; артиллерийские и минометные вы-пелы, реактивные снаряды, выстрелы с активно-реактивными сна-
С ядами, минами, гранатами; противотанковые управляемые реактивные снаряды (ПТУРС); авиационные бомбы, патроны стрелкового оружия, ручные и ружейные гранаты; средства взрывания; заряды взрывчатых веществ; мины; торпеды; осветительные и сигнальные патроны и т п
В снаряжательной промышленности окончательно-снаряженный Б —это разрывной заряд (см Разрывной заряд) в сочетании с оболочкой (корпусом Б ) и средствами взрывания. Неокончательно-снаряженный Б — это разрывной заряд в сочетании с оболочкой (корпусом Б ), не снабженный средствами взрывания
Камера боеприпаса —внутренний объем Б , занимаемый ВВ (камора Б —старинное название внутреннего объема Б )
Переверзев А Е Технология снаряжения боеприпасов Часть 1 -М I960, Большая Советская энциклопедия -М 1970 —С 1372
Г А Травов
Боеприпасов заливка —способ наполнения БП, заключающийся в заполнении камер БП или специальных форм жидким ВВ (чаще всего расплавом ВВ) с последующим отверждением его и образованием разрывного заряда (РЗ)
Технологический процесс ЗБ состоит из различных фаз и объединяет ряд сложных физико-химических процессов’ плавление, приготовление литьевых взрывчатых составов, заполнение (заливка) камер БП, отверждение
Плавление —процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое, происходящий при определенной температуре с поглощением тепла
Приготовление литьевых взрывчатых составов включает ряд физических и физико-химических процессов смачивание твердых компонентов жидкими (в том числе расплавом тротила), капиллярная Диффузия, растворение (гексоген, октоген) в расплаве тротила, смешение компонентов и др Окончание этих процессов стабилизирует литьевые свойства приготовляемой смеси, которые характеризуют их технологичность, обеспечивают полное заполнение камер БП и хоро-
Ую седиментационную устойчивость
Дой .ИТЬевые свойства смесевых ВВ зависят от концентрации твер-фазы, природы компонентов, размеров, фракционного состава,
66 Боеприпасов заливка
формы и плотности упаковки частиц, а также от межфазной энерГ11]1 на границе раздела твердой и жидкой фаз
Кондиционирование —приведение ВВ в соответствие с требова. ниями технологического регламента, ОСТов и ТУ В технологии ца. полнения БП заливкой существуют следующие виды кондициоцир0, вания' температурное —обеспечение заданной температуры во всем объёме приготовляемого расплава; «шимозация» — обеспечение за. данного количества твердой фазы в расплаве индивидуального веще. ства; обеспечение заданного соотношения компонентов во всем объеме приготовленной смеси в случае быстрого расслоения этой смеси; «вымешивание» —обеспечение заданных литьевых свойств при приготовлении смесевых литьевых составов
После заполнения камеры БП литьевым составом происходит его отверждение — процесс перехода из жидкого состояния в твердое Переход расплава тротила и составов на его основе из жидкого состояния в твердое сопровождается двумя процессами' кристаллизацией и затвердеванием
Кристаллизация —процесс, характеризующийся скоростью зарождения центров кристаллизации (СЗЦК) и линейной склростью кристаллизации (ЛСК) В зависимости от условий (технологических параметров) будут изменяться СЗЦК и ЛСК, что ведет к получению разрывных зарядов с мелкокристаллической и крупнокристаллической структурой
Затвердевание —теплофизический процесс, сопровождающийся отводом тепла, выделяющегося при кристаллизации, и характеризующийся продвижением фронта затвердевающего материала с определенной скоростью
Получение разрывного заряда высокого качества обеспечивается при правильном сочетании кристаллизационных параметров (СЗЦК и ЛСК) и тепловых условий затвердевания
Отверждение расплава тротила и составов на его основе происходит с уменьшением объема (усадка), при этом образуется так называемая усадочная раковина В зависимости от условий отверждения и компонентного состава можно получить последовательное затверди-вание разрывного заряда с сосредоточенной усадочной раковиной или объемное затвердевание с рассредоточенной усадочной раковиной
Наиболее распространенные способы ЗБ'
Кусковой способ
Кусковым способом называют способ заливки, при которой часть расплавленного материала заменяют на зараНе£
67
___
„готовленные куски из того же материала (например, тротила) или П₽ ки приготовленные из другого материала Куски могут быть изго-КУвлены заливкой, прессованием или любым другим способом; фор-и размеры кусков - произвольные
Осуществление кускового способа с вакуумированием межкуско-вого пространства называется вакуум-кусковой заливкой
Свободная заливка
Заполнение БП расплавом ВВ или СВС с обеспечением свободного выхода воздуха из камеры БП и без воздействия на расплав избыточного давления или вибрации называют свободной заливкой или просто заливкой Она применяется как при бескусковой, так и при кусковой заливке
Вибрационная заливка
Заполнение камер БП СВС при воздействии на ВВ вибрации называется вибрационной заливкой При этом вибрационное воздействие может осуществляться как в аппарате приготовления (вибросмеситель), так и в заполняемом корпусе БП
В случае создания при этом вакуума в корпусе БП или одновременно в аппарате приготовления и в корпусе БП процесс называют вакуум-вибрационной заливкой
Заполнение корпусов БП за один прием называют одноразовой заливкой
Заполнение корпусов БП за два и более приемов называют многоразовой заливкой
Заполнение корпусов БП по несколько штук из одного аппарата одновременно называют групповой заливкой.
Заполнение корпусов БП за несколько приемов тонкими слоями (до 20 мм) с затвердеванием каждого предыдущего слоя называют послойной заливкой
Комиссаров А М Наполнение боеприпасов методом заливки — М , 1960, Переверзев А Е Технология снаряжения боеприпасов Часть 1 — М , 1960
ГА Травов бор имеет аморфную или кристаллическую структуру Аморфный Ь , как правило, представляет собой тонко дисперсный порошок (размер основной массы частиц менее 5 мкм), очень реакционноспособен, легко окисляется и воспламеняется Добавка Б в пиротехнические составы и топлива облегчает их воспламенение, поэтому он находит Ву Р°Кое применение в воспламенительных составах, реже в безгазо-аг * И ТВеРДых топливах Применение Б сдерживается значительной и 0МеРаЧией частиц при горении состава, низкой полнотой сгорания евысокой температурой горения, что объясняется низкой
68___________________Борорганические соединения____________
температурой плавления образующейся на частицах Б пленки окси да Б (около 450°С) и значительными затратами тепла на его плавде. ние и испарение Учитывая высокую расчетную теплотворную спо собность Б и легкость воспламенения, производились попытки повысить полноту его сгорания в гетерогенных горючих системах За счет использования в качестве окислителя перхлората натрия и введения в их состав серы и тиокола Однако увеличение полноты сгора, ния в этом случае было незначительно; более существенные результаты получаются при сжигании Б в виде аэровзвеси, а также при испо-льзовании борорганических соединений.
Ф П мадякин
Борорганические соединения содержат в молекуле бор, связанный с углеродом непосредственно или через гетероатом (О, S N, Р или др ) Это—R3B, R3BX и RBX2 (R — органический радикал X—Hal, RO, Н и др ) Низшие Б -А1к3В, А1к2ВНа1, А1кВНа12-’ при нормальных условиях бесцветные жидкости (кроме (СН3)В, который является газом с Тпл - 153 и Ткт - 21,8°С) Все они легко воспламеняются на воздухе Аг3В—кристаллы, чувствительны к О2 и влаге воздуха; растворяются в органических растворителях Химические свойства бурно реагируют с водой, спиртами, кислотами, галогенами; легко образуют комплексы с электроно-донорными группами, нпр , эфирами, аминами, нитрилами К БС относятся органические производные гидридов бора с клеточными структурами — органокарбораны, где атомы углерода (обычно 1 или 2) связаны с несколькими атомами бора, нпр соединения общей формулы С2ВпНп+2 ( п = 3, 10), проявляют свойства ароматических систем; бесцветные
жидкости или твердые вещества; растворяются в органических растворителях; высшие устойчивы к гидролизу и на воздухе, нетоксичны Термическое разложение алкильных соединений бора (алкилбо-ранов) начинается при температурере выше 200°С, арилбораны значительно устойчивее Способы получения алкильные и арильные соединения получают взаимодействием галогенидов бора с металлорга-ническими реагентами (реактив Гриньяра, алкильные соединения ртути и цинка); взаимодействием галогенидов бора с углеводородами; взаимодействием гидридов бора (напр , диборана или боргидрИ' да) с олефинами, диенами, ацетиленами; эфиры ортоборной кислоты общей формулы (RO)3B—бораты (алкоксибораны)— получают взаимодействием спиртов, фенолов, диолов, полиолов с В(ОН)з> В2О3, ВНа13 (кроме BF3), окислением триалкилборанов кислоро' дом Применение БС’ компоненты катализаторов полимеризации, компоненты ракетных топлив и воспламенители в ракетной технике.
Брикетирование
69
„бораны используют в производстве термостойких полимеров и в рицине, восстановители в органическом синтезе, бораты используют в качестве антиоксидантов, добавок к смазочным маслам и при тушении горящих металлов (К, Na, Mg, AI) Многие БС высокотоксичны работа с ними проводится в инертной атмосфере
Михаилов Б м , Бубнов Ю Н Борорганические соединения в органическом синте-
_М ’ Наука, 1977, Граймс Р Карбораны / Под ред Жигача Л Ф - Пер с антл-М Мир, 1974
А И Горбунов
КвИКеТИрОВЭНИе —формование навески порошкообразного взрывчатого вещества в брикет методом прессования
Навеска порошкообразного ВВ формуется методом прессования в брикет с заданными характеристиками (массой, конфигурацией, плотностью, разноплотностью, габаритными размерами), значения которых определяются требованиями к разрывному заряду, для формирования которого предназначен брикет Брикет должен иметь плотность ниже или равную плотности разрывного заряда, при этом прочность брикета должна быть достаточной для проведения работ без его разрушения Форма и габаритные размеры брикета обеспечиваются конструкцией прессинструмента, в который запрессовывается навеска порошкообразного ВВ, и величиной давления прессования
Б является первым этапом при наполнении изделий методом распрессовки (см Прессование)
Т И Литвиненко
Бронепокрытия для вкладных зарядов ТРТ.
Бронепокрытие (Б )—это термостойкое покрытие, предназначенное для предотвращения горения топлива по тем поверхностям, на которые оно нанесено, что в сочетании с формой заряда обеспечивает требуемый закон газообразования при работе РДТТ Кроме того, Б в комплексе с конструкцией заряда обеспечивает защиту части элементов двигателя от непосредственного воздействия продуктов сгорания топлива
„ Многообразие вкладных зарядов выдвигает целый ряд требовании к Б , которые подразделяются на баллистические, эксплуатационные и технологические
ная К баллистическим требованиям относятся’ высокая термозащит-ния БП°СОбность Б ПРИ минимальной толщине, прочность скрепле-да в ° ПОВеРхностью заряда, обеспечение нормальной работы заря-эксп Не°МХодимом интервале температур в течение заданных сроков Для об Тации’ малая плотность, достаточная прочность и жесткость спечения целостности тонкого свода заряда до конца горения
70 _____________Бронепокрытия для вкладных зарядов ТРТ____
---------------- ----------------------------------------------_ при заданном законе изменения давления в РДТТ В отдельных еду. чаях предъявляются специфические требования отсутствие дыма и твердых частиц в продуктах сгорания ТРТ, отсутствие отслоений в условиях глубокого вакуума, коксуемость при сгорании каркаса Б и
ДР
К эксплуатационным требованиям относятся' возможность обеспечения сохранности заряда без ухудшения баллистических характеристик, малая гигроскопичность, стабильность всех характеристик в течение заданного срока хранения заряда, близкое значение коэффи. циентов линейного теплового расширения к аналогичным характеристикам ТРТ.
Технологические требования включают простоту, надежность, безопасность и универсальность методов бронирования, по возможности исключение длительного нагрева зарядов и ряд других
Многообразие требований, предъявляемых к Б , делает практически невозможным создание универсального покрытия и способа его нанесения для всех видов зарядов Поэтому разработаны и нашли применение в промышленности десятки различных Б и целый ряд методов их нанесения (см Методы бронирования вкладных зарядов ТРТ)
Б могут быть термореактивными и термопластичными в зависимости от метода нанесения. Это сложные многокомпонентные системы, содержащие различные смолы (эпоксидно-диановая, эпоксидная алифатическая, эпоксидно-анилиновая и др ), каучуки (низкомолекулярный ПДИ-ЗА, бутилкаучук и др ), мономеры и полимеры (полиметилметакрилат, полибутилметакрилат, поливинилбутираль и др.), наполнители (каолин, углерод, кислота борная, асбест и др ), целлюлозу и ее производные, различные технологические добавки При бронировании могут использоваться пряжа хлопчатобумажная, лента и ткань техническая, резиновые чехлы и др.
Первые Б были разработаны Б П Жуковым на основе нитроцеллюлозы и борной кислоты Они стали и основой негорючего нитроли-нолеума, рецептура которого не претерпела изменений в течение пятнадцати лет
Л А Гаврилов»
ААР
Взрывание контурное — способ взрывания и специальные за-яды для сохранения поверхности отрыва пород и снижения степени нарушения законтурного массива
Сущность метода КВ заключается во взрывании зарядов умень-
шенной массы, расположенных в вертикальных, горизонтальных или наклонных шпурах (скважинах), пробуриваемых на небольшом расстоянии друг от друга вдоль предполагаемой линии отрыва
Особенностью КВ является возможность предохранения пород от растрескивания, благодаря чему они не теряют своих прочностных
характеристик
КВ широко применяется при проведении различных работ как под землей, так и на поверхности —изготовление камер, сооружений, профильных траншей, выемок, в дорожном, энергетическом и мелиоративном строительстве, при постановке бортов карьеров в предель-
ное положение
Для КВ рекомендуется использовать ВВ со скоростью детонации не более 2500 м/с
Диаметр контурных шпуров и их глубина могут изменяться в широких пределах —соответственно от 25 до 250 — 300 мм и от 1 0 — 1 5 до 25-40 м
Для ведения взрывных работ при КВ применяют заряды КВ колонковые (ЗКВК), заряды КВ гирляндовые (ЗКВГ) Заряд ЗКВК состоит из пластиковой оболочки, заполненной ВВ Пластиковая
Взрывная камера
Рис 2 Заряд контурного взрывания гирляндовый
муфта с фланцем плотно закрывает торец оболочки и служит одновременно для сборки зарядов в колонки требуемой длины и ее центровки в шпуре Замковые элементы надежно фиксируют заряды в муфте (рис 1) Заряд ЗКВГ представляет собой гирлянду из патронов ВВ в полиэтиленовой оболочке, соединенных грузовесущим шну-
ром (рис 2) м
Совершенствование проектирования и производства горных работ с примене контурного взрывания - Апатиты изд Кольского филиала АН СССР 1 ,
Л И Турчанинов ИА, Клюников А В Нарушение пород при контурном в f> нии - Л^Наука, 1975; Силаев А А , Кузнецов е А Контурное взрывание пр Р тельстве сооружений // Горный журнал - 1980 °3 в
Взрывная камера-это сооружение или устройство, предиа3' наченное для проведения промышленных или экспериментальны* взрывных работ
Взрывная камера
73
gK бывают двух основных типов железобетонные (ЖБВК) и альные (СВК), рассчитанные на подрыв до 10 кг взрывчатого мате-С?ала (ВМ) в пересчете на тротил Существуют экспериментальные Рбразцы КВ (ЭВК) камер, рассчитанные на подрыв до 200 кг ВМ Как правило, ВК снабжены системой вытяжной (иногда и приточной) вентиляции Иногда оборудованы системой газоочистки продуктов взрыва Толщина стен ЖБВК достигает 1 -1,2 м В основном онИ облицованы изнутри защитными стальными листами толщиной Ю-20 мм, позволяющими взрывать осколочные заряды Внутренний диаметр ЖБВК достигает 10- 12 м, объем 700-1500 м3 СВК выполняются диаметром до 1,5— 2 м, объемом до 10 —15 м3 и рассчитаны, как правило, на подрыв безосколочных зарядов СВК снабже
ны системой вакуумирования, позволяющей при значительно меньших размерах по сравнению с ЖБВК подрывать достаточно большие заряды ВК снабжены взрывной (огневой) линией с пультом для подачи электрического импульса для возбуждения взрывного процесса средства инициирования ВМ (детонации электродетонатора или воспламенения пиропатрона, электровоспламенителя) или испытывае-
мого взрывопожароопасного устройства Взрывная линия выполняется из изолированных электрических проводов с системой блокировок (устройств), предотвращающих подачу электрического импульса на средство инициирования при открытых двери (люке) ВК и заслонках вентиляционных систем Кроме того, ВК обычно оборудуются средствами оптической регистрации (окнами с бронестеклами, скоростными фотокамерами, работающими в режиме фоторазвертки и покадровой фотосъемки), электронными таймерами и осциллографами для регистрации времени протекания взрывного процесса, давления и температуры продуктов взрыва
ЖБВК обычно включает собственно ВК и окружающую се пристройку для размещения обслуживающего персонала, оборудования, аппаратуры, расходного запаса ВМ, средств взрывания и расходных материалов
СВК из-за относительно небольших размеров располагается внутри отдельного помещения, где размещаются приборы и оборудо-
Имеются ЭВК на 20 — 50 кг ВМ, стены которых выполнены из нескольких рядов стальных двутавров (швеллеров, рельсов), со щелями между ними для отвода в атмосферу газообразных продуктов взрыва, но исключающих прямой вылет из ЭВК твердых остатков за-яДа и осколков Они нашли очень ограниченное применение ввиду
74___________________Взрывника единая книжка____________
необходимости значительных безопасных расстояний от окружу щих сооружений и транспортных путей
В Н Лапшин, Н А ШамриНа
Взрывника единая книжка-документ, выдаваемый орГа. нами Госгортехнадзора или уполномоченной им организацией, удостоверяющий право на допуск к взрывным работам с ВМ и средствами взрывания Право на получение этого документа имеют лица со сред, ним и высшим образованием не моложе 20 лет без медицинских пр0. тивопоказаний, прошедшие обучение по специальной программе и успешно сдавшие квалификационный экзамен
Допуск к самостоятельной работе осуществляется после стажировки на конкретном рабочем месте в условиях работы Обучение проводится в организациях или учебных заведениях, имеющих специальные лицензии Квалификационные экзамены принимаются комиссией, назначаемой руководителем предприятия под руководством представителя федерального надзорного органа
Единые правила безопасности при взрывных работах — М НПО ОБТ, 1992
ГА Нишпал
Взрывные технологии— использование энергии взрыва ВВ для воздействия на обрабатываемый объект с целью его разрушения, резки, изменения формы, сварки с другими материалами, придания ему новых свойств и т д
Наиболее распространена технология взрывного разрушения, используемая для дробления горных пород в рудной и угледобывающей промышленностях Использование дробящего действия, так называемого бризантного эффекта, осуществляют также при разрушении строительных конструкций, крупногабаритных отходов металлургических производств Широко используется кумулятивное действие заряда ВВ Осесимметричные заряды используются для пробития отверстий и шпуров Удлиненные кумулятивные заряды применяются для резки листов металла, различных конструкций В настоящее время ВТ применяются для резки судов, подводных лодок, самолетов, танков, бронетранспортеров и другой техники, подлежащие утилизации
Использование энергии взрыва позволяет разрушать на приемлемые куски для перерабатывающей промышленности сверхкрупно' габаритные автомобильные шины с одновременным отделением резИ новых кусков от текстильного или металлического корда
Изменяя детонационные параметры ВВ, можно управлять энер гией взрыва, воздействующей на обрабатываемый объект
Взрывные работы—единые правила безопасности 75
заряды специального ВВ в виде шлангов применяются для и^ойки гранитных блоков без их разрушения и образования трещи-Н0Ва,1^хнология сварки металлов взрывом основана на свойстве ВВ ь свариваемую металлическую пластину со скоростью, которая печивает при столкновении пластины с подложкой эффект сва-° ания Таким способом можно сваривать металлы, не поддающиеся обработке другими методами (например, алюминий и медь, алюминий и сталь и т д )
При помощи энергии взрыва можно изменять форму деталей Так например, эффект разрушения трубы в результате взрыва дозированного заряда используется для развальцовки труб в трубных решетках теплообменников Взрывная штамповка позволяет изменять форму деталей с упрощенной оснасткой
Е В Колганов
Взрывные работы—единые правила безопасности -нормативный акт, определяющий порядок и требования обеспечения безопасности при организации и проведении взрывных работ в России и странах СНГ Правила обязательны для всех ведомств, учреждений, предприятий любой формы собственности и граждан на всей территории Российской Федерации Правила определяют требования к порядку хранения, перевозки, использования, учета и допуска новых ВМ к применению, а также к допуску персонала к взрывным работам, устанавливают безопасные расстояния для поражающих факторов (ударная волна, осколки, высокие температуры, ядовитое облако продуктов взрыва, сейсмические колебания и т д ) различных видов взрыва, в том числе и взрывов аварийного характера
ЕПБ при ведении взрывных работ являются базовым нормативным актом для разработки отраслевых или иных правил при производстве, хранении, перевозке и использовании ВМ и изделий на их основе
"мДИНЫе правила безопасности при взрывных работах — М НПО ОБТ, 1992, Сис-р™а сертификации безопасности взрывоопасных производств М Госкомоборонп-
Г А Нишпал взрыв объемный — взрыв газовой или аэрозольной смеси го-х веществ и окислителя, заполняющей ограниченное или полу-Р именное пространство или являющейся свободным облаком в ста УЖа,° 1чцей сРеДе Представляет собой процесс, состоящий из двух щеесяИ Детонационного превращения горючей смеси в расширяю-облако продуктов сгорания и 2) распространения затухающей
76_______________________Взрыв объемный______________
воздушной ударной волны за пределами облака Необходимы^ условиями возникновения ОВ является определенное соотнощеН11е горючего и окислителя, а также воздействие инициирующего энерГе. тического импульса Примерами несанкционированных ОВ могут служить взрывы газо-воздушных или пыле-воздушных смесей в щах. тах, при случайных или аварийных выбросах горючих газов или горючих пылей в атмосферу на предприятиях и складах химической деревообрабатывающей, текстильной, табачной, пищевой (сахарная’ мучная пыль) промышленности Поражающими факторами ОВ являются механическое воздействие ударной волны, тепловое излучение, обеднение атмосферы кислородом в зоне взрыва после прохождения ударной волны и т.п Ударная волна при избыточном давлении в ней свыше (0,3 —0,4) • 105 Па может разрушительно действовать на
окружающую среду
Поражающее действие ОВ и возможность использования для его осуществления кислорода воздуха привели к созданию боеприпасов ОВ (объемно-детонирующих боеприпасов, объемно-детонирующих систем — ОДС), снаряженных только горючими компонентами, средствами образования из них облака и средствами инициирования взрыва этого облака В качестве горючих преимущественно применя
ются органические соединения и мелкодисперсные твердые горючие материалы (металлы, углерод) с высокой теплотой сгорания, способные в однородной смеси с воздухом к детонационному горению после воздействия инициирующего энергетического импульса (окись этилена, окись пропилена, метан, бензин, алюминий и пр ) Заряд жидкого, загущенного суспензионного или твердого горючего, помещенный в корпус боеприпаса, после срабатывания диспергирующего заряда ВВ распыляется в окружающей среде, образуя облако горюче-воз-
душной смеси
В зависимости от расположения боеприпаса относительно поверхности земли может сформироваться полусферическое или сферическое облако, а при специальных конструкции корпуса боеприпаса и форме диспергирующего заряда—цилиндрическое облако После этого облако подрывается специальным инициирующим средством, которым может быть заряд ВВ, экзотермически реагирующая с горючим или кислородом воздуха жидкость, лазерный импульс и пр Энергия взрыва смеси в облаке в расчете на массу снаряжения боеприпаса может в несколько раз превышать энергию взрыва равной массы обычного ВВ Поражающее действие ОВ возрастает за счет увеличения длительности фазы сжатия ударной волны, реализации многофронтовой ударной волны и увеличения времени затухания
Взрывозащита технологического оборудования
ной волны Вследствие большого радиуса детонирующего обла-УДаРдарная волна сохраняет поражающее действие на расстоянии не-Ка льких десятков метров от места инициирования, хотя давление в СК°е детонации сравнительно низкое (ок 3 МПа) 30Н6Поражающее действие ОВ усиливается за счет способности го-че-воздушной смеси до взрыва проникать в различные складки местности и полузамкнутые объемы В связи с этим боеприпасы ОВ могут успешно применяться для поражения как открытой, так и укрытой живой силы, боевой техники, фортификационных сооружений для проделывания проходов в минных полях и проволочных за
граждениях, для расчистки площадок от растительности, например, для десантирования войск и пр Параметрами, характеризующими поражающее действие, являются избыточное давление во фронте ударной волны, длительность фазы сжатия, удельная эффективная энергия ударной волны, тротиловый эквивалент ОВ и удельный импульс давления Повышенная влажность, снег, дождь, низкая температура и сильный ветер снижают эффективность применения ОВ Первые успешные испытания боеприпасов ОВ были проведены в 1960 г , а с 1969 г американская авиация уже применяла во Вьетнаме бомбовую кассету KBU-55 (500 футов), состоящую из 3 бомб ОВ,
каждая из которых имела массу 45 кг, массу заряда (жидкая смесь этилена) 32,6 кг и диаметр зоны поражения около 100 м Дальнейшая разработка боеприпасов ОВ проводится по пути повышения их эффективности за счет применения высокоэнергетических горючих, оптимального формирования облака горюче-воздушной смеси, сниже-
ния влияния метеорологических условий, использования различных средств доставки боеприпаса к месту применения
^Дмитриев В Боеприпасы объемного взрыва // ЗВО —1980 —№9 —С 48 —53, Колесников Ю Боеприпасы объемного взрыва//— ЗВО —1980,—№8 —С 23 —26, Попов Н И , Расторгуев Б С , Забегаев А В Расчет конструкций на динамические и специальные нагрузки - М Высшая школа - 1992. - 319 с , Адушкин В В , Гостии цевЮ А., Фортов В Е Энергетические характеристики взрыва и параметры ударных ®олп в воздухе при детонации водосодержащих облаков в свободной атмосфере // Химическая физика -1995 -Т 14 -№6.-С 59-102, Охитин В Н , Селиванов В В рематическое моделирование случайных газовых взрывов // ФГВ —1995 —
В А Карелин
Взрывозащита технологического оборудования
°Д взрывозащитой технологического оборудования подразумевают комплекс конструкторских, технологических, организационных мероприятий, исключающих возникновение и распространение высоко-оростных взрывных процессов в аппаратах переработки ВМ, анспортно-технологических контейнерах и трубопроводах
78____________Взрывозащита технологического оборудования__
Конструирование технологических аппаратов, отвечающих Tpeg0 ваниям взрывозащиты, необходимо вести в следующих направлениях
— учет закономерностей взрывных процессов в перерабатывав мом ВМ,
— автоматическое регулирование технологического процесса в строгом соответствии с требованиями техрегламента в целях исключения воспламенения ВМ;
— предупредительная флегматизация взрывоопасной средЬ1 инертным разбавителем (N2, СО2, вода и т д );
— снижение единовременных загрузок технологических аппара тов, т е. разработка малогабаритных аппаратов;
— осуществление разрыва фаз производства для исключения передачи взрыва по технологической цепочке,
— нарушение герметичности оборудования с целью погашения давления в технологических аппаратах, прежде чем давление достигнет предельно-допустимых значений. Последнее реализуется с помощью различных устройств, например, предохранительных мембран, взрывных клапанов или динамическим ослаблением аппаратов,
— введение в рабочую зону аппарата охлаждающих или пламега сящих средств, подавляющих очаг загорания и ограничивающих рост давления в аппарате; передача технологической продукции при возникновении аварийной ситуации в буферные аварийные емкости,
— установка смежных аппаратов в кабинах, защитных камерах, обеспечивающих сохранность технологической нитки при возникновении загорания или взрыва в одном из аппаратов или трубопрово дов; отсечение пламени и прерывание детонации в транспортных коммуникациях
В последнее время в промышленность внедряется автоматическая система взрывозащиты, включающая системы предупреждения, локализации и подавления взрывов
Наиболее характерным примером взрывозащищенного оборуд0' вания могут служить'
— динамически ослабленные втулки (ДОВ), используемые в шнек-прессах типа ШС-34, П-125 и т д в производстве БРТ,
— транспортно-технологический контейнер УК-1 для порошк° образных ВМ,
— сушильные агрегаты, основанные на принципах динамическо го ослабления, обеспечивающего сброс давления до момента °брз3° вания ударной волны, достаточной для возникновения ПГД Д обеспечения взрывозащиты аппарата необходимо ослабить 30" его общей поверхности; поверхностная плотность (масса матери^
Взрывоопасность
79
бных элементов на единицу поверхности) не должна превы-^величину Ю-30 кг/м?
Г А Нишпал, В Г Базарова
ВзВЫВООПаСНОСТЬ —характеристика взрывчатого вещества, по-воляющая оценить вероятность несанкционированного взрыва при 3аЗЛИчных внешних воздействиях Определение В производится по методикам, моделирующим такие внешние воздействия, как механический удар, трение, ударная или детонационная волна, быстролетящий элемент, луч огня, нагрев, различные виды излучений В основе данных методик лежит фиксация реакции ВВ на внешнее воздействие К методикам, позволяющим оценить В , относится и серия испы-
таний по установлению возможности распространения очага взрывчатого превращения на всю массу ВВ
В качестве критерия В выбирается абсолютное значение по каждой методике, соответствующее показателю выбранного широко известного ВВ, традиционно удовлетворяющее производителей и эксплуатационников по уровню безопасности
Критерий безопасности выбирается по каждому методу испытания Общепринятой методологии выбора наиболее представительного метода испытаний в настоящее время не разработано Единого обобщающего критерия для всех видов воздействия в настоящее время также нет Критерий безопасности распространяется на каждый класс и не носит обобщающего характера
Наиболее распространенные методики оценки В ' чувствительность к удару грузом по массе ВВ, помещенной в специальную стандартную оснастку, чувствительность к ударному и длительному трению, определение критической толщины и критического диаметра, методика определения предельной амплитуды ударной волны, способной вызвать взрыв, чувствительность к лучу огня
Е В Колганов
ВзРывопожароопасность обращения с ЭКС (ВМ)
комплекс организационных и технических мероприятий при производстве, перевозке, применении, хранении и уничтожении ВМ и жыщИИ На ИХ ОСНове> обеспечивающих исключение или резкое сни-} частоты аварийных случаев и тяжести их последствий Орга-tob-J*11011110 эти меРоприятия оформлены в виде нормативных ак-мещеПРаВИЛ’ стандаРтов и т п , устанавливающих требования к раз-СтРоитеЮ И КОНСТРУКЦИИ зданий, сооружений, их проектированию, нни вЛмЬСТВУ и эксплуатации при перевозке и хранении и примене-
М Например, любое производство ЭКС должно
81
80 ___________________Взрывчатые вещества______________
проектироваться, строиться и эксплуатироваться в соответствии Правилами устройства заводов по производству ВМ и изделий на щ основе В развитие этих правил и в дополнение к ним для наибодее важных и опасных элементов технологии, специального оборуд0Ва ния и защитных сооружений действуют отдельные нормативные д0. кументы, например, Руководство по устройству и эксплуатации сис. тем пожарной защиты (РУЭ-АПЗ)
В зависимости от тяжести аварийных последствий и экологической целесообразности концепция обеспечения пожаровзрывобезопасности производства и эксплуатации ВМ и изделий на их основе может исходить из трех основных критериев'
— недопущение загорания;
— предотвращение массового пожара,
— исключение возникновения и развития взрывных явлений
Согласно закону «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» важнейшим элементом защиты обслуживающего персонала, населения и территорий является обеспечение пожаровзрывобезопасности производства и эксплуатации ВМ и изделий на их основе
Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (принят Государственной думой 20 06 97 г ) / / Безопасность труда в про мышлснности —1997 —№10; Система сертификации безопасности взрывоопасных производств - М Госкомоборонпром, 1994, Руководство по устройству и эксплуата ции систем автоматической пожарной защиты -И ЦНИИНТИ, 1985
Г А Нишпал
Взрывчатые вещества —химические соединения, их механические смеси или растворы друг в друге, способные под влиянием механического, теплового или ударно-волнового внешнего воздействия к самораспространяющемуся, быстрому, экзотермическому превращению, сопровождающемуся выделением большого количества тепла и нагретых до высокой температуры газообразных продуктов ВВ мо гут быть твердыми, жидкими и газообразными Возможность иниЦИ ирования и самораспространения тепловой волны по заряду ВВ непо средственно связана с амплитудой температуры в этой волне Высокая температура (от 2500 до 4500 К) определяется прежде всего вели чиной экзотермического теплового эффекта реакции — теплоту1 взрыва Экзотермичность химического превращения исходного В газообразные продукты может быть обеспечена несколькими спос° бами Во-первых, если ВВ —эндотермичное соединение, то при РаС паде этого соединения на элементы выделяется удельная теплоту равная по величине энтальпии его образования Для большинства теплота реакции их взрывчатого превращения выделяется пото
Взрывчатые вещества
сумма энтальпий образования продуктов реакции существенно ЧТ°вЫ1пает энтальпию образования исходного соединения
пре количество энергии, выделяющейся при взрыве ВВ, относитель-Невелико-в 5-6 раз меньше теплотворной способности нефти, Нднако реакция взрывного превращения ВВ не требует кислорода °о3духа, поскольку он содержится в молекулах компонентов ВВ в химически связанном виде (для кислородсодержащих ВВ) Этим достигается большая объемная концентрация энергии в единице массы, а в сочетании с малым временем протекания реакции — огромная мощность взрывного процесса Высокое значение температуры, которая развивается при взрыве, обеспечивает в соответствии с законом Аррениуса большую скорость протекающих химических реакций Подобный расчет для смеси, нпр , углеводородного горючего с воздухом с учетом массы воздуха, показывает, что удельная концентрация энергии в таких смесях существенно ниже, чем в типичных ВВ Образование газов является еще одним необходимым условием для протекания процесса в форме взрыва Быстрое, в течение микросекунд, превращение исходного ВВ в нагретые до высокой температуры газы сопровождается скачком давления —формированием ударной волны Повышение давления в результате этого очень велико — для конденсированных ВВ до 10 — 30 ГПа Передача энергии возбуждения от слоя к слою ВВ в таком процессе осуществляется посредством ударной волны Такой режим взрывчатого превращения называют детонацией, а распространяющуюся по ВВ ударную волну, сопровождающуюся химической реакцией,—детонационной волной Скорость ее распространения (скорость детонации) достигает нескольких км/с Величина развивающегося при детонации давления и профиль зависимости давления от времени существенным образом влияют на характер воздействия взрыва на окружающую среду Режим детонации—основная форма взрывчатого превращения ВВ, которая максимально эффективно использует энергию взрыва в боеприпасах, в гордом деле и других областях применения ВВ для разрушения преград зики° ЛеНИЯ ГОРНЫХ пород Теоретические разработки в области фи-Усл И“термодинамики детонационных процессов и критических KOMV™ ИХ распРостРанения в настоящее время находятся на высо-Рактеп°ВНе’ ЧТ° позволяет с достаточной точностью рассчитывать ха-Другой фИКИ 9ТИХ пРоцессов для различных взрывчатых систем стРо по (Р°РМОВ макРогетерогенного взрывчатого превращения, бы-исх0дНо°г^еКа10щего в Узкой зоне, отделяющей продукты реакции от к слою Вещества> является горение В этом случае энергия от слоя передается посредством тепловой, а не ударной волны, и
Взрывчатые вещества
82________________ Взрывчатые вещества____________________
процесс не сопровождается существенным повышением давлецИя (если система не находится в замкнутом объеме) СоответствецНо скорость горения невысока, для различных ВВ составляет от доле{; мм до десятков см в секунду и сильно зависит от внешних yCJ1Q вий —давления, исходной температуры ВВ и др Процесс горения В В широко применяется в технике Теория воспламенения и горения ВВ также хорошо развита и проверена экспериментально Горение ВВ может переходить в детонацию Возможен и обратный процесс Переходу горения в детонацию (ПГД) благоприятствуют повышение давления, температуры, увеличение поверхности горения, турбулизация фронта горения Теоретическое рассмотрение процесса ПГД требует учета конкретных условий его протекания К числу идущих во ВВ экзотермических процессов относят также медленное химическое превращение («термическое разложение») В научной практике медленное химическое превращение ВВ при температуре 100 —300”С используют для изучения кинетических параметров и особенностей реакций, протекающих в ВВ и для оценки на этой основе их химической стойкости и термической стабильности В определенных условиях медленное разложение ВВ может ускориться за счет автокатализа продуктами разложения и саморазогрева, в результате чего может произойти «тепловой взрыв»
По склонности к ПГД и основным способам применения вес ВВ подразделяют на три основных класса инициирующие (или первичные) ВВ, бризантные (или вторичные) ВВ и метательные (или по роха и ракетные топлива) ВВ Горение инициирующих ВВ неустойчиво уже при атмосферном давлении, поэтому в них простой начальный импульс (пламя, удар, трение и т д ), вызывающий воспламенение, приводит к ПГД Инициирующие ВВ отличаются также высокой чувствительностью к начальному импульсу Горение метательных ВВ устойчиво и не переходит в детонацию при давлении в несколько ГПа, однако от детонационного импульса они могут детонировать Бризантные ВВ занимают промежуточное положение Их горение при сравнительно низких давлениях, но выше атмосферного, может привести к ПГД Метательные ВВ предназначены для ствольного и реактивного метания и обеспечения работы различных газодинамике ских устройств Инициирующие ВВ-для снаряжения капсюлей тонаторов и электродетонаторов, генерирующих детонационнь! импульс и инициирующих детонацию вторичных ВВ, а также капе лей-воспламенителей Бризантными ВВ снаряжают боеприпасы^ различные заряды мирного назначения, работающие в детонаЦИ^ ном режиме По составу ВВ подразделяют на два больших клас
ивидУальные В® и смесевые ВВ Среди индивидуальных ВВ Явными по объему практического применения являются нитросое-динения Классификация последних осуществляется по типу химической связи, с помощью которой NO2-группа присоединяется к органической части молекулы в С-нитросоединениях, нитрогруппа связана с углеродом (полинитросоединения ароматические' тринитротолуолы, тринитробензол, тринитрофенол динитронафталин и
Др , алифатические- нитрометан, тетранитрометан, различные три-нитроэтильные производные и др ) В N-нитросоединениях (нитроаминах) нитрогруппа связана с аминным азотом (гексоген, октоген, ДДНА и др ) В О-нитросоединениях (нитроэфирах) нитрогруппа связана с кислородом окси-группы (нитроглицерин, нитраты глико-
лей, нитроцеллюлоза, тетранитрат пентаэрэтрита и др ) Нитросоединения могут быть и комбинированными в них нитрогруппы связаны в молекуле ВВ, напр , с азотом и с углеродом (тетрил), или с кислородом и азотом (динитрат диэтанолнитрамина)
Являются ВВ и соли азотной кислоты нитрат аммония, нитрат мочевины, нитрат гуанидина и др Известны и другие индивидуальные ВВ, не содержащие нитрогрупп• производные азотистоводородной кислоты (азиды, напр , азид свинца), гремучая ртуть и др Смесевые ВВ готовят, смешивая либо индивидуальные ВВ (смеси и сплавы тротил — гексоген — «ТГ», тротил —тэн —«пентолит» и др ), либо горючие и окислители Как правило, смесевые ВВ помимо
основных компонентов содержат добавки, введение которых обусловлено техническими и технологическими требованиями Основные классы смесевых ВВ- пороха (баллиститные на основе жидких нитроэфиров и коллоксилина, пироксилиновые на основе пироксилина и различных добавок, смесевые на основе перхлората аммония и горюче-связующего; черный порох на основе смеси селитры (обычно калиевои), угля и серы), нитроглицериновые ВВ и динамиты на основе смеси азотнокислых солей, горючих и желатинированного ннтЛ°)КСИЛИНОМ нитРоглиЦеРина; аммиачноселитренные ВВ (аммо-ных^ВрГ ^СН°Ве смеси аммиачной селитры, горючих и индивидуаль-gg , Обычно тротила, реже гексогена), водонаполненные ние ГОГ’06 КЛаСС смесевых ВВ, интенсивно развиваемый в послед-твора а Ы ГСЛе°6Разнь1С составы на основе желатинированного рас-Льс^онны1Иа»п0^ селитРы> горючих и «пигментного» алюминия, эму-"РеДстаГ6 ВВ’ КомТ°рь1е не соДеРжат взрывчатых компонентов и Ких горюЛЯЮТ Со6°й обратные эмульсии растворов окислителя в жид-Вс|Шо пепЧИХ’ сенсибилизиРУемые с помощью аэрации непосредст-еД применением В настоящее время отрасль производства
Взрывчатые вещества гранулированные
84 Взрывчатые вещества аммиачно селитренные
ВВ представляет собой высокоразвитую область химической техц0 логии, в которой ввиду специфики выпускаемой продукции особ0 внимание уделяется технологической безопасности Правила оцецКи безопасности обращения с ВВ, их транспортировки и хранения регла. ментированы на международном уровне и большим числом разлищ ных подзаконных актов в Российской Федерации
Ш Андреев К К , Беляев А Ф Теория взрывчатых веществ — М Оборонгиз, 19(Щ Дремин А Н., Савров С.Д , Трофимов В С , Шведов К К Детонационные волны j конденсированных средах -М Наука, 1970, Орлова Е Ю Химия и технология бри зантных взрывчатых веществ —Л Химия, 1973, Франк Каменецкий Д А Диффу31(я и теплопередача в химической кинетике — М Наука, 1987
Г Д Козак
Взрывчатые вещества аммиачно-селитренные
— промышленные взрывчатые вещества, в состав которых как основ ной компонент входит аммиачная селитра Наибольшее распростра нение получили простейшие смеси аммиачной селитры и дизельного топлива типа АС-ДТ (за рубежом AN-FO) как наиболее дешевые и безопасные промышленные ВВ без использования взрывчатого сен сибилизатора
АСВВ изготавливаются в порошкообразном, гранулированном и льющемся состоянии Порошкообразные АСВВ в основном выпускаются в патронированном виде с наличием взрывчатого сенсибилизатора (обычно тротил) типа аммонитов, реже —с одним маслом типа диаммонов и используются преимущественно для ведения взрывных работ в подземных условиях
Гранулированные АСВВ (см Гранулированные ВВ) имеют самый широкий ассортимент (гранулиты, игданиты, граммониты, гра нитолы и т д ), наибольший объем потребления и обеспечивают полную механизацию взрывных работ
Льющиеся АСВВ представляют собой классы водосодержащих и эмульсионных составов, в которых нитрат аммония применяется в виде высококонцентрированных растворов Это позволяет резко уве личить плотность заряжания и получить высокие взрывчатые харак теристики на уровне индивидуальных взрывчатых веществ
U Дубнов Л В Промышленные взрывчатые вещества — М Недра, 1988 —
Взрывчатые вещества гелеобразные-представляв собой жидкие ВВ, желатинизированные введением высокомолек} лярных веществ или созданием в ЖВВ малопрочных коагулЯП1101 ных структур
В США в качестве жидкого ВВ используются нитрометан и ни-/ЬирЫ В нашей стране разработан ряд композиций на основе ТР°лкой взрывчатой смеси ЛД-70 (смесь нитроэфиров), структурированной аэросилом, с введением ряда модифицирующих добавок
п т 3765966 США, кл 149—18 Загущенные взрывчатые вещества на основе нитро-* на -Заявл 21 07.72; Пат 3736196 США, кл 149 —48 Способ получения гелеоб меТдЫх ВВ на основе нитроэфиров Заявл 24.02 71 р В М Ларюшин
Взрывчатые вещества гранулированные- промышленные взрывчатые вещества в виде гранул от 1 до 5 мм Большая часть (до 90%) ГВВ выпускается на основе гранул аммиачной селитры с различными добавками Преимущественное применение нашли простейшие смеси аммиачной селитры и дизельного топлива (95/5) АС-ДТ под общим названием игданит (за рубежом AN-FO) как наиболее дешевые и безопасные промышленные взрывчатые вещества. Для взрывания весьма крепких пород в состав простейших смесей добавляют алюминий до 8% или другие высококалорийные добавки Такие смеси широко используют в подземных условиях для добычи полезных ископаемых Следующим классом ГВВ являются граммониты, представляющие собой, в основном, двухкомпонентные смеси аммиачной селитры и гранулированного или чешуированного тротила, который в рецептуре используется как горючее и сенсибилизатор
В гранулированном виде выпускают чистый тротил (грануло-тол) и смесь его с алюминием (алюмотол), которые имеют высокие взрывчатые характеристики и используются при взрывании пород любой крепости и обводненности
Смеси на основе аммиачной селитры достаточно безопасны в обращении, и вследствие этого (особенно составы на основе нефтепродуктов) их изготовление часто производится на месте потребления, т е на горных предприятиях, что позволяет исключить перевозку взрывоопасных грузов и их многотоннажное хранение
Взрывчатые свойства ГВВ во многом зависят от химического состава и физического состояния (размер, состояние и форма гранул)
Ределяющими характеристиками гранулированных составов ВВ яются насыпная плотность, слеживаемость, водоустойчивость и Днородность получаемой смеси
ШИп СС0РТимент ГВВ насчитывает много различных типов, и его рас-РазрабИб с™мУлиРУется дешевизной и доступностью сырья и особенно g откой специальных сортов пористой аммиачной селитры раздел °ССИИ РазРа6отаны новые гранулированные смеси — акваниты ьного заряжания,—технология которых основана на
Взрывчатые вещества литьевые
86__________________Взрывчатые вещества жидкие___________
гранулировании эмульсионно-суспензионной высококонцентрИр0 ванной эвтектики аммиачной и кальциевой селитр с алюминием а расплавленным нефтепродуктом. Преимуществом данных состав0в является их перевозка и заряжание в гранулированном виде с после дующим переходом в пластичное высокоплотное состояние после за рядки в скважины.
Применение ГВВ позволяет механизировать технологию взрыв ных работ и внедрить прогрессивный беспатропный способ заряда ния шпуров и скважин.
Поздняков 3 Г , Росси Б Д Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания — М " Недра, 1977 —253 с
В А Соснин
Взрывчатые вещества жидкие-вв, находящиеся в жидком агрегатном состоянии при температурах их служебного применения. Такое свойство позволяет обеспечить простоту снаряжения изделий военной техники, свести к минимуму затраты времени и средств на подготовку взрыва и существенно упростить конструкцию боеприпаса
ЖВВ применяются в системах ядерного оружия, при дистаици онном минировании местности, разминировании, в качестве подрывного заряда при устройстве полевых укрытий для живой силы и военной техники, разрушения фортификационных сооружений, автомо бильных дорог и мостов, а также при торпедировании нефтяных и газовых скважин, взрывном бурении и т п.
ЖВВ используются в качестве жидкой основы при получении пено-, геле-, пастообразных и экструдируемых ВВ, а также в качестве компонента активных связующих в пластизольных и отверждаемых полимерсодержащих ВВ, порохов и ТРТ
К ЖВВ предъявляется комплекс технических требований, обусловленных той или иной областью их применения"
— жидкое агрегатное состояние в требуемом температурном интервале (до +50°С),
— низкий температурный градиент вязкости,
— достаточно высокие мощностные характеристики (не ниже, чем у тротила),
— низкий уровень чувствительности к механическим воздеиств ям и другим видам начального импульса,
— низкая токсичность,
— высокие технико-экономические показатели производства
По составу ЖВВ могут представлять собой как индивидуальные иЧеские соединения, так и многокомпонентные смеси, в том числе ХЙМ покованные по принципу «окислитель-горючее» сК°Мучитывая комплекс технических требований к ЖВВ, использо-ие многокомпонентных смесей позволяет наиболее полно получить необходимые показатели
Уи(,льницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч II - М Артакадемия ф Э Дзержинского, 1961, Пат 2486773 (США) Wyler J А // Официальный лМ плетень - 1949; Пат 51-21044 (Япония) ShiinoKazno // Изобретения за рубежом ПГ-23 1976 — N?21, Пат 4042431 (США) Maes М Е // Официальный бюлле нь -1960 Пат. 3309251 (США) Andneth L F // Официальная газета - 196*, 836;
Пат 3798095 (США) Runge W F // РЖХ -1975 -4Н312П, Пат 3825452 (США) Roberts LN // Изобретения за рубежом ПГ-14 -1974, Farshey D R , Cooper ] С // Explosuvstoffe -1969 - Vol 17 -№6
С Н Жузгов
Взрывчатые вещества литьевые — смесевые взрывчатые композиции, перерабатываемые в разрывные заряды различными методами литьевой технологии Как правило, ЛВВ в процессе переработки представляют собой суспензии различной степени наполнения Литьевой основой (дисперсионной средой) могут служить расплавленное или жидкое ВВ, а также инертные материалы (олигомеры, полимерные соединения и др ) В качестве наполнителя (дисперсной фазы) используются порошкообразные ВВ, металлические порошки, окислители Наибольшее распространение нашли ЛВВ на основе тротила, содержащие в качестве наполнителя гексоген (композиция В, циклотол), октоген (октолы), алюминий (тритонал) или их сочетания (торпекс, Н-6) От природы литьевой основы и наполнителей, а также от степени наполнения, которая может достигать 85%, зависят как энергетические и детонационные (теплота взрыва и скорость детонации), так и эксплуатационные характеристики (чувствительность, термостойкость), а также технологические свойства ЛВВ вязкость (текучесть) и седиментационная устойчивость Современные методы снаряжения позволяют получать разрывные заряды с относительной плотностью 0,97 — 0,98 от теоретической из ЛВВ, содержа-тротил ЛВВ с отверждаемой основой обеспечивают получение
РяжСИТеЛЬ1,ОЙ плотности выше 0,98 Их широко применяют для сна-заг> еНИЯ боеприпасов самых различных типов с массой разрывного ^^яда от десятков граммов до сотен килограммов
Sheffield°£eDla Ot ExPlosives and Related Items Vol 2/ Basil T Fedoroff, Oliver E icatinny Arsenal Dover, New Jersey, USA, 1962
А Г Гороховцев
Взрывчатые вещества малочувствительные
Взрывчатые вещества малочувствительные
Взрывчатые вещества малочувствительные-вв с низкой чувствительностью к первоначальному импульсу (удар, Тре_ ние, детонация и др ) МВВ используются для создания изделий Во, енной и гражданской техники, устойчивых к случайному инициир^ ванию при эксплуатации Наиболее изученным МВВ является триаминотринитробензол (ТАТБ), имеющий относительно высокую мощность (около 87% по отношению к октогену} и уникально низкую чувствительность В последние годы в связи с проблемой выживаемости средств вооружения синтетиками разных стран проводится поиск новых МВВ, которые должны иметь энергетические характеристики на уровне известных мощных ВВ гексогена и октогена и чувствительность на уровне тротила и ТАТБ Общей концепции, позволяющей проводить целенаправленный синтез новых МВВ, нет Тем не менее в последние годы синтезировано значительное количество их в ароматическом, гетероароматическом, алициклическом и алифатическом рядах Ниже описаны наиболее интересные из известных МВВ Некоторые данные, характеризующие энергетический уровень МВВ, с одной стороны, и эксплуатационную безопасность, с другой, представлены в таблице в сравнении с характеристиками штатных ВВ
Триаминотринитробензол (ТАТБ, ТАТВ)
Структурная формула
NO 2
мм 1 мм ТАТБ —мощное термостойкое ВВ
с уникально низкой чувствительностью o2nxy^no2
nh2
Аминонитропроизводные бензофуроксанов
Структурные формулы
Наиболее перспективными являются аминодинитро-бензоф у роксан (АДНБФ, ADNBO и диаминодинятр0 бензофуроксаН (ДАНБФ, CL-14)
AqNBF синтезирован разложением 1-азидо-3-амино-2,4,Ь-три-обензола, a CL-14 —нитрованием дихлорбензфуроксана с после-
Н,ИюШИМ аминированием
ДУ Динитрогликольурил (ДИНГУ, DINGU) Структурная формула
О
DINGU впервые получен нитрованием гликольурила концентрированной азотной кислотой Во Франции существует про-О=С мышленная установка по его получению
DINGU обладает лучшими характеристиками, чем ТАТВ, и производство его существенно дешевле Используется в составах с гексогеном
Н NO'
DINGU
Динитроимидазол (ДНИ, DNI)
Структурная формула
o2n
I__N В России DNI синтезирован в 1970 г , в США
II \\ начал разрабатываться с 1993 г
X z^NO,
N 2
I
Н DNI
Нитротриазолон (NTO)
Структурная формула
Н
I__N Впервые получен в России (60-е годы) нитро-
П \\ ванием триазола Изучен и предложен как МВВ ,==X4^zXj^0 США (80-е годы) Разработаны литые и прессо-N 2 ванные составы на основе NTO.
I
Н NTO
Нитрогуанидин (NG)
NO труктурная формула
I 2
N NG наряду с ТАТБ давно известен как МВВ
Описано несколько способов его получения В про-J мышленном масштабе (США) NG получают из гуа-
NG нидиннитрата обработкой его серной кислотой
Взрывчатые вещества малочувствительные
Взрывчатые вещества нитроглицериновые
91
NG используется в составах метательного действия в качестве це. дорогого заменителя ТАТВ Разработаны также литьевые и прессованные составы
Таблица
Некоторые свойства МВВ
МВВ Брутто фор- T„„, Плотность, г/ см3 Энтальпия об-разова- Кислородный баланс, Ско рость детонации Чувстви тель-ность к удару^
октоген C4H8N8O8 276 (c разл ) 1,904 75,02 (17,93) - 21,6 9,За 32
гексоген C3H6N6O6 204,5 1,806 61,55 (14,71) - 21,6 8,93d (96) 32
ADNBF C6H3N5O6 270 1,901 153,90 (36,79) - 49,8 8,22а (88) 28-41
CL-14 c6h4n5o6 289 (разл) 1,942 86,32 (20,63) - 50,0 8,34а (90) 79
DINGU c4h4n6o6 250ь 1,970 - 177,0 (- 42,30) - 27,6 8,79 (95) 88-125
2,4-Динит ротолуол c3h2n4o4 274 1,763 20,50 (4,90) - 30,4 8,13d (87) 100-120
NTO c2h2n4o3 270ь 1,93 - 130,0 (4,90) - 24,6 8,56 (92) 92
NG ch4n4o2 257 1,775 - 92,50 (- 22,10) - 30,7 8,35 (90) > 177
ТАТВ CbHbN6Ob >330 1,938 - 154,20 (- 36,85) - 55,8 8,10а (87) > 177
Тротил C7H5N3O6 80,6 1,654 - 74,52 (- 17,81) - 74,0 6,87-* (74) 80-120
а — расчет, подтвержденный экспериментом, Ь — разложение без плавления Энтальпия образования, XII[°, измерена в кДж/моль (ккал/моль) Скорость детонации, D (расч ), измерена км/с (% от октогена)
Франц пат 2584066 - Заявл 28 06.85 Опубл 02 01.87, Пат США 4754040, Кл C07D 271/12, 548/126 -№731074, Заявл 25 02.85, Franchimont А Р and Klobbie ЕА //Rec Trav Chem-1888 -7. P 237-257, Пат СССР 458553 / Шарнин Г П , Фассахов Р X , Орлов П П -1975, Jackson С L , Wing J F // Amer Chem J -1988 -V 10 -P 283-287, Rathm Doherty, Randall L Simpson Сравнительная оценка некоторых малочувствительных мощных взрывчатых веществ / / Материалы конференции в Карлсруэ, Германия -1997 —С 32-1—32-23
Т А Мратхузинл
Взрывчатые вещества нитроглицериновые-все ви дЬ1 ВВ, содержащие нитроглицерин, независимо от природы и содержания других компонентов.
По содержанию нитроглицерина и других близких по свойствам нитроэфиров данные ВВ подразделяют на низкопроцентные —содержащие не более 15% нитроглицерина, среднепроцентные — содержащие 15 — 60% нитроглицерина, и высокопроцентные —содержащие более 60% нитроглицерина. По консистенции нитроглицериновые ВВ подразделяют на порошкообразные, содержащие не более 15% жидких нитроэфиров, полупластичные, пластичные, а также термопластичные
К порошкообразным нитроглицериновым ВВ относятся непредохранительные ВВ —детониты, предохранительные ВВ —углениты, победиты, селектиты. Характеристики данных ВВ приведены в таблице
ВВ g Теплота взрыва, ккал/кг Удельный объем газов, л/кг Работоспособность, см3 Бризантность, мм Скорость детонации, км/с
Детонит М Победит ВП-4 Селектит Угленит Э-6 Угленит №5 Угленит №7 1,1-1,3 1,1-1,25 0,75-1,1 1,1-1,25 1,1-1,3 1,1-1,35 1382 923 810 640 311 375 832 780 760 560 216 527 460-500 320-340 220-240 130-170 60-90 100-120 18-22 14-18 6-10 7-11 4-8 5-7 4,9-5,3 3,8-4,6 1,8-2,0 1,9-2,2, 1,75-1,9 1,6-1,8
Пластичные и полупластичные нитроглицериновые ВВ называют динамитами. Простейшим пластичным динамитом является гремучий студень —раствор коллоксилина (7— 10%) в нитроглицерине В связи с высокой чувствительностью к внешним воздействиям, опасностью в обращении, особенно при низких температурах, и высокой стоимостью Динамитов их выпуск в настоящее время в России прекращен
К термопластичным НВВ можно отнести баллиститпые и кордит-ные пороха По содержанию нитроглицерина они являются средне-Дроцентными нитроглицериновыми ВВ В 50-е годы у разработчиков этих составов существовало мнение, что они не могут детонировать днако, результаты исследований И Я Петровского и его сотрудники (Г А.Нишпала, Л В.Волкова, В.С Михалева) показали, что эти Нь1 р1ЛаСТИЧИЫе составы относятся к достаточно мощным бризант-м М ““ Впоследствии на основе данных порохов были созданы тер-ластичные ВВ нового класса —эластиты Они характеризуются
Взрывчатые вещества нитроэфиросодержащие промышленные
высокой плотностью (1,62—1,64 г/см3), прочностью, эластичн стью, водо- и нефтеустойчивостью Скорость детонации эластитов со ставляет 6,9 —7,5 км/с Отличительной особенностью этого клаСса ВВ является то, что нитроглицерин растворяет нитроклетчатку, of)pa зуя при этом высокоплотный естественный полимер Такая система обладает пониженной чувствительностью к механическим и удар, но-волновым воздействиям, в отличие от ВВ, содержащих несвязанный нитроглицерин
Дубнов Л В , Бахаревич Н С , Романов А И Промышленные взрывчатые вещест ва М , «Недра», 1973, Кутузов Б Н Разрушение горных пород взрывом М «эт тельство МГИ, 1992 ’ а
В Н Лапшин, А А Семенов, Ф ф Антонов
Взрывчатые вещества нитроэфиросодержащие Промышленные. Нитроэфиросодержащими называют все виды промышленных ВВ, содержащих нитроглицерин (самостоятельными или в смеси с другими близкими по свойствам жидкими нитроэфирами), независимо от природы и содержания других компонентов За рубежом нитроглицериновые ВВ называются динамитами Их классифицируют по содержанию нитроглицерина (низкопроцентные —до 15%, высокопроцентные — более 60%), по консистенции (порошкообразные, пластичные, полупластичные) и по другим признакам (см схему и таблицу)
Динамиты —это первые смесевые бризантные ВВ, широко применяемые в горной промышленности Первым представителем динамитов был гурдинамит, состоящий из нитроглицерина и кизельгура в качестве поглотителя, затем динамитные смеси, где в качестве погло
тителя использовались активные наполнители —древесная мука, селитра В данных ВВ нитроглицерин недостаточно прочно связан с поглотителем и легко вытесняется водой В дальнейшем развитие полу-
чили физически более стабильные и мощные пластичные ВВ или же-латин-динамиты В них нитроглицерин связан нитроклетчаткой (коллодионный хлопок), с которой он образует желатин Простей-
шим по составу и в то же время наиболее мощным динамитом является гремучий студень, представляющий собой пластичную каучукоподобную массу Динамиты более сложного состава содержат, помимо желатинированного динамита, смесь окислителя и горючего При значительном содержании порошкообразных компонентов динамиты приобретают полупластичную структуру Для понижения температУ ры замерзания в большинство динамитов (трудпозамерзающих) на ряду с нитроглицерином вводят нитрогликоли, образующие с нитр°г
лицерином эвтектические смеси
Взрывчатые вещества нитроэфиросодержащие промышленные
Нитроглицерин
,____________[_____________
I I
Гурдинамит Динамитные смеси
93
Нитроглицерин 75%
Кизельгур 25%
Нитроглицерин 25 — 75%
Активные наполнители 75-25%
Нитроглицерин (нитроэфиры)—коллодионный хлопок
г
Порошкообразные ВВ
Нитроглицерин 5-20%
Активные
наполнители 95—80%
Коллодионный
хлопок 0,5 —1,0%
Гремучий студень
Желатинированный нитроглицерин
Нитроглицерин 97% Нитроглицерин 97%
Коллодионный Коллодионный
хлопок 3% хлопок 3%
I--------1 I—
Детониты Высоко- Желатиндинамит предохранительные
I
Амонжелатин-динамит
Желатинированный нитроглицерин 30 -40% Аммиачная
селитра 60— 70%
Нитроэфиросодержащие ВВ
Динамиты в конце прошлого столетия произвели революцию во взрывном деле, их применяли почти при всех видах взрывных работ Они превосходили черный порох по силе взрыва и концентрации энергии, при этом имели меньшую чувствительность к лучу огня Достоинством динамитов является их высокая плотность, водоустойчивость и Пластичность, благодаря чему достигается высокая технологичность и плотность заряжания Однако высокая чувствительность к механическим воздействиям и высокая стоимость привели к сокращению производства динамитов во всех странах и к их замене более безопасными и Дешевыми ВВ,
главньм образом аммиачно-селитренными
В настоящее время во взрывном деле применяются порошкообразные нитроэфиросодержащие ВВ с содержанием нитроэфиров не бГ Данные ВВ применяются там, где необходимы заряды не-ьших габаритов (патроны) с высокой восприимчивостью к
94______Взрывчатые вещества нитроэфиросодержащие промышленные
детонационному импульсу К таким ВВ относятся детониты и вщСо копредохранительные ВВ По химическому составу детониты~-ЙТг) аммиачно-селитренные ВВ, сенсибилизированные нитроэфираМи Применяются для дробления пород особой крепости и в шахтах, Не опасных по газу и пыли
Сенсибилизация ВВ жидкими нитроэфирами особенно важПа применительно к высокопредохранительным ВВ, энергия которых ослаблена наличием инертных солей-пламегасителей Высокопре. дохранительные ВВ применяются в угольной промышленности в шахтах с опасными и особо опасными условиями ведения взрывных работ В отличие от обычных ВВ обладают меньшей способностью воспламенять метановоздушную и пылевоздушную смеси Практически все угледобывающие страны имеют и широко используют данные ВВ углениты, ионит (Россия), шарбит (Бельгия), веттер-секюрити веттер-карбонит (Германия), юниджекс и дайнаджекс (Англия), гар-монит (Чехия) и др
Высокопредохранительные ВВ на современном этапе —это реальное и перспективное направление дальнейшего развития и применения нитроэфиросодержащих промышленных ВВ
Характеристики нитроэфиросодержащих ВВ
Характеристика Гремучий студень Динамит 62%-й Детонит М Угленит Э-6 Угленит 12ЦБ
Плотность, г/см3 1,55 1,4-1,5 0,95-1,2 1,1-1,3 1,0-1,3
Скорость детонации, км/с 7,8 6,5 4,2-5,0 1,9-2,2 1,9-2,0
Теплота взрыва, кДж/кг 6530 5333 5800 2680 2300
Работоспособ- 595 360 400 460-500 130-170 95-120
ность, см3
Бризантность, мм 24 15-18 18-22 7-11 5-7
Ионит
1930
95-125
Андреев К К , Беляев Л Ф Теория взрывчатых веществ - М . Оборонгиз, 196 Дубнов Л В , Бахаревич Н С , Романов А И Промышленные взрывчатые веШес ва — М Недра, 1988, Поздняков 3 Г , Росси Б Д Справочник по промышленнъ взрывчатым веществам и средствам взрывания - М.. Недра, 1977, Кукиб Б Н, БД Высокопредохранительные взрывчатые вещества, —М . Недра, 1980, Свег 5 Я, Яременко Н Е Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ Недра, 1973, Баум Ф А , Орленка Л П , Станюкович КП и др Физика взр ва - М Наука, 1975, Юхансон К , Персон П Детонация взрывчатых веществ Мир, 1985, Ассонов В А Взрывные работы -М Утлетехиздат, 1958, Ассонов^ Обзор иностранных промышленных взрывчатых веществ - М Утлетехиздат,
Взрывчатые вещества пастообразные
95
^оывчатые вещества пастообразные ( взрывчатые ’ Взрывчатые композиции с консистенцией, позволяющей под ПЭС ействием небольшого давления принимать требуемую геометри-В°ЗДую форму в широком интервале эксплуатационных температур 4 ПВВ предназначены для резки металлоконструкций и проделывания проходов в различных препятствиях и обладают адгезией к азличным материалам, в том числе мокрым и загрязненным, надежно удерживаются на них в течение длительного времени Примером такой композиции может служить паста ПС-1, на основе жидкой смеси нитроэфиров Л Д-70, структурированных аэросилом, гексогена и модификатора
В США разработан ряд мощных экструдируемых взрывчатых паст (РЕХ) на основе октогена и жидких взрывчатых смесей с использованием полинитро- и фторнитросоединений (FeFO, MF, EPNP и др ), кабосила и различных модификаторов Эти композиции, известные как RX-08-FK, RX-08-EL, RX-08-FE, предназначены для повышения безопасности боеприпаса
Я Фон Хольц Э и др Пастообразные экструдируемые В В их история и современный статус / Фон Хольц Э., Скрибнер К , ВиппльР., Карли Дж / / Материалы 21-й конференции «Технология полимерных композиций и взрывчатых материалов», Карле руэ, ФРГ, 1990
В М Ларюшин
Взрывчатые вещества пенообразные подразделяются на два типа' на основе высокодисперсных бризантных кристаллических ВВ, равномерно распределенных в инертной пене, и вспененные жидкие ВВ К первому типу относятся низкоимпульсные листовые ВВ, где во вспененную полиуретановую матрицу введен высокодисперсный тэн Ко второму типу относятся ПВВ на основе вспененного жидкого ВВ (ЖВВ) ЛД-70, содержащего различного рода модификаторы и сенсибилизирующие добавки Для повышения кратности (И УлУчшения стабильности ПВВ па основе эмульсии ЖВВ
Д-70)/вода в соотношении 85/15 вводятся различного вида ста-илизирующие добавки В США имеются подобные ВВ с использованием вспенного нитрометана
Ии м^РЬ1вчатая пена первого типа используется для взрывной свар-зволяИСПОЛЬЗОВа11Ие взРывчать1х пен второго типа кратностью 10—14 по- Анд создать мягкое нагружение подложки давлением примерно 1 кбар Фон Розен К Дг zz ДР Детонационные свойства взрывчатых пен; Андерсон К Дж , сШд 2R Уи • Моей ИО. // 9-й симпозиум по детонации, Орегон,
6 адг ~1 сент , 1989
В М Ларюшин
Взрывчатые вещества порошкообразные
97
96 Взрывчатые вещества пластизольные
Взрывчатые вещества пластизольные литьеВь, взрывчатые смеси, роль дисперсионной среды (связующего) в кОт е рых выполняет пластизоль, образованный пластификатором и (Па° тообразующим) полимером Связующее ПВВ может быть скомпон вано с использованием как активных (энергетических), так и инерт ных компонентов
ПВВ в зависимости от их назначения содержат в качестве напол нителей кристаллические ВВ, окислители, горючие и другие добав ки.
ПВВ в отличие от традиционных литьевых ВВ приготавливаются и перерабатываются при нормальной температуре с последующим отверждением в изделиях Отверждение ПВВ осуществляется, как правило, при нагревании и происходит за счет набухания полимера —перехода пластизоля в пластигель В некоторых случаях дополнительно используются сшивающие агенты Пластизольная технология позволяет формировать практически беспористые заряды сложной конфигурации
ПВВ отличаются высокими взрывчато-энергетическими характеристиками, значительно превосходят традиционные литьевые и прессовые ВВ по эксплуатационной безопасности Могут использоваться для снаряжения различных типов боеприпасов пониженной уязвимости
М Е Евстифеев
Взрывчатые вещества пластичные-взрывчатые смеси порошкообразного ВВ и связующего, обладающие способностью к пластической деформации под действием внешней нагрузки, например от усилия руки Наиболее известные из отечественных-ПВВ-5А, ПВВ-7, ПВВ-12М, гексопласт, сейсмопласт, из зарубежных—С-4 (США), РЕ-4 (Англия), Semtex (Чехия)
В общем виде рецептура ПВВ состоит из взрывчатого наполнителя (обычно —гексоген, реже —тэн или октоген), полимерного связующего, пластификатора и модифицирующих добавок В зависимости от рецептуры ПВВ имеют скорость детонации от 7500 до 8500 м/с тротиловый эквивалент до 1,5, критический диаметр 2 — 4 мм, сохра няют пластические свойства до температуры минус 30 — 60°С ПР изготавливаются по технологии механического смешения компонеН тов или по водно-суспензионной технологии
В военном деле ПВВ применяются в инженерных боеприпасах противотанковых минах, подрывных зарядах, шланговых заряд для разминирования проходов в минных полях и т п В промышл ности — преимущественно для упрочнения рабочей поверх110
зубьев ковшей экскаваторов, стрелок рельсовых переводов и др обо- F^cvclopedia of Explosives and Related Items V 3 / Basil T Fedoroff, Oliver E cheffield -Picat.nny Arsenal Dover New Jersey, USA, 1962, Encycloped.a of Ex indves and Related Items V 8 / Basil T Fedoroff, Oliver E Sheffield / / -SrADCOM, New Jersey, USA, 1978 P 77 78 " / /
Л P Котов
Взрывчатые вещества порошкообразные- это
Начатые смеси окислителя и горючего, имеющие тонкодисперс-ю структуру (см Аммониты, Аммоналы) В промышленных ВВ оль окислителя выполняют измельченные аммиачная и натриевая селитры, а горючего —дисперсный алюминий, жидкий нефтепродукт Тротил и нитроэфиры, входящие в состав, одновременно являются горючим и сенсибилизатором Предохранительные ПВВ дополнительно содержат ингибирующие добавки- хлористый калий или натрий Тонкодисперсная структура смесей обеспечивает их высокую детонационную способность, что выражается в меньшем значении величины критического диаметра заряда Критический диаметр ПВВ на порядок меньше, чем у гранулированных аналогов, они более чувствительны к детонационному импульсу, а устойчивая детонация возбуждается от средств первичного инициирования (капсюль- и электродетонатор, детонирующий шнур) Детонационная способность ПВВ на основе аммиачной селитры зависит от их химического состава, дисперсности компонентов, влажности, плотности заряда Предельное значение основных физико-химических и взрывчатых характеристик ПВВ приведены в таблице
Характеристика Значение
Теплота взрыва, кДж/кг 1302 — 5662
Скорость детонации, км/с 1,75-5,00
Бризантность, мм 4-22
Критический диаметр, мм 6-30
Д^£тъзаряда> кг/м3 900-1350
Основным недостатком ПВВ является слеживаемость в процессе хранения Она обусловлена тем, что смеси на 80 — 95% состоят из аммиачной селитры, которая в значительной степени подвергнута про-^ессУ слеживания Слеживание в патронах приводит к резкому сни-нию их детонационной способности, к полным или частичным от-ам 3аРядов в шпурах, несмотря на то, что в свежеизготовленном
Взрывчатые вещества прессовые
99
98_____________Взрывчатые вещества предохранительные_
состоянии ВВ имеет почти трехкратный запас по критическому метру Для устранения слеживания изготовление ПВВ осуществл^ с использованием аммиачной селитры, обработанной стабилизип Т щими добавками (фуксин, амарант, соли жирных кислот);
ность готового продукта поддерживают нс более 0,2%, температ ВВ перед упаковыванием в мешки или перед патронированием выше 30°С До 60-х годов ПВВ, выпускавшиеся россыпью (в мещ ках) и в патронированием виде, составляли основную массу промыщ ленных ВВ в нашей стране Заряжание шпуров и скважин осуществ лялось вручную, так как порошки мало пригодны для механизированного способа заряжания из-за пыления и относительно высокой чувствительности к механическим воздействиям
В последние годы, в связи с широким внедрением механизированного способа транспортирования и заряжания ВВ, порошкообразные смеси стали заменяться гранулированными В настоящее время ПВВ преимущественно выпускаются в патронированием виде и предназначаются для тех видов взрывных работ, где применение гранулированных, водосодержащих и эмульсионных составов экономически невыгодно или невозможно (контурное взрывание, дробление негабаритных кусков породы, промежуточные детонаторы для гранулированных ВВ) Основными представителями ПВВ являются аммониты №6ЖВ, Т-19, ПЖВ-20, АП-5ЖВ, аммоналы водоустойчивый и М-10, детонит М, углениты №5 и Э-6, диаммон
Дубнов Л В. Бахаревич И С Романов А И Промышленные взрывчатые вещест ва - М Недра, 1988 -358 с , Кутузов Б Н Разрушение горных пород взры вом -М МГИ, 1992 -416 с
А Г Страхов
Взрывчатые вещества предохранительные (устарев ший термин — антигрезутные ВВ)— промышленные ВВ, обладающие пониженной способностью к воспламенению взрывоопасных сред, применяемые в шахтах, опасных по взрыву газа и пыли
Основные принципы построения ПВВ
1. ПВВ должны иметь ограниченную температуру взрыва, что достигается введением «инертных» солей, чаще всего хлоридов Ше лочных металлов
2. Желательно, чтобы «инертные» соли являлись отрицательны ми катализаторами цепных реакций окисления метана
3. Соотношение компонентов должно соответствовать нулевом) кислородному балансу, сводя к минимуму образование горючих ядовитых газов (NO2, NO, СО)
ПВВ повышенной безопасности должны иметь ограниченную ость детонации (1,8-2,5 км/с)
СК°РМерой уровня безопасности ПВВ является масса заряда, не вос-еняюшая смеси метана или угольной пыли с воздухом. Нормы ПЛ безопасности ПВВ разных стран отличаются как по массе зарядов, П° по некоторым деталям методов испытаний, что обусловлено ис-таКическими причинами или особенностями ведения взрывных работ На основании этих норм ПВВ делятся на классы В РФ таких лассов пять с возрастанием степени безопасности от III до VII; в Германии—3 класса с тремя подгруппами в классе III; в Англии —5 Групп
В науке о предохранительных ВВ кроме указанной классификации по применению сложилась специфическая терминология, связанная с компонентным составом рецептур К примеру, ПВВ, содержащие сенсибилизатор, окислитель и пламегаситель называют «классическими» Типичные ПВВ III и IV классов — аммониты АП-5ЖВ, ПЖВ-20, Т-19, содержащие, %' тротил 15 — 20, натрий (калий) хлористый 11—21, селитра аммиачная до 100, победит ВП-4, содержащий, % нитроэфиры 8,3 —9,7, тротил 11 — 13, натрий хлористый 11 — 13, селитра аммиачная 64 — 67, технологические добавки —до 100, а также состав повышенной безопасности для специальных взрывных работ —угленит №5, содержащий, %• нитроэфиры 9—11, натрий хлористый 72 — 78, селитра аммиачная 12,7—15,3, технологические добавки—до 100
Высокобезопасные ПВВ (V или VI классов), как правило, являются ионообменными селективно детонирующими Так, угленит Э-6 (V класс) содержит, % нитроэфиры 13—15, калий хлористый В,3—7,7, смесь ионообменных солей NaNO3— NH4C1 72,3 — 78,3, технологические добавки — до 100
В настоящее время можно говорить и об эмульсионных ПВВ, которые в РФ находятся на стадии создания опытно-промышленного производства
Л & Промышленные взрывчатые вещества—М Недра, 1988 —358 с , С 224 °~22 Катализ горения взрывчатых веществ — М Недра, 1976 —
в;> - м КУки6 Б Н ' Росси Б Д Высокопредохранительные взрывчатые вещест-м Недра, 1980 -С 82-87, 132-156
В С Илюхин
МщцЫВЧаТЫв В«4«тва прессовые-индивидуальные или oevi °МПонентные энергетические системы, переработка которых Рцио СТВЛяется различными методами прессования («глухое», по-
,Ое, проходное) В большинстве случаев компоненты ПВВ
100
Взрывчатые вещества смесевые
находятся в порошкообразном состоянии (например скальный ам^о нит №1), однако могут быть в виде чешуек (динитронафталин, чец ированный тротил), гранул (гранулированная аммиачная селит или тротил), кристаллов игольчатой формы (например, волокнистой нитрогуанидин) Кроме основного взрывчатого наполнителя (Тр0 тил, гексоген, октоген, тэн), ПВВ могут содержать металлическое го рючее (алюминий), окислители (аммиачная селитра, перхлоратыка лия или аммония), а также различные технологические добавки и це-ментаторы, улучшающие процесс прессования ВВ и способствующие получению зарядов с требуемыми физико-механическими характеристиками К числу таких добавок относятся стеарат кальция, коллоидный графит, стеариновая кислота, воскоподобные вещества (церезин, монтан-воск и др ), некоторые полимеры и сополимеры ПВВ находят широкое применение для изготовления как безоболочечных зарядов (шашек детонаторов в горнодобывающей промышленности) так и зарядов в бумажных, пластиковых, стеклянных или металлических оболочках (кумулятивные перфораторы и торпеды)
LLNL Explosive Handbook Properties ot Chemical Explosives and Explosive Si mutants / B.M Dobratz Livermore, California, 1981, LASL Explosive Property Data / Editors T Gibbs, A Popolato University of California Press, 1980; Справочник no прострелочно-взрывной аппаратуре / Под ред Л Я Фридляндера — М Недра 1983 —197 с , Поздняков 3 Г , Росси Б Д Справочник по промышленным взрывча тым веществам и средствам взрывания — М Недра, 1977 —253 с
В П Ильин
Взрывчатые вещества смесевые, взрывчатые смеси (ВС) — высокоэнергетические системы различного агрегатного состояния (порошкообразные, твердые, пластичные, эластичные, пастообразные, пенообразные и жидкие) на основе индивидуальных ВВ (тротил, гексоген, тэн, октоген и др ), горючих энергетических добавок и окислителей (порошки и соли металлов, ВВ-окислители), а также модифицирующих добавок, улучшающих технологические и эксплуатационные свойства ВС в условиях их приготовления, переработки и эксплуатации В качестве модифицирующих добавок используются вещества, играющие роль флегматизаторов (углеводороды парафинового ряда), цементаторов (полиакрилаты, фторопласты, полиамидные смолы), связующих и пластификаторов (высокомоле кулярные соединения, производные дикарбоновых кислот, жидкие вв и др ) вС
По энергетическим характеристикам и принципам действия подразделяются на бризантные, фугасные, низкоскоростные и Д6* лагрируютцего типа Изготавливаются ВС путем механического смешения, расплавлением низкоплавких компонентов и смешением
Взрывчатые вещества термостойкие смесевые
101
v водно-эмульсионным или водно-суспензионным методом пназначаются для изготовления разрывных зарядов и средств В*-- ПР ооВания для изделий военной техники (боеприпасы различно-И назначения) и нужд народного хозяйства (горнодобывающие и г° Физические отрасли, металлургическая промышленность и др ) яличными технологическими приемами- прессованием, заливкой, Ра оузисй, шнекованием и др Выбор метода изготовления разрывах зарядов из ВС обусловливается, как правило, физико-механическими свойствами ВС и тактико-техническими требованиями, предъявляемыми к изделиям, их конфигурацией и геометрическими пара-етрами, а также областью и условиями эксплуатации
Я С Кулакевич
Взрывчатые вещества термостойкие смесевые
-взрывчатые смеси, способные сохранять эксплуатационную безопасность и работоспособность в условиях воздействия температур выше 150°С в течение одного и более часов
Такие повышенные температурно-временные воздействия на ВВ возникают, например, при использовании зарядов (ДШ, кумулятивные перфораторы и др ) в сверхглубоких геологических скважинах (t = 150 — 200°С, т = 2 — 6 ч ) или при кинетическом нагреве боеприпасов (авиабомбы, ракеты и др ) на внешней подвеске самолетов, летящих со сверхзвуковой скоростью (t = 200 — 250°С, т = 1 — 2 ч )
Для изготовления ТСВВ используются термостойкие индивидуальные ВВ (гексоген, октоген, НТФА, гексанитростильбен и др ) и термостойкие инертные добавки, обеспечивающие необходимые физико-механические и технологические характеристики ТСВВ (прес-суемость, литье, экструдируемость, технологическую безопасность)
Взрывчатое вещество — эластопласт Э П-1-эластично-пластичная
смесь на основе гексогена и полимерного связующего Используется для изготовления ДШ и передаточных зарядов в перфораторах, температура эксплуатации до 150°С в течение 6ч, скорость детонации 7500 м/с.
Взрывчатая смесь С-150 —литьевая смесь на основе октогена и
отверждаемого силоксанового каучука Используется для снаряжения боеприпасов, эксплуатирующихся при температуре до 200°С Т = п СКоРость детонации 8150 м/с
(vri ®рывчатые ^еси ОТ-взрывчатые смеси на основе окислителя ством ( И гоРючего (алюминиевый порошок) с небольшим количе-и 110 — 30%) гексогена или октогеиа и связующего Смеси ОГ
е*т ВЬ1С0КУю термостойкость (до 300 —350°С), но пониженные активЧаТ“Ые хаРактеРистики Используются, как правило, в качестве нои термостойкой оболочки в некоторых конструкциях
102________________Взрывчатые вещества термопластичные_______
боеприпасов в сочетании с мощной, но менее термостойкой взрщВч той сердцевиной заряда.
Взрывчатое вещество ГФГ-2 — прессовое ВВ на основе гексоген и кремний-органического связующего Используется для изготовд^ ния кумулятивных перфораторов Температура эксплуатации 0 150°С, скорость детонации 8200 м/с
Г М Лапутина
Взрывчатые вещества термопластичные-многоком-понентные системы, технологический процесс переработки которых (прессование, экструдированние, вальцевание и т д ) проводится при определенных температурных условиях Наряду с основными энергетическими наполнителями (взрывчатыми веществами, металлами окислителями), обязательными компонентами ТВВ являются добавки, переходящие при нагревании в пластическое вязкотекучее состояние В качестве таких добавок применяют, как правило, полимерные материалы (например, полиметилакрилат, бутилкаучук, полиуретан, фторопласт), в некоторых случаях —в сочетании с пластифика тором (например нитроцеллюлоза, пластифицированная трис-р-хло-рэтилфосфатом, или полистирол, пластифицированный диоктилфталатом), или смеси нескольких полимеров в определенных пропорциях Оптимальный температурный режим переработки ТВВ зависит от вида и количества используемых полимеров и, как правило, находится в диапазоне от 60 до 150°С Заряды из ТВВ отличаются от обычных зарядов лучшими физико-механическими характеристиками, более высокой и более равномерно распределенной по объему заряда плотностью
LLNL Explosive Handbook Properties ot Chemical Explosives and Explosive Simulants / В M.Dobratz — Livermore, California, 1981, LASL Explosive Property Data / Editors T Gibbs, A Popolato University of California Press, 1980
» rr Ильин
Взрывчатые вещества эластичные-взрывчатые смеси , порошкообразного ВВ (гексоген, тэн и др ) и полимерного связующего, содержащего высокомолекулярные полимеры, пластификаторы, упрочняющие и модифицирующие добавки ЭВВ характеризуются обратимой эластической деформацией, обладают способностью сохранять форму заряда, имеют прочность на разрыв на уровне 1" МПа и эластичность (относительное удлинение) 50— 150% ЭВВ отличаются высокой водостойкостью и физической стабильностью
Наиболее известные из отечественных ЭВВ —ЭВВ-11, ЭВВ-2 , ЭВВ-22, ТКФ, ЭГ-85, ЭП-1, из зарубежных —EL-506А/Detashe-et-А/, Demex-200, SX-2, LX-13 и др |
Взрывчатые вещества эмульсионные
103
В зависимости от массовой доли взрывчатого наполнителя в ре-пТуре ЭВВ имеют скорость детонации от 7400 до 8200 м/с, тротило-Цый эквивалент до 1,5, критический диаметр детонации от 0,5 до 2,5 В температурный интервал эксплуатации от плюс 150 до минус 60° С ' Изготавливаются по водно-суспензионной технологии или меха-
ническим смешением компонентов
Заряды из ЭВВ изготавливают вальцеванием (листы), прессованием (шашки, шнуры) и экструдированном (ленты, шнуры, слож-нОпрофильные заряды)
В военном деле ЭВВ применяют в качестве подрывных зарядов (ЭВВ-11), в виде детонационных разводок в боеприпасах различного назначения (ТКФ, ЭВВ-22) В промышленности ЭВВ используются в виде шнуровых кумулятивных зарядов (ЭГ-85), предназначенных для взрывной резки металлоконструкций, в виде шнуровых зарядов
для прокладки минерализованных полос при тушении лесных пожаров (ЭВВ-24), в перфораторах нефтяных скважин (ЭП-1, ЭВВ-22ТО), в виде ленточных и шнуровых зарядов в процессах металлообработки взрывом (упрочнение, развальцовка)
Encyclopedia ot Explosives and Related Items V 3 / Basil T Fedoroff; Oliver E Sheffield. — Picatmny Arsenal Dover, New Jersey, USA, 1962, Котомин А А Эластичные взрывчатые вещества // Россиийский химический журнал —1997 — Т XLI — Выл 2 —АН - С 89-100
Т И Розенберг
Взрывчатые вещества эмульсионные—новый класс промышленных водосодержащих взрывчатых веществ, основным компонентом которых является эмульсия, получаемая из двух несме-шивающихся жидкостей, одна из которых равномерно распределена в другой В зависимости от способа распределения жидкостей эмульсия может быть двух типов" «вода в масле» или «масло в воде»
Особенностью ЭВВ является то, что насыщенный раствор окислителя (аммиачная, натриевая, кальциевая селитра в воде) является сплошной или дисперсной фазой, другую фазу образует жидкое или расплавленное горючее Диспергирование осуществляется в присутствии эмульгатора определенного класса, способствующего образованию того или иного вида эмульсии (прямая или обратная) В полученную эмульсию вводят сенсибилизирующие, аэрирующие, энерге-тические и другие добавки
С помощью эмульсионных веществ типа «вода в масле» решена тых Л6Ма пРименения растворимых аммиачно-селитренных взрывча-Усл ВеЩеств взрывчатого сенсибилизатора в составе в обводненных
Иях- и они с успехом заменяют токсичный и дорогой тротил
104 Взрывчатых веществ водосодержащих загустители
-----
Преимуществом эмульсионной технологии является однор0дн на микронном уровне распределение окислителя и горючего по ма °е взрывчатого вещества и возможность создания универсального п Се цесса по единой технологии для получения составов с широким ди пазоном эксплуатационных и взрывчатых свойств
Дубнов Л В Промышленные взрывчатые вещества — М Недра, 1988 ~35я ГОСТ 26184-84 Вещества взрывчатые промышленные Термины и определения С
в л Соснцн
Взрывчатых веществ водосодержащих загустите. ЛИ —компоненты водосодержащих взрывчатых веществ (ВВВ) ре гулирующие реологию, структуру и некоторые эксплуатационные характеристики Принципиально для этой цели применим любой водорастворимый высокомолекулярный природный или синтетический материал, сохраняющий способность к растворению в концентрированных, часто насыщенных растворах окислительной фазы ВВВ
Наибольшее практическое применение из них нашли натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и полиакриламид, а за рубежом достаточно широко применяется гуар-гам
Эксплуатационные свойства ВВВ, содержащих загустители, улучшают, применяя «сшивку» солями металлов переменной валентности (Cr, А1, В и т п )
Энциклопедия полимеров Т 1 — М Советская энциклопедия, 1972 —С 30-31, 954 — 955, Энциклопедия ВВ и сопутствующих материалов —Тб — С 173, Метер Р Справочник по ВВ —3-е изд , доп — С 164
В С Илюхин
Взрывчатых веществ водоустойчивость (В)-спо-собность промышленного взрывчатого вещества сохранять свои взрывчатые характеристики на определенном уровне от момента заряжания его в обводненные условия до взрыва Степенью В в общем случае является допустимое время пребывания заряда взрывчатого вещества в воде без снижения нормируемых взрывчатых показателей при заданной степени проточности (скорости водообмена)
Методы оценки В зависят от физического состояния испытуемого ВВ Степень В порошкообразных ВВ оценивают по величине гидростатического давления столба воды, необходимого для проникно вения ее внутрь заряда, или путем определения детонационной спо собности патронов, погруженных на определенное время в воду паза данную глубину В гранулированных ВВ оценивают по количеству водорастворимых компонентов, перешедших в раствор за время вЫ^ держки образца в воде, в процентах, а в случае водосодержаШ11* эмульсионных ВВ —по количеству водорастворимых веШеС
Взрывчатых веществ гранулирование
шедших В раствор с единицы поверхности заряда, в кг/м2 Ме-^ические смеси аммиачно-селитренных ВВ имеют низкую В , и то-после разработки и внедрения гелеобразных сшитых систем и ЛЬ льсионньгх составов рецептуры на основе аммиачной селитры ста-ЭМ использоваться в обводненных условиях Индивидуальные взрывчатые вещества (тротил, гексоген, тэн и т д ) имеют необходимую В ЛибновЛ В- Промышленные взрывчатые вещества - М Недра, 1988 -358 с.; Ку "зов Б Н Разрушение горных пород взрывом -М Изд-во МГИ, 1992 -516 с.;
Ли яков 3 Г , Росси Б Д Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания -М Недра, 1977 -253 с
В А Соснин
Взрывчатых веществ гранулирование (грануляция) (от латинского granulum —зернышко) —придание ВВ формы мелких кусков — гранул Форма гранул очень разнообразна’ шар, куб, цилиндр и произвольной формы Г улучшает технологические свойства вещества, предотвращает слипание, облегчает его загрузку и выгрузку, транспортирование, уменьшает пыление и улучшает условия труда Существуют «мокрый» и «сухой» способы Г
При «мокром» Г отдельная капля расплава попадает в слой воды (или водного раствора) и из-за разности плотностей (воды и ВВ) опускается вниз При опускании капля затвердевает Затвердевшие капли освобождают от воды и сушат Остаточная влажность таких гранул достаточно высока (до 2%) «Мокрое» Г применяется, в основном, для приготовления гранулированного тротила — гранулотола
При «сухом» Г отдельная капля расплава попадает на охлажденную металлическую поверхность (барабан, лента) и затвердевает на ней В дальнейшем производится съем гранул с металлической поверхности с помощью специального съемника (ножа) «Сухим» способом получают, в основном, гранулы из смесевых составов
Для получения гранул применяются специальные установки Г Политехнический словарь -М , 1976 С 126
Г А Травов
Взрывчатых веществ и др. ЭКС классификация
По безопасности Традиционная система К заключается в ее Разделении на четыре группы по служебному использованию и опасности инициирующие ВВ (ИВВ), пиротехнические составы (ПТС), Р зантные (вторичные) ВВ (БВВ), метательные (пороха и твердые iQa^THbIe Топлива) (МВВ) Основными свойствами ЭКС, определя-иость И °Тнесение их к той или иной группе, являются чу ветвите ль-Но-в К внешним воздействиям (удару, трению, нагреву), к удар-новому импульсу, детонационная способность и склонность к
106 Взрывчатых веществ и др ЭКС классификация по безопасности
переходу горения во взрыв и детонацию (ПГВ и ПГД) Наибоде опасными являются ИВВ, так как они имеют наибольшую чувствий льность к удару и трению, склонны к ПГВ на открытом воздухе в Ма лых (менее 1 г) количествах Многие ПТС приближаются по степеНй опасности к ИВВ (особенно опасны мелкие изделия цветопламенных и форсовых составов) БВВ третьей группы способны взрываться если они сосредоточены в значительных количествах (сотни кг —де’ сятки тонн) Из них наиболее опасны гексоген, октоген, ТЭН, тетрил; менее опасны аммониты и водосодержащие ВВ, гелеобразные и эмульсионные Четвертая группа —пороха и твердые ракетные топлива — считаются менее опасными, многие из них устойчиво горят при давлениях в десятки и сотни МПа, но вместе с тем обладают высокой воспламеняемостью, а ружейные, минометные и некоторые иные пороха способны к ПГВ в сравнительно небольших количествах при атмосферном давлении
Для оценки степени опасности при транспортировании опасных материалов существует международная система классификации и ГОСТ 19433-88, по которым ЭКС отнесены к классу 1 (подклассы 11 — 16) Существуют также группы совместимости А —Н, J, К, L, S Наиболее опасными являются ЭКС, отнесенные к подклассу 1 1 Наименее опасные ЭКС включены в подкласс 1 6 Классификация
ЭКС является базовой для разработки правил по хранению, транспортированию и эксплуатации ЭКС
Кроме того, существует система классификации промышленных ВВ по степени опасности при использовании их в горной промышленности для открытых работ (ВВ I класса) и ВВ, предназначенных для взрывных работ в подземных условиях (шахтах и рудниках) В забое при отсутствии угольных пластов, пропластков угля, а также выделения метана применяются непредохранительные ВВ (II класса) В опасных по газу или пыли забоях используются предохранительные ВВ классов III-VII ВВ класса III применяются в наименее опасных горных выработках, а класса VII —в наиболее опасных Единые правила безопасности при взрывных работах ПБ 13-01 92 -М НПО ОБТ, 1992, Дубнов Л В , БахаревичН С., Романов А И Промышленные взрывчаты вещества — И Недра, 1988 —358 с., Бондарь В А , Попов Ю П , НишпалГА сификация веществ по опасным свойствам — М МГАХМ, 1997 —99 с ' РекомеН^ ции по перевозке опасных грузов (пятое пересмотренное изд ) — Нью-Йорк . 1988 -439 с, ГОСТ 19433 88 Грузы опасные Классификация Знаки опас ти — М Госстандарт СССР, 1988 м
В Я Лапшин, Н АШамри^
Взрывчатых веществ критерии классификации при транспортировке
107
взрывчатых веществ критерии классификации %и транспортировке — результат испытаний, проведенных "определенных условиях, или абсолютное значение предельно допу-В мого уровня характеристики, полученной по принятой в определенном порядке методике
В настоящее время процедура и ККВВ при транспортировке утверждены ООН и национальными стандартами На основании критериев производят оценку возможности транспортирования ВВ в предложенном виде, относят их к подклассу опасности и группе совместимости
Все ВВ по указанным классификациям относятся к классу I Класс I делится на шесть подклассов опасности Процедура отнесения к данному подклассу осуществляется путем проведения испытаний по
различным сериям, включающим испытания на малых навесках и оценку последствий воздействия огня и пожара штабеля ВВ в транспортной упаковке ККВВ при транспортировке предназначены для оценки транспортной опасности предлагаемых для перевозки ВМ.
Рекомендации по перевозке опасных грузов Испытания и критерии — 2-е изд — Нью Йорк ООН 1990-(ST/SG/AC,10/ll/Rev 2), ГОСТ 19433-88 Грузы опасные Классификация и маркировка
Е В Колганов
Взрывчатых веществ прессование —процесс обработки под действием давления пресса взрывчатых веществ с целью их уплотнения, изменения механических свойств, а также придания им заданной формы
Метод П позволяет применять для снаряжения мощные взрывчатые вещества (ВВ), которые в силу особых физических свойств не могут быть использованы в чистом виде для получения разрывных зарядов (РЗ) методом заливки (см Заливка боеприпасов), а в силу повышенной чувствительности к трению не применимы для шнекова-ния В зависимости от размеров и конфигурации заряда, физико-ме-анических свойств ВВ и их чувствительности к механическим воз-иствиям используются следующие способы П :
~ «глухое» (статическое);
~ П в корпус;
~ Распрессовка,
__ Дифференцированное;
~ порционное;
~ Проходное,
~ вибрационное
108
Взрывчатых веществ прессование
Формирование РЗ из взрывчатых веществ методом П осущес ляется в прессинструменте (ПИ), простейшая конструкция которой представлена на рис 1 —2 и характеризует «глухое» П , т е П в Зам° кнутом объеме ВВ, используемое для формирования заряда, пп ставляет собой сложный конгломерат компактно расположенных от дельных частиц, имеющих различную форму, размеры и ориецТа цию Уплотнение ВВ в прессинструменте производится при двиЖе нии пуансона (поддона) под действием давления пресса, при этом происходит перемещение (сближение) и деформация частиц, приводящие к изменению объема ВВ и созданию формы заряда
При одностороннем П ВВ в матрице (рис 1) из-за действия
внешнего трения давление в заряде снижается от пуансона к поддону В результате имеет место неравномерное распределение плотности как по высоте, так и по диаметру заряда Неравномерность плотности
заряда может быть существенно уменьшена двухсторонним П
а б в
рица, 4 - пуансон
(рис 2), те применением двух пуансонов. Оптимальный выбор способа П по-зволяет получать (максимально возможную) высокую и сравнительно однородную либо заданную плотность в объеме разрывного заряда
П РЗ осуществляется преимущественно на гидравлических прессах, позволяющих в широких
пределах изменять величину давления, ход и скорость П
Дифференцированное П. (от лат differentia —различие, разделение)—способ получения прессованных зарядов из порошкообразных взрывчатых веществ с заданным распределением плотности в его объеме (не только по его высоте, но и по радиусу), основанный на ис пользовании специального прессинструмепта, принципиальная схе
ма которого представлена на рис 3 с0.
Конструкция прессинструмента предусматривает применение ставных прессующих элементов (пуансона, поддона), котор
______________Взрывчатых веществ прессование
шЛ Схема пРессования зарядов
•«“Ухсторонним способом 1-матриц.
пуансон, 3 —поддон
позволяют создавать локальные области нагружения, проводя поэтапное уплотнение центральной и периферийной зон заряда Степень уплотнения каждой зоны может варьироваться изменением величины хода соответствующей составляющей прессующего элемента, очередностью подачи давления и его величиной
Данный способ может использоваться как для П. РЗ с заданным распределением плотности по его объему, так и для П комбинированных зарядов (см. Разрывной заряд)и брикетов, используемых при изготовлении разрывных зарядов методом распрессов-ки
П. в корпус — способ формирования разрывного заряда из порошкообразного ВВ непосредственно в корпусе изделия
Корпус изделия помещается в матрицу прессинструмента Формирование заряда осуществляется перемещением прессующего элемента, как правило, пуансона, под действием давления П П осуществляется в один или несколько приемов в зависимости от сложности конструкции заряда и изделия
ние разпып Распрессовка - изготовле-
е.ч дав т НЫХ Зарядов мет°Дом запрессовки в оболочку под действи-та) ВВ еНИЯ Пресса предварительно спрессованной навески (брикс-
Изготовление зарядов методом распрессовки производится в два Ваапа (Рис 3) 1 — формование навески ВВ в брикет (см Брикетиро-ние), 2 —наполнение оболочки (корпуса, стакана, матрицы и др ) Прессовкой в ней брикетов под действием давления пресса
Взрывчатых веществ прессование
Рис 3 Схема прессинструмента для дифференцированного прессования 1 — матрица; 2-пуансон 1, 3-пуансон (II), 4-поддон 1, 5 —поддон (II)
Формирование брикетов разрывного заряда производи ся в прессинструментах, раз„ ботанных в соответствии с коц струкцией изделия НаружПЬ1с диаметры брикетов должны быть меньше соответствующих диаметров оболочки, в которую они помещаются для распрес-совки их в разрывной заряд под действием давления пресса В зависимости от технических требований, предъявляемых к разрывному заряду, для его формирования могут использоваться один и более брикетов разной конфигурации, при этом брикеты могут быть изготовлены из разных взрывчатых веществ с заданной плотностью и разно-плотностью, что позволяет регулировать качество заряда
Метод распрессовки значительно уменьшает величину хода пуансона при П по сравнению с П заряда из порошкообразного ВВ Наличие зазора между оболочкой и брикетами уменьшает отрицательное влияние внешнего трения Боковое давление на стенку оболочки брикетов при одном и том же давлении П меньше величины бокового давления при П порошкообразных материалов Снижение бокового давления приводит к снижению сил контактного трения, что позволяет распрессовывать брикеты взрывчатого вещества в малопрочные (тонкостенные) оболочки Данный способ может использоваться для изготовления удлиненных разрывных зарядов; он значительно упрощает технологию и аппаратурное оснащение процесса формирования зарядов из термопластичных составов ВВ за счет изготовления брикет при температуре помещения с последующим подогревом их совмест с оболочкой до заданной температуры перед распрессовкой
Вибрационное П., а также П. с наложением ультразвуков колебаний (УЗК) —способ уплотнения одновременном наложении статического
(динамического) воздействия и
При наложении вибрационного воздействия на уплотняему стему в процессе П происходят.
порошкообразного ио г давления и вибрационного
Взрывчатых веществ прессование | ]|
__ плотная укладка частиц,
_ значительное снижение сил трения и снижение потерь давления на их преодоление;
__ увеличение пластичности и снижение сопротивляемости частиц деформированию
Вибрационное воздействие может прилагаться к матрице или пуансону Величина давления П , частота вибрационного воздействия, амплитуда колебаний и отношение возмущающей силы вибратора к давлению П определяются физико-механическими свойствами уплотняемых веществ и размерами прессуемых изделий Вибрационное П обеспечивает получение изделий с соотношением высоты к диаметру, равным 3, с равномерно распределенной плотностью при меньших давлениях П по сравнению с «глухим» П
Способ П порошкообразных ВВ с наложением УЗК аналогичен вибрационному П. Данный способ не получил широкого применения в снаряжательной промышленности из-за повышенной опасности процесса (локальные перегревы), отсутствия компактного оборудования (генератор, преобразователи), повышения вредности производства (высокочастотные электромагнитные поля).
Порционное П. — механический метод формирования разрывного заряда, основанный на последовательной запрессовке отдельных порций ВВ непосредственно в камеру корпуса боеприпаса прессующим инструментом Снаряжение боеприпаса порционным П производится на прессе порционного П Пресс порционного П состоит из следующих основных сборочных единиц- станины, прессующей головки, ползуна, поджима, питателя, привода, коробки скоростей, муфты, тормоза
Метод позволяет получить монолитный разрывной заряд любой высоты с высокой средней и достаточно равномерной локальной плотностью при удельных давлениях 350-450 кг/см2, что в 2-4 раза ниже удельных давлений П шашек из взрывчатых веществ П зоваНИЗКИХ У^сльпых Давлениях обеспечивает возможность исполь-М™Я Г снаРяжения порционным П высокочувствительных оскопЫХ типа A-IX-2 Порционным П снаряжаются, в основном, лочно-фугасные артиллерийские снаряды.
пласти₽ч°Х°даОе П-~спосо6 формирования разрывных зарядов из д ных и мощных малопластичных ВВ в сквозной матрице
менте 3^1°11ОП1коо^Разпого материала осуществляется в прессинстру-пРессинстЧеТ ВОЗВРатно‘постУпательного движения пуансона Схема
тРУмента для проходного П представлена на рис 4
112 Взрывчатых веществ промышленных—классы по условиям приме;генм..
1 - рабочая часть- выполнена форме конуса В ней создается осно & ное противодавление за счет Си В трения спрессованного материал Ь1 стенки канала, 2 — калибру101 ° часть — выполнена в форме цилинл * и придает изделию конечные разме ры в поперечном сечении,
3 — расширяющаяся часть -ВЬ]. полнена в виде обратного конуса и обеспечивает плавное снятие уПру. гих деформаций
При движении пуансона в направлении выходного сечения npec. синструмента происходит уплотнение материала и выдавливание сформированной части изделия через свободное сечение, а при обратном ходе под пуансон подается очередная порция ВВ Необходимое для уплотнения противодавление создается за счет сил внешнего трения взрывчатого состава о боковую поверхность матрицы прессинструмента
При этом способе средняя плотность в любом сечении по длине изде-
лия сохраняется практически постоянной
Данный способ позволяет получать неограниченные по длине разрывные заряды цилиндрической формы, в том числе с центральным каналом
Краткая химическая энциклопедия — М , 1965 — Т 4 Г М Ликина, Т И Литвиненко, А М МурмъеМ, Салеева А И , Свиридов Е М , Яковлев В А
Взрывчатых веществ промышленных—классы по условиям применения По условиям применения промышленные ВВ подразделяются на восемь классов Класс ВВ указывает ся в нормативном документе на конкретное ВВ и разрешении Госгортехнадзора РФ на допуск ВВ к постоянному применению с
Первый и второй классы составляют непред ох раните пьные В > третьего по седьмой класс — предохранительные ВВ и в отдель класс выделены ВВ для специальных работ Вещества первого к
В _ь!Вчатых веществ промышленных—классы по условиям применения ИЗ азначены для взрывания на земной поверхности и не имеют ограничений, кроме общих требований по безопасности обра-°С° К ним относятся гранулированные ВВ гранулотол, граммо-ffleH30/70, гранулит АСД-М, водосодержащие акватолы, порошко-НдТ зный диаммон, эмульсионные порэмиты и др
°6р Вещества второго класса применяют на земной поверхности и в земных выработках шахт (рудников), неопасных по газу или ьтли ВВ этого класса не должны выделять при взрыве токсичных газов (оксидов углерода и азота) больше допустимой нормы Типичными представителями являются аммонит №6ЖВ и аммонал В классы с третьего по седьмой объединены предохранительные ВВ, различающиеся по степени предохранительности Чем выше класс, тем выше степень предохранительности Составы третьего класса (аммонит АП-5ЖВ) применяются для взрывания только по породе в забоях подземных выработок, в которых имеется выделение метана и отсутствует взрывчатая угольная пыль ВВ четвертого класса применяют для взрывания по углю, породе или горючим сланцам в забоях подземных выработок, опасных по взрыву угольной или сланцевой пыли при отсутствии выделения метана К ним относятся ПЖВ-20 и Т-19 Предохранительные ВВ пятого и шестого классов применяют для взрывания по углю и породе в особо опасных по газу забоях подземных выработок (углениты Э-б, П12ЦБ-2М)
Седьмой класс объединяет предохранительные ВВ и изделия из
них, предназначенные для специальных взрывных работ в забоях подземных выработок с возможным образованием взрывоопасных концентраций метана и угольной пыли- при водораспылении и распылении ингибиторов, для перебивания деревянных стоек при посадке кровли, при ликвидации зависаний горной массы в углеспускных выработках (заряды ЗПН и др )
В дополнение к семи основным классам выделен специальный класс, охватывающий ряд ВВ специального назначения. В нем имеется четыре группы ВВ первой группы применяются при импульсной ° работке металлов (аммонит АТ), для инициирования скважинных зарядов (шашки Т-400 Г), дробления негабаритных кусков породы ммонал в полиэтиленовых оболочках) и др взрывных работах на мной поверхности ВВ второй группы предназначены для взрыв-- Раб°т в подземных условиях при контурном взрывании (ЗКВК),
-и сУЛьФидных руд (гранулит АСМ) и др Третья группа ВВ фтя еНяется ПРИ прострелочно-взрывных работах в разведочных, не-
Ых и газовых скважинах, а четвертая —в серных, нефтяных и
114 Взрывчатых веществ промышленных—группы по степени опасности
других шахтах, опасных по взрыву серной пыли, водорода и ПарОв тяжелых углеводородов
Критерии отнесения ВВ к тому или иному классу устанавливаются отдельными нормативными документами
Дубнов Л В , Бахаревич Н С , Романов А И Промышленные взрывчатые вещества -М Недра, 1988 - 358 с , ОСТ 84-2158-84 Вещества взрывчатые промыщлев ные Классификация
Л Г СтРахов
Взрывчатых веществ промышленных—группы по степени опасности при обращении с ними -промышленных ВВ по степени опасности при обращении с ними-определяют условия безопасного хранения, перевозки и применения ВВ Классификация этих изделий зависит от решаемых задач Степень опасности при обращении с промышленными ВВ оценивается стандартизованными критериями, характеризующими их чувствительность к различным видам воздействия (импульсам)' механическому, электрическому, тепловому, химическому, взрывному Необходимо учитывать, что промышленные ВВ, как правило, являются смесевы-ми на основе окислителя и горючего, а в качестве горючего могут применяться как нитросоединения, в частности нитроэфиры, так и невзрывчатые органические вещества, поэтому чувствительность их к механическому и взрывному импульсам может изменяться в широких
пределах
По степени опасности при обращении (хранение, транспортирование и т.п.) промышленные ВВ, как и другие ВВ, согласно классификации, установленной ГОСТ 19433-88, отнесены к опасным грузам класса 1. В зависимости от вида и степени опасности в соответствии с классификацией, установленной в указанном ГОСТ, и в соответствии с классификациями, содержащимися в ОСТ 84-2495-95, проводится отнесение промышленных ВВ к одному из 6 подклассов (1 1— 1 1 установление групп совместимости в соответствии со свойствами возможностью их совместной перевозки (А, В, С, D, Е, F G) 1 Р° мышленные ВВ различных групп совместимости, как правило, Д°
жны храниться и перевозиться раздельно
Степень опасности промышленных ВВ по их вредному воздее(,е. вию на организм человека устанавливается по ГОСТ 12.1.007 отпе нием к одному из четырех классов опасности Наиболее опасны этой точки зрения являются детониты и углениты, содержащие троэфиры, а также тротилсодержащие составы „ &
Создание требуемых санитарно-гигиенических условии обеспечивается разработкой специальных технических меропри
Взрывчатых веществ упаковка
гДа содержание пыли ВВ в воздухе рабочей зоны не должно превы-к° санитарных норм, и обеспечением работающих достаточным ко-и1ачеством средств индивидуальной защиты
' Критерии по перечисленным видам воздействия на промышлен-Hbie ВВ’ подклассы и группы совместимости, а также санитарные нормы в обязательном порядке указываются в стандартах и технических условиях на соответствующие промышленные ВВ
ГОСТ 19433-88 Грузы опасные Классификация и маркировка, ГОСТ 12 1 007-76 Вредные вещества в промышленности, Безопасность взрывных работ в промышлен-ности / Пол РеД Б Кутузова. -М Недра, 1992, Справочник взрывника / Под ред. Б Н Кутузова -М Недра, 1988, ОСТ 84-2495-95 Грузы опасные Порядок классификации веществ и изделий класса 1 на подклассы и группы совместимости
Л К Чекалина, В А Соснин
Взрывчатых веществ упаковка (опасных грузов класса I по классификации ГОСТ 19433-88), должна отвечать требованиям, содержащимся в рекомендациях ООН по перевозке опасных грузов В указанных рекомендациях имеется «Перечень наиболее часто перевозимых грузов», в котором для каждого груза приведены методы упаковки, имеющие обозначение Е1, Е2, ЕЗ и т д Для каждого мето-
да упаковки указаны несколько видов внутренней и наружной тары Наружной таре присвоены коды, состоящие из арабской цифры, обозначающей ее вид (например барабан, ящик, канистра и т д ), за которой следует прописная латинская буква, обозначающая материал, использованный для изготовления наружной тары (например древесина, гофрированный картон и т д ); при необходимости, арабской цифрой указывается категория наружной тары внутри соответствующего вида Например, ящик древесноволокнистый имеет код 4F, а стальной барабан со съемным днищем-1А2 Подобранный детальный упаковочный комплект (проектный образец) должен выдержать прочностные испытания, предусмотренные «Рекомендациями по перевозке опасных грузов» и ГОСТ 26319-84 (виды испытаний на удар ние СВ°6°ДНОМ паДении, на герметичность, гидравлическое испыта-нос;1и;абеЛИрование> для ГРУППЫ упаковки II (средняя степень опас-
если^1аК°В0ЧНЫе комплекты считаются выдержавшими испытания, на бР,~1И Н6 имеют повреждений, способных отрицательно повлиять пасность перевозки
могли Г™ Не допускаются повреждения наружной тары, которые
Упа ПрИВести к высыпанию веществ или повреждению изделий пУскаютсяВ°ЧНЬ1е комплекты’ Успешно выдержавшие испытания, до-Усл°вия н К Применению и включаются в стандарты и технические а конкретные взрывчатые вещества, а также в Правила
116 Водорода пероксид
----
перевозок опасных грузов класса 1 на соответствующем виде тпа порта
ГОСТ 19433 88 Грузы опасные Классификация и маркировка, ГОСТ 26319 о Грузы опасные Упаковка, Рекомендации по перевозке опасных грузов Ч 1 — 8-е и перераб - Ныо Йорк, Женева, ООН, 1994; Правила перевозки опасных грузов По3д ’ лезным дорогам М Транспорт, 1996 *е
М М БарЫ110в
Водорода пероксид (перекись водорода)
Н2О2 Бесцветная жидкость, Тлл - 0,4ГС, Гкип -150,2°С, d^°-t ,459 Т’крит - 457°С, Ркрит - 21,4 мПа, Ср0 [Дж/(моль • К)] - 89,43, газообразного 43,16, Аисп Н°298 51,66 кДж/моль, \fH° газооб-
разного - 135,88 кДж/моль, жидкого - 187,78 кДж/моль, S°2gs [Дж/(моль • К)] —109,60, газообразного 23 — 3,04 ВП смешивается с водой во всех отношениях, растворяется в этаноле, эфире Чистый ВП термически устойчив, при 30°С разлагается на воду и кислород ~ 0,5% в год, под действием света, в присутствии тяжелых металлов переменной валентности скорость распада резко увеличивается, процесс может происходить со взрывом Стабильность водных растворов ВП зависит от pH, максимальная — при 4,0 —4,5 Промышленные способы получения ВП' а) «антрахинонный» (основной в мировой промышленности) — циклический процесс восстановления водородом алкилантрахинонов в присутствии гетерогенных катализаторов (Ni, Pd, Pt) до алкилантрагидрохинонов, которые далее окисляются до В.и. и алкилантрахинонов'
б) «изопропиловый» — окисление ИЗО-С3Н7ОН с получением ацетона и ВП
(СН3)2СНОН—>(СНз)2СО+Н2О2
в) электрохимический — анодное окисление разбавленной H2SO4
2 Н2О--^->Н2О2 + Н2-
H2SO4
Волновод
' пускается ВП в водных растворах с концентрацией 30 — 90%
ческис водные сорта ВП (30% раствор—«пергидроль») при
Техни транспортировке стабилизируют добавками пирофосфата ХрЭН 0 3 — 0,6 кг/м3 Материал тары для технических сортов н^Ри^ю’миНИй, для особо чистых сортов без стабилизаторов и инги-° юших добавок — емкости для хранения из стекла или полиэтиле-
П вменение ВП' в химической промышленности — при получении На анических и неорганических пероксидов, пербората и перкарбоната натрия, эпоксидов, этиленгликоля, глицерина; как окислитель в кетных топливах; в полупроводниковой технике для очистки мате-РиаЛОв; как дезинфицирующее средство и при обезвреживании сточных вод Концентрированные водные растворы ВП взрывоопасны, нижний КПВ в воздухе 26% мол ; вызывает ожоги кожи, слизистых оболочек и дыхательных путей; ПДК 1,4 мг/м3
Беренблит В М и др Химия и технология перекиси водорода / Под ред Серыще ваГА - Л.: Химия, 1984, Перекись водорода и перекисные соединения / Пер с англ / Под ред Позина М Е — Л-М ГХИ, 1951, Шамб У , Сеттерфилд Ч , Вентворс Р Перекись водорода / Пер с англ / Под ред Горбанева И И — М ИЛ, 1958
А И Горбунов
Волновод (ударная трубка—shocK tube)-устройство для быстрой передачи огневого импульса на значительные расстояния В представляют собой пластиковые или металлические трубки, на внутреннюю стенку которых нанесен активный материал — взрывчатое вещество или смесь ВВ —в количестве 50 мг/м Активное покрытие наносится напылением при экструзии, либо окрашиванием внутренней поверхности отрезка трубки специальной краской, либо соэкструзией, либо свернутой в трубку лентой с нанесенным на нее активным порошком
Инициирование В проводится капсюлем-детонатором или дето-Нирующим шнуром через стенку В , капсюлем-воспламенителем или электрическим разрядом внутри трубки. Огневой импульс проходит поВ со скоростью 1600 —2000 м/с в зависимости от конструкции В , процесс в трубке аналогичен взрыву пылевоздушных смесей До-в™ИНСТВом В является то, что они оказывают минимальное воздейст-на окружающую среду при прохождении сигнала.
при спользУЮтся Б в неэлектрических системах инициирования СКИеПР°веден11И взрывных работ Наиболее известны неэлектриче-cU /п”СТемы инициирования Nonel (Nitro-Nobel, Швеция) и Prima-
1 (ЕВСо, США)
Ю Г Печенев
118 Воспламенение постепенное
- -------------------------------------
Воспламенение постепенное —процесс воспламенения На блюдающийся при неравномерном нагревании поверхности горейи Сопровождается последовательным воспламенением топлива по Men нагревания участков поверхности, примыкающих к воспламенив шимся участкам
А м ЛипаНйв Воспламенения задержка-интервал времени, затрачиваемый на стадию подготовки участка поверхности твердого топлива к горению (период накапливания теплоты) и — после достижения некоторого критического условия воспламенения — на стадию распространения зоны горения по всей поверхности образца топлива с определенной пространственной скоростью Указанный интервал времени отсчитывается от момента подвода извне начального энергетического импульса, как правило теплового потока, к топливу и до момента его воспламенения При этом отдельные участки поверхности топлива могут подключаться к горению с различными временами задержки В реальных случаях тепловая волна за время воспламенения не успевает достигнуть противоположной границы образца топлива
Определение времени воспламенения является одной из основных задач теории воспламенения
При математическом моделировании физико-химических процессов, сопровождающих воспламенение и горение твердого топлива, принципиальный характер имеет учет времени ЗВ топлива В моделях, описывающих процессы в термодинамической постановке, как правило, вводится коэффициент, учитывающий значение искусственной ЗВ, полученной из эксперимента Например, такой коэффициент может иметь вид. (1 - ехр(- t / t3)\ где t— время процесса, а t3 — время ЗВ Модели, описывающие процессы в пространственных постановках, позволяют смоделировать указанную ЗВ и отказаться от использования эмпирических соотношений В случае моделирования воспламенения и горения гранулированного твердого топлива в рассмотрение вводится время задержки подключения к горению отдельных участков поверхности горения гранулированного заряда
При пульсирующем горении конденсированных веществ одним из параметров, которые характеризуют этот режим горения, явлЯ®. ся величины времен задержки между последовательными воспла нениями поверхности топлива Каждое из них определяется как тервал времени от момента погасания поверхности топлива и до > мента достижения состояния горения, соответствующего моменту чала спада давления в рассматриваемом цикле
Алексеев Б В , Гришин А М Физическая газодинамика реагирующих сред Высшая школа, 1985 4Ь4 с ц Лук101
Воспламенительное устройство 119
силаменительное устройство— пиротехническое " тво, объединяющее в одном корпусе средство воспламенения, средаТел’ь (пороховой или пиротехнический), иногда замедлитель У у предназначено для возбуждения горения зарядов твердых топ-Б в пиротехнических составов, порохов и ВВ Для воспламенения Л ядов твердых топлив в РДТТ используют ВУ коробочного, корзиночного и газогенераторного типов
Н IT Y Пппооа
Воспламенительные составы — пиротехнические составы, обладающие повышенной чувствительностью к тепловому и механическому импульсу, применяемые для снаряжения воспламенительных средств, подпрессовки к основному пиротехническому составу (ОПС) или нанесения на пироэлемепты Основное требование к ВС-легкость его воспламенения от начального импульса и надежное воспламенение ОПС, заряда твердого топлива (ТТ) или жидкого топлива Для этого при сгорании ВС в пиротехническом составе (ПС) или ТТ должны создаться запас тепла и градиент температуры, близкие к таковым при стационарном горении Для воспламенения труд-новоспламеняющихся ПС между воспламенительным и основным со-
ставами размещают один или несколько переходных, представляющих собой смесь воспламенительного и основного составов, с постепенным увеличением в них доли основного Для воспламенения ТТ при сгорании ВС должны образовываться нагретые до высокой температуры конденсированные продукты, обладающие повышенной теплоотдачей, и газообразные продукты, обеспечивающие создание факела повышенных размеров Для повышения температуры горения и образования конденсированных продуктов сгорания в ВС вводят металлические горючие Mg, Al, Zn, сплав AM и др В большинстве случаев используются составы с небольшим отрицательным окислительным балансом Возможно воспламенение ПС и ТТ химическим путем, то есть за счет экзотермических реакций между продуктами сгорания ВС и компонентами основного состава Наиболее распро-страненнь1м ВС является дымный порох В зависимости от назначе-я и применения основного состава к ВС могут предъявляться спе-пуляхНЫе тре^ования Например, ВС для трассирующих составов в нияхХ И СНарядах Должен устойчиво сгорать при повышенных давле-ствола*16 Загасать при Р^ком изменении давления при вылете их из ’Чего V °6Разовь1вать яркого пламени, демаскирующего стреляю-их Вос ЧИТывая большое разнообразие основных составов и условий ламенения, использовать какой-то один универсальный ВС не
120
Высокоскоростные метательные установки
представвляется возможным Применяется широкий круг ВС чающихся природой и соотношением между компонентами
°тлц.
Шидловский А А Основы пиротехники М Машиностроение, 1973
ФП^ЯКин
Высокоскоростные метательные установки на НОВЫХ физических принципах. Перспективность Соз ния новых высокоэффективных образцов артиллерийского вооруЖе ния во многом определяется возможностью получения больших зна чений дульных скоростей поражающих элементов и снарядов
Повышение дульных скоростей свыше 2 км/с в чисто пороховых системах без чрезмерного увеличения (свыше 1000 МПа) давления в каморе не представляется возможным
Вследствие этого особый интерес представляет создание высокоскоростных метательных установок (ВМУ) на новых физических принципах (НФП), обеспечивающих получение скоростей метаемых тел более 2 км/с
ВМУ на НФП представляют интерес не только с точки зрения появления новых образцов артиллерийского вооружения, ио и с точки зрения создания принципиально новых устройств для вывода полезной нагрузки в космос, исследования механизмов защиты космических аппаратов от метеоритов, реализации термоядерной реакции
при высокоскоростном ударе и т п
По оценкам экспертов НАСА, создание наземных ВМУ для вывода полезной нагрузки в космос позволит в 20 — 50 раз снизить стоимость вывода единицы массы на орбиту
Применение технологии ВМУ для создания образцов вооружения позволит решить ряд актуальных проблем борьбы с ВТО, бронированной техникой, боевыми вертолетами и т д , не разрешаемых традиционными способами
Одним из эффективных направлений создания ВМУ является использование для этих целей наиболее управляемого вида энергии — электрической
Исследованиями последних лет, проводимыми во всем мире, показана высокая потенциальная эффективность ВМУ на базе электро термохимических (ЭТХУ) и комбинированных электродинамиче ских (ЭДУ) ускорителей
В ЭТХУ (рис 1) электрическая энергия используется для упра8 ления процессами горения специальных порохов с целью обеспечу ния оптимальной наполненности кривой давления в заснаряДн° пространстве и увеличения за счет этого дульной скорости снаряда
121
рлс 1 Электротермохимический ускоритель 1 - камора, 2-ствол, 3 - снаряд, 4-пороховой заряд, 5 —плазменный эжектор, 6-источник электроэнергии
В комбинированном ЭДУ (рис 2) в первой ступени ускорение снаряда осуществляется за счет химической энергии специального порохового выстрела, а дальнейшее доускорение во второй ступени происходит за счет электромагнитного взаимодействия токов, протекающих через направляющие-рельсы второй ступени, стоком, протекающим через специальный токопроводящий элемент — движитель снаряда
ЭДУ позволяют получить более высокие скорости снарядов (экспериментально получены скорости до 7 км/с), чем ЭТХУ (практически скорости снарядов в ЭТХУ ограничены 2,5 км/с), но взамен требуют в несколько раз больше (десятки и сотни мегаджоулей) электрической энергии на выстрел
ступень, 2 ™рова’тмй электродинамический ускоритель 1 - газодинамическая 8 снаряд, 5. МдЬСЫ направляк>щие, 3-снаряд, 4-ток, протекающий через рельсы "Нсточнлк элект”™^6 П°Ле’ создаваемое током в рельсах, 6-ускоряющая сила,
122 Высокоскоростные метательные установки
В последние двадцать лет большое внимание за рубежом ул ется исследованию и созданию ВМУ на основе ЭТХУ и ЭДУ тОд я' в США в этом направлении ведутся работы в 20 исследовательск*0 центрах Аналогичные исследования проводятся в Германии, Ве ИХ кобритании, Франции, Японии и Голландии В США объем фип^' сирования работ по созданию ВМУ такого типа в пеои 1993—1995 гг. составил 339,4 млн долларов, па период 1996- 19gg гг. было запланировано финансирование в объеме 432,5 млн долла ров, планируется в соответствии с федеральными программами со здание ряда демонстрационных образцов в период 2005 — 2010 гг
Аналогичные работы по созданию ВМУ на основе ЭТХУ и комбинированных ЭДУ проводятся и в России
Во всех рассматриваемых схемах ВМУ на НФП с использованием электрической энергии важную роль играют энергетические конденсированные системы —специальные пороха
Они используются не только для организации процесса ускорения (ЭТХУ) или предварительного ускорения в первой ступени (ЭДУ) снаряда, но и для создания мощных автономных импульсных источников электрической энергии
В качестве достаточно компактных источников электрической энергии для ЭТХУ и ЭДУ используются емкостные накопители - батареи высокоэнергетических конденсаторов с зарядными устройствами, униполярные генераторы с индуктивными накопителями, компрессионные генераторы.
Однако им не уступают, а при уровнях потребности электрической энергии на выстрел 50 — 200 МДж (необходимых для достижения дульных скоростей в диапазоне 3 — 4 км/с снарядов массой 5—10 кг) находятся вне копкуренщнГпо степени технологической отработки и удельным характеристикам, твердотопливные магнитогидродинамические генераторы (ТТ МГДГ) с индуктивными и емкостными накопителями энергии. ТТ МГДГ используют технологию ракетных двигателей на твердом топливе с применением специальных плазмообразующих порохов
Россия является безусловным лидером по разработке и созданию ТТ МГД-геператоров; широкая гамма высокоэффективных плазмен ных твердых топлив и генераторов плазмы для ТТ МГДГ создана ФЦДТ «Союз» т
В отечественной практике реализованы ТТ МГДГ мощностью 10 до 550 МВт, обеспечивающие наполнение электрической энерги (в том числе и многократно) с запасами от 10 до 600 МДж
Ю П Бабаков, В Б Железный, В Б^У
^образования закон —закон изменения относительного ’ ма сгоревшего топлива V и изменения производной d V / d£ по ° мени Величина V определяется как отношение объема сгоревшего топлива к объему топлива до начала горения, а ее производную по емени dV / d£ называют быстротой газообразования или объемной скоростью горения Анализ величины dV / df позволяет выяснить, за счет чего и какими средствами можно регулировать приток газов при газообразовании Под газообразованием в данном случае понимают процесс получения смеси газов в результате химической реакции, в частности, реакции горения твердого, жидкого или газообразного топлива, которое впоследствии будет использоваться как рабочее тело Генерируемая газовая смесь имеет свойства (химический состав, температуру и удельный объем), определяемые условиями ее получения К этим газам применимы общие законы физики и термодинамики Для них существует характеристическое уравнение, дающее связь между давлением, температурой и удельным объемом газов, т е уравнение состояния, в частности, для «идеального» газа применимо уравнение Клапейрона —Менделеева, для реального газа-уравнение состояния Ван-дер-Ваальса Изучение ЗГ в простейших условиях постоянного объема позволяет в дальнейшем применить полученные зависимости к определению необходимых параметров в рабочих условиях, т е в условиях работы газогенератора, в камере сгорания двигетеля или в канале ствола орудия при выстреле
Закон горения в ЖРД является функцией расхода топлива и соотношения компонентов Понятие «газообразование» для ТРТ и артиллерийских порохов имеет условный характер вследствие наличия в продуктах сгорания конденсированной фазы
Для РДТТ ЗГ Cv =5 • U • pm; рт Js(e)de = w3; 5 = ~~
0
СВ Дудин
ВгП1®1виазмд“ {азиды галогенов) Hal - N3 (Hal = F, Cl, чатые 4Pe3Bbl4a^H° опасные в обращении высокотоксичные взрыв-ю,,1Иес еЦДества’ медленно разлагающиеся, а часто спонтанно взрыва-
при обычных условиях В соответствии с расчетом
124_____________________Галогеназиды_____________
(MP2/6-31G**) энергия связи Hal-N3 убывает в ряду F>C1>Bi>i водной среде, особенно в присутствии ОН-ионов, Г гидролизуютСя °
Hal - N3 + 2 ОН -> N3 + НаЮ' + Н2О.
Азид фтора FN3, мол. масса 61,02 —зеленовато-желтый газ т.кип. -82°С, зеленовато-желтое твердое вещество с т пл - 154°q расчетная энтальпия образования (MP2/6-31G**) ДЯо §2 2 ккал/моль (344,1 кДж/моль) Из всех известных азидов (включая HN 3 ) азид фтора наиболее чувствителен к механическому и теплово му воздействию Испарение FN 3 обычно вызывает взрыв При разло жении азида фтора происходит разрыв связи FN-N2-
2FN3 ->2FN + 2N2 ->FN=FN + 2N2
Получают FN3 по реакции-
4 HN3 + 2 F2 -> 3 FN3 + N2 + NH4F, проводимой в газовой фазе в токе азота
Азид хлора C1N3, мол. масса 77,48 —бесцветный газ с т кип -15°С,тпл -45°С, по др данным- 100°С Жидкий C1N3 имеет желто-оранжевый цвет, твердый — желтый Расчетная энтальпия образования (МР2/6-31G**) газообразного азида хлора ЛН(0 92,8 ккал/моль (388,5 кДж/моль) Смеси с инертными газами более устойчивы, чем свободный C1N3 в любом агрегатном состоянии, но тоже могут взрываться Азид хлора плохо растворяется в воде и хорошо в бутане, пентане, бензоле, метаноле и этаноле, диэтиловом эфире, ацетоне, хлороформе, четыреххлористом углероде и сероуглероде. Растворы азида хлора в органических растворителях в темноте устойчивы в течение нескольких суток Получают C1N3 в воде по реакции:
NaN3 + Cl 2 °°С'Н-2° >C1N3 + NaCl или без растворителя по схеме-
3(CH3)3SiN3 + 3C1NO2 +---- -°°— -> 2 C1N3 + (CH3)3SiC' +
+ (CH3)3SiOSi(CH3)3 + 2 N2O+ n2o3
Газообразный азид хлора энергично взаимодействует с металли ческим натрием, магнием и ципком
Азид брома BrN3, мол масса 121,94 —едкая с тошнотворным3 пахом оранжевая жидкость с т пл. -45°С, чрезвычайно чувствител пая к тепловому и механическому воздействию BrN3 взрывается ДР >0,05 Торр (0,05 мм рт ст ). Азид брома в любых соотношеН
Гексаметилентетрамин
125
щивается с диэтиловым эфиром, меньше растворяется в бензоле и СМе оине В темноте растворы BrN3 в органических растворителях ЛИТйчивы в течение нескольких часов Концентрированные раство-УС, способны взрываться при взбалтывании Азид брома (жидкий) Рмеетэнтальпию образования АН 102 ккал/моль (427 кДж/моль), теплоту взрыва 805 ккал/кг (3369,7 кДж/кг), объем газообразных продуктов взрыва 367 л/кг, фугасность 230 см3/10 г BrN3 взрывается при смешении с фосфором, мышьяком, натрием и серебром Получают азид брома по реакции-
NaN3 + Вг2----20°Е./0°С >BrN3 + NaBr
Азид йода IN3, мол. масса 168,93 —желтоватое твердое вещество с удушливым запахом, легко взрывается от малейшего воздействия Азид йода растворяется в воде, бензоле, хлороформе, этаноле, труднее в лигроине При температуре выше 0°С растворы разлагаются Твердый IN3 имеет энтальпию образования AHfO 104 ккал/моль (435,3 кДж/моль), теплоту взрыва 571 ккал/кг (2390,2 кДж/кг), объем газообразных продуктов взрыва 265 л/кг, фугасность 140 см3/10 г Получают азид йода по реакции
CFC13 0°С
AgN3 + 12--------------->IN3 + Agl
Г практического применения как ВВ не имеют
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М , 1975, Tornieporth Oeting I С, Klapotke Т М // Anfiew Chem -1995 - В 107 S 559-568
И В Целинский, М А Илюшин
Гексаметилентетрамин [1,3,5,7-тетраазатрицикло-(3,3,1, 1 1 ) —декан известен также как уротропин, гексамин, метиленамин, формип, амивоформин и гексаметиленамин] (CH2)gN4 Чистый Г - бесцветные ромбоэдрические кристаллы, без запаха, сладковатые на вкус; обладает пьезоэлектрическими свойствами, плотность 1.3390 г/см3 (24,3°С) Теплота сгорания 4196,55 кДж/моль (1003,0 ккал/моль), АН29815° = 120,499 кДж/моль (28,8 ккал/моль), ^29845 =429,697 кДж/моль (102,7 ккал/моль), № = 163,385 кДж/град.моль (39,05 кал/град моль), Ср = 152,381 АЖ/град моль (36,42 кал/град • моль) Легколетуч, давление паров ® интервале 20 —280°С описывается уравнением °8Р = -394% + 10,01 Пр и температуре выше 200° С начинает разлага-д^Ся Основные продукты разложения (300°С)- аммиак, метиламин, етиламин, триметиламин, метан, водород, цианистый водород
126 Гексанитробензол
(при > 400°С) При 800°С HCN становится основным продукТОм ложения (> 94%) Хорошо растворим в воде, причем с повыщенваз' температуры растворимость падает Теплота растворения в воде 2о кДж/моль (4,8 ккал/моль) Умеренно растворим в хлороф0р^ (13,4 г/100 см3), метиловом спирте (7,25 г/см3), этиловом спирТе (2,89 г/см3) Слабое однокислотное основание рКн2О 4,86 (25°С) В водных растворах кислот обратимо распадается на формальдегид и соли аммония Реакционная способность Г определяется образовали ем четвертичных солей в реакциях с электрофильными реагентами и последующим распадом гексаминиевых производных с образованием циклических и линейных продуктов, важнейшими из которых являются катион метиленамина CH2NH2 и бисметилеиамина СН2 — N = СН2 Используется в синтезе ароматических альдегидов из арилгалогенидов (реакция Соммле), для формирования ароматических углеводородов, фенолов и других подобных соединений и при синтезе первичных ароматических и алифатических аминов (реакция Делепина) В производстве фенолформальдегидных смол используется в качестве отвердителя, в медицине —как антисептик Широко применяется в производстве ВВ (гексогена, октогена и др ) и пиротехнических составов
Г используют как горючее в пиротехнических составах В сочетании с кислородсодержащими окислителями он сгорает, давая СО2, СО, Н 2 О и N 2 Смеси Г. с металлическими горючими без доступа кислорода воздуха горят с образованием соответствующих карбидов, нитридов и водорода и выделением значительного количества тепла Чистый Г сгорает бесцветным, некоптящим пламенем, что особенно ценно при его использовании в составах цветных огней Он используется также для изготовления брикетов горючего для бытовых нужд («сухого спирта»)
Walker J F , Reinholdpull N У Formaldehyde — 1964 — Р 526 — 551
Ю А Ганькин, Ф П Мадякин
Гексанитробензол (ГНБ, HNB) С6Н6О12 Оно из самых мощных из известных ВВ
Структурная формула
NCK Кристаллическое вещество белого цвета
I -тп желтоватым оттенком, Тпл 249°С, плотность мо
2 2 нокристалла рмнк =2 г/см3, теплота взрывча
гл хкмгл того превращения 6992 кДж/кг (I6? ^2 2 ккал/кг), скорость детонации 9500 м/с (ПР
NO2 р= 1,9 г/см3)
Гексанитрогексаазаизовюрцитан
127
Возгоняется в вакууме при 200°С без разложения, при темпера-116 __ 120°С претерпевает обратимое полиморфное превращение
Ч'Ре ворИм в петролейпом эфире и в алифатических углеводоро-плохо растворим в обычных растворителях; в кислородсодержа-Д^х растворителях (ацетон, эфир, спирт, эти л ацетат и др ) растворяйся с разложением Гидролитически неустойчив; легко гидролизует-водой до тринитрофлороглюцина В России синтезирован (С С Новиков, Л И Хмельницкий) в 1955—1956 годах окислением пентанитроанилина В США (Nielsen А.Т et all) этим методом полу-чеН в 1978 г В литературе имеется упоминание (Т Urbanski) о получении Г в Германии во время Второй мировой войны на опытной установке окислением тринитротригидроксиламинобензола, однако этот способ специалистам разных стран воспроизвести не удалось Вследствие гидролитической нестабильности практического применения не нашел.
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия, 1973 ~ С 261, Ленор Иванович Хмельницкий (21.04Л927 20 04 1997) К70-летиюсо дня рождения // Российский химический журнал —1997 —Т XLI, 26 — С 131, Nielsen А Т et all //J Org Chem -1979 -V44 - P 1181 - 1182, Nielsen A T et all //J Org Chem -1980 V 45 -P 2341 -2347, Urbanski T // Chemictry and technology ot explosives -Warsaw, 1984 -V 1 -P 259 -V.4.-P 143, Atmada juter national -1983 - V 7 —№5, Atkins R L , Nielsen A T , Wilier R L , Hollins R A Progress in modern explosives synthesis // Nav Res Rev -1983 -V35 - X«3 -P 26-35 - (CA—1984 -V 100 -№2 -9473x)
Т А Мратхузина
Гексанитрогексаазаизовюрцитан (2,4,6,8,10,12-гекса-нитро- 2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5 5.0 О5,9 О3,11 ]додекан, 5,2,6-(иминометен-имино)-1Н-имидазо[4,5-в]пиразин, октагидро-1,3, 4,7,8,10-гексанитро, CL-20; HNIW) C6H6N12Oi2, мол масса 384,29.
Структурная формула-
Представляет собой высокоэнергоемкое, полиэдрическое соединение класса циклических нитраминов, Тп„ > 195°С, плотность 1,89 —2,10 г/ см , &Hf= 364,93 кДж/моль, растворим в ацетоне и ацетонитриле, легко образует клатраты с водой,
кулам NO2 и другими органическими моде-
ли для г характерно явление полиморфизма
(а р ”аст°Я1цсе время известно пять кристаллических модификаций Ко'-хй £> ® ’ существование которых доказано различными физическими методами: дифференциальной сканирующей
128
Гексанитродифенил
Гексанитродифенилсульфид
129
калориметрией, термогравиметрическим анализом, оптической ми роскопией при помощи ИК-Фурье спектроскопии Взаимные прев К щения различных модификаций Г. носят обратимый характер высокой температуре Р полиморф легко переходит в у, который свою очередь, при 0,7±0,05 ГПа и комнатной температуре быстро В обратимо переходит в фформу Получают Г ступенчатым нитрованц ем продуктов восстановительного дебензилирования гексабензилгек-саазаизовюрцитана, либо нитрованием алкилсилильных производных гексаазаизовюрцитава Анализируется возможность применения как эффективного заменителя октогена в твердых ракетных топливах.
г ф Рудаков
Гексанитро дифенил (2,2’,4,4’,6,6’-гексанитродифенил) С12Н4К6О12 - желто-коричневые кристаллы (из уксусной кислоты), мол масса 424,2, Тпл 238°С, плотность 1,61 г/см3, нерастворим в спирте, эфире, слабо растворим в го-NO2 NO2 рячем бензоле, толуоле, ледяной ук-
.--1 J---------- сусиой кислоте, ацетоне Скорость
Q кт—/ \Z NO, детонации 7100 м/с (при плотности
2 // \/ 1,6 г/см3), т всп 320°С, энтальпия
I I обр 16,3 ккал/моль Получают Г
NO 2 NO 2 кипячением тринитрохлорбензола в
нитробензоле с медным порошком Термостойкое ВВ. По взрывчатым характеристикам превосходит тринитробензол, по обладает более высокой чувствительностью ХнелъпицкийЛ И Справочник по взрывчатым веществам 4 2 М , 1961 842с.
Е В Весе та
2,2’,4,4’, 6,6-Гексанит родифени ламин (гексил)
C12H5Oi2N7, мол масса 439, Тпл —214 —216°С, рМнк-1’б53
г/см3 Растворим в 93%-ной HNO3, слабо растворим в ацетоне, не растворим в спирте, эфире, бензоле Теплота взрывчатого превращу ния 4220 кДж/кг, скорость детонации 7145 м/с при р= 1,6 порог термической стойкости (2%-пая потеря массы за 6 ч) 206 С °° инициирующей способности Г примерно равен тротилу и нескол с уступает тетрилу и тетранитроанилипу. При взаимодействи основаниями Г. образует соли-гексилаты. Получают Г нитроМ_ ем дифениламина в одну или в две стадии. Применяют как снаряжения боеприпасов и как вторичный заряд в капсюлях-ое торах
еиьниЦкийЛ И Справочник по бризантным взрывчатым веществам —42 - М, 19^8 Н ц Тихомирова
Гексанитродифенилсульфид (пикрилсульфид, Г«КСИД) С12Н4Н6О125-золотисто-желтые пластинки, мол масса 456 3, Гпл 234°С, плотность 1,72 г/см3, растворим в этилацетате, ацетоне, слабо в бензоле, спирте, хлороформе, абс эфире, практически не растворим в воде, четыреххлористом углероде и сероуглероде Скорость детонации 7100 м/с (при плотности 1,60 г/см3 ), Твсп 290°С без разложения, энтальпия обр 20,4 ккал/моль, QB3p при действии на тринитрохлорбен-
no2
o2n
no2 no.
o2n
958-1055 ккал/кг Получают Г зол Na2S2O3 в присутствии MgCO3 В Первую мировую войну Г применялся в смесях с тротилом или аммиачной селитрой для снаряжения авиабомб, снарядов, мин, торпед, а также как добавка в инициирующие составы Г применялся при проведении взрывных работ в нефтяных скважинах
» Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам 4 2 — М , 1961 —842 с
Е В Веселова
Гексанитродифенилсульфон C12H4N6O14S, мол масса 488,3—ярко-желтые кристаллы, Тпл 307-310°С с разл , плотность 1,7 г/см , слабо растворим в воде, спирте, бензоле Не токсичен Г кристаллизуют из ацетона, высаживая его метанолом Скорость детонации 7300 м/с (при плотности 1,7 г/см ), Твсп 297 С, QB3p 1194 ккал/кг Г получают окислением гексанитродифенилсуль-и фида Г является более стойким
диа°1ЦПЬ1м’ но более чувствительным ВВ по сравнению с гексанитро-Пр^енилсУльФиД°м В Германии во время Первой мировой войны литр СИЯЛся для снаряжения боеприпасов в смесях с аммиачной се-Ния °И И Тротилом Предложен для применения как ВВ для снаряже-.^МИН’ снаРядов> гранат, капсюлей-детонаторов
Лъп’ицкииЛ И Справочник по взрывчатым веществам 4 2 -М.1961 -842 с
Е В Веселова
130________________ Гексанитростилъбен___________
Гексанитростильбен [гексанитродифенилэтилек 1,2-бис(2,4,6-тринитрофенил)этилен] свет1)к' тые игольчатые кристаллы (из нитробензола), Тпл 319 —323°С, ПЛот ность 1,74 г/см3, мало растворим в воде, петролейном эфире, огп
O.N МП ™ченно в большинстве оргадИЧе' 1 >| 'у 2 ских растворителей, удовлетвори. У2 II J тельно в диметилформамиде и ди метилсульфоксиде Скорость де.
(| | NO2 тонации 7000 м/с Получают Г
О N^^ss^NO ли6° при окислении 2,4,6-тринит-
2 2 ротолуола гипохлоритом натрия в
присутствии оснований (NaOH, Ыа2СОз или азотистых основании) в среде тетрагидрофуран — метанол или окислением его кислородом воздуха в среде диметилформамида в присутствии КОН, катализатора (CuSO4) и пиридина Применяют Г как термостойкое ВВ в различных изделиях, в высокотемпературных мостиковых детонаторах и, главным образом, в качестве структурирующей добавки в литых составах на основе тротила и его сплавов с гексогеном и октогеном В Англии в 1977 г объем производства Г составил 20 т/год
Збарский В Л , Жилин В. Ф Толуол и его нитропроизводные - М РХТУ им Д И Менделеева 1993 —266 с
В Л Збарскии
Гексахлорбензол С6 С16 — бесцветное кристаллическое вещество, представляющее собой полностью замещенное галогенпроизвод ное соединение бензола, содержащее 75% хлора (по массе) Его плотность при нормальной температуре 2044 кг/м3, коэффициент Деми дова 1,34, температура плавления Г 227 —231°С; теплота плавления 25,52 кДж/моль Плотность расплавленного Г 1569 кг/м Г легко сублимирует (теплота сублимации А/7298° =97,97 кДж/моль), Дав ление его паров Р (Па) в диапазоне 114 —227°С выражается УРап”^ нием lg Р = 10,492 - 3242 / Т Температура кипения Г 309-323 Теплота образования кристаллического Г А298°=~130, кДж/моль, а энтальпия 5298° = 260,24 Дж/(моль • К) Теплоем кость Г. при температуре 298 К 175,31 Дж/(моль • К), а при К —260,83 Дж/(моль • К) Температура начала разложения 53 °> интенсивного разложения 650 —750°С. Г нерастворим в воде и лодном спирте, не гидролизуется водой; растворим в горячем сП^з’ бензоле, эфире, хлороформе Умеренно токсичен, ПДК 0,9 Летучесть Г меньше, чем у гексахлорэтана Применяется в сос цветных огней, маскирующих и сигнальных дымов ф ц мад*киН
Гексахлоратан
131
КСаХЛОРэтан С2С16-относится к галогенпроизводным пре-тьных углеводородов алифатического ряда и представляет собой тветнос кристаллическое вещество со слабым камфарным запа-06м существующее в трех кристаллических модификациях- ромби-Х°”’ой (устойчивой ниже 43,6°С), триклинной (43,6 —71,ГС) и кубической (выше 71, ГС) Его плотность при 20° С 2091-2100 кг/м, коэффициент Демидова 1,11 В запаянном капилляре Г плавится при температуре 186,9 —189,0°С; теплота плавления 9,75 кДж/моль Теплота образования кристаллического Г АИ298° от - 192,46 до -225,52 кДж/моль, а газообразного Г от -141,2 до -150,62 кДж/моль, удельная теплоемкость при 25°С 0,728 кДж/(кг • К) Температура начала разложения Г 400°С; температура начала интенсивного разложения 650 —760°С Г нерастворим в воде, умеренно растворим в спирте и эфире, хорошо растворим в CS2 Реакции взаимодействия Г с металлами (Zn, Al, Mg, Fe и др ), а также с их оксидами могут протекать в форме горения с образованием углерода, ок-
сида углерода и хлоридов металлов
Смеси Г с А1 и Mg горят с большой скоростью, для ее уменьшения добавляют инертные и малоактивные компоненты (хлористый аммоний, карбонаты и др ) Смесь гексахлорэтана с порошком железа горит медленно, выделяя при горении бурный дым хлорного железа Смеси Г с А1 или Mg в прочной оболочке могут взрываться от капсюль-детонатора №8 При взаимодействии Г с силицидом кальция образуется летучий SiCl4, дающий при взаимодействии с влажным воздухом дым кремниевой кислоты Полное окисление горючего в смеси с Г происходит при следующем его содержании, %• Zn —45,3, Mg—23,5, Al—18,6, Fe —32,1 Дымы, генерируемые составами на основе Г , —серого цвета, так как содержат некоторое количество углерода Г широко используется в дымовых (металлохлоридных) и составах цветных огней Недостатком Г , препятствующим его широкому применению, является значительная летучесть (при 60°С давле-"Ие его паР°в 0,798 кПа, что в 3 раза выше, чем у нафталина) Ввиду лВМесто Г используют С6С16 или С10С112
Modern™0С,Ки? б А' Основы пиротехники -М Машиностроение, 1973, Ellern Н Chemical аРР*1ес* Physical pyrachemistry New-York
_ Ф П Мадякин
c®hC°RDX ^1т,3'5‘тринитРо‘1»3»5‘тР||аза чиклогек-
во,7’’ пл/ ' * о 1 ЦИКЛОНИТ)-белое кристаллическое вещест-КаЦииЛГ ~ С <-с Разл) Известны три кристаллические модифи-а-стабильная при нормальных условиях, р —устойчивая
132
Гексоген
при давлении выше 2,7 ГПа и температуре выше 215°С, вая при давлении выше 3,8 ГПа. Переходы а -> у и а -> переход у -> Р необратим Тройная точка для а-, р- и у-м< ,,...r,lrvd находится при температуре 220°С и давлении 3,8 ГПа С ростом*^ ления Гпл Г. возрастает линейно от 203°С при 1 атм (» Ю5 Па) 290°С при 7 ГПа. Плотность 1,806 г/ см3. При атмосферном давл нии в области температур выше 100°С достаточно летуч, давление па ров в температурной области 55 — 98°С описывается Уравнением log р = - 31,11 / (4Д76Т, К) + 14,18; теплота испарения 130,04 кДж/моль (31,11 ккал/моль) Для температурной области 110— 139°С давление паров описывается уравнением log р(см) = 10,87 — 5850 / Т, Теп. лота испарения в этой области 42,02 кДж/моль (26,8 ккал/моль) Теплота сгорания 2115 кДж/моль (506 ккал/моль), стандартная теплота образования ДН298 = 71,06 кДж/моль (17 ккал/моль) теплоемкость Ср =а + ЬТ [а = 62,7 Дж/моль (15 ±1,6 кал/моль), Ь = 63 Дж/моль (0,15 ±0,005 кал/моль]; С238 = 248,7 Дж/моль (59,5 кал/моль) или 1,119 Дж/г • К (0,2678 кал/г • К) Хоропю растворим в ацетоне (6,81% при 20°С, 15,27% при 57°С), ацетонитриле (12 г/100 г), циклогексаноне (12,7 г/100 г), слабо растворима спиртах, эфире, бензоле, практически не растворим в воде Теплота взрыва 5392 кДж/кг (1290 ккал/кг) при р = 1,78 г/см3, температура взрыва 3380°С, объем газообразных продуктов взрыва 910 л/кг Скорость детонации 7705 м/с (р = 1,45 г/см3), 8383 м/с (р = 1,7 г/см3), 8850 м/с(р = 1,8 г/см3). Расширение в бомбе Трауцля 450 — 520 см3 (данные разных авторов), чувствительность к удару 80% (10 кг, h = 25 см). В среде серной кислоты подвергается на ранних стадиях обратимому распаду с образованием катиона нитрония и 1,3-динит-ро-1,3,5-триазациклогексана На более глубоких стадиях образуются монооксид азота и формальдегид. Едкими щелочами разлагается с образованием нитритов и нитратов. Основными способами получения Г являются: прямое нитрование уротропина 97 — 99%-й азотной кислотой (нитролиз), нитрование уротропина растворами нитрата аммония в азотной кислоте в среде уксусной кислоты и уксусного ан гидрида или без последних двух реагентов, нитрование солей 1,3,5'ТР азациклогексан-1,3,5-трисульфокислоты, нитрование 1,3,5-триа тил-1,3,5-триазациклогексана, конденсация нитрата аммония с Ф мальдегидом в присутствии уксусного ангидрида Первые два ме широко используются в промышленном производстве Г- прим
Робр^мь?
Гельпор
133
снаряжения боеприпасов, производства ТРТ, средств иницииро-
вания 0 Орлова 1973 с
Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ Л Химия, 500 — 545
Ю А Ганькин
рис Внешний вид натренированного гельпора 1-патрон, 2-гельпор, 3-скрепка, 4-сварной шов
- -ьПОр —патронированием воДосоДеРжащее взрывчатое вещество на основе утилизируемых пироксилиновых и баллиститных артилле-ийских порохов и ракетных топлив; предназначено для промышлен-Р ных целей, в основном для
добычи полезных ископаемых
Г. представляют собой пастообразные смеси гранул пороха и загущенного раствора аммиачной селитры
Используемые при производстве Г пороха и топли-
ва измельчаются в крошку размером до 3 мм на специальном оборудовании.
Для придания и длительного сохранения водоустойчивости в состав Г вводятся загустители и структурообразователи
Г выпускаются в патронах диаметром 90 и 120 мм и длиной 500 мм Оболочка патрона — полиэтиленовая пленка или рукав Внешний вид натренированного Г представлен на рис 1
Основные свойства Г приведены в таблице
Наименование характеристик | Значение характеристик
Химический состав, масс % - селитра аммиачная 47,5-53,5
~ Крошка пороха или топлива 30,0-40,0
- Вода 11,0-15,0
~ загуститель 1 5
-^РУ^турирующая добавка, св 100% 0,01-0,1
Энергетические характеристики
дородный баланс, % от минус 14,7 до 3,0
взрыва, ккал/кг 800-1075
^^^кг 800 — 950
134
2,4,6,2’,4’,2”,4”-Гептанитротрифенидамин
Гетерогенные конденсированные системы
135
Наименование характеристик | Значение хар^^^'
Экспериментальные характерно'
Критический диаметр детонации открытого заряда, мм 60 90
Скорость детонации в патроне диаметром 70 мм, км/с 4,5-5,3
Передача детонации на расстояние между патронами, см, не менее 5
Плотность, г/см3 1,3-1,4
Чувствительность к удару, частость взрывов, % 0
Чувствительность к трению, кгс/см2 2180-2543
Водоустойчивость в непроточной воде — потеря аммиачной селитры за 5 сут , % не более 4,5
Г применяются для взрывной отбойки горных пород любой крепости и обводненности на открытых разработках по добыче полезных ископаемых
Г являются экологически чистыми промышленными ВВ, водоустойчивыми и безопасными в применении
Кроме того, за счет более высокого значения плотности заряжания по сравнению с гранулированными ПВВ значительно больше величина объемной концентрации энергии, что позволяет снизить затраты на буровые работы и повысить качество дробления пород
В качестве загустителей в Г используются полиакриламид, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы; в качестве структурирующих добавок — калия бихромат, хромокалиевые квасцы, железо сернокислое, хром сернокислый, дубитель хромовокислый
Е Ф Жегров
2,4,6,2’,4’,2” ,4”-Гептанитротрифениламин
(НТФА) CjgHgC^Ng, мол масса 560 —термостойкое ВВ, Лм 343 —345°С, рмнк =1,77 г/см3, порог термической стойкости (2%-ная потеря массы за 6 ч) 260 —270°С, энергия активации термораспада 187 кДж/моль (44,7 ккал/моль), энтальпия образования - 201 кДж/кг (- 48 ккал/кг) Плохо растворим в органических растворителях, кристаллизуется из азотной кислоты Г применяется торпедировочно-прострелочной аппаратуре нефтегазодобываюШей промышленности при температуре до 250°С
Баум Ф А , Державец А.С Термостойкие ВВ и их действие в условиях скважин — М Недра, 1969; Термостойкие взрывчатые вещества в условиях глу скважин -М Недра, 1981 я я
-рогенные конденсированные системы пр е д-
• в лЯют собой широкий класс энергоемких композиций К ним отно-СТЭ многие пороха и твердые топлива, пиротехнические смеси, ГВС-составы и взрывчатые вещества
С ° специфические эффекты, возникающие при горении, определя-область применения ГКС. Газогенерирующие высокотемператур-юТ типа порохов и СТТ используются в ракетных двигательных установках и в артиллерии. Аэрозольгеперирующие пиротехнические смеси применяют для тушения пожаров в замкнутом объеме, в качестве противоградовых, инсектицидных и пестицидных средств в сельском хозяйстве. Существуют разноцветные сигнальные и фейерверочные составы, термитные составы, которые горят с высокой температурой и малым газовыделением Последние используются для сварки металлов и металлических конструкций Воспламенительные и спичечные составы, низкотемпературные газообразующие смеси применяются для получения чистых газов
Величина эффекта, полученного при сгорании ГКС, зависит от состава и свойств исходных компонентов Во многих ГКС в качестве исходных энергоемких компонентов широко используются высокоэнергетические металлы —бор, алюминий, магний и их сплавы, титан, цирконий, а также менее калорийное железо, натрий, цинк, вольфрам, молибден, марганец и др Для придания композициям необходимых технологических, впутрибаллистических и др свойств в них вводят добавки —катализаторы, красители, ингибиторы, антислежи-вающие вещества Эти добавки, не меняя режим горения состава в целом, могут тем не менее активно воздействовать на отдельные его стадии и характеристики.
В отличие от баллиститных порохов и индивидуальных ВВ, даже «простые» по составу двухкомпонентные ГКС (не говоря о многокомпонентных) характеризуются существенной структурной неоднородностью, степень которой зависит от дисперсности и формы частиц, физико-механических свойств и соотношения ингредиентов, от технологических особенностей приготовления образца
общем случае дефлаграционное горение ГКС является много-дииным и многопараметрическим В основе его лежат обменные ислительно-восстановительные реакции, диффузионные процессы Нроцессы тепломассообмена
Иехан° СРавиению с Двухосновными (баллпетитными) топливами, Числ ИЗМ гоРения имеет свои специфические особенности К их «ости М°ГГТ быть отнесены зависимость скорости горения от дисперс-компонентов и давления, неодновременность выгорания
136 Гибридное топливо
компонентов, агломерация и диспергирование труднолетучих компонентов и продуктов их деструкции, каркасообразование, концентрационные пределы горения, фрактальная природа зон горения, фазовые переходы во фронте горения и т п Они связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и образуют единую волну горения, распространяющуюся по образцу с определенной скоростью Однако в рамках классической теории горения перечисленные особенности не находят адекватного объяснения
Ю В Фролов
Гибридное ТОПЛИВО —топливо, состоящее из веществ разного агрегатного состояния (жидких и твердых). ГТ предназначены для гибридных ракетных двигателей (ГРД) и подразделются на двух- и трехкомпонентные; содержащие жидкий окислитель и твердое горючее (топливо ГРД прямой схемы); жидкое горючее и твердый окислитель (топливо ГРД обратной схемы); топлива, в которых твердое горючее или окислитель представляют собой смесь окислителя и горючего с преобладанием того или другого вещества (топливо ГРД смешанной схемы) ГТ должно обеспечивать устойчивую работу двигателя в заданном диапазоне режимов, возможно больший удельный импульс тяги, обладать высокой плотностью и стабильностью при хранении В качестве окислителя в ГТ используют кислород, перекись водорода, азотную кислоту, четырехокись азота, тетранитрометан, фтор, оксид фтора, трифторид хлора; твердых горючих —полиэтилен, полиэтилепамип, каучуки, гидрид лития, алюминия, алюмогид-рид лития и др.; твердых окислителей —нитрат аммония, перхлораты аммония, нитрония, нитрозила, перхлорат аммония в смеси с нитратом гидразина; жидких горючих —водород, гидразин, несимметричный диметилгидразин, керосин, пентаборан
Волков Е Б , Мазинг Г Ю , Шишкин Ю.Н Ракетные двигатели на комбинирован ном топливе — М Машиностроение, 1973
А С Михаилов
Гидрореагирующие составы предназначены для генерации тепла и рабочего тела (преимущественно водорода) при взаимодействии продуктов первичного горения с водой ГС представляют собой гетерогенные смеси металлического горючего (Mg, Al, В, Zr, Li) и небольшого количества окислителя (нитраты или перхлораты щелочных металлов) ГС имеют резко отрицательный кислородный баланс Применяются ГС при термохимической обработке скважин с целью повышения их дебита, для наддува понтонов при подъеме затонувших объектов, в качестве источников тепловой энергии в
Горение автоколебательное 137
гидР°Реактивных Двигателях Основными характеристиками ГС являются количество тепла, выделяющееся при сгорании зарядов при взаимодействии с водой, количество воды, необходимое для сгорания одного килограмма состава и газопроизводительность Теплота сгорания одного килограмма ГС в зависимости от природы металлического горючего 16 — 26 МДж/кг
[Цидловскии А А Основы пиротехники -М Машиностроение, 1973
А С Михайлов
Горение автоколебательное —горение с незатухающими в неизменных условиях колебаниями, поддерживаемыми энергией горения, частота, амплитуда и другие свойства которых определяются особенностями самого горения в данных условиях
При ГА периодически изменяются скорость распространения горения, состав, температура и скорость оттока продуктов сгорания, параметры зоны горения или некоторые из этих характеристик Для поддержания ГА не требуется периодического воздействия извне ГА развивается в условиях, когда стационарное горение становится неустойчивым, в том числе вблизи пределов распространения горения Бывает ГА с жестким возбуждением, когда возбуждение ГА происходит только после возмущения (толчка) достаточной амплитуды
Различают собственное ГА вещества или смеси и системное ГА в камере сгорания Собственное ГА определяется только процессами в зонах горения Его период обычно пропорционален времени прогрева (или сгорания) прогретого слоя волны горения и поэтому обратно пропорционален квадрату скорости горения для крупнозернистых смесевых топлив или времени сгорания частиц Период собственного ГА слабо зависит от формы и размера горящего образца, если этот размер значительно превышает глубину прогретого слоя и размеры частиц Собственное ГА характерно, в первую очередь, для конденсированных веществ, например, для гомогенных и гетерогенных порохов, ВВ, пиротехнических составов ГА смесевых составов сопровождается периодическим накоплением у горящей поверхности менее летучего компонента (например, металлических частиц) Самостоятельное пульсирующее ГА используют в мигающих пиротехнических составах.
Системное ГА в камерах сгорания Частота и другие свойства ГА в камерах сгорания зависят как от процессов в зонах горения, так и от Условий горения и параметров камеры сгорания, таких как геометрические размеры и форма, система подачи и сжигания топлива К такому системному ГА относится вибрационное горение газообразного, Жидкого или твердого топлива в камерах сжигания печей и котлов, в
138______________________Горение аномальное____________________
жидкостных и твердотопливных ракетах Вибрационное горение разделяют на высокочастотное и низкочастотное Высокочастотное Г А (или резонансное) обычно имеет частоту, почти совпадающую с собственными частотами камеры сгорания (или ее части, например, канала порохового заряда) Низкочастотное ГА (с частотой ниже собственных частот камеры сгорания) происходит с частотой, зависящей от многих факторов, и каждый раз требует специального изучения Низкочастотное ГА порохов и твердых топлив в ракетных камерах часто называют аномальным горением.
U Раушенбах Б В Вибрационное горение -М Физматгиз, 1961, Неустойчивость го рения в ЖРД / Под ред Д Т.Харрье и Ф.Г Рардона — М Мир, 1975
А М Мар?олиц
Горение аномальное Характерным признаком этого вида горения твердых топлив в камере ракетного двигателя являются нерас- , четные «изломы» и «провалы» на кривой давление — время или четко выраженная прерывистость впутрикамерного процесса В некоторых случаях эта прерывистость завершается самопроизвольным угасанием топливного заряде Необходимым условием аномального горения являются неполнота выделения химической энергии топлива и эффект нестационарной скорости горения, который проявляется при быстрых изменениях давлении в камере и несоответствии между временем релаксации камеры и временем релаксации прогретого слоя топлива
Аномальное горение зависит от формы топливного заряда, уровня давления в камере двигателя, а также от химической природы и скорости горения топлива Наиболее удобным критерием аномального горения является характерное время пребывания газов в камере | ракетного двигателя, которое соответствует моменту наступления рассматриваемого горения и определяется обычно экспериментальным путем как характеристика рецептуры топлива
Для обеспечения устойчивого горения топливного заряда (устранения аномального горения) необходимо изменить условия заряжания так, чтобы фактическое время пребывания газов в камере ракетного двигателя превысило указанное характерное значение для выбранной рецептуры топлива
НМ Пивкин
Горение безгазовое — горение систем, при котором химические реакции с выделением тепла протекают в конденсированной фазе и не сопровождаются образованием газообразных продуктов К системам БГ принято относить ряд термитных составов (ТС) и составы, с помощью которых осуществляется самораспространяющиися высокотемпературный синтез (СВС). ТС известны с середины IX века (Н.Н.Бекетов) и нашли применение в зажигательных составах, составах для сварки и в металлургической технологии СВС известны с 1960-х годов (А.Г.Мержанов) и применяются прежде всего
Горение гетерогенное 139
дЛя синтеза тугоплавких соединений (Т1С и др ) Обычно полагается, что скорость горения систем БГ не должна зависеть от давления Однако нередко это условие выполняется неполностью из-за наличия в частицах компонентов растворенных газов, а на поверхности частиц—окисных пленок
Андреев К К Термическое разложение и горение взрывчатых веществ — М Наука, 1966
Н Н Бахман
Горение гетерогенное —горение топлива, имеющего гетерогенную структуру Ввиду различия свойств материалов и веществ, составляющих, например, смесевое топливо, их выгорание протекает с различными скоростями и сопровождается как непрерывными процессами (гетерогенные химические реакции, испарение, сублимация), так и дискретными (диспергирование агломератов металла или связки с металлом) Образование агломератов — тоже результат ГГ
А М Липанов
Горение гетерогенных конденсированных систем (ГКО—агломерация—процесс укрупнения частиц компонента (как правило, металла или его соединений) в реакционном слое или на поверхности горения ГКС Этот многоступенчатый процесс включает стадии накопления частиц, установления контакта между ними, слияния контактирующих частиц в единый агломерат и отрыва его от поверхности горения
Стадия накопления частиц для ГКС с жидковязким реакционным слоем происходит за счет гравитационных сил и сил поверхностного натяжения расплава, а при «сухой» дефлаграции компонентов—за счет неравномерности выгорания последних и сил гравитации Это имеет место при относительно малой (менее 15 об %) концентрации металлического горючего, размеры частиц которого по дисперсности сравнимы с размерами частиц окислителя, а степень их перемешанности достаточно велика
Если частицы металла по размеру много меньше частиц окислителя, то частицы агломерирующего компонента оказываются в «карманах» между частицами окислителя Исходная структурная неоднородность в этом случае изначально способствует контактированию частиц
По мере увеличения концентрации металла (свыше 20 об %) контакты между частицами устанавливаются уже в процессе приготовления образца
После установления контакта между частицами при нагреве происходит их слияние Этот процесс протекает в несколько стадий и
Горение гетерогенных конденсированных систем
D = 200 мкм
Рис 1 Агломерация частиц алюминия при горении гетерогенных систем нак°сжа. ние и контакт частиц алюминия на поверхности горения (а), график процесс тия (6), изменение частиц алюминия с течением времени (в)
Горение гетерогенных конденсированных систем
141
т от радиуса частиц, площади пятна контакта между ними и температУры (рис , ,
Т На первой стадии действует механизм поверхностной диффу-_ переноса вещества от выпуклых участков к вогнутой поверхно-ЗИИ перешейка Вторая стадия наступает после исчезновения в точках СТИ кта окисной пленки По законам жидковязкого течения образу-К° единая частица гантелеобразной формы Эта стадия весьма быст-и плохо поддается регулированию Завершается процесс стадией выравнивания формы по диффузионному механизму
В результате слияния нескольких частиц образуются агломераты размеры которых могут значительно превосходить исходные частицы „
Заключительной фазой агломерационного процесса является отрыв агломератов от поверхности горения и диспергирование их в зону пламени
Ю В Фролов
Горение гетерогенных конденсированных систем
—диспергирование. Явление выноса конденсированной фазы при горении конденсированных систем впервые было открыто на примере горения гремучей ртути при пониженном давлении
Для энергоемких гетерогенных конденсированных систем (порохов, ТРТ, пиротехнических составов) с компонентами, отличающимися по степени и кинетике газификации в реакционном слое к-фазы, диспергирование — неотъемлемая часть волны горения. При горении металлизированных топлив и порохов диспергированию подвергаются частицы и агломераты металлического горючего; при горении без-металльных композиций, частицы компонентов которых разлагаются в широком температурном диапазоне и по различным кинетическим законам, — частицы менее летучего компонента Примером могут служить смеси горючего-связующего со смешанным окислителем (перхлорат аммония и гексоген)
Вынос частиц-агломератов в зону пламени обусловлен тем, что сила действия потока газообразных продуктов реакции, обтекающих частицы, превышает сумму их веса и силы сцепления между частица-и поверхностью горения Чем крупнее частицы и сильнее агломе-Но*Ия’ тем слабее диспергирование Процесс диспергирования труд-Ко поддается количественным расчетам и оценкам, поскольку физи-токаеХаНИЧеСКИе хаРактеРистики поверхности горения и газового поправ В Волне горения при высоких температурных градиентах, как ило, трудно определимы
142
Горение —глубина прогретого слоя
Горение кондуктивное
143
Можно констатировать, что диспергирование, как и агломе ция, в значительной мере является функцией структуры образРа концентрации трудно газифицирующегося (или агломерирующег ? компонента, температуры горения и общего объема образующихся ’ ходе реакции газов Если процессу агломерации способствуют poJJ температуры, низкая скорость горения, малое газовыделепие, высо кая концентрация труднолетучего компонента и повышение давления у поверхности образца, то диспергирование, напротив, возрастает при уменьшении давления и с увеличением скорости горения и газо-выделения
Ю В Фролов
Горение—глубина прогретого СЛОЯ-эффективная Ширина тепловой волны, распространяющейся перед зоной химических реакций или перед поверхностью конденсированной фазы при распространении горения ГПС (I) обратно пропорциональна скорости горения- I = к / и, где к— коэффициент температуропроводности, и— скорость горения ГПС — важная характеристика горения Например, критический диаметр горения пропорционален ГПС
А М Марголин
Горение дегрессивное —горение пороховых и твердотопливных зарядов, шашек, зерен с уменьшающейся по мере сгорания поверхностью горения, протекающее в ракетной или артиллерийской камере сгорания с уменьшением давления во времени Дегрессивно горят, например, сферические и цилиндрические (без каналов) пороховые шашки и зерна
А М Марголин
Горение конвективное-разновидность горения твердых энергетических материалов, обладающих газопроницаемой пористостью, при котором пламя проникает по порам вглубь материала В основе механизма ГК — конвективная передача тепла от газообразных продуктов горения, фильтрующих в поры, к поверхности пор, которая обеспечивает высокоэффективный нагрев и воспламенение мате риала В результате скорость распространения фронта воспламене ния по материалу во много раз превышает скорость нормального по слойного горения, контролируемого теплопроводностью У слов , при которых реализуется ГК, принято характеризовать пороговые давлениями Критическое давление срыва послойного горения ( кр^ служит нижней границей ГК’ при давлении ниже Ркр горение не поникает в поры, и пористый энергетический материал сюрает noCj е но, в нормальном режиме Ркр зависит от ряда параметров и, пр
от диаметра пор и уровня скорости послойного горения Кри-вСеГеС’кое давление инициирования низкоскоростной детонации /рЧ ) можно рассматривать в качестве верхней границы ГК при достижении этого давления в волне горения пластическая волна сжа-тИЯ генерируемая фронтом волны, становится способной создавать и поддерживать развитие очагов экзотермической реакции посредством схлопывания пор и сдвиговых деформаций В зависимости от условий и свойств материала возможны различные режимы ГК Чаще всего процесс носит нестационарный характер: скорость ГК увеличивается вслед за ростом давления в зоне горения Кроме того, в экспериментах наблюдаются ГК, скорость которого сохраняется приблизительно постоянной, несмотря на рост давления, а также квазиста-ционарный пульсирующий процесс, при котором скорость ГК и максимальное давление в зоне горения периодически изменяются с определенной частотой при сохряняющихся постоянными средних значениях ГК является основной стадией процесса перехода горения в детонацию, определяющей опасность развития взрыва при аварийных инцидентах с энергетическими материалами В технике ГК реализуется при сгорании порохового зерненого заряда в ствольных установках Беляев А Ф , Боболев В К , Коротков А И , Сулимов А А , Чуйко С В Переход горения конденсированных систем во взрыв — М Наука, 1973
Б С Ермолаев
Горение кондуктивное —режим горения, при котором слои исходного вещества, прилегающие к зоне химических реакций, нагреваются с помощью теплопроводности (кондукции) ГК имеет место при горении твердых топлив, порохов, а также неподвижных или движущихся ламинарно газообразных и жидких топлив Например, при горения угля, полимеров, пороха, газовой смеси в пламени бун-зеновской горелки
А М Марголин
телвНИЯ коэФФ"Чие"т температурной чувстви-СТИГ НОСТИ «ОРОСТИ (я„) — относительное изменение скоро-п1„,Г0|,СНИЯ ПРИ изменении температуры заряда твердого топлива на дин градус
В слУЧае, когда пи не зависит от давления:
144 Горение металлов в СТТ и порохах
где uTn — скорость горения при температуре ТN— скорость горения при температуре Т\ ,Т^ — номинальная температура заряда твердого топлива; — расчетная температура заряда твердого топлива
На практике для расчета скорости горения в зависимости от температуры заряда твердого топлива используются эмпирические формулы-
= UTN ит\ = utn ехрОД -TN),
1 '
где В и О—эмпирические коэффициенты, D = — =nu
В
Для твердых топлив смесевого типа значение пи составляет 0,01 — 0,03, для баллиститов —0,003 —0,01
Я Алемасов В.Е ,ДрегалинА ф , Тишин А П Теория ракетных двигателей — М Машиностроение, 1989 —463 с
В Ю Мелешко
Горение металлов В СТТ И порохах Впервые идею о возможности и необходимости применения легких металлов и их соединений в качестве горючего в жидкостных ракетных двигателях высказали Ю В Кондратюк и Ф А Цандер В настоящее время такие металлы, как алюминий, магний, цирконий, бор, титан активно используются в качестве эффективных добавок и являются активными компонентами ракетных топлив и пиротехнических составов
Использование алюминия и магния привело к повышению энергоемкости топлив, росту скорости их горения и удельного импульса, к увеличению дальности полета ракеты и улучшению ее весовых характеристик
В то же время применение дисперсных порошков металлов в ТРТ привело к усложнению волны горения, появлению зоны горения конденсированных частиц в высокотемпературном газофазном потоке продуктов сгорания неорганического окислителя и связующего, богатых кислородсодержащими соединениями
Если время пребывания частиц металла в камере ракетного двигателя меньше времени их полного сгорания, то возникают химические потери РДТТ
Специфической особенностью горения металлизированных ракетных топлив является наличие, наряду с химическими, двухфазных потерь в РД, возникающих вследствие скоростного запаздывания конденсированных частиц окисей металлов по отношению к газофазным продуктам сгорания Наличие химических и двухфазных потерь снижает эффективность использования металлов в качестве энергетических добавок
Горение металлов в СТТ и порохах
146
Горение нестационарное
Горение очагово-пульсирующее
147
Механизм горения индивидуальных частиц в газовой среде в ма сложен и зависит как от свойств самих металлов, так и от темпе^ туры, давления и состава окислительной среды. Ра'
Необходимым условием диффузионного режима горения ча металлов (рис. 1) является превышение температуры кипения ок над температурой кипения самого металла В этом случае пары ме* талла вступают в реакцию с газообразным окислителем над расплав ленной поверхностью частицы Напротив, если температура кипения металла выше температуры кипения окисла, то реакция окисле ния-горения происходит па поверхности частицы металла При определенных условиях оба указанных режима могут наблюдаться при нагреве частицы одного и того же металла Например, если частицы алюминия находятся в высокотемпературной среде с высоким окислительным потенциалом, то их горение происходит по диффузионному парофазному механизму Если же температура среды недостаточно высока (менее 1500 К), а концентрация кислорода невелика (менее 5 — 7 об %), то окисление-горение частицы происходит на ее поверхности, включая промежуточные стадии-
А1+ А12О3 -> А1О+ А12О-> А12О3.
В пиротехнических составах металлы и их соединения являются основными компонентами Наличие металлов приводит к повышению температур горения и тепловыделения, а также позволяет получить широкую гамму цветовых эффектов (фейерверки, аэрозоли, цветные дымы) и ряд других специфических эффектов Похил П Ф , Беляев А А , Фролов Ю В , Логачев В. С , Коротков А И Горение по рошкообразных металлов в активных средах — М Наука, 1972
Ю В Фролов
Горение нестационарное —горение с изменяющимися ВО времени характеристиками, такими как скорость горения и т п ГН происходит при переменном давлении (и др переменных условиях) При быстром (по сравнению со временем перестройки прогретого слоя) изменении давления (или др условий) ГН при мгновенном значении давления существенно отличается от горения стационарного по скорости распространения и др характеристикам Особенно сильно изменение давления влияет на горение конденсированных топлив (порох, твердое топливо), так как конденсированные топлива им относительно большое время перестройки прогретого слоя (это вр 1 пропорционально удельной массе вещества)
К принципиально нестационарным явлениям относятся' заЖ ние, неустойчивость горения стационарного, автоколебатель
ние пределы горения (предельный диаметр, предельная копцен-ðРзатухание горения при быстром спаде давления, переход го-тРа с одного режима па другой, например, переход от послойного Ре луКТивного горения пористых или порошкообразных топлив на К° вективный режим распространения, переход от ламинарного го-к° я газообразных и жидких топлив на турбулентный режим, пере-РоД горения во взрыв и детонацию. Нестационарными процессами являются проскок газового пламени в горелку или подводящие трубки, срыв газового пламени с пламедержателя или с горелки
Зельдович Я Б , Лейпунский О В , Либрович В. Б Теория нестационарного горения ороха М Наука, 1975; Новожилов Б В Нестационарное горение твердых ракет
топлив -М Наука, 1973, Лыоис Б , Эльбе Г Горение, пламя и взрывы в га X _м.: Мир, 1968
А М Марголин
Горение очагово-пульсирующее —механизм, наиболее отчетливо проявляющийся при горении в нестационарном режиме, например при спаде давления, когда возможно погасание горящего топлива, по может наблюдаться и при постоянном давлении При этом поверхность горения может рассматриваться как система взаимодействующих, горящих несинхронно с существенно отличающимися скоростями отдельных очагов, обычно имеющих неправильную форму В процессе горения очаги возникают и исчезают с некоторой периодичностью, определяемой составом твердого топлива и условиями окружающей среды Появление очагов носит вероятностный характер Экспериментально установлено, что у погашенных образцов твердого топлива поверхность горения имеет ячеистую структуру Впервые понятие ГОП было введено К И Синаевым и развито в дальнейшем в работах В Н Маршакова Под отдельным очагом понимается совокупность части конденсированной фазы с соответствующим прогретым и реакционным слоями и очага пламени, находящегося непосредственно над поверхностью горения Размер очагов в зависимости от условий эксперимента составляет от нескольких миллиметров Д° десятка микрон (в 10—15 раз больше характерной толщины прогретого слоя топлива); скорость горения очага меняется со временем °т минимального значения до максимального и вновь спадает до ми-ума При этом выгорает слой топлива в сотни микрон, а частота роВЬСаций составляет от нескольких единиц до сотен герц Ряд авто-ниемВЯЗЫВаеТ пУльсиРУ1ощий характер режима горения с образова-став ПРИ Г0Рении и сносом углеродистого каркаса Согласно пред-ениям, развитым в работе Г В Мелик-Гайказова, совокупность
Горение порохов
148_____Горение энергоемких гетерогенных конденсированных систем
_--
горящих очагов на поверхности горения образует бесконечный тер При погасании такой кластер разрушается Клас"
Очагово-пульсирующий механизм горения конденсирован веществ может быть использован для описания пульсирующего ГНЬ'Х ния твердых топлив ре'
Синаев К И Очагово-пульсирующее горение нитроцеллюлозных порохов / / кн.: Всесоюз Симпозиум по горению и взрыву Тез докл — М • Паук- ® С 59 - 63, Маршаков В Н Параметры очагово-пульсирующего режима горения ° ~ роглицеринового пороха // Химическая физика —1987 —Т.6. —№4 — С 530-«7 Маршаков В Н Анализ повторного воспламенения пороха после спада давления зиций очагово-пульсирующего механизма горения / Физика горения и взрыва”0 1991 — Т 27 — №1 — С 12 — 18, Мелик-Гайказов Г В Критические явления при го ~ нии конденсированных веществ // Физика горения и взрыва —1993 —T7ci №1 -С 3-9 9 ~
А Н Лукин
Горение энергоемких гетерогенных конденсированных систем (ЭГКС)—ПЛЭМЯ. Пламя-высокотемпературная светящаяся зона волны горения, в которой происходят химические реакции с высоким энерговыделением П. располагается над поверхностью горения. Если в эту зону попадают предварительно перемешанные продукты деструкции или испарения компонентов, то П будет однородным При наличии диспергирования с поверхности горения конденсированных частиц (алюминия, магния, углерода и т п.) П. становится неоднородным, двухфазным
Поскольку продукты сгорания ЭГКС состоят из газов и конден-сированцых частиц, параметр «температура пламени» приобретает некоторую условность Температура газов в П всегда ниже температуры конденсированных продуктов Наиболее высокая температура, близкая к термодинамически равновесной, соответствует ядру П Температура П. пиротехнических составов зависит от энтальпии образования исходных компонентов и продуктов сгорания, их теплоемкости, условий горения и расширения газа
Цвет П зависит от исходных компонентов образца, а также от наличия специально вводимых добавок (алюминий дает яркое светящееся П , ионы натрия окрашивают П в желтый цвет и т д )
Основной вклад в свечение П вносит зона с наибольшей темпера турой Теоретическим ограничением верхнего предела температуры для светящихся пламен является температура кипения излучателя, выше которой последний превращается в газ Однако для реаль пламен верхним пределом является температура плавления излучате ля Расплавленные частицы излучателя легко образуют крупные ко ломераты, что приводит к шлаковому искрению, в результате котор снижается удельная поверхность излучателя, сила света уменыпае
149
явление наблюдается при горении пиротехнических составов ТаК°е е цитратов металлов с порошком алюминия (температура НЭ °С ния Al 2^>3 Равна 2323 К) При горении пиротехнических со-плав на основе порошков магния шлаковое искрение не происхо-стаВ°гак как температура плавления оксида магния выше (3082 К) ДИТ'Температура П цветных огней на основе молекулярных излуча-елей находится в пределах температуры начала и конца диссоциации6 хлоридов бария и стронция
Шидловскии А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973; Гуторов ММ Основы светотехники и источники света -М Энергоатомиздат, 1983 М Н X Валеев, Ю В Фролов
Горение порохов Механизм ГП и закон скорости их горения находятся в прямой зависимости от химического состава пороха, соотношения его компонентов, физической структуры, геометрической формы, давления в двигателе, исходной температуры заряда, его напряженно-деформированного состояния, скорости потока продуктов сгорания, их ламинарного или турбулентного движения по фронту горения, резонансных явлений и других факторов
Строгой математической модели горения, удобной для создания новых порохов, проектирования и отработки РД, МГДГ, ПГГ, артиллерийских и др многочисленных систем огнестрельного оружия, пока не создано Опытные и полуэмпирические зависимости для расчета скорости горения пороховых зарядов приведены в табл 1 и 2 На практике относительно широкое распространение получила формула Вьеля
ГП представляет собой сложную форму многостадийной само-распространяющейся необратимой реакции химического превращения, последовательно протекающего через ряд промежуточных стадий—от исходных компонентов до конечных продуктов, отвечающих термодинамическому равновесию
Собственно горению, т е окислительно-восстановительным реакциям, возникающим под влиянием теплового или иного импульса, предшествует прогрев пороха, деполимеризация полимерных систем и разрушение молекул нитратов целлюлозы, нитроглицерина, динит-Родиэтиленгликоля, динитро- и тринитротолуола и других компонентов Эти процессы протекают с поглощением подведенного тепла Об-Рпзующиеся в процессе разрыва молекулярных связей соединения и калы вступают во взаимодействие и образуют жидковязкий ре-нслой, имеющий температуру 200 —250°С (для пироксили-Ха и баллиститных порохов) Появившаяся на поверхности порода" ереходная жидковязкая область включает в себя жидкие, твер-
1 паро- и газообразные продукты, «питающие» пародымогазовую
150
Горение порохов
область, составляющую следующую зону горения Радикалы ные группировки, пары, газы, мелкодисперсные твердотельные3^ поненты (технологические, стабилизирующие, катализирующиеК°м' ингибирующие присадки), содержащиеся в жидковязком слое ПИЛИ пают в окислительно-восстановительные реакции, суммарный .-hq" термический эффект которых превышает количество тепла зат ченного на образование жидковязкой зоны и пародымогазовой обла ти, откуда продукты горения поступают в зону образования конеч ных продуктов, отвечающих условиям термодинамического равнове сия Схема горения типового нитроглицеринового пороха представ лена на рис 1 в трех вариантах- в условиях вакуума пороха без катализатора, в условиях вакуума при наличии в составе пороха катализатора горения и при повышенном относительно атмосферного давлении
ГП в глубоком вакууме устойчиво при условии предварительного прогрева порохового элемента до определенной, «критической» температуры Критическая температура для баллиститного пороха составляет ~ 130°С, для прессованных нитратов целлюлозы —65 —85° С Тепловой эффект газификации для нитроглицериновых и динитродиэтиленгликолевых порохов находится в пределах 40 — 65 ккал/кг, для коллоксилина и пироксилина —81 —94 ккал/кг.
При уменьшении вакуума беспламенное горение последовательно переходит от холоднопламенного (голубовато-зеленого цвета) к желтопламенному Одновременно снижается количество дыма При горении нет четкого раздела фаз Поэтому границы фаз на схеме горения обозначены пунктирными линиями Средняя температура представлена сложной кривой линией; многократно пересекающая ее пунктирная, зигзагообразная линия отражает ярко выраженные микро- и макрогетерогенные экзотермические и эндотермические процессы во всех зонах горения При изменении давления границы зон смещаются Чем выше давление, тем уже зоны и круче температурная линия Тепловой приток из пародымогазовой области интенсифицирует эффект газификации и скорость горения, так как меняется количество и глубина реакций на ранней стадии развития Аналогичное влияние оказывают катализаторы горения, ускоряя реакции на ран ней стадии их развития и снижая их зависимость от давления в двига теле В 40-е годы был фундаментально исследован процесс и меха низм действия катализаторов и ингибиторов, что запатентов «Научным открытием» С приоритетом 1949 г , в частности, уста лено их радикальное воздействие на конденсированную и пароль * газовую зоны
Горение порохов
151
Без катализаторов С катализаторами При повышенных давлениях
в вакууме в вакууме
Рис 1 Схемы горения БРТТ
152
Горение порохов
Горение порохов
153
Усилить действие катализаторов могут сажа и некоторые дп вещества Ингибиторы тормозят развитие реакций на ранней ста Ие и замедляют скорость горения Инертные соединения с высокой т пературой разложения не ускоряют и не тормозят горение, но мог стабилизировать горение, устраняя «прогары» на пороховых элемен тах. Металлическое горючее (алюминий и др ) и кристаллические окислители резко увеличивают гетерогенность реакций ранней ста дии развития, но не исключают образование жидковязкой реакцион ной зоны Углеродный каркас, образующийся на поверхности горения, препятствует агломерации и усиливает действие катализаторов удерживая их в жидковязком реакционном слое.
Ингибиторы горения могут не только тормозить горение, но и вызывать пульсирующее горение в двигателе Для стабильного горения медленногорящих порохов оптимальны соединения двойного действия, т е выступающие в жидковязком слое как ингибиторы, а в пародымогазовой области — как катализаторы горения
Закон горения порохов оказывает радикальное влияние на баллистическую эффективность выстрела Так для трехступенчатой баллистической ракеты с суммарной массой заряда » 40 т увеличение показателя v в уравнении горения щ Pv на +0,1 приведет к уменьше-
нию дальности полета на » 225 км, при снижении v на -0,1 дальность полета возрастет на » 300 км Закономерность взаимосвязи показателя v в уравнении скорости горения с эффективностью выстрела проявляется для ракет различных классов, артиллерийских систем и других видов огнестрельного оружия
На баллистическую эффективность влияют также другие характеристики порохов, например удельный импульс, плотность и др (См Термодинамическое проектирование ТРТ)
Познание основ механизма горения позволило создать ряд ракетных порохов с показателем v в законе горения в пределах 0,1 - 0,9
На рис 2 показаны графики изменения скорости горения в функции давления для группы порохов с большой и малой зависимостью скорости ГП от давления в РД.
В интервале давлений от 4 до 11 МПа скорость горения балли-ститного пороха с салицилатами свинца и меди практически не зави сит от давления в РД Свойство пороха обладать весьма малой зави симостью скорости горения от давления, а в пределе — независимо стью скорости горения от давления особенно ценно для маршев ДУ ракетных систем и ствольной артиллерии Если бы был созд катализатор горения, обеспечивающий завершение окислите но-восстановительных реакций в жидковязком реакционном слое,
16,
4 — без катализ.
6 8 10 12 р, МПа
Рис 2 Влияние катализаторов на зависимость и(р) баллистного пороха
удалось бы разработать порох со скоростью горения, не зависящей от давления в РД и артиллерийских системах.
Количественное влияние закона скорости горения на повышение или снижение давления в РД видно из рис 3
При v - 0,3 и изменении v па ±0,1 отклонение давления в Р Д лежит в пределах + 1 % При v = 0,7 и аналогичном изменении v отклонение Давления увеличивается до + 14-8% Это имеет принципиальное
значение для работы РД и его конструктивного совершенства
Рис.4 показывает влияние закона ГП на устойчивость и безопасность работы РД.
Так,2если площадь критического сечения сопла S изменится с 80 40 см , то при v = 0,1 давление в РД изменится не более чем в 1,5
= 0>9и изменении 5 в 1,3 раза давление в РД возрастет в 20 лее раз. Отмеченная закономерность подлежит неукоснительно-там^Р^р' ПРИ пРоектиРОвании и создании РД и PC. Ко всем элемен-пп и условиям его работы должны предъявляться жесткие, Генные требования
154____________________________Горение порохов
Горение порохов 155
давления (отклонение скорости горения и температуры заряда At— случайные факторы)
Газообразующие и внутрибаллистические параметры РДТТ зависят также от поверхности горения заряда, его геометрической фор' мы, толщины горящего свода и плотности пороха Геометрические формы зарядов представлены на рис 5
Уникальность физико-химических свойств порохов позволяет создавать заряды сложных геометрических форм, использовать пороха и СРТТ как конструкционный и теплозащитный матер и" л Это недоступно для всех других видов энергетических систем
Продукты ГП и СРТТ содержат в своем составе СО, Н2 и ДР К°М поненты, имеющие высокую температуру и способные при смешен
с кислородом воздуха догорать и взрываться Световой эффект взрыва действует ослепляюще, а «выгорание» кислорода в зоне работы авиационных двигателей может приводить к падению самолетов Уровень познания механизма горения и взрыва, состава продуктов ГП, СРТТ и мирных ВВ позволяет предупреждать и не допускать эти явления.
На рис.6 показан факел пламени при работе Р Д с зарядами из пламенного и беспламенного порохов. Эффект гашения пламени Достигается введением в композицию пороха пламегасящих соединений, преимущественно солей калия, цезия и др , способных ния)30ВЫВаТЬ низкотемпеРатУРнУю плазмУ (фактор пламегаше-та Основные положения изложенного механизма ГП были разрабо-ы На основе исследований и многократной проверки механизма
156 Горение порохов
О
Рис 5 Некоторые формы пороховых элементов цилиндрическая бронированная {а), овальная (6) со звездообразным каналом (в); тонкосводная многолучевая (г), многоканальная^), с зигами (е)
Рис 6 Факел пламени при работе РД заряд из обычного БРП(а), заряд из беспламенного БРП (б)
157
горения нитроглицериновых, динитродиэтиленгликолевых, пироксилиновых и черных порохов, т е родоначальников смесевых твердых топлив Механизм ГП проверен также на прессованных образцах нитратов целлюлозы, на тротиле, гексогене и октогене
В конце сороковых и начале пятидесятых годов был снят фильм процесса горения перечисленных выше порохов и ВВ, иллюстрирующий стадии горения, представленные на рис 1
Локальные микропроцессы горения, обусловленные свойствами исходных компонентов топлива, объясняют повышенный эффект эрозии стволов при стрельбе нитроглицериновыми порохами по сравнению с пироксилиновыми при равной калорийности.
Механизм горения позволяет также создавать ракетные твердотопливные двигатели с многократным включением и выключением, что было подтверждено экспериментально огневыми стендовыми испытаниями
Механизм горения показывает также, что при повышенных значениях показателя степени v будет возрастать и зависимость скорости горения порохового заряда от его начальной температуры
Исследования механизма катализа, механизма ингибирования и стабилизации горения ПЗ и ВВ сохраняют свою актуальность особенно для новых составов порохов, СРТТ и плазменных композиций, позволяющих осуществлять прямое преобразование энергии пороха в электрическую, что представляет особый интерес для прогноза и борьбы с разрушительными землетрясениями, исследования строения земной коры и для других актуальных проблем
Таблица 1
Основные эмпирические зависимости скорости горения U (Р) для ТРТ
«1 pv щ + и2 pV р < 500 кГс / см2 Вьель (1890-91 г ) Андреев (1957 г)
ар Х + Вр2^ Саммерфилд (1963 г )
для ТРТ с малой зависи-мостью и(р) 0 < р < 2000 Победоносцев (1970 г )
“1, и2, а, В - аппроксимационные параметры, зависящие от природы твердых топлив_____________________________________________
158
Горение порохов
“<г) ДЛЯ Трт
«о expP(r - TN) Р темп чувствит , % р=-— — 100% Зельдович, Лейпунский (1953 г )
Во В0-(Г-Гу) “° Во - термохим константа, Во = — Максимчук (1960 г )
цо<7Ь - Ту) То-Т Тп = Во + Гу Гу -номин температура Соркин (1967 г )
“(Р) для АП
щр р > 500 кГс / см2 Себер, Гюгоньо (1882 г )
щ + и2р Вуколов (1891-97 г )
Таблица 2
Расчетные формулы для определения коэффициентов в законе скорости горения вида: (7 = (70 eD енест е6 ел
ев (поток обдуваю- l + Kv(V- Гпоп) Уимпресс
1 + 8(ти - тпор ), m = т— относит массовая скорость потока 8 — коэффициент Грин (1954 г )
1 + KU — JПОр ), J * ^турб сопр — коэффициент сопротивления потока с учетом турбул Вилюнов (1960 г )
(скорость изменения давления) 1 + Хт 2[v f^p)-^- CiYi« L ‘s OP \P ot Ts — температура поверхности ТРТ Ip, Ci~теплопроводность и теплоемкость ТРТ Соркин (1967 г )
еу (перегрузки) А М* ,N=~ 9 А, р опытные коэффициенты Молчанов (1970 г)
eg (де-формац ТРТ) 1+П 8"раст т|, п — опытные коэффициенты Белецкии (1964 г) _____ ——'
ел (излу-чение по- . _ 7о Jo р ?r2] Р Y Т«ст 2 (у тист)2 [и ЗГ02 J ;0 - тепловой поток, Р - темпер чувствительность Зельдович (1975 г )
Горение прогрессивное
159
„Лпяков Л Е Внутренняя баллистика ствольпых систем и пороховых ра-ОГИЗ, 1962, Андреев К К. Термическое разложение и горение взрывчатых кет "14 __ до 1957, Саммерфильд М. Исследование ракетных двигателей на твердом Bei№cTB ' . М 1963; Победоносцев IO А Отчет —1970, Зельдович Я Б., Лейпунский тоПЛИ®^орИЯ нестационарного горения пороха — М Наука, 1975, Максимчук М Ф О " начальной температуры порохового заряда на баллистические характеристи-ВлиЯИ вых реактивных двигателей. Дис канд техн наук / РАН — И 1960, Сор 1СИ рЕ Газотермодинамика ракетных двигателей на твердом топливе — М Наука, KW'' Хчков Б П Дис дра техп- паУк / РАН — М 1951, Жуков Б П Диплом о на 196/’ о/крытии №006 с приоритетом от 16 06.1949 Ком СССР по делам изобр и отк Г«°й Жуков Б П Мирный порох на службу народному хозяйству // Ж ВХО им гГИ Менделеева — 1991 —Жуков Б П Актуальные проблемы в области энергетичес * „лптенсированных систем // Сб трудов Первой конференции в России -М Издат Центр ГКВО РФ, 1996
Б П Жуков, В Б Жуков
Горение прогрессивное — режим горения пороха в ствольной (или ракетной) системе, при котором в каждый последующий момент времени сгорает пороха больше, чем в предыдущий При ГП интенсивность газообразования Г = (1 /Р) dT / d£ (Р —давление, ф—относительная доля сгоревшего пороха, t— время) возрастает по мере сгорания пороха Зависимости получают путем обработки экспериментальной кривой давление-время при выстреле В качестве характеристик ГП принимают отношение максимального значения интенсивности газообразования к его минимальному значению, а также значения относительной доли пороха и времени, соответствующие достижению максимальной интенсивности газообразования Основ-
ными направлениями повышения прогрессивности горения являются применение многоканальных зерен, флегматизация и бронирование поверхности порохового зерна, использование высокоплотпых зарядов конвективного горения. Повышение прогрессивности горения пороха позволяет увеличить массу заряда, плотность заряжания и, следовательно, начальную скорость метания при сохранении неизменными параметров ствольной системы и уровня максимального Давления Во внутренней баллистике существует понятие об идеально-прогрессивной кривой давления, когда максимальное давление при выстреле поддерживается постоянным вплоть до полного сгорания пороха Для получения такой платообразной кривой давления необходимо, чтобы интенсивность газообразования изменялась про-П0РИиоиально скорости снаряда.
дав 11ороха разной прогрессивности при заданном максимальном заояеНИИ сРавнива10Т ие ПРИ одной, а при наивыгоднейшей плотности а ания, которая тем больше, чем выше прогрессивность горения
Кет Е Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ра
и Оборонгиз, 1962
А А Сулимов
160
Горение пульсирующее
Горение пульсирующее (горение прерывистое) — одна из разновидностей неустойчивого автоколебательного Го ния конденсированных веществ В зарубежной литературе этот жим горения характеризуется как «chuffing» («чихание» или «mter mittent burning» (прерывистое горение). Может наблюдаться как при разрежении, атмосферных условиях, так и при повышенном дав лепии —при горении твердого топлива, помещенного в полузамкну тый объем, а также при отрицательных и положительных температурах, обдуве и вращении Как правило, этот режим горения характе
ризуется периодическими довольно регулярными пригасаниями горения, за которыми следуют очередные вспышки с частотой от долей Гц до нескольких Гц. Впервые этот режим горения был исследован Я.Б Зельдовичем (1942). При пульсирующем горении многих кон-
денсированных веществ пламя исчезает полностью, и температура над поверхностью горения оказывается ниже температуры поверхности топлива При атмосферных условиях в пульсирующем режиме могут сгорать двойные смеси (неорганический окислитель —металлическое или органическое горючее) в определенном интервале соотношений между компонентами, имеющими определенную дисперсность При горении в полузамкнутом объеме низкочастотные пульсации давления сопровождаются обильным дымообразованием и генерированием характерных акустических колебаний Такой режим, как правило, наблюдается в камерах сгорания небольших размеров, в условиях низких давлений при быстрой эвакуации продуктов сгорания и при низких температурах окружающей среды В этой ситуации главным является взаимодействие двух объектов — полости камеры сгорания и поверхности горящего топлива, представляющей собой колебательную систему с бесконечным числом степеней свободы (в каждой точке поверхности твердого топлива скорость горения и температура испытывают колебания). Давление в полузамкнутом объеме между циклами горения обычно снижается до значений, близких к давлению окружающей среды, и иногда наблюдается «свистящее» горение, характеризующееся неполным сгоранием топлива Во время очередно вспышки топлива сила излучения в несколько раз выше, чем при сгора пии в равномерном режиме; при этом наблюдается подъем давления, Q щественпо превышающий нормальный уровень. В отдельных случ при повышении давления, при котором проводится сжигание о р ца, одна вспышка накладывается на другую, и горение уже восприниматься как равномерное Имеется достаточно много к венных объяснений описываемого явления. В ракетных двИГаТвоГ0 такое явление объясняется воспламенением погасшего порохо
,яОяда из-за разогрева его пог тихся горячих продуктах crop ов конструкции камеры В ра Т гппения пороха повторное
Горение резонансное 161
1ерхности теплом, запасенным в остав->ания, и излучением от горячих элемен-1мках одномерной нестационарной тео-воспламенение объясняется конкурен-
цией ДВУХ процессов —тепловыделения в реакционном слое к~фазы и теплоотвода вглубь пороха. ГП объясняется также неодновременным выгоранием компонентов твердого топлива и может быть связано с очагово-пульсирующим горением конденсированных веществ Зельдович Я Б К теории горения порохов и взрывчатых веществ // Жури, эксп и теорет физики —1942 —Т 12 —Вып 11 — 12 — С 498 — 524, Мадякин Ф П Закопо мерности пульсирующего горения гетерогенных систем / Труды 21 Международного Пиротехнического Семинара Москва, 11 —15 сентября 1995г -С.557-575, Deluca, £ Price Е W and Summerfield М / Co-Editors, Nonsteady Burning and Combustion Stability ot Solid Propellants // AIAA Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol.143. AIAA, Washington, LC, USA, 1992 —875 p , Маршаков В H Анализ повторного воспламенения пороха после спада давления с позиций очагово пульсирующе го механизма горения / Физика горения и взрыва —1991 -Т27 -№1 —С 12—18
А II Лукин
Горение резонансное. Резонансным (нестабильным, вибрационным) горением твердого топлива в ракетном двигателе или другом устройстве принято называть такое горение, когда в камере сгорания развиваются высокочастотные регулярные колебания давления, приводящие обычно к искажению расчетной кривой давление-время и различного рода нарушениям внутрикамерного процесса- к снижению удельного импульса топлива, резкому усилению (вплоть до разрушения двигателя) или ослаблению (вплоть до затухания топливного заряда) внутрикамерного процесса, повышенному разгару теплоизоляции камеры и соплового вкладыша двигателя, а также к интенсивным вибрациям стенок камеры сгорания, в результате которых может выходить из строя система управления или демонтироваться боевая часть ракеты на траектории (см также Горение автоколебательное)
ГР проявляется, в основном, на зарядах, имеющих внутренний канал При этом высокочастотные колебания давления, как правило, д°°ТветствУ10т тангенциальным или продольным акустическим мо-ных С°вРеменпые способы устранения ГР базируются па двух основ-ваи П°Дходах’ предусматривающих оптимизацию рецептуры топли-лви ЛИ Использование для гашения колебаний элементов конструкции Игатедя и топливного заряда.
II М Пивкин
Горения геометрический закон
163
162__________________ Горение стационарное_____________
Горение СТацИОНЭрнов-горение, распространяющеесяепостоянной скоростью с неизменным профилем температуры и концент. раций Этот профиль называют волной горения ГС является преДе. льным случаем нестационарного горения и устанавливается при дЛи. тельном поддержании постоянными внешних условий (давление и ДР )
ГС является фундаментальным понятием для теории горения При медленном (по сравнению с характерным временем ГС-временем сгорания прогретого слоя) изменении давления происходит ква-зистационарное горение, т.е. горение, близкое к стационарному при каждом значении давления При квазистационарном горении зоны горения успевают перестроиться в новых условиях, приближаясь к состоянию в ГС
А М Марголин
Горение эрозионное —процесс ускорения или замедления горения твердого топлива под воздействием протекающих над поверхностью горения газообразных веществ.
Непосредственной причиной как ускорения, так и замедления процесса выгорания твердого топлива является тепловой поток, поступающий из газовой фазы в конденсированную.
Если под воздействием внешних факторов градиент температуры на границе «продукты сгорания — конденсированная фаза» растет -скорость горения увеличивается; если уменьшается - уменьшается и величина скорости горения.
А М Липанов
Горения В детонацию переход-процесс, в ходе которого происходит смена одного устойчивого режима распространения химического превращения (нормального послойного горения) другим (детонацией), отличающимся гораздо более высокими скоростью и давлением. ПГД осуществляется через ряд промежуточных стадии обычно выделяют конвективное горение (в случае жидких ВВ-туР булентное горение) и низкоскоростную детонацию, которые последу вательпо сменяют друг друга, обеспечивая формирование УдарН° волны, способной инициировать и поддерживать развитие экзоТва мической реакции Стадии различаются механизмами иницииро ния химической реакции и переноса энергии в волне горения от дуктов горения к исходному материалу, а также уровнями сК°Р распространения и давления Лишь немногие энергетические МльнЫй алы, относящиеся к инициирующим ВВ, дают самопроизво ПГД при зажигании открытого заряда на атмосфере
авляюпдего большинства материалов ПГД реализуется лишь при "аличии оболочек или других условий, ограничивающих свободный Путок продуктов горения и поддерживающих рост давления в исходном очаге горения Склонность материалов к ПГД существенным об-азом зависит, помимо природы материала, от разнообразных факторов, включая дисперсность материала, его пористость, влажность и Р д Важную роль играет масса материала, вовлеченного в аварийное горение' увеличение этой массы повышает опасность ПГД Количественной характеристикой склонности материалов к ПГД является длина преддетонационного участка, то есть расстояние от точки поджигания до места возникновения детонации Чем меньше эта величина, тем легче горение переходит в детонацию. Для измерения длины преддетонационного участка разработаны несколько методов, которые различаются, в основном, размерами оболочки, в которую помещают исследуемый материал Типичные значения длины преддетонационного участка для зарядов с плотностью, близкой к насыпной, составляют порядка 1 см для мощных вторичных ВВ типа тэна и гексогена и порядка 1 м —для промышленных ВВ
Беляев А Ф , Боболев В К , Коротков А И., Сулимов А А , Чуйко С В. Переход горения конденсированных систем во взрыв — М Наука, 1973
Б С Ермолаев
Горения геометрический закон-это гипотеза, предполагающая, что топливо, в частности пороховой заряд, одновременно воспламеняется по всей поверхности и каждое отдельное зерно этого заряда горит параллельными слоями Пороховые зерна, составляющие заряд, имеют строго одни и те же размеры и правильную форму, ограниченную либо пересекающимися под прямыми углами параллельными плоскостями, либо поверхностями вращения, оси которых или совпадают, или расположены параллельно друг другу. ГЗГ позволяет установить связь между сгоревшей к данному моменту времени относительной толщиной пороха г = е / (е—толщина сгорев-
егослоя порохового зерна, —начальная толщина порохового зер-хов' СГоревшея частью зерна щ = А / Aj (Aj — начальный объем поро-в °Г0 Зерна’ л~ объем сгоревшей части зерна) и относительной по-ЩадьН°СТЬЮ пороха в тот же момент ст = 5 / (^ - начальная пло-
ФопмЛ°Ве^Х110СТИ зеРна> площадь поверхности горящего зерна) Напри ЛЫ’ ПреДставлЯ1°Щие этот закон, могут иметь различный вид м°сть ^Р’для Реа1<тивного двигателя удобно использовать зависи-эФфици'' ж еХр(- mt / где ''l “Время сгорания заряда, т — кола п еНТ Ф°РМЫ (т = 3—для шара). Более общей является форму-
едложенная М Е Серебряковым щ = х • г(1 + кг + цг 2 ), где х, X,
Горения закон
1—коэффициенты формы зерна. Любая форма порохового зерна монет быть описана этой формулой, причем каждой форме будут соот-зетствовать определенные значения коэффициентов, величины которых вычисляются в зависимости от соотношения размеров зерна На-гример, для шара х = 3,X = -1, ц = 0,33, для длинной трубки конкретных размеров х = 1,056, Х=-0,05, ц= 0,001, для чечевицеобразного зерна конкретных размеров х = 1,24, X = - 0,448, ц = 0,12 т д Причем следует отметить, что коэффициент X указывает на геометрическую прогрессивность горения зерна' если X < 0, то такая форма называется дегрессивной, т е площадь поверхности горения уменьшается по ере выгорания зерна; если X > 0, то такая форма называется прогрессивной, т.е площадь поверхности горения увеличивается
Серебряков М Е Внутренняя баллистика — М Оборонгиз, 1949, Орлов Б В , Ма-зинг Г Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе — М Машиностроение, 1968
С В Дудин
Горения закон (или закон скорости горения)
— термин, выражающий зависимость скорости горения вещества или композиции (порох, ТРТ и др ) как функцию условий горения' внешнего давления или начальной температуры.
В наиболее простой форме зависимость скорости горения от давления записывается в виде степенной функции' u = bPv, где и—линейная скорость горения, bи V— постоянные коэффициенты, Р—давление Эта формула впервые была предложена Вьелем в конце прошлого столетия
В лабораторных условиях ЗГ конденсированных систем получают, измеряя скорость горения прессованных или полимеризованных столбиков материала в бомбе постоянного давления или объема. Экспериментальные данные спрямляют в логарифмических координатах lg u—1g р и рассчитывают коэффициенты b и v
Коэффициент V, называемый в отечественных исследованиях показателем в ЗГ, а в зарубежной литературе — коэффициентом давления, является важной баллистической характеристикой.
Иногда, в частности для труднолетучих веществ, используют формулы: u = a +bPv или и = а +ЬР Во многих случаях на кривой и(Р)имеется несколько участков, каждый из которых характеризуется соответствующими коэффициентами
Показатель в ЗГ связан с механизмом горения и, соответственно, с химическими и физическими характеристиками вещества В классической теории горения Я Б Зельдовича скорость горения газа или
Горения закон 165
легколетучего вещества пропорциональна скорости химической реакции при температуре, близкой к максимальной’
U = [Pnk0 ехр(-Е/7?Гг)]0'5,
где п, ko, Е— порядок, предэкспонент и энергия активации реакции, соответственно Отсюда v = п / 2 ( v = 0,5—для реакции первого порядка, v = 1— для реакции второго порядка) Однако найдется немного примеров, в которых горение вещества подчинялось бы такому простому соотношению
Еще более сложные закономерности в зависимости ы(р) возникают при горении конденсированных веществ и сложных систем (порохов, ТРТ и др ), для которых v может зависеть сложным образом как от внешних условий сгорания, так и от кинетических и термодинамических параметров, дисперсности и соотношения компонентов и других физико-химических характеристик
Поэтому целесообразно выражать степень зависимости скорости горения от давления в любой точке кривой ы(р) как’
v = 51п/ 51nP = Р • dU / UdP = Р А17 / U ДР
Это выражение дает для частного случая степенной функции постоянство величины v в определенном интервале давлений
Для обработки сложной зависимости w(p) удобным является метод построения кривой, сглаживающей экспериментальные точки, например, с помощью кубического сплайна, и последующего расчета v в каком угодно узком интервале давлений Этот метод дает более объективную картину изменения v в широкой области давлений, что важно для практики, и дополнительную информацию о механизме горения.
Наиболее важными факторами, определяющими сложный ЗГ, являются следующие’ кинетика реакций, фазовые переходы вещества, тепло- и массообмен в смесевых системах, зависящий от размера частиц и соотношения компонентов, неустойчивость горения (гидродинамическая, газодинамическая, тепловая) и вызванная ею сильная чувствительность скорости горения к теплопотерям и добавкам
В результате влияния этих факторов ЗГ взрывчатых веществ, порохов, твердых ракетных топлив, пиротехнических составов может выражаться сложной функциональной зависимостью Наиболее частым случаем является монотонный рост скорости горения с меняющимся показателем v при увеличении давления; для многих ВВ наблюдается падение скорости или ее неизменяемость (плато на кривой) в ограниченном интервале давлений.
Горения закон
Горения закон
167
Например, это характерно для ПХА целого ряда органическ перхлоратов, аммоний динитрамида, солей взрывчатых кислот (П1} Х раты, стифнаты калия и свинца) и многих комплексных ВВ К
Давление оказывает влияние не только на скорость горения, но на состав образующихся газов и, следовательно, на температуру Горе ния При относительно низком давлении (до 2 — 5 МПа в зависимости от типа ВВ или пороха) скорость газовых реакций относительно мала, и образующиеся в процессе горения промежуточные продуКты не успевают прореагировать между собой, в результате чего происходит неполное выделение энергии. В этом случае говорят о неполноте горения или о неполном горении В частности, для нитроэфиров, нитросоединений и БП значительная часть азота выделяется в виде оксида (при термодинамическом равновесии весь азот должен быть в элементарном виде)
Начиная с некоторого давления (при постоянных температуре заряда и условиях теплопотерь), достигаются полнота горения и мак-
симальная температура газов, соответствующая термодинамическому равновесию Это давление называется минимальным (Ртш ) Оно зависит от природы вещества и начальной температуры заряда Например, для БП без катализаторов горения Ртш составляет 4 — 6 МПа, а для СТТ на основе ПХА — 1 —3 МПа Совершенно очевидно, что рабочее давление в двигателе при горении ракетного топлива должно быть более Рт1П
Зависимость скорости горения от начальной температуры выражают эмпирическим соотношением вида- и = (А - ВТ0 ) , где А и
В —коэффициенты, То —начальная температура
Температурный коэффициент скорости горения Р по аналогии с коэффициентом давления определяется как:
p = dlnU/дТ0 =AU/UAT0
Для большинства газовых и конденсированных систем величина Р находится в диапазоне (1 — 10) • 10~3 К-1
В теории горения Я.Б.Зельдовича Р = Е / 2RT? , однако для 6о лыпинства конденсированных систем температурный коэффициент, так же как и показатель v, является сложной функцией внутренних
внешних параметров ной
Кроме того, температурную зависимость оценивают величи /Ст, равной отношению скорости горения при различных темпера^ pax (Tj и Т2 ) при постоянном давлении Кт = ыТ2 / ыТ), а также в чиной
U 2^2 ~ ^1^1
Bi =
Зависимости скорости горения от давления и начальной температуры для порохов и ТРТ имеют чрезвычайно важное практическое значение
Для пироксилиновых и баллиститных порохов при давлении выше 50 МПа скорость горения в большинстве случаев прямо пропорциональна давлению и выражается формулой-
где щ - коэффициент скорости горения, зависящий от состава пороха Для однотипных порохов он коррелируется с теплотой горения qx Величина щ для БП на основе НГЦ лежит в пределах 0,4 — 1,2 мм/(с МПа), а для ПП —0,55 —0,8 мм/(с • МПа). Следовательно, например, при давлении 300 МПа скорость горения порохов составляет несколько сотен миллиметров в секунду
В интервале умеренно-повышенных давлений (2 — 20 МПа) зависимость ы(р) выражена в меньшей степени:
и = BPV, где v < 1.
В области давлений 2—15 МПа, характерных для ракетных двигателей, зависимость скорости горения от давления для БП (без катализаторов) больше, чем для СТТ на основе ПХА Так, значение v для СТТ составляет 0,2-0,5, а для БП-0,6 —0,8.
Для уменьшения зависимости ы(р) в БП вводят катализаторы горения (соединения свинца, меди и др.), которые уменьшают значения v в некотором диапазоне давления вплоть до нуля и далее могут приводить к падению скорости с ростом давления, т е. к отрицательной величине v
Темпы роста скорости горения при изменении То для разных порохов, ВВ и др различны и зависят от их состава, интервала давления и температуры, при которых происходит горение. Например, температурный коэффициет для порохов и ТРТ в практически важном диапазоне температуры (223 — 323 К) при давлении выше 3 МПа, тем Правило’ являстся постоянным С увеличением давления влияние Ньп ераТУРЫ На СКОРОСТЬ горения уменьшается, т е величина р уме-
д ^алРимер, ДЛЯ баллиститных порохов без катализаторов при ИзмЛеНИИ МПа значение р составляет (5 —7) -10-3 К-1 (т.е. при Мп”?™ ^0 на 1 К скорость изменяется на 0,5 —0,7%, при 6—10 а ₽ = (3 — 4) Ю~3 К-1, а при 200 МПа-(2-2,5) 10’3 7Г1
Горения закон
169
168______________________Горения закон__________
Пироксилиновые пороха в области высокого (200 — 400 МПа) да ния обладают меньшей (в 1,3—1,5 раза) зависимостью u(Tq) баллиститные Это во многом связано с особенностями структЧеМ ПП, обладающих различной пористостью '
Смесевые топлива па основе ПХА имеют прибллзительно в i < раза меньший температурный коэффициент, чем БП, не содержаП([’е катализаторов. е
Для уменьшения температурной зависимости скорости горения порохов и СТТ в области умеренно-повышенного давления в их со став вводят катализаторы горения, которые могут снижать значение R в 2 — 3 раза
В артиллерийских системах при высокой зависимости скорости горения пороха от давления наблюдается значительная дегрессив-ность горения заряда, что приводит к большой величине отношения максимального давления к среднему В случае высокой зависимости u(Tq ) наблюдается различие максимальных давлений при стрельбе в летнее и зимнее время, а следовательно, и дульных скоростей полета снаряда Уд Это приводит к неоднообразию выстрела и требует значительного увеличения толщины стенок ствола
Зависимость баллистических характеристик артиллерийского выстрела (Уд и Рт) от начальной температуры определяется тем вкладом, который вносит в эти параметры величина скорости горения, зависящая от Tq При увеличении Tq указанные параметры возрастают, в результате чего увеличиваются максимальное давление в стволе и дульная скорость снаряда
В большинстве случаев при изменении Tq от 223 до 323 К максимальное давление изменяется на 20 — 25% в случае использования ПП и на 35 — 40% при использовании БП, а Пд —на 10 и 15%, соответственно Поэтому для обеспечения единообразия выстрела в летнее и зимнее время необходимо иметь пороха, скорость горения которых не зависела бы от Уф
Особенно большое значение зависимости u(p, Tq) имеют при использовании пороха в ракетном двигателе
Двигатель работает устойчиво при некотором равновесном Дап лении ^равн , когда количество образующихся газов (<ft ) равно коли честву газов, вытекающих из сопла (</2 т е 9\ ~ 92 с0.
Количество газов (<71), образующихся в единицу времени, ставляет gx = UM S, где UM — массовая скорость горения (См ~ А—площадь поверхности горения Линейная скорость горения сит от давления и То
Газорасход (<7г) равен' <?2 = А^ор, где А\ —коэффициент расхода о—минимальное (критическое) сечение сопла; ^—давление в камере
При <71 = 92 устанавливается равновесное давление'
_ f bpS I1" v
рравн =|_A1o(A - BT0)J
Из этой формулы видно, что зависимость равновесного давления от параметров заряжания двигателя и Tq определяется величиной v. Если v S1, то устойчивое равновесие между газоприходом и газорас-ходом невозможно. При v < 1 это равновесие устойчиво, но будет меряться при изменении Тq , поверхности горения (например, при случайном ее изменении из-за небольших трещин, пор, отслоения бронировки и т д ). При этом чем ближе v к единице, тем сильнее изменяется равновесное давление при колебании указанных параметров, что приводит к неоднообразию работы двигателя (изменяется дальность полета, уменьшается точность стрельбы) и к необходимости создания камеры двигателя с большим запасом прочности, т е. с большой пассивной массой Все это в целом значительно снижает тактико-технические характеристики двигателя.
Так, если v = 0,8, то значение показателя %_v = 5; при v = 0,5 это значение равно 2, при таких значениях указанного показателя изменение скорости горения всего в 1,3 раза (например, при изменении Tq на 80. 100 К) приводит к изменению равновесного давления в 3,71 и 1,69 раза соответственно. В связи с этим чрезвычайно важно иметь ТРТ, у которых скорость горения не зависит от давления, те v = 0 в диапазоне давлений работы РДТТ. В этом случае Рравн изменяется при изменении параметров заряжания в первой степени (в указанном выше примере в 1,3 раза)
В еще меньшей степени будет колебаться Рравн , если скорость горения снижается с ростом давления, т е. V—отрицательная величина, тогда значение %_ v— меньше единицы Совершенно очевидно, что,чем меньше скорость горения будет зависеть от Tq , тем в мень-Шей степени будет меняться равновесное давление при различных значениях v Влияние v на характеристики ракетных систем очень существенно
Так для стратегических ракет, эксплуатируемых в узком п апаз°не температур (АТ около ЗОК), уменьшение v с 0,5 до 0,35 °Дит к увеличению дальности полета на 230 км
170______________________Горения катализаторы__________
Андреев К.К. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ М и 1966 — 346 с ; Андреев К К., Беляев А. Ф. Теория взрывчатых веществ — м Ол ^Ка‘ гиз, 1960 — 596 с , Бахман Н.Н , Беляев А.Ф Горение гетерогенных конденси Р°н ных систем -М Наука, 1967 —226 с.; Мане лис Г.Б , Назин ГМ, Рубцов /Г)Па" Струнин В.А. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ и ° ’ хов -М Наука, 1996 -223 с ПоР°
АП Денисюк, В А Стру,шн
Горения катализаторы —это добавки, вводимые в состав по рохов и ТРТ с целью увеличения скорости горения U и регулирова ния (обычно уменьшения) величин v=dlnw/dln^B законе горе ния (U = BPV) и температурного коэффициента p=dlnw/dT КСГ, как правило, лишь снижают энергетику топлива, и их действие на величину U связано с увеличением скорости химических реакций в зоне горения.
В качестве катализаторов скорости горения (КСГ) чаще всего используют соединения таких металлов как РЬ и Си для баллиститных составов и Fe для смесевых составов на основе ПХА. Реальный каталитический эффект, по-видимому, оказывают окислы названных металлов, введенные в состав или образующиеся в зоне горения в результате разложения исходных КСГ (например, металлоорганических соединений). Закономерности действия КСГ сильно отличаются от таковых для катализаторов, применяемых в химических промышленных технологиях (КХТ). КСГ обычно изменяют величину U не более чем в несколько раз, а КХТ изменяют скорость химических реакций на многие порядки величин. Увеличение удельной поверхности 5уд порошкообразных КСГ, как правило, ведет к росту U лишь в области малых значений 5уд , а при дальнейшем увеличении 5уд величина U остается постоянной или даже снижается. Напротив, эффективность КХТ растет пропорционально росту 5уд . Эти и другие особенности КСГ связаны с тем, что их действие протекает в зоне горения при высоких температурах и малых временах пребывания в этой зоне (а следовательно, при наличии сильной конкуренции со стороны пекатали-тических реакций). В рамках теоретической модели (НН Бахман и др.), учитывающей указанную конкуренцию, получены выражения для эффективности КСГZ = UK / Uq, а также величин v и Р (вчастности, рк = Ро / Z2, где(7о и р0 относятся к исходному некатализи рованному составу, aUK и Рк—к составу с катализатором) Данная теоретическая модель и анализ экспериментальных данных показы вают, что при прочих равных условиях эффективность КСГ пада по мере увеличения U0. При накоплении катализатора в зоне горе его эффективность возрастает.
__________Горения катализаторы_________________171
Влияние катализаторов на горение баллиститных РТТ
Скорость горения баллиститных порохов значительно зависит от ия и начальной температуры заряда Это делало проблематич-дав испоЛЬзование их в качестве ракетных твердых топлив В 40-х нь1!\ п СССР К К Андреевым, Б П Жуковым и др был найден спо-гОДЯХ в об улучшения баллистических характеристик имевшихся тогда С пнекалорийных (0ж около 3600 кДж/кг) порохов, который заключается в добавлении в их состав свинецсодержащих добавок (ка-ализаторов горения) С тех пор в порохах используются различные индивидуальные и комбинированные катализаторы, в основном, на основе соединений свинца. По существу в каждый состав РТТ балли-ститного типа вводятся катализаторы горения для улучшения их баллистических характеристик.
Наиболее эффективным комбинированным катализатором горения порохов средней и высокой энергетики является свин-цово-медный Влияние катализаторов на горение порохов заключается в следующем
— в увеличении скорости горения и снижении зависимости ее от давления в
некотором его интервале Последнее происходит потому, что эффективность действия (Z) катализаторов сильно уменьшается с ростом давления;
- в снижении температурной зависимости скорости горения в некотором интервале давления:
~ в снижении минимального давления, при котором полностью выделяется энергия пороха
Влияние катализаторов значительно зависит от состава пороха и Давления, при котором происходит горение Катализ происходит то-0 в определенных условиях — когда на поверхности горения обра-т тся сажисть™ каркас На этом каркасе накапливаются частицы ка-атора без их агломерации, в результате увеличивается эффек-hCXq ПлоШаДЬ поверхности частиц катализатора, на которых про-ЛИт интенсивное тепловыделение, приводящее к росту скорости
172____________________Горения катализаторы_________
горения. Например, в случае, когда эффективность действия кат затора высока (значение Z превышает 2), содержание катализатЛИ на поверхности горения увеличивается в десятки раз и дости°РЭ 60-70%. Гает
Этот каркас формируется из НЦ особенно интенсивно, если в ставе пороха содержится достаточно большое количество дополнит льных пластификаторов —ДНТ, ДБФ, ТАЦ и др. Поэтому каталИза торы эффективно влияют на скорость горения порохов, имеющих среднюю теплоту горения, и практически не действуют на горение высокоэнергетических составов, в которых содержание дополнительных пластификаторов незначительно или они отсутствуют Для катализа горения таких порохов предложено использовать катализаторы в сочетании с сажей, которая совместно с продуктами пиролиза НЦ на поверхности горения образует каркас
Особое значение для катализа в этом случае имеет соотношение количества катализатора и сажи.
Образование каркаса, его структура, а следовательно, и его способность удерживать частицы катализатора зависят от состава пороха и от давления, при котором происходит горение Поэтому эффективность действия (Z) катализатора также зависит от давления- с его ростом возможность формирования и существования каркаса, как правило, уменьшается за счет интенсификации его сгорания и уноса газовым потоком. Поэтому катализ ослабляется — Z падает, что приводит к уменьшению зависимости и(р), при этом значение v может быть равным нулю и даже иметь отрицательное значение (рис 1) С увеличением количества сажи область давления, в которой эффективно действует катализатор, расширяется в сторону большего ее значения, и «площадка» (плато) па кривой м(р) передвигается в диапазон повышенного давления (рис.2).
Катализ горения СТТ на основе ПХА
Увеличение скорости горения СТТ при введении катализаторов происходит в результате изменения кинетики разложения окислителя и связующего, а также ускорения взаимодействия продуктов их разложения в к-фазе и в газовой зоне, примыкающей к поверхности горения. Существуют различные способы введения КСГ в состав СТТ:
— в связующее топливной массы;
— непосредственно в гранулу окислителя путем их сокристал зации:
— нанесение пленки катализатора на гранулы окислителя
_________Горения катализаторы____________________173
----------- ’ ’ ’ ~
Эффективность действия добавок зависит от состава топлив (со-тношения компонентов, дисперсности окислителя, природы связующего), температуры заряда и давления, при котором происходит го-РеНИДействие КСГ возрастает при увеличении дисперсности окислителя Это связано с тем, что при увеличении дисперсности окислителя повышается роль кинетических факторов, на которые воздействуют КСГ
Влияние катализатора возрастает с увеличением его удельной
поверхности.
К случае СТТ (в отличие от баллиститпых составов) КСГ, как правило, лишь увеличивают скорость горения, слабо изменяя ее зависимость от давления.
Порошкообразные катализаторы. Наибольшей активностью обладают соединения на основе переходных металлов (Fe, Си и др ). Эффективность их действия быстро возрастает с увеличением концентрации в составе топлива приблизительно до 1—2%, когда скорость горения увеличивается на 30 — 70%. Дальнейшее повышение содержания добавки слабо отражается на ее влиянии. Это, вероятно, связано с накоплением частиц катализатора на поверхности горения, которое слабо зависит от исходной концентрации добавки в составе
при достижении некоторого ее значения.
Более эффективными КСГ СТТ являются металлоорганические соединения Это обусловлено высокой дисперсностью и повышенной каталитической способностью активной формы катализатора, образующейся при распаде металлоорганических соединений. Наиболее распространенным катализатором этого типа является ферроцен - дициклопентадиенилжелезо Q (jH^ (jFe.
Отрицательным свойством ферроцена является его повышенная летучесть. Это может приводить к удалению катализатора из поверхностных слоев зарядов и к возможному изменению скорости горения
Жидкие катализаторы-пластификаторы Наиболее широко применяемыми катализаторами СТТ являются жидкие производные Ферроцена, растворимые в связующем и являющиеся его пластификаторами, например, диэтилферроцен, ферроценовое масло и др. астворимость катализатора дает возможность равномерно распределять его в массе топлива и обеспечивать постоянство баллистических свойств различных партий зарядов Кроме того, производные ферро-в На выполняют роль горючего в топливе, так как органическая часть молекуле составляет большую долю Таким образом, жидкие
Горения критический диаметр
175
174 Горения критический диаметр
. ---------
производные ферроцена выполняют многофункциональную катализатора, пластификатора и горючего Поэтому их можно ЛЬ дить в топливо в больших количествах вместо части основного п^0' тификатора без существенного изменения кислородного баланса ° ологических и физико-химических свойств топлива ’ ^е'
Действие жидких катализаторов возрастает с увеличением дИс перенести окислителя
В отличие от порошкообразных катализаторов эффективность действия катализатора-пластификатора с увеличением его содержа ния до 5 — 10% постоянно возрастает Используя повышенное количество катализатора можно создать быстрогорящие СТТ (при давлении 10 Мпа скорость составляет 50 — 80 мм/с).
Бахман Н Н , Беляев А Ф Горение гетерогенных конденсированных систем - М Наука, 1967 — 228 с.; Андреев К К , Беляев А. Ф Теория взрывчатых веществ - М Оборонгиз, 1960 596 с, Никифоров ВС, Бахман НН. // ФГВ - 1969 -№5 —С 2; Денисюк А П, Марголин А Д , Токарев НН и др // ФГВ - 1977 -№13 — С 4; Денисюк А П , Демидова Л А., Галкин В И // ФГВ -1995 -№31 -С 2, Глазкова А.П Катализ горения взрывчатых веществ — М Наука 1976 —264 с
Н.Н.Бахман , А П Денисюк
Горения критический диаметр (КДГ)— наименьший диаметр заряда, при котором в данных условиях (давление, начальная температура заряда и др ) еще возможно его горение с торца при бронированной боковой поверхности. Для плоских бронированных зарядов критической величиной является толщина плоского слоя, которую можно привести к эквивалентному диаметру ^экв = 4-F / П, где F и П площадь и периметр поперечного сечения пластины
Наличие КДГ объясняется следующим образом Распространение горения происходит в результате передачи слою исходного вещества тепла, выделившегося в реагирующем слое Одновременно с выделением тепла имеются потери его в окружающую среду через стенки бронировки И если суммарные потери становятся очень большими, то теплоприход не может обеспечить распространение горения При уменьшении диаметра заряда относительная доля теплопотерь увеличивается, так как теплоприход снижается пропорционально квадрату диаметра, а теплоотвод— значительно слабее, пропорПиона льно диаметру в первой степени Поэтому наступает момент, когда теплопотери не могут быть компенсированы теплоприходом и горе ние затухает
В общем случае все факторы, которые, с одной стороны чивают скорость химических реакций, выделяющих тепло, и гой, затрудняют теплопотери во вне, — благоприятствуют горев
( увели* а с ДРУ"
ньщают dKp Поэтому КДГ не является абсолютной характерную « в В и пороха, а зависит от условий горения, в первую очередь, Сдавления и начальной температуры заряда. Чем они выше, тем меньше dKp
Величина акр характеризует способность вещества к горению, которая тем выше, чем меньше </кр
КДГ определяют, используя либо цилиндрические заряды, изменяя диаметр с определенным шагом, либо конические, фиксируя диа-меТр конуса, на котором горение затухало.
В большинстве случаев заряд пороха или ВВ при сжигании поме
щают в воду для исключения прогрева пороха теплом, распространяющимся по бронировке впереди фронта горения. Особенно это необходимо делать при определении JKp в случае медленногорящих ВВ и порохов.
Наиболее удобным способом установления зависимости JKp (р) является определение для образцов различного диаметра минимального критического давления, начиная с которого образец сгорает до
конца
Существование КД теоретически было обосновано Я.Б.Зельдовичем сначала для газов. Значение </кр обратно пропорционально адиабатической скорости горения (т.е. скорости в отсутствие теплопотерь) и обратно пропорционально адиабатической температуре горения в степени 0,5. Величина скорости горения при d = dK$ меньше, чем адиабатическая, в -/в раз.
Для конденсированных ВВ теория критического диаметра предложена Б В.Новожиловым и Б.Н.Кондриковым. При прочих равных условиях, как и для газов, значение </кр обратно пропорционально величине скорости горения. Это следует из того, что чем выше скорость горения, тем меньше теплопотери в окружающую среду, которые пропорциональны времени существования зон горения. С уменьшением диаметра заряда до критического скорость горения может уменьшаться в е раз.
Величина КДГ ВВ, порохов и СТТ уменьшается с ростом давле-«ия Например, для пороха Н </кр =1Д56Р-0’74, а для гексогена ^кР = 1ДЗР 0,884. В целом, при атмосферном давлении величина </кр ДЛя многих ЭКС лежит в пределах примерно от 1,5 до 30 мм, а при ®влении 4 МПа значение й?кр составляет десятые доли милиметра
ЬП установлено, что при диаметре заряда, равном критическо-’ СКоРость горения в -Ге раз меньше адиабатической.
Горения металлов продукты
I Андреев К К Термическое разложение и горение взрывчатых веществ — М Наука, 966, Кондриков Б И , Новожилов Б В // ФГВ —1974 ~№5, Вишнивецкий И Я , 1енисюк А П , Фогельзанг А Е Критические условия горения баллиститных порохов V ФГВ -1991 — №1
А П Денисюк
"оренИЯ Металлов Продукты Многие порошкообразные геталлические горючие окисляются, воспламеняются и сгорают не юлько в среде кислорода, но и галогенов, азота, оксидов углерода, таров воды, HCI, HF, а также при горении смесей металлов с серой, 'ехническим углеродом, веществами, содержащими кислород, хлор, jrrop, азот, углерод, серу и фосфор Поэтому при сгорании металлов логут образовываться оксиды, гидраты оксидов, хлориды, фториды, сарбиды, нитриды, сульфиды и фосфиды. Независимо от природы юрючего количество выделяемого тепла при его окислении фтором значительно больше, чем при окислении кислородом и хлором По эасходу окислителя на окисление 1 кг горючего они располагаются в следующий ряд- С12 > F2 > О2 Поэтому теплотворная способность горючих, отнесенная к единице массы окислителя, больше при использовании в качестве окислителя кислорода и минимальна при использовании хлора Природа окислителя оказывает существенное влияние и на свойства продуктов окисления В подавляющем большинстве случаев наиболее термически устойчивы оксиды, карбиды и нитриды и значительно менее устойчивы хлориды и фториды Высокие температуры кипения и диссоциации оксидов Al, Mg, Ti и Zr позволяют использовать эти горючие и их сплавы для создания пиротехнических составов, при сгорании которых должны развиваться высокие температуры — твердые смесевые топлива, осветительные и фотоосве-тительные составы и т д Хлориды многих металлов имеют низкие температуры плавления и кипения, что способствует их удалению с поверхности частиц и более полному сгоранию при относительно низких температурах Металлические горючие в сочетании с хлорсодержащими горючими используются для получения маскирующих дымов (металлохлоридных дымовых составов) Образующиеся хлориды металлов поглощают из атмосферы влагу, что приводит к увеличению массы аэрозольных частиц и маскирующей способности аэрозоля Карбиды, сульфиды, фосфиды и нитриды легко взаимодействуют с О2, поэтому при горении пиротехнических составов они образуются только в случае его недостачи для полного окисления металлического горючего Например, при сгорании смеси, содержащей, %' KNO3 —80, титан—10, тиокол— 10, основными продуктами сгорания являются О2, TiO2, N2> СО2, КОН и К25О4х (Frop -2000 К),
Горения модификаторы
смеси KNO3 —50, Т1 —40, тиокол—10- К, Ti2O3X, Ti3OjX, S, N2, CO, TiS2 (T’rop =2941 К), смеси KNO3 —20, Ti —70, тиокол —10 Tix, K, TiOx, TiNx, T1CX, TiSx (Trop =2924 K)
Ф П Мадякин
Горения модификаторы-добавки, вводимые в ЭКС в небольшом количестве (0,1 — 5%), способные изменить величину скорости горения, ее зависимость от давления, начальной температуры, устойчивость горения и т п Обнаружено и исследовано множество соединений и классов МГ среди органических и неорганических конденсированных веществ Возможность и эффективность воздействия МГ зависят от природы топлива и МГ, а также количества, дисперсности, способа ввода МГ, условий горения.
В плане увеличения скорости горения ЭКС (порохов, ТРТ) наибольшую эффективность проявляют соединения, содержащие металлы переменной валентности (Fe, Си, РЬ и др.) (см Катализаторы горения, Стабилизаторы горения и Ингибиторы горения)
С В Чуйко
Горения поверхность гетерогенных конденсированных систем —это граница раздела между исходным составом или конденсированным продуктом его неполной деструкции и продуктами горения, вылетающими (диспергируемыми) в зону пламени При горении индивидуальных плавящихся ВВ ПГ представляет собой границу раздела между расплавом ВВ и продуктами его испарения
Как правило, ПГ ГКС имеет неоднородную структуру, которая определяется геометрическими размерами частиц, теплофизическими свойствами исходных компонентов и особенностями процессов их высокотемпературного разложения (рис 1)
Чем меньше размер частиц компонентов, температура их разложения и газификации и чем выше степень их перемешанности, тем ближе ПГ к однородной, характерной для гомогенных ВВ При
Рис 1 d = 2 — 3 мкм, гомогенизированная (a), d = 100 — 300 мкм, гетерогенная (б), слоевая (в) системы
fl
178
Горения послойного нарушение устойчивости
Горения массовая скорость
179
использовании крупных частиц компонентов (размером порЯдКа мм) ПГ представляет собой совокупность конических выемок, вкото рых происходит реакция между газофазными продуктами разложения горючего и окислителя Предельным случаем такого вида горения является горение систем, состоящих из чередующихся слоев окислителя и горючего В промежуточной области размеров частиц а также при значительных различиях в теплофизических свойствах компонентов (или кинетических законов их разложения), ПГ имеет структуру, близкую к фрактальной. Последнее характерно для высо-кометаллизированных и пиротехнических составов При математическом моделировании процесса горения ГКС структура ПГ, как правило, принимается плоской, а законы ее продвижения по образцу определяются усредненными параметрами.
Ю в Фролов
Горения послойного нарушение устойчивости
— процесс, который при определенных условиях делает невозможным стационарное горение энергетического матриала НУПГ связано с действием различных механических, газодинамических и теплофизических факторов. Для твердых энергетических материалов (порохов, ВВ, ТРТ), обладающих газопроницаемой пористостью, основной причиной НУПГ является проникновение горения в поры материала и развитие режима конвективного горения; для сплошных ракетных топлив — проникновение горения в микродефекты (трещины, отслоения), возникшие в результате чрезмерных деформаций, а для жидких ВВ — автотурбулизация горения. Результатом НУПГ по указанным механизмам является существенное (в десятки и более раз) увеличение скорости распространения горения по заряду, сопровождающееся резким ростом поверхности горения и давления, которое в конечном итоге заканчивается взрывом и разрушением изделия Беляев А Ф , Боболев В К , Коротков А И , Сулимов А А , Чуйко С В Переход го рения конденсированных систем во взрыв — М Наука, 1973
Горения пределы гетерогенных конденсирован-^ НЫХ систем. Специфической особенностью (ГКС) является^ личие пределов или критических режимов горения Наличие 11 жет быть связано с внутренней микроструктурой образца При гор нии ГКС наиболее ярко выражены концентрационные ПГ, т е ПР^ кращение горения или резкое скачкообразное изменение сК°РкоН. распространения волны горения при определенном соотношении центраций ингредиентов ГКС
для бинарных ГКС, компоненты которых представляют собой ещества, не способные к самостоятельному горению, четко выраже-В «левый» и «правый» ПГ Массовые концентрации компонентов на рр при этом могут значительно различаться (от единиц до десят-НоВ процентов), однако объемные пороговые концентрации оказываются весьма близкими 16 об %
Если же хотя бы один из компонентов бинарной смеси способен к самостоятельному горению, то критические явления —прекращение процесса горения или резкий скачок на другой уровень скорости горения—наблюдаются при объемной концентрации этого компонента, также близкой к 16%
Концентрационные ПГ, как правило, не коррелируют с изменением расчетной адиабатической температуры горения
Ю В Фролов
ГореНИЯ массовая скорость —произведение величин линейной скорости горения и плотности заряда; характеризует массовый поток продуктов сгорания с единицы площади поверхности заряда в единицу времени (г/см2 • с)
С В Чуйко
Горения скорость распространения фронта — меняется в достаточно широких пределах Эта величина определяется энергетическим потенциалом состава, внешними условиями (давлением, температурой), микроструктурой образца (пористость, дисперсность компонентов, степень неоднородности и т д ).
Зависимость скорости горения U от дисперсности компонентов (при постоянстве других параметров) имеет S-образный вид При крупных размерах частиц скорость горения слабо зависит от их диаметра Фронт горения фактически распространяется по границе контакта зерен и реально проходит в выемках типа конуса («кармана»), а скорость горения ГКС с газифицирующимся окислителем является линейной функцией величины внешнего давления
По мере уменьшения размера частиц d скорость горения начинает возрастать, достигая максимального значения при определенном Достаточно малом значении d После этого скорость горения также нияе(Тае7аВИСеТЬ ОТ диаметРа частиЦ. и и линейно зависит от давле-Пп v ~ И При этом по степени перемешанности состав становится практически гомогенным
авали Р°МеЖУТ°ЧНаЯ °6ласть размеров частиц наиболее сложна для тического и экспериментального исследований В этой области
180____________________Горения стабилизаторы___________
скорость горения зависит от размера частиц и от величины внещн давления (U = Pv, где 0 < v < 1) ег°
Величина скорости горения пропорциональна энергоемко ГКС и реальному энерговыделению в волне горения
Отметим, что размер частиц d, при котором начинается «контакт ное» или «гомогенизированное» горение, с ростом давления умень шается, а промежуточная область «гетерогенного» горения ([/ = f{d)) — расширяется
Для металлсодержащих СТТ скорость горения также возрастает при уменьшении размера частиц порошкообразного металла Максимум скорости горения достигается при условии с?ох = с?те Дальнейшее снижение размеров частиц металла может привести не только к стабилизации величины U, но и к ее падению (особенно при высокой концентрации металла в составе) Аналогична зависимость U(d) для ГКС на основе сложного окислителя (ПХА + октоген). При уменьшении дисперсности частиц октогена и постоянстве размеров частиц ПХА скорость горения проходит через максимум
Для малогазовых ГКС (термитов), в которых реакция проходит по границе контакта компонентов, скорость горения также зависит от дисперсности частиц, однако внешнее давление практически не влияет на величину U (v = 0)
Ю В Фролов
Горения стабилизаторы — мелкодисперсные термостойкие конденсированные вещества, вводимые в рецептуру на стадии изготовления топлива (TiC>2 > СаСОз и др ) или образовавшиеся в процессе его сгорания (AI2O3), устраняющие резонансное горение твердотопливного заряда в камере ракетного двигателя или другого устройства Поглощение энергии колебаний на частицах СГ осуществляется по законам акустики При этом важно обеспечить соответствие между частотой колебаний, с одной стороны, и диаметром частиц СГ, с другой Термостойкость частиц необходима для сохранения способности функционирования СГ на всех стадиях внутрикамерного процесса
ц М Пивхип
Горения физический закон — закон, отражающий все осо бенности горения реального пороха в данных условиях и его отклоне пие от идеального закона горения При обработке диаграммы давле ния, полученной после сжигания исследуемого заряда в сосуде с п° стоянным объемом, определяются основные параметры, характери зующие горение реального пороха
Горючее во взрывчатых смесях
181
К ним относятся изменение относительного объема сгоревшего xai|/no времени и интенсивность газообразования Г (гамма-фун-П°Р°) которая определяется как удельная быстрота газообразова-КЦя приведенная к давлению (р), те Г = (1 /р) • dip / di При усло-нИ ’однородной массы пороха, т е в том случае, когда скорость горе-вИ пороха зависит только от давления, по Г-функции можно судить прогрессивности горения порохового зерна При dr / di > 0, можно °читать, что пороховое зерно горит в прогрессивном режиме, а при jr / di < в дегрессивном режиме Кроме того, в качестве характеристики горения реального пороха используется величина импульса давления пороховых газов I = \р di, которая при соблюдении соот
ношения z = I / Ik (где г = е / е\ — относительная толщина сгоревшего свода порохового зерна, е и — текущая и начальная толщины,
di—импульс конца горения порохового зерна) подтверждает О
справедливость применения линейного закона скорости горения. При анализе горения порохов даже простой формы наблюдается ряд аномальных отклонений: немгновенное воспламенение поверхности, ускорение или замедление горения внешних или внутренних слоев порохового зерна, распад пороховых зерен и пр На практике пороха одной и той же марки, но разных партий, могут давать отличающиеся баллистические характеристики, которые определяются на основе ФЗГ Поэтому при решении основной задачи внутренней баллистики все эти особенности необходимо учитывать в математической модели внутрибаллистического процесса, либо непосредственно использовать экспериментальные данные, полученные в манометрической бомбе
Серебряков М Е Внутренняя баллистика — М Оборонгиз, 1949
С В Дудин
Горючее ВО взрывчатых смесях-жидкие или твердые вещества, богатые углеродом и водородом, и легкоокисляющиеся металлические порошки Горючие компоненты, имеющие резко отрицательный кислородный баланс, являются основными компонентами промышленных взрывчатых веществ и наряду с окислителем являют-ся необходимыми веществами для участия в реакции взрывчатого превращения При этом за счет образования различных оксидов повышается теплота взрыва (СО2 — 395,7 кДж/моль, СО—113,8 ^Ж/моль, Н2О—240,7 кДж/моль), а в системе с нулевым кислотным балансом (стехиометрическое соотношение окислителя и го-
Чего) выделяется минимальное количество ядовитых газов
182
Горючее во взрывчатых смесях
Горючее металлическое
183
Поэтому массовая доля ГВС строго регламентирована и колеблет от 3 до 20% в зависимости от их химического состава (кислород^,? баланс индустриального масла минус 346, тротила — минус 74), а цаи более популярная во всем мире простейшая взрывчатая смесь на основе гранулированной аммиачной селитры и дизельного топлива (в России —игданит) содержит 5,5% горючего В качестве горючих компонентов в рецептуры простейших взрывчатых смесей без взрывчато
го сенсибилизатора вводят преимущественно органические соединения, чаще жидкие или твердые продукты нефте- и углепереработки (дизельное топливо, различные масла, парафин, церезин и т д ), ко. торые хорошо совмещаются с окислителем и образуют стабильный взрывчатый состав. Роль горючих добавок также выполняют индивидуальные взрывчатые компоненты в смесях с окислителем (тротил динитронафталин, гексоген, порох и т д.), которые имеют в составе
недостаточное количество кислорода для полного окисления содержащихся в нем горючих элементов, что повышает общую энергию взрыва взрывчатого вещества Для значительного повышения энергии взрыва во взрывчатые смеси вводят высококалорийное горючее в виде металлических мелкодисперсных порошков и их сплавов (алюминий, кремний, железо, магний и т д ), при образовании оксидов которых выделяется до 1675 кДж/моль (Al 2O3) Реже в смесях используется мочевина, которая также играет роль ингибитора при возможном взаимодействии составов с сульфидными рудами (аквато-лы) Выделение максимальной теплоты взрыва и сохранение свойств составов в течение гарантийного срока хранения требует равномерного и стабильного смешения горючего с окислителем и при этом чем мелкодисперснее распределение его по всей массе состава, тем выше эффект взрыва Наиболее тонкое распределение горючего по массе взрывчатой смеси достигается в новом классе промышленных взрывчатых веществ на основе эмульсий «вода в масле», где прослойка горючего достигает величины доли микрона Физическая стабильность жидких ГВС зависит от вязкостных свойств нефтепродуктов и может быть повышена введением твердых горючих материалов (древесная мука, каменный уголь, алюминиевая пудра и т д ) На этом принципе основаны рецептуры многих гранулированных смесей (гранулито Большинство горючих компонентов обладают гидрофобными своис вами, и в некоторых случаях смеси (эмульсионный порэмит) окаа ЛИСЬ конкурентоспособными С водоустойчивым тротилом ТеХН”мС. ГИЯ введения горючих компонентов заключается в механическом шении или пропитке применяемых окислителей жидким rop^JblX Широкое применение невзрывчатых горючих в промышле
ывчатых веществах определяется их доступностью (большой объ-В31сЫрьев0ГО матеРиала> широкая производственная база изготовле-^я) низкой стоимостью, простотой и безопасностью приготовления взрывчатых смесей
Кутузов Б Н Разрушение горных пород взрывом -М.: МГИ, 1992 -516 с , Дуб-Бахаревич Н С, Романов А И Промышленные взрывчатые вещества — М
н^’1’988 ' 358 0
В А Соснин
Горючее металлическое — компонент пиротехнических пороховых и взрывчатых составов В пиротехнической промышленности используется значительное количество ГМ, существенно отличающихся по своим свойствам (см. табл.), количеству тепла, выделяемого при взаимодействии с окислительным агентом (кислород, галоген, углерод, азот, фосфор, сера, металлоид), а также свойствам образующихся продуктов сгорания. Отличительной особенностью ГМ является образование на его поверхности частиц пленки оксида, гидрата оксида, хлорида, фторида, нитрида или карбида, которая во многом определяет его воспламенение и полноту сгорания. По закономерностям окисления и горения к металлам относят сплавы на основе металлов, бор, кремний и сплавы на их основе Сплошность пленки и ее защитные свойства определяются коэффициентом Пиллинга—Бед-ворса, вычисляемым по формуле ₽ = МокрМе / рокАМе • п, Мок, Рок ~ молекулярная масса и плотность оксида; АМе , рМе—атомная масса и плотность металла; п — число атомов металла в оксиде. Если Р < 1, то пленка оксида имеет рыхлую, ячеистую структуру и не может надежно защищать металл от дальнейшего окисления Если 0 > 1, то образующаяся пленка имеет компактную, сплошную структуру, препятствует диффузии реагирующих компонентов через нее и тем самым защищает металл от дальнейшего окисления (характерно для Al, Si, Be). Если р«1,тов пленке могут возникать напряжения, Приводящие к образованию трещин и уменьшению ее защитных свойств Время задержки воспламенения и полнота сгорания ГМ °пределяются не только природой металла и свойствами образую-еися при окислении пленки, но и формой, размером и концентра-иеи частиц горючего, природой и давлением среды, в которой окис-ся горючее и т д. При прочих равных условиях легче воспламе-тиц цЯ И СГОрает с большей полнотой система мелкодисперсных час-задрНеПРаВИЛЬН°й Ф°РМЫ Показатель степени зависимости времени личн ЖКИ воспламенения и сгорания частиц от их диаметра для раз-различен, но, как правило, находится в пределах
184
Горючее металлическое
Горючее связующее — полимерная композиция, преимуще-* но из горючих органических веществ, включающая, наряду с СТВе мерной основой, пластификаторы, компоненты системы отверж-п° я (структурирования) и специальные добавки, способная связы-Д6 ь порошкообразные компоненты твердого топлива (окислитель, металлическое горючее и др ) в пластичную топливную массу и в ре-‘ ьТате отверждения формировать структуру заряда с необходимыми механическими, баллистическими и другими характеристиками. рС современных СТРТ является многофункциональным компонентом Как матрица композиционного материала, наряду с механическими характеристиками, оно в значительной мере определяет реологические свойства топливных масс и соответственно технологический способ формования зарядов. Химический состав ГС, энтальпия образования и плотность его компонентов оказывают существенное влияние на энергомассовые характеристики топлив
Современные ГС классифицируют по химическому и фазовому составу (структуре) По химическому составу с учетом энергетических характеристик выделяют «инертные» и «активные» ГС К «инертным» относят композиции, состоящие, в основном, из горючих элементов и имеющие, как правило, отрицательную энтальпию образования Окислительные элементы (кислород, фтор, хлор) или отсутствуют, как например, в бутилкаучуке, трансформаторном масле, или содержание их незначительно, как в уретановом каучуке, ди-бутилсебацинате. К «активным» относят ГС, обогащенные окислительными элементами, способные к самостоятельному горению в инертной среде, а также имеющие высокую (положительную) энтальпию образования
По фазовому составу (структуре) ГС подразделяют на два класса раствор полимера (как правило, эластомера) в пластификаторе и суспензия полимера в пластификаторе (пластизоль) Такое деление условно, резкой границы между реальными представителями этих классов ГС нет Так, раствор полимера отличается от истинного, а в суспензии частицы полимера (пластика) частично растворяются ГС типа «раствор» на практике используют в виде сильнопластифициро-ванного высокомолекулярного эластомера (мол масса 104—106), на-ример, композиция бутилкаучука или бутадиенового каучука с РансфорМат0рНЬ1м маслом (Гб — Г8), либо в виде олигомера с реак-неспособными функциональными группами или с непредельны-тя^СВЯЗЯМи Каждый из этих «растворов» имеет как преимущества, и недостатки
186
Горючее связующее активное
Горячие точки при инициировании детонации ударными волнами___[87
ГС типа «суспензия» называют пластизольными В отличи «растворов» основным процессом, протекающим при отвержд^ °т этих ГС, является набухание частиц высокомолекулярного Поли.ч (как правило, пластика) с последующим слиянием их в монолит}^ структуру геля Таким образом, отверждение ГС типа «суСпс1г/У1° является преимущественно физическим процессом Одновременно * этим с целью стабилизации физической структуры геля при повы шенных температурах и обеспечения требуемого уровня механиче ских характеристик зарядов проводят и химическое сшивание мак молекул полимера с образованием редкосетчатой пространственной структуры.
Полимерными ГС типа «суспензия» являются, например, системы нитраты целлюлозы с нитратами многоатомных спиртов, сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты с фтординитроэтил-формалем Типовые составы СРТТ для ракет различных классов содержат как «инертные», так и «активные» ГС, как «растворного» так и «суспензионного» типов
В качестве полимерной основы современных СРТТ используют преимущественно бутадиеновые, изопреновые и уретановые каучуки, нитраты целлюлозы, сополимер «Витан», политетразолы
Основными пластификаторами являются продукты переработки нефти (масла, смолы и др ), растительные масла, синтетические сложные эфиры (фталаты, себацинаты), нитроэфиры глицерина, дигликоля, тригликоля, линейные нитрамины и др
Наряду с компонентами системы отверждения (собственно отвердитель, инициатор, ускоритель, замедлитель преждевременного отверждения), ГС содержат специальные добавки (поверхностно-активные вещества, адгезивы, стабилизаторы), улучшающие технологические свойства топливных масс, механические и другие характеристики зарядов
Тимнат И Ракетные двигатели на химическом топливе — М Мир, 1990 — 463 с-' Энциклопедия полимеров М Советская энциклопедия, 1974, Паушкин Я М Жид кие и твердые ракетные топлива — М Наука, 1978 - 192 с
В И ЦуЦУРаН
Горючее связующее активное-композиция, состоящая из полимеров, пластификаторов и компонентов системы отверждения (структурирования), способная к самостоятельному горению в инер тной среде Способность к самостоятельному горению обуслов содержанием достаточно большого количества окислительных ментов (кислорода, хлора, фтора и др ) в компонентах АГС К°Э(РТ^ циент обеспеченности окислительными элементами для
вляет 0,2 —0,8 в зависимости от природы и содержания компо-с°сТ Полимерной основой АГС являются, как правило, полярные центов। ниТрОП0ЛиуретаН| нитраты целлюлозы, сополимер метил-П°такрилата и метакриловой кислоты, тетразолы, полиглицидилази-пЫ И ДР
Д Основными поставщиками окислительных элементов в составе дГС являются пластификаторы, в качестве которых используются, А пример, тринитрат глицерина, динитратдиэтиленгликоль и др Напу с этим АГС отличаются от инертных связующих повышенной энтальпией образования компонентов и плотностью Это позволяет создавать на их основе более высокоэнергетические и высокоплотные твердые топлива с большим массовым (18%) и объемным (25%) содержанием горючего-связующего
За счет значительного содержания в топливах с АГС полимерной матрицы представляется возможным вводить в их состав большое количество высокодисперсных и высокочувствительных компонентов без ухудшения комплекса технологических и эксплуатационных характеристик топлив Так, например, в современных РТТ на основе АГС по сравнению с топливами на инертном связующем увеличено содержание октогена до 75% масс , а высокодисперсных порошков алюминия и гидрида алюминия —до 25% масс.
Наряду с преимуществами АГС по сравнению с инертными в отдельных случаях обусловливают и некоторые недостатки СТТ, например, пониженную физико-химическую стабильность, повышенную взрывоопасность, малый диапазон регулирования баллистических характеристик, более узкий температурный диапазон эксплуатации зарядов
Тимнат И Ракетные двигатели на химическом топливе — М.: Советская энциклопедия, 1974, Энциклопедия полимеров —М Советская энциклопедия, 1974, Паушкин ЯМ Жидкие и твердые ракетные топлива -М Наука, 1978 -192 с
С А Гусев
Горячие точки при инициировании детонации
Ударными волнами Большинство практически важных взрывчатых веществ (ВВ) не являются гомогенными и содержат раз-, Разные дефекты —поры, трещины, включения, границы зерен и фекты кристаллической структуры Физическая неоднородность
Одит к неравномерному распределению энергии при деформации в к У^арНЬ1Ми волнами и образованию так называемых ГТ или очагов, Bg 0Рых зарождается реакция разложения Менее нагретая масса Не0^Г°Рает затем в волнах реакции, распространяющихся из очагов
Ходимость введения понятия ГТ обусловлена тем фактором, что
Граммонит
188 Горячие точки при инициировании детонации ударными волна при ударно-волновом инициировании средняя температура взо. того вещества оказывается слишком низкой, чтобы вызвать наблю Э емое быстрое разложение да'
Размеры создаваемых ударной волной ГТ пропорциональны мерам неоднородностей, имеющихся в исходном веществе и правило, следует говорить о появлении спектра очагов Развитие п цесса очагового воспламенения определяется соотношением скоро стей тепловыделения экзотермической реакции и теплоотвода в око жающее холодное вещество Если преобладает тепловыделение то наблюдается прогрессивный рост температуры очага и скорости реакции — происходит тепловое самовоспламенение В противном случае реакция в очаге прекращается. Так как теплопотери пропорциональны площади поверхности очага, а количество выделяющейся энергии—его температуре и объему, то вспышки возможны в тех очагах размеры которых выше предельного. Причем, чем меньше температура очага, тем больше должны быть его размеры, обеспечивающие устойчивое воспламенение ВВ С увеличением амплитуды ударной волны температура очагов возрастает, и образуется большее количество ГТ В дальнейшем химическая реакция развивается в форме послойного горения, скорость которого зависит от давления По мере разгорания очагов поверхность горения увеличивается и объемная скорость химической реакции возрастает После объединения разгорающихся очагов наступает дегрессивная стадия горения
Наличие спектра очагов качественным образом изменяет динамику ударно-волнового инициирования детонации негомогенных ВВ В отличие от однородных жидких и газообразных ВВ, в таких веществах не наблюдается выраженный период индукции, инициирующая ударна волна переходит в детонационную относительно плавно, без скачков и пересжатий.
Гипотеза ГТ позволяет объяснить влияние структуры инициирующего импульса на характер развития детонации в ВВ Известно, например, что предварительное воздействие слабым импульсом сжатия приводит к уменьшению скорости разложения вещества в более мошной инициирующей ударной волне Это связано с повышением однородности вещества при его уплотнении в слабых волнах сжатия, Де3‘ активацией части очагов и, как результат, снижением температурь1 размера ГТ, образующихся в инициирующейся ударной волне Ини циирование реакции подавляется также размытием фронта воШ сжатия, что обусловлено снижением температуры очагов при Уме^ шении скорости нагрузки Необходимо, однако, отметить, что в щем случае эффект гомогенизации ВВ в слабых ударных вол
сиТ ОТ интервала времени между предварительным и последую-3 им воздействием Медленная реакция на неоднородностях с повышенной температурой, неспособная воспламенить основную массу ВВ, может, тем не менее, привести к росту пор, растрескиванию вещества и образованию промежуточных продуктов с высокой чувствительностью
Влияние размера зерна на инициирование детонации носит немонотонный характер При низких давлениях длина преддетонацион-ного участка возрастает с уменьшением размера частиц, а при высоких давлениях, наоборот, падает Это обусловлено возрастанием вероятности развития очага с увеличением его размеров и температуры Крупнозернистые ВВ имеют менее высокий порог инициирования, чем мелкодисперсные. Вместе с тем мелкодисперсные ВВ в исходном состоянии содержат большее число неоднородностей, и при достаточно высоком давлении ударного сжатия в них образуется больше очагов, чем в крупнозернистом ВВ.
Наибольший прогресс в теоретическом анализе механизмов образования ГТ достигнут в расчетах вязкопластического разогрева вещества в окрестности схлопывающейся сферической поры. Расчеты показывают, что разогрев вещества в ударных волнах с давлением ~ 1 ГПа даже для пор микронных размеров может достигать 1000 К и более, эффективный объем образующейся ГТ достаточен для воспламенения окружающего вещества по механизму очагового теплового взрыва с задержкой менее 10"7 с.
1 ТеРмическое разложение и горение взрывчатых веществ - М Наука
ФизшГлТ ’ 8PZHK° Л П ’ Станюкови'‘ Ч.П., Челышев В П , Шехтер Б И. mXTp vbIBa “М НауКа’ 1970’ Канель Г И ’ Разоренов С В , Уткин А В, Фор-л Ударно-волновые явления в конденсированных средах - М Янус-К, 1996
А В Уткин ГраммонИТ —промышленное взрывчатое вещество, представляющее собой механическую двухкомпонентную смесь гранулированной аммиачной селитры с гранулированным или чешуированным тротилом Г. имеют хорошую сыпучесть, и все операции от растаривания До заряжания поддаются полной механизации. В промышленности выпускаются нескольких марок по индексации 79/21 (82/18), °/50 и 30/70, где числитель дроби означает процентное содержа-НИе литры, а знаменатель —содержание тротила По энергетиче-Ским характеристикам Г относятся к среднемощным ВВ, а Г 79/21 пРИравнен по условиям применения к штатному аммониту 6ЖВ (теп-Лота взрыва 4300 кДж/кг).
190
Гранипоры
Широкое применение нашел только Г. 79/21, который имеет левой кислородный баланс, что позволяет применять его в под3^' ных условиях. Г 30/70 и ограниченно 50/50 предназначены для дения взрывных работ в обводненных условиях в непроточной во е а Г. 79/21—в слабообводненных скважинах. Стабильность взрыва' ния в обводненных условиях Г. 79/21 и 50/50 обеспечивается пре варительным осушением скважин или зарядкой в полиэтиленовые рукава. Эффективность Г. повышается при введении воды в составы за счет повышения плотности заряжания до 1300 кг/м3, оптимальная массовая доля воды составляет 10—12%
В последнее время, как и все тротилсодержащие вещества, они заменяются па водосодержащие, эмульсионные и гранулированные простейшие составы
Ъ Кутузов Б II Разрушение горных пород взрывом — М МГИ, 1992. — 516 с , ГОСТ 26184-84 Вещества взрывчатые промышленные Термины и определения
В Л Соснин
Гранипоры —гранулированные промышленные взрывчатые вещества, изготовленные на основе утилизируемых пироксилиновых порохов и баллиститных ракетных топлив (БРТ)
Г. представляют собой гранулы или смесь гранул с размером частиц до 20 мм.
Применяемые при производстве Г. трубчатые пороха и заряды из БРТ подвергаются измельчению на специальном оборудовании
Имеется несколько рецептур Г. водоустойчивые Г (БП-1, БП-3, БМ) и селитросодержащие ограниченно-водоустойчивые Г (БПС-1, БПС-2, БС, ПС).
Селитросодержащие Г —экологически чистые ПВВ, поскольку обладают более высоким кислородным балансом и пониженным содержанием токсичных газов в продуктах взрыва
Стоимость Г составляет 60 — 70% от стоимости аналогичных ПВВ (грапулотол, граммопит и др ).
Г. применяются для взрывной отбойки горных пород любой крепости на открытых разработках по добыче полезных ископаемых
В таблицах приведены основные свойства Г.
Гранипоры 191
Основные физико-химические и взрывчатые характеристики граиипоров
'мар’™ граии поров Физическое состояние
БП 1 Смесь гранул артиллерийских баллиститных и пироксилиновых
порохов
"^БЛЗ Смесь гранул пироксилинового пороха и БРТ
БПС 1 Смесь гранипора БП-1 с гранулами аммиачной селитры
БПС-2 Смесь гранипора БП-3 с гранулами аммиачной селитры
Смесь гранул БРТ с гранулами аммиачной селитры
БМ Омасленные гранулы БРТ
Смесь зерен пироксилинового пороха и аммиачной селитры
Наименование Марки граиипоров
характеристик БП-1 gn 3 gnc t Бпс_2 Бс БМ пс
Химическая стойкость по 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
скорости газовыделения
при температуре ИО’С,
см3/(г ч)
Кислородный баланс, % - 50 - 50 - 28 - 25 - 27 - 25 - 25
Скорость детонации откры-
того заряда диаметром
- dK„, Д, км/с
в безводном состоянии 3,5 3,8 3,9 4,0 4,0 4,2 4,1
в водонаполненном 5,4 6,0
состоянии
Критическим диаметр
детонации, dKp,; ММ
открытого заряда без воды 100- 100- 110- 110- 80- 80- 40-60
120 120 120 120 100 100
водонаполненного заряда 80- 80-
100 100
Работоспособность по 270 - 270 - 300 - 300 - 300 - 330-
ГОСТ 4546 81, см3 300 300 330 330 330 380
Чувствительност ь к удару, 12-24 12-24 4-12 4-12 4-12 12 -24 4-12
частость взрывов, %
Чувствительность к тре- 2180 2180 2180 2180- 2180 2180- 2180-
КГс/см" 2500 2500 2500 2500 2500
асыпная плотность, 0,8 0,85 0,85- 0,9- 0,85- 0,85- 0,9-
0,9 0,9 0,92 0,9 0,9 0,92
Е Ф Жегров Е В Берковская
192
Гремучая ртуть
Гремучая ртуть (фульминат ртути) Hg(CNO)2i Мо масса 284,6 — инициирующее взрывчатое вещество, бесцветные или серые кристаллы орторомбической сингонии, плотность 4,42 г/см3 ГР токсична, практически не растворима в воде, растворима в водных растворах аммиака и цианистого калия, пиридине, этаноламине, аце тоне, спиртовых и ацетоновых растворах цианистого калия Энтальпия образования +225 ккал/кг (+941 кДж/кг), теплота взрыва 355 ккал/кг (1485 кДж/кг) Твгп (5 с) около 200°С Сухая ГР имеет высокую чувствительность к удару, трению и легко детонирует от теплового источника (искры, пламени), может быть флегматизирова-на добавлением воды, минеральных масел, жиров или парафина ГР легко реагирует с магнием и алюминием (иногда со взрывом), медленнее с цинком Кислоты и щелочи разлагают ГР (концентрированная серная кислота —со взрывом). Горение спрессованного под небольшим давлением заряда ГР легко переходит в детонацию По инициирующей способности ГР уступает азиду свинца Повышение давления прессования вызывает резкое возрастание участка перехода горения в детонацию («перепрессование ГР», «мертвая запрессовка») При увлажнении чувствительность ГР к тепловому и механическому импульсу снижается. В целях безопасности ГР можно хранить под водой, а перед использованием высушить. Нагревание приводит к распаду ГР (при 80°С разложение происходит в течение нескольких суток) Получают ГР при взаимодействии азотнокислого раствора нитрата ртути (II) с 96% этанолом Реакционная смесь быстро само-разогревается с бурным газовыделением, после чего образуются кристаллы ГР Осадок отфильтровывают и промывают до нейтральной реакции ГР бывает «белая» и «серая». Цвет определяется присутствием коллоидной ртути Если к реакционной смеси при синтезе прибавить небольшое количество меди и соляной кислоты, то образуется белый продукт. Используют прессованные заряды ГР в капсюлях-детонаторах и капсюлях-воспламенителях ГР являлась основным Иоо до появления азида свинца и других штатных инициаторов, которыми и вытесняется в настоящее время
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ - М , И В Целинский, М А Илюшин
д
Рис 1 Схема воздушно-реактивных двигателей’ ракетно-прямоточного (а), ракетно-турбинного (о) 1—воздухозаборник, 2 —камера сгорания, а —реактивное сопло, 4 —форсунка впрыска Дополнительного горючего, 5-камера дожигания, о—компрессор, 7- турбина
двигатели комбинированные —отдельные типы воздушно-реактивных двигателей (ВРД), конструктивно объединенные друг с другом или с реактивным двигателем в единой двигательной установке, например, турбопрямоточной, ракетно-прямоточной, ракетно-турбинной В турбопрямоточном двигателе используется жидкое топливо (керосин); в ракетно-прямоточном двигателе можно использовать как жидкое, так и твердое ракетное топливо, но с некоторым избытком горючего; в ракетно-турбинных двигателях используют двухкомпонентные жидкие ракетные топлива при разном соотношении горючее —окислитель (в зависимости от режима работы двигательной установки)
Наибольшее практическое использование нашли ВРД— комбинированные ракетные двигатели, в которых сочетаются рабочие циклы воздушно-реактивного и ракетного двигателей (рис 1) Двигатели, в которых осуществляются циклы прямоточного ВРД и ЖРД, называются ракет-
но-прямоточными, турбо-реактивного двигателя и ЖРД —ракетотурбинными (рис 1) ВРД возможно использовать для воздуш-^0 космических летательных аппаратов
^^РтроетаеУ'1975РеаК™ВНЫХДВИГаТеЛе’’//Подред С М Шляхтенко Ма‘
н АС Михайлов
ц1енщ;11П1,ТаРМЗа|',1Я В области ЭКС —разоружение, сокра-3°ванию1РИВеДеНИе ^оепРипасов в состояние, непригодное к исполь-их по прямому назначению в военных целях.
194_______________Демилитаризация в области ЭКС_
Наиболее распространенными методами Д являются ути ция, захоронение, подрыв или сжигание За~
Утилизация представляет собой комплекс (совокупность) низационно-технических, экономических, научных, экологически др мероприятий, обеспечивающих эффективное использование 6qH припасов в интересах народного хозяйства за счет получения допод нительной продукции и сырья и их переработки.
Утилизация включает в себя:
— разборку (демонтаж) боеприпасов на составные части
— расснаряжение (извлечение взрывчатых веществ, порохов и ТРТ) (см. Расснаряжение);
— переработку высвобождающихся в процессе утилизации вторичных материалов и элементов боеприпасов и использование их в промышленном производстве
Основные принципы утилизации —безопасность, экологическая чистота процесса, комплексность переработки боеприпасов и их компонентов, вторичное использование освобождающихся материалов
Безопасность и экологическая чистота процессов утилизации достигаются совокупностью технических характеристик и организационных мероприятий, обеспечивающих отсутствие или сведение к минимуму риска нанесения ущерба персоналу, производственным сооружениям, населению и окружающей среде при проведении утилизации
Безопасность процессов утилизации обеспечивается за счет использования комплекса мер:
— поставки на утилизацию боеприпасов, безопасных для проведения работ;
— проведения работ по утилизации на специализированных предприятиях с участием высококвалифицированных специалистов,
— разработки безопасных технологий и специального оборудования с использованием инертных по отношению к ВВ рабочих жидкостей, обладающих термостабильностью и безопасностью в рабочем диапазоне температур и давлений, возможностью длительного их использования при извлечении ВВ без изменения свойств при много кратном возвращении в технологический цикл
Экологическая чистота обеспечивается за счет:
— использования герметичного оборудования,
— применения систем очистки воды при ее использовании в каче стве рабочей жидкости,
— применения специальных фильтров и улавливателей газо разных продуктов и пыли.
Денитрация
195
Комплексность переработки боеприпасов и их комплектующих в цессе утилизации заключается в организации непосредственной ПР процесса демонтажа боеприпасов и их комплектующих с техно-сВЯическими процессами переработки полученного вторичного сы-Л°Г т е обеспечиваются единые схемы извлечения и последующей рЬЯ’„аботки ВВ, порохов и топлив и др материалов в допущенные и ПС еожденные для гражданского применения композиции и рецептуры а также рациональные пути использования черных и цветных металлов
Вторичное использование освобождающихся материалов путем переработки обеспечивает возвращение для использования в народном хозяйстве высокоэнергетических и ценных материалов, содержащихся в боеприпасах (взрывчатые вещества, пороха, цветные и черные металлы)
Переработка утилизируемых материалов включает разработку промышленной продукции (промышленных ВВ и изделий) на основе утилизируемых ВВ и порохов, переплавку и раскатку черных и цветных металлов и использование их для изготовления изделий для нужд народного хозяйства.
Захоронение — один из методов Д , предполагающий размещение боеприпасов в специально отведенных по условиям безопасности местах хранения
Подрыв или сжигание — уничтожение боеприпасов взрывом или путем их сжигания (взрывчатых веществ и порохов)
Захоронение, подрыв или сжигание применяются только в случаях невозможности создания экологически чистых технологий или экономической нецелесообразности утилизации боеприпасов; в настоящее время эти методы Д широко не используются, так как их использование приводит к загрязнению воздуха, воды и почвы.
Мацеевич Б В Основные направления технической политики в области комплексуй утилизации обычных видов боеприпасов / Сб докладов - М ЦНИИНТИКПК,
Адоральная целевая программа промышленной утилизации ВВТ на период до 2000 года -М , 1993
А И Салеева Денитрация — процесс очистки серной кислоты от оксидов азота ^азотной кислоты. Является одной из основных стадий переработ-и регенерации отработанных сернокислотных смесей, образую-65 * Т ОПРИ питРовании органических соединений и содержащих до н J/^ серной кислоты, до 3,5 —4,5% оксидов азота, связанных в В Трозилсерную кислоту NOHSO4, и до 1,5 — 2,0% азотной кислоты екоторых процессах нитрования образуются сернокислотные
196____________________Детонаторы промежуточные__________
смеси с массовой долей азотной кислоты до 10—18% Такие см рассматриваются как тройные системы HNO3 — H2SO4 — Н2О Сц отечественной технической литературе концентрацию оксидов аз ° указывают в пересчете на N2O3, в зарубежной —в пересчете Э HNO2 Д- кислотных смесей проводят водяным паром или паро-водЭ душной смесью в насадочных или тарельчатых колоннах, изготов ленных из коррозионностойкого материала (высококремнистый uv гун, стекло, фторопласт) При разбавлении и разогреве смеси в колоннах азотная кислота испаряется, а оксиды азота, образовавшиеся в результате гидролиза нитрозилсерной кислоты, десорбируются в паро-газовую фазу. Продуктами Д кислотных смесей с высокой массовой долей оксидов азота и низкой массовой долей азотной кислоты являются оксиды азота и пары азотной кислоты, утилизируемые в абсорбционных системах с получением 48 —50%-ной азотной кислоты и 63 — 65%-ная серная кислота с массовой долей оксидов азота не более 0,03%. При Д. отработанных кислотных смесей с высокой массовой долей азотной кислоты получают 97,5 — 98,3%-ную азотную кислоту и 67 — 68%-ную серную кислоту с остаточной массовой долей азотной кислоты не более 0,03%. Серную кислоту после денитрацион-ных колонн направляют на концентрирование.
Орлова Е.Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия, 1981 -С 81, Лебедев А Я Установки для денитрации и концентрирования сериой кислоты М Химия, 1972 С 9
К Я Тимин
Детонаторы промежуточные (шашки-детонаторы) применяются для инициирования низкочувствительных гранулированных (гранулиты, граммониты), водосодержащих (акватолы, карбатолы, ифзаниты) и эмульсионных промышленных ВВ (порэми-ты, гранэмиты), которые не-
Рис 1 Принципиальная конструкция промежуточных детонаторов 1 — канал для размещения пучка ДШ, 2 —гнездо под КД
достаточно восприимчивы к возбуждению детонации от первичных средств инициирования
ПД изготавливаются в виде прессованных и литых шашек из бризантных ВВ
При выборе ПД для ини циирования зарядов ВВ исхо дят из необходимости создат импульс ударной волны с да лением, равным или болыпи
Детонации устойчивость
197
лениЯ стационарной ударной волны, возникающего в инициируемом заряде
м ПД должны надежно инициироваться от первичных средств ини-лирования — детонирующего шнура (ДШ), капсюля-детонатора
(КД) (РИС
К mi/зов Б Я Взрывные работы -М Недра, 1980, Батуев М А , Кутузов Б И л пытания отечественных и зарубежных систем инициирования скважинных зарядов Ис „весовых взрывах на карьерах АО -«Качканарский ГОК» // Горный жур-"^1996 -№5 С47
77 77 Марков, О Ф Мардасов детонации устойчивость определяется как химическим составом вещества, так и его физическим состоянием и условиями взрыва
К числу физических причин, определяющих УД, относят диаметр заряда, характер оболочки, мощность и характер инициирующего импульса, степень измельчения компонентов смеси, начальную температуру смеси, влажность и т д
Критическим диаметром заряда называют тот минимальный диаметр, при котором данное взрывчатое вещество (смесь, порох, твердое топливо) при данном состоянии и данных условиях взрывания еще способно к устойчивой детонации без затухания Согласно Харитону, детонация будет устойчивой при условии, что время реакции во фронте детонационной волны меньше времени разброса вещества Если вещество обладает большой скоростью взрывчатого превращения и время реакции во фронте детонационной волны мало, то детонация может быть устойчивой даже при малом диаметре заряда Если время реакции велико, то для того, чтобы детонация была устойчивой, нужно взять заряд большого диаметра, поскольку время разброса увеличивается с увеличением диаметра заряда. Время разлета частиц ВВ под действием давления во фронте детонационной волны убывает с уменьшением диаметра заряда, тогда как продолжительность реакции от диаметра не зависит
Наличие оболочки затрудняет разброс частиц взрывчатого вещества и действует подобно увеличению диаметра заряда. Действие оболочки определяется прежде всего ее массой, а прочность является лишь добавочным фактором
Критический диаметр однородных веществ уменьшается с увели-ся Ием плотности заряда Критический диаметр смесей увеличивает-с повышением плотности.
сти Критиче™ диаметр уменьшается с уменьшением величины ча-Ч как у однородных веществ, так и у смесей Влияние степени
Детонации критический диаметр
199
198 Детонации устойчивость
измельчения на критический диаметр объясняется тем, что цро жительность химической реакции уменьшается с уменьшением ведЛ' чины частиц реагирующих компонентов
Критический диаметр детонации является одной из основных ха рактеристик взрывчатых свойств порохов и твердых ракетных топ лив. Степень возбудимости химической реакции в условиях воздействия на вещество ударной волны определяется, чаще всего, по величине критического давления инициирования Взрывчатые характеристики твердых ракетных топлив различаются в зависимости от их состава и энергетического уровня СРТТ по степени опасности подразделяются на три группы (табл.1).
Таблица 1
Взрывчатые характеристики СРТТ
Группа СРТТ rfKP , мм Ркр , кбар
1 группа 2 группа 3 группа более 90 20-90 менее 20 более 200 20-200 менее 20
Большинство СРТТ не детонируют от электродетонатора и имеют величины критического диаметра детонации более 90 мм Для топлив, содержащих мощные взрывчатые вещества, критический диаметр детонации снижается до 30 — 35 мм.
БРТТ разделяются на группы по энергетическому признаку В пределах каждой группы взрывчатые характеристики могут существенно различаться в зависимости от химического состава (табл 2)
Таблица 2
Взрывчатые характеристики БРТТ
Группа БРТТ rfKp , мм Ркр > кбаР
1 группа Пуд -180-202 кгсс/кг) 7-19 60-80
2 группа Пуд -202-209 кгсс/кг) 2-10 40-67
3 группа Пуд -220-225 кгсс/кг) 2-8 33-72
4 группа Пуд - 226 - 246 кгсс/кг) 2 12 18-35 J
Критический диаметр детонации баллиститных порохов и KP1** ческое давление инициирования уменьшаются при увелич
ожания в составах нитроглицерина, при введении в пороха гек-С°Д на и в качестве катализаторов горения окислов и солей тяжелых Сталлов (свинца, меди, кобальта и др )
М к ляев А Ф Горение, детонация и работа взрыва конденси Горст А Г Пороха и взрывчатые вещества, —М , 1972
Л А Гаврилова детонации критический диаметр (с?кр)-наименьший иаметр цилиндрического заряда конденсированного взрывчатого вещества (ВВ) или трубы, заполненной горючей газовой смесью, при котором в данной среде еще можно возбудить самоподдерживающий-ся ударно-волновой процесс — детонацию dKp зависит от химического состава и внутренней структуры среды в начальном состоянии, а также от материала и толщины оболочки, окружающей заряд ВВ, или трубы, заключающей горючую газовую смесь. Значения dKp для конденсированных ВВ и горючих газовых смесей лежат в широких пределах и в основном составляют от нескольких миллиметров до метра
с?кр определяется соотношением скоростей двух конкурирующих факторов — скорости образования продуктов реакции в детонационной волне и скорости, с которой у боковой границы этой волны в промежуточных продуктах реакции происходит падение давления вследствие так называемых энергетических потерь
В случае конденсированных ВВ эти потери обусловлены, главным образом, расширением реагирующего вещества в стороны от оси заряда Наличие оболочки, затрудняя такое расширение, приводит к уменьшению энергетических потерь и уменьшению с?кр. Поэтому в данном случае решающее значение имеют три параметра оболочки-плотность, скорось звука и толщина
В случае горючей газовой смеси энергетические потери обусловлены, главным образом, трением газа о стенку трубы и его охлаждением путем теплопередачи в трубу. Поэтому в данном случае решающее значение имеют две характеристики трубы — структура ее внутренней поверхности и температуропроводность
В С Трофимов Детонационная волна — узкая зона, в которой совершается трое экзотермическое превращение среды при детонации, движу-Щей^ ОТНОсительно исходного вещества со скоростью, превышаю-СВ0кСКоРОсть звУка в нем. В зависимости от химико-кинетических льно-ТВ И СТрУктУРы среды ДВ может быть гладкой (имеющей зерка-тладкую переднюю границу) и негладкой (турбулентной)
Детонация
200 Детонационный синтез алмазов
Гладкие ДВ наблюдаются в некоторых жидких гомогенных взрЬ1в тых веществах (ВВ) В большинстве конденсированных ВВ и в го чих газовых смесях ДВ негладкие либо вследствие исходной неодно~ родности среды, либо вследствие неустойчивости гладкой ДВ из-сильной зависимости скорости химической реакции от температуры и давления В зависимости от того, является ли в данном жидком ВВ ДВ гладкой или негладкой, по-разному определяется его так называемый критический диаметр детонации.
В С Трофиму Детонационный синтез алмазов. Детонационные алмазы-алмазы, полученные в результате синтеза в детонационной волне Возможны варианты" 1 Синтез из углерода, входящего в состав молекулы ВВ 2. Синтез из углеродсодержащего материала А —смешанного с мощным ВВ, Б —в ампуле сохранения, помещенной в контейнер с мощным ВВ. Дисперсность детонационных алмазов, полученных по вариантам" 1—не более 10 нм, 2А—0,01 —10 мкм, 2Б —0,1—60 мкм. Детонационные алмазы при расширении продуктов взрыва (ПВ) частично или полностью переходят в аморфную сажу Процент перехода зависит от условий спада давления и температуры. Для наилучшей сохранности детонационных алмазов требуется, чтобы быстрое остывание ПВ сопровождалось медленным падением давления
Губин С А., Одинцов В В , Пепекин В И Диаграмма фазовых состояний и ее учет в расчетах параметров детонации // Хим физ -1986 — Т 5 — №1 -С 111, Jonson J.D Carbon in Detonation // Ninth Symp (Int ) On Detonation 1989 (Aug.28 —Sept 1) -Portland, Oregon USA -P 184, Влияние химического строения взрывчатого вещества на процесс образования ультрадисперсных алмазов / Смирнов А С , Колганов Е В , Михайлюкова А И и др // Двадцать первый международный пиротехнический семинар И — 15 сент 1995 —М —1995 —С 805
А С Смирнов
Детонация —(франц detoner —взрываться, лат. detono-грем-лю) — процесс химического превращения взрывчатого вещества, сопровождающийся освобождением энергии и распространяющийся по веществу в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой скоростью Импульсом для возникновения Д является ударная волна Ударная волна —скачок уплотнения, распространяющаяся со сверзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой про исходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещес^®м Благодаря резкому повышению температуры и давления за ФРоН^ь1_ ударной волны химическое превращение протекает чрезвычайно^ стро в очень тонком слое, прилегающем к фронту волны (рис / авторов (К К Андреев, В Э Гарнер, Н Н Семенов, Б Льюис,
реакции Взрывчатое
вещество *
рис 1 схема детонационной волны
Л - фронт ударной фолны, заштрихованная область-зона химической реакции, стрелкой показано направление распространения волны
201
Рогинский, А Мюраур и др ) отмечают решающую роль в процессе Д цепного развития реакции и, в частности, возникновение не одного центра, а локализованной во времени и пространстве группы центров Условия развития бесконечно длинной цепи более благо
приятны для инициирующих взрывчатых веществ, чем для вторичных Это связано, в частности, с различным
уровнем энергии активации, значения которой для вторичных взрывчатых веществ имеют порядок 50000 кал, в то время как для инициирующих взрывчатых веществ они значительно меньше и составляют 20000 — 40000 кал
Энергия, освобождающаяся в зоне химических реакций, непрерывно поддерживает высокое давление в ударной волне Д , таким образом, представляет собой самоподдерживающийся про-
цесс.
Возбуждение Д в заряде взрывчатого вещества создается интенсивным механическим или тепловым воздействием (удар, искровой разряд, взрыв металлической проволочки под действием электрического тока и т п ) Сила воздействия, необходимого для возбуждения Д., зависит от химической природы взрывчатого вещества К механическим воздействиям чувствительны, например, инициирующие взрывчатые вещества (гремучая ртуть, азид свинца и др ), которые обычно входят в состав капсюлей-детонаторов, используемых для возбуждения Д вторичных (менее чувствительных) взрывчатых ве-
в однородном взрывчатом веществе Д обычно распространяется Постоянной скоростью, которая среди возможных для данного ве-ства скоростей распространения детонационной волны является ^нимальной В детонационной волне, распространяющейся с мини-тел.Н°И СКОРОСТЬЮ> зона химической реакции перемещается относи-сКоп ° ПР°ДУКТОВ реакции со скоростью звука (но со сверхзвуковой ны °СТЬЮ относительно исходного вещества) Благодаря этому вол-Дукто?^™’ возникаюЩие ПРИ расширении газообразных про-химической реакции, не могут проникнуть в зону реакции и
202
Детонация
Детонация взрывчатых веществ
203
ослабить бегущую впереди ударную волну Минимальная скоп распространения Д принимается в качестве характеристики взпС?Ь чатого вещества (табл 1) в'
Скорость детонации некоторых взрывчатых вегце
Вещество Скорость детон^~ М/с ’
2 Н2 + 02 (газовая смесь) 2820~~ '
Нитроглицерин С3Н5(ONO2)з (жидкость), р 1,60 г/см3 7750
Тринитротолуол (тротил, тол ) С7Н5(\'02)3СН3 (твердое вещество), р 1,62 г/см3 6950
Пентаэритриттетранитрат (ТЭН) C5H8(ONO2)4 (твердое вещество), р 1,77 г/см3 8500
Циклотриметилентринитроамин (гексоген) (CH2NNO2)3 (твердое вещество), р 1,80 г/см3 8850
Циклотетраметилентетранитроамин (октоген) (CH2NNO2)4 (твердое вещество), р 1,95 г/см3 9100
При определенных условиях во взрывчатом веществе может быть возбуждена Д., скорость распространения которой превышает минимальную скорость. Помимо природы взрывчатого вещества на скорость Д влияет его плотность, содержание и природа примесей, диаметр заряда.
В интервале плотностей от 1,0 до 1,6—1,7 г/см3 зависимость скорости Д. от плотности может быть выражена приближенной формулой Б.И Шехтера.
D = А • р а, где В—скорость Д , р—плотность ВВ, /—коэффициент, зависящим от свойств ВВ, а —около 0,67
Влияние плотности на скорость Д некоторых вврывчатых ве
ществ иллюстрируют данные табл 2
Инертные примеси, как правило, уменьшают скорость Д , хотя некоторых случаях они оказывают обратное влияние
Диаметр заряда оказывает влияние на скорость Д в некотор пределах Скорость Д имеет наименьшее для данного взрывча вещества значение, когда диаметр заряда равен критическому том диаметра до некоторого предела скорость Д увеличивается, тем дальнейшее увеличение диаметра не приводит к увеличению рости Д Диаметр заряда, при котором скорость Д Дос
большего значения, называется предельным. У однородных ЯаИывчатых веществ он уменьшается с увеличением плотности заря-в3р смесей наблюдается обратная зависимость' диаметр увеличива-Дтсяс увеличением плотности.
Таблица 2
Взрывчатое вещество Плотность, г/см3 Скорость детонации, м/с
Тротил 1,0 4700
1,29 5900
1,59 6900
Тетрил 1,0 5480
1,28 6510
1,61 7470
ТЭН 1,0 5500
1,20 6300
1,60 7900
Гексоген 1,25 6660
(флегматизированный) 1,40 7315
1,60 7995
Андреев К К., Харитон Ю.Б Некоторые соображения о механизме самораспрост-раняющихся реакций // В кн Детонация конденсированных и газовых систем — М 1986, Губкин К Е Детонация БСЭ — М , 1972; Горст А Г Пороха и взрывчатые вещества -М , 1972
Л А Гаврилова, В Б Жуков Детонация взрывчатых веществ —процесс их химического превращения, происходящий в очень тонком слое и распространяющийся со сверхзвуковой скоростью В соответствии с теорией Б Зельдовича детонационное превращение взрывчатых веществ осуществляется под действием ударной волны, которая, распространяясь по заряду, возбуждает экзотермическую химическую реакцию свою очередь, часть высвобожденной энергии расходуется па под-Р ание дальнейшего движения ударной волны Существует стаци-висит^ СКОРОСТЬ самоподдсрживающейся детонации, которая не за-вь от чициирующего импульса и определяется только энергией, некиеЯГ°ЩСЙСЯ ПРИ химической реакции (теплотой взрыва), и урав-состояния продуктов детонации
т°нациРУКТУРа ПЛ0СК0Й детонационной волны показана на рис 1. Де-онный комплекс включает в себя ударный скачок, зону
204
Детонация взрывчатых веществ
Детонация взрывчатых веществ
205
Рис 1 а —диаграмма состояний в плоскости давление, Р — удельный объем, V, ОА’А —ударная адиабата ВВ, GS-детонационная адиабата, G —точка Чепмена —Жуге, б —структура стационарной детонационной волны OAG —зона реакции («хим-пик»), GS —зона разлета продуктов взрыва
химической реакции («химпик») постоянной ширины и нестационарную область расширяющихся продуктов взрыва В конце зоны реакции выполняется условие равенства скорости потока вещества относительно фронта детонационной волны и местной скорости звука (условие Чепмена —Жуге) Движение вещества в области разлета
продуктов взрыва является сверхзвуковым относительно детонационной волны, поэтому возмущения из этой области не проникают в
зону реакции и не могут оказывать влияние на скорость детонации Внутри зоны реакции имеет место дозвуковое течение, чем обеспечивается поступление выделяющейся энергии на фронт ударной волны
Современная экспериментальная техника позволяет проводить
измерения структуры детонационных волн при длительностях процесса взрывчатого превращения в десятки наносекунд и более. В таблице суммированы некоторые результаты измерений параметров детонации конденсированных взрывчатых веществ При уменьшении плотности заряда ВВ и соответствующем уменьшении давления детонации время реакции в детонационном режиме возрастает. При практически равных параметрах в плоскости Чепмена —Жуге время реакции в детонационной волне зависит от структуры взрывчатого веще-
ства, что видно на примере литого и прессованного тротила.
Существует критический диаметр заряда ВВ, такой, что заряды меньшего диаметра оказываются неспособными к самоподдерживаю щейся детонации (см Критический диаметр детонации) Объясн ние этому явлению было дано Ю Б Харитоном на основании то факта, что для завершения энерговыделения в детонационной во необходимо определенное время. Согласно принципу Хари
тические условия детонации определяются равенством времени КРакпии сжатого вещества и времени его бокового разлета Ре Скорость и давление детонации уменьшаются с приближением метра заряда твердого взрывчатого вещества к критической величине Исследования прекращения детонации в зарядах малого диаметра гомогенных (жидких или газообразных) и негомогенных взрывчатых веществ продемонстрировали качественное различие в механизмах явления для этих двух типов ВВ Вследствие сильной за
висимости времени реакции от температуры ударного сжатия в гомогенных ВВ наблюдаются явления срыва реакции вблизи критического диаметра заряда. В негомогенных ВВ изменение параметров детонации с уменьшением диаметра заряда происходит более плавным образом Критический диаметр детонации негомогенных ВВ зависит от их физической структуры и плотности Увеличение плотности однокомпонентных молекулярных ВВ и, соответственно, давления дето-
нации приводит к уменьшению критического диаметра детонации Критический диаметр смесевых промышленных ВВ, напротив, возрастает с увеличением их плотности.
Сведения о критическом диаметре детонации некоторых ВВ приведены в таблице. Твердые ракетные топлива в определенных условиях способны к детонации Критический диаметр детонации современных СРТТ, в состав которых входят молекулярные взрывчатые вещества, составляет десятки сантиметров и более.
Установлению стационарной детонации предшествует процесс ее инициирования Хотя инициирующий импульс может иметь различную природу, формирование детонационной волны происходит путем образования ударной волны сжатия В результате химической реакции в ударно-сжатом ВВ интенсивность ударной волны возрастает по мере распространения, и ударная волна трансформируется в детонационную В гомогенных взрывчатых веществах инициирование детонации ударной волной происходит по механизму адиабатического теплового взрыва Под действием ударного сжатия температура ВВ повышается, что возбуждает экзотермическую химическую реакцию адиабатических условиях выделяющееся тепло расходуется на на-ЦиГГ реагиРУющего вещества, что приводит к ускорению реак-аким образом, скорость процесса экспоненциально возрастали происходит тепловой взрыв В результате, по прошествии време-РУется^4™’ давление Резко возрастает, в сжатом веществе форми-Удао ,Волна сжатия, которая затем нагоняет фронт инициирующей виде И Волны и Далее распространяется по несжатому веществу в стационарной детонационной волны.
206
Детонация взрывчатых веществ
Детонация взрывчатых веществ
207
Механизм гомогенного теплового взрыва разумно согласуете экспериментальными данными для жидких взрывчатых веществ * ° не объясняет закономерности инициирования детонации твердых Rr° Так, например, при давлении в ударной волне 5,5 ГПа время разд жения флегматизированного гексогена составляет величину поряди микросекунды, хотя его температура составляет лишь примерно 110°С Это на сто градусов ниже температуры вспышки гексогена п пятиминутной экспозиции в нормальных условиях
Дело в том, что твердые взрывчатые вещества, как правило не являются гомогенными и содержат разнообразные дефекты —поры трещины, включения, границы зерен и микродефекты кристаллической структуры Физическая неоднородность приводит к неравномерному распределению энергии при быстром сжатии взрывчатого вещества ударной волной. Часть энергии ударной волны локализуется в отдельных «горячих точках», что приводит к возбуждению в них экзотермической реакции (см Горячие точки при инициировании детонации ударными волнами) Тепло, выделяющееся при развитии химической реакции, частично отводится в окружающее вещество, а частично остается в очаге, увеличивает его температуру и тем самым ускоряет процесс энерговыделения. Если преобладает тепловыделение, то возникает прогрессивный рост температуры очага и скорости реакции — происходит тепловое самовоспламенение Менее нагретая масса ВВ сгорает затем в волнах горения, распространяющихся из очагов После объединения разгорающихся очагов наступает дегрессивная стадия горения
Так как теплопотери пропорциональны площади поверхности очага, а количество выделяющейся энергии —его температуре и объему, то ясно, что вспышки возможны в тех очагах, размеры которых выше некоторого предельного для данной температуры. Чем меньше температура очага, тем больше должны быть его размеры, чтобы обеспечить устойчивое воспламенение ВВ С увеличением амплитуды ударной волны температура очагов возрастает Следовательно, за фронтом более сильной ударной волны образуется большее количество очагов, способных воспламенить окружающее ВВ
Размеры горячих очагов в ударно-сжатом веществе пропорцио нальны размерам исходных неоднородностей. Поэтому крупнозерни стые ВВ имеют менее высокий порог инициирования, чем мелкодис персные Однако, поскольку концентрация очагов выше в мелкодис персном ВВ, после инициирования реакции переход в детонап происходит в нем быстрее Гомогенизация ВВ в слабых ударных в нах снижает его чувствительность к последующим более сильн
но-волновым воздействиям Эксперименты показывают также, УДа инициирование реакции подавляется размытием волны сжатия Зависимость длительности химпика детонационной волны и критиче-3аоГО диаметра детонации от структуры ВВ свидетельствует о том, что СКоцесс энерговыделения имеет гетерогенную, очаговую природу не только в инициирующих ударных волнах, но и в условиях детонации
Гипотеза инициирования взрыва в очагах была выдвинута и обоснована Ф П Боуденом и А Д Иоффе при исследованиях возбуждения взрыва конденсированных ВВ механическим ударом В качестве возможных механизмов формирования «горячих точек» в процессе ударного сжатия обсуждаются эффекты микрокумуляции на жестких примесных частицах и в порах, пластическая работа на периферии поры, трение между частицами, растрескивание зерен ВВ при уплотнении, адиабатическое сжатие газовых включений и другие. Наибольший прогресс в теоретическом анализе механизмов образования «горячих точек» достигнут в расчетах вязкопластического разогрева вещества в окрестности схлопывающейся сферической поры
Наличие спектра очагов качественным образом изменяет динамику ударно-волнового инициирования детонации негомогенных ВВ. В твердых взрывчатых веществах не наблюдается выраженный период индукции, инициирующая ударная волна переходит в детонационную относительно плавно, без скачков и пересжатий Пример трансформации ударной волны в детонационную представлен на рис 2 Развитие процесса химического превращения приводит к росту давления за скачком и непрерывному усилению ударной волны вплоть до выхода на детонационный режим.
К настоящему времени предложены стандартизованные схемы Ударно-волнового нагружения, обеспечивающие получение интегральных характеристик чувствительности ВВ В частности, строятся зависимости порогового Давления ударно-волно-ого инициирования де-нации от длительного ИНицииРУющего им-УЛЬса Характер
Рис 2 Эволюция профилей давления при инициировании детонации в литом тротиле
Детонация взрывчатых веществ
Детонация взрывчатых веществ
209
Рис 3 Характер изменения давления в ударной волне Ps в зависимости от пройденного расстояния х и длите-
изменения интенсивности уДа волны в зависимости от длитель^” сти воздействия показан качествен10 на рис 3 Короткие импульсы н° грузки затухают, не вызвав заметно го взрывного процесса В импульсах большей длительности выделение энергии в результате взрывчатого превращения компенсирует спад дав. ления в волне разрежения и вызывает усиление ударной волны вплоть д0 перехода ее в стационарную детонацию
Измерения соотношений между амплитудой и длительностью инициирующих импульсов, способных вы-
звать детонацию, привели к формулировке концепции критической
энергии. Смысл ее состоит в том, что предполагается существование некоторой минимальной энергии инициирующего импульса, приходящейся на единицу площади сечения, которую необходимо передать взрывчатому веществу, чтобы возбудить детонацию На величину критической энергии влияют плотность заряда ВВ, размер частиц и другие факторы Нижней границей возможных значений давления инициирующей ударной волны является, по-видимому, предел текучести данного ВВ
Полное описание взрывных процессов достигается путем численного моделирования явления методами механики сплошных сред При этом движение среды описывается уравнениями сохранения массы, количества движения и энергии, а индивидуальные свойства веществ—их термодинамическими уравнениями состояния и набором определяющих соотношений, выражающих реологические и кинетические свойства вещества
Полу эмпирические уравнения состояния взрывчатых веществ строятся в термодинамически согласованном виде на основании той или иной модели вещества и содержат константы материала, опреде ляемые из условия описания некоторой совокупности эксперимента льных данных. Наряду с данными ударно-волновых измерений, Длл построения уравнений состояния взрывчатых веществ привлекаю результаты измерений изотермической сжимаемости в гидростати ° ских условиях Эти измерения позволяют получить информацию состояниях холодного вещества при высоких давлениях
кТцчески исключают возможную погрешность, связанную с хими-пРа превращением образца в процессе ударного сжатия Для по-ЧеС ения уравнения состояния продуктов взрыва (ПВ) используются сТР подхода1 описание, основанное на суммировании вкладов отдель-д- компонентов, входящих в состав реальных продуктов взрыва, и
едненное описание, при котором состав ПВ не рассматривается В У м случае состояние ПВ описывается не только давлением, объемом и температурой, но и составом, который рассчитывается из условия химического равновесия Параметры уравнения состояния ПВ определяются или уточняются по результатам измерений скорости детонации в зависимости от начальной плотности ВВ, давления и температуры в точке Чепмена —Жуге, изэнтроп расширения ПВ
Описание макрокинетики очагового разложения твердых взрыв-
чатых веществ в ударных волнах осуществляется как путем построения последовательных моделей процесса с различной степенью детализации, так и отысканием эмпирических зависимостей, пригодных для расчета процессов инициирования и детонации в широком диапазоне условий Функциональный вид эмпирических формально-кинетических соотношений выбирается на основе самых общих и упрощенных представлений о механизме явления В настоящее время макрокинетическое описание процессов энерговыделения в ударных волнах получено для большого количества практически важных ВВ Исследуется кинетика взаимодействия ПВ с энергетическими добавками в ВВ, такими как алюминий, магний и т д , а также процессы в ВВ, представляющих механическую смесь окислителя и горючего
Г аблица
Параметры детонации некоторых молекулярных взрывчатых веществ
Взрывчатое вещество Плотность, г/см3 Скорость Детонации, Давление Чепмена—Жуге, ГПа Время реакции, мкс Крит диаметр, мм
Литой тротил 1,62 6,9 19 0,3 16
Молотый тротил 1,0 5,1 6 6 0,1 3
Прессованный тротил 1,59 6,9 17,7 0,05
Гексоген 1,77 8,7 34 <0,05
°ктоген 1,89 9,1 39 <0,05
ТАТВ 1,88 7,8 29 0,25 9
Ион fO°EU4^ & ’ КомпанеецА С Теория детонации — М Гостехиздат, 1955, Хари “опросы теории взрывчатых веществ -Вып 1 -Изд АН СССР, 1947,
210
Детонирующие заряды сейсмические
Детонирующий шнур
211
Баум Ф А., ОрленкоЛ П , Станюкович К П., Челышев В П , Шехтер Б И а> взрыва — М Наука, 1975, Зельдович Я Б , Райзер Ю П Физика ударных волнИЗИКа сокотемпературных гидродинамических явлений — М Наука, 1966, ДреминА^гг Савров С Д , Трофимов В С , Шведов К К Детонационные волны в конденсип " ’ ных средах М.: Наука, 1970, Bowden F Р , Yoffe F D Initiation and Growth”1 explosion in Liquids and Solids —Cambridge, 1952, Хасаинов Б A , Борисов A A молаев Б С , Коротков А И / /Веб Химическая физика процессов горения и в tf> ва Детонация -Черноголовка, 1980, Капель Г И , Разоренов СВ, Уткин Фортов В Е Ударно-волновые явления в конденсированных средах — М у[н„ 1996 3
В Е Фортов, Г И Капель
Детонирующие заряды сеисмические-промышлен-
ные взрывчатые вещества в виде шашек (блоков) различных масс
баллиститного ракетного топлива (БРТ) и предназначенные для сейсмического зондирования земной коры.
ДЗС представляют собой цилиндрические шашки диаметром от 20 до 120 мм с вклеенным промежуточным инициатором (рис.1).
Для изготовления ДЗС ис-
изготовленные из утилизируемого
Рис 1 Внешний вид ДЗС 1-инициатор, пользуются утилизируемые за-2 - шашка ряды из средне- и высокоэнерге-
тических БРТ (с теплотой горе-
ния не менее 850 ккал/кг), таких как РСИ, РСТ, РНДСИ, РБФ и т д , которые обеспечивают надежное срабатывание от штатных
средств инициирования
Основные свойства ДЗС приведены в таблице Основные свойства ДЗС
Наименование характеристик Значение характеристик
Наружный диаметр заряда, мм 20-120
Длина заряда, мм, не менее 150
Масса заряда, кг 0,1-20
Тротиловый эквивалент 0,85-0,95
Плотность, г/см3 1,60-1,65
Критический диаметр детонации, мм 3 — 7
Скорость детонации, км/с 6,8-7,5
Расстояние передачи детонации, мм 10-15
Гарантийный срок хранения, лет 10
ДЗС предназначены для возбуждения упругих колебаний в поземной коры, вызываемых энергией взрыва при разведочной и ш^енерной сейсмике
ДЗС рекомендуется использовать для взрывных работ на откры-„ поверхности при температуре от минус 50 до 50°С в сухих и обедненных скважинах
В сравнении с аналогичными тротиловыми изделиями (Л3-25, ПЗ-20 ЗС-70 и др ) Д з с. имеют ряд преимуществ- они обладают высокими водоустойчивостью и механической прочностью, возможностью изготовления широкого параметрического ряда с различными габаритно-массовыми характеристиками, низкой стоимостью
Е Ф Жегров
Детонирующий шнур — устройство для передачи детонационного импульса на значительные расстояния ДШ представляет собой трубки из нескольких слоев текстиля и пластика, заполненные взрывчатым веществом В качестве ВВ в большинстве случаев используется тэн, в специальных ДШ могут использоваться, другие ВВ или составы
В зависимости от назначения ДШ изготавливаются с навесками от 1 до 30 r/м (грамм на погонный метр) В горнодобывающей промышленности при взрывных работах используют ДШ с навесками от 1 до 12 г/м ДШ с навесками от 1 до 6 г/м не способны инициировать другие ДШ или дополнительные детонаторы Они используются, как правило, на скважинных участках систем инициирования с концевыми усилителями, либо в комбинированных системах инициирования с волноводами ДШ с навесками выше 6 г/м способны инициировать другие ДШ и дополнительные детонаторы из тротила без вспомогательных устройств, они могут использоваться на любых участках систем инициирования, но чаще используются на магистральных участках ДШ с навесками более 12 г/м используются в про-стрелочновзрывной аппаратуре и в сейсморазведке
Ю Г Печенев Диазиридины — насыщенные трехчленные гетероциклы с двумя атомами азота, были открыты в конце 50-х годов XX века В 70 —80-е ГоДЫ химия Д развивалась, главным образом, благодаря работам ссииских ученых Интерес к Д вызван их неожиданно высокой ильностью и низкой токсичностью по сравнению с аналогичными Че Изв°Дными гидразина Большинство Д —жидкости, их специфи-ф0 Им свойством является высокая энтальпия образования, которая Рмируется из суммы вкладов гидразинового фрагмента и
212
Диазодинитрофенол
Диаметр сводообразования
213
напряжения трехчленного цикла Последняя величина была опре лена экспериментально для серии модельных Д и составила 16 ккал/моль К важным преимуществам Д относится простота их син теза из доступных исходных соединений (первичные алифатические амины или аммиак, карбонильные соединения, аминирующие реаген ты —N-хлорамины, гидроксиламин-о-сульфокислота) Различные методы были разработаны для получения алкильных и функциональных производных Д„ включая наиболее простой одностадийный метод непосредственного синтеза в воде при контролируемом значении А /\ Z\7 N—N — Me том натрия в присутствии 5,5% соляной кислоты Д предложен Н использования в электродетонаторах и во взрывных заклепках Я достатки Д —склонность к перепрессованию, высокая электроли-емость, низкая гравиметрическая плотность и плохая сыпучесть Бь1СтрогОРящее ВВ’ СК0Р0СТЬ горения 380 мм/с при давлении 100 атМ еагал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М Маши ™-тооение, 1975, Фогельзанг А Е , Егоршев В К>, Пименов А Ю., Синдицкий В П., ^аклантий А Р , Светлов Б С // ДАН СССР -1985 -Т 285 -№6 С 1449-1452 В П Синдицкий Диаметр сводообразования (JCB) —характеристика сы-
,N N X* пучести порошкообразных и гранулированных материалов, основанная на явлении самопроизвольного возникновения сводов, образую-
Ng Me- N^N / 2 щихся из частиц сыпучего материала над выпускным отверстием емкости и препятствующих свободному истечению насыпного материала из отверстия
/N^ Me N z\/\ /VMe Me^| N-NO2 \y N-NxA' XN_V Me N NMe 3 4 Значение <7СВ (мм) для некоторых промышленных ВВ и их компонентов Тротил чешуированный 30 — 70 Гранутол 20-50
pH среды Эти методы позволили синтезировать широкий набор Д с одним, двумя и тремя диазиридиновыми циклами в молекуле и конденсированные системы с kHja = 400 — 1000 ккал/кг и плотностью до 1,25 г/см3, напр , структуры 1—4, что позволяет рекомендовать Д в качестве потенциальных горючих компонентов жидких и твердых ракетных топлив Шмитц Э Трехчленные циклы с двумя гетероатомами - М Мир, 1970, КУ3™'#* В В , Махова Н Н , Хмельницкий ЛИ // Изв АН —Сер хим —1997 -С 1410 И Н Махова ДиазодинитрофеноЛ (2-диазо-4,6-дипитрофенол)-инициирующее ВВ, ярко-желтый мелкокристаллический порошок, тпл 157°С (из ацетона), Твсп 177°С, плотность 1,71 г/см3, гравиметрическая плотность в зависимости от размера кристаллов меняется от 0, до 0,9 г/см3, плохо растворим в спиртах, бензоле, лучше раствори^ в ацетоне Энтальпия образования 168 кДж/моль, теплота ВЗРЬ\ 3436 кДж/кг, скорость детонации 6900 м/с при плотности 1, см3 Минимальный инициирующий заряд по тетрилу 0,1 г ПоЛУ,гь1 ют Д при диазотировании натриевой соли пикраминовой кисл Селитра аммиачная гранулированная 20 Аммонит 6ЖВ 50-100 Пудра алюминиевая 50 *Каталымов АВ, Любартович В А Дозирование сыпучих и вязких материалов -Л Химия, 1990, Доманский И В , Исаков В П , Островский Г.М , Решанов А.С, Соколов В И Машины и аппараты химических производств -СПБ —Политехника, 1992, Поздняков 3 Г, Росси Б Д Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания — М Недра, 1977 П П Марков 3‘Д " ® м И н о - 8,4,6 -т р и н и т р о б е н з о л с !МЧ 6'Т₽МНМТ₽оФвнилвндма*,мн) С6Н5К5О6,мол мас-а 43-кристаллическое вещество желтого цвета, Тпл 289°С, плот-”°СТЬ 1,8 г/см3 Плохо растворим в большинстве органических рас-орителей Д перекристаллизовывают из уксусного ангидрида таль₽°СТЬ Д6Т0НацИИ ^450м/с(при плотности 1,78 —1,80 г/см3), эн-ДанньИЯ’>°браЗОВаНИЯ от “ 15,9 до - 100,37 ккал/моль (по разным амИНи ’ Теплота взРыва Ю20 ккал/кг, Твсп 340°С Д получают тРова Р°ванием 1>3-дихлор-2,4,6-тринитробензола, полученного ни-ием м-дихлорбензола или 1,3-дихлор-4,6-динитробензола, или
214
Динитрамид
Динитрамида соли
215
хлорированием тринитрорезорцина; аминированием 2,3,4,6-тие нитроанилина, полученного из м-нитроанилина, или м-димет^ си-тринитробензола Предложен как термостойкое ВВ
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ — 2-е изт рераб и доп - Л Химия, 1973 -688 с , ВТ Fedoroff &О Е Sheffield Encvcln ’ ? of explosives and related items —Dover, N Jersey, USA, 1972 —V 5 —D 1130 Pe“‘a
E в Веселова
Динитрамид (динитроаммиак, динитразовая
КИСЛОТа) HN(NO2)2 В зависимости от метода получения и среды Д может находиться в трех формах'ионной и двух ковалентных Истинная, N — Н-форма получается при обработке НО суспензии солей Д в неполярных растворителях с последующим удалением избытка НО и растворителя В индивидуальном виде Д представляет собой бесцветную, подвижную, неустойчивую жидкость При получении его в количестве нескольких долей грамма сразу после удаления растворителя при 0°С начинается интенсивное разложение с образованием сначала бесцветных, а затем бурых оксидов азота Основным продуктом разложения является HNO3. В случае увеличения количества выделяемого свободного Д разложение заканчивается взрывом Другая ковалентная форма Д зафиксирована при экстракции дихлорэтаном из водных растворов, полученных при взаимодействии 65%-ной H2SO4 cKN(NO2)2 Ей приписано строение «аци-формыъ с протоном, связанным равным образом с двумя атомами кислорода обеих нитрогрупп При обработке обеих форм Д основаниями образуются соли Д. В отличие от свободного Д. его растворы в воде и органических растворителях могут сохраняться длительное время Простым и безопасным способом приготовления 7— 10%-ных водных растворов Д. является пропускание водных растворов KN(NO2)2 через колонку, заполненную катионообменной смолой в Н+ -форме Д является одной из сильнейших неорганических кислот, его рКа = - 5,6 Д легко образует динитрамида соли с одно- и двухвалентными металлами I, II, VII и VIII групп периодической системы элементов и с большинством азотистых оснований Д , очевидно, является промежуточным продуктом при получении солей Д нитрованием аммиака, нитрамида и солей сульфаминовой кислоты
Лукьянов О А , Тартаковский В А / / Российский химический журнал -1997 Т 41(2) -С5-13
О А Лукьянов
Динитрамида соли m+N'(NO2)2 илиМ+2[М(ЬЮ2)2Г22 вестны ДС с одно- и двухвалентными металлами I, П, VII и групп периодической системы элементов, а также с разнообраз
ническими основаниями ДС с металлами, как правило, пред-°РГ юТ собой стабильные при комнатной температуре кристалличе-СТаВ Вещества с невысокими температурами плавления (50— 130°С) и СК дожения (60— 160’С), хорошо растворимые в воде, спиртах, аце-ра3ИТриле и других полярных растворителях Калиевая и цезиевая соли в чистом виде нечувствительны к удару (в условиях стандартных методов испытания ВВ) AgN(NO2)2 чувствительна к удару и пеНию Все исследованные ДС с металлами, за исключением Hg-производного, являются ионными соединениями. Многие ДС легко образуют комплексные соединения с типичными лигандами, а также с некоторыми растворителями (напр , NaN(NO2 )2 дает комплексное соединение с диоксаном, a AgN(NO2)2—с ацетонитрилом) Hg[N(NC>2)2 Ь в кристаллическом состоянии и в неполярных растворителях имеет ковалентное строение, в котором атом ртути связан непосредственно с атомами кислорода Получить ДС с Cui, A1III, СгШ и Felll не удалось Известно большое число ДС с азотистыми основаниями, в том числе с аммиаком (АДНА), гидразином, гидроксиламином, первичными, вторичными и третичными аминами, четвертичными алифатическими основаниями, амидинами, гуанидинами и др. Это, как правило, бесцветные кристаллические вещества с невысокими температурами плавления (15— 150°С) и разложения. Соли с простейшими алифатическими аминами разлагаются при ~ 120—140°С Наиболее высокие температуры плавления и разложения (175 —228°С) имеют четвертичные соли аммония и гидразония Аммониевые соли хорошо растворимы в воде и полярных растворителях, некоторые соли весьма гигроскопичны. Чувствительность их к механическим воздействиям изменяется в широких пределах. Наиболее опасными в обращении являются гидразиновая и триаминогуани-Диновая соли ДС чувствительны к свету В настоящее время известно много методов и вариантов получения ДС (см АДНА) Для многих ДС удобным способом синтеза является взаимодействие динитрамида с гидроксидами, оксидами и карбонатами металлов, а также KNj/Hb™ °^мен в солях. Наиболее важными ДС являются АДНА и
(NO2)2 (КДНА). КДНАв небольших количествах предотвраща-фазовые переходы в энергоемких композициях на основе аммония окиРаТа’ что откРЬ1вает перспективу широкого использования этого №4^2ТН°с<5 ^артековский В А / / Российский химический журнал — 1997 —
О А Лукьянов
216
Динитрат М.М-диэтанолнитраминл
Динитроанизолы
217
Динитрат М,И-ди>танолнитрамина (ДИНА)
O2NN(CH2CH2ONO2)2, C4H8N4Oo, мол масса 240,13-бесцВет ные кристаллы, 7’пл 51,5 — 52,5°С, р20 = 1,675 г/см3; плотность раТ' плава р4° =1,465 г/см3, негигроскопичен и нелетуч; нерастворим воде при комнатной температуре (15 —25°С), растворим в бензол хорошо растворим в спиртах при нагревании (этиловый спирт) а е’ тоне, концентрированных азотной и уксусной кислотах Концепт рованная серная кислота разлагает Д при 15 — 25°С В воде при 100°С за 10 ч разлагается 5% Д. Энтальпия образования -302 кДж/моль (-72,1 ккал/моль); теплота плавления 236 кДж/моль (5,64 ккал/моль); теплота взрывчатого превращения 5376 кДж/моль (1284 ккал/кг); газообразных продуктов взрыва 40 2 моль/кг; скорость детонации 7780 м/с при плотности 1,60 г/см3 фугасность 480 см3 Чувствительность к механическим воздействиям- к удару по стандартной пробе (груз 10 кг, высота 25 см) — 44% (свежеприготовленный), 80 — 88% (после хранения); чувствительность к трению на копре К-44-ПГ 1170 кг/см2 (нижний предел) Обладает достаточной химической стойкостью для практического применения Коэффициенты в кинетическом уравнении первого порядка при термическом разложении- Е = 45,0 ккал/моль; 1g А = 18,6 Расчетное время распада 1% вещества при 20°С —2,17 • 103 лет; при 50°С —1,7 • 102 лет Стабилизаторами химической стойкости являются централиты Получают нитрованием диэтаноламина азотной кислотой в присутствии уксусного ангидрида и солей хлорводорода в качестве катализатора Применяется как компонент баллиститных порохов и смесевых ракетных топлив, а также как ВВ.
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ — Л Химия, 1981
С П Смирнов
Динитроалканы —соединения, содержащие две нитрогруппы в алифатической части молекулы В зависимости от расположения нитрогрупп Д подразделяют на гем-Д , содержащие нитрогруппы у одного С-атома, и виц-Д , содержащие нитрогруппы у соседних С-ато-мов Д с нитрогруппами, разделенными не менее чем тремя С-атома ми, по методам синтеза и химическим свойствам не отличаются от мо нонитроалканов. гем-Динитрометиленовая группа содержит из ь ток «активного кислорода» и может иметь два заместителя, что по~ зволяет конструировать на ее основе не только линейные, но и ци ческие структуры Многие гем-Д обладают достаточной Д-
ического применения химической и термической стабильно-п13аКТМало стабильны соединения с концевой гел-динитрометилыюй СТЬ1°пой. Методы получения гел-Д. можно разделить на три группы [РУ ваЯ реакция гел-галогенпитропроизводных с нитритами мстал-* в щелочной среде (реакция Тер-Меера); взаимодействие первич-Лых и вторичных мононитросоединений с нитритами щелочных металлов в присутствии ионов Ag+ или Hg2+ (реакция Шехтера—Калана); щелочное нитрование первичных и вторичных нитроалкапов или нитратами некоторых спиртов; нитрование оксимов тетроксидом азота или азотной кислотой; нитрование в кислой или щелочной средах производных алифатических углеводородов с подвижными Н-атомами. Вторая- реакция депитровапия три-иитрометильных производных под действием восстановителей Третья' реакции динитрометана и соединений с концевой гем-динитро-метильной группой (алкилирование, галогенирование, присоединение к алкенам, конденсация с альдегидами и кетонами, конденсация с альдегидами и аминами) гем-Д находят применение в качестве ВВ, окислителей, активных пластификаторов и горюче-связующих в ТРТ, нпр., 1,3,5,5-тетранитро-1,3-диазациклогексан, 1,3,3,-трипит-роазетидин, бис-(2,2-динитропропил)формаль, полимеры на основе 4,4-дипитропимелиповой кислоты и 2,2-динитропропандиола
Химия алифатических и алициклических нитросоединений — М Химия, 1974 — 416 с
И В Овчинников
Динитроанизолы (динитрометоксибензолы) C7H6N2O5, мол. масса 198 —метиловые эфиры динитрофенолов, кристаллические соединения, существующие в виде шести изомеров Лы' 2,3-Д. — 119’С, 2,5-Д.-97°С, 2,6-Д — 117,5 — 118’С, 3,4-Д 7ГС, 3,5-Д. — 105—106°С 2,4-Д существует в двух модификациях с Тпл 86,9°С и 95°С. Д. растворимы в бензоле, ацетоне, этила-Цетате, мало растворимы в воде. 2,3- и 2,5-Д получают при дезаминировании соответствующих дипитро-4-амипоапизолов, 3,5-Д —при взаимодействии 1,3,5-тринитробензола с метилатом натрия, >4-Д —при действии NaOH па динитрохлорбензол в среде метанола Среди Д только 2,4-изомер находил применение в производстве как исходный продукт для получения 2,^,<3-тринитроанизола, а также в качестве компонента порохов
Раб Р^°Оа Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-е изд , пере exnin Д°П Л Химия, 1973 -688 с , Fedoroff В.Т & Sheffield О Е Encyclopedia of OSIVes and related items - Dover, N Jersey, USA, 1972 —V 2 -B 280
E В Веселова
218
Динитробензолы
Динитронафталины
219
Динитробензолы C6H4(NO2)2, C6H4O4N2 Техническ •• Д —желтое кристаллическое вещество с Т пл §ГС, представляет ИИ бой смесь трех изомеров 1,3-Д (м-Д ) с масс долей 90 —91% । ?с°' (о-Д ) —8 —9%, 1,4-Д (п-Д ) — 1-2% Тпл изомеров 89 7"с 116,5°С, 172,ГС, соответственно Д хорошо растворяются в хло ’ форме, бензоле, толуоле, этилацетате, плохо —в метиловом, этило вом и пропиловом спиртах, сероуглероде, четыреххлористом угле де, почти не растворимы в воде Токсичны, опасность поражения губляется их летучестью 1,2- и 1,4-изомеры более реакционноспо собны При взаимодействии их с аммиаком, щелочами, сульфитом натрия образуются соответствующие нитроанилины, нитрофенолы питробензолсульфокислоты. 1,3-Д взаимодействует с сульфитом и гидроксидом натрия только при повышенной температуре, на чем и основана сульфитная очистка Д. С ароматическими аминами 1,3- и 1,4-Д. образуют продукты присоединения По взрывчатым свойствам 1,3-Д. слабее тротила, но менее чувствителен к механическим воздействиям и температуре. Скорость детонации 6100 м/с при р= 1,5 г/см3, теплота взрывчатого превращения 3430 кДж/кг (820 ккал/кг), фугасность 255 мл. Д получают при нитровании технического нитробензола серно-азотными кислотными смесями. Применяют Д в производстве м-фенилендиамина, м-нитроанилина, м-нитроа-нилинсульфокислоты.
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия, 1981 С 127 129, Хмельницкий ЛИ Справочник по бризантным взрывчатым веществам -4 2 -М, 1968 — С 404 — 412, Беркман Б Е Промышленный синтез ароматических нитросоединений и аминов — М Химия, 1968
В И Шихов
Динитрометан CH2(NO2)2, мол. масса 108-бесцветная подвижная жидкость со слабым приятным запахом, Ткип 39 — 40°С при 2 мм рт ст , Пд 1,4480, (Z4° 1,524, почти не растворим в холодной воде, довольно хорошо растворим в теплой воде, эфирный и бензольный его растворы устойчивы и долго сохраняются Д в водном растворе является одноосновной кислотой, по силе равной муравьиной, и образует соли с неорганическими и органическими основаниями, которые при нагревании выше 100°С взрываются Чистый Д , поЛУ чаемый действием HF на калиевую соль Д в эфире, оказался точно устойчивым: при комнатной температуре (в течение суток;, при 0°С может храниться месяцами без признаков разложения водный Д получают при подкислении его солей Однако при испо зовании H2SO4, HNO3, НС1 образуется нестабильный продукт, Р латающийся при комнатной температуре уже через несколько ми
бными способами получения солей Д являются щелочное нитро-^Я°ие нитрометана тетранитрометаном. и омыление метиловых ва* ров динитроуксуспой и дипитроциапуксусной кислот оспования-„ при нагревании Д используют в качестве исходного продукта МИ сИнтезе бифункциональных соединений, содержащих гел-динит-ПРметиленовую группу (реакции Анри, Михаэля), динитроэтилами-нов и циклических нитраминов (реакция Манниха).
Химия алифатических и алициклических нитросоедипений — М Химия, 1974 — * с Дегин Г.Я , Охлобыстина Л В , Файнзильберг А А // Изв АН СССР -г П ХИМ —1965 — №12 -С 2220 ; Grakauskas V, Guest А М. // J Org Chem -1978 -V 43 - Р 3485
И В Овчинников
динитронафталины q oHgN204 Мол масса 218 Известно десять изомеров, из которых изучены, в . основном, пять Их физические свойства представлены в таблице.
Изо- Внешний вид кристаллов Т'пл , °С Плотность, Г/см3, при Г, °C ДПобр , кДж / моль Растворимость в воде, г/100 г, при Т, °C
1,5- шестигранные призмы 219 - - 56 0,006/50 0,05/80
1,8- пластинки 173 1,575 - 54,7
2,3- пластинки 171 1,28/111 - -
2,5- - 279 - - -
2,7- - 234 - - -
Д мало растворимы в воде, петролейном эфире и СС14, ограниченно в водных спиртах и кислотах, хорошо в некоторых полярных органических растворителях1 ацетоне, толуоле, пиридине, концентрированной азотной и серной кислотах и др Д — реакционноспособные соединения, используются при получении три- и тетранитронафталинов, устойчивы к действию слабых кислот, медленно реагируют Растворами сильных оснований на холоду и быстро при нагревании цРи действии восстановителей превращаются в диаминопафталипы Щая Н^ТРовании нафталина получается смесь изомеров Д , содержа-। -j Z 1 >8-Д , до 35% 1,5-Д. и в небольших количествах 1,3-, 1,6-, Нито Ьлизкая по составу смесь изомеров может быть получена при ТехниВаНИИ сс'питРопаФталина 1,5-и1,8-Д могут быть получены из ческого Д перекристаллизацией из ацетона, дихлорэтана или
220
Динитропентаметилентетрамин
апротонных диполярных растворителей или при последовате обработке полярным и неполярным растворителями Остальные °И меры получают косвенными методами Технический Д — слабое Bg" скорость детонации 1150 м/с при плотности 1 г/см3, самостоят но в качестве ВВ не используется, является компонентом ряда п Ь мышленных ВВ (динафталит) и некоторых взрывчатых составо (смеси с пикриновой кислотой 48,5'51,5 —“русская смесь”) Объем производства Д. в мире измеряется сотнями тонн в год. В настоящее время основным потребителем 1,5-Д является производство изоциа натов и органических красителей
Жилин В Ф , Збарский В Л , Орлова Е Ю Химия и технология азотсодержащи производных нафталина — М РХТУ им Д И Менделеева, 1984 — 28 с 4
В Л Збарский
Динитропентаметилентетрамин (1,5-динитро-эндометилен-1,3,5,7-тетрааза6ици клооктан, ДПТ) (CH2)5N4(NO2)2, белое кристаллическое вещество, Тпл 213 —216°С, промежуточное соединение при получении октогена и линейных полиметиленнитраминов В воде практически не растворим, умеренно растворим в ацетоне, нитрометане Плотность 1,682 г/см3, дипольный момент в растворе диоксана 6,5 D, что соответствует конфигурации с двумя шестичленными циклами в форме кресла Спиновые константы, вычисленные квантовохимическими методами, и рентгеноструктурные данные показывают, что наиболее слабыми связями в молекуле Д являются связи между метиленовыми группами и нитраминными группами. При нагревании в воде (10°С, 30 мин) полностью гидролизуется с образованием монооксида азота, уротропина и формальдегида. Получают Д конденсацией ни-трамида с формальдегидом и аммиаком (реакция Манниха), нитрованием уротропина растворами нитрата аммония в азотной кислоте в присутствии уксусного ангидрида Нитрование Д приводит к образованию циклических или линейных полиметиленнитраминов Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия, 1973 - С 500-545
Ю А Ганькин
N,N’-Динитропиперазин (дазин) C4H8N4O4, МОЛ масса 176 —кристаллическое вещество белого цвета, Тил 214 — 216 > рмнк=1,63 г/см3 Растворяется в диметилформамиде, 98/-’1ОЙ азотной кислоте, практически не растворяется в 70%-ной азотной кис лоте Порог термической стойкости (2% потеря массы за 6 ч 190 —200°С, энергия активации термораспада 215,2 кДж/моль
221
________________Динитротолуолы
/моль), bfo = 55,7 кДж/моль (13,3 ккал/моль) Получают Д КК ппованием пиперазина (основания или гексагидрата пиперазина) Н тной кислотой в среде уксусной кислоты и уксусного ангидрида в а3исутствии катализатора —хлористого аммония Д предложен для ^пользования в качестве компонента порохов
ИС,' „ Поп) // Rec- trav c^'m ~!909 - Vol 28 -№72, George М Г, Wright G
j Am Chem Soc -1958 -№80 -P 1200
' H П Tихомирова
динитротолуолы (метилдинитробензолы)
07ЛбК2О4, мол масса 182, существуют в виде 10 изомеров' 6 изомеров с нитрогруппами в ядре, 3 —с нитрогруппами в ядре и боковой цепи, 1—с нитрогруппами в боковой цепи Физические свойства Д представлены в таблице.
Изо- Внешний вид кристаллов 7"пл. > •с Плотность, (Т, °C) л//обр . кДж/моль Растворимость, г/100 г раство рителя (7, ”С)
2 3- иглы (из петролейного 59,5 1,263 (111) - 15,9 плохо раствори-
эфира) мы в воде, хоро шо в орг раство рителях
2,4- моноклинные (из бен- 71 1,521 (15) - 68,1 вода-0,027 (22),
зола) толуол —45,5 (15), ацетон-82 (15)
2,5- 52,5 1,28 (111) - 34,3 плохо растворимы в воде, хоро шо в орг растворителях
2,6- игольчатые кристаллы 65,5 1,283 (111) - 43,9
3,4- моноклинные призмы (из бензола) 60 1,259 (111) - 14,6
3,5- 91 1,272 (111) - 43,5
а,2- призмы (из спирта) 72
0,3- иглы (из эфира или уксусной кислоты) 96
0,4- призмы (из спирта) 91
ад-_ РРизмы (из спирта) 79
Щие^ ' Мало РеакЦионноспособные соединения, с трудом вступаю-ния В Реакции Как электрофильного, так и нуклеофильного замеще-Дон’ СПосо^нь1 образовывать комплексы как с акцепторами, так и с Рами электронов При восстановлении Д водородом на
222 Д инитрофенето лы
катализаторах получают соответствующие толуилендиамипы с вых0 дом, близким к количественному Технический динитротолуол по ченный при прямом нитровании толуола, содержит 75 — 78% 2 4 И 18-21% 2,6-Д , 2,2-2,5% 3,4-Д , 1,0-1,2% 2,3-Д и небольшие количества других изомеров. Чистый 2,4-Д получают нитрованием 4-питротолуола, 2,6-Д —из п-толуиловой кислоты через 4-ами но-2,6-динитротолуол с последующим дезаминированием, остальные изомеры —нитрованием о- или п-толуидипа с последующим окислением аминогруппы Объем производства Д в мире измеряется сотнями тысяч тонн в год, основные области применения —производство пенополиуретанов и тротила 2,4-Д используется также в качестве пластификатора в баллиститных порохах и промежуточного продукта при производстве красителей и биологически-активных веществ На основе 2,6-Д создан ряд ценных лекарственных препаратов, однако объем их выпуска невелик
ЛЗбарскии ВЛ., Жилин В Ф Толуол и его нитропроизводные -М РХТУ им Д И Менделеева, 1993 - 266 с
В Л Збарскии
Динитрофенетолы (динитроэтоксибензолы)
CgHg^Oj, мол. масса 212 —этиловые эфиры динитрофенолов, бесцветные кристаллические вещества Из шести возможных изомеров изучены пять. 7’пл' 2,3-Д - — 101 ° С, 2,4-Д —86 —87°С, 2,5-Д. —96 —98°С, 2.6-Д.57 —58°С, 3,5-Д.- 96-97°С. 2,3-и 2,5-Д получают при дезаминировании соответствующих динитро-4-амипо-фепетолов, 3,5-Д с небольшим выходом образуется при взаимодействии ] ,3,5-тринитробензола с этилатом натрия, 2,4-Д получают при нитровании фенетола азотной кислотой или при действии NaOH на динитрохлорбензол в среде этанола Среди Д только 2,4-изомср находил применение в производстве ВВ как исходный продукт для получения 2,4,Ь-тринитрофенетола
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-е изд , пере раб и доп —Л . Химия, 1973 —688 с , FedoroffB Т & Sheffield О Е Encyclope ia explosives and related items —Dover, N Jersey, USA, 1972 -V 2 —В 280
1 с R Нвоелова
Динитрохлорбензол (ДНХБ, хлординитробензол)
C6H3N2O4C1, слабое взрывчатое вещество, известны р-ри изомера
Основным является 2,4-Д., массовая доля 2,6-изомера составл ет 2-4%, 3,4-изомера —небольшое количество. Все три изомера ществуют в нескольких кристаллических модификациях, име®“а. разные температуры плавления Так, 2,4-Д образует три модиф ЦИИ'.а—(Тпл 53,4'С), Р-(Т,1Л 43’0 иу-(Гпл 27’0 Стабильна ко a-форма. Смесь изомеров - кристаллический продукт ж
223
Дифторамины
2,6-ДНХБ 3,4-ДНХБ
NO2 2,4-ДНХБ
цвета, 7’пл 50°С, хорошо растворяется в горячем спирте, эфире, бензоле и сероуглероде, слабо растворяется в спирте, не растворяется в воде По взрывчатым свойствам Д близок к динитробензолу Для смеси 10% Д и 90% пикрилхлорида скорость детонации 5340 м/с при р = 1,1 г/см3 Получают нитрованием технического нитрохлорбензола или хлорбензола в одну технологическую операцию с почти количественным выходом Благодаря высокой подвижности атома хлора 2,4-Д.—высокореакционноспособное соединение, которое широко применяется при синтезе различных полинитросоединений и красителей
Encyclopedia of explosives and related items—Энциклопедия взрывчатых веществ и родственных понятий / Под ред Basil Т Fedoroff, Oliver Е Sheffield -New Jersey (USA ). P A Dover, 1966 —V 3 — P 249, Орлова E Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ—Л Химия, 1973 —С 314 — 319, Hoffman Е, Dame Р // J Am Chem Soc —1919 —V 41 —Р 1016; Фири Давид Г., Бланте Л Основныепро-цессы синтеза красителей -М ИЛ - 1957 -С 94, Beilstein’s Organsche Chemis.-V5 -P 262-264
T А Мратхузина Дифторамины — являются новым классом высокоэнергетических веществ, в основном органических, содержащих группировку Np2 > потенциальных ВВ и компонентов ракетных топлив При горении и детонации Д образуют токсичные продукты (HF и др ) Д. мо-ГУТ также включать нитро-, нитратные, дифтораминоокси- (F2NO —) и N-фторазоксигрупы [ — N(O) = NF] и др эксплозифорные группы Реди Д найдены противовирусные, противоопухолевые и др лекарственные препараты Первые Д получали фторированием азотсодержащих структур газообразным F2, AgF2 и др В дальнейшем мето-сУШественно улучшены в связи с появлением ряда эффективных фтораминирующих реагентов —тетрафторгидразина N2F4, дифто-
F Ncie3 N.N-дифтор-О-фторсульфонилгидроксиламина пентаФтоРгУанидина (F2N)2С = NF, хлордифторамина Или 2 Одиночные NF2 -группы вводят замещением атомов водорода свЯз;аЛ°ГеН0В при Действии N 2F4, присоединением к С=С или С=О М или замещением галогенов, окси-, нитро- и алкоксигрупп при
224______________________Дициандиамид______________
действии HNF2, присоединением F2NOSO2F к фторолефинам C1NF2 к олефинам Различают вицинальные (F2NC — CNF2) (Вд\И геминальные [C(NF2)2] (ГД) и трис-Д [C(NF2)3], известен и т ’ ра(дифторамино)метан [C(NF2)4] Последние три типа соединен^' как правило, отличаются крайне высокой чувствительностью к меха' ническим воздействиям ВД получают присоединением N2F4 кнеп дельным соединениям, ГД— замещением С = О при действии HNF или присоединением последнего к С = С связям Нередко методы сид теза комбинируют"
F2
(F2N)2C = NF + HOCH2C(NO2)3 -+ ->(F2N)3COCH2C(NO2)3
Геминальные нитродифтораминосоединения получают обработкой солей нитросоединений.
Фокин А. В , Студнев Ю Н , Кузнецова Л. Д //Вкн «Реакции и методы исследования органических соединений» — М Химия, 1976 — С. 24, 7, Фокин А В идр // Изв АН — Серия хим —1996 — С 2689
Ю Н Студнев
Дициандиамид C2N4H4 Порошок белого цвета Теплотаобра-зования 18,8 кДж/моль Негигроскопичен, в 100 г холодной воды растворяется всего 2,2 г ДЦДА Хорошо растворим в ацетоне, горячей воде и горячем спирте; не растворяется в бензоле При нагревании выше 180°С отщепляется аммиак. В условиях горения выделяется значительное количество азота, поэтому в аэрозолеобразующих составах используется одновременно как горючее, разрыхлитель и пламегаситель; представляет интерес в качестве основного компонента при получении нитридов и карбидов в волне горения.
ф П Мадякин
Диэтиленгликольдинитрат является полным сложным эфиром азотной кислоты и диэтиленгликоля общей формулы
/CH2CH2ONO2
°\
CH2CH2ONO2
Д — бесцветная или желтоватая жидкость Теоретическое содержание азота в молекуле Д составляет 14,29%, а в техническом продукте 14,1 —14,2% Некоторые свойства Д. приведены ниже' Плотность при 20’С, кг/м3 1390
Температура затвердевания, "С - 11,3— 11,9
(при плотности 1423)
Температура кипения, "С 161
Температура вспышки, ”С 210
Диэтиленгликольдинитрат
225
Теплота образования, кДж/кг Вязкость, спз, при 15-С
25"С
упругость паров, мм рт ст , при^ОК:
1870,68
0,099
0,078
0,070
0,007
0,13
Гигроскопичность при 20"С и относит 0,4
влажности 65%, %
Химическая стойкость по иодокрахмальной 20-25 пробе, мин
д хорошо растворим при 20°С в метаноле, этиловом эфире, бензоле, ацетоне, толуоле, нитробензоле и нитроглицерине Плохо растворим в этиловом спирте, сероуглероде, четыреххлористом углероде Растворимость в воде составляет при 15°С — 0,62%, 20°С —0,4%; 50°С — 45% Д пластифицирует коллоксилины и среднеазотные нитраты целлюлозы Чувствительность к механическому воздействию значительно ниже, чем у нитроглицерина- капля Д при падении груза 10 кг с высоты 20 см не детонирует При атмосферном давлении и комнатной температуре Д. горит со скоростью 0,15 мм/с; при этом
почти весь азот выделяется в виде окиси азота, и газы имеют следующий состав 9,5% СО2; 36,8% СО; 45,5% ; 3,9% Н2,3,3% и 0,7% СН4
Синтез Д может быть осуществлен как периодическим, так и непрерывным методом Процесс состоит из четырех основных фаз- приготовления кислотных смесей, нитрации спирта, сепарации нитроэфира от отработанных кислот и очистки нитроэфира от примесей
Кислотная смесь для получения Д применяется со значительным завышением содержания HNO3 против теоретического, что обусловлено необходимостью снизить растворимость Д в отработанной кислоте и увеличить выход продукта 63 — 65% HNO3, 34 — 36% H2SO4 и 1% Н2О Процесс идет при модуле нитрации 3 — 3,5, t не выше 15°С Стабилизация нитропродукта проводится сначала холодной водой при модуле 0,5—1,5 и t не выше 25°С, а затем 3,8 —5,5% содовым раствором при модуле 1,3 — 2,7 и t от 35 до 20“С Щелочность готового продукта в пересчете на NaOH должна быть не более 0,01 %
Д применяется для производства баллиститных орудийных и Ракетных порохов, а также незамерзающих динамитов и различных "ластичных ВВ Впервые Д синтезирован Ринкенбахом в 1927 г
Нитроглицерин и нитроглицериновые взрывчатые вещества (динами-В И Г Л °Н™, 1934, Марьин В К , Зеленский В П , Орлов Б М , Степанов 1975’ СЛ’оушин А Т Пороха, твердые топлива и взрывчатые вещества —М.. МОП, орст А Г Пороха и взрывчатые вещества — М Машиностроение, 1972
А В Косточко, Е Б Смола
226
Дыма активного шашка
Дымовой генератор авиационный
227
Дыма активного шашка-пиротехническое средство воздействия на атмосферные явления, представляющее собой п ^ЛЯ технический элемент с пиротехническими замедлителем и усилит°" лем для снаряжения противоградового средства, продукты сгорани которого воздействуют на переохлажденные облака, предотвпа % льдообразование
ф П Мадякин Дымовая завеса —облако, образующееся при срабатывании дымовых средств, при работе стационарных и передвижных установок и действии подручных средств Для постановки ДЗ используются горение, испарение, диспергирование взрывом и механические устройства ДЗ применяется для ослепления противника, защиты от лазерного оружия и поражающего действия светового излучения ядерного взрыва, маскировки войск и различных объектов от средств обнаружения, функционирующих в оптическом диапазоне излучения В зависимости от вида объекта и способа постановки ДЗ бывают вертикальными и горизонтальными К ним предъявляются требования по эффективности, времени существования и экологичности Маскирующее действие ДЗ заключается в уменьшении контраста яркости и цвета объекта и фона, искажении поля яркости объекта или снижении сигнала от объекта до уровня помех в аппаратурном канале. Мерой маскирующих свойств ДЗ являются длина непросматривае-мой части и маскирующая оптическая толщина Эффективность ДЗ зависит от ее микроструктуры и взаимного положения ДЗ, источника излучения, объекта и средства наблюдения Свойствами ДЗ, не зависящими от условий наблюдения, являются объемные коэффициенты рассеяния, поглощения и ослабления излучения Высоконагретые ДЗ могут использоваться для временного выведения из строя оптико-электронных средств обнаружения Время существования ДЗ определяется временем действия и мощностью дымового средства, летучестью и седиментационной устойчивостью аэрозоля и метеорологическими условиями Благоприятными являются изотермия и инверсия атмосферы
Вейцер Ю И , Лучинский Г П Маскирующие дымы — М Химиздат, 1947, Грин X , Лейн В Аэрозоли — пыли, дымы и туманы — Л Химия, 1969
Л И Кельдышева
Дымовая шашка — пиротехниче-
ское средство, представляющее собой ме- t О ытая и закрытая таллический корпус, заполненный дымовые шашки
„образующим и воспламенительным составами с пиротехниче-Дь1>’ воспламенителем Общий вид Д ш показан на рисунке сКйМ Ф П Мадякин
дымовой генератор авиационный-трассирующее ** яство, содержащее пиротехническую шашку из дымового пиротехнического состава и электрокапсюльную втулку и предназначенное для образования цветных дымовых трасс (следов) самолета при выполнении фигур высшего пилотажа и учебно-тренировочных поле-тов
Ф П Мадякин
дымовой состав — пиротехнический состав, горение которого сопровождается образованием большого количества дыма при отсутствии пламени Применяется для снаряжения маскирующих, трассирующих, имитационных, сигнальных и пестицидных средств ДС делятся на маскирующие, цветных дымов и пестицидные Составы цветного дыма используются в сигнальных, трассирующих, имитационных и маскирующих средствах При горении ДС должен образовывать аэрозоль, который обеспечивает требуемый специальный эффект, определяемый назначением средства, в течение заданного времени Так, ДС для снаряжения маскирующих средств должен образовывать устойчивый во времени аэрозоль с максимальной кроющей способностью и минимальным контрастом с местностью и защищаемым объектом Сигнальные ДС должны образовывать аэрозоль, обеспечивающий видимость и различимость сигнала (цвета) Для сигнализации используется ДС, образующий облака красного, желтого, зеленого и синего (фиолетового) цветов При горении пестицидных ДС должен образовываться аэрозоль, губительно действующий на различные вредные организмы (клещи, насекомые, черви, моллюски, грибы, бактерии и т д ) В зависимости от конкретного назначения пестицидные ДС делятся на инсектицидные, акарицидные и фунгицидные Независимо от назначения все ДС можно разделить на два типа Одни содержат дымообразующее вещество в готовом виде, в Других оно получается при горении Составы первого типа обычно ^Тоят из термической смеси (окислитель+горючее), дымообразова-й пламегасителя-разрыхлителя В качестве окислителя исполь-ви Т КС 103, а горючего — свекловичный и молочный сахар, тиомоче-Роль И ДИциандиамиД> последние выполняют в ДС одновременно МаскиПламегасителя-разрыхлителя В качестве дымообразователя в лин РУЮ1ЦИХ ДС применяют хлористый аммоний, антрацен, нафта-
и ДР , в составах цветных дымов — красители, а в
228_________Дымовые составы для защиты растений от заморозков
пестицидных - ДДТ, дилор, трилан и др Составы второго типа исПо льзуются в основном в маскирующих средствах Это металлохлори ные ДС и составы на основе фосфора или его смеси с NH4C1 В ПД следнее время разработаны ДС, которые образуют аэрозоль с требуе мыми свойствами без наличия оболочки Это составы цветного и инсектицидного дыма на основе эластомеров, систем порошкообразный ВМС-пластификатор, азидопентона и нитратов целлюлозы
ф п Мадякин
Дымовые составы для защиты растений от замо-розков —предназначены для предотвращения критического охлаждения приземного слоя воздуха на открытых площадях и воздуха в неотапливаемых теплицах, парниках Повышение температуры воздуха может быть достигнуто за счет' снижения теплового излучения земной поверхности вследствие его рассеяния и поглощения дымом; распространения тепла, выделяющегося при горении дымового состава; выделения тепла при конденсации парообразных продуктов горения и водяного пара, содержащегося в воздухе, на гигроскопических частицах дыма, при растворении, гидратации и гидролизе частиц дыма В связи с этим продукты горения ДС для защиты растений от заморозков могут содержать ангидриды, хлорангидриды, хлориды, сажу, частицы, способные увеличиваться при нагревании или набухать во влажной среде. Установлена эффективность фосфорных и металлохлоридных составов Их применение ограничивается фито-цидными (ожигающими) свойствами дыма по отношению к некоторым видам растений на ранней стадии их вегетации. Более широко применяются хлоратно-нашатырно-антраценовые составы, их аналоги и составы на основе древесных отходов или торфа.
Шидловский А А. Основы пиротехники -М Машиностроение, 1973
Л. И Келъдышева
Ж
ЖиДкие метательные вещества метательные ВВ, находящиеся в интервале температур эксплуатации в жидком агрегатном состоянии и используемые в опытных образцах ствольной артиллерии в качестве энергетической основы метательного заряда вместо традиционных нитроцеллюлозных порохов Все ЖМВ разделяются на два типа —однокомпонентные и двухкомпонентные Однокомпонентные ЖМВ по энергетической насыщенности имеют относительно небольшое преимущество перед обычными порохами, обладают высокой чувствительностью к воспламенению, т.е. легко воспламеняются от внешнего инициирующего импульса, что затрудняет их использование в боевых условиях Двухкомпонентные ЖМВ энергетически более выгодны Они могут иметь величину удельной энергии на 15-25% больше, чем однокомпонентные и воспламеняются только при смешении Для любого типа ЖМВ исходными компонентами могут служить либо индивидуальное химическое вещество, например, пропилнитрат или окись этилена, либо смесь индивидуальных химических веществ Характерным примером однокомпонентного ЖМВ является смесь, состоящая из 61% нитрата гидроксиламмония, 19% нитрата триэтаноламмония и 20% воды. В качестве двухкомпонентного ЖМВ может рассматриваться, например, перекись водорода и концентрированная азотная кислота.
Использование ЖМВ в ряде случаев позволяет обеспечить получение более высоких начальных скоростей снаряда, снижение пиковых давлений в канале ствола, более рациональное использование внутреннего объема боевых машин и повышение их живучести, уменьшение эрозии канала ствола, дульного пламени и дымообразова-ния при выстреле, а также стоимости метательного заряда
Интерес к разработке ЖМВ, кроме того, определяется таким актором, как меньший рост массы выстрела при увеличении калиб-3 °РУдяй- ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ЖМВ по сравнению с орудиями, исполь-ем ”1ИМИ пороховые метательные заряды, для которых с увеличени-ибра приращение массы выстрела увеличивается в три раза
Ки с ерьезными недостатками ЖМВ являются сложность разработ-РажеСТеМЫ заРяжания и разряжания орудий, а также их сильно выньте токсические и коррозионные свойства, что значительно
Зажигательное средство
усложняет их эксплуатацию и является причиной отказа от ЖМВ на вооружение.
принятия
Military Technology 1989 -V 13 - №11 -Р 100, Алексеев Ю Применение ких метательных веществ в артиллерийских системах // ЗВО —1989 _ \ЛИ'5'
С 28-31 "
В Ю Мелешко
3
Зажигательное срвДСТВО-пиротехническое средство предназначенное для уничтожения материальных ценностей, средств нападения и обороны противника Общими требованиями к ЗС являются’ высокая температура горения; достаточное время и интенсивность горения, обеспечивающие передачу поджигаемому материалу тепла в количестве, необходимом для его воспламенения и горения способность легко воспламеняться от обычных воспламенительных составов; тушение должно быть затруднительным Кроме того, ЗС должно удовлетворять ряду специальных требований, которые обуславливаются свойствами поджигаемого материала (горючие жидкости, дерево, взрывчатые вещества, самолеты, танки и т п ) и конструктивными особенностями поражаемой цели ЗС подразделяются на средства авиации, артиллерии, пехоты, танковых и инженерных войск
Шидловский А А Основы пиротехники — 4 е изд — М Машиностроение, 1972
И А Абдуллин
Зажигательный состав-пиротехнический состав, горение которого сопровождается образованием высокотемпературного пламени и шлаков, обладающих прожигающей способностью. ЗС применяются для снаряжения зажигательных бомб, снарядов, мин и т п К ЗС относятся также огнеметные смеси ЗС делятся на две группы с окислителями (термиты и термитно-зажигательные составы) и без окислителей, сгорающие за счет кислорода воздуха (жидкие нефтепродукты, загущенные жидкие нефтепродукты, магниевый сплав «Электрон», белый фосфор, его соединения и сплавы) Все ЗС дол жны воспламеняться от воспламенительных составов, иметь боль шую теплоту и температуру горения, гореть со скоростью, наиоо выгодной в условиях их применения Скорость горения ЗС завис от состава и конструкции боеприпаса Так, сгорание ЗС в зажита ных пулях происходит почти мгновенно, скорость гор
Эамедлительные составы
231
ссованных термитных составов составляет несколько милли-за ” в секунду, а жидкие нефтепродукты горят еще медленнее В М б ице приведены основные показатели некоторых ЗС
Свойства зажигательных веществ
Зажигательное вещество Теплота горения, кДж/кг Температура горения, ”С Плотность, кг/м3
ЗЗлезо-алюминиевый термит 3352 2500 ~ 3200 (спресс )
Сплав «Электрон» 25140 ~ 2000 1800
Фосфор белый 24300 ~ 1300 1800
Напалм 41900 ~ 900 800-900
В Шидловскии А А Основы пиротехники -4-е изд М Машиностроение, 1972
И А Абдуллин, А.Р Абдуллазянов
ЗаМеДЛИТСЛЬНЫе составы используются для снаряжения пиротехнических замедлителей, специальных нагревательных изделий, дистанционных труб и взрывателей, вспомогательных систем ракетно-космической техники Основное требование к ЗС — малая зависимость скорости горения от внешнего давления, небольшое значение температурного коэффициента скорости горения, легкость вос-
пламенения от начального импульса и надежное воспламенение следующего звена огневой цепи В качестве горючих в ЗС используются порошки циркония, марганца, хрома, вольфрама, бора, кремния и их сплавов; в качестве окислителей —хроматы бария и свинца. Известны следующие составы для изготовления замедлителей к электрозапалам, %• 1) хлорат калия 5, селен 47 и металлический висмут 48, 2) свинцовый сурик 76, кремний 24 и технологические добавки сверх
• Шидловский А А Основы пиротехники — 4-е изд М Машиностроение, 1972
И А Абдуллин
3аРяд вкладной — блок твердого топлива определенной формы И Размеров, находящийся в камере сгорания ракетного двигателя без Скрепления с внутренней поверхностью корпуса ВЗ изготавливают-Вы^еТОДОМ прессования (баллиститные составы) или литья (смесе-топлива) Для обеспечения требуемого характера изменения по Мени тяги или секундного расхода топлива часть поверхности за-м Может быть забронирована Заряд может быть выполнен в виде огошашечной конструкции или моноблока
пове РЯДе СЛуЧаев как правило с незабронированной наружной Рхностью, имеют опору в районе соплового торца в виде
232
Заряд конвективного горения высокоплотный
Заряд разрывной
233
решетки Для бронированных зарядов применяются специаль опорные узлы, исключающие течение продуктов сгорания из дон части двигателя в сопловую через зазор между внутренней поверх,^ стью корпуса и зарядом Заряды вкладного типа применяются основном, в двигателях систем ближнего боя, тактических и некото8 рых оперативно-тактических ракет
Они также находят применение в газогенераторах, пороховых аккумуляторах давления, малогабаритных двигателях специального назначения стратегических и тактических ракет, а также ракет-носителей.
Фахрутдинов И X , Котельников А В Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива — М Машиностроение, 1987; Гладков И М , Лалабеков В. И., Мухамедов В. С , Шмачков Е А Массовые характеристики исполнительных устройств систем управления баллистических твердотопливных ракет и космических летательных аппаратов — М , 1997
И Н Венцкевич, В Н Эйхенвалъд
Заряд конвективного горения высокоплотный
— метательный заряд блочной конструкции с увеличенной до 1,2 — 1,5 кг/дм3 плотностью и прогрессивностью горения ВЗКГ получают путем прессования из пороховых предварительно бронированных или специально флегматизированных зерен Данные заряды
содержат газопроницаемую пористость, и их сжигание осуществляется в режиме конвективного горения Создание ВЗКГ стало возможным на основе детальных исследований механизма и закономерностей конвективного горения в уплотненных порохах и разработки способов регулирования его параметров. Высокая прогрессивность горения ВЗКГ обеспечивается за счет замедленного конвективного воспламенения заряда в целом и прогрессивного горения отдельных пороховых зерен, содержащих ингибирующие (бронирующие и флегматизирующие) покрытия Скорость конвективного горения снижается в результате использования ингибирующих добавок и уплотнения заряда, приводящего к уменьшению его пористости и газопроницаемости В процессе распространения пламени происходит диспергирование заряда с распадом на исходные зерна, которые вое пламеняются с задержкой и затем сгорают прогрессивно в широк зоне догорания В случае бронированных зерен воспламенение их верхности происходит в отдельных очагах, на дефектах пленки, к торые, разгораясь, сливаются с увеличением поверхности горе Дополнительным фактором, повышающим прогрессивность гоРе'^о’ является разгорание в этот период внутренних каналов зерен, к рые не бронируются Флегматизированные зерна воспламеняют
ханизму фиксированной задержки, и послойное горение поверхно-Ме гх слоев пороха осуществляется с возрастающей скоростью, соот-сТНствуюШей концентрационному профилю флегматизатора
рассматриваются ВЗКГ следующих типов блоки вкладные и за-ессованные непосредственно в гильзу, при этом распространение пламени может осуществляться как по оси, так и по радиусу заряда Высокая прогрессивность горения и плотность ВЗКГ обеспечивают пои неизменном максимальном давлении выстрела увеличение массы пороха и, следовательно, концентрацию энергии в единице объема зарядной камеры, которая для стрелковых и малокалиберных систем может составлять 20 — 40% по сравнению с традиционными зернены-мизарядами насыпной плотности Соответственно, наивыгоднейшую плотность заряжания для ВЗКГ удается повысить до 1,25 кг/дм3 Рассмотренный подход к организации процесса горения высокоплот-
ных зарядов дает возможность повышать начальную скорость метания за счет получения при выстреле кривой давления платообразной формы, когда в течение определенного времени максимальное давление поддерживается практически постоянным
А А Сулимов
Заряд разрывной —определенное количество подготовленного взрывчатого вещества (ВВ), предназначенное для производства взрыва
РЗ может быть изготовлен из ВВ различного агрегатного состояния (твердое, жидкое, газообразное или комбинированное —твер-дое+жидкое, жидкое+газообразное, газообразное+твердое) РЗ может быть различным по составу ВВ (из индивидуальных и смесевых ВВ), по форме (сосредоточенный, удлиненный, плоский и т п.), по конструкции, по величине, по структуре заряда, по способам изготовления vнасыпной, литой, прессованный, шнекованный или изготовлен лю-ым другим способом) РЗ может быть в оболочке или без нее.
РЗ характеризуется составом, весом, плотностью (средней и локальной)
Средняя плотность —отношение массы РЗ к его фактическому ъему в камере боеприпаса Средняя плотность характеризует сте-ень уплотнения ВВ
сеч Л°кальная плотность —плотность заряда в любом поперечном ении, характеризует качество РЗ
ГА Травов
234
Зарядов баллиститных ракетных топлив термостабильность
Зарядов СРТТ скрепление с корпусами РДТТ
235
Зарядов баллиститных ракетных топлив терМо ТабилЬНОСТЬ Под термостабильностью (Т ) зарядов балли ных ракетных топлив (БРТ) понимается их сопротивляемость па Т шению вследствие проходящих в них процессов разложения и во пикновения давления газообразных продуктов разложения Т зави сит от химического состава, длительной прочности и диффузионный свойств топлива Количественной ее мерой является индукционный период —время до появления внутренних дефектов в зарядах При менительно к бронированным зарядам индукционный пери од —время до нарушения целостности крепления бронепокрытия к топливу Обычно Т. бронированных зарядов меньше Т зарядов без бронепокрытия. Т. — одна из характеристик, необходимых для оценки сроков технической пригодности зарядов
Оценку Т. проводят в период опытно-конструкторской отработки зарядов и, в случае необходимости, при серийном изготовлении при продлении сроков эксплуатации, при принципиальных измене-
ниях технологических процессов изготовления зарядов
Для экспериментального определения Т испытаниям подвергают натурные заряды или шашки-заготовки и модельные образцы длиной не менее двух диаметров Заряды, предназначенные для испытаний, предварительно подвергают дефектоскопированию ультразвуковым, рентгеновским или другим методом Этими же методами в процессе термостатирования периодически проводят контроль монолитности изделий после их охлаждения Испытания прекращают после того, как появляются дефекты величиной, превосходящей погрешность определения дефектов После окончания испытаний проводят разрезку изделий для выяснения характера дефектов Поверхностные дефекты и дефекты, обусловленные инородными включениями, не учитываются
Величина индукционного периода для конкретных климатических условий эксплуатации зарядов рассчитывается на основе разработанных физической и математической моделей, учитывающих кинетику химического разложения топлива, диффузию продуктов распада, накопление повреждений в заряде, а также Т , определенную экспериментально при повышенных температурах на этапе отработки заряда При проведении этих расчетов используется значение эквива лентпой температуры (см Эквивалентная температура)
Из рецептурных факторов наибольшее влияние на Т заряд БРТ оказывают высокоэнергетические пластификаторы, ставил торы химической стойкости, модификаторы горения, металличе горючее Влияние технологических факторов, в основном, связ
□атурным воздействием и содержанием влаги в готовом порохе т^ление теплового воздействия и увеличение количества влаги в по-усйе прИводит к снижению прочностных характеристик, повышению РоХб ти термораспада и, как следствие этого, понижению Т
СК Расчетные значения Т для различных климатических условий и кТические ее значения, подтвержденные многолетними наблюдениями зарядов в тех же условиях, достаточно высоки и, как правило, евышают гарантийные сроки независимо от химического состава, азмера и конструкции отработанных и сданных на вооружение зарядов баллиститных ракетных топлив
Л В Селезнева, Л А Гаврилова
Зарядов СРТТ скрепление С корпусами РДТТ Существуют различные конструкции зарядов из СРТТ, скрепленных по наружной поверхности с корпусом РД В крупногабаритных РДТТ используются, как правило, канально-щелевые, звездообразные и цилиндро-конические заряды Назначение крепящего слоя —обеспечить прочное скрепление зарядов СРТТ с корпусом РД в процессе его эксплуатации в заданном интервале температур
Материалы силовой оболочки РД определяют технологию изготовления и нанесения теплозащиты, герметизирующих и скрепляющих слоев При изготовлении корпусов из металлов и их сплавов слои наносятся вклейкой В корпусах РД из композиционных материалов (стекло-, органопластик) они наносятся как заключительный этап изготовления силовой оболочки
Конструкция заряда и материал корпуса определяют способ скрепления заряда с корпусом- скрепление в процессе отверждения СРТТ или скрепление предварительно отформованного заряда
По первому способу в качестве крепящего слоя чаще всего используется тканевая синтетическая подложка с нанесенным на нее крепящим составом Использование тканевой подложки способствует Увеличению поверхности контакта, равномерному распределению крепящего состава, созданию надежной адгезионной связи с материалами внутренней поверхности корпусов
Широкое применение находит бестканевый метод скрепления, °гда функции тканевой подложки и крепящего состава выполняет н материал, в качестве которого используются, в зависимости от ептУРЫ СРТТ, отвержденные покрытия, специальные резины и пас НопоД°бные материалы Бестканевый способ позволяет снизить состав ЫИ ВеС К°рПуСа’ Уменьшить или исключить расход крепящего Веского’ СНИЗИТЬ тРУД°затраты и сократить длительность технологи-
Зарядов СРТТ скрепление с корпусами РДТТ
236
Крепящие составы в качестве полимерной основы содержат чуки полибутадиеновый, полидиенуретановый, этиленпропилено^-или др В некоторые крепящие составы добавляется также эпокси *И смола, углерод технический, сажа белая, асбест и др. компоненты
К крепящим слоям предъявляется целый ряд требований Ддге зионная прочность на отрыв от СРТТ должна быть на уровне или выше когезионной прочности СРТТ; прочность скрепления крепяще го слоя с элементами корпуса РД должна превышать адгезионную прочность с СРТТ с учетом коэффициента запаса; должны обеспечи ваться химическая совместимость со связующим СРТТ и равенство коэффициентов линейного расширения СРТТ и материалов промежуточных слоев корпуса РД; температура стеклования должна быть
не выше нижнего температурного предела эксплуатации заряда Высокие физико-механические характеристики, минимальная плотность, стабильность свойств в течение всего гарантийного срока эксплуатации РДТТ также относятся к ряду основных требований, предъ-
являемых к крепящим слоям
Защитно-крепящие слои (ЗКС) —название класса материалов, являющихся составной частью конструкции современного ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) и объединенных общей функцией Основная функция ЗКС заключается в защите корпуса от воздействия высокотемпературных потоков, образованных продуктами сгорания твердого ракетного топлива (ТРТ) (защитный слой), и скреплении топливного блока с силовой оболочкой корпуса РДТТ (крепящий слой).
Впервые термин «защитно-крепящие покрытия» появился в процессе замены схемы снаряжения РДТТ вкладным зарядом схемой с
прочноскрепленным зарядом ТРТ Защитный слой представляет собой двухслойный материал, состоящий из резины, дублированной ас-болавсановой или капроновой тканью Крепящий состав представляет собой жидкую композицию, состоящую из реакционноспособного олигомера с усиливающим наполнителем, и предназначен для обеспечения прочного адгезионного шва между топливом и силовой оболоч-
кой корпуса. Схема крепления приведена на рис. 1.
Технология скрепления заряда заключается в следующем Сна, чала на внутреннюю поверхность корпуса выкладывается защитный слой из резины и тканого материала, затем наносится крепящий со став Топливная масса литьем под давлением заполняет подготовлен, ный таким образом корпус, полимеризуется и, находясь в KOHTaige^ этим слоем, формирует адгезионное соединение между Зл
зарядом. В этом случае формование заряда происходит непосредственно в корпусе двигателя
Однако следует отметить, что при такой схеме крепления зарядов образуется целый ряд границ раздела между разнородными по своей природе материалами Любая из этих границ может стать источником дефекта в виде отслоения, что, в конечном итоге, приводит к потере работоспособности РДТТ Кроме того, процесс изготовления многослойных ЗКС трудоемок Теоретические и экспериментальные исследования последних лет позволили значительно упростить технологический процесс подготовки корпусов к заполнению топливной массой путем применения однослойного материала, совмещающего в себе функции теплозащиты и крепящего состава Примером такого состава является покрытие, например, на основе полидиенуре-танэпоксида, рецептура которого представлена в таблице
Наименование компонентов Назначение Содержание, мае %
Полидиенуретанэпоксидный каучук Полимерная основа 84,9
Малеиновый анппидрид Технический углерод ^Р^Цетат Отвердитель 2,5 12,6 8-2 св 100%
Разбавитель
Соки^Остоинств°м разработанных ЗКС является сочетание в них вы-ра адгезионных свойств с сохранением высокоэластических ха-РИстик при отрицательных температурах вплоть до -70° С
238
Зарядов стабильность
Зарядов стабильность
239
Важное место в задаче скрепления заряда с корпусом заним проблема предотвращения миграции пластификаторов из топлив367 ЗКС Этот процесс приводит к образованию в топливе переходи “ зоны, обедненной пластификатором, снижению в этой зоне механи/И ских характеристик топлива и, как следствие, снижению надежност скрепления заряда Наиболее эффективным способом, предотврати ющим миграцию пластификатора, является использование в составе ЗКС стойких к действию пластификаторов топлива резин Многочис ленные исследования устойчивости различных резин по отношению к пластификаторам показали, что поглощение резинами пластификаторов из топлива соответствует закономерности, вытекающей из традиционных представлений о термодинамической совместимости полимеров и низкомолекулярных жидкостей: неполярные резины лучше сорбируют неполярные пластификаторы, и наоборот.
Исключительной стойкостью к действию пластификаторов обла-
дают резины на основе фторкаучука Применение в составе ЗКС фторкаучуковой резины позволило практически полностью подавить миграцию пластификаторов из топлива и обеспечить работоспособность зарядов в диапазоне температур ±50° С.
Дальнейшее развитие материаловедения в области ЗКС непо-
средственно связано с совершенствованием конструктивно-компоновочных схем РДТТ и рецептур СТТ. Таким образом, очевидно, что материалы ЗКС играют важную роль в обеспечении надежной работы современных РДТТ
Л.А Гаврилова, Ю С Клячкин
Зарядов стабильность Заряды СРТТпри хранении и эксплуатации могут испытывать воздействие температуры, влаги, радиации, агрессивных сред, биологических факторов и напряжений от механических нагрузок, которые в зависимости от времени и интенсивности их воздействия обусловливают обратимые и необратимые физико-химические процессы
Особое значение имеют температурные условия хранения и эксплуатации зарядов, определяющие интенсивность физико-химических процессов Во многих случаях изменение температуры окружающего воздуха приводит к возникновению напряженного состояния заря дов, обусловленного различием коэффициентов термического расти рения элементов заряда
С повышением температуры усиливаются реакции взаимодеис вия компонентов топливных масс, термического разложения топ и других элементов зарядов, которые могут сопровождаться газо делением, изменением химической структуры материалов
мщением зарядов Важное значение вопросы газовыделения при-Р3'3 тают для новых высокоэнергетических СРТТ, отличающихся по-° щенными скоростями разложения Процессы термического разло-ВЫ ия ТРТ могут быть автокаталитическими и при определенных эк-* еМальных условиях могут привести к самовоспламенению (см Тепловое самовоспламенение)
Тепловое старение (деструкция или структурирование полимер-н0Г0 связующего, физико-химические превращения на границе наполнитель-связующее, структурные перестройки на надмолекулярном уровне) сопровождается необратимыми изменениями характеристик ТРТ, бронепокрытий, крепящих слоев и неметалллических конструкционных материалов
На эксплуатационные свойства зарядов оказывают влияние процессы массопереноса и массообмена (взаимная диффузия пластифи-
каторов в элементах заряда, удаление летучих компонентов, перераспределение влаги и т п ), приводящие к изменениям баллистических и механических характеристик заряда
К необратимым изменениям механических характеристик приводит также радиационное старение (химические реакции деструкции и структурирования в полимерных материалах).
Эксплуатационные свойства современных СРТТ во многом определяются фазовым состоянием горюче-связующих, пластификаторов и других компонентов Поэтому температура плавления кристаллической фазы или температура структурного стеклования некристал-лизующейся полимерной основы в ряде случаев является температурным пределом работоспособности СРТТ и определяет их морозостойкость
Накопление повреждений в зарядах вследствие механических напряжений, действующих при хранении и эксплуатации, обусловливает изменение механических характеристик, изменение размеров зарядов, нарушение адгезионной связи на границе топливо-броне-покрытие (крепящий слой)
При оценке сохраняемости эксплуатационных характеристик зарядов различают две задачи прямую и обратную Первая заключает-определении гарантийных сроков эксплуатации зарядов по допу-Мым изменениям характеристик, вторая состоит в установлении 6qToc Тивного уровня характеристик заряда для обеспечения его ра-н° обе°с°6ности в течение заданного гарантийного срока Формаль-задачи решаются, исходя из следующего условия'
2<°) • P(t) > [Z],
240
Зарядов стабильность
Заряд твердого ракетного топлива
241
где Z(0)—начальное значение характеристик (требуемое по Tv\ P(t) — коэффициент изменения характеристик (по отношению к н ’ льному значению); [Z]—предельно допустимое значение характе^ стики в любой момент эксплуатации и хранения р
Обобщенной характеристикой работоспособности изделий явля ется показатель надежности, т е вероятность безотказной работы Использование этой характеристики в качестве параметра [Z] было бы наиболее приемлемым вариантом решения задачи Однако его ре ализация вызывает значительные затруднения из-за отсутствия достаточно точного решения кинетической задачи надежности для Та. ких сложных систем, какими являются современные твердотопливные заряды ракетных двигателей Как правило, проводятся лишь частные дискретные по времени оценки надежности Поэтому в инженерной практике получил распространение способ, заключающийся в том, что приведенное выше соотношение решается для каждой характеристики, определяющей работоспособность конструкции Для обеспечения требуемого гарантийного срока в нормативы по характеристикам вводятся соответствующие коэффициенты изменения их во
времени
Выполнение требуемого гарантийного срока определяется не только условиями эксплуатации, свойствами материалов заряда и корпуса РДТТ, но и конструкцией двигательной установки, а также допусками по основным параметрам
К основным этапам исследований физико-химической стабиль-
ности ОТНОСЯТСЯ’
1. Изучение механизма протекающих процессов и установление кинетических закономерностей изменения эксплуатационных свойств на образцах топлив, бронепокрытий, конструкционных материалов и т д На основании полученных результатов проводятся кинетические, прочностные расчеты с учетом ожидаемых изменении характеристик и оценка надежности заряда в течение требуемого гарантийного срока
2. Ускоренные испытания узлов зарядов, модельных образцов, а в ряде случаев и натурных изделий, при которых воспроизводятся ожидаемые в течение гарантийного срока изменения основных харак^ теристик путем форсирования воздействий внешней среды Эти ис пытания проводятся при отработке новых образцов техники ли^ при необходимости подтверждения расчетных оценок сохраняемое эксплуатационных свойств по результатам исследований образ материалов этапа 1
3 Непосредственная проверка расчетных оценок сохраняемости актеристик в процессе эксплуатации и опытного хранения
хар Л В Селезнева, Л А Гаврилова
ЗарЯД твердого ракетного топлива — источник химической энергии и один из основных конструктивных элементов
твердотопливной энергетической установки (ракетный двигатель, газогенератор, аккумулятор давления, бортовой источник мощности) определенной формы и размера, размещенный в камере сгорания. Твердотопливные заряды подразделяются на вкладные и скрепленные с корпусом Вкладные заряды после изготовления помещаются в корпус двигателя и закрепляются различными способами в зависимости от особенностей конструкции (рис.1) Вкладной заряд может быть выполнен в форме моноблока или состоять из нескольких шашек. Поверхность вкладного заряда, не предназначенная для горения, может быть флегматизирована путем нанесения бронирующего покрытия Форма канала многошашечного заряда, как правило, цилиндрическая Моноблочный заряд может быть беска-нальным или иметь центральный канал в форме цилиндра, многолучевой «звезды» и др.
корпусом заряд изготавливается залив-
Рис.1 Формы вкладных зарядов твердого ракетного Топлива
„ Прочно скрепленный с
Кои топливной массы непосредственно в камеру сгорания Используется способ отдельного изготовления заряда с последующим вклеиваем его в корпус двигателя Скрепление заряда с корпусом осущест-слоевСЯ ° П0М01ЦЬ10 специальных защитно-крепящих (клеевых) 0беСпаЗМерЫ И констРУктивная форма заряда выбираются из условия менныЧеНИЯ ТРебУемого значения секундного расхода топлива, вре-экспл,Х И тяговых характеристик, нагрузок, температурных режимов ния УЭТации и применения. Требуемая зависимость текущего значе-ется .Верхпости горения от величины сгоревшего свода обеспечива-формой канала (цилиндрический, звездообразный, щелевой,
242 Зарядов твердых ракетных топлив гарантийный срок эксплуатации
цилиндро-конический и др ), а также введением специальных Ко пенсаторов горения в виде проточек, частичного или полного открЬ1 тия торцов и др
Совершенство заряда в значительной степени определяется Ко эффициентом объемного заполнения камеры сгорания, минимиза цией отношения текущего значения поверхности горения к среднеинтегральной величине, технологичностью изготовления, стойкостью к воздействию внешних факторов. Массовые параметры зарядов изменяются в широких пределах’ от долей грамма до нескольких сотен тонн
Фахрутдинов И X , Котельников А В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива -М Машиностроение, 1987; Шишков АЛ, Панин С Д , Румянцев Б В Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топли ва - М Машиностроение, 1989, Космонавтика -М Энциклопедия, 1985
И И Венцкевич, В Н Эйхенвальд
Зарядов твердых ракетных топлив гарантийный срок эксплуатации (ГСЭ ТРТ)-календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой качество изделий соответствует установленным требованиям
Для обоснования гарантийного срока необходимо проведение следующих исследований на этапе отработки зарядов’
— анализ требований технического задания;
— определение действующих факторов и комплекса характеристик, обеспечивающих работоспособность заряда;
— экспериментальное исследование стабильности материалов и элементов зарядов ТРТ;
— оценка безопасности хранения зарядов, изучение кинетики термического разложения ТРТ, теплового старения ТРТ, покрытий, крепящих слоев конструкционных материалов и адгезионных соединений, термостабильности зарядов баллиститных порохов, процессов массопереноса, радиационной и биологической стойкости материалов,
— расчетная оценка сохраняемости зарядов ТРТ;
— прогнозирование изменения характеристик зарядов в услови ях эксплуатации;
— оценка прочности и надежности с учетом ожидаемых изме ний характеристик; _ п.
— обоснование обеспечения заданного гарантийного срока э
луатации; „ зарЯ-
— ускоренные климатические испытания узлов, моделей дов ТРТ и натурных зарядов (в отдельных случаях),
— подтверждение гарантийного срока опытом эксплуатаЦ
Зарядов ТРТ эквивалентная температура хранения и эксплуатации 243
После истечения гарантийного срока может быть продлен срок плуатации по результатам анализа условий эксплуатации заря-Эов результатам проверок и использования их в учебно-боевой рабо-Д летных и наземных испытаниях в составе ракетного двигателя ! ’аКеты), анализа технического состояния зарядов при выборочных технических осмотрах
ГСЭ ТРТ гарантируется при соблюдении следующих условий’ — отсутствие массовых существенных повреждений зарядов в процессе эксплуатации;
— величина коэффициента запаса прочности заряда не ниже единицы;
- уровень вероятности безотказной работы или другого показателя надежности соответствует заданным требованиям;
— результаты эксплуатационных испытаний и использования зарядов в учебно-боевой работе, летных и наземных испытаниях в составе ракетного двигателя (ракеты) соответствуют требованиям конструкторской документации
Проверку выполнения условий по запасу прочности, надежности и основным характеристикам проводят с учетом продолжительности и условий последующей эксплуатации
Л В Селезнева, Л А Гаврилова
Зарядов ТРТ эквивалентная температура хранения И эксплуатации Изменение температуры окружающего воздуха при хранении и эксплуатации зарядов в широких пределах вызывает необходимость учета неизотермических условий при прогнозировании изменений свойств заряда и его элементов. Ориентация на средние значения температуры может привести к существенным ошибкам ввиду значительной зависимости скорости изменения эксплуатационных характеристик заряда от температуры.
Решение кинетических уравнений в условиях нестационарного температурного поля может быть выполнено на ЭВМ для известных законов изменения температуры во времени Нестационарные температурные условия хранения и эксплуатации зарядов учитываются ройДеНИеМ постоянн°й эквивалентной температуры (ЭТ), при кото-что В 3аРяде за рассматриваемое время происходят те же изменения, ,и в Переменном температурном поле ЭТ является как функцией фектнБной энергии активации процессов, так и функцией распре-ения температур.
ЭТ определяется из соотношения:
244_______Защита от статического электричества в производствах отрасяц
•З.уцита от статического электричества в производствах отрасли 245
U/Я
экв ~ m
где (/ — эффективная энергия активации; р,—частота (вероятность) появления температуры Tt в течение года
ЭТ может рассматриваться как обобщенная характеристика теп лонапряженности климатических районов по интенсивности физико-химических процессов, скорости которых могут различаться в два-три раза Однако тактико-техническими требованиями и заданиями на отработку твердотопливных зарядов гарантийные сроки назначаются без их дифференциации в зависимости от температурных условий и устанавливаются в расчете на самые жесткие условия хранения и эксплуатации Наиболее целесообразно установление эквивалентных гарантийных сроков для различных климатический районов Под эквивалентными гарантийными сроками подразумеваются такие сроки хранения и эксплуатации в различных температурных условиях, за которые достигается одна и та же степень изменения эксплуатационных свойств заряда Эквивалентные сроки хранения и эксплуатации обратно пропорциональны значениям относительных скоростей процессов Установлена экономическая эффективность дифференциации гарантийных сроков эксплуатации (в связи с относительно малыми территориями районов жаркого и холодного климата в России)
В таблице показана зависимость сроков эксплуатации зарядов от значения ЭТ в различных климатических районах при энергии активации 30 ккал/моль
Климатический район Эквивалентная температура, К Относительная скорость процессов, W / MzxnJI Эквивалентный срок эксплуатации, годы
Холодный 286 1,0 35
Умеренно теплый 289 1,7 17
Жаркий сухой 294 3,5 10 __.....
Гоихман Б Д Мощенский А Д . Селезнева Л В / / Каучук и резина 1968
Л В Селезнева, Л А Гаврилова
Защита от статического электричества в пРоИЗ'в водствах отрасли Защита от статического электричества^ производствах отрасли определяется специальными отраслев Правилами, устанавливающими требования по защите
тИческого электричества (СЭ) в производствах изготовления и пе-ста <оТки огневзрывоопасных веществ и составов, а также изделий, 1,6 еожащих эти вещества; сборки радиоэлектронной аппаратуры, со-С жатцей полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы при работах с применением ЛВЖ и ГЖ, лаков и красок на их основе, горючих пылей и газов на предприятиях Указанные материалы обладают диэлектрическими свойствами, и при их перемещении непосредственном контакте возникают заряды СЭ, которые могут воспламенить ВВ или воздействовать на работающих.
По уровню чувствительности к электрическому разряду пожаровзрывоопасные материалы разделяют на пять групп чувствительности от 0,1 мДж до 100 мДж Например, известные взвеси ВВ имеют минимальную энергию воспламенения от 2 до 18 мДж, а ряд ЛВЖ-от 0,2 до 0,8 мДж
ПЗ от СЭ распространяются на технологические процессы, вновь разрабатываемое, реконструируемое и действующее промышленное и лабораторное оборудование. Существующие ПЗ от СЭ в других отраслях промышленности не распространяются на производства с взрывчатыми материалами.
В производствах отрасли наибольшую электростатическую опасность представляют процессы и оборудование для просеивания, дробления, загрузки-выгрузки, сушки, пневмотранспорта ВВ и т п
Требования по защите от СЭ направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов СЭ, создание условий рассеивания зарядов, устранение опасности вредного воздействия СЭ, защиту обслуживающего персонала от СЭ Для соблюдения ПЗ от СЭ необходимо выполнение полного организационно-технического комплекса мероприятий, создаваемого специалистами отраслевых технологических НИИ и действующих производств по переработке и производству пожаровзрывоопасных материалов
ПЗ от СЭ в производствах отрасли включают’ условия возникновения зарядов СЭ и критерии оценки их опасности; перечень методик и приборов для измерения параметров электризации; мероприятия по предотвращению накопления зарядов на электропроводящих частях РУДования, уменьшению электрического сопротивления перераба-CgSaeM^IX взРывчатых материалов, снижению интенсивности зарядов Го ’ Неитрализации зарядов СЭ, отводу зарядов СЭ с обслуживающе-п ПеРсонала; эксплуатацию устройств защиты от СЭ; справочные вепЛ°ЖеНИЯ С° значениями электростатических свойств взрывчатых
еств, ЛВЖ и ГЖ, типовыми схемами заземления и т п
246
Звуковые составы
Оценка опасности материалов по отношению к СЭ, контроль раметров процесса рекомендуемыми приборами, внедрение срелПа' коллективной и индивидуальной защиты от СЭ позволяют ИСКЛК)В нить аварийные и несчастные случаи в производствах отрасли с вер0 ятностью 10-6
К
с А Чевиков
Звуковые составы —пиротехнические составы, сгорающие с сильным звуковым эффектом и используемые для снаряжения имитационных и фейерверочных средств В имитационных изделиях для получения звукового эффекта применяются зерненые пороха или смесь перхлората калия с алюминиевой пудрой В частности, для этой цели используется состав, содержащий 70% КС1О4 и 30% А1, который в неуплотненном виде сгорает с сильным звуковым эффектом световой вспышкой и образованием белого дыма
Шидловский А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973
Ф-П Мадякин
И
Инициирования средства-устройства, действующие от простых начальных импульсов (тепло, удар, накол, трение, луч огня, электрический ток), предназначенные для возбуждения горения или детонации пиротехнических составов, порохов и взрывчатых веществ СИ делятся на две группы средства воспламенения и средства возбуждения детонации.
ГОСТ В20142-82 Средства инициирования и исполнительные механизмы на их ос нове Термины и определения в
Карбонаты—соли угольной кислоты. Из большого ко-личества солей этого класса в качестве компонентов гетерогенных го-оючих систем представляют интерес всего несколько Основные свойства пяти карбонатов приведены в таблице. К разлагаются с образованием соответствующего оксида и СО2 и представляют интерес как пламегасители-разрыхлители в аэрозолеобразующих составах, а три последних —в качестве цветопламенных добавок составов цветных огней Применение карбоната натрия из-за его гигроскопичности ограничено Особый интерес представляют К кальция, бария и стронция, которые практически не растворяются в воде На их основе разработаны составы цветных огней, приготовление которых осуществляется в водной среде по технологии баллиститных порохов К могут использоваться в качестве цветопламенной добавки в составах цветных огней на основе измельченных утилизируемых пироксилиновых и баллиститных порохов.
Основные характеристики карбонатов
Вещест- Массовая доля О 2, % кг/м3 Т--’с - ДЯ298°, кДж/моль 5298 °, Дж/(моль К) Ср298°. Дж/(моль К)
Ыа2СО3 MgCO3 СаСО3 SrCO3 ВаСО3 45,3 56,9 48,0 32,5 24,3 2450 3020 2700 3650 4350 400 350 500 930 900 1129 1096 1206 1218 1202 136 70 93 100 112 76 82 81 85
Ф П Мадякин
Кислородный баланс —относительная величина, отражающая 3 ыток (положительный КБ) или недостаток (отрицательный КБ) Кислорода во взрывчатом веществе или твердом топливе для полного окисления горючих элементов до их высших оксидов (преимуществен-3° °2 и Н2О) Для вещества с условной формулой CaHbNcOdAle ение КБ рассчитывается по следующей формуле
КБ = W-(2fl+b/2 + 3/2e)]
1000 ’100/0
248
Коэффициент обеспеченности окислительными элементами
Сбалансированности химического состава ВВ или твердого лива по кислороду отвечает КБ = О
Для окислителей твердых топлив принят термин «содержани свободного кислорода», который по физическому смыслу и числен ному значению совпадает с КБ
Дубнов Л В , Бахаревич И С , Романов А И Промышленные взрывчатые вен ва-М Недра, 1988 Щест’
В /о Мелешко
Коэффициент обеспеченности окислительными элементами (а0) —безразмерный коэффициент, показывающий избыток (а 0 >1) или недостаток (а 0 < 1) окислительных элементов в веществе или взрывчатой системе для полного окисления имеющихся в них горючих элементов. Рассчитывается по зависимости (иг)Теор
где ((нг)теор)—число атомов горючих элементов (С, Ни др ), которое атомы окислительных элементов (О, Cl, F и др ), содержащиеся в единице массы вещества или взрывчатой системы, способны окислить до продуктов полного окисления (СО2, Н2Ои т д ); пт —число атомов горючих элементов, содержащихся в единице массы вещества или взрывчатой системы, которые будут окислены до продуктов полного окисления содержащимися в них окислительными элемен-
тами
Зависимость для расчета а0 может быть интерпретирована как отношение суммарного окислительного числа (степени окисления) окислительных элементов к суммарному окислительному числу горючих элементов, содержащихся в единице массы вещества или взрывчатой системы m
“о ;
2>^)г
где (н,)ок и (пг)т— число атомов г-го окислительного или горючего элементов, соответственно, содержащихся в единице массы вещества или взрывчатой системы, (дг)ок и (яг)г ~окислительные числа г окислительного или горючего элементов, соответственно в
Окислительные числа некоторых элементов представлены табл
Кремний
249
Окислительные числа элементов
[Элемент-
[окислитель [доечисда—
Наряду с коэффициентом а о для окислителей твердых топлив спользуется понятие «содержание свободного кислорода», соответс-вующее массовой доле окислительных элементов (в %), которая остается после полного окисления горючих элементов, содержащихся в молекуле, и в процессе горения может окислить горючее элементы, содержащиеся в других компонентах топлива
Дивное Л.В , Бахаревич Н С., Романов А.И Промышленные взрывчатые вещест-ва-М Недра, 1988
В Ю Мелешко
КрСМНИЙ по теплотворной способности близок к алюминию, однако очень трудно окисляется и воспламеняется Составы на его основе сгорают с малыми скоростями, значительной агломерацией и малой полнотой сгорания К используется в зажигательных, безгазо-вых и малогазовых составах, а также для изготовления сплавов: Si-Al, Si —Mg, Si —Al —Mg. Сплав 32% Si и 68% Mg (сплав К-20) хорошо измельчается, легко окисляется и сгорает в кислороде, воздухе, NO2,C12, НС1, HF,H2O Смеси на основе К-20 горят с большими скоростями и высокими светотехническими показателями
Ф П.Мадякин
Криптона ДИфТОрнД (KrF2) образуется при действии на смесь криптона и фтора с молярным отношением 1, Г1 электрического разряда (400 В) при давлении 20 мм рт ст , либо протонов с энергией 10 МэВ или а-частиц с энергией 40 МэВ при 140°С КД при комнатной температуре —бесцветное кристаллическое вещество, ниже О С сублимируется, Тлл 77°С, давление пара при 0°С 31 мм рт ст , при 20 С —96 мм рт ст, ДН2980(та у — 5,2 ккал/моль КД самопроизвольно разлагается при комнатной температуре, гидролизуется водой с образованием Кг, HF и О2 Очень сильный окислитель: окисляет
3 До C1F5, Хе до XeFb Как фторокислитель превосходит такие си-ьные фторирующие реагенты, как элементный фтор, фториды кис-Рода, фториды галогенов и лишь незначительно уступает атомар-дами ФТ°РУ С тетРаФт°ридами олова и титана, а также пентафтори-ния цУрьмЬ1’ ™°бия, тантала и др образует комплексные соедине-Дец олучен молекулярный комплекс KrF2 XeF6 с Тпл 4ГС и дав-вах Пара И мм Рт ст ПРИ 20°С Как окислитель в ракетных топли-°Жет быть использован при определенных ограничениях
250_______________________Ксенона гексафторид_______
Соединения благородных газов / Пер с англ — Под ред М ф Пушленков Атомиздат, 1965 —С 507, Сарнер С Химия ракетных топлив, —М Мир
С 488, Нейдин? А Б , Соколов В Б Соединения благородных газов / / у,— 9ЬЭ ~ мии 1974 —Т 43 —Вып 12 -С 2147-2194, Руководство по неорганической*1 Хи' тезу / Под ред М Брауэра -М Мир, 1985 -Т 1 — С 320 "У СИН-
В & Суховерхов
Ксенона гексафторид XeF6 В ряду стабильных фторидов ксенона КГ содержит максимальное количество активного фтора По лучают его нагреванием смеси ксенона и фтора (Г 10) при 200 — 300°С (15—17 ч) и давлении 30 — 50 атм, либо путем взаимодействия фтора с XeF4 в соотношении 20’ 1 при 50 атм При 700°С и 200 атм происходит почти количественное превращение XeF4 в КГ При действии электрического разряда на эту смесь может образоваться смесь фторидов ксенона Очистка от XeF4 наиболее эффективно осуществляется на фториде натрия Ниже 42°С КГ —бесцветное вещество, выше 42°С —окрашено в желтый цвет в конденсированной и газовой фазе Тпл 46°С, давление пара 3 мм рт.ст. (0°С), 20 мм рт ст (20°С) Т кип при атмосферном давлении 76°С. КГ стабилен и может храниться длительное время в тефлоновых, никелевых, монелевых или из нержавеющей стали сосудах, но реагирует со стеклом, кварцем, водой и окисью кальция с образованием XeOF4. Конечной стадией гидролиза КГ является ХеО3 Продукт гидролиза в водном растворе достаточно устойчив. С водородом КГ бурно реагирует, образуя Хе и HF, при контакте с органическими веществами не исключается возможность взрывов Пары КГ с влагой воздуха образуют сильно взрывчатые смеси КГ рассматривается как окислитель ракетных топлив
См к статье «Криптона дифторид»
В Ф Суховерхов
Ксенона тетрафторид XeF4 Впервые получен в 1962 г нагреванием газовой смеси ксенона и фтора с отношением 1 5 при 400 С и давлении 6 атм в никелевом реакторе Его также можно получить фотохимически, радиационным методом или действием тлеющего разряда. Бесцветное легко возгоняющееся кристаллическое вещест во, стабилен в чистом виде в сухой атмосфере, энергично реагируете уксусной, серной и концентрированной азотной кислотами
С водородом взаимодействие КТ начинается при 70°С и с боль шой скоростью протекает при 130°С С фторидами металлов образу продукты присоединения Может использоваться в качестве ФТ°РВ рующего реагента в органическом и неорганическом синтезе 1 етр торид и дифторид ксенона образуют стабильный проДУ
Ксенона триоксид
251
оединения 1 1, практически сохраняющий свойства индивидуа-пр соединений, в частности, плотность (4,02 г/см3 по сравнению ЛЬ отностью КТ 4,04 г/см3) Теплота образования твердого КТ 62,5 С д/моль Испытания на чувствительность к удару и детонацион-устойчивость показали, что КТ невзрывоопасен Однако он час-о взрывается в смеси с веществами органического происхождения Может рассматриваться как потенциальный окислитель в ЭКС « См к статье «Криптона дифторид»
В Ф Суховерхов
Ксенона триоксид ХеО3 Методы синтеза КТ прямой реакцией ксенона с кислородом неизвестны Он может быть получен гидролизом тетрафторида или гексафторида ксенона. КТ —бесцветное, сильно взрывчатое вещество, сублимируется при 70°С и в этих условиях разлагается Имеются данные о начале разложения КТ, протекающего без взрыва, уже при 40°С Твердый КТ относят к очень неустойчивым бризантным ВВ Он легко детонирует при умеренном нагревании или очень осторожном растирании, иногда взрывается самопроизвольно без видимого внешнего воздействия По чувствительности к детонации КТ сравним с трийодидом азота, а по мощности — с тротилом Предельное количество вещества, перерабатываемого вручную, не должно превышать 25 мг Работать следует в перчатках, избегать прямого контакта КТ с кожей, применять прозрачные экраны из безосколочных материалов
См в статье «Криптона дифторид*
В Ф Суховерхов Кумулятивные заряды шнуровые — гибкие заряды из эластичных взрывчатых веществ, имеющие продольную кумулятивную выемку, покрытую гибкой облицовкой из металлополимерного состава ШКЗ используются для резки и демонтажа металлических хранилищ нефти и нефтепродуктов (бензина, мазута и др ), трубопроводов, цистерн, химического оборудования, эстакад и других металлоконструкций, вырезки отверстий и люков в металлических хранилищах
Особый интерес ШКЗ представляют в тех ситуациях, когда при-н ение метоД°в газосварки невозможно или опасно, в т.ч в аварий-
Условиях на действующих нефте- и газопроводах
геомет 3 выпУскаются различных типоразмеров, отличающихся рическими размерами и массой на погонный метр
того в Нуровой кумулятивный заряд на основе эластичного взрывча-Щества ЭГ-85, например, имеет 6 типоразмеров, при этом
Кумуляция
Кумуляция
253
масса заряда меняется от 80 до 1500 г/м, а толщина разрезаемого ме талла (сталь/алюминий) составляет 4/8 — 25/50 мм
Шнуровые кумулятивные заряды для резки металлоконструкции / д р %
ДР // VIII Всесоюзная конференция «Сварка, резка и обработка материалов в°в И вом» Минск, 25 27 сентября 1990 г Тезисы докладов - Киев: ИЭС им П1тЗРЫ 1990 0На’
Т И Розенберг КумуЛЯЦИЯ (от латинского cumulatio —увеличивать, суммировать, накапливать) в физике взрыва —явление, проявляющееся в резком увеличении в заданном направлении местного разрушающего действия детонирующего заряда взрывчатого вещества при придании ему определенной формы,—так называемый кумулятивный эффект Иногда термин «кумулятивное действие» применяется к эффектам, производимым комбинацией нескольких зарядов
Повышенное разрушающее действие возникает в результате кон
центрации энергии в ограниченном пространстве поля взрыва при столкновении потоков газообразных продуктов взрыва, выброшенных с поверхности детонирующего заряда {газовая кумуляция), или потоков металла, образованных элементами тонкой металлической оболочки заряда Необходимое для этого первоначальное направление движения потоков задается путем создания в теле заряда углубления — кумулятивной выемки, а сам заряд называют кумулятивным
Классическим примером кумуляции может служить сходящаяся
Рис.1 Схема формирования кумулятивной струи
детонационная или ударная волна, возникающая при взрыве заряда, имеющего форму полой сферы, при одновременном инициировании детонации по всей наружной поверхности. Давление в области прилегающей к центру сферы может достигать миллиона атмосфер Важное для практики значение имеет направленная осевая кумуляция, возникающая при взрыве зарядов с выемкой той или иной формы (полу сфера, сегмент сферы большого радиуса, к° нус, парабола, гипер бола и тд.), обл1!?° ванной металлом
Йствием детонационной волны (1) металлическая облицовка (2) ^Сулятивной полости деформируется и выбрасывается к оси заряда, КАпазуя сходящийся со скоростью 2 — 4 км/с поток металла (3) Сле-0 qT точки схождения потока (рис 1) образуется массивный низкоскоростной пест (4), в который переходит большая часть массы облицовки, а справа — высокоскоростная кумулятивная струя (5) Разрушающее действие кумулятивного заряда, в основном, связано с воздействием на преграду струи. Диаметр струи мал —2 — 3 мм, но скорость достигает 8-10 км/с
Гидродинамическая теория кумуляции, разработанная в 1945 году в России М А Лаврентьевым и, независимо, в США, основана на модели идеальной несжимаемой жидкости и использует теорию сходящихся струй Если U —вектор скорости, называемой скоростью метания или обжатия материала кумулятивной облицовки, направлен перпендикулярно к поверхности сходящихся потоков, а 20 — угол соударения противоположных сторон кумулятивной облицовки, то скорость струи Vc и скорость песта Vn определятся как
VC=U! + U2=C7/sinp + [7/tgp = C7ctg(p/2) (1)
Vn=Ui-U2=C7/sinp-C7/tgp = C7tg(0/2) (2)
Масса кумулятивной облицовки m распределится в струю тс и пест тп следующим образом:
тс = т{\ - cos Р) / 2 (3)
mn = т{\ + cos Р) / 2 (4)
Как видно из (1), при малом угле 0 скорость кумулятивной струи может быть очень большой, даже при умеренном значении U. Действительно, при р —> 0 Ус —> 2 [7 / р —> <ю, но масса струи при этом стремится к нулю Максимальное значение скорости струи в 90 км/с получено в вакууме для облицовок из бериллия
Соотношение между глубиной h пробития преграды, с плотностью Рм > и эффективной длиной струи L, с плотностью рс, задается как'
h = L(Pc /РМ)1/2 (5)
Таким образом, факторы, определяющие скорость и угол схло-ниТаНИЯ кУмУлятивной облицовки, такие как скорость распростране-
Детонационной волны и давление на ее фронте, толщина и плот-ЦИяТЬМаТеРИала облицовки, форма кумулятивной выемки, конструк-п кумулятивного заряда, влияют на глубину пробития преграды постоянном калибре кумулятивного заряда.
Кумуляция
Классическая гидродинамическая теория идеализирует про е и лишь качественно описывает явление, поэтому последующее ее С витие было направлено на учет как факторов, определяющих воз можность стабильного струеобразовання, так и фрагментацию мате риала облицовки
На практике применяют кумулятивные облицовки из стали, меди или алюминия простейшей конической или сферической формы тол щиной от 0,2 до 3 мм Для того, чтобы реализовать большую глубину пробития, следует использовать взрывчатые вещества с возможно большими плотностью и скоростью детонации.
Глубина пробития по стали реально используемых кумулятивных зарядов составляет 3,5 — 5 калибров, но при оптимизации, если позволяет конструкция, может быть увеличена до 10 калибров
При ударе кумулятивной струи в преграду со скоростью выше 4,5 км/с развиваются давления, в сотни раз превышающие предел текучести любых известных материалов, поэтому механическая прочность преграды оказывает относительно малое влияние на глубину пробития
С помощью кумуляции можно эффективно управлять явлением взрыва, получать, хотя и в ограниченном объеме, концентрацию энергии и давления большую, чем в продуктах взрыва самого взрывчатого вещества Это делает проблему кумуляции весьма интересной
как в научном, так и в практическом отношении.
Кумулятивные заряды находят широкое применение в военном деле в качестве боевых частей артиллерийских снарядов, мин, гранат, авиационных бомб, в боевых частях ракет, в инженерных боеприпасах, в мирных отраслях хозяйства —в газо- и нефтедобыче, в горном деле и строительстве, при обработке металла взрывом, в изделиях, используемых для ликвидации лесных пожаров и последствий землетрясений, а также в научных целях для получения компактных тел с чрезвычайно высокой скоростью, моделирующих воздействие метеоритов на космические объекты, и как способ получения чрезвычайно высоких давлений
Лаврентьев МА / / УМН 1957 Т 12 Вып 4 (76) С 41 56, Btrffhoff G -Mac Dougal DP et al. // J Appl Phys - 1948 -V 19 -P 563, Андреев К К , ляевА Ф Теория взрывчатых веществ -М Оборонгиз, 1960 —595 с , ,
С А , Тришин Ю А / / ФГВ 1980 -Т 16 -№5 -С 26-40, Томашевич И И / / ЖХФ -1994 -Т 13 — №8 —9 -С 164-173
Л
ЛаНДау ЭффвКТ, Стационарное горение жидкого взрывчатого вещества становится неустойчивым, когда достигается условие:
(pw)4 =4а<7р0Р12,
где (pw) — массовая скорость горения, а —коэффициент поверхностного натяжепия жидкости, <у —ускорение земного притяжения, р0 и р1 —удельная масса жидкости и продуктов ее сгорания Приведенное условие было получено теоретически Ландау до экспериментального обнаружения этого эффекта. Эксперименты показали (К К Андреев и др ), что критерий хорошо выполняется За пределом устойчивости возникает турбулентное горение со скоростью, превышающей скорость ламинарного горения Возникающее турбулентное горение легко переходит во взрыв или может затухнуть
U Андреев К К Термическое разложение и горение взрывчатых веществ — М Наука, 1966, Зельдович Я Б и др Математическая теория горения и взрыва — М Наука, 1973
А Д Марголин
Лента Термохимическая представляет собой гибкий пиротехнический элемент Основой ЛТ является термит с каучуком в качестве связующего. Области применения — подогрев кромок трубопроводов перед сваркой, термообработка сварных стыков трубопроводов для снятия остаточных напряжений в них, локальный разогрев различных объектов (картеров и карбюраторов двигателей), приготовление пищи и т п. Продукты горения ЛТ должны обеспечивать максимальную передачу тепла нагреваемому объекту и не оказывать токсического воздействия на теплокровных.
И А Абдуллин, О И Белобородова Льюиса критерий (Le ) — отношение коэффициентов температуропроводности и диффузии в зоне подогрева при горении Харак-ризует соотношение переносов тепла и массы реагентов Играет п ную Роль, в частности, в процессах распространения газовых Мен и их устойчивости. При Le = 1 поля температуры и концентра-Взи Реатентов подобны
кая тД 08114 Я Б • Баренблат Г И , Либрович В Б , Махвиладзе Г М Математичес-Рия горения и взрыва — М Наука, 1980 —478 с
С В Чуйко
Магнитогидродинамические генераторы пороховые
257
_м
Магний Mg —один из наиболее распространенных па земле ментов Плотность Mg 1733 кг/м3, температура плавления 923- бэл К, теплота плавления 8,97 кДж/моль, теплоемкость 23,9 Дж/моль К, температура кипения 1380 К Mg активно реагирует с О2 S N2, галогенами, а также соединениями, содержащими эти элементы’ С металлами Mg образует твердые растворы и интерметаллические соединения. При окислении магния на воздухе и в парах воды образуется рыхлая пленка; реакция протекает по линейному закону Температура воспламенения на воздухе 575°С, в парах воды 630°С, в среде СО2 710°С, С0 700°С, в закиси азота 765 —780’С Эти данные свидетельствуют о том, что воспламенение Mg происходит при температуре, при которой образующаяся оксидная пленка па частицах твердая Реакция взаимодействия Mg с азотом протекает довольно быстро с образованием Mg3N2, но воспламенения не происходит Mg сгорает в парообразном виде с образованием вокруг частицы светящегося ореола. Время задержки воспламенения и сгорания частиц пропорци опально квадрату их диаметра. В зависимости от размера частицы Mg могут воспламеняться на поверхности горения пиротехнического состава или топлива (мелкие частицы) или на некотором расстоянии от нее Данные по температуре горения пиротехнических составов и топлив па основе Mg весьма противоречивы. Промышленность выпускает М фрезерный четырех марок’ МПФ-1, МПФ-2, МПФ-3 и МПФ-4, которые отличаются гранулометрическим составом, средним диаметром частиц и удельной поверхностью По мере увеличения цифры после МПФ средний диаметр частиц уменьшается от 311 до 56 мкм, а удельная поверхность увеличивается от 39 до 144 м2/кг (по прибору Дерягина). В последние годы были получены порошки М со сферической формой частиц Mg является одним из основных го рючих и применяется практически во всех видах пиротехнических со ставов (осветительных, сигнальных, трассирующих, зажигательных, воспламенительных, имитационных, звуковых и т д )
Окисление металлов / Под ред. Ж Бенара - М Металлургия, 1969 Т вич М А , Озеров Е С , Чивилихин С А Предел воспламенения конгломерат лических частиц // Физика горения и взрыва —Новосибирск Наука, U' ^ин
Магнмтогидродинамические генераторы порохо-
пороховые МГД-генераторы, работающие на продуктах сгорания порохового плазмообразующего топлива Сами по себе Р/гД-генераторы относятся к устройствам прямого преобразования тепловой энергии в электричество В МГД-генераторах высокотемпе-турные продукты сгорания, обладающие достаточно высокой элек-Р опроводностью, из генератора плазмы (камеры сгорания) через сопло, где формируется сверхзвуковой поток, поступают в канал (блок преобразования энергии) Две противолежащие стенки канала выполняют роль электродных, а другая пара стенок является изоляционной и выполнена из диэлектрика Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, направлено поперек потока и перпендикулярно изоляционным стенкам При движении электропроводного газа в магнитном поле в потоке, согласно закону индукции Фарадея, возникает э д с , направленная перпендикулярно магнитному полю При замыкании электродов на нагрузку в канале возникает электрический ток, при взаимодействии которого с тем же самым магнитным полем возникает объемная пондеромоторная сила (сила Лоренца), направленная против движения газа Работа этой силы на длине ка-
нала в единицу времени определяет электрическую мощность генератора Таким образом, в МГД-генераторе совмещены тепловой двигатель и электрическая машина
В пороховом МГД-генераторе используется топливо ракетного типа, отличающееся от обычного ракетного топлива наличием в его составе специальных легкоионизирующихся добавок, обеспечивающих при высоких температурах высокую электропроводность продуктов сгорания Камера сгорания напоминает ракетный двигатель на пороховом топливе С точки зрения термодинамической схемы, пороховой МГД-генератор является энергоустановкой с открытой схемой, поскольку рабочее тело — продукты сгорания — выбрасываются в атмосферу и не возвращаются в газодинамический контур
Использование порохового топлива с высоким содержанием металлического горючего и добавками щелочного металла и сверхзвукового течения в МГД -канале позволяет достичь высоких значений так Называемого энергетического комплекса оW2, где а—электропроводность плазмы продуктов сгорания, которая при температуре н ~ 4000 К составляет 50 — 70 См м, a W — скорость газа в МГ Д-ка-аде Типичные значения энергетического комплекса лежат в диапа-°Не 250 - 300 См/м (км / с)2 При значениях магнитной индук-
в канале на уровне 3 Тл могут быть достигнуты удельные
258
Магнитогидродинамические генераторы пороховые
Магнитогидродинамические генераторы пороховые
259
плотности генерируемой в канале мощности порядка 500 МВт/мЗ Это позволяет сделать пороховые МГД-генераторы —при больщ уровне выходной мощности — очень компактными В диапазоне м °М ностей от нескольких десятков до ста мегаватт удельные характе стики (отношение генерируемой мощности к массе генерато \ МГД-генератора являются наиболее высокими (порядка 1 МВт/ \ по сравнению с энергоисточниками других типов
Особенно эффективны пороховые МГД-генераторы в качестве импульсного энергоисточника, когда длительность одиночного электрического импульса ограничена десятью секундами Это позволяет отказаться от систем охлаждения генератора плазмы, сопла, МГД-ка-нала и магнитной системы, что существенно упрощает и удешевляет конструкцию, повышает мобильность МГД-генераторов и расширяет диапазон температуры окружающего воздуха, при которой может осуществляться их эксплуатация Вместе с тем выполнены разработки МГД-генераторов с большей длительностью импульса, а также обеспечивающие импульсно-периодический режим работы. Их конструкция существенно сложнее и требует обеспечения соответствующих режимов охлаждения
Поскольку генерируемая МГД-каналом мощность превышает мощность потерь в электромагните, удалось реализовать принцип самовозбуждения, согласно которому генерируемая электрическая мощность расходуется как на питание полезной нагрузки, так и на создание магнитного поля в канале Для создания начального («затравочного») магнитного поля требуется система начального возбуяоде-ния в виде относительно небольшого накопителя энергии — конденсаторной или аккумуляторной батареи
Электрические схемы пороховых МГД-генераторов могут предусматривать различное число каналов (в реальности от 1 до 3, в принципе же их может быть и больше), а также разнообразие схем включения каналов, нагрузки и электромагнита Это позволяет наилучшим образом согласовать внутреннее сопротивление генератора с параметрами нагрузки и обеспечить устойчивую работу самого генератора
К наиболее существенным достоинствам пороховых МГД-генера торов следует отнести также их способность к очень быстрому запуску выход на номинальный режим работы занимает около 1,5 секунд
Тот факт, что длительность импульса порохового МГД-генер ра сравнима с временем диффузии электромагнитного поля (скино вым временем) в земную кору на глубины 10 — 20 км, дал осно Е П Велихову выдвинуть идею его использования в геофизике глубинных электромагнитных зондирований В 70-е годы в
созданы импульсные геофизические МГД-установки на базе °Ь х унифицированных энергоблоков «Памир» и «Урал», работаю-ДВ е на плазмообразующем пороховом топливе, разработанном под Ш ководством Б П Жукова Полная мощность, генерируемая этими блоками, составляет соответственно 12 и 32 МВт, расход продуктов сгорания равен соответственно 25 и 80 кг/с
При создании мощных импульсных МГД-генераторов был решен целый ряд сложных научно-технических проблем В их числе разработка твердых плазмообразующих топлив, обеспечивающих заданный уровень электропроводности, на четыре порядка превышающей электропроводность продуктов сгорания обычных ракетных топлив, и технологии изготовления из этих топлив твердых пороховых зарядов Были разработаны инженерно-технические основы конструирования МГД-каналов мощностью в десятки мегаватт, работающих в условиях высоких (до 4000 К) температур, эрозионного воздействия сверхзвуковых двухфазных потоков, содержащих до 40% (по весу) конденсированной фазы, и сильного магнитного торможения Были разработаны безжелезные компактные магнитные системы с рабочим полем 3-4 Тл, согласованные с МГД-каналом и способные к быстрому выходу на номинальный режим. При решении этих вопросов был выполнен широкий круг исследований в области физики и химии низкотемпературной плазмы, магнитной гидродинамики, газодинамики, баллистики и электротехники Была разработана надежная методика расчета свойств рабочего тела сложной структуры, а также методика расчета течений гетерогенных потоков в сверхзвуковых каналах в условиях сильного МГД-взаимодействия.
Геофизические МГД-установки в течение ряда лет использовались для крупномасштабных исследований Исследования глубинного строения земной коры проводились на Урале с использованием одноименной установки и на Кольском полуострове с использованием МГД-установки «Хибины», представляющей собой сдвоенный энергоблок «Урал» Двухканальные МГД-установки «Памир» использовались в Таджикистане (в районе Гарма) и Киргизии (в районе Биш-ка) для многолетнего электромагнитного мониторинга с целью выявления предвестников землетрясений, которые выражались в ано-
ных изменениях электропроводности земной коры Наконец, пе-т вижные МГД-установки типа «Памир», смонтированные на авто-э СПортных средствах высокой проходимости, использовались в скойТРОраЗВеДОЧ11ЫХ работах по поиску нефти и газа в Прикаспий-всех НИзменности и Восточной Сибири (Красноярский край) Во
Этих экспериментах были продемонстрированы большие
Р-Маннитгексанитрдт
Маскирующее средство
261
возможности, открываемые использованием таких источников гии, и были созданы предпосылки для разработки детальной высок^ разрешающей электроразведки
Помимо геофизических приложений, пороховые МГД-генерато ры можно также использовать в качестве мощных автономных источ ников энергоснабжения наземного, морского и воздушно-космиче' ского базирования; при этом они могут выступать в качестве как при мых источников питания, так и первичных источников в энергосисте мах с обострителем импульсов (устройств компрессии энергии) Благодаря очень быстрому запуску они могут также служить источником кратковременного аварийного энергообеспечения для наиболее опас
ных и ответственных производств и транспортных систем; за время их работы в течение 10 секунд может быть введена в номинальный режим работы более дешевая и с более длительным временем работы но и более инерционная резервная система электропитания Относительно новое предложение связано с использованием МГД-генерато-ров для обработки продуктивных и нагнетательных скважин с целью увеличения их дебита или приемистости
В области импульсных пороховых МГД-генераторов Россия
прочно удерживает лидирующее положение в мире
Морохов И Д , Велихов Е П , Волков Ю М Импульсные М ГД-генераторы и глу бинное электромагнитное зондирование земной коры // Атомная энергия -1978 Т 44 Вып 3 С 213 219, Бреев В В , Губарев А В , Панченко В П Сверхзвуковые МГД-генераторы — М Энергоатомиздат, 1988 —240 с , Геоэлектрические исследования с мощными источниками тока на Балтийском щите — М Наука, 1989 —272 с , Проявление геодинамических процессов в геофизических полях -М.. Наука, 1993 —158 с.; Велихов Е П , Жуков Б П , Шейндлин А Е и др Создание и перспективы развития геофизической МГД-энергетики / 8-я Международная конференция по МГД-преобразованию энергии — М , 1983 — Т5 — С 24 —28, Зейгарник В А Мощные управляемые источники электромагнитного поля (Обзор) // Прогноз землетрясений —1986 — К» 7 — С 43 —53
В А Зейгарник
D-Маннитгексанитрат (нитроманнит)
O2NOCH2(CHONO2)4CH2ONO2, C6H8N6O18, мол масса 452,16 — бесцветные игольчатые кристаллы, Тпл 112—ИЗ’С, р= 1>° г/см3 Нерастворим в воде; плохо растворим в холодном этиловом спирте; хорошо растворим в эфире, ацетоне и горячем этиловом спир те При взаимодействии с аммиаком или пиридином в растворе про^ исходит частичная денитрация М Энтальпия образования - 70 , кДж/моль (- 169,4 ккал/моль), теплота взрывчатого превращен 6088 кДж/кг (1454 ккал/кг) (Н2О—пар), газообразных продукт0® взрыва 39,0 моль/кг, скорость детонации 7000 м/с (при р= V 3 см3), 8260 м/с (при р= 1,75 г/см3), фугасность 490 сМ
твительность к механическим воздействиям близка к ТЭНу т^пература вспышки 175°С (задержка 5 с) Потеря массы при 75°С 1 48 ч составляет 0,4% Химическая стойкость существенно зависит 33 наличия примесей и может быть улучшена введением стабилизато-°Т (централиты, соли аммония и др ) Получают М нитрованием р°маннита серноазотными кислотными смесями. Предложен для применения в детонаторах
Urbansky Т Chemictry and technology ot explosives -V 2 -Pergamon Press Book, iqfi5 Encyclopedia ot Explosives and Related Items / Kaye EM — V 8 —US ARRARDCOM, Dover, New Jersey, 1978
С П Смирнов
Маскирующее средство — пиротехническое средство для создания дымовых завес, маскирующих расположение своих войск, а также для задымления (ослепления) войск противника с целью затруднения его боевых действий. Используются во всех родах войск. МС могут быть шашки, гранаты, мины, снаряды, авиабомбы. Образующаяся завеса должна обладать высокой кроющей способностью, быть устойчивой в течение заданного времени, сохраняя свои маскирующие свойства.
Ф П Мадякин
Массового совершенства коэффициент РДТТ
(а дв) —отношение массы конструкции РДТТ (»гкд) к массе заряда твердого топлива (tnT)’
В реактивных снарядах М-13 для знаменитой «Катюши» на 1 кг топлива приходилось 1,9 кг конструкционных материалов 'адв ~ 1>9). Для современных ракетных двигателей с вкладным зарядом значение адв обычно составляет 0,3 — 0,85, а с прочноскреплен-ным— 0,05 — 0,2, те на 1 кг твердого топлива приходится 50 — 200 г конструкционных материалов
Улучшение адв для РДТТ со скрепленным зарядом достигается лучшим использованием объема камеры сгорания за счет рациональ-°и организации процесса горения и снижения массы теплозащитных рытии, применением топлив с более высокой плотностью, приме-чем материалов корпуса с меньшей удельной массой (титановые и в 1 НИевые сплавы, стекло-, органо- и углепластики) Двигатели с ИХ ЗД"Ыми зарядами имеют худший а дв, что объясняется наличием в стРУкции сопловых решеток, упоров, центрующих устройств,
Методы бронирования вкладных зарядов ТРТ
263
262__________Машины доставочно-зарядные для гранулированных В В
компенсатора а также большей массой теплозащитных щих) покрытий
(бронирую.
Фахрутдинов И X , Котельников А В Конструкция и проектирование двигателей твердого топлива — М Машиностроение, 1987 —325 с
Ракетных
В 10 Мелешко
Машины доставочно-зарядные для гранулированных ВВ предназначены для транспортировки исходных ком понентов на место ведения взрывных работ, изготовления гранулированных ВВ типа аммиачная селитра + дизельное топливо (АС-ДТ) и заряжания ими скважин на земной поверхности (на открытых горных работах) Представляют собой шасси автомобилей (типа КрАЗ МАЗ, БелАЗ) с установленным на них оборудованием для размещения компонентов ВВ типа АС-ДТ, их дозирования, смешения, изготовления ВВ и заряжания им скважин
Друкованныи М Ф , Ефремов Э И пцр Механизация взрывных работ - М Недра, 1984, Бейсебаев А М , Еровеев И Е , Егупов Л Л и др Механизация взрывных работ — М Недра, 1992, Кутузов Б И Взрывные работы —М Недра, 1980
П П Марков
Метилендинитрамин (МЕДИНА) CH4N4O4, мол масса 136 —белое кристаллическое вещество, существует в двух формах — устойчивой и неустойчивой. Тпл устойчивой формы 105—106°С (с разл ), неустойчивой —98—100°С Плотность 1,74 г/см3 Придейст-вии сильных кислот и оснований (pH от 3 до 8 и> 10) гидролизуется М обладает кислыми свойствами и способен взаимодействовать с основаниями, образуя соли, по чувствительности приближающиеся к ИВВ Известны о-метиловый и о-этиловый эфиры М Скорость детонации 8500 м/с (при плотности 1,68 г/см3), энтальпия образования - 14,57 ккал/моль М. получают нитрованием метилен-бис(форма-мида) и последующим омылением образующегося бис(нитрамида), нитрованием метилен-бис(ацетамида), переводом продукта в бариевую соль с последующим кислотным разложением соли М может быть использован для синтеза циклических нитраминов
Хмельницкий Л. И Справочник по взрывчатым веществам — Ч 2 — М., 1961-842 с , В Т Fedoroff &О Е Sheffield Encyclopedia ot explosives and related items - Dove , N Jersey, USA, 1972 - V 2 - B 280
E в Веселова
М-Метил-М-(8,8,8-тринитро>тил)нитрамин
CH3N(NO2)CH2C(NO2)3, C3H5N5O8 , мол масса 239,10-бесцветные кристаллы, Тпл 85,5°С, р= 1,80 г/см3 Растворим в спирта*’ дихлорэтане, хорошо растворим в четыреххлористом углероде
Энтальпия образования -33 кДж/моль (-7,9 ккал/моль), В°Де та взрывчатого превращения 6783 кДж/кг (1620 ккал/кг), га-Т£ б азных продуктов взрыва 35,3 моль/кг, скорость детонации 8620Рм/с ПРИ Р= i’67 г/см3> 8900 м/с при 1,78 г/см3, фугасность 0 сМ3 Чувствительность к удару (груз 10 кг, высота 25 см) 50-60%, чувствительность к трению на копре К-44-ПГ нижний пре-— 1535 кг/см2 Обладает достаточной химической стойкостью Коэффициенты в кинетическом уравнении первого порядка при термическом распаде’ Е = 38,0 ккал/моль, 1g А =- 16,5 (расплав) Переход в расплав увеличивает скорость распада примерно в 4 раза Ле-туч' при 50°С за 24 ч в открытом боксе потеря массы 0,006%, при 100°С за 10 ч — 3% Гидролизуется водой при повышенных температурах, слабыми растворами щелочей уже при 15 — 25° С С концентрированными серной, азотной и уксусной кислотами взаимодействует слабо Получают М конденсацией метиламина с формальдегидом и нитроформом в воде с последующим нитрованием образовавшегося продукта серноазотными кислотными смесями или азотной кислотой в ацетангидриде Предложен в качестве компонента смесевых ВВ
Dobrutz В М Properties of Chemical Explosives and Explosives and Explosive Simulants LLNL Explosive Handbook —LLNL University ot California, Livermore, California.-(UCRL-52997, Rev 3, 1981)
С П Смирнов
Методы бронирования вкладных зарядов ТРТ»
Существуют восемь технологических методов бронирования (МБ) зарядов ТРТ Наличие различных МБ определяется разнообразием типов и рецептур ТРТ, разнообразием конструкций и габаритов зарядов, их технологическими особенностями и объемом выпуска.
Наиболее универсален МБ намоткой. Он применяется для бронирования наиболее крупногабаритных зарядов БРТ и СРТТ. Процессы приготовления бронесостава и нанесения его на заряд механизированы Недостатком метода является необходимость механической доводки по наружной поверхности бронепокрытия
Метод заливки, в том числе инжекционный, применяется для ротирования зарядов сложной формы, имеющих проточки, сферические участки, уступы, а также для бронирования торцов зарядов
Ребует наличия парка специальных форм; имеет ограничения по га-аРИтам заряда —не более 800 мм по диаметру, 1000 мм по длине.
ысокой производительностью и простотой отличается метод эк-Рузии Он применяется для бронирования только наружной цилин-РИческой поверхности зарядов БРТ и СРТТ с диаметром до 250 мм.
Методы контроля качества изделий—неразрушающие
264
Лаковая технология используется для нанесения подслоев пирования малых участков крупногабаритных зарядов и для б’ рования малогабаритных образцов Метод длительный, требует с НИ ки, сопровождается улетучиванием растворителя С^Щ'
Наиболее короткий технологический цикл бронирования — п клейкой готовых элементов Он тоже сопровождается улетучивали растворителя, а также требует относительно высоких температур (дМ 130°С) и давлений (до 50 кгс /см2)
Метод проходного прессования со «спеканием» используется для бронирования относительно малогабаритных зарядов БРТ, требует последующей сушки для удаления растворителя из бронесостава
Для бронирования некрупных зарядов из БРТ и высокопрочных СРТТ может использоваться метод литья под давлением при температурах до 150— 170°С Трудности связаны с центровкой и закреплением заряда в прессформе
Заряды из СРТТ различных диаметров могут бронироваться в процессе формования с использованием готовых бронечехлов и исключением операций механической обработки В этом случае отсутствуют технологические потери топлива, однако возникают затруднения в связи со сложностью крепления бронечехла в изложнице
При выборе оптимального МБ необходим комплексный подход, учитывающий как конструктивные особенности зарядов, так и рецептурно-технологические свойства топлив и бронепокрытий, безопасность процесса и технико-экономические показатели при серийном производстве.
Л А Гаврилова
Методы контроля качества изделий—неразрушающие. 1. Основные термины
Контроль (технический контроль) — проверка соответствия изделия установленным техническим требованиям
Вид контроля — классификационная групировка контроля по определенному признаку
Метод контроля — правила применения определенных принципов и средств контроля
Метод неразрушающего контроля — метод контроля, при кото ром не должна быть нарушена пригодность изделия к применению
Средство контроля —техническое устройство для проведения контроля
Дефект — каждое отдельное несоответствие изделия установлен ным требованиям.
Методы контроля качества изделий—неразрушающие_265
--------------------
2 Основные виды дефектов
раковины-полости округлой формы.
Трещины — нарушение сплошности в виде разрывов полимерного материала
Инородные включения —структуры, отличающиеся по составу от основного материала
Пористость — скопление мелких полостей округлой формы.
Отслоения — нарушения сплошности на границе наполнитель —
ТЗП корпуса
Расслоения — нарушения сплошности в толще корпуса и на границе ТЗП-корпус
3. Классификация методов неразрушающего контроля изделий
В основу классификации методов неразрушающего контроля изделий положены физические процессы взаимодействия физического поля с объектом контроля. С точки зрения физических явлений, на которых они основаны, можно выделить четыре основных вида неразрушающего контроля: радиационный, акустический, электромагнитный и оптический.
Каждый из видов контроля подразделяют на методы по рассматриваемым признакам.
Наиболее широко для неразрушающего контроля изделий различных габаритов и конструкций используются радиационный и акустический методы В значительно меньшей степени распространены электромагнитный и оптический методы.
Таблица 1
Классификация методов неразрушающего контроля изделий
Вид контроля Методы контроля
по характеру взаимодействия физических полей с объектом контроля по первичному информативному параметру по способу получения первичной информации
Радиационный Прошедшего излучения Плотность потока Сцинтилляционпыи Радиографический Рентгенографический
Акустический Прошедшего излучения Отраженного излучения Импедансный Собственных колебаний Амплитудный Временной Пьезоэлектрический
®ИхРетоко-вый Отраженного поля Амплитудный Фазовый П араметрический
22Эческий_ Отраженного излучения Амплитудный Визуально-оптический
266
Методы контроля качества изделий—неразрушдющие
Методы контроля качества изделий—неразрушающие
267
4. Радиационный контроль
Радиационные методы контроля основаны на различии в ос лении ионизирующего излучения при прохождении его через без фектный и дефектный участки контролируемого изделия Испол ются следующие виды ионизирующего излучения гамма-излучени (радиоактивный изотоп Со-60), тормозное излучение (бетатрон)6 рентгеновское излучение (промышленные рентгеновские установки)
4.1 . Гамма-сцинтилляционный метод
Гамма-сцинтилляционный метод применяется при контроле вкладных и скрепленных с корпусом изделий для выявления внутренних дефектов в наполнителе (нарушений сплошности или однородности) Гамма-излучение, прошедшее через контролируемое изделие, преобразуется сцинтилляционным детектором в электрические сигналы, которые после соответствующей обработки регистрируются в виде дефектограммы Амплитуда электрического сигнала пропорциональна интенсивности прошедшего через изделие гамма-излучения. Путем последовательного сравнения зарегистрированной в виде
электрических сигналов интенсивности определяют наличие или отсутствие дефектов
Гамма-сцинтилляционный дефектоскоп состоит из радиоизотопного источника гамма-излучения (типа РИД-41 или ГУП-Со-50-2С), электронно-регистрирующей аппаратуры (ГДСД-М, ГУЗД-2900 или ГД-700 и т п.)
Диапазон контролируемых толщин наполнителя от 100 до 1100 мм
Чувствительность контроля (объем минимального выявляемого дефекта) — от 0,05 до 8 см 3 Чувствительность указана для источника гамма-излучения радиоактивного изотопа Со-60 активностью 50 г-экв Ra при производительности контроля 2 м2/ч и отношении сигнал/шум, равном 2
Погрешность определения глубины залегания дефекта не более 10%
Настройка электронно-регистрирующей аппаратуры производится с помощью имитаторов дефектов (дефектометров), изготавли ваемых из материала наполнителя или из материала, отличающегося по плотности не более чем на 0,5 г/см3 от плотности наполнителя
В настоящее время разработана унифицированная радиометри ческая аппаратура РД-11Р, предназначенная для замены РД'1
4.2. Радиографический метод контроля
Радиографический метод используется преимущественно контроле изделий, скрепленных с корпусом, для обнаружения в ренних дефектов наполнителя и отслоений наполнителя от кор на участках изделия, не пригодных для контроля г
тилляционным и ультразвуковым методами, а также для опреде-сЦИ я конфигурации и глубины залегания дефектов, обнаруживае-ЛеН вышеуказанными штатными методами В качестве источника МЬ1мозного излучения применяется бетатрон Б-5Д-25 с максимально энергией излучения 25 МэВ и мощностью дозы 80 Р/мин на рас-Н°ИяНии 1 м от мишени В качестве детектора излучения используется СТнтгенографическая пленка РТ-1 или РТ-5
Р Чувствительность радиографического метода контроля сплошно
сти и однородности наполнителя зависит от характера, местоположения и ориентации дефекта и составляет 1,5 —2,5% контролируемой толщины наполнителя. Оценка чувствительности производится с помощью имитаторов дефектов, изготавливаемых в виде дисков с центральным отверстием. Плотность материала имитатора дефекта не должна отличаться от плотности материала наполнителя более чем на + 01 г / см3 Выраженное в процентах отношение толщины имитато-
ра дефекта, выявляемого при контроле (различаемого на радиографическом снимке), к контролируемой толщине наполнителя, определяет чувствительность метода
Минимальное раскрытие выявляемого отслоения зависит от диа-
метра изделия и составляет 0,2 —0,5 мм
Контроль осуществляется по одной из трех схем просвечивания" радиальной, диаметральной и хордовой в зависимости от цели конт-
роля и конструкции изделия
Контроль выборочный —количество снимков определяется конструкторской документацией на изделие
4.3 Рентгенографический метод
Рентгенографическому контролю подвергаются вкладные изделия с толщиной наполнителя в направлении просвечивания до 100 мм
В качестве источников излучения используются рентгеновские аппараты, а в качестве детекторов излучения — рентгенографические пленки РТ-1, РТ-5 и РМ-1
Чувствительность метода в зависимости от контролируемой толщины наполнителя составляет 1—2%
Для оценки чувствительности при контроле изделий с просвечиваемой толщиной до 70 мм применяется капавочный имитатор дефек-Та по ГОСТ 7512-75, а при контроле изделий с просвечиваемой толщиной от 70 до 100 мм —имитатор дефекта в виде кольца с централь-1М отверстием Материал имитатора дефекта должен иметь плот-н°сть, отличающуюся не более чем на ±0,1 г / см3 от плотности на-п°лнителя.
268
Методы контроля качества изделий—неразрушающие
Методы контроля качества изделий—неразрушающие
269
Рентгенографический метод может быть применен для конт сплошности скрепления наполнителя с корпусом или покрытия ЛЯ полнителем малогабаритных изделий. На'
5. Акустический контроль
Акустический контроль основан на анализе параметров упруг колебаний, возбуждаемых в контролируемом изделии Акустически методы нерГазрушающего контроля, использующие ультразвуковой диапазон частот, называются ультразвуковыми В нашей отрасли на шли широкое применение теневой и зеркально-теневой ультразвуковые методы, а также ультразвуковой метод изгибных волн Ограниченное применение имеют ультразвуковой эхо-метод и акустический спектральный и импедансный методы.
5.1. Ультразвуковые методы
5.1.1. Контроль сплошности и однородности изделий
Контроль сплошности и однородности изделий осуществляется с помощью уницфицированной УЗ аппаратуры УЗД-Т-ЗОМ и унифицированных механических частей УЗД-150, УЗД-450 и УЗД-1000.
Аппаратура УЗД-Т-ЗОМ работает в импульсном режиме излучения с частотой посылок 1000 Гц.
Рабочие частоты УЗК —80, 120, 160 и 320 кГц Выбор частоты проводится в процесс опытной отработки изделия. Механические части обеспечивают контроль изделий диаметром от 20 до 1000 мм и длиной от 300 до 6000 мм.
Чувствительность контроля (площадь минимального выявляемого дефекта) от 0,25 до 6,0 см2.
Акустический контакт создается иммерсионным способом —изделие помещается в ванну с водой. Настройка и периодическая проверка работоспособности дефектоскопа осуществляется с помощью контрольных образцов, содержащих искусственные дефекты в виде сверлений различного диаметра. Контрольный образец изготавливают из бездефектного изделия или из бездефектной его части
Регистрация результатов контроля производится на дефектог-
рамму
5.1.2. Контроль дефектоскопом ЗТА-1П
Дефектоскопом ЗТА-1П контролируется сплошность скрепления наполнителя с корпусом и покрытия с наполнителем. Дефекте скоп ЗТА-1П состоит из электронного блока и излучающего и прием ного преобразоваателей.
Сущность контроля дефектоскопом ЗТА-1П заключается в ре страции уменьшения амплитуды импульсного УЗ сигна
шедшего от излучающего преобразователя к приемному через дефектный участок по сравнению с амплитудой сигнала на участке без ДСФ Уменьшение сигнала регистрируется визуально по экрану элект-онно-лучевой трубки дефектоскопа
Р Контроль осуществляется теневым и зеркально-теневым метода-и При контроле участков сплошности конфигурации возможна омбинация теневого и зеркально-теневого методов.
При теневом методе контроля УЗ сигнал проходит через толщу изделия по прямой от ИП к ПП. На экраане ЭЛТ дефектоскопа наблюдается один сигнал, являющийся рабочим.
При зеркально-теневом методе УЗ сигнал от ИП приходит к ПП после отражения от границы раздела с воздухом, лежащей на пути прохождения сигнала На экране ЭЛТ наблюдаются донный и иногда поверхностный сигналы.
При комбинации теневого и зеркально-теневого методов на экране ЭЛТ видны прямой и донный сигналы.
Наличие отслоения на пути прохождения прямого или донного сигнала приводит к резкому уменьшению амплитуды рабочего сигнала на экране ЭЛТ
Минимальные размеры выявляемых отслоений — 30x30 мм.
Производительность контроля —4,5 м2/ч.
Рабочая частота УЗК—(40±5) кГц.
Ввод и вывод УЗК осуществляется контактным способом Для улучшения акустического контакта на поверхность корпуса и покрытия наносится контактная среда (водный раствор карбоксиметилцел-люлозы или глицерин). Процесс контроля состоит в сканировании поверхности корпуса и покрытия излучающим преобразователем при неподвижном ПП
По принципу действия дефектоскоп ЗТА-1П является индикатором наличия или отсутствия отслоений и не имеет блоков измерения размеров и глубины залегания дефектов
5.1.3. Контроль дефектоскопом УКП-1
Дефектоскопом УКП-1 контролируются изделия вкладного варианта с покрытием типа ЭТС, ЭТХ и ЭТЛ
Дефектоскоп состоит из электронного блока и искательной го-°вки Контроль основан на использовании упругих изгибных колера g и Ультразвуковой частоты Электрические колебания с генерато-и ЭЛектРонног° блока поступают на излучающий преобразователь
тельной головки, который превращает их в УЗ упругие
270
Методы контроля качества изделий—неразрушающие
Методы определения механических характеристик ТРТ
271
колебания В точке контакта ИП с поверхностью покрытия возни ют изгибные волны, которые распространяются по покрытию
Наличие отслоения покрытия от наполнителя благоприятен возбуждению изгибных волн с большей амплитудой, чем амплиту волн на бездефектном участке ПП искательной головки превращает воздействующие на него изгибные колебания в электрические сигна лы, которые, пройдя приемный тракт электронного блока, усилива ются, выпрямляются и фиксируются миллиамперметром электронного блока или самопишущим миллиамперметром.
Технические данные дефектоскопа УКП-1
Контролируемая толщина покрытия, мм —до 10
Размеры минимального выявляемого отслоения, мм —40x40
Рабочая частота, кГц—4QtlO
Дефектоскоп УКП-1 имеет автономное питание (две батарейки общим напряжением 9 В)
Настройка дефектоскопа для контроля и периодическая проверка его работоспособности производится с помощью стандартного образца, представляющего собой натурное изделие (или его часть) с ис-
кусственно созданными отслоениями покрытия от наполнителя, расположенными на участках с различной толщиной покрытия
Контроль дефектоскопом УКП-1 производится автоматизированным и ручным способами Скорость сканирования —до 150 мм/с при шаге сканирования до 20 мм Акустический контакт осуществляется сухим способом
5.1.4. Контроль дефектоскопом УД М-3
Дефектоскопом У ДМ-3 контролируется сплошность скрепления покрытия из состава 230 с наполнителем В данном случае реализуется УЗ эхо-метод.
При контроле используется раздельно-совмещенная испытательная головка с номинальной рабочей частотой УЗК 2,5 Мгц Ультразвуковые колебания вводятся в покрытие контактным способом с использованием глицерина в качестве контактной среды
При наличии отслоения покрытия от наполнителя условия отражения УЗК от границы покрытие-наполнитель более благоприятны, чем в случае отсутствия отслоения На экране ЭЛТ дефектоскопа по является отраженный сигнал и одновременно загорается сигнальная
лампочка.
Чувствительность контроля (минимальное выявляемое отсл ние) —круг диаметром 6 мм
Максимальная контролируемая толщина—10 мм
Цилиндрическая боковая поверхность контролируется механи-ованным способом, а торцевая — ручным способом
зИР°Настройка дефектоскопа и периодическая проверка его работо-собности осуществляются по стандартному образцу, содержаще-
С искусственно созданные отслоения покрытия от наполнителя
5 1-5' Контроль дефектоскопом УВФД-1
Дефектоскопом УВФД-1 теневым методом контролируются органопластиковые и стеклопластиковые корпуса изделий для выявления расслоений в оболочке корпуса, ТЗП, манжете и отслоений на границах соединений указанных элементов
Для использования дефектоскопа УВФД-1 в качестве теневой аппаратуры произведена его соответствующая доработка испытательная головка разделена на два отдельных преобразователя, а в электронный блок дефектоскопа введен дополнительный каскад для обеспечения записи сигнала на самопишущий прибор
Контроль обеспечивает выявление дефектов с минимальными размерами от 20x20 до 30x30 мм
Акустический контакт обеспечивается сухим способом
5.2. Акустические методы
5.2.1. Контроль дефектоскопом ИА Д-2
Дефектоскопом ИАД-2 контролируются корпуса изделий для выявления дефектов в соединении промежуточного и герметизирующего слоев с оболочкой корпуса и в самих слоях на глубине до 4 мм. Дефектоскоп реализует акустический импедансный метод, основанный на измерении силы реакции поверхности контролируемого изделия на стержень, помещенный на эту поверхность и совершающий колебания звуковой частоы
При наличии в конструкции отслоения жесткость этого участка снижается, и следовательно, снижается сила реакции на колеблющийся стержень, установленный на дефектный участок.
Размеры минимального выявляемого дефекта—15x15 мм "Неразрушающий контроль и диагностика / Под ред член-корр РАН проф о Клюева — М Машиностроение, 1996; Измерения, контроль, испытания и диаг-№етика/ Под ред член-корр РАН проф В В Клюева -М Машиностроение, 1996, Х)ДаСЛеВЬ1е ОСТы за 1971 1990 гг., Радиометрические дефектоскопы — приборы гаи Т Прикладная физика. — 1997 — К» 1, Гончаров В И , Колюбин В.А , Са-
С НДР Многоканальный радиометрический гамма-дефектоскоп РД-10 Р// Дефектоскопия 1975 -№4
В И Гончаров
*цТ®Ды определения механических характерис-
Дов МОМХ ТРТ принципиально не отличаются от мето-°пределения аналогичных характеристик других материалов
272
Методы определения механических характеристик ТРТ
(металлических и неметаллических), но имеют свои особенн обусловленные специфической структурой ТРТ Отличия закл°СТИ’ ются, в основном, в методике подготовки образцов, получаемых натурного изделия мехобработкой или литьем в специальные формь^ в размерах и форме образцов
Как правило, МОМХ ТРТ стандартизированы, и задача исследователя и конструктора состоит в том, чтобы выбрать наиболее опти мальные с учетом конструкции и условий эксплуатации отрабатывае
мого изделия.
Натурные прочностные и деформационные испытания зарядов дают наиболее объективную характеристику их работоспособности однако они дороги и трудоемки, поэтому не могут в полной мере заменить механические испытания специальных образцов; натурные испытания применяются, в основном, для оценки качества партии зарядов
МОМХ ТРТ на образцах подразделяют, как правило, на две
группы:
а) методы, необходимые для общей инженерной оценки свойств ТРТ, позволяющие провести в полном объеме деформационно-прочностные расчеты конструкции;
б) методы, необходимые для приемки готовой продукции
К группе а) относятся, в частности:
— механические испытания на растяжение (сжатие) при различных температурах, скоростях деформирования, гидростатических
давлениях;
— определение долговременной прочности при различных температурах;
— определение ползучести (релаксации) материала при различных температурах;
— определение динамических характеристик ТРТ;
— механические испытания при сложно-напряженном состоянии
и другие.
К группе б) относятся наиболее простые методы механических испытаний образцов, в частности, испытания на растяжение (сжатие; при комнатной температуре (+20°С), а также в некоторых случаях определение удельной ударной вязкости при изгибе для получения границ применения ТРТ в условиях различных температур
Как правило, эти простейшие испытания являются базовыми, под которые должна конструироваться (приобретаться) испытатель ная техника для аналитических лабораторий серийных заводов
Мгтолы расчета энергетических и детонационных характеристик ВВ 273
Методы Расчета энергетических и детонацион-
' характеристик В В —зависимость характеристик ВВ от ** метров вещества, выраженная в аналитическом виде Как прави-П это состав, строение молекулы индивидуального ВВ, компонент-Л°’й состав смесевого ВВ и характеристики компонентов Основными энергетическими характеристиками ВВ являются- теплота и темпера-а взрыва, состав продуктов взрыва (ПВ), взаимная зависимость таких параметров, как состав продуктов, от давления и температуры
взрыва
К детонационным характеристикам относятся скорость и давление МРЭДХ могут быть как эмпирическими, так и основанными на описании физических процессов, протекающих при взрыве.
Исходными данными для эмпирических методов служат брут-то-формулы вещества, данные о строении молекулы в виде перечня различных фрагментов молекулы или функциональных группировок Расчет основан на использовании корреляционных зависимостей, полученных в результате статистической обработки больших массивов экспериментальных данных. Преимуществом данного вида расчетов является простота и удобство применения при синтезе новых индивидуальных ВВ или при разработке рецептур смесевых ВВ
К недостаткам данных методов следует отнести ограниченность их применения только для тех классов веществ, которые входили в опорные экспериментальные массивы.
Так называемые физически обоснованные методы базируются на описании физических и химических процессов, протекающих при взрыве, с использованием констант равновесия между ПВ, уравнения состояния ПВ, зависимости динамических параметров расширения ПВ от давления и температуры. Данные методы могут быть использованы при проведении газодинамических расчетов, при прогнозировании свойств новых классов веществ К недостаткам следует отнести сложность проведения расчетов, использование в качестве исходных Данных параметров, определяемых экспериментально
Как правило, данные методы для известных классов и групп ВВ т меньшую точность, чем эмпирические методы расчета
Е В Колганов
Ве*Жан,,чвскИе свойства ТРТ Изделия из ТРТв болыпинст-Услови^ Являются несущей конструкцией с переменной массой в Метры ЯХ Раб°ТЬ1’ поэтому механические свойства (МС) —это пара-ничоп ’ хаРактеризующие поведение твердых тел под действием меха-СКИх усилий.
Определяющими МС ТРТ являются характерные точки на диаграммах растяжения, сжатия твердотопливных образцов (рис 1,2)
Из кривых, указанных на рис.1, следует, что
Механические свойства ТРТ
275
Ор.„ кгс
tgctl=-^-lOO% = Elo%, —
1 eEio cm2
модуль упругости растяжения секущий, соответствующий относительной (отн ) деформации образца, равной 10%;
„ кгс
tg“2 = -100% = F9, 2
5 2 у см
-модуль упругости растяжения диаграммный, определяется как последняя точка касательной из начала координат к кривой растяжения;
, кгс
tg«3 =—100% = Е2%> ‘ f
£Е2 см
-модуль упругости растяжения секущий, соответствующий деформации образца, равной 2%, определяется при предельной отн. деформации ТРТ в пределах 2%>еь <10%, где еь — отн деформация при усилии разрыва образца
Как правило Ед = Е-^/о >Ff0%, и при нелинейности диаграммы
растяжения, начиная от начала координат, определяется, как правило, секущий модуль упругости- при предельных отн деформациях еь > 10% — определяется Ь’ю%, а при предельных отн деформациях еь < 10% —определяется Е2% Эти характерные точки позволяют более стабильно (статистически одинаково) определять модуль упруго-
сти, лучше поддаются компьютеризации по сравнению с модулем упругости, найденным по касательной к кривой растяжения В этом
случае получаем несколько заниженный модуль упругости, но результат идет в запас прочности
Аналогичным образом получают модуль упругости при сжатии, но он соответствует точке (Т) — началу текучести испытуемого материала (рис 2) в случае наличия на диаграмме сжатия площадки текучести
tga = — . Ю0% = Ет, Ет см2
гДе от — напряжение, соответствующее началу условной (усл.) теку-
чести ТРт кгс , z
1 г 1 > 2 > е т — отн деформация образца, соответствующая на-
Условной текучести ТРТ, %; Ет—модуль упругости на началь-м прямолинейном участке диаграммы сжатия, —у
276
Механические свойства ТРТ
В этом случае образец до полного разрушения не доводят и ог ничиваются определенной техническими документами деформаций в случае большой эластичности испытуемого ТРТ (при увеличени температуры)
Большое влияние на свойства ТРТ имеет скорость деформирова ния образца, которая зависит от внутренней структуры ТРТ При увеличении отн скорости деформирования (сек'1) в ТРТ смесевого и баллиститного типов (для вкладных изделий) наблюдаются увеличение прочности, модуля упругости и уменьшение деформаций, а дЛя некоторых изделий применяются ТРТ, в которых происходит увеличение всех механических параметров (прочности, модуля упругости и деформации).
Аналогичные изменения механических свойств ТРТ происходят
и при изменении температуры испытания в сторону ее уменьшения, что соответствует увеличению относительной скорости деформирова-
ния, или в сторону ее увеличения, что соответствует уменьшению относительной скорости деформирования образца.
Значительное влияние на механические свойства ТРТ оказывает гидростатическое давление, возможное в условиях работы ТРТ, особенно для СРТТ.
Таблица
Основные механические свойства ТРТ при температуре +20*С
Метод испы- Характеристика СРТТ БРТТ***
тания мин макс МИН макс
Растяжение <Т(,, кгс / см2 Ед, кгс / см2 £10^, кгс / см2 **8/4* **3/22* **70/15* 15* •*50/16* **31/54* **900/65* 65* 18 16 160 45 15800
Сжатие <гт, кгс / см2 <Т_Ь, кгс / см2 е_ь, % £т, кгс / см2 **34 **30 **25 **2700 **200 **480 **50 **16000 70 40 10 550 200 630 50 12900___
Удельная ударная вязкость кгсх см2 **4 **12 10 50
• — прочноскрепленные изделия, • * — вкладные изделия * ** —не статистические, полученные от разных марок БРТТ .——
_______________Нафталин________________________277
До определенного значения давления (Р), выше атмосферного, сходит уплотнение структуры наполнителя и связующего и, сле-ПР° ельНо, увеличение прочностных и упругих характеристик ТРТ, Д°значения деформационных характеристик зависят от структуры 3 чующего компонента’ в некоторых случаях происходит незначите-СьНОе увеличение деформаций, или практически нет их изменений. ЛЬ Динамические характеристики в пределах параметров эксплуатации ТРТ, в основном, не влияют на механические свойства ТРТ, а при других параметрах эксплуатации ТРТ изменения могут быть.
Долговременная прочность ТРТ, как и любого другого материала зависит от нагрузки (напряжения) и времени приложения нагрузки по уравнению’ г=Ва~т, где т —время; ст—напряжение; В и
т -коэффициенты
резниковскии М М , Лукомская А И Механические испытания каучука и резины -М.-Л Химия 1964, ГулъВ Е , Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров — М Высш шк , 1966
В Ф.Шимаров
н
Нафталин C^Hg, белое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде, со специфическим запахом. Хорошо растворяется в горячем спирте, эфире, бензоле. Теплота образования Н. 67 кДж/моль, теплоемкость жидкого нафталина при 87°С 1,68 Дж/(г-град); скрытая теплота плавления 145, а испарения 316 кДж/кг. В процессе горения пламенных пиротехнических составов Н , как правило, сгорает до СО2, СО, Н2О и С Нафталин обладает достаточно высокой летучестью, поэтому в дымовых составах частично возгоняется В зависимости от рецептуры состава можно регулировать доли возгоняемого и сгораемого Н и получать черный или белый дым Основным недостатком Н является повышенная летучесть Н представляет интерес как компонент твердых топлив для РПД и ПВРД, составов ^-излучения, составов для получения карбидов металлов и водорода в волне горения
Ф П Мадякин "Нитрамины —алифатические или ароматические соединения, Л1ДерЖап1ие в молекуле NO2-группу, связанную с атомом азота Раздают Н первичные R(A3) - NHNO2, вторичные R - N(NO2)R1 и
278
N-Нитр амины
ЧМ-динитрамины R — N(NO2)2 Первичные Н являются слаб кислотами Простейший нитрамин, H2N — NO2, может быть по Ь'МИ прямым нитрованием аммиака солями нитрония (NO2BF4 N NO2SO3F и др ) или нитрованием сульфамината натрия азот S' кислотой Наиболее распространенный метод получения первич °U Н — нитрование амидов кислот с последующим гидролизом соотве^ ствующих Чнитро-Чацилпроизводных Вторичные алифатические Н получают прямым нитрованием вторичных диалкиламинов иц трованием оснований Манниха или алкилированием солей первич ных Н алкилгалогенидами, диазометаном или алкилнитрамингало-генидами. N,N-Динитрамины получают нитрованием моноалкилмо-чевин растворами азотной кислоты в уксусном ангидриде или нитрованием первичных Н солями нитрония N.N-Динитроалкилнитрами-ны — вязкие жидкости, обладающие высоким запасом энергии Простейший NjN-динитрамин {динитрамид) является сильной кислотой устойчивой в свободном состоянии только в растворах при низких температурах Соли N.N-динитрамина {динитрамида соли) устойчивы и могут использоваться в качестве компонентов ТРТ и ВВ
Соединение 1 Формула Кл/С
Первичные алифатические нитрамины
Нитрамин (нитрамид) O2NNH2 72-73
Метилнитрамин CH3N(NO2)H 38
Этилнитрамин C2H5N(NO2)H 3
Мстилендинитрамин O2NNHCH2NHNO2 100-101
Этилендинитрамин O2NNH(CH2)2NHNO2 175-178
Триметилендинитрамин O2NNH(CH2)3NHNO2 67
Т етраметилендинитрамин O2NNH(CH2)4NHNO2 163
Вторичные алифатические нитрамины
Диметилнитрамин CH3N(NO2)CH3 57-58
2,4-динитро-2,4-диазапентан CH3N(NO2)CH2N(NO2)CH3 56-57
2,4,6-тринитро- 2,4,6-триазагептан CH3[N(NO2)CH2]2N(NO2)CH3 169-170
2,4,6,8-тетранитро-2,4,6,8-тетраазано CH3[N(NO2)CH2]3N(NO2)CH3 213 218
2,4,6,8,10-пентанитро-2,4,6,8,10-пент аазаундекан CH3[bJ(bJO2)CH2]4bJ(bJO2)CH3 254 255
2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12 -гексаазатридекан CH3[N(NO2)CH2]5N(NO2)CH3 280
279
Нитрамины линейные
-—" Соединение | Формула | 1 Т’пл , ’С
— N.N-динитрамины
^тилЫ.Ы-динитрамин CH3N(bJO2)2 20”/7 мм (ткип)
Этил-ЯN-Динитрамин C2H5N(NO2)2 27”/4 мм (Т-кип )
р™^Ы-динитраминоэтил)нитрамин О 2NN[ СН 2СН 2N(NO 2 )2 ]2 71-72
n nkstein V // Kadcrabeu Coll Czech Chem Comun —1966 —T 31.— C 2904 — Сиино К Repts Gout Chem Industr // Res Inst Tokyo, 1969 — T 64 — $6 -C 239-243 // РЖХ-1970 -9Ж182
Ю А. Ганькин
Нитрамины линейные (линейные N-нитроамины)
—алифатические соединения линейного строения с чередующимися нитраминными и алкиленовыми группами Различают первичные а, (0-ЛН, у которых на обоих концах молекулы находятся первичные нитраминные группы, и вторичные ЛН, у которых на концах молекулы находятся алкильные либо замещенные метильные группы (гид-роксиметильные, ацетоксиметильные, нитроксиметильные, хлорметильные, азидометильные, цианометильные, карбоксиметильные и др) ЛН — кристаллические вещества белого цвета, линейные а, (О-алкилендинитрамины — вещества с циклически изменяющейся температурой плавления (соединения с четным количеством метиленовых групп имеют более высокую температуру плавления, чем с нечетным) Первичные линейные а, ©-алкилендинитрамины получают по общим схемам синтеза первичных алифатических N-нитраминов, чаще используя методы с предварительной защитой аминогруппы (через линейные а, ©-алкиленбисамиды или циклические мочевины) ; М,М'-метиленбис(алкилнитрамины) получают по реакциям N-нитра-минометилирования, например, алкилированием солей первичных алкилнитраминов N-хлорметилалкилнитраминами, либо взаимодействием первичных алкилнитраминов с формальдегидом в серной кислоте, либо реакцией N-ацетоксиметилнитраминов с серной кислотой 1.3-Диацетокси-2-нитро-2-азапропан, 1,7-диацетокси-2,4,6-тринит-Р°'2,4,6-триазагептан и 1,9-диацетокси-2,4,6,8-тетранит-РО’ЗДбф-тетраазанонан получают нитролизом уротропина в системе °л-ная азотная кислота —уксусный ангидрид —уксусная кислота, варьируя соотношение компонентов, температуру и порядок дозиров-Ки Компонентов Указанные вещества получаются в качестве побоч-ных в уксусно-ангидридной технологии гексогена и октогена Динит-
Лы 3,5-динитро-3,5-диазагептандикарбоновой и 3,5,
Нитрамины циклические
Нитрат аммония
281
7-тринитро-3,5,7-триазанонандикарбоновой кислот получают ни лизом 1,3,5-три(цианметил)гексагидро-8-триазина Первичные₽° ©-линейные полиметиленполинитрамины а’
O2NN(H)[CH2N(NO2)]„н в ДМСО при 65 -70°С диспропорцио""* руют, образуя один из продуктов, в котором содержится больше число— CH2N(NO2/звеньев (п), чем в исходном ЛН Первичные ли нейные а, ©-динитрамины и полиметиленнитрамины используютс как промежуточные продукты в синтезе энергоемких материалов вторичные линейные нитрамины—как компоненты ракетных топлив и порохов и как промежуточные продукты при синтезе более энергонасыщенных веществ, например, азидометилнитраминов
Фридман А Л , Ившин В П , Новиков С С / / Усп хим наук —1969 - Т 38 -Вып И —С 1448—1471, Новиков С С , Швехгеймер Г А , Севостьянова В В , Шля почников В А Химия алифатических и алициклических нитросоединений -М.. Химия, 1974 —С 266 — 290, Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ,—Л 1973 —С 470 —574, Еременко ЛТ, Аракчеева В В , Лагодзинская ГВ, Федоров Б.С // Изв АН СССР Сх —1984 -Вып 10 - С 2407; Houben Weyl Methoden der Organishen Chemie В E16a / 2 Stuttgart - New-York -1990 -S 1147
M А Ищенко
НитраМИНЫ Циклические —нитросоединения, содержащие группу = N — NO2 в циклической или полициклической молекуле (гексоген, октоген, гексанитрогексаазаизовюрцитан). ЦН, как правило, термически стойкие высокоплавкие соединения По сравнению с линейными аналогами отличаются большей плотностью и, соответственно, большим запасом энергии В зависимости от структуры наблюдаются значительные изменения взрывчатых характеристик соединений (скорость детонации от 7770 до 9400 м/с при плотности от 1,8 до 2,05 г/см3, Тпл от 101 до 28ГС) Максимальными энергетическими характеристиками обладают полиазакаркасные ЦН {гексанитрогексаазаизовюрцитан, гексанитрогексаазаадамантан и др ), разработка методов синтеза которых проводится в настоящее время наиболее интенсивно Основные методы получения- конденсация первичных N.N’-ДИ-нитраминов с альдегидами, нитрование оснований Манниха—продуктов конденсации первичных N,N’-динитраминов с формальдегидом и аммиаком, нитрование N-нитрозопроизводных, нитрование N-трет-бутилпроизводных, прямое нитрование циклических аминов или амидов ЦН находят широкое применение как мощные ВВ для снаряже ния боеприпасов и как компоненты ТРТ и порохов
Химия нитро- и нитрозогрупп / Пер с англ Т 1 // Под ред Г Фойера - М Мир. 1973
/О А Ганькин
нитрат аммония (аммиачная селитра) NH4NO3 яв-"" я основным компонентом промышленных ВВ, используемым ЛЯ£ окислитель 1 г НА при взрывчатом разложении выделяет 0,2 г КаК орода, окисляющего при взрыве горючее во взрывчатых смесях пород, углерод, алюминий и др элементы) Широкая сырьевая база большие промышленные мощности, простота технологии и де-евизна НА и полный переход в газообразные продукты при взрыве обусловили его широкое применение в смесевых ВВ Для промышленных ВВ НА выпускается в гранулированном виде с противосле-живающими добавками (марки А и Б), а для патронированных и предохранительных составов проходит специальную обработку железными солями жирных кислот (марка ЖВ). НА хорошо растворяется в воде (при 20°С 179 г Н в 100 г воды), что позволяет применять его в виде высококонцентрированных растворов в водосодержащих и эмульсионных ВВ НА обладает высокой гигроскопичностью и при изменении влажности воздуха склонен к слеживанию, особенно при температурах вблизи модификационного перехода (+ 32,3°С). Это отри-
цательно сказывается на эксплуатационных характеристиках взрывчатых составов. НА является слабым взрывчатым веществом с теплотой взрыва 1400 кДж/кг Благодаря низкой детонационной способности и чувствительности к внешним воздействиям НА по условиям хранения и транспортирования не относится к ВВ Однако даже небольшие примеси горючих веществ значительно повышают чувствительность НА В чистом виде НА — полиморфное кристаллическое вещество с Тпл 169,6°С, плотностью кристаллов 1,725 г/см3. Имеет
температуру экзотермического разложения ок 240 —250°С, вступает во взаимодействие с серой, сульфидами, азотной, серной и фосфорной кислотами, а также с металлами (цинк, медь, никель, магний) Ч1озин М Е Технология минеральных удобрений —Л Недра, 1974 —376 с
В А Соснин
Нитрат Бария Ba(NO3)2 имеет кубическую кристаллическую решетку, негигроскопичен и плохо растворим в воде (раствор соли имеет нейтральную реакцию) Растворим в аммиаке (27,84 г в 100 г аммиака), слабо — в этиловом спирте (1 г в 100 г спирта), в метиловом СПирте и ацетоне практически не растворяется Медленное разложе-Ние НБ начинается при 525°С и сопровождается выделением О2 и об-ованием Ba(NO2)2 При более высокой температуре и условиях Рения пиротехнических составов НБ разлагается до ВаО, О2 и N2 Ри нагревании смесей НБ —металлическое горючее наибольший эк-
РМический эффект наблюдается при использовании в качестве
282
Нитрат гуанидина
горючего магния и сплавов AM и К-20 Соотношение между pjg сплавом AM незначительно влияет на температуру начала экзоте И ческого эффекта, а удаление образующихся газообразных проду из зоны реакции (путем разрежения) приводит к его резкому умень шению. Сплав AM интенсивно взаимодействует не только с НБ но с продуктами его разложения—Ba(NO2)2, ВаО2 и ВаО Н б являет ся одним из широко применяемых окислителей в пиротехнических составах различного назначения Несколько меньшее количество свободного кислорода по сравнению с другими нитратами компенсируется чрезвычайно низкой гигроскопичностью, стабильностью физико-химических характеристик, низкой чувствительностью составов на его основе к механическим воздействиям (трению и удару) При горении двойных стехиометрических смесей НБ с Mg или А1 образуется всего 7 — 8% (мае ) газообразных продуктов сгорания Удельная теплота сгорания этих смесей 5,85 — 7,1 кДж/г Конденсированные продукты сгорания имеют температуру 2000 — 3000°С Это дает возможность использовать НБ в осветительных, фотоосветительных, зажигательных и воспламенительных составах По характеристикам излучения пиротехнические составы на основе НБ приближаются к наиболее эффективным смесям на основе нитрата натрия Наличие монохлорида бария в пламени сообщает ему зеленую окраску, поэтому НБ применяется в сигнальных и трассирующих составах Известно применение НБ в различных инициирующих смесях и пиротехнических источниках газа высокого давления
Шидловский А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973, Вспомогательные системы ракетно-космической техники // Пер с англ / Под ред И В Ти шунина — М Мир, 1970
ф П Мадякин
Нитрат гуанидина CH6N4O3 , мол масса 122,1 — белые кристаллы , Тпл 216 — 217°С, насыпная плотность 0,61—0,65 г /см3, хорошо растворим в воде, умеренно —в спирте и слабо —в ацетоне Скорость детонации 3700 м/с (при плотности 1,0г/см3), энтальпия образования- 66,74 ккал/моль НГ получают из дициандиамида или CaNCN при нагревании с нитратом аммония до 200°С Применяется для получения нитрогуанидина, возможно —как минеральное удобрение Хмельницкии Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч 2 — М , 1961
,HN
>HN
Нитрат калия
283
-рат калия (калиевая селитра) KNO3 хорошо рас-“ ется в воде и разбавленном спирте, в абсолютном спирте почти ТВ астворим Примеси солей Са, Na, Mg и Мп увеличивают его гиг-Не Р опичность По данным ДТА, термическое разложение НК стано-РосК заметным при температуре 628°С, т е значительно превышаю-В й температуру плавления Однако медленное разложение НК наблюдается при более низких температурах (350 — 400°С) Реакция ^Оз =KNO2+0,5 О2-108,8 кДж в диапазоне температур сол —700°С обратима Энергия активации разложения НК при 500—650°С составляет 83,51 кДж/моль, а при 650 —700°С —232,09 кДж/моль При температурах, соответствующих горению большинства пиротехнических составов, разложение НК происходит по уравнению KNO3 = К2О + N2 + 2,5 О2 - 631,8 кДж. НК как окислитель известен давно Высокое содержание свободного кислорода, низкая гигроскопичность НК и составов на его основе к механическим воздействиям позволяют применять этот окислитель в различных составах Наиболее часто НК применяют для изготовления дымного пороха, который используется для снаряжения дистанционных трубок, изготовления передаточных и вышибных зарядов в шрапнелях, зажигательных и осветительных снарядах, замедлителей и усилителей луча пламени в трубках и взрывателях, пороховых лепешек в капсюльных втулках, огнепроводного шнура, воспламенительно-разрывных зарядов в «Салютах» На основе НК разработаны воспламенительные составы для РДТТ и пиротехнических составов Известны рецептуры смесевых твердых ракетных топлив на основе НК, преимуществом которых наряду с достаточно высоким удельным импульсом тяги (1960 Н • с/кг) является низкая температура продуктов сгорания (около 1750°С), что позволяет обеспечить высокую живучесть элементов двигателя НК применяют также в качестве окислителя в твердых пиротехнических топливах для ПВРД, в металлизированных зажигательных огнесмесях, в сигнальных составах
Шидловский А А Основы пиротехники —М Машиностроение, 1973, Вспомогательные системы ракетно-космической техники / Пер с англ / Под ред И В Тиши нина — М Мир, 1970
Ф П Мадякин
Нитрат ЛИТИЯ LiNO3. Гигроскопичен, кристаллизуется с тремя молекулами воды, при удалении которой плавится, образуя монолит-нУю массу Хорошо растворяется в воде, этиловом спирте, ацетоне, уридине, жидком аммиаке Теплоемкость расплавленного НЛ
>^9 Дж/(моль • К) Температура начала разложения р у НЛ в нитратов щелочных металлов является минимальной и зависит
284
Нитрат мочевины_____________
от давления Р (кПа) окружающей среды- tn р = 407,2 + 0,66 Р •а гия активации реакции термического разложения НЛ при темп ре 340-450, 450-500 и 500-550’С равна 26,79, 56,65 и кДж/моль, соответственно При температурах выше 600°С в ппо тах разложения НЛ наблюдается быстрое увеличение, достиж " К' максимума, а затем уменьшение содержания L12O Существенп 6 ограничениями применения НЛ в пиротехнических составах являют1 ся трудность удаления кристаллизационной воды, высокая гигроско пичность, ограниченность сырьевой базы и высокая стоимость
Бордюшкова Е А , Проценко П И., Венеровская Л.Н О кинетике термодинамич кой диссоциации и устойчивости расплавов нитратов щелочных металлов / / Ж у С прикладной химии —1967 Т.40 Вып 7, Проценко П И , Бордюшкова Е А О кине ке термического разложения нитритов щелочных металлов / / Журнал Лизинге ™ химии -1965 -Т 10 -Вып 5 ’ и
Ф П Мадякин
Нитрат мочевины CH5N3O4, мол. масса 123-белые кристаллы, Т^л 158— 160°С (с разл.), насыпная плотность 0,6 г/см3, при давлении прессования 3000 кг/см2 —1,65 г/см3. НМ хорошо растворим в горячей воде, но постепенно гидролизуется; растворим в метаноле, практически не растворим в эфире, бензоле, хлороформе, азотной кислоте Скорость детонации 5080 м/с (при плотности 1,2 г/см3), энтальпия образования -96,3 ккал/моль НМ получают взаимодействием мочевины с азотной кислотой. Применяется для получения нитромочевины, возможно —как минеральное удобрение Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч2-М, 1961 —842 с
Е В Веселова
Нитрат натрия NaNO3—белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, этиловом и метиловом спиртах, жидком аммиаке и гидроксиламине В ацетоне НН нерастворим Заметное разложение химически чистого НН в инертной и активной средах (воздухе, кислороде и оксиде азота) при атмосферном давлении начинается при температуре, несколько превышающей точку плавления До температуры 550°С разложение НН идет по уравнению 2 NaNO3 2 NaNO2 + О2 - 213 кДж. При температуре выше 750 С НН разлагается с образованием Na2O, N2 и О2. В качестве промежу точных продуктов возможно образование пероксида и надперекиси натрия. Разложение НН ускоряется в присутствии оксида железа замедляется водяным паром Алюминий расплавленным НН не ок ляется При температуре выше 940° С начинается процесс терми ской диссоциацииNa2O(Na2O ->2 Na + 2,5 О2 - 196,6кДж) аД„ и лее активными горючими по отношению к НН являются магн
Нитрат рубидия
285
на его основе с алюминием (AM) и кремнием (К-20) При со-сПЛжаНии в смеси с НН 5 — 95% магния и 15 — 90% сплава AM начав-деР экзотермическая реакция быстро переходит во вспышку Со-Ш жание сплава AM, разрежение и повышение скорости нагрева ывают незначительное влияние на температуру начала экзотер-°ического эффекта, а увеличение содержания магния приводит к ее снижению НН содержит значительное количество активного кисло-па и относительно легко отдает его НН имеет широкую сырьевую и пооизводственную базу Смеси на его основе обладают невысокой чувствительностью к механическим воздействиям и с большинством металлических горючих сгорают со значительными скоростями и образованием яркого пламени Поэтому, несмотря на относительно высокую гигроскопичность, НН находит применение в самых различных гетерогенных горючих системах. Наиболее широко НН приме
няется в осветительных составах, используемых для снаряжения осветительных патронов, факелов, снарядов и бомб Осветительные средства на основе НН обладают высокими светотехническими характеристиками НН входит в сигнальные, газогенерирующие, воспламенительные и трассирующие составы, черный порох, пиротехнические топлива для реактивных двигателей различного назначения Известно применение НН в качестве одного из компонентов металлизированных жидковязких огнесмесей
ЧПидловский А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973, Вольнов И И. Перекиси, надперекиси и озониды щелочных и щелочноземельных металлов,—М : Наука, 1964, Вспомогательные системы ракетно-космической техники / Пер с англ / Под ред И В Тишунина — М Мир, 1970
Ф П Мадякин
Нитрат рубидия RbNO3 имеет четыре кристаллические модификации (а, р, у и S) При обычной температуре p-RbNO3 имеет ромбоэдрическую структуру, при 164°С происходит ее превращение в кубическую (X), которая при 219°С переходит в ромбическую (р), а по-
следняя при 291’С превращается в а. Расплавленный HP —сильный окислитель HP гигроскопичен, хорошо растворим в воде, плохо —в спиртах, пиридине, эфире, диоксане и кетонах При исследовании методом ДТА обнаружены полиморфные превращения при 167 и 1 С Плавление HP происходит при температуре 294°С Темпера-^УРа начала разложения HP с образованием RbNO2 и О2, по различно ЛитеРатУрным источникам, отличается весьма существенно Давление кислорода, равное атмосферному, достигали ПРИ548,5°С Реакция разложения может быть ускорена добавле-слабых восстановителей (свинца, ртути и др ). При нагревании
Нитраты неорганические
287
286
Нитрдт стронция
выше 700°С продуктами разложения HP являются Rb2O, N2 и q Энергия активации реакции термического разложения HP в диа 2 не 500 —600°С 81,4 кДж/моль, в диапазоне 600 — 700°С кДж/моль В разреженном воздухе с давлением 0,665 Па 450 — 500°С нитрат рубидия возгоняется без разложения Сырьсв база HP небольшая, поэтому широкого применения он не нашел Бордюшкова Е А , Проценко П И , Бейеровская Л Н О кинетике термодинамич кой диссоциации и устойчивости расплавов нитратов щелочных металлов / / жу с прикладной химии 1967 -Т 40 — Вып 7 УРнал
Ф П Мадякин
Нитрат стронция Sr(NO3)2 имеет кубическую кристаллическую решетку. Полиморфных превращений соль не имеет В воде НС легко растворим Безводная соль негигроскопична Примеси обычно увеличивают гигроскопичность НС и приводят к его слежи-ваемости НС хорошо растворяется в жидком аммиаке (40,4 г в 100 г аммиака), в пиридине (0,7 г в 100 г пиридина), слабо растворяется в гидразине (0,012 г в 100 г гидразина) и не растворяется в спирте и ацетоне По данным ДТА, НС плавится с одновременным разложением В диапазоне 400 —500°С при разложении образуется нитрит стронция, окись азота, оксид азота и азот. При температурах выше 700“С газообразными продуктами разложения НС являются оксид азота, азот, кислород и двуокись азота Энергия активации процесса разложения НС 53,4 кДж/моль При высоких температурах, соответствующих горению пиротехнических составов, разложение НС идет по уравнению: Sr(NO3)2 =SrO+N2 + 2,5 О2 - 372,4 кДж Методом ДТА установлено, что наиболее эффективными восстановителями для НС являются Mg и сплав AM Разрежение при нагревании смесей НС —сплав AM приводит к резкому снижению экзотермического эффекта НС применяется в сигнальных и трассирующих составах красного огня, реже —в составах белого и желтого огней, за-
гущенных огнесмесях
Шидловский А А Основы пиротехники -М Машиностроение, 1973, Вспомога тельные системы ракетно-космической техники / Пер с англ / Под ред И В Тишу нина — М Мир, 1970, Мадякин Ф П , Силин Н А Компоненты гетерогенных горю чих систем -М ЦНИИНТИ, 1984
ф п Мадякин
Нитрат Цезия CsNO3 имеет две кристаллические модификаций (а и р) При обычной температуре модификация p-CsNO3 имеет тек сагональную структуру При температуре 151,5— 154°С происход переход гексагональной модификации в кубическую Расплавленн НЦ —сильный окислитель, разрушающий кварц, платину и мно
ы НП хорошо растворим в воде, плохо — в спиртах, пиридине, меТ кетонах, диоксане Экспериментально определенная темпе-эфир Сдавления НЦ равна 414°С Энергия активации реакции раз-РаТ ния НЦ, вычисленная по уравнению Аррениуса, в диапазоне ЛоП-600°С— 101,23 кДж/моль, а в диапазоне 600 —700°С—145,5 Пж/моль. Давление кислорода, равное атмосферному, достигается 584°С Реакции разложения НЦ протекают аналогично RbNO3 рРИазреженном воздухе (р = 0,665 Па) НЦ возгоняется без разложения Применение Н ц в пиротехнических составах ограничено. Плющев В Е , Степин Б Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия -М Химия, 1970
Ф П Мадякин
Нитраты неорганические —безводные или гидратированные соли азотной кислоты Известны практически для всех металлов Безводные НН — бесцветные кристаллические соединения; НН d-элементов окрашены Все НН могут быть разделены на соединения с преимущественно ковалентным типом связи (Be, Cr, Zn, Fe и др. переходных металлов) и с преимущественно ионной связью (щелочных и щелочноземельных металлов) Ковалентные НН менее термостабильны и обладают более высокой растворимостью в органических растворителях Безводные НН обладают сильной окислительной способностью, которая возрастает при переходе от ионных к ковалентным При нагревании НН разлагаются- ковалентные в интервале температур 100 —300°С, ионные —при 400 —600°С NH4NO3 способен детонировать, при быстром нагреве выше 270°С может разлагаться со взрывом по реакции- NH4NO3 = N2 + 0,5 О2 + 2 Н2О Кристаллогидраты НН отличаются от безводных тем, что в их кристаллических структурах ион металла чаще всего связан с молекулами воды, а не с ионами NO3 Это объясняет их лучшую растворимость в воде, худшую в органических растворителях, меньшую окислительную способность, неконгруэнтную растворимость при 25—100°С Все НН легко восстанавливаются с образованием смеси азотсодержащих продуктов (NO2, NO, N2O, N2 илиИН3) HHNaM Квстречаются ввиде природных залежей НН щелочных металлов, а также Са, Mg, Ва получают поглощением смеси нитрозных газов (NO + NO2) с воздухом Растворами щелочей или карбонатов Возможны разнообразные об-менные реакции солей металлов с HNO3 Промышленный синтез пирата аммония основан на поглощении газообразного NH3 раство-ами HNO3 Различные НН находят широкое применение в тексти-и и пищевой промышленности, металлургии и фармацевтике
288
Нитраты целлюлозы
Нитрат аммония используется в качестве азотного удобрения а же в производстве смесевых ВВ: KNO3 nBa(NO3)2, и некоторые^ НН —как компоненты пиротехнических составов, черного порох^ эмалей и глазурей ’
С Л АнурОв
Нитраты целлюлозы — высокомолекулярные взрывчатые сое динения, белые, волокнистые, общей формулы:
или [C6H7O2(OH)3.n (ONO2)n ]m = са YbOcNd,
а = 6т = 37,0074 - 1,1892 • N; b = (10 - п) т = 61,6804 - 2,6962 • X;
с = (5 + 2п) • т = 30,8367 - 0,4374 • N; d = п • т = 0,7139 • N, где п — степень замещения гидроксильных групп (0< п < 3), от—число глюкозных остатков, N— содержание азота в НЦ (% масс ), связанное со степенью замещения следующим образом п = 3,6-X /(31,11 -Ю
Впервые получены в 1832 г А Бракконо
НЦ характеризуется значительной полидисперсностью, а также значительной химической и структурно-морфологической неоднородностью Температура стеклования НЦ находится в диапазоне температур, превышающих температуру их вспышки (~ 160 — 190 С) Степень этерификации определяется количеством гидроксильных групп в элементарном звене, замещенных на нитроэфирные группы Содержание азота в НЦ можно оценивать не только в процентах, но и количеством моноокиси азота, выделяющейся из 1 г НЦ при опреДе лении степени этерификации по методу Лунге 1% N соответствует 15,95 мл NO/г Предельное содержание азота, соответствующее три нитрату целлюлозы (и = 3), равно 14,14% или 225,53 мл NO/r
Нитраты целлюлозы 289
По величине степени этерификации и молекулярной массы тех-
ческие нитраты целлюлозы разделяют на низкоазотные НЦ (кол-
локсилины) и высок< с различной вязкостью стандартных ацетоновых раство-
эазотные НЦ (пироксилины) В зависимости от уровня
этих показателей и назначения НЦ классифицируют на следующие марки (см таблицу): Технические характеристики НИ
Вид нитрата целлюлозы Техническое Содержание азота Условная Область при-
название N, % мл NO/r вязкость мПа*с(°Э) мениения
Лаковый высоковязкий коллоксилин коллоксилин вв 11,91-12,29 190-196 8,5-10,6 (1,9-2,2) Авиалаки, изоляционные лаки
Лаковый средневязкий коллоксилин коллоксилин св 11,91-12,29 190-196 3,8-8,4 (1,31-1,89) Лаки для дерева, искусственной кожи, клеящие составы
Лаковый низковязкий коллоксилин коллоксилин НВ 11,91-12,29 190-196 1,9-3,7 (1,11-1,30) Эмали, грунтовки, шпаклевки, клеящие составы
Лаковый весьма низковязкий коллокси- коллоксилин ВНВ 11,91-12,29 190-196 1,1-1,8 (1,03-1,10) Лаки для металла, эмали для машин
Лаковый полу-секундной вязкости коллоксилин коллоксилин пев 11,91-12,29 190-196 0,6-1,0 (0,98-1,02) Лаки для мебели, бумаги, нитропленки
Лакомастич-ный коллоксилин коллоксилин лм 10,66-12,41 170-198 3,7-15,8 (1,3-3,0) Мастика для изготовления технических тканей
Целлулоидный коллоксилин коллоксилин ЦК 10,97-11,22 175-179 6,2-10,6 (1,6-2,2) Мячи для настольного тенниса
Коллоксилин «н» коллоксилин НХ, НД 11,85-12,29 189-196 8,5-15,8 (1,9-3,0) Для баллис-титных поро-
Пироксилин №1 пироксилин 1П не менее 13,10 не менее 209 8-12 Для пироксилиновых
Пироксилин —-- пироксилин 2П1, 2П2, 2ПЗ 11,79-12,41 188-198 6-10 порохов Для пироксилиновых порохов
290____________________Нитраты целлюлозы_________
Коллоксилины применяют для изготовления лаков, эмалей тромастик, нитролинолеума, целлулоида и баллиститных порохе Пироксилины применяют для производства пироксилиновых па ° хов Р°~
В порохах НЦ выполняют несколько функций-
— являются энергетическим компонентом;
— являются полимерной основой композиций, определяющей уровень их реологических и технологических свойств;
— определяют уровень физико-механических свойств готовых изделий
Энергетические характеристики НЦ зависят от степени их этерификации’
£)ж = 1300 • (N - 6,7), ккал/кг;
АН =- 1360,11 + 58,6718 • N, ккал/кг, где Qx — изохорная теплота сгорания при воде жидкой, АН—энтальпия образования
Сухой пироксилин чувствителен к удару Испытания на копре Каста (груз 10 кг, высота падения 250 мм) дают 100 % взрывов При содержании влаги более 20% Н ц нечувствительны к механическим воздействиям
НЦ имеют ограниченную термическую стойкость Разложение НЦ происходит с ускорением в присутствии продуктов распада —оксидов азота, азотной и азотистой кислот Термическая стойкость технических НЦ зависит также от содержания в них после нитрования и стабилизации следов серной кислоты и сульфоэфиров, что возможно только при нитровании целлюлозы нитрующими смесями, содержащими серную кислоту В качестве других видов нитрующих сред могут быть использованы смеси азотной кислоты с водоотнимающими агентами (фосфорной кислотой, ангидридами минеральных и органических кислот) Для повышения термической (химической) стойкости порохов, содержащих НЦ, в их составы вводят стабилизаторы химической стойкости, связывающие оксиды азота, образующиеся при разложении НЦ (см пороха Баллиститные, Одноосновные, Нитроглицериновые, Сферические).
Промышленные способы получения НЦ основаны на нитровании специально подготовленных хлопковых или древесных целлюлоз ни трующими смесями, содержащими азотную и серную кислоты в соот ношении примерно 1 - 3 и воду в количестве 7 — 20% масс Степень эте рификации зависит от содержания воды в нитросмесях, так как кон центрация катиона нитрония NO2 (нитрующей частицы) обратно пропорциональна содержанию воды Степень полимеризации
____________________________Нитрация______________________ 291 —
ого продукта, контролируемая по вязкости 2%-ных растворов щт в ацетоне (см таблицу), зависит от степени полимеризации ис-h Л11ой целлюлозы и технологических параметров нитрования, реку-Х° ации отработанной кислоты и стабилизации НЦ
ПеР ПроизвоДство НЦ включает стадии’
— подготовка целлюлозы (рыхление ватообразного материала иЛИ резка бумаги, сушка);
— приготовление нитрующих смесей из свежих и отработанных кислот;
— нитрование при модуле 1:25 — 1’40;
— рекуперация отработанных кислотных смесей;
— стабилизация НЦ;
— смешение общих партий НЦ,
— отжим до влажности не менее 20% масс
Большое внимание уделяется при производстве НЦ вопросам экологии’ улов кислот из воздушной и водной сред, ликвидация в сточных водах продуктов кислого и щелочного гидролиза НЦ, образующихся в процессе стабилизации НЦ, очистка сточных вод от мелкодисперсных частиц НЦ
и Законников А П Нитроцеллюлоза — М Оборонгиз, 1950, Кряжев В Н. Нитраты целлюлозы / Энциклопедия полимеров -М Советская энциклопедия, 1974 — Т 2 С 377 380, Гиндич В И , Забелин Л В , Марченко Г Н Производство нитратов целлюлозы Технология и оборудование — И.. ЦНИИНТИ, 1984, Марченко Г Н , Забелин Л В Производство нитратов целлюлозы Физико-химические основы производства и переработки нитратов целлюлозы -М ЦНИИНТИ, 1988, Гиндич В И Технология пироксилиновых порохов Производство нитратов целлюлоз и регенерация кислот Т1 -Казань ГНИИХП, 1995
А В Косточко, Б А Пономарев, Д Л. Русин
Нитрация — профессиональный термин, обозначающий нитрова-ниеъ производственных условиях Напр., «здание Н.», «мастерская Н »-помещение, в котором осуществляется нитрование и, как правило, сепарация и промывка полученного продукта
Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия, -688 с
В Л Збарский
292
Нитроалканы
Нитроанилины
293
Нитроалканы —алифатические соединения, содержащие или несколько нитрогрупп, связанных с атомом углерода Н п ют жидкофазным или парофазным нитрованием алканов, нитоо УЧа ем олефинов HNO3, оксидами азота, солями нитрония, окисле НИ~ аминов или оксимов, взаимодействием галогеналканов с нитрита металлов (обычно Na и Ag) Простейшие Н —бесцветные жидкости1 плохо растворимые в воде, хорошо —в органических растворителях' Физические свойства некоторых Н. приведены в таблице
Соединение 7’пл . ’С Т’кип . “С Ф2° ”О
Нитрометан - 28,5 101,2 1,1382 1,3819
Нитроэтан - 89,5 114,1 1,0506 1,3919
1 -Нитропропан - 104,0 131,2 1,0014 1,4016
2-Нитропропан -91,3 120,2 0,9884 1,3944
1-Нитробутан -81,3 152,8 0,9734 1,4102
2-Нитробутан - 139,50 0,9653 1,4044
Н являются слабыми кислотами (рКд -8 — 10) Кислотность Н повышается при введении в a-положение к NO 2 -группе электроноакцепторных заместителей Н., имеющие а-водородный атом, могут существовать в двух таутомерных формах с общим мезомерным анионом (см Нитрогруппы аци-форма). В растворах равновесие обычно практически полностью сдвинуто в сторону С-формы Неустойчивая О-форма (называемая также аци-формой или нитроновой кислотой) может быть получена осторожным подкислением солей Н. Амбидентные анионы солей Н., получаемых действием оснований на первичные и вторичные Н., реагируют с электрофилами по двум направлениям Алкилирование солей Н алкилгалогенидами протекает обычно по О-атому NO2-группы, давая эфиры нитроновых кислот (последние образуются также при действии диазометана на Н ) Соли Н., содержащие в a-положении к NO2-группе электроноакцепторные заместители (сложноэфирные, карбонильные, нитрогруппы, атомы галогена), могут алкилироваться по а-С-атому. Взаимодействие солей Н с галогенами дает а-галогеннитроалканы, с нитритом натрия в присутствии окислителя — теы-динитроалканы Первичные и вторичные Н в присутствии оснований реагируют с альдегидами и кетонами с образованием нитроспиртов (реакция Анри), присоединяются к ве ществам, содержащим активированную двойную связь (реакция Ми хаэля), конденсируются с формальдегидом и аминами с образовани ем нитроалкиламинов (реакция Манниха):
RtA-CR3R4
NO2OH
r’-R = Н, Аг,
rVco
”----R R CHNO-
R1 R2CCH2NR5R6 io9
;с= С—R
Aik
(R = CO^R, CN, NO2)
— CHR7
Продуктами реакций H. с восстановителями в зависимости от условий могут быть: азо-, азоксисоединения, гидроксиламины, амины Возможно селективное восстановление группы NO2 в полифунк-циональных Н. без затрагивания других функций. Н. применяют для получения полинитроалканов (см Полинитросоединения алифатические), в качестве растворителей и пластификаторов, компонентов моторных и ракетных топлив. Производные 2-нитро-1,3-пропандио-ла проявляют фунгицидную активность.
Новиков С С , Швехгеймер Г А , Севостьянова В. В , Шляпочников В А Химия алифатических и алициклических нитросоединений — М Химия, 1974, Тартаковс-кий В А Новые пути использования алифатических нитросоединений в органическом синтезе // Изв Акад Наук СССР Сер хим -1984 -№2 -С 165
С Г Злотин
НитроанИЛИНЫ —производные анилина, содержащие от одной до шести нитрогрупп, в том числе и у аминогруппы; могут одновременно содержать другие заместители’ галоген, амино-, окси-, алкильные или арильные группы в ядре, галоген, алкильные или арильные заместители у аминогруппы Мононитроанилины, получаемые при нитровании анилина, находят применение в качестве исходных продуктов при получении ВВ о- и п-Н —при получении 2Д,$-тринит-роанилина, м-Н —при получении 1,3-диамино-2,4,6-тринитробен-зола и 2,3,4,6-тетранитроанилина Помимо вышеуказанных соединений, к числу Н. относятся такие ВВ, как 2,^,&-тринитрофе-Нил-П-метилнитрамин (тетрил) и его аналоги, а также пента- и гексанитроанилины, которые не нашли практического применения из'3а низкой химической стойкости, гексанитродифениламин и термостойкие ВВ, предложенные для глубинных буровзрывных работ '^^-триамино-2,^,^-тринитробензол и 3,3'-диамино-2,2 ,4,4' ,6,6'-гексанитродифенил).
294__________________________Нитрование__________________
Хмелъницкии Л. И Справочник по взрывчатым веществам. Ч 2 — М , 19щ о Орлова Е Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-’е изл с
и доп -Л • Химия, 1973 - 688 с д ’ ПеР«Фаб
EBBecei0Sa
Нитрование —процесс замещения водорода в R3C —Н, RN- t, или RO — Н на нитрогруппу под действием различных нитрующих ” агентов К Н относят также замещение питрогруппой сульфогпу РЕ' (нитродесульфирование), карбоксильной группы (нитродекарбокси' рование), получение питропроизводных из третичных аминов (нитт лиз) и ряд других процессов получения нитросоединений Впервые Н осуществлено в 30-с годы XIX века Фарадеем и Митчсрлихом В настоящее время Н,—один из важнейших методов получения химиче ских продуктов, таких как нитробензол, ди- и тринитротолуолы ни троглицерин и др. В промышленности для Н. используют азотную кислоту различной концентрации, серно-азотпые и уксусно-азотпые кислотные смеси. В лаборатории наряду с ними применяют смеси нитратов металлов с серной кислотой, оксиды азота, соли нитрония, ал килнитраты, тетранитрометан. Н низших алканов осуществляют азотной кислотой при повышенных температурах (реакция Коновалова). Н. ароматических, гетероциклических и, часто, непредельных соединений протекает преимущественно по ионному механизму с участием NO2 или H2NO3 Н высоко реакционноспособных соединений, та ких как фенолы, анилины, нафталин, можно проводить в среде разбавленной азотной кислоты, обязательно в присутствии оксидов азота В настоящее время принимают, что процесс протекает через стадию образования катион-радикалов Н в щелочной среде, например, Н ни трометана или диметиланилина тетранитрометаном, также протекает по ион-радикальному механизму Н. сопровождается значитель ным тепловым эффектом (80 — 90 кДж/моль при введении одной пи-трогруппы в ароматические углеводороды), что может привести при недостаточном охлаждении к неконтролируемому подъему температуры, увеличению доли окислительных реакций и к тепловому взрыву^ Поэтому Н. проводят в реакторах, снабженных эффективной системой охлаждения (рубашка, змеевики) при интенсивном перемешивании реакционной смеси с целью исключить образование зон местных перегревов При реализации процесса в промышленных условиях в стадию Н. включают также отделение полученных нитропродуктов от отраоо тайных кислот (сепарация), их промывку и стабилизацию Olah G А , Malhorta R., Narang S.C Nitration. Methods and Mechanisms -N и Weinheim, Cambridge VCH Publishers, Inc , 1989 —330 p , Орлова E IO хи технология бризантных взрывчатых веществ — Л Химия, 1973 —688 с ^мМ
Нитрование деструктивное
295
^трование деструктивное — процесс взаимодействия ор-" веских соединений с содержащими оксиды азота нитрующими Г сями, в результате которого происходит разрушение (деструк-) исходной молекулы с образованием простых полинитроалка-
д0В Так, при ДН ацетилена, динитротолуола и др. образуются ни-троформ и тетранитрометан, при ДН полинитрокарбонильных соединений (напр , у,у,у-тринитро- и у,у-динитро-) — гексанитроэтан и центанитроэтильные соединения'—
HNO3
Rc(no2)2ch2ch2cor -+ RC(NO2)2C(NO2)3
R = NO2,CH3,CH2C6H4NO2; R' = CH3, С2Нд, СбНз
Выход гексанитроэтана составляет 65 — 75%, 1,1,1,2,2-пентанит-ропропана—до 60%, 1-(4-нитрофенил)-2,2,3,3,3-пентанитропропа-на-20% Нитрофенилпентанитроэтаны получить не удается из-за стерических затруднений Деструкция при ДН идет по связи полинитроалкил—карбонил, при этом карбонилсодержащий фрагмент превращается в соответствующую карбоновую кислоту Мононитро-карбонильные соединения в реакцию ДН не вступают ДН позволяет получать также галогенполинитроалканы'
HNO3
C1C(NO2)2CH2CH2COCH3-------->C1C(NO2)2C(NO2)3
H2SO4
На примере И-2,2,3,3,3-пентанитропропил-М,2,4-тринитроанилина разработан метод синтеза пентанитропропилнитроаминов'
HNO3
4 - NO2C6H4NHCH2C(NO2)2CH2CH2COCH3--------->
H2SO4
->2,4 - (NO2)2C6H3N(NO2)2CH2C(NO2)2C(NO2)3
Получен и М-бис(2,2,3,3,3-пентанитропропил)-И-нитроамин.
При ДН 3,3-динитро-6-оксо-гептанкарбонитрила получена М,5,5,5-пентанитровалериановая кислота (выход 33%)'
v „ HNO3
NCCH2CH2C(NO2)2CH2CH2COCH3---------->
H2SO4
-> C(NO2)3C(NO2)2CH2CH2COOH
4 4 Д-3 3,3-динитро-4-метил-6-оксооктанитрила получена > > ,5-тетранитрогексановая кислота-
NCCH2CH2C(NO2)2 СН(СН3 )СН2СОСН3
Нитрование щелочное
Нитроглицерин
-> HOOCCH2CH2C(NO2)2C(NO2)2CH3
Попытки расширить реакцию ДН на новые объекты часто п дят к более глубокой деструкции, иногда с образованием гексанитро
Голод Е Л , Кукушкин И К , Моисеев И К , Целинский ИВ / / Российски» ческий журнал —1997 -Т 41 —№2 -С 22 — 31 хими-
Е Л Голод Нитрование щелочное Под термином «щелочное нитрование» понимают замещение атома водорода на нитрогруппу в органи ческих соединениях в присутствии оснований, в том числе сильных (щелочи, алкоголяты и т.п.) Такой вариант нитрования возможен если в качестве нитруемых субстратов выступают СН-кислые алифатические или жирноароматические соединения (можно нитровать и их заранее приготовленные соли), амины, некоторые активированные ароматические соединения (фенолы, М,М-диалкиланилины в ряде случаев их винилоги) В качестве нитрующих реагентов используют соединения, способные в основных средах к катионоидному переносу нитрогруппы: алкилнитраты и полинитроалканы (тетранитрометан, гексанитроэтан и др.). Алкилнитраты нитруют в присутствии сильных оснований (NaOH, алкоголяты, щелочи, жидк NH3) активные метиленовые фрагменты, у которых СН-связь активирована электроноакцепторными заместителями (С = О, CN и др ) Реагирующими частицами являются анионы соответствующих СН-кислот В аналогичных условиях алкилнитраты нитруют а-мети-льные заместители ароматических гетероциклов (напр , а-метилпи-ридина). Алкилнитраты в присутствии оснований способны N-нитро-вать первичные и вторичные алифатические и ароматические амины Для повышения активности алкилнитратов как нитрующих агентов используются нитраты циангидринов на основе кетонов (обычно ацетона), что существенно для нитрования СН- и NH-кислот с рКа -11 — 13 (например, малонового эфира) Тетранитрометан (ТНМ) нитрует мононитроалканы до гем-динитроалканов в водных или в водно-спиртовых щелочных средах, при этом ТНМ превращается в соль тринитрометана Процесс, в основном, протекает по ион-радикальному цепному механизму ТНМ медленно нитрует соли 1,1-динитроалканов (в метаноле) с образованием 1,1,1-тринитроал канов Аналогичный процесс происходит и при действии FNO2 в CH3CN ТНМ способен нитровать в присутствии оснований фенолы (в том числе тирозин и тирозильные фрагменты белков), М,Ы-Диа лкиланилины, азулен, а также двойную связь пропенилбензолов, а тивированную +М-заместителями (СН3О, R2N) в бензольном цикле,
297
азованием соответствующих p-нитроолефинов ТНМ и гексанит-С° н способны в присутствии щелочей (в водной среде) N-нитро-РоЭ слабоосновпые амины (анилины с электроноакцепторными заявителями в ядре, 5-аминотетразол, некоторые 3(5)-ами-ме^2)-К-1,2,4-триазолы) Фтортринитрометан способен в присут-Н° ии КОН нитровать метильную группу в 2,4,6-тринитротолуоле /Тпотиле) Щ н применяется при получении гем-динитросоедине-ний, напр., динитрометана
П виков С С , Швехгеимер Г А , Севостьянова В В , Шляпочников В А Химия В ^этических и алициклических нитросоединений — М Химия, 1974; fc^then Weul Methode der Organischen Chemie -Bd 10 — T1 1 — G Thieme Verlag, 1971 Алтухов К В , Перекалин В В // Усп химии -1976 -Т 45 -№11 - С.205; Химия нитро- и нитрозогрупп / Под ред Фойера Г -М Мир, 1972 -Т 1
Нитроглицерин (глицеринтринитрат, НГЦ) представляет собой полный сложный эфир глицерина и азотной кислоты
CH2(ONO2) - CH(ONO2) - CH2(ONO2).
Н. относится к разряду мощных и чувствительных бризантных ВВ Впервые он был получен Собреро в 1846 г.
Шведский инженер Альфред Нобель в Швеции в 1864 г. организовал производство Н , который в составе многочисленных динамитов стал широко применяться в горнодобывающей промышленности
В 1888 г Нобель разработал баллиститный порох из нитроглице-
рина и коллоксилина
Н в чистом виде представляет собой маслянистую бесцветную и прозрачную жидкость Н. достаточно стоек при нормальной температуре, но при нагревании выше 50°С начинает разлагаться. Процесс разложения больших количеств нитроглицерина может закончиться взрывом
Н имеет положительный кислородный баланс (+ 3,5%) и является одним из наиболее мощных ВВ Он очень чувствителен к механическим воздействиям В этом отношении Н приближается к инициирующим ВВ
Основные свойства Н приведены в таблице
Основные свойства нитроглицерина
——_ Наименование характеристик Значение характеристик
Плотность, г/см3 жидкого (р$) 1,596
———ЛрИсталлического 1,735
298 Нитроглицерин
Наименование характеристик Значение характерист^Г~~~~
Вязкость при 20"С, Па с Упругость паров, Па при 20° С при 60°С Температура вспышки, °C Скорость детонации, м/с жидкого НГЦ при испытании в стальной трубе ф25 мм Объем газообразных продуктов взрыва, л/кг Теплота взрыва, кДж/кг 0,0355 0,0015 8 200205 1100-2000 8000-8500 716 6163
Н. обычно получают путем обработки глицерина серно-азотной кислотной смесью (47 — 50% HNO3, 49 — 53% H2SO4 и не более 1% Н2О):
СН2ОН - СНОН - СН2ОН + 3 HNO3 CH2(ONO2) -
-CH(ONO2) -CH2(ONO2)+ ЗН2О
Этерификация протекает последовательно в три ступени: в первой получается глицерин мононитрат, во второй — глицерин динитрат и в третьей — глицерин тринитрат. Максимальный выход Н получается при применении безводных серно-азотных кислотных смесей, содержащих 50% и более HNO3
Получение Н. с последующей сепарацией его от отработанной кислоты является одним из самых опасных процессов химической технологии, требующим особенно тщательного контроля как сырья, так и аппаратуры; только полный автоматический контроль и дистанционное управление позволяют создать абсолютно безопасный для работающих процесс.
Более 60 лет Н. получали по периодической схеме (метод Нобеля и метод Натана)
При получении периодическими способами на фазах сепарации и очистки Н от кислот скапливалось около 2 — 3 т Н , что в случае ава рии приводило к практически полному разрушению оборудования производственных зданий
В настоящее время в производстве Н применяются, в основн > непрерывные методы, опасность производства в этом случае зна льно снижается При непрерывном способе в процессе наход
Нитроглицерин
299
шее количество ВВ, благодаря чему снижается возможность пе-М£ аЧи взрыва в другие мастерские Управление непрерывным про-Ред м полностью автоматизировано и осуществляется из особой при-Ц ойки за валом мастерской Это обеспечивает значительно большую надежность работы установки
У Первая установка непрерывного действия производительностью 100 кг/ч была создана в 1928 г А Шмидом и К Шмидом в Чехословакии На рис. 1 показана схема поточного производства Н по способу Шмида Самым важным в системе является одновременная подача глицерина и кислотной смеси
Этерификация глицерина происходит в нитраторе непрерывного действия, где условия этерификации более мягкие, чем в периодическом аппарате, так как реакция идет в среде отработанной кислоты
Рис 1 Технологическая схема непрерывного процесса производства нитроглицерина 1—нитратор, 2, 4 —сепаратор, 3 —промывные колонны
Интенсивное перемешивание в нитраторе способствует образованию тонкой эмульсии Н в отработанной кислоте (размер частиц меньше критического), благодаря чему реакционная масса становится безопасной в отношении взрыва
Вследствие высокой скорости процесса улетучивания азотной кислоты из аппарата почти не происходит, поэтому выход нитропро-ДУкта повышается на 3 — 5% по сравнению с периодическим способом нитрования Эмульгированный в отработанной кислоте нитроглице-чен П°СТУПаеТ В сепаРатоР Н 5 выходящий из сепаратора Н прозра-> однако в нем растворено до 7% азотной кислоты
ромывку кислого Н проводят в промывных колонках
ЛЬНо *966 г в Швеции было начато производство Н по принципиа-новому способу —инжекторному (рис 2), при котором
300 Нитроглицерин
Рис 2 Технологическая схема получения нитроглицерина инжекторным методом (фаза нитрации и сепарации) 1 — инжектор для подачи водной эмульсии нитроглицерина на фазу стабилизации в промывные колонны, 2 - центрифуга, 3, 22-кожухотрубные теплообменники, 4 —холодильник, 5 — электромагнит, 6 — инжектор-нит-ратор, 7,9, И, 12 —термометры, 8 —игольчатый клапан для впуска воздуха в инжектор, 10 —вакуумметр, 13-электромагнитное реле, 14 —сигнальный колокол, 15 — хранилище кислотной смеси, 16 - хранилище глицерина, 17 — выключатель, 18 —ротамер для воды, 19 —ротамер для глицерина, 20 —ротамер для кислотной смеси, 21 —засасывающий бак с постоянным уровнем для глицерина, 23 — хранили-
этерификация глицерина проводится в инжекторе, а разделение эмульсии—в центрифуге.
Нитрование в инжекторе оказалось возможным благодаря большой скорости процесса и быстрому отводу выделяющегося при этом тепла. Высокая скорость реакции, которая протекает за 0,5—1 с, Д° стигается в результате хорошего диспергирования и проведения процесса при более высокой температуре (до 40 —50°С).
Нитроглицерин
301
302____________________Нитрогруппы аци-форма_______
При инжекторном способе модуль реакции (кислотная глицерин) увеличивается с 5 до 10-15 СМесь
Очистка Н от кислот (стабилизация) проводится неодноко ми промывками водой в специальных колоннах с последующИ1^ТНЬ1' делением продуктов сепарационным методом Это приводит к зн^' тельному накоплению Н в производственном цикле, что повьц^ЧИ опасность производства и снижает его мобильность ает
В СССР в 60 — 70-х годах разработан и реализован в промышЛе ности модернизированный высокоэффективный непрерывный техно логический процесс производства Н , который благодаря применению современных разработок — струйных и комбинированных центробежных аппаратов, специальных устройств дозирования и смешения—обладает уникальными, неизвестными в мировой практике качествами:
— минимальной загрузкой (до 30 кг);
— минимальной продолжительностью производственного цикла (не более 200 секунд);
— мгновенным выходом на заданный режим;
— точным обеспечением заранее заданной производительности, — безопасностью процесса, связанной с низкой загрузкой и небольшими объемами аппаратуры
Схема современного технологического процесса производства Н приведена на рис 3
Е Ф Жегров Нитрогруппы аци-срорма характерна для одной из таутомерных форм нитросоединений Таутомерные формы нитросоединений были обнаружены Ганчем в конце прошлого века на примере двух форм фенилнитрометана (ФНМ)- истинная форма (ИФ) PhCH2NO2 и аци-форма (АФ) PhCH = NOOH. К концу 70-х годов было получено и охарактеризовано более 50 нитросоединений в АФ Наиболее удобным и распространенным способом получения нитросоединений с АФ является подкисление их солей При комнатной температуре они обычно быстро изомеризуются в ИФ, при понижении температуры стабильность их резко возрастает. Строение соединений в АФ долго дискутировалось и в конце 70-х годов было установлено на примере ФНМ АФ ФНМ построена ковалентно, имеет двойную С = N-связь и ОН-группу и существует в виде димера
/О—н—Ох
PhCH = N х J; N= CHPh
О—Н—О
Нитрогуанидин
303
Иф в Ю% этаноле дф в гептане PhCHNO2-Na+
физико-химические характеристики АФ, ИФ и аниона ФНМ существенно различаются _________ _________________________
ЯМР-спектр 15N, м д УФ-спектр, Валентные C-NOn-коле-бания, см-
v CN va!NO2 vsNO2
7,OtO,5 240 в СС14 850 1560 1370
96,ЗМ),1 283 в СС14 1654 1362 867
72,5±0,5 292 в Н2О 1563 1141 867
Дипольный момент (р) свежеприготовленного раствора АФ в циклогексане или бензоле 1,6+0,2 D Во времени р растет до 3, НО,2 D> что близко к величине ФНМ (3,3 D) Для полинитросоединений, содержащих нитрогруппы в геминальном положении, АФ удалось зафиксировать лишь для динитроацетонитрила В последние годы квантово-химическими расчетами показано, что энергетически образование нитросоединений в АФ весьма выгодно Поэтому они играют важную роль в реакциях нитросоединений, в частности, при термораспаде и в синтезе многих ВВ и компонентов ТРТ из числа нитросоединений алифатического ряда.
В. А. Шляпочников
Нитрогуанидин CH4N4O2. Мол. масса 104 — бесцветные длинные эластичные иглы или пластины (из воды), что обусловлено наличием двух таутомерных форм (а—стабильная, H2N\_____ р—лабильная), имеющих одинаковую Гпл
к,/== 232 —250°С (с разл.) и различающихся по рас-
2N творимости в воде Плотность 1,77 г/см3, рас-
творяется в воде, концентрированных кислотах, пиридине, ацетоне и спирте, практически не растворим в бензоле, хлороформе, абс эфире, толуоле, сероуглероде и четыреххлористом углероде Н обладает слабыми основными свойствами. С концентрированными кислотами дает соли В горячей воде частично гидролизуется Щелочи также вызывают гидролиз Н В кислой среде Н. более стабилен Скорость детонации 8100 м/с (при плотности 1,7 г/см3) Энтальпия образования - 21,9 ккал/моль В промышленности Н. получают «дегидратацией» нитрата гуанидина конц серной кислотой или нитрованием сульфата гуанидина В качестве самостоятельного о Н не применяется Во время Второй мировой войны использо-Вался как компонент нитроглицеринового или нитродигликолевого ПоР°ха вместо динитротолуола Представляет интерес как
304
Нитрозирование
заменитель нитроглицерина в беспламенных порохах, в порохах пользуемых при повышенной температуре, а также в твердых п ’ ИС~ ных топливах. Применяется также в смесевых ВВ, в частности взрывных заклепках. ’ Во
Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч 2 - М , 1961 -Яит Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-е изл по 2 с и доп - Л Химия, 1973 - 688 с ’ рсраб
Л В Веселова
Нитрозирование — реакция замещения атомов водорода или лабильных группировок в органических соединениях нитрозогруп пой —NO с образованием С( А ) —NO (С —Н ), —О —NO (О —Ц ) или —N—NO (N—Н) группировок Реакция Н была открыта П.Гриссом в 1857 году на примере N-Н ароматических аминов Образующиеся первичные N-нитрозамины в кислой среде быстро перегруппировываются в соединения диазония:
NH-NOS
Первичные алифатические амины питрозируются аналогично, но из-за неустойчивости алкилдиазониевых производных последние быстро разлагаются с образованием соответствующих спиртов и молекулярного азота:
R - СН2 - NH2 + HNO2 -» RCH2 — NH — NO ->
-»R-CH2 -OH+H2O
При наличии электроотрицательных заместителей у метиленовой группы стабилизация образующегося N-нитрозопроизводного может осуществляться за счет отщепления воды с образованием соответствующего диазосоединения
C2H5OCOCH2NH2 • НС1 + NaNO2 -»
-» С2Н5ОСОСН — N = N + Н2О
Вторичные амины легко нитрозируются с образованием устойчивых N-нитрозопроизводпых:
RR’ NH + HNO2 -> RR’ N — NO + Н2О
Реакционная способность третичных аминов в реакциях N— Н сильно зависит от природы заместителей Типичными примерами N—Н. третичных аминов является взаимодействие уротропина азотистой кислотой'
Нитрозирование
305
ON^n/\nxNO
+hno2^ N б
Y
NO
I \ I
ON- N / N- NO I—N—I
a - pH < 2, 6 - pH > 3
С—H широко применяется в химии алифатических и ароматических соединений для синтеза оксимов, оксидов нитрилов, фурокса-нов нитроловых кислот, так как образующиеся первичные С-нитро-соединения чрезвычайно реакционноспособны:
r-ch2-c-ch3 + hno2—►r-ch2-c-ch2-no -*
r-ch2-c-ch2=noh о
no2 no2
r-ch2-no2 + hno2-*r-ch< 2—>r-ch< 2
NO NOH
OH
OH
OH
NO NOH
Алифатические спирты легко нитрозируются с образованием соответствующих О-нитрозосоединений •
R-ch2 -oh + hno2 -»R-CHONO+H2O
В качестве нитрозирующих реагентов используются азотистая кислота, образующаяся при подкислении нитритов металлов органическими или минеральными кислотами, оксиды азота N2O3, N2O4, нитро-зилсерная кислота, нитрозилхлорид, алкилнитриты, соли нитрозония еакция широко используется в промышленности для производства красителей, порообразователей, ВВ, компонентов порохов и ТРТ Мир^ц^з”7130' и нитрозогрупп / Пер с англ — Т 1 // Под ред Г Фойера -М
Ю А Ганькин
306
N-Нитрозоамины
307
N-Нитрозоамины (нитрозамины)-соединения об формулы RR'NNO (R, R' = алкил, арил) Известны также N-нит амиды общей формулы RN(X)NO (X = CONH2, CO2Rh др ) д*30' вичные Н (R = Н) мало стабильны Алифатические вторИч Н —водорастворимые вязкие жидкости желтого цвета или низко6 плавкие твердые вещества, устойчивые при обычной температуп течение нескольких недель, многие очищаются перегони “ (Me2NNO, т кип 154°С; Et2NNO, т кип 175°С) Ароматические н” нерастворимы в воде и разлагаются при перегонке при атмосферном давлении (М-метил-Х-нитрозоанилин, т пл 13°С, т кип 128°С при 19 мм рт ст ). Общий метод синтеза Н. — нитрозирование вторичных аминов или амидов с помощью NaNO2 (в слабокислой среде), оксидов азота (N2O3, N2O4), нитрозилгалогенидов, солей нитрозония ( NOBF4, NOHSO4), алкилнитритов, N-нитрозо-З-нитрокарбазола Диэтиламин нитрозируется NaNO2 в присутствии формальдегида или хлораля Некоторые третичные амины при нитрозировании также превращаются в Н Обработка N-хлораминов нитритом натрия также дает Н Н образуются при расщеплении диалкилформамидов нитрозилфторидом, при восстановлении нитраминов алюминием в щелочной среде либо трибутилоловом, а также при реакции диалкил-карбамоилхлоридов с нитритом серебра Н можно получить обработкой несимметричных диалкилгидразинов тетранитрометаном с последующим фотолизом промежуточного динитропроизводного При восстановлении Н дают алкилгидразины (восстановители—L1AIH4, H2/Pd, H2/Pt), либо алкиламины (восстановитель —Н2 над никелем Ренея). При окислении (напр , CF3CO3H), либо электрофильном замещении Н превращают в нитрамины При действии НС1 Н хлорируются, а при действии ангидридов органических кислот ацилируются с разрывом N-N связи, вступают во взаимодействие с сильными электрофильными реагентами (соли триалкилоксония, диметилсульфат), образуя соли 2-алкокси-1,1-диалкилазония, образуют комплексы с переносом заряда с солями металлов (CuCl2, ZnC12, CdCl2, PdCl2) и кислотами Льюиса (BF3, А1С13, PCI5) состава 1 1 и 1:2, интенсивно поглощающие в области 230 — 240 и 330 — 370 нм Применяют Н в синтезе лекарственных веществ, нитраминов, красителей, в качестве реагентов в аналитической химии, ингибиторов полимеризации для мономеров, как вспенивающие компоненты при производстве пенополимерных материалов Н высокотоксичны, бы стро поражают печень, проявляют сильные канцерогенные и мутаген ные свойства
___________Нитрозосоединения R NO
органическая химия / Под ред Д Бартона и У Д Оллиса Т 3 Азотсодержа- Обшая епия / Пер с англ, под ред Н К.Кочеткова и Л В Бакинского — М. Хи-щие c°7gg2 _ 736 с., Костюковский Я Л , Меламед Д Б //Успехи химии 1988 М1,Я Ныл 4 - С 625 655, Химия нитро- и нитрозогрупп / Пер с англ Т 1 — М т5' ?'100-119 - Т 2 М 1973.-С 156-210; Houben-Weyl Methoden der
hen Chemie В Е16а /2 Stuttgart-New-York 1990 - S 1137-1147, Magee
Barnes J M // Advan Cancer Res -1967 —V 10 - P 164
pN ’ MA Ищенко
цктрОЗОСОСДИНСНИЯ R-NO —органические соединения, co-жащие одну или несколько групп NO, связанных с атомами угле-а Н склонны образовывать димеры Алифатические Н , содержащие атом водорода при а-углеродном атоме, изомеризуются с образованием соответствующих оксимов Мономерные Н —синие или зеленые жидкости или газы, димеры — бесцветные твердые вещества Н получают окислением аминов или N-замещеппых гидроксиламинов С-нитрозированием, присоединением нитрозилхлорида к алкенам, галогенированием оксимов, реже восстановлением нитросоединений, фотохимическим нитрозированием алканов в газовой фазе оксидами азота Н легко окисляются различными окислителями до нитросоединений, являются мягкими восстановителями (превращают нитрозоарены в гидроксиламины, которые затем конденсируются с исходным Н , образуя азоксипроизводные), с ненасыщенными системами образуют аддукты, строение которых зависит от структуры Н Ароматические Н в присутствии оснований реагируют с соединениями с активной метиленовой группой, могут являться ловушками радикалов Применяются в качестве промежуточных продуктов в органическом синтезе, синтезе красителей, антиоксидантов для полимерных материалов, модификаторов протекторных и обкладочных резин, ускорителей вулканизации резиновых смесей и др. Некоторые гетероциклические Н являются промежуточными продуктами в химико-фармацевтических производствах Н токсичны, многие —канцерогены
•Беляев Е Ю , Гидаспов Б В Ароматические нитрозосоединения — С Пб еза - 1996 - 208 с , Общая органическая химия / Под ред Д Бартона и У Д Олли-
С2 _' 3 Азотсодержащие соединения / — Пер с англ Под ред Н К Кочеткова и В Бакинского - М Химия -1982 - 736 с
С Ф Мельникова
ИТР°ЛИЗ —процесс нитрования третичных аминов, сопровождавшийся разрывом N—С-связи и образованием вторичных нитрами-”°° ^азРЬ1в связи может протекать непосредственно под действием нотРУюШеГО агента или в результате кислотного гидролиза, возмож-> приводящего к полной фрагментации исходного амина с последу-нитрованием фрагментов и синтезом конечных нитраминов,
Нитрометан
Нитрометан
308
либо ему может предшествовать предварительное частичное оки ние алкильного радикала Наиболее часто термин Н употребля применительно к нитрованию циклический третичных аминов на Я уротропина, в среде уксусной или азотной кислоты при синтезе гек согена и октогена В результате Н. наряду с целевым нитрамином как правило, образуются малостойкие побочные продукты (нитроз' фиры), в результате чего необходимо предусматривать стадию стаби лизации реакционных смесей или отработанных кислот.
Химия нитро- и нитрозогрупп / Пер с англ — М Мир, 1972 — Т 1
В Л Збарский
Нитрометан CH3NO2, мол м 61 042 —первый представитель гомологического ряда алифатических нитросоединений Н —бесцветная подвижная жидкость с запахом горького миндаля Гпл — 28,55’С, Гкип 100,8°С, н£° 1,3817, J420 1,1371 г/см3, вязкость, сП- 0,8533 (0°С); 0,646 (20°С); 0,533 (40°С); ДНПЛ 0 9,7 кДж/моль; ДНИСП 0 38,38 кДж/моль; ДНобр ° - 113,1 кДж/моль; ДНсгор ° - 708,4 кДж/моль, удельная теплоемкость 0,94 кДж/кг град, удельная электропроводность при 0°С 4,4 10~8 Ом-1 • см-1, критическая температура 315°С, 42 —43°С, Твсп
440°С; рКа 10,2. Растворимость Н. в воде 9,5 мл в 100 мл (20°С), растворимость воды в Н 2,2 мл в 100 мл, образует азеотропную смесь с водой (76,4% по массе Н , Ткт 83,6°С). Н. растворим в спиртах, простых и сложных эфирах, ацетоне, ацетонитриле, ДМФА, ДМСО, ароматических углеводородах, галогенуглеводородах, нерастворим в алифатических углеводородах В растворах в четыреххлористом углероде и в циклогексане, а также в кристаллическом состоянии Н находится преимущественно в форме димера Межъядерные расстояния- C-N 1,488 A, N— О 1,230 А, С-Н 1,089 А; угол ONO 125,3°, NCH 107,4°; величина зарядов на атомах (в единицах заряда электрона)- С- -0,018, N— +0,499, О- -0,320. Н -ВВ, теплота взрыва 1200 ккал/кг, расширение в бомбе Трауцля 470 мл, мало чувствителен к удару по российской методике (OCT В84-897-74, Р = Ю кг, Н = 25 см) 0 — 8%, невосприимчив к капсюлю-детонатору различных марок, однако взрывается при воздействии ударной волны с давлени ем около 1400 кг/см2 (2000 Р S I ); давление волны 850 кг/см (1200 Р S I ) безопасно Опасность представляют смеси Н с компо центами, способствующими образованию солей Н (амины, оксиды металлов), склонных к взрывному разложению Н. токсичен, пред ставляет умеренную опасность как при разовом, так и Р
309
лческом воздействии ПДК (максимально-разовая, среднесмен-Х1>0^ 30 мг/м3 Химические свойства Н определяются его принад-паЯ оСТью к классу алифатических мононитросоединений Н легко Ле енируется, восстанавливается, нитрозируется, концентрирован-га^ми растворами сильных минеральных кислот и щелочей гидроли-НЬ1 ся Благодаря наличию трех подвижных а-атомов водорода Н. ^тупает в реакции Манниха, Михаэля, Анри Специфической реак-В ей характерной только для Н является образование метазоновой кислоты (оксима нитроацетальдегида) при взаимодействии со щелочами Нагревание метазоновой кислоты в конц растворах щелочей дает ди-соль нитроуксусной кислоты или соль эфира питроуксусной кислоты при дополнительной обработке спиртом-
ch3no2+ КОН—* сн2 = no2k + сн2 = no2h —*
NO2CH2CH2N\ —NO2CH2CH = NOH + КОН ОК 'н2°
-* KO2N= СНСООК
Соли Н (метаннитронаты) нестабильны, некоторые, особенно с тяжелыми металлами, легко теряют воду и образуют соли «гремучей кислоты» (формонитрилоксида)-
СН2 = NO2K + HgCl2 ->(СН2 = NO2)2Hg ->QHg(ONC)2
Промышленные методы получения Н основаны, главным образом, на парофазном нитровании пропана азотной кислотой при 400—450°С Получаемый Н., а также нитроэтан и два изомерных нитропропана разделяют ректификацией. Фирмой «Гранд Паруаз» (Франция) в 1976 г освоено крупное промышленное производство нитроалканов нитрованием пропана диоксидом азота в присутствии воздуха при температуре 150 —350°С и давлении 10 — 20 атм В России разработан технологический процесс промышленного получения Н путем метилирования нитрита натрия (Г А Гареев и др ) по схеме-
(CH3)2SO4 + NaNO2 ->CH3NO2 + CH3OsO3Na, использовавшейся ранее лишь в качестве лабораторного метода Н является хорошим растворителем нитроцеллюлозы, ацетата целлю-03ы, бакелита, полимеров акрилонитрила и др Н рекомендован в д„ЛСТВе Унитарного жидкого ракетного топлива, жидкого ВВ, как чИСдЛКа (°к $%) к дизельному топливу для повышения цетанового СЛа Н используется для производства антимикробного препарата
310_________________________Нитромочевина_______________
«ваптол» (2-бром-2-нитропропандиол-1,3), психотропного сре «фенибут» у-амино-р-фенилмасляная кислота) и др Ва
Я Гареев Г А , Свирская Л. Г. Химия нитрометана — Новосибирск Наука 1995
° в Аникин Нитромочевина CH3N3O3, мол масса 105-белое кристаллическое вещество, Тпл 159°С (с разл.), плотность 1,68 г/см3 Слабо растворима в холодной воде, хлороформе, бензоле, лучше — в эфире и горячей воде, хорошо растворима в ацетоне, уксусной кислоте, спирте В воде постепенно разлагается на нитрамин и синильную кислоту Стабилизация Н при хранении достигается нелетучими кислыми добавками (сульфамиповая кислота, щавелевая кислота, NH4HSO4 NaHSO4); роль добавок —в поглощении аммиака и других продуктов распада Н и предотвращении образования малостойкой аммонийной соли Н. Соли Н. обладают повышенной чувствительностью к механическим воздействиям. Скорость детонации 4700 м/с (при плотности 1,00 г/см3), энтальпия образования - 55,9 ккал/моль Получают Н дегидратацией нитрата мочевины конц серной кислотой, смесью уксусного ангидрида с уксусной кислотой или нитрованием мочевины в уксусной кислоте смесью азотной кислоты с уксусным ангидридом Н является более мощным ВВ по сравнению с нитрогуанидином, предложена как компонент взрывчатых смесей
Хмельницкии Л И Справочник по взрывчатым веществам 4 2 — М ,1961 —842 с
Е В Веселова
Нитронафталины —производные нафталина, содержащие от 1 до 6 нитрогрупп. Н. могут одновременно содержать и другие заместители: амино-, окси-, алкильные или др. группы Получаемые при нитровании нафталина а- (1) и Р- (2) Н не являются ВВ и в боеприпасах не используются; динитронафталины, тринитронафталины и тетраиитронафтаины находят ограниченное применение в качестве компонентов взрывчатых смесей Замещенные Н , включая тетранитрометил-, тетранитрохлор- и тетранитроаминонафталины не па шли применения в качестве ВВ.
Жилин В. Ф , Збарскии В Л , Орлова Е Ю Химия и технология азотсодержащих производных нафталина — М.: РХТУ им Д И Менделеева, 1984 —28 с
Нитрония СО ЛИ— соединения общей формулы NO 2Х , гдеХ-С1О4, BF4 , SbFg , PFg , CF3SO3 и ряд др анионов НС - бесцветные кристаллические гигроскопичные соединения ионного строения Некоторые из них малоустойчивы при нормальных услови
311
________Нитропроизводные гетероциклов
пхлоРат> сульфат и гексафториодат нитрония) Имеется упомипа-П о самопроизвольном разложении со взрывом перхлората нитро-Н я Наиболее устойчивы тетрафторборат и гексафторфосфат нитрония которые разлагаются выше 180°С. НС ограниченно растворимы в сульфолане (7% для NO2BF4 ), нитрометане (25% для NO2PF6) Названные растворители наряду с ацетонитрилом применяются в качестве среды для нитрования. НС используются как мощные нитрующие реагенты (в органических растворителях), в частности, при нитровании соединений, мало устойчивых в кислых средах Нитрование сильно дезактивированных соединений проводят НС в среде метансульфокислоты или трифторметансульфокислоты Нитрование толуола в среде последней при минус 60 —минус 110“С приводит к продукту, содержащему только 0,2 — 0,5% м-нитротолуола Получают НС при взаимодействии эквимольных количеств безводных HNO3 иНС1О4 или HF с избытком соответствующих фторидов, при взаимодействии N2O5 и HF в нитрометане с кислотами Льюиса (фторидами) или при взаимодействии последних с NO2C1
Olah G A., Malhorta R , Narang S C Nitration Methods and Mechanisms N Y, Weinheim, Cambridge VCH Publishers, Inc , 1989 —330 p
В Л Збарскии
Нитропроизводные гетероциклов (насыщенных и ароматических) — гетероциклические соединения, содержащие нитро- и нитраминпые группировки при атомах цикла В качестве энергетических веществ расматриваются нитропроизводные азотсодержащих гетероциклов, которые могут иметь в составе цикла и другие гетероатомы (например, кислород)
Нитропроиэводные насыщенных гетероциклов В качестве энергетических веществ рассматриваются циклические нитрамины, которые могут содержать в цикле и другие энергетические группировки, «пр , динитрометиленовый фрагмент. Из большого числа известных Циклических нитраминов только два нашли применение в качестве штатных ВВ и производятся в промышленных масштабах Это ДЗ-тринитрогексагидро-! ,3,5-триазин (гексоген, RDX) и п' .5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктан (октоген, НМХ) В ных еДНИе ГОды были получены и исследованы еще два перспективно в качестве ВВ циклических нитрамина: полинитрамин каркасно-1 3 ?Па гексанитРогексаазаиз°вюрцитан (HNIW, CL-20) и но-п тРииитРоазетидин (TNAZ). HNIW нарабатывается в опыт-Рая Р?МЬ1Шлен11Ь1Х масштабах (Thiokol Corp ) в видее-формы, кото-
0 ладает уникальной для ВВ, состоящих из атомов С, Н, N, О,
Нитропроизводные гетероциклов
Нитросоединения
313
плотностью монокристалла рмк =2,044 г/см , в массе образцы им ют плотность 2,036 г/см3; энтальпия образования AH^° = +gg^ ккал/моль (220 ккал/кг), 240°С (до плавления)
гмакс разл 253°С Товарные образцы HNIW обладают чувствительностью к внешним воздействиям не выше, чем у октогена HNIW бол эффективен, чем октоген в качестве ВВ и окислителя ТРТ Недостат ком HNIW является его высокая стоимость (600 дол США/фуНт 1996 г ), проектируемая стоимость ~ 200 дол /фунт. ’
TNAZ является плавким ВВ (Тпл 10ГС), его плотность Рмк =1,84 г/см3, энтальпия образования &Hf° = +8,7 ккал/моль
Судя по опубликованным данным, TNAZ по эффективности может быть на уровне или даже превосходить гексоген. Сообщается, что TNAZ в 2 раза менее чувствителен, чем октоген, его недостатками являются пока высокая стоимость (1800 дол США/фунт, 1996 г ) и несколько повышенная летучесть.
Нитропроизводные ароматических гетероциклов В ряду ароматических гетероциклов в качестве энергетических веществ обычно
рассматриваются нитропроизводные азолов и азинов, которые могут содержать и другие энергоемкие группировки [N3, N = N(O), NO, NF2 и др.]. Преимуществом ароматических N-гетероциклов по сравнению с ВВ-ароматическими карбоциклами является сочетание большей эндотермичности таких N-циклов с их, как правило, достаточной стабильностью. Для синтеза нитроазинов и нитроазолов используют
ся следующие основные подходы
— непосредственное электрофильное нитрование гетероциклов, этот способ в случае л-дефицитных гетероциклов (азины, триазолы, тетразолы) дает удовлетворительные результаты, если в цикле имеются активирующие группировки (NH2, ОН, их производные и др ),
— окисление азотсодержащих группировок (NH2, NHOH, NO и др),
— диазотирование аминогрупп с последующим замещением диа-зониевой группировки неорганическими нитритами,
— циклизация фрагментов, содержащих нитрогруппы,
— получение гетероциклических нитраминов нитрованием соот-
ветствующих гетариламинов или их производных
Синтезировано большое количество нитроазолов и нитроазинов, которые могут рассматриваться как энергетические вещества Это ни тропроизводные фуразанов или фуроксанов или, напр., такие ве ства, как 5-нитротетразол, 3,5-динитро-1,2,^-триазол, 2,4,5- TP”H”K. роимидазол, тетранитробипиразолы, 2,4,6-тринитропиридин-сид, а также целый ряд других моно-, би- и полициклических 1 в
конденсированных) азотсодержащих нитрогетероциклов с хо-ЧЯщим кислородным балансом. Однако по разным причинам лишь Р°многие из них рассматриваются как реальные перспективные энер-Н тические вещества, которые по совокупности свойств и доступности гоГут составить конкуренцию штатным ВВ В настоящее время за рубежом лишь два таких соединения предлагаются в качестве реальных массовых ВВ' 3-амино-5-нитро-1,2,4-триазол (АНТА) и 3-ни-тпо-1,2,4-триазолон-5 (NTO). Известно несколько способов получения АНТА, в том числе селективное окисление 3,5-диамино-! ,2,4-триазола и селективное восстановление 3,5-динит-ро-1,2,4-триазола. По зарубежным источникам, АНТА обладает следующими характеристиками: рмк =1,82 г/см3, Тпл 244°С, bHf° =
+21,0 ккал/моль (163 ккал/кг), расчетная скорость детонации 8,46 км/с АНТА рассматривается в качестве перспективного малочувствительного стабильного ВВ, которое по чувствительности к внешним воздействиям близко к триаминотринитробензолу, но превосходит его по эффективности
NTO впервые получен еще в 1905 г. нитрованием 1,2,4-триазоло-на-5. В настоящее время за рубежом NTO выпускают в промышленных масштабах (во Франции — несколько сот тонн в год, компания SNPE) NTO рассматривается в качестве весьма доступного и эффективного малочувствительного ВВ средней мощности, его характеристики (по зарубежным данным)- рмк =1,93 г/см3, Тпл 260°С (с разл ), Д#у°=-30,9 ккал/моль (-237,7 ккал/кг), расчетная скорость детонации 8,56 км/сек, чувствительность к удару = 92 см (у тротила h50 = 80 см) Считается, что по эффективности NTO приближается к гексогену, а по чувствительности близок к ТАТБ, но значительно лучше перерабатывается.
Nitroazoles. The C-Nitrodenvatives ot Five Membered N- and Heterocycles — VCH Publishers, 1986, Русанов В Л , Чупахин О Н Нитроазины Новосибирск Наука, 1991, Певзнер МС //Рос хим журн-1997 -Т 41 -~ '3> Островский В.А , Колдобский Г И // Рос хим журн —1997 — Т 41 М - ,84, Bottaro J.C // Chemistry and Industry — 1996 - P 249, Energetic
Comb"3? / Proceedmgs 27 Int Annual Conf of ICT - Karlsruhe, FRG -1996, FRg - 199баП^ P)etonation / Proceedings of 28 Int Annual Conf ot ICT — Karlsruhe,
C.A Шевелев
Нитросоединения — соединения, содержащие в молекуле ские Г£УППУ П<> строению делятся на ароматические и алифатиче-N-J, 1о атомУ. с которым связана NO2-rpynna, делятся на С-, О- и
ИтР°соединения, по числу нитрогрупп — на моно- и
Нитросоединения алициклические
315
314 Нитросоединения алифатические
полинитросоединения Ароматические моно-Н. (нитробензол тротолуолы) находят широкое применение в производстве красит* лей и полимерных материалов Полинитроароматические соединени6 (тринитротолуол, тринитробензол, 1 >3,5-тринитро-2,4,в-три^ минобензол) широко используются в качестве ВВ Алифатические моно-Н (нитрометан, 2-нитропропан) применяются в производстве лекарственных веществ и ВВ Алифатические полинитросоединения (тринитрометан, тетранитрометан) применяются в производстве мощных ВВ Наибольшее распространение получили производные тринитроэтанола и продукты реакции Манниха с участием нитроформа Алифатические О-нитросоединения (нитроэфиры) (нитроглицерин, динитрат диэтиленгликоля, нитраты целлюлозы) являются основой производства порохов Пентаэритриттетранитрат широко применяется в производстве детонирующих шнуров и средств инициирования. Динитрат сорбита, нитроглицерин, тетранитрат пентаэритрита широко применяются в медицине в качестве сосудорасширяющих средств Алифатические N-нитросоединения (N-нитрамины) используются в качестве компонентов ТРТ и ВВ (октоген, гексоген и др.)
Орлова Е К) Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия, 1973
Ю А Ганькин
Нитросоединения алифатические-алифатические углеводороды и их функциональные производные, содержащие одну или несколько (полинитросоединения алифатические) нитрогрупп К ним относятся' нитрометан, нитроэтан, динитрометан, тринитрометан, тетранитрометан, тринитроэтанол, галогеннитроалканы, непредельные нитросоединения, нитрокарбоновые кислоты и их производные и др Методы синтеза и свойства НА определяются их строением НА образуют соли под действием оснований, восстанавливаются до гидроксиламинов или аминов, галогенируются с образованием а-галогеннитропроизводных, вступают в реакции Анри, Манниха, Михаэля, а также в реакции, характерные для имеющихся других функциональных групп Вместе с тем, нитрогруппа и функциональные группы, особенно находящиеся в геминальном или вици нальном положениях, оказывают сильное взаимное влияние, что при водит, в ряде случаев, к кардинальному изменению как химических, так и физико-химических свойств Так, сложные эфиры р-нитрос пиртов при обработке соединениями основного характера превра ются в олефины, галоген в а-галогеннитросоединениях при обраоо щелочами замещается не на гидроксил, а на металл, а-нитрокис легко декарбоксилируются, тринитрометильные соедине
являют склонность к катионоидному переносу нитрогруппы и др НА находят применение как ВВ, компоненты взрывчатых составов, Н охов и твердых ракетных топлив. Простейшие НА — хорошие рас-П° оители Некоторые НА обладают биологической активностью и ходят применение как гербициды, фунгициды и промежуточные одукты в органическом синтезе
Новиков С С., Швехгеимер ГА , Севостьянова В В , Шляпочников В А Химия Афатических и алициклических нитросоединений -М Химия, 1972 -С 416
ГА Смирнов
Нитросоединения алициклические-алициклические соединения, содержащие одну или несколько нитрогрупп Получают НА нитрованием циклоалканов и циклоалкенов, окислением окси-мино- или аминоциклоалканов, селективным восстановлением а-га-логеннитроциклоалканов, а также гидрированием нитроциклоалкенов Свойства некоторых НА приведены в таблице.
Соединение Ткип (torr), 'С .,20 «D d42°
Нитроциклопропан 66 (58) 1,4395 1,1358
Нитроциклобутан 77 (40) 1,4432 (25“С) 1,096
Нитроциклопентан 90 (40) 1,4540 1,086 (25°С)
Нитроциклогексан 109 (40) 1,4620 1,061 (25'0
Нитроциклогептан 114 (20) 1,4723 1,063
Имеющие подвижный атом водорода у углерода, связанного с нитрогруппой, НА образуют соли с основаниями, которые вступают в характерные для нитросоединений реакции восстановления, галогенирования, нитрозирования, нитрования, гидролиза, реакции с карбонильными соединениями и др Нитроциклогексан используют как промежуточный продукт в производстве е-капролактама, 1-нитроадамантан—для получения 1-аминоадамантана (амантидина) —средства Для лечения гриппа НА каркасного строения, содержащие несколько нитрогрупп, в том числе полинитроадамантаны, кубаны, норбор-наны, призманы, пентацикло [5ЗОО^ 0^°,04’® ] деканы, пентацикло [54002-6 Л3Д° n5,9i
и >и ] ундеканы, в ряде случаев имеют высокие темпера-уры плавления и разложения (до 300°С), а некоторые из них является высокоплотными ВВ
алифатщ?3 ’ ШвехгеимеР ГА , Севостьянова В В , Шляпочников В А Химия Ар SvntbKHX И алиц,иклических нитросоединений -М.: Химия, 1974, Marchand tetrahedron 988^ ^}lemistry nt Novel Poly nitropoly cyclic cage molecules //
С Г Злотин
316
Нитротолуолы
Нитротолуолы (метилнитробензолы) сн3с6н No мол. масса 137, существуют в виде 4 изомеров орто-, мета- па 2’ а- Физические свойства Н представлены в таблице ’ Р и
меры Внешний вид Т'кпп , ’С Плотность, г/см3 (Г, “с)
орто- соломенно-желтая жидкость, кристаллы: a-форма —звездочки, p-форма —снежинки 222 а—9,5, Р-3,5 1,163 (20) 1,139 (50)
мета- светложелтая жидкость 232,5 16,0 1,157 (20) 1,129 (50)
пара- кристаллы орто-ромбичес-кой формы 238,0 51,5 1,299 (0) 1,123 (55)
а- желтая жидкость 225-227 1,154 (25)
-25,5
ккал/моль
Получают Н. прямым нитрованием толуола серно-азотными кислотными смесями (отработанная кислота - 70% H2SO4) Образуется смесь 60 — 65% орто-, 30 — 35% пара- и 4 —5% мета-изомеров Изомеры разделяют ректификацией. а-Н. получают нитрованием толуола уксусно-азотной кислотной смесью. Н применяют в качестве промежуточных продуктов при получении тротила и смесей динитротолу олов- при получении большого числа лекарственных средств и органических красителей Имеются патентные данные об использовании Н. в промышленных ВВ
Я Збарскии ВЛ, Жилин В Ф Толуол и его нитропроизводпые -М РХТУ им Д И Менделеева - 1993 - 266 с
В Л Збарский
Нитротриазолон (3-нитро-12 4-триазолон-5, NTO) C2H2N4O3, мол масса 114,065, представляет собой термостойкое, малочувствительное ВВ, плохо растворимое в большинстве органических растворителей, Гпл 264 —266°С, плотность 1,93 г/см , т скорость детонации 7400 м/с (1,69 г/см3), АНу =-79,29 кДж/моль. Н является двухоспов->=О ной кислотой (рКд! = 3,76, рКа2 = 11,25), может образовывать соли как с металлами (Li, Na, К, Pb, Hg, Ba, Ag и др.), так и органическими основаниями (этилендиамин, гуанидин, гидроксиламин и др ) Получают Н конденсацией семикарбазида с муравьиной кислотой с последующим нитрованием образующегося 1,2,4-триазолона-концентрированпой азотной кислотой Может быть использован как самостоятельное ВВ и как компонент энергетических композиции
N><H
Нитро-1,2,4-триазолы
вствительных и газогенерирующих составах Наибольший ин-мал°чУ насТОЯЩее время представляет возможность использования Тер£ качестве термостойкого ВВ вместо триаминотринитробензола.
В мс Производные 1,2,4-триазола высокоэнергетические соединения // “^Хкий Химический Журнал — Т 41 — Вып 1 — С 73 —83
Г Ф Рудаков
UHTDO-1 в.4-триазолы —соединения ряда 1,2,4-триазола, еожащие нитрогруппу, расположенную непосредственно у атома углерода цикла (С-нитротриазолы — I) или у атома азота (N-нитрот-риазолы—П)‘
I no2
I Rl = Н, алкил R2 = Н, алкил, арил, Cl, Br, NO2, гетарил
II Rl = Н, Cl, Br, NO2 R2 = Н, Me, NH2
I синтезированы а) из соответствующих С-аминотриазолов диазотированием их с последующим замещением диазониевой группы на нитрогруппу при действии нитритов щелочных металлов; б) при окислении С-аминотриазолов до нитропроизводных надкислотами или перекисью водорода в присутствии вольфрамата натрия II получены при нитровании триазолов или их N-триметилсилилпроизвод-ных солями нитрония или ацетилнитратом. Соединения (II) нестаби
льны и легко распадаются на исходные продукты или перегруппировываются в С-производные (I) Незамещённые по гетероатому (I) являются NH-кислотами и способны давать соли с неорганическими и
органическими основаниями Они легко алкилируются по гетероато-МУ цикла с образованием N-алкилпроизводных, присоединяются к активированным кратным связям с преимущественным образованием R-3-нитро-изомеров В сильно кислых средах протонируются Ни-тР°гРуппа в (I) способна к нуклеофильному замещению, особенно ПРИ наличии в цикле акцепторного заместителя Практический интерес в качестве ВВ представляют алкилпроизводные Н 1-Ме-r/c'V ДинитР°'1>2,4-тРиазол, тпл 98 —98,5°С, плотность 1,68 см , термически устойчив, малочувствителен к механическим воз-ствиям. По основным физико-химическим характеристикам
Нитрофенолы
Нитрофуразаны
319
аналогичен тротилу, но превосходит его по мощности 1-(2-Н зил)-3,5-динитро-1,2,4-триазол, т.пл. 147°С, т всп 274°С, пло ИТр°' 1,76 г/см3 По свойствам аналогичен тетрилу, но более химичеСТЬ устойчив. 3-Нитро-1,2,4-триазол и 3-нитро-5-амино-1,2,4-триазолСКИ пользуются как синтоны в синтезе малочувствительных ВВ Ис' Певзнер М С Производные 1,2,4-триазола —высокоэнергетические соединеш. Российский хим. ж 1997.-Т 41. №2.-Вып 1 -С.73-83, Chen В , Ои у/7 еа Synthesis of nitroderivatives of triazoles // Heterocycles — 1994 - Vol C, J
P 1651-1664 Л°7-
M c Певзнер Нитрофенолы —производные фенола, содержащие одну или более нитрогрупп Возможно наличие и других заместителей Прямым нитрованием фенола получают о- и п-Н в виде смеси изомеров, при дальнейшем нитровании которой получают 2,4- и 2,6-динитрофено лы Остальные четыре изомера динитрофенолов и м-Н синтезируют косвенными методами При получении тринитрофенолов нитрованию предшествует сульфирование исходных фенолов для защиты от окисления Н образуются также при гидролизе некоторых ароматических соединений, содержащих галоген, нитро- или алкоксигруппы Гидроксильная группа в Н. способна образовывать простые и сложные эфиры, а также замещаться на галоген, нпр , при действии гало-генангидридов минеральных кислот, что используется при получении тринитрохлорбензола Активированные нитрогруппы в тетра- и пента-Н легко замещаются при действии различных нуклеофильных агентов, что позволяет получать тринитрофенолы, содержащие заместители в м-положении Полинитрофенолы легко образуют устойчивые соли с основаниями, отличающиеся повышенной чувствительностью к удару и трению Так, тринитрофенол взаимодействует с металлами, их оксидами и солями, образуя соответствующие пикраты, образует пикрат аммония при действии аммиака; тринитрорезорцин применяется для получения тринитрорезорцината свинца, широко используемого в качестве инициирующего ВВ
Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам 4 2 — М , 1961 -842 с , Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2 е изд , перераи и доп —Л Химия, 1973 - 688 с
Е В Веселова
Нитрофуразаны (З-нитро-1,2,5-оксадиазолы) — нитропроизводные пятичленного ароматического гетероцикла о -щей формулы I, где R — полиазотистый радикал (например, ^з> NR'NO2) или обогащенный кислород- и азотсодержащими замести телями органический остаток (например, NHPic, CH2ONO2)’
о2Ц/к
Фуразан, в отличие от других кислородных гетероциклов, имеет в кольце «активный кислород» Большинство Н нерастворимы в воде и негигроскопичны. В то же время они хорошо ч „ растворяются в органических растворителях Природа заместителя R в Н сильно сказывается уре плавления этих веществ (от - 30 до 350°С) При этом i высокая термическая стабильность Температура начала г, как правило, выше 180°С Н —вещества с высокой >, значения которой лежат в интервале 1,8 —2,0 г/см3
О
I, (c2N3q)— яа температуре Н присуща разложения, плотностью, Нпр , соединение II является рекордсменом среди жидких веществ (состоящих из атомов С, N и О) по плотности - 1,8 г/см3 v Среди обширного ассорти-
мента Н. большинство имеет значительное содержание азота (от 32 до 67%), а также кислорода, причем некоторые являются эффективными окислителями. В ряду Н встречается много безводородных сое-
N\ /N
О
O2N
О динений, необходимых для co-
ll, C6N12O9 здания специальных видов
энегроемких композиций. Фу-разановый цикл вносит значительный эндотермический вклад в энтальпию образования включающих его соединений Все Н имеют значительную положительную теплоту образования Высокая плотность и положительная теплота образования в сочетании с хорошим кислородным балансом и большим содержанием азота (обуславливающими улучшение состава продуктов детонации), характерные для Н , Приводят к веществам с повышенной мощностью (см табл ). В И К спектрах Н присутствуют характеристические полосы фуразанового чикла при 1620 — 1580 см-1 и полосы при 1580 — 1550, 1320 — 1350 см , обусловленные нитрогруппой. Для масс-спектров Н , помимо присутствия молекулярного иона [М+ ], типично наличие таких фрагментов, как [М+ -NO], [М+ -NO2] и [М+ -NO-NO2] Характеристичный узкий синглет (10 — 30 Гц) азота нитрогруппы в 14Ы-спект-ре При - 35— 37 м д удобен при идентификации Н Атом углерода, связанный с нитрогруппой, в 13С-спектре дает сильно уширенные полосы, химический сдвиг 5 наблюдается в области 152 — 162 м д По
Свойства некоторых нитрофуразанов
Соединение Брутто-формула Мол Кислородный баланс K6, % Содержание Тщ, (7-кип Плотность р, г/см3 Теплота образования ДЯр ккал/моль Скорость детонации D (р),
N\/N О C2N4O5 160,05 +10 35,01 - 15 (168) 1,62 (ж) 55 7,98 (1,62)
NO, N^O О—N NO2 C4N6O6 228,08 - 14 36,85 85 1,85 101 8,65 (1,8)
°2\^/oV-?°2 О О N\/N N\/N О О c4n6o7 244,08 -6,5 34,43 62 1,907 73 9,20 (1,9)
no2 o2n О—n о N ° c4n8o7 272,09 - 5,9 41,18 112 1,82 155 9,02 (1,78)
/ Соединение Брутто-формула Мол Кислородный баланс к6, % Содер жание Тпл 1 Плот- (Теплота об-\ Скорость \\ (7-кип ) . «ость р, 1 разования 1 детонации \ \ ‘С г/ см3 MIf, D(p), \\ 1 1 ккал/моль | км/с \ |
0 O,N N N N О c4N8o4 224,10 - 28,5 49,45 35 1,91 201 9,16 (1,84)
О ° z\\ / / z° „ Il Z = Z z V/° A ° ?—/z zVz C8N16°11 496,19 - 16,1 45,17 148 1,88 355 9,5 (1,8)
Нитрофуразаны ________Нитрофуразаны
322
Нитрофуроксаны
Нитроэтан
323
данным рентгеноструктурных исследований, нитрогруппа, как вило, практически копланарна с фуразановым циклом, что ппи*1^ этим соединениям повышенную плотность Основной способ син Н состоит в окислении аминофуразанов Эта реакция, как правило3 проходит в жестких условиях, так как аминогруппа, связанная с ' разановым циклом, сильно дезактивирована электроно-акцепторным действием этого гетероцикла Наиболее эффективно окисление сме сями на основе пероксида водорода и серной кислоты, дополнительно активированными персульфатами, вольфраматами и др. солями металлов В некоторых случаях пригодно применение менее активной трифторнадуксусной кислоты Из других методов синтеза Н наиболее интересен метод, основанный на обработке аминофуразанов избытком N2O5. Для направленного синтеза целевых Н используют также различные превращения соединений, уже включающих нитро-фуразанильный фрагмент Наибольшее применение в таких работах получила реакция нуклеофильного замещения
Шереметев А Б //Росс хим жури - 1997 №2 —С 43 —54
А Б Шереметев
Нитрофуроксаны- нитропроизводные 1,2,5-оксадиазол-М-ок-сидов (фур&ксанов), содержащие нитрогруппы в 3 и/или 4 положениях фуроксанового цикла Н —жидкие или твердые, устойчивые к кислотам и окислителям, но чувствительные к основаниям соединения Иногда выступают в качестве окислителей Н. хорошо растворяются в большинстве органических растворителей В зависимости от природы второго заместителя (арил, хлор, аминогруппа) Н способны к таутомерным превращениям или рециклизации, напр , в 1,2,3-триазол-И-оксиды Симметрично замещенные фуроксаны (напр , 3,4-динитрофуроксан) термически распадаются на две молекулы нитрилоксидов Основные методы синтеза Н окисление нитроглиоксимов (4-нитрофуроксан, 3,4-динитрофуроксан); циклизация нитрилоксидов, содержащих нитрогруппу (3,4-динитрофур°к' сан); дегидратация а-нитрооксимов и нитрозирование 2-замещенных 2-ОКСИМИНО-1,1-динитроэтанов [З-арил-4-нитрофуроксаны, 3-ни тро-4(3,4,5-тринитрофенил)фуроксан] Окислением 4-аминофуРоК санов получен ряд соответствующих 4-нитрофуроксанов, в том числе 4,4'-динитроазофуроксан Характерным химическим свойством является способность к замещению нитрогруппы в 3 или 4 положен на О-, N- или S-нуклеофилы Так, на основе ЗД-динитрофур0*02/ синтезированы 3-нитрофуроксаны с амино-, метокси- или азидогр}^ пой Среди Н известно большое число энергоемких веществ, в числе с приемлемым уровнем термической устойчивости
сТВительности к механическим воздействиям Для Н известны меры восстановления нитрогруппы до аминогруппы Н проявля-пр высокую биологическую активность как доноры оксида азота - 43°С, устойчив только при отрицательных температурах и
легко изомеризуется в соответствующий нитрилоксид 3,4-Динитро-фуроксан-подвижная жидкость, d^° 1,71 г/см3, хранится без разложения при - 15— 20°С При комнатной температуре распадается на две молекулы нитроформонитрилоксида 4,4'-Динитроазофурок-сан, Гпл 1°2°С (с разл ), р 1,94 г/см3, скорость детонации 9,7 км/с 4-Азидо-З-нитрофуроксан, Тпл 40 —43°С, р 1,83 г/см3, высокочув-
ствителен к трению и удару.
Махова Н Н , Годовикова Т И Амино- и нитрофуроксаны синтез и реакционная способность // Российский хим журнал -1997 -Т XLI.-B.1.-C 54; Godovikova ТI Rakittn О А , Golova S Р , Vozchtkova S А , Khmel’nitskii L I. // Mendeleev Commun -1993 -№5 -Р 209 ХГС -1994 -№4 - С 529
Т И Годовикова
Нитроэтан ch3ch2no2, мол м. 75,07 —бесцветная жидкость, Тпл -89,52°С, Гкип 114,07°/760 мм рт ст ; 20°/15,65 мм рт.ст.; Пр 1,39193; 1,05057 г/см3, вязкость 0,661 сП (25°С); поверхност-
ное натяжение 31,31 дин/см (25°С) Растворимость Н. в воде 4,5 мл в 100 мл (20°С), образует азеотропную смесь с водой. Теплота парообразования 9,94 ккал/моль (25°С), критическая температура 388,6”С, диэлектрическая проницаемость 28,06 (30°С), дипольный момент 3,19 Д, т воспл 41°С;рКа8,46 Н обладает типичными свойствами, присущими алифатическим мононитросоединеням- вступает в реакции Манниха, Михаэля, Нэфа, при действии конц. растворов Щелочей в отличие от нитрометана образует триметилоксазол:
NaOH
W10?—СН„СНО — СН„СНСНСН„—CH„CH=CNCL СНт* ° и | | О о 4 0
ohno2
СНо сн3
~*сН3СНСНСНСНч-> снчсснссн,-> —(
I I 3 Зц и 3 // А
NO2 no NOH NOH H3C—\/N+NH7OH
о
пРоВ ПромЫшленнос™ Н получают при парофазном нитровании Пана азотной кислотой при 400 —450°С и выделяют
324
Нитрующей активности фактор
Нитрующие смеси
325
ректификацией Н используют как растворитель, а также исхо продукт в синтезе уксусной кислоты Н токсичен ПДК 0,001V ЫИ
см Нитрометан
° в Аникин
Нитрующей активности фактор-параметр, предложен ный Холево для характеристики способности к нитрованию се но-азотных кислотных смесей Величина ФНА соответствует концен трации серной кислоты в отработанной кислоте при условии полного использования азотной кислоты в процессе нитрования:
140
ф = 5см ио-хсм’
где 5СМ и Хсм — концентрации серной и азотной кислот в исходной смеси Для кислотных смесей, содержащих дополнительно оксиды азота и растворенные органические соединения, формула имеет вид:
100 • (Асм - 2Д8д)
100 - 3,34« - 0,714ХСМ -Ь’
где" а —содержание оксидов азота в пересчете на N2O3, %, Ь—концентрация растворенного в кислоте нитросоединения, % Так как в ходе нитрования при отсутствии окислительных процессов ФНА не изменяется, он является удобной характеристикой Напр , при получении нитротолуола или нитробензола, независимо от отношения HNO3 к H2SO4 оптимальный ФНА равен 70 — 72%
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ Л Химия, 1973 -688 с
В Л Збарский
Нитрующие смеси —смеси реагентов, используемые при проведении процесса нитрования для получения С-, N- или О-нитросое-динений Превращение органических соединений (R—Н) в соответствующие нитропродукты (R —NO2) под действием азотной кислоты определяется, как правило, присутствием в реакционном растворе электрофильных частиц (H2NO3 , NO2), образующихся при ионизации или самоионизации азотной кислоты:
HNO3 + HNO3 <—>H2NO3 + NO3; (1)
H2NO3 > H2O + NO2 ; (2)
, + (3)
R — H + NO2 > R — NO2 + H .
Степень самоионизации азотной кислоты невелика и быстро умещается с увеличением концентрации воды в реакционном растворе НЬсвЯзи с этим азотная кислота способна нитровать только высокоре-° ионноспособные соединения. В случае молекул, дезактивирован-а^х электроотрицательными группировками, обеспечить высокую оНверсию нитруемого соединения возможно только с помощью НС с высоким содержанием катиона нитрония Для смещения равновесных реакций (1) и (2) в сторону образования катиона нитрония необходимо связывать воду Для этой цели в азотную кислоту добавляют пеагенты, образующие с водой прочные сольваты (напр , H2SC>4 • пН2О), или ангидриды кислот, связывающие воду химически Наибольшее применение получили ангидриды серной, уксусной, фосфорной, трифторуксусной и азотной кислот. Смешение реа
гентов проводят или в отдельном аппарате, используя затем полученную НС для нитрования, или непосредственно в нитраторе в процессе нитрования, дозируя в него отдельные реагенты При приготовлении НС выделяется большое количества тепла Нитрование нередко со-
провождается окислением исходных нитруемых и промежуточных соединений, которое, как правило, катализируется оксидами азота. Для предотвращения этого побочного процесса в НС в некоторых случаях необходимо вводить стабилизаторы, способные связывать оксиды азота Наибольшее распространение в качестве стабилизаторов получили мочевина (напр , при получении нитроэфиров) и нитрат аммония (напр , при получении N-нитроаминов).
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ — Л Химия, 1973
Ю А Ганькин
о
Области применения твердых топлив в народном хозяйстве. Порох — изумительное творение человеческой мысли и труда. Пороха и смесевые твердые ракетные топлива по концентрации энергии в единице объема многократно превышают другие реальные химические системы. Эта энергия может быть сконцентрирована как в зарядах с массой, равной долям грамма, так и в зарядах массой до сотен тонн. Энергия может сохраняться многие годы и расходоваться по заданной программе в доли секунды или многократно в течение длительного времени Твердотопливные системы постоянно готовы к применению в широких пределах климатических условий с высокой надежностью действия
Пороха и смесевые твердые ракетные топлива являются основой обороноспособности государства, надежной и могучей энергетической базой подавляющего большинства видов вооружений
Уникальные свойства порохов и СРТТ, имеющаяся фундаментальная, научная, инженерная и промышленная база, механизированное и автоматизированное производство позволяют с высокой эффективностью использовать их для решения актуальных народно-хозяйственных проблем, оказывая мощное влияие на экономику и научно-технический прогресс. К ним, в частности, относятся изучение космоса, вывод на околоземные орбиты искусственных спутников, разведка и поиск полезных ископаемых, прогноз землетрясений, борьба с градом, засухой и пожарами, предотвращение аварийных ситуаций, синтез сверхтвердых материалов, получение лекарственных препаратов и многое другое.
РДТТ широко применяются в космических пилотируемых и беспилотных комплексах Они используются в двигательных установках системы аварийного спасения космонавтов, в двигателях мягкой посадки, двигателях торможения, для спуска с орбиты, разделения ступеней, стабилизации космических аппаратов и др
На базе твердотопливного мобильного грунтового ракетного ком плекса «Тополь» с учетом успехов миниатюризации спутниковой ап паратуры реализуется проект «Старт» Современные малогабарит ные спутники запускаются на высоту лишь несколько сот километро и не требуют для вывода на орбиту больших и дорогостоящих р кет-носителей типа «Протон», «Ариан», «Дельта».
Области применения твердых топлив в народном хозяйстве_327
_________ '
Комплексы с носителями «Старт» и «Старт-1» не содержат эле-военного назначения, по обладают всеми преимуществами, за-Ме енными в концепцию их создания- транспортабельностью, возможностью запуска с неподготовленных в инженерном отношении стартовых площадок, относительной простотой эксплуатации, высокой надежностью, оперативностью, отсутствием сложного заправочного оборудования Использование в ракетах-носителях ТРТ на основе бесхлорного окислителя аммонийдинитрамида позволяет обеспечить их высокую экологичность и снизить воздействие на озоновый слой земли.
Работы по созданию комплексов типа «Старт» позволяют с максимальной экономической эффективностью использовать научно-технический потенциал оборонной промышленности.
Нашей стране принадлежит приоритет в создании мощных импульсных МГД-генераторов на твердом плазменном топливе и разра
ботке методов их использования в качестве источников электрической энергии для глубинных и структурных исследований земной коры на суше и морском шельфе, для поиска и разведки нефтегазовых месторождений, изучения геодинамических процессов естествен-
ного и техногенного происхождения, относительно долгосрочного прогноза землетрясений и решения других задач.
С помощью ТТ МГДУ осуществлено зондирование земной коры на дальность по радиусу от 40 до 760 км, на глубину больше 70 км.
Применение ТТ МГДУ «Памир-2» позволило выявить нефтегазоносные структуры в Прикаспии и в Восточной Сибири, расположенные под соленосными слоями на глубине более 5 км и не выявлявшиеся стандартными методами. С помощью ТТ МГДУ Х-8К проведено широкомасштабное электромагнитное глубинное зондирование коры и верхней мантии, геоэлектрическое объемное картирование Кольского полуострова и исследование Баренцева моря Уточнена геоэлектрическая модель региона, очерчены контуры месторождений полезных ископаемых.
Качественно новый уровень эффективности обеспечивает ТТ
ДУ «Союз», позволяющая проводить поиск полезных ископаемых до глубины 10 км.
Для борьбы с градом используются специальные градобойные вать™ И аРтиллеРийские системы С их помощью можно стимулиро-Дей ИСКУССТВСННЫС осадки Положительный опыт вызывания дож-СпЛСНега имеется в нашей стране и особенно в засушливых районах быть ' и ДР стран. Использование градобойных ракет может аффективно для борьбы с лесными пожарами Для этой цели в
328
Области применения твердых топлив в народном хозяйств
Области применения твердых топлив в народном хозяйстве
329
последние годы сконструированы стационарные и мобильные v новки на основе твердотопливных газогенераторов (ГГ) и стеклопд3' стиковых емкостей объемом до 7500 л, обеспечивающие интенсив ность подачи жидкости до 250 л/с
Пороховые ГГ нашли применение для оживления нефтяных и га зовых скважин до уровня потенциальных дебитов и дистанционног аварийного перекрытия магистральных газопроводов По сравнению с другими этот метод оживления скважин обладает следующими до стоинствами: простота технологии, низкая стоимость обработки, возможность применения в труднодоступных районах. Глубина обработки до 6 км, увеличение дебита в 1,5 —3,0 раза, продолжительность эффекта до 2,5 лет. Твердотопливные радиоуправляемые системы перекрытия магистральных трубопроводов не требуют регламентных работ и проверок в течение 10 лет и отличаются высокой кодо- и помехозащищенностью, программируемым расходом газа из ТТГГ, способностью к авторегуляции по давлению.
Пороховые ГГ могут использоваться также в распылителях жидких и твердых веществ, в системах экстренного запуска дизельных двигателей в условиях Севера и Сибири, для аварийного торможения железнодорожного транспорта, для защиты водителя автомобиля
при аварии и в других случаях
На базе твердых топлив, содержащих 50 — 70% ингибирующих горение компонентов, разработаны новые высокоэффективные универсальные быстродействующие средства пожаротушения (см Аэро-золъобразующие пожаротушащие составы, Генераторы огнетушащего аэрозоля).
Артиллерийские и ракетные баллиститные пороха, снимаемые с эксплуатации в связи с истекшим гарантийным сроком или в процессе конверсии, перерабатываются в промышленные ВВ (ПВВ) Стоимость таких ПВВ на 10—15% ниже стоимости ВВ на основе тротила Разработаны ПВВ в виде трубчатых зарядов. Ведется поиск экономически целесообразного использования всех номенклатур артиллерийских пироксилиновых и баллиститных трубчатых порохов без их предварительного измельчения
Перспективным видом гражданской продукции на базе балли ститных порохов являются фейерверочные композиции, имеющие близкий к порохам химический состав. В 1990-х годах «Союз» совместно с НИИПХ разработал новую элементную базу фейерверков. Преимущества фейерверочных составов на баллис ной основе перед пиротехническими заключаются в меньшей мае рующей способности (0,1 —0,3 против 0,6 —2,3 мг/г), более высок
ости горения (1,5 —4,5 против 1,0 —3,5 мм/с) и в непрерывной Ихнологии их изготовления
ТС Способ синтеза алмазов из сажи или графита путем детонации их гей с ВВ разрабатывается в институтах РАН с 1973 г. С восьмиде-Сятых годов работы в этом направлении ведутся в отраслевых инсти-тутах
Освоено промышленное производство ультрадисперсных алмазов из углерода, входящего в состав ВВ и различных отслуживших свой ок боеприпасов Создана опытно-промышленная установка для синтеза мелкодисперсных алмазов в детонационной волне при взрыве специальных углеродсодержащих ТТ. Главные области использования таких алмазов —упрочнение рабочих поверхностей металлорежущего инструмента и изготовление полировальных и шлифовальных кругов на полимерной основе для обработки деталей из сверхтвердых сплавов Создана технология изготовления алмазно-абразивных кругов сложной конфигурации размерами до 1 м по диаметру.
Заряды из баллиститных порохов, в том числе с кумулятивной выемкой, используются для дезинтеграции крупногабаритных конструкций и каменных негабаритов Метод позволяет многократно сократить трудоемкость и финансовые затраты по сравнению с газовой резкой
На базе современного производства нитроэфиров, в котором воплотились передовые аппаратурно-технологические решения, организовано изготовление лекарственных субстанций и препаратов на основе нитроглицерина: нитрогранулонга и НИТРО-НИКа. Препарат НИТРО-НИК, предназначенный для лечения и профилактики стенокардии и инфаркта миокарда, практически не отличается от лучших зарубежных аналогов и даже превосходит их.
На базе существующих технологий разработаны также высокоэффективные медицинские препараты: противоожоговый препарат «Антисеп» и антимикробное средство «Сангвиритрин».
Технологии ТРТ использованы также при разработке новой продукции бытовой химии’ различных клеев, красок, дорожных покры-ии, парфюмерных и косметических изделий.
Приведенные примеры использования твердых топлив и оборон-технологий для гражданских целей далеко не исчерпывают воз-ости применения их для решения различных сложных проблем И„И наР°ДНого хозяйства (использование ПАД для подъема тя-в еИ’ УпР°чнение материалов направленным взрывом, сварка HorafiB°M 6иметаллических материалов, экстренное торможение круп-аритных морских судов с помощью РДТТ и многое другое).
330 Огневая цепь пиротехнических изделий
Л Жуков Б П / / Журнал ВХО им Д И Менделеева -1991 №1, Конве 1997 — №8 Специальный выпуск, посвященный 50-летию ФЦДТ -«Союз» РСИя -
Л Л гаврилова
Огневая цепь пиротехнических изделий состоит средства воспламенения, замедлителя, усилителя и основного зап И3 (пироэлемента) Иногда усилитель или замедлитель могут отсутство вать. Пироэлемент содержит контактный воспламенительный состав или воспламенительную смесь, состоящую из воспламенительного со става и ДРП, переходную смесь из основного и воспламенительного состава; иногда две переходные смеси в различных соотношениях составов.
Шидловскии А А. Основы пиротехники -М Машиностроение, 1973 - 320 с
Н.Х Валеев
Огневые стендовые испытания РДТТ-один из важней ших этапов разработки твердотопливных ракетных двигателей Основными задачами при этом являются проверка работоспособности основных узлов и агрегатов двигателя, подтверждение внутри-баллистических и энергетических параметров. В процессе ОСИ обеспечиваются режимы работы РДТТ, имитирующие реальные условия применения. К ним, в первую очередь, следует отнести действие эксплуатационных факторов (температурный диапазон применения до +60°С, влажность) и воздействие виброударных нагрузок, реализуемых в процессе жизненного цикла изделия ОСИ проводят и в условиях имитации ряда факторов реальной работы РДТТ К ним относятся положение двигателя на стенде, разрежение окружающей среды и воздействие ионизирующего излучения.
С целью определения характеристик надежности РДТТ проводятся ресурсные испытания, в которых реализуется одновременно ряд неблагоприятных факторов, что в реальных условиях маловероятно. Это, например, сочетание максимального давления и минимальной несущей способности корпуса, нижнее значение температурного диапазона эксплуатации и минимально допустимая величина скорости горения и т д. С этой же целью проводятся ОСИ РДТТ в запредельных условиях' расширенный температурный диапазон эксплуа тации, максимальные значения давления, тяги и секундного расхода, превышающие предельно допустимые величины Имитация авар ных ситуаций (случайное падение, воздействие быстролетящего тела), работа узлов «отсечки тяги» и аварийного выключения дви теля производится на специализированных стендах
Стенды оснащаются измерительным и вычислительным ко лексами, основу которых составляют первичные преобразоват
Огнепроводный шнур
331
тчики), усилительная и преобразующая аппаратура, каналы свя-(да еГИст'раторы и быстродействующие вычислительные машины г*1’ пеменпые испытательные комплексы выдают первичную инфор-С°цию в реальном масштабе времени
Ма ОСИ РДТТ проводятся как в процессе их разработки, так и в пессе серийного производства с целью подтверждения качества выпускаемой продукции.
Благодаря увеличению объема получаемой в процессе ОСИ ин-Жоомации, совершенствованию методов ее обработки и анализа, улучшению метрологических характеристик измерительной и регистрирующей аппаратуры число полномасштабных ОСИ крупногабаритных двигателей было сокращено с 30 —40 в шестидесятые годы до 8—10 в настоящее время. С целью нанесения минимального ущерба окружающей среде стенды для проведения ОСИ в ряде случаев оснащаются системами нейтрализации продуктов сгорания.
Чернышев А.В Проектирование стендов для испытания и контроля бортовых систем летательных аппаратов — М Машиностроение, 1983
Космонавтика. — М.: Энциклопедия, 1985.
И.Н Венцкевич, В.Н.Эйхенвалъд
Огнепроводный шнур —средство воспламенения, в котором сердцевина из специального черного пороха заключена в гибкую оболочку ОШ предназначен для передачи и возбуждения горения и детонации пиротехнических составов, порохов и взрывчатых веществ. Скорость горения сердцевины должна быть не более 10 мм/с. Промышленность выпускает три марки ОШ: ОША, ОШДА, ОШП. ОШ марки ОША имеет водостойкость 1 ч и применяется в сухих и влажных условиях, а марки ОШДА и ОШП —4 ч и могут быть использованы в воде и влажных условиях.
Н.Х.Валеев
N-оксиды алкоксидиазена — органические соединения, содержащие алкоксилыгый радикал, непосредственно связанный с диа-зен-М-оксидпой группой Комбинация гетероатомов N2O2 > входящая в со-став А , является эктлозофорпой группой, что делает возможным получе-иие в ряду д энергоемких соединений Известны Ы-алкил-ЬГ-алкоксидиа-зен-К-оксидьг Aik - N(O) = N — OAlk(N, N', N — А.)иМ-алкил-М'-ал-^ксидаазен-К'-оксиды: Aik - N = N(O)OAlk(N, N', N'—A ), а также N№^НКЧИ0НаЛЬНЫе пР0ИЗВ°Дные Основными методами получения ’ ’ hN,N',N' — А являются реакции алкилирования солей соот-
енно М-алкил-М'-гидроксидиазен-М-оксидов (Ы-алкил-И-нитрозо-
Р°ксиламинов) и N-нитроаминов'
332_________________Оксиды и пероксиды металлов___
AlkN = 6—М + AlkX--------► Aik— N= N— OAlk
О О
AlkN(NO2)‘M + AlkX--------► Aik —N= N — OAlk
О
Примерами A , содержащих в молекуле несколько оксидиазе ноксидных групп, являются CH3ON = N(O)CH2N(O) = NOCH CH3N(O) = NOCH2ON = N(O)CH3 А представляют собой жидкие или твердые, обычно термически вполне устойчивые вещества N,N'N' — А. совершенно неустойчивы к кислотам, тогда как некоторые N,N',N—А. можно перекристаллизовать даже из концентрированной HNO3.
Злотин С Г, Лукьянов О Л // Успехи химии 1993 -№62 - С 157, Зюзин И Н , Нечипоренко Г Н., Головина Н И , Трофимова Р Ф., Логинова Н.В / / Известия АН Сер хим -1997 —1486
О А Лукьянов
Оксиды И пероксиды металлов Основные характеристики некоторых ОМ и ПМ, применяемых в ГГС, приведены в таблице. Массовая доля кислорода в большинстве ОМ и ПМ находится на уровне нитратов Rb, Cs, Ва и Sr. Все они обладают высокой плотностью, как правило, негигроскопичны и не растворяются в воде; температура плавления, температура начала разложения, теплота образования и теплоемкость в зависимости от природы оксидов отличаются весьма существенно Это позволяет получать пиротехнические составы на их основе с самыми различными скоростями горения ОМ и ПМ широко используются для изготовления малогазовых и безгазо-вых составов. На основе оксидов железа и хрома, пероксида марганца готовят термитные составы, используемые для сварки и в зажигательных средствах. В зажигательных составах используются ВаО2, РЬ3О4, РЬО2, СиО и др., а в составах для генерации маскирующих и цветных аэрозолей —MnO2, ZnO,Fe2O3. ОМ и ПМ входят в воспламенительные и замедлительные составы, в составы цветных огней и рецептуры баллиститных и смесевых топлив.
Вешест-
Fe2O3
Fe3O4 CuO
Сг2О3
РЬО2
Pb3O4
MnO2
Mo03 wo3
ВаО2
Октанит
333
Основные характеристики оксидов и пероксидов
Массовая доля О2,
Опт-кДж/ моль
30,0
31,6
13,38
18,9
5240
5000
6400
5210
9330 (₽)
8860
4700
4500
6500
5000
1562
1526
1026
1990
795
1200
450
138,07
37,24
104,6
52,51
71,13
23,85
1665
1550
800
1500
230
(a)
500
530
400
821,3
1116,7
155,6
1142,2
276,6
734,5
520,9
738,5
842,9
636,2
89,96
151,46 42,68
82,76
76,44
211,29 53,14
77,74
75,91
65,69
103,76
143,39
44,77
104,60
62,89
147,03
54,02
73,60
73,76
59,41
Шидловскии А А Основы пиротехники -M Машиностроение, 1973, Справочник химика / Под ред Б П. Никольского — Л.-М Госхимиздат, 1962—1968 —Т 1 — С 1071; Т 2 -С 1168, ТЗ -С 1005, Т4 -С 919, Т5 -С 974, Тб -С 1011; Т7 -С 507, Вольнов И И Перекиси, надперекиси и озониды щелочных и щелочноземельных металлов М Наука, 1964, Вспомогательные средства ракетно-космической техники / Пер с англ / Под ред И В Тишунина —М • Мир, 1970
Ф П Мадякин
Октанит (8,4,6,4’, 6’, 8”,4”, 6”—октанитрометатерфенил, ONT) СщHgOjgNg , — одно из наиболее термостабильных ВВ, Гпл 362°С (с разл.), рмнк = 1,82 г/см3, скорость детонации 7200 м/с при р = 1,72 г/см3, чувствительность к удару (нижний предел) —70 мм, чувствительность к трению (нижний предел) —0,2 Ша Применяется в термостойких средствах взрывания для нефтегазодобывающей промышленности при эксплуатации скважин с высокой пластовой температурой и давлением Средства взрывания на основе О могут эксплуатироваться как в герметичном исполнении, так и в контакте с пластовой жидкостью. Критическая температура эксплуатации О 290°С.
1981PMIQT°”K1,e взРывчатЬ1е вещества в условиях глубоких скважин — М Недра,
В В Макаров
334
Октоген
Октоген (1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктан NQ тетоамети ттрнтр-ттл-,,^— °'
Опасных грузов перевозка
335
СН2---N---СН2
I I
O2N—N N—NO-
CH,---N---СН2
O,N
no2
no2
а-форма
тетраметилентетрапитрамн ' ea 296,17, образует четыре кристаллические модифика ции, отличающиеся простран ственной конфигурацИей и плотностью (г/см3) а—1 Й7 Р-1,902; у— 1,82 и б-1’78; р —форма стабильна до 115°с’ а —в пределах 115— 156“с' у —156°С, 5—выше 156°с' p-форма-моноклинные крупнопризматические кристаллы, а —игольчатые или призмати-
тонации 9124 м/с (р = 1,84 г/см3) Хорошо растворим в диметил-Де сЬоксиде (42,25 г/100 мл при 20°С, 52,25 при 70°С), слабо рас-СУЛоим в ацетоне (2,51 г/100 мл при 20°С, 3,85 при 50°С), циклогек-18 оне (2,53 г/100 мл при 20°С, 10,01 при 70°С) Очень слабо рассорим в спиртах, уксусной кислоте, практически не растворим в воде Имеет высокую термическую стабильность’ при нагревании 5 г образца в течение 40 ч при 120°С образует 0,4 см3 газов, при 150°С —0,6 см3 Период полураспада при 27ГС 216 с, при 314°С45 с Состав продуктов разложения р-О в молях/моль’
230
240
N2O 2,52 2,49
N2 0,42 0,47
NO 0,31 0,53
СО 0,42 0,47
ческие орторомбической сис-
у-форма
темы; у-крупные моноклинной системы; 5 —мелкие игольчатые Наиболее чувствительна к удару у-форма, наименее—5-форма. Энтальпии взаимных переходов модификаций, определенные из величин
О получают нитрованием динитропентаметилентетрамина растворами нитрата аммония в азотной кислоте в присутствии уксусного ангидрида, нитрованием 1,3,5,7-тетраацетил-! ,3,5,7-тетраа-зациклооктана растворами N2O5 или Р2О5 в азотной кислоте Применяется для снаряжения боеприпасов, в производстве ТРТ, зарядов перфораторов и торпед для газовых и нефтяных скважин
Орлова Е Ю , Орлова НА., Жилин В Ф , Збарский В Л , Шутов Г М., Виткове -каяЛИ Октоген — термостойкое взрывчатое вещество — М Недра, 1975
Ю А Ганькин
теплот растворения в ацетоне а -> р Н = -(2,17 кДж/моль, у —> р Я = -(5,37 ±0,20) кДж/моль, 5 -> р Я = - (8,00 ± 0,17) кДж/моль Теплоемкость при 25“С (кал/К)- а —0,248; р-0,243, у-0,265, 5—0,313 Теплота испарения р-формы 24,6 кДж/моль (41,89
ккал/моль). Давление паров
описывается уравнением iogp(jit«) = -41,89 / (4,576 • Т, К) + 16,18 Теплота сгорания 2817
кДж/моль (9425 — 9873 кДж/кг), стандартная энтальпия образования Я3®3 = + 87,78кДж/моль. О.—белое кристаллическое вещество, Тпл 281 —284°С (с разл.), термостойкое ВВ. Теплота взрыва 5668 кДж/кг (вода —жидк.) и 5107 кДж/кг (вода —газ) Скорость
Опасных грузов перевозка —перемещение веществ и изделий, представляющих опасность для людей, зданий, сооружений, имущества и окружающей среды в пространстве. ПОГ по назначению делится на два вида’ перевозка от грузоотправителя до грузополучателя и внутризаводская перевозка
ПОГ класса 1 (взрывчатые материалы и изделия на их основе) осуществляется различными видами транспорта (перевозочных средств) наземным, водным, воздушным Особенностью Пог является обеспечение безопасности людей, имущества, окружающей среды и сохранение транспортных средств и других грузов Регламентация перевозки опасных грузов осуществляется ГОСТ 19433-88 «Грузы опасные Классификация и маркировка» и правилами перевозки опасных грузов для каждого вида транспорта Учитывая особенность опасных грузов класса 1 — возможность при определенных условиях никновения горения и взрыва, — в правилах перевозки отдельным Делом представлены правила перевозки опасных грузов класса 1.
Опасных грузов перевозка
Опасных грузов правила перевозки
Комитет экспертов Организации Объединенных наций разп тал и издал «Рекомендации по перевозке опасных грузов», кото ° предназначены для всех видов транспорта ’ р 1е
В Рекомендациях изложена система положений, позволяют единообразно развивать национальные и международные правила регламентирующие использование различных видов транспорта Ре' комепдации включают принципы классификации опасных грузов общие требования к упаковке, указания по маркировке, знакам опасности и оформлению грузовых перевозочных документов
Правила внутризаводской ПОГ класса 1 регламентируются ведомственными нормативными документами и положениями и инструкциями предприятий
В ПОГ класса 1 наиболее широко применяется железнодорожный и автомобильный транспорт, для которого регламентирующими документами являются соответственно «Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам» и «Правила перевозки опасных грузов автомобильным транспортом»
Для водного и воздушного транспорта применяются более строгие требования, что ограничивает возможность их использования в ПОГ класса 1
Международные ПОГ класса 1, в том числе экспортно-импортные и транзитные ПОГ по территории Российской Федерации, осуществляются с соблюдением норм и правил, установленных международными конвенциями и межправительственными соглашениями
Основные положения, регламентирующие порядок ПОГ класса 1, следующие
К перевозке принимаются опасные грузы класса 1 только те, которые содержатся в Перечне опасных грузов Перечень опасных грузов, допускаемых к перевозке, является приложением к соответствующим Правилам перевозки.
На подлежащий перевозке опасный груз должна быть аварийная карточка, в которой указываются свойства опасного груза, его пожа-ро- и взрывоопасность, опасность для жизни людей, конкретные меры безопасности и предосторожности, действия при возникновении аварийной ситуации и порядок ликвидации последствий Форма аварийной карточки приведена в Правилах перевозки Разрабатыва ет аварийную карточку ведомство (предприятие) —разработчик или изготовитель опасного груза Для опасных грузов класса 1, подлежа щих перевозке железнодорожным транспортом, такие авариин карточки разработаны, их номера указаны в Перечне опасных гру зов. Документально должно быть подтверждено соответст
ного груза, его упаковки и схемы крепления в транспортном °П стве требованиям нормативной и технической документации СР Каждая грузовая единица маркируется согласно норматив-технической документации на конкретный опасный груз, в кото-Н°й отражаются вид и степень опасности (транспортная опасность) Р°у3а На железнодорожное транспортное средство маркировка, ха-актеризующая транспортную опасность, наносится на двери Для втомобильного транспорта применяются информационные таблицы системы информации об опасности, которые устанавливаются на пе-едней и задней частях автомобиля. Они содержат информацию о транспортной опасности груза, код экстренных мер в аварийных ситуациях, номер опасного груза по Перечню ООН
На подлежащий перевозке опасный груз класса 1 перевозчику предъявляется соответствующий комплект сопроводительных документов.
Участниками перевозки опасных грузов класса 1 являются грузоотправители, грузополучатели и перевозчики, которые несут ответственность за невыполнение требований Правил перевозки и за последствия, вызванные невыполнением или ненадлежащим выполнением указанных Правил, в соответствии с действующим законодательством в части, относящейся к их компетенции
ГОСТ 19433-88. Грузы опасные Классификация и маркировка, Рекомендации по перевозке опасных грузов, —ООН, Нью-Йорк и Женева, 1994, Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам — М Транспорт, 1996, Правила перевозки опасных грузов автомобильным транспортом — М Минтранс, 1994
Г В Рудаковскии
Опасных грузов правила перевозки автомобильным транспортом и по железным дорогам -нормативные документы, устанавливающие условия и порядок перевозки автомобильным и железнодорожным транспортом опасных грузов Девяти классов, в том числе особо опасных грузов класса 1 — взрывчатые материалы (ВВ и изделия из них)
Правила разработаны с учетом международных требований в связи с присоединением России к Европейскому соглашению о международной дорожной перевозке опасных грузов (ДОПОГ) и железнодорожному Соглашению о международном грузовом сообщении МГС) Взрывчатые материалы в соответствии с рекомендациями спертов ООН классифицированы на 6 подклассов, 13 групп совме-ости с присвоением им условных и серийных номеров ООН.
Равила содержат требования, предъявляемые к' техническому °янию транспортных средств; водителям; опасности,
338
Опасных грузов упаковка
Осветительное средство
339
совместимости, упаковке и маркировке опасных грузов; порядку грузки и выгрузки; выбору, согласованию маршрута перевозки и П°' ганизации передвижения; системе информации об опасности; 0XD°P' и сопровождению опасных грузов Данные документы включают спТ циальные требования по обеспечению безопасности при перевозк высокочувствительных ВВ на особых условиях е
Приложениями к правилам являются: Перечень из около 300 на именований допускаемых для перевозки опасных грузов класса 1 формы и более 100 типовых аварийных карточек; способы подготов' ки вагонов и т п Кроме того, правила содержат общие требования по обеспечению безопасности при транспортировке, лицензированию регламентируют взаимоотношения, права и обязанности участников
перевозки опасных грузов.
Правила разработаны отраслевыми организациями и НИИ и являются составной частью правил, выпущенных Министерствами транспорта и путей сообщения России. При международной транспортировке опасных грузов класса 1 руководствуются нормативными
документами, согласованными на международном уровне.
ГОСТ 19433-88 Грузы опасные Классификация и маркировка — М Изд стандартов, 1988, Специальные требования — М Госкомоборонпром РФ, 1994, Правила международной перевозки опасных грузов —Женева — ООН, 1995
С А Чевиков
Опасных грузов упаковка —средство или комплекс средств, обеспечивающее защиту продукции от повреждений и потерь, охрану окружающей среды от загрязнений, а также процесс обращения продукции Процесс обращения — транспортирование, хранение и реализация продукции.
Опасные грузы согласно ГОСТ 19433-88 подразделяются на 9 классов. УОГ по надежности (показателям прочности) разделена на три группы в соответствии со степенью опасности.
Упаковочные комплекты для веществ класса 1 (взрывчатые вещества) должны отвечать требованиям для группы упаковки II, если не оговорены специальные положения При упаковке веществ класса 2 (сжиженные газы), подклассов 5 2 (органические пероксиды), 6 (инфекционные вещества) и класса 7 (радиоактивные вещества) дол жны соблюдаться специальные положения.
Для УОГ должны применяться упаковочные комплекты, выдер жавшие испытания в соответствии с требованиями «Рекомендации перевозке опасных грузов» и ГОСТ 26319-84 Например, для твер^ дых веществ и жидкостей при испытании на падение устанавлива высота сбрасывания- 1,8 м, 1,2 м, 0,8 м —для групп упаковки ,
соответственно Для каждого вида испытаний установлены кри-1П’ии оценки результатов испытаний
тер упаковки с опасными грузами наносится маркировка, харак-зующая транспортную опасность, которая должна содержать: от-теР,очное наименование опасного груза, номер по списку ООН (или ый номер — для грузов класса 1 согласно национальным прави-
лам перевозки) и знак опасности груза (в соответствии с «Рекомепда-Лиями » и ГОСТ 19433-88) Соответствующая маркировка включается в отгрузочные документы и информационные табло на транспортные средства
ГОСТ 17527-86 Упаковка Термины и определения, ГОСТ 19433-88 Грузы опас-ньге Классификация и маркировка; ГОСТ 26319-84 Грузы опасные. Упаковка, Рекомендации по перевозке опасных грузов 4 1 — 8-е изд , перераб — Нью-Йорк, Женева, ООН, 1994
М М Баринов
Осветительное средство —пиротехническое средство для освещения местности при разведке, наблюдении, бомбометании и т д. ОС должны давать максимальную силу света в течение заданного промежутка времени, который в зависимости от назначения средства может изменяться от 5 с (для ориентировки на местности) до 5 мин (при бомбометании) ОС подразделяются на средства- артиллерии-снаряды, мины, реактивные осветительные снаряды; авиации-авиабомбы, посадочные осветительные авиабомбы и факелы; общевойсковые (осветительные средства ближнего боя) —26-мм патроны, выстреливаемые из ракетницы, 30-, 40- и 50-мм реактивные патроны, осветительные бомбы и гранаты, выстреливаемые из мортир или гранатомета; инженерные - осветительные мины. ОС бывают парашютные и беспарашютные Общий вид осветительного беспара-шютного снаряда представлен на рис.1; парашютного — на рис 2; а осветительной авиабомбы САБ-ЗМ —на рис.З. В беспарашютном ОС помещается до 16 осветительных элементов (сегментов) по 3 — 4 в каждом ряду Время сгорания элементов в зависимости от калибра снаряда (76— 122-мм) составляет 15 — 25 с, сила света одного элемента 20 — 40 ккд Факел 122-мм парашютного
Осаетительный беспарашютный снаряд 1 — вы-НРоГ 3аРЯД' -Диафрагма, 3 —сегмент, 4-картонная пдаме^’ 5 опоРная прокладка, 6-стопин, 7-вос-твуЛ.?ТеЛЬНЫЙ состав, 8-корпус, 9 - дистанционная
340 Осветительный состав
Рис 2 Осветительный парашютный снаряд 1 - прокладки; 2 - факел с парашютом 3 —обертка, 4-корпус в собранном виде; 5 —нижний полуцилиндр, 6 — осветительный факел, 7 —диафрагма, 8 —вышибной заряд
341
8 —стабилизатор, 9 —крышка , 10 —дно факела, И—бугель, 12 —корпус; 13 —головка
__________________Парафин
рения и величиной удельной светосуммы Lo = It • m~x, кд • с г-1, /—сила света, кд; t — время горения, с; т — масса состава, г ОС ГДе ятся на быстро- и медленногорящие Первые имеют скорость горе-дея порядка 10 мм/с и применяются для снаряжения беспарашют-ь1х осветительных средств небольших размеров Они обычно имеют высокую силу света с единицы поверхности горения Для снаряжения мин, снарядов и авиабомб используют обычно медленногорящие составы со скоростью горения 1 — 2 мм/с Сила света ОС определяется размером и яркостью пламени, последняя — природой излучающих частиц и их температурой. Для получения продуктов сгорания, обладающих высокой излучательной способностью, и обеспечения высокой температуры пламени в качестве основного горючего используются порошки магния, алюминия, сплава AM, алюминиевая пудра и их смеси Содержание металлических горючих колеблется от 25 до 64% В качестве окислителей наиболее широко используется Ba(NO3) и NaNO3, реже КаСЮд. Для улучшения технологических свойств ОС, уменьшения скорости горения и увеличения Lo в составы вводятся добавки- олифа, канифоль и ее эфиры, криолит, графит, стеарин и стеараты, смола СФ-0112А и др.
Шидловскии А.А. Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973
Ф П Мадякин
п
снаряда имеет силу света 500 ккд и горит 50 — 55 с, САБ-ЗМ имеет силу света 220 ккд и время горения не менее 2,2 мин. Время горения факелов некоторых осветительных авиабомб достигает 8 мин, а сила света более 6 • 103 ккд
Шидловский А.А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973
ф П Мадякин
Осветительный состав-пиротехнический состав, горение которого сопровождается интенсивным свечением в видимой части спектра. ОС применяется для снаряжения осветительных средств, реже —трассирующих и фейерверочных. Осветительные средства ис пользуются при разведке, наблюдении, бомбометании, для целеука зания и должны давать максимальную силу света в течение заданного времени В зависимости от назначения боеприпаса время освещен^ изменяется от 5 с до 5 мин. Независимо от применения должны сгорать с максимальной силой света с единицы
средства поверхности
Парафин — смесь насыщенных углеводородов общей формулы СпН2п + 2 Используются мягкий П с мол массой около 224 и температурой плавления около 40°С и твердый П. с мол.массой массой около 423 и температурой плавления 55 —58°С. П не растворяется в В0Де, малорастворим в бензине, эфире, хлороформе, сероуглероде и минеральных маслах. Кислоты и щелочи на него не действуют В пиротехнических составах используется как горючее, флегматизатор и технологическая добавка
Ф П Мадякин
и ат₽ОНОВ нумерация —нанесение для целей учета заводского дЬ]МеРа на штУчные изделия из промышленных ВВ —патроны, заря-’ шашки, промежуточные детонаторы и т п
ми д МеРация на патроны наносится лакокрасочными материала-Для нумерации изделий сложной конфигурации и неправильной
342
Патрон осветительный
Патроны осветительные реактивные
343
цилиндрической формы (патроны СП-I, кумулятивные изделия ряды к сейсмическим изделиям) используются заранее прокуме^' ванные этикетки °'
П П Марков Патрон осветительный —патрон с пиротехническими эле ментами из осветительного пиротехнического состава, наиболее мае совое осветительное общевойсковое средство Промышленность выпускает беспарашютный (рис 1) и парашютный (рис 2) 26-мм ОП выстреливаемые из пистолета-ракетницы При выстреле из ракетни-
цы капсюль воспламеняет вышибной заряд, продукты сгорания которого воспламеняют осветительный пироэлемент и выбрасывают его вместе с пыжами и металлическим кружком При выстреле под углом 45 — 50° пироэлемент поднимается на вы-
Рис 1 26-мм осветительный беспарашютный патрон
1 — металлический кружок с тремя выпуклыми точками, 2, 8 —картонные кружки, 3-бумажная гильза, 4 —картонная гильза, 5, 7 — войлочный кружок, 6 — осветительная шашка, 9 —вышибной заряд, 10 —капсюль с наковаленкой, И — медная головка
соту 50 — 60 м; дальность полета —120 м, время горения — 7 — 9 с; сила света не менее 50 ккд; радиус освещаемой площади 100 м При использовании 26-мм парашютного ОП из ракетницы вылетает гильза с замедлителем, снаряженная дополнительным вышибным зарядом, пироэлементом и прикрепленным к ней парашютом. В верхней точке траектории замедлитель воспламеняет дополнительный вышибной
Рис 2 26-мм осветительный парашютный патрон 1 - капсюль КВМ-3, 2 вьппя н заряд, 3-латунная гильза, 4-замедлитель, 5- дополнительный вышибной заряд. 6 —картонный кружок, 7 —войлочный кружок, 8—осветительная шашка, 9 пар шют, 10 —бумажная гильза, И—войлочные пыжи, 12 металлический кружок
а последний— пироэлсмент и выбрасывает его вместе с пара-заРтом При выстреле под углом 45° пироэлемент поднимается на вы-Ш tv 40 —60 м и горит в течение 15 —20 с с силой света не менее 20 с°кД1 медленно опускаясь на парашюте
в Щидловский А А Основы пиротехники - М Машиностроение, 1973
Ф П Мадякин
Патроны осветительные реактивные-реактивные патроны с пиротехническим элементом из осветительного пиротехнического состава Выпускаются 30-, 40- и 50-мм Предназначены для освещения местности ОРП (рис 1) состоит из пусковой трубки и помещенной в нее ракеты
Рис 1 30-мм реактивный беспарашютный осветительный патрон 1 — колпачок, 2-воспламенительное устройство, 3 —пусковая трубка, 4 —ракета, 5—поджимающая трубка, 6 —картонный кружок, 7 —крышка
Пусковая трубка представляет собой бумажную картонную оболочку, на которую насажена металлическая трубка с закрепленным в ней терочным воспламенительным устройством. Ракета —это алюминиевый корпус, в который запрессованы основной и воспламенительный составы, помещены вышибной заряд, картонное кольцо и вставлен пиропороховой двигатель 30-мм ОРП приводится в действие следующим образом- сняв крышку и держа пусковую трубку в руке вертикально, выдергивают терку Терочный состав, воспламеняясь, поджигает воспламенительный состав пиротехнического сопроводителя в реактивной части, а от него и порох. Пороховые газы истекают через дюзовые отверстия соплового блока и выбрасывают ракету с пиротехнической шашкой. После сгорания пиротехнического сопроводителя срабатывает вышибной заряд, который выбрасывает из корпуса остатки реактивной части, одновременно поджигая шашку. 40- и ТомММ ОРП по конструкции подобны Патроны снабжены парашю-40 ЛЛя обеспечения длительного времени освещения Парашютный ныММ ОРП (рИС состоит из пусковой трубки, в которой размеще-воспламенительное устройство, воспламенительно-вышибной за-РяД и ракета
Патроны запускаются или из пусковых устройств, или с руки стреляющего При выдергивании вытяжного шнура с теркой срабатывает терочный капсюль-воспламенитель, от которого загорается воспламенительно-вышибной заряд, выбрасывающий ракету из пусковой трубки и приводящий в действие пиропороховой двигатель После сгорания пиропорохового заряда двигателя и замедлителя импульс от последнего передается вышибному заряду, при срабатывании которого из корпуса ракеты выбрасываются воспламенившаяся шашка и парашют Шашка с определенной скоростью продолжает движение и увлекает за собой парашют, который раскрывается под действием набегающего воздушного потока, горящая шашка начинает опускаться на парашюте с заданной скоростью
Основные характеристики ОРП
Характеристики Значения характеристик для ОРП калибра, мм
30 40 50
Дальность полета, м 350 400 800-1200
Время горения, с 8 20 25
Сила света, ккд 100 240 330
Диаметр, мм 32 41 53
Масса г 186 390 800 _
Шидловский А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973 ф П Мадякин
Патрон пирозажигатвльный-воспламенительное пиротехническое средство для зажигания жидкого ракетного топлива, представляющее собой корпус с запрессованным в него восплам^^ тельным пиротехническим составом с электровоспламенителем капсюлем-воспламенителем м„лякин
Патрон сигнальный
345
«ВОН сигнальный—пиротехнический патрон с пироэлемен-** из пиротехнического состава сигнального огня или дымового мышленность выпускает 26-мм СП ночного действия, который Р яетсЯ огневым сигнальным средством ближнего действия, выстре-Яиваемым из пистолета-ракетницы СП бывают одно-, двух-, трех-ЛвеЗДными Однозвездные СП (рис.) снаряжаются пироэлементами 3 составов красного, зеленого или желтого огня
из 7 8 9 10 И
Рис 26-мм сигнальный патрон 1—бумажная гильза, 2 —пироэлемент, 3 —картонный пыж, 4 —наковаленка, 5 — металлическая головка, 6 —капсюль, 7 —вышибной заряд дымного пороха, 8 —марлевый кружок, 9 —войлочная прокладка, 10 —пыж, И-опознавательные знаки, 12 —металлический кружок
В двухзвездных 26-мм СП вместо одной цилиндрической шашки вставлены две в виде полуцилиндров или колец, а в трехзвездных—кольцевые Для распознания сигнала на их металлических крышках выштампованы опознавательные знаки, а сами крышки окрашены в соответствующий сигналу цвет Выпускаются также 15-мм СП Выстреливается с руки.
Ф П Мадякин
Патрон сигнальный ночного и дневного действия — пиротехническое сигнальное средство, предназначенное для подачи сигналов бедствия днем и ночью экипажами самолетов и вертолетов, потерпевших аварию Патрон (рис.1) состоит из корпуса, разделенного горизонтальной перегородкой на две камеры, и размещенных в них элементов дневного и ночного сигналов
Элемент ночного сигнала состоит из бумажной трубки и запрессованного в нее состава красного огня Элемент дневного сигнала состоит из вставляемых в бумажный стаканчик четырех шашек оранже-о дыма и воспламенительной таблетки В корпус патрона с обоих ны ВвеРнУ™ воспламенительные устройства Крышки навинче-к с кольцами из резины, которые обеспечивают плотность поджатия
Щек к корпусу патрона и его герметичность Крышка,
346
Патрон сигнальный реактивный
Рис 1 Патрон сигнальный ночного и дневного действия 1 - крышка, 2-кольцо 3 7 — воспламенительное устройство, 4 - пироэлемент ночного сигнала, 5-корпус ’ 6- пироэлемент дневного сигнала, 8 —шнур, 9 —кольцо, 10 — крышка
навинченная на корпус со стороны ночного сигнала, имеет углубление для опознавания сигнала в ночное время Действие патрона происходит следующим образом При быстром продергивании терки через капсюль-воспламенитель при помощи шнура с кольцом, терка проходит через ударный состав и вызывает его воспламенение Луч пламени от капсюля-воспламенителя поджигает воспламенительную таблетку и шашки оранжевого дыма Дым, образующийся при горении дымовых шашек, прорывает кружок из фольги, закрывающий отверстия в диафрагме, и выходит из корпуса, давая сигнал в виде оранжевого облака Ночной сигнал приводится в действие аналогично дневному сигналу и при горении образует факел пламени красного цвета Время действия сигналов (ночного и дневного) не менее 25 с, дальность видимости ночного сигнала не менее 20 км, а дневного —5 км
Ф П Мадякин
Патрон сигнальный реактивный-сигнальное пиротехническое средство с пиротехническим элементом из пиротехнического состава сигнального огня или дымового пиротехнического состава Разработана серия РСП цветного огня, воспламенившиеся пироэлементы в которых выбрасываются на вершине траектории РСП изготовляются калибром 30-, 40- и 50-мм 30-мм РСП выпускаются в виде одно-, двух- и трехзвездных красного и зеленого огней и дымовых красного и синего дыма В многозвездных РСП шашки используются с центральным каналом и выбрасываются из ракеты с помощью ДВУХ вышибных зарядов ДРП массой 0,5 г, расположенных у верхнего нижнего торцов столбика из набранных шашек 40-мм патроны преД назначены для аэродромных служб ВВС и состоят из двухзвездн°сиГ. парашютного РСП красного, зеленого, белого и желтого огней и нала химической тревоги В парашютных сигнальных патро
_________________________Патрон унитарный______________________347 ---------------------------------------------------------------- ’ ' пий факел выбрасывается вместе с парашютом, который рас-ðРТся под действием набегающего потока воздуха КРЬ 0СНовные характеристики РСП приведены в таблице
Характеристики реактивных сигнальных патронов
Изделие Характер светового сигнала (С с ) Высота подъема сигнального элемента, м Время свечения сигнала, с Сила света сигнала, кд
30-мм однозвездный рСП-30-1 Непрерывный С с одного огня красного зеленого 150 9 10000 9500
30-мм многозвездный рсп-зо-м Два или три С с разного огня одновременно красного зеленого желтого 150 6 12000 9500 8500
40-мм двухзвездный Реп огней' красного РДСП-40к зеленого РДСП-40з белого РДСП-406 желтого РДСП-40ж Два С с одного красного белого зеленого желтого 400 12 5700 12000 4800 2600
40-мм парашютный Реп огня красного РПСП-40к зеленого РПСП-40з белого РПСП-406 ^мтого РПСП-40ж Непрерывный С с одного огня красного зеленого желтого белого 400 40 5600 1100 2500
Ф П Мадякин
Патрон унитарный — боеприпас стрелкового оружия и некоторых пушек (калибр до 120 мм со сгорающей гильзой), в котором пуля СНаРяд), пороховой заряд и средство воспламенения соединены в °Дно целое с помощью гильзы. УП позволяет заряжать орудия за н пРием, что обеспечивает высокую скорострельность
348
Патрон фотоосветительный
Патрон электрозажигательный
349
Патрон фотоосветительный. Фотопатрон-пиротех] ческий патрон с пиротехническим элементом из фотоосветительноИ состава и пиротехнического замедлителя ФП состоит из гильзы ° капсюльной втулкой или электровоспламенителем, в которой размеС щаются фотоосветительный элемент, замедлительно-воспламенит льное (ЗВУ) и вышибное устройства Фотоосветительный элемент состоит из оболочки с размещенной в ней фотосмесью и вкладыща для крепления ЗВУ (рис.1)
Рис.1. Фотопатрон. 1—гильза, 2 —фотоосветительный элемент, 3 -ЗВУ, 4 —вышибное устройство, 5 — капсюльная втулка или электровоспламенитель
Принцип действия ФП заключается в следующем Электровоспламенитель поджигает ДРП вышибного устройства, продукты сгорания которого воспламеняют замедлители ЗВУ и выбрасывают фотоосветительный элемент из гильзы. После сгорания замедлителей луч огня передается на детонатор, от импульса которого загорается и разбрасывается фотосмесь, образуя светящее облако ФП предназначается для освещения местности при маршрутном воздушном фотографировании с высоты от 100 до нескольких сотен метров и скорости полета самолета-разведчика до 1100 км/ч. ФП размещаются в кассетах до 150 шт. в каждой, что позволяет фотографировать маршрут до 150 км
ф П Мадякин
Патроны, натренированные ВВ-условное наименование изделий из промышленных ВВ, упакованных в бумажную или полиэтиленовую оболочку; предназначены для ручного заряжения шпуров и скважин
Выпускаются П. в бумажной оболочке диаметром 32, 36, 90 мм из аммонитов и аммоналов, диаметром 24, 28 и 32 мм —из порошкоо разных нитроэфирсодержащих ВВ
Предохранительные ВВ выпускаются только в патронированном виде
П крупного диаметра (более 45 мм) из аммонита 6ЖВ, аммона-ХоЗ и М-Ю выпускаются в полиэтиленовой оболочке
чень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывчатого дела, до- ПеРе Гостехнадзором России к постоянному применению — М МГГУ, 1997, nyi/ 1 о г Росси Б Д Справочник по промышленным взрывчатым веществам и ^Хрывания -М Недра, 1977
СР П П Марков
Патрон электрозажигательный — воспламенительное устройство, состоящее из бумажной гильзы, картонного кружка и шайб, малогабаритного электровоспламенителя с жестким каркасом, зажигательного состава, резинового кольца ЭП предназначен для одновременного воспламенения пучка огнепроводных шнуров t Афонин В Г, Гейман Л М , Комир В М Справочное руководство по взрывным работам в строительстве -Киев Будивельник, 1974 -382 с
Пентаэритрит (2,2-диметилолпропандиол, тет-раметилолметан) С(СН2ОН)4, СзН12О4, мол. масса 136,1, четырехатомный спирт —белое кристаллическое вещество, Тпл 263,5°С, плотность 1,397 г/см3 Хорошо растворим в воде (%)• 7,1 (25°С), 19,3 (55°С); 76,6 (100°С), слабо растворим в ацетоне, эфире, бензоле При этерификации азотной кислотой образует моно-, ди-, три- и тетранитраты П получают конденсацией ацетальдегида с формальдегидом в присутствии гидроксида кальция (реакция Канниццаро) Обычно образуется примесь 10— 15% дипентаэритрита и трипентаэритрита Массовая доля примесей эритритов в П для производства пентаэритрит тетранитрата не должна превышать 2% Взаимодействием П с фталевым ангидридом получают пентафталевые смолы, широко применяемые для производства лаков и эмалей.
*^мва Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия,
/О А Ганькин
Пентолит (пентритол) относится к группе смесевых ВВ, основными компонентами которых являются ТЭН и тротил Наибольшее применение имеет П 50/50 (по массе), хотя известно применение П 75/25, 40/60; 30/70 и 10/90 (ТЭН/тротил) Ниже при-^Тся сведения о П 50/50 Брутто-состав С2з 3^23,7^12,9032 2 (на О’ -^пл 76,7°С, что соответствует эвтектике ТЭН —тротил соста-Ва !3/87; ртсор =1,71 г/см3; рлить = 1,65 - 0,67 г/см3, Рпресс = 1,60— 1,65 г/см3 (для состава 10/90 рпресс =1,60г/см3)
СТв°Римость определяется компонентами Энтальпия образования
350_________________________Перекись ацетона____________
-978,5 кДж/моль (- 233,7 ккал/кг), теплота взрывчатого Ппе щения4857 кДж/кг (1160 ккал/кг) (Н2О—пар), газообразных п & дуктов взрыва 35,5 моль/кг Скорость детонации 7465 м/с п р=1,66 г/см3; 7530 м/с при р= 1,70 г/см3 Зависимость скорости детонации от плотности- D = 5480 + 3100(р— 1,0) Давление в точ Ч-Ж 14,0 ГПа (при 1,26 г/см3); 25,0 ГПа (при 1,66 г/см3), показТ тель политропы 2,73 Фугасность 360 см3 Критический диаметр де. тонации 6,7 мм (при 1,65 г/см3) Чувствительность к удару (прибор №1, груз 10 кг, высота 25 см) 44%, чувствительность к трению на копре К-44-ШЖ’ нижний предел 4000 кг/см2. П обладают химической стойкостью, достаточной для практического применения В расплавленном виде химическая стойкость определяется стойкостью раствора ТЭНа в тротиле (растворимость при 90°С 20 г па 100 г тротила соответствует составу 16,7/83,3) Температура начала интенсивного разложения 153°С (по данным ДТА). В замкнутом объеме при 115°С за 6 ч распадается 1% вещества. Гвсп 266°С (задержка 1 с) Для литья П получают введением ТЭНа в расплав тротила при перемешивании. Вязкость расплавленной смеси ниже, чем у аналогичных по составу смесей гексогена с тротилом Для прессования и изготовления детонирующих шнуров П могут быть получены двумя способами- 1) добавлением эмульсии тротила в воде к суспензии ТЭНа с последующим охлаждением до затвердевания образовавшихся гранул и их отделением от воды и сушкой; 2) совместным осаждением ТЭНа и тротила при введении в воду их раствора в ацетоне с последующим отделением и сушкой образовавшихся гранул П применяют для изготовления кумулятивных зарядов (противотанковые гранаты, перфораторы для нефтедобычи и т д.), дополнительных детонаторов (в т ч для скважинных зарядов) и детонирующих шнуров
Encyclopedia of Explosives and Related Items / Kaye E M -V 8 -US ARRARDCOM, Dover, New Jersey, 1978, Dobrutz В M Properties of Chemical Explosives and Explosives and Explosive Simulants LLNL Explosive Handbook - LLNL University of California, Livermore, California (UCRL —52997, Rev 3, 1981), Физика взрыва / Баум Ф А , ОрленкоЛ П., Станюкович К Н и др — М Наука, 197э
С П Смирнов
Перекись ацетона, ацетон дипероксид, 1,1,4,4-тетраме-тил-2,3,5,6-тетраоксациклогексан (С3Н6О2)2> мол масса \ лое кристаллическое инициирующее ВВ, Гпл 132— 133°С, 7'псп ' ок 180°С, хорошо растворяется в органических растворителях 1 зол, хлороформ, диэтиловый эфир, петролейный эфир) КудаРУ менее чувствительна, чем азид свинца Инициирующая способно ПА больше, чем у гремучей ртути, но меньше, чем у азида сви
_________Перекись трициклоацетона________________351
О—О \ снз Получают ПА при взаимо-
' действии ацетона с кисло-
той Каро (раствор перок-pl q / О О ' СН3 сида водорода в концент-
3 рированной серной кисло-
те) в среде уксусного ангидрида Практического применения как J4BB не имеет.
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М , 1975 И В Целинский, М А Илюшин
Перекись трициклоацетона (циклотриацетонпе-вОКСИД) CgHigOg , мол масса 222,1—инициирующее ВВ
масса 222,1—инициирующее ВВ
сн3— с — сн3
О \)
/ \
о о
/ \
ПТ образует бесцветные кристаллы в виде призм, т.пл. 97°С, прессуется до плотности 1,22 г/ см3, хорошо растворяется в бензоле, ацетоне, хлороформе, эфире, петролейном эфире, пиридине, ледяной уксусной и азотной кислотах В этаноле растворяется
(СН3)2С о о (СН3)2С
при нагревании, не растворяется в воде и водных растворах аммиака Гидролизуется разбавленными кислотами Энтальпия образования -21,7 ккал/моль (- 90,8 кДж/моль), теплота взрыва 1354 ккал/кг (5668 кДж/кг), фугасность 250 см3/10 г, скорость детонации 3750 м/с при плотности 0,92 г/см3, 5300 м/с при плотности 1,18 г/см3. ПТ не корродирует медь, алюминий, цинк, олово, железо, корродирует свинец. Чувствительность к удару у ПТ выше, а инициирующая способность ниже, чем у азида свинца ПТ получают из ацетона, подкисленного серной кислотой, на который действуют пергидролем (разбавленной перекисью водорода) На практике как ИВВ не используется из-за высокой летучести и склонности к сублимации
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М , 1975 И В Целинский, М А Илюшин
Перхлорат аммония, аммония перхлорат (анозит) NH4C1O4 применяется как окислитель в твердых ракетных топливах и смесевых ВВ
Впервые синтезирован Серулле в 1831 году, первый завод по производству перхлоратов был построен в Швеции в 1893 году
АП — бесцветное кристаллическое вещество, молекулярная масса — ’ суммарное содержание кислорода —54,47%, содержание
Перхлорат аммония
активного кислорода 34%, Н298 =-601,5 ккал / кг, плотность 1,95 г / см3
энтальпия образовани при температуре 20°cJ
При обычной температуре АП имеет ромбическую форму рещет ки кристаллов, при температуре выше 238°С ромбическая форма п реходит в кубическую
АП крупных фракций мало гигроскопичен (гигроскопическая точка — 73%), с уменьшением размера частиц гигроскопичность повы шается При работе с АП относительная влажность окружающей среды не должна превышать 60% для крупных частиц и 30 — 40% ДЛя мелких частиц. Термическая стойкость АП высокая При температуре выше 150°С заметно разлагается (индукционный период 8 —10 ч) При температуре 370±30°С происходит быстрый распад, который может оканчиваться вспышкой Присутствие примесей, особенно меди железа, ускоряет распад АП АП не плавится Растворимость АП при температуре +25°С’ в воде —24,92 г на 100 г воды, в ацетоне — 2,26 г на 100 г растворителя, в этаноле—1,907 г на 100 г растворителя, в бензине и бензоле — нерастворим
Химическая активность’ к действию минеральных кислот АП устойчив, со щелочами легко вступает в реакцию обменного разложения, с металлами сухой АП не взаимодействует Продукты коррозии металлов сильно понижают термическую стойкость АП
АП чувствителен к механическим воздействиям. Органические добавки в количестве от 3 до 30% повышают чувствительность, и работа с такими смесями является взрывоопасной
АП —вещество токсичное, способен, в особенности мелкие фракции, проникать через неповрежденную кожу Вызывает изменения функционального состояния центральной нервной системы, угнетает функцию щитовидной железы, печени Предельно допустимая концентрация в воздухе —1 мг / м3, в водоемах—5 мг / дм3
В промышленности существуют два способа получения АП’ обменный (обменная реакция NaClO4, НС1, NH3) и нейтрализационный (реакция нейтрализации 62% НС1О4, NH3)
Основные стадии производства’ кристаллизация, фильтрация, сушка, фракционирование
В зависимости от требований, предъявляемых к конечному про лдукту, АП выпускается
— влажный валовый АП с dcp =210 — 230 мкм
— сухой модифицированный АП (СМАП) марок Д-З15+1 dcp =210 —230мкм, Д-160 с </ср = 120 - 130 мкм, Д+315
Перхлорат бис(этилендиамин) медь(П) 353
------------
= 330 МКМ, К-700+500 с dcp =530 —550 мкм, К-630+400 с jfP = 450 -470 мкм
rfcp — мелкокристаллический АП (МКАП) марки К-50 с j =25 -27 мкм
ср — высокодисперсный АП (ВДАП) марки РА с </ср =8 — 12 мкм и с удельной поверхностью 6 — 10 тыс см2 / г
— ультрадисперсный АП (УДАП) с dcp =0,7 — 1,2 мкм и с удельной поверхностью 17-30 тыс. см2 / г.
СМАП от влажного валового АП отличается малым содержанием остаточной влаги (не более 0,05%), округлой формой кристаллов, узким спектром распределения и широким набором фракций
УДАП получают тремя способами’ газофазным синтезом, методом сублимации, измельчением в бисерной мельнице в жидком носителе
В зависимости от композиций топлив используют 1-, 2-, 3-, 4-фракционные рабочие смеси АП различного соотношения
Шумахер Н Перхлораты свойства, производство и применение — М 1963, Механизм, кинетика и катализ термического разложения и горения перхлората аммония / Пер с англ — Новосиб , 1970, Энтальпии образования компонентов 1987
Л Н Макеева
Перхлорат бис(этилендиамин) медь(Н)
[Cu(H2NCH2CH2NH2)2 ](С1О4)]—координационное соединение перхлората двухвалентной меди и этилендиамина, фиолетовые игольчатые кристаллы (из воды), Твсп 260 —265°С, плотность 1,96 г/ см , растворимость в воде 11 г в 100 мл (20°С), нерастворимо в боль
шинстве органических растворителей Энтальпия образования - 483,2 кДж/моль, теплота взрыва 3850 кДж/кг, критический диаметр детонации 2,7—3 мм Получают при взаимодействии водного раствора
перхлората меди и 50% раствора этилендиамина В зависимости от условий синтеза может получаться в виде полугидрата Быстрогоря-Щее ВВ, скорость горения 290 мм/с при давлении 100 атм Одно из самых безопасных быстрогорящих ВВ
Gmelin Handbuch der Anorgamchen Chemie, Kupfer, Tail B, Lieterung 1, Springer •'‘inditsku VP., Foqelzanq AE, Dutova TY, Eqorshev VY The Ma^ 4 ®e^avior °1 Chemically Bonded Metals in the Combustion of Energetic iqnxen,s Containing Various Oxidizers//Proc Inter Conf on Combustion, Moscow, Ш94 Vol 2 P 66 69
В П Синдицкии
^«Рхлорат калия КС1О4 изоморфен с пермарганатом калия и Ует с ним смешанные кристаллы Полиморфное превращение льн СХ°ДИТ ПРИ температуре 293 —310°С и сопровождается значите-ым увеличением объема и поглощением тепла 13,76+0,17
Перхлорат натрия
355
354
Перхлорат лития
кДж/моль Плотность кубической модификации составля 2150—2180 кг/м3 Растворимость в воде ПК при нормальной ТемпСТ ратуре незначительна, но с повышением температуры она возрастает' Гигроскопичность и слеживаемость чистого ПК незначительны На личие примесей повышает гигроскопичность, но незначительно В 0 ганических растворителях ПК растворяется слабо, стоек к кислотам Смеси ПК с горючими менее чувствительны к тепловым и механическим импульсам, чем смеси на основе хлората калия
Ускоряют разложение ПК добавки MnO2, MgO, Сг2О3, СиО Си; добавки А12О3 и СаСО3 на разложение не влияют Наиболее высокой каталитической активностью отличается смесь двуокиси марганца и окиси никеля, взятых в соотношении 2 1 Ускоряющее действие на разложение ПК оказывают также оксиды железа, кобальта и вольфрама. Разложение ПК в присутствии органических горючих и воспламенение смесей горючее-ПК начинаются при температуре 230 — 290°С, а смесей ПК-углерод —при 300 —360°С Снижают темпе-
ратуру разложения и металлические горючие Высокое содержание свободного кислорода (46%), низкая гигроскопичность (за 10 сутпри выдержке над водой при 20°С поглощает всего 0,45% воды) и относительно низкая чувствительность смесей на его основе к механическим воздействиям определили широкое использование ПК в пиротехнических составах различного назначения —осветительных, фотоосве-
тительных, сигнальных, трассирующих, воспламенительных, зажигательных, замедлительных, звуковых
Хорунжий Б И , Ильин К Г Термографическое исследование перхлоратов калия, натрия и лития // Изв вузов Химия и химическая технология —1972 -Т 15 -Вып 2, Мадякин Ф И Силин И А Компоненты гетерогенных горючих систем -М ЦНИИНТИ, 1984
ф И. Мадякин
Перхлорат ЛИТИЯ ЬС1О4 обычно является тригидратом Теплота гидратации равна 59,41 кДж/моль При 100°С тригидрат теряет две молекулы воды, а при 130°С образуется безводная соль (в вакууме или при сушке в потоке сухого воздуха) С аммиаком ПЛ образует три аммиаката, содержащих 2, 3 и 5 молекул аммиака на молекулу соли В спирте и органических растворителях растворимость 1 выше, чем у всех остальных перхлоратов щелочных металлов Замет ное разложение ПЛ начинается при температуре выше температур^ плавления В интервале температур 400 — 450°С при разложении о разуется О2, LiClO3 и L1C1 Последний оказывает каталитическ^ влияние на процесс разложения При температурах выше 800 в зовой фазе продуктов разложения ПЛ появляется С12, котор
оказывает каталитическое действие ПЛ отличается высоким ТаК пжанием активного кислорода (60,1%), что дает возможность С°Дзить содержание окислителя в топливе до 75% и тем самым улуч-СН ть технологические и физико-механические характеристики ПЛ етоксичен, обладает высокой плотностью, термостабилен (темпера-па начала разложения на 160°С выше, чем у перхлората аммония); смеси на его основе отличаются малой взрывоопасностью Главным недостатком, сдерживающим широкое применение ПЛ в качестве окислителя твердых ракетных топлив, является высокая относитель-
ная молекулярная масса продуктов их сгорания, что снижает удельный импульс. Кроме того, температура продуктов сгорания топлив с ПЛ выше, чем с NH4CIO4, а количество образующегося дыма больше Другим недостатком ПЛ является трудность удаления из него кристаллизационной воды и высокая гигроскопичность Высушенный ПЛ очень быстро поглощает влагу из воздуха даже при 20% относительной влажности ПЛ является довольно дорогим и дефицитным продуктом В пиротехнических составах ПЛ не применяется.
U Шумахер И Перхлораты Свойства, производство и применение — М.. Госхимиз-дат, 1963, Хорунжий Б И , Ильин К.Г Термографическое исследование перхлоратов калия, натрия и лития // Изв вузов Химия и химическая технология —1972 — Т15 -Вып 2
Ф И Мадякин
Перхлорат натрия NaClO4 имеет кубическую кристаллическую решетку, гигроскопичен, хорошо растворим в воде, спирте, ацетоне и других органических растворителях. С водой ПН образует моногидрат. Теплота гидратации 8,41 Дж/моль. С аммиаком он образует тетрааммиакат. На термограммах ПН, полученных методом ДТА, отмечаются эндотермические эффекты полиморфного превращения—при 313°С, плавления — при 473°С и комбинация эндо- и экзотермического процессов —при 570 — 640°С (накладывающиеся друг на друга процессы разложения ПН и кристаллизации NaCl) МпО2 и его смесь с N1O сдвигают начало разложения в сторону более низких температур (до плавления), при этом разложение носит экзотермиче-СКИи характер Продуктами разложения ПН являются NaCl и О2
Известно применение ПН в твердых ракетных топливах, освети-^•тьных и фотоосветительных составах Широкому использованию препятствуют высокая гигроскопичность и значительная чувст-и^ЬНость смесей на его основе к внешним воздействиям
Б ф ^вски’1 А А Основы пиротехники -М Машиностроение, 1973, Ормонд Перхло ₽уктура неорганических веществ — М -Л Гостехиздат, 1950, Шумахер И раты Свойства, производство и применение — М.: Госхимиздат, 1963
Ф П. Мадякин
356_____________Перхлорат трис(семикарбааид)никель(П)
Перхлорат трис(семикарбазид)никель(Н) [Ni(H2NHNCONH2)3](ClO4)—координационное соединение Пе лората двухвалентного никеля и семикарбазида, голубые призма^ ческие кристаллы (из воды), Твсп 280-290°С, плотность /92 г/см3, растворимость в воде 115гв 100 мл(20°С), плохо раствори'Мо в спиртах, нерастворимо в большинстве органических растворителей° Энтальпия образования -920,5 кДж/моль, теплота взрыва 3900 кДж/кг, критический диаметр детонации меньше 3 мм Получают П при взаимодействии водного раствора перхлората никеля и свободно го основания семикарбазида или путем обработки смеси нитрата никеля и гидрохлорида семикарбазида раствором щелочи с последую-щим выделением внутреннего комплекса [Ni(H2NNCONH2)2] и обработкой его хлорной кислотой. Быстрогорящее ВВ, скорость горения 380 мм/с при давлении 100 атм
Николаев А В , Савельев 3 А и др // Коорд химия —1976 — Т 2(9) - С 1234 В П Синдицкий
Перхлораты неорганические Перхлораты щелочных металлов и аммония представляют собой белые или бесцветные кристаллические вещества Все они за исключением П лития при нормальной температуре имеют ромбическую решетку, которая при повышенных температурах переходит в кубическую При этом чем больше масса катиона, тем ниже температура полиморфного превращения П. лития плавится при температуре 235 —247°С, QnjI =20,3 кДж/моль Остальные П не имеют определенной температуры плавления, так как они начинают разлагаться еще до плавления, и плавится уже смесь П. с продуктом его разложения. Быстрое разложение П щелочных металлов происходит сразу же после плавления, при этом на термограммах отмечается экзотермический эффект Температура начала кипения NaClO4 527°С, KCLO4 — 619°С, RbClO4 —635°С, CsClO4 — 630°С Установлено, что стабильность иона С1О4 — возрастает с увеличением радиуса катиона, что объясняется его поляризующим действием Энергия активации реакции разложения для NaClO4, КС1О4 и CsClO4 составляет соответственно 117, 125,5 и 146 кДж/моль Эффективным катализатором разложения этих П является МпО2 При разложении LiC1O4 наблюдается выделение С12 и С1О2 Кривые разложения LiC1O4 и NaClO4 имеют автокаталитический характер. Разложение КСЮ4, RbClO4 и CsClO4 описывается уравнением 1-го порядка Разложение П лития, натрия, магния и щелочноземельных металлов протекает с выделени ем тепла 25 — 30 кДж/моль П щелочноземельных металлов
________Перхлорильные соединения 357
пЛного перехода не имеют В результате разложения П ба-П°ЛИ боазуются оксид и хлорид бария, хлор и кислород Разложение Рия аГНИЯ и свинца идет до оксидов металла, хлора и кислорода Бо-инстао органических горючих приводит к резкому снижению ЛЬ еоатуры начала разложения П , при этом начавшееся разложе-76 е сопровождается взаимодействием с горючим и выделением зна-Нительного количества тепла Интенсивное взаимодействие П калия, я и бария со сплавом AM начинается при температуре выше 464°С т е после плавления сплава Основные характеристики П приведены ниже
Основные характеристики перхлоратов металлов и аммония
Вещество Po. кг/м5 гпл < "с Р > С - Д//2У8°, кДж/ - ^298°. кДж/ моль К СР298°. Дж/ моль К Содержание активного О 2, % Коэффициент Демидо
L1CIO4 NaCLO4 КСЮ4 RbC104 CsClO4 Mg(C104)2 Ва(С1О4)2 NH4CIO4 2430 2540 2530 ЗОЮ 3320 2600 2740 1950 235-247 2570 525 — 620 588-606 562 — 577 240 505 сублимирует 310-502 468-482 375-580 457 — 642 380-628 380-490 400 130-150 320-450 380 — 510 330- 570 440 — 600 434,59 434,55 295,77 380,74 482 — 600 430,12 163,59 175,31 184,18 125,52 382,75 151,04 108,49 128,07 105,02 142,26 112,4 34,6 27,5 50,2 33,3 34,0 60,2 111,29 46,2 2,89 3,63 1,99 3,0 2,10
Карапетьянц М X , Карапетьянц М Л Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ — М Химия, 1968, Шидловский А А Термохимия перхлоратов металлов // Труды МХТИ им Д И Менделеева — 1967 — оып 53
Ф П Мадякин
р*РКЛо₽ИЛЬНЫС соединения — соединения с группой связанной с углеродом или азотом О-ПС (О —С1О3) чаще на-(рп^°Т пеРхл°ратами. Амид хлорной кислоты и его замещенные N-C1O3) получают взаимодействием аммиака или аминов с геп-Ксидом хлора (С12О7) или перхлорилфторидом (FC1O3) N-ПС
358 Пестицидное средство
Пестицидный состав
описаны как жидкости или плохо кристаллизующиеся твердые ве ства, малостабильные при комнатной температуре Водород при азо те в N-ПС легко замещается различными катионами с образовани мало растворимых солей Все они имеют характерную сильную поло1 су Vas СЮ 1105-1110 см-1 в ИК-спектре Та же полоса у свободных N — Н кислот лежит в области 1180— 1260 см- В присутствии ката лизаторов Фриделя — Крафтса перхлорилфторид реагирует с ароматическими соединениями, не содержащими сильных акцепторных заместителей, образуя перхлорилароматические соединения со связью С —СЮ3, устойчивые при перегонке в вакууме и с паром в кислой и нейтральной среде. В химическом отношении они напоминают соответствующие ароматические нитропроизводные, в частности, нитруются серно-азотными кислотными смесями и сульфируются серной кислотой. В n-фторперхлорилбензоле под действием алкоголятов замещается в первую очередь фтор Однако и С1О3-группа довольно легко замещается под действием нуклеофилов Как С —, так и особенно N—ПС детонируют при ударе и нагревании. Они запатентованы как инициирующие В В или компоненты такого рода композиций Для М-(т-перхлорилфенил)-М'-метил-М'-метоксимочевины, исследовавшейся на гербицидную активность, чувствительность к удару составляет 50% (груз 2 кг, высота 100 см), что несколько выше, чем у гексогена Экзотермический пик на кривой ДТА наблюдался для нее при 216°С За последние 10 лет новых сообщений о ПС не отмечено Хупюрецкий В М , Охлобыстина Л В , Файнзилъберг А.А // Успехи химии -1967 — №36 С 377-98
В М Хуторецкий
Пестицидное средство —пиротехническое средство для борьбы с вредными организмами ПС могут быть в оболочке (рис 1) и
без нее (серные таблетки, таблетки на основе перметрина, шнуровые
а б
Рис 1 Шашка Г-17 в —в оболочке, б —в разрезе
составы па основе гексахлорана (у-гексахлор-циклогексана), дирола и трилана). Шашки Г-17 используются для протравливания семян, борьбы с вредителями ово щей, плодовых и техни
ческих культур
Ф р Мадякин
359
песТИЦИДНЫЙ состав —пиротехнический состав, горение ко-1 ого сопровождается образованием аэрозолей, содержащих веще-Т ва губительно действующие на различные вредные организмы тт «меняется для снаряжения пестицидных средств Среди ПС выделяются инсектицидные —для уничтожения вредных насекомых; ака-ицидные —для борьбы с клещами и фунгицидные —для борьбы с г лбами, бактериальными и вирусными заболеваниями растений, клубней, плодов и т д. Фунгицидные составы можно использовать для обеззараживания и дезинфекции обмундирования, помещений и военной техники, стерилизации космических аппаратов и создания лекарственных аэрозолей при борьбе с рядом эпидемий В большинстве ПС аэрозолеобразователь (инсектицид, акарицид, фунгицид или лекарственное вещество) вводят в готовом виде; при сгорании состава он возгоняется с последующей конденсацией, образуя аэрозоль Пестициды должны обладать высокой активностью по отноше-
нию к вредным насекомым, вирусам и т д. при малом расходе токсиканта; быть относительно безвредными для животных и людей; не должны терять свою активность под воздействием воздуха и солнечного света в течение заданного времени; не должны иметь неприятный запах и угнетать растительность В качестве инсектицидов используются ДДТ, гексахлорциклогексан (ГХЦГ), хлорциклодиены. Для возгонки пестицидов применяются термические смеси на основе КС1О3, органических горючих и пламегасителей Составы на основе ГХЦГ используются для снаряжения шашек Г-17, «Гамма». Для уничтожения вредных насекомых в помещениях разработаны пиротехнические составы на основе перметрина. Для борьбы с мучнистой росой роз, яблонь и других культур используется фунгицидный состав, содержащий, %• дихлорнафтохинон —58, хлорат калия —22, хлористый аммоний —10, дициандиамид — 5, антрацен — 5 На основе параформальдегида разработан бактерицидный состав В акарицидных составах используют тедион, кельтан и ди лор Для обеззараживания теплиц, парников и овощехранилищ разработаны серные шашки. содержащие 75% серы и 25% термической основы На основе У-изомера ГХЦГ, трилана и дилора с использованием эластомеров и латексов разработаны термопластичные составы, сгорающие с образованием аэрозоля без наличия на пироэлементе оболочки Универсальной термической основой аэрозолеобразующих составов являются НитРаты целлюлозы, азидопентон и измельченные пороха
Ф П Мадякин
"*ТрОвского ЭффСКТ —явление, связанное с разрывом (зату-ем) детонационного процесса в детонационноспособном заряде
360
Пикраты
нарастающей плотности при распространении детонации в напо нии возрастания плотности Открыт в 1960 г Разрыв детонацион Ле~ процесса происходит на участке плотностью 1,2 — 1,3 г/см3 при с не механизма детонации, протекающей в малоплотной части за по баллистическому механизму с низкой —до 4000 м/с — скоростью а в высокоплотной части заряда — по ударноволновому (центровом i механизму со скоростью более 5000 м/с Явление разрыва (затуха ния) детонационного процесса зависит от крутизны нарастания плот ности заряда dp / dx При этом чем крутизна больше, тем более веро ятен разрыв детонационного процесса Установлено, что разрыв де тонационного процесса в зарядах из баллиститного пороха в стальной трубе диаметром до 100 мм осуществляется при dp / dx > 1500 кг / м4
ПЭ имеет принципиальное практическое значение при проектировании и эксплуатации устройств для проходного прессования бал-листитных порохов.
Г А Нишпал
ПикраТЫ — соли пикриновой кислоты (тринитрофенола) П металлов — кристаллические вещества от желтого до темно-красного цвета Большинство из них кристаллогидраты, теряющие воду при нагревании свыше 100°С Плотность в зависимости от катиона и количества кристаллизационной воды — от 1,5 до 2,8 г/см3, Гвсп выше 250°С (для соли Li моногидрата плотность 1,72—1,74 г/см3, Гвсп 310 — 320°С; для соли РЬ моногидрата плотность 2,831 г/см3, Гвсп 260 —270°С). Плохо растворимы в воде (кроме солей Li и Na), ограниченно—в спирте, ацетоне, нерастворимы в бензоле. П органических оснований и аммиака —вещества от бледно-желтого до оранжевого цвета, обычно очень плохо растворимы в воде и органических растворителях, что используется для выделения и идентификации органических оснований П аммония имеет плотность 1,717 г/см , Тпл 265 —270°С, Гвсп 310 — 320°С, энтальпию образования -407,3 кДж/моль, теплоту взрыва 3360 кДж/кг, скорость детонации 7040 м/с при плотности 1,60 г/см3 П металлов получают взаимодействием пикриновой кислоты с оксидами, гидроксидами или карбоната ми металлов; плохо растворимые П получают обменной реакцией Na или Li и солей соответствующих металлов П аммония выделяют насыщением водного раствора пикриновой кислоты аммиаком ВВП менее мощные, чем тринитрофенол П аммония применяет в смесевых ВВ для снаряжения боеприпасов. П металлов облада
Пироболт 361
----------------------------
высокими скоростями горения, чем исходный тринитрофенол. ^большую скорость горения имеет П. РЬ — 254 мм/с при давлении 00 атм, что почти в 50 раз больше скорости горения тринитрофено-
1 г отлов Б С , Фогельзанг А Е В сб. «Теория взрывчатых веществ» // Труды утИим Д И.Менделеева - М.. Высшая школа, 1967 —Вып 53 —С.328 —338, в* tki Т Chemistry and Technology of Explosives Vol 2 — Pergamon Press, 1965
UrM В П Синдицкий
ПиробОЛТ — пиротехнический энергодатчик, представляющий собой корпус с запрессованным пиротехническим составом и пиротехническим воспламенителем, предназначенный для соединения и последующего автоматического разъединения путем расплавления паяных швов различных узлов в ракетно-космической технике
Ф П Мадякин
ПирОНагрСВаТСЛЬ —пиротехнический энергодатчик для приведения в действие электрохимических батарей путем разогрева электрохимических элементов, представляющий собой пиротехнический элемент со строго контролируемыми составом, массой и размерами
Ф.П Мадякин
Пиростатика-раздел внутренней баллистики, в котором изучается горение пороха в постоянном объеме Горение пороха исследуется в простейших условиях, когда исключается движение снаряда, отсутствует изменение объема и газы не совершают внешних механических работ В П дается методика определения баллистических характеристик пороха и закономерностей образования газов, которые в дальнейшем применяются к определению давления в канале орудия при выстреле, т е в условиях переменного объема Прибор, в котором изучаются законы образования газов при горении порохов в постоянном объеме, называют манометрической бомбой Манометрическая бомба —основной прибор П , позволяющий установить взаимосвязь между баллистическими характеристиками пороха, условиями заряжания и опытными данными
Общая формула (закон) П устанавливает зависимость давления в промужуточный момент времени от относительной доли сгоревшего пороха 0Р), веса (со), силы (f), коволюма (а), плотности (8) пороха и 0 ъема бомбы (гс?0) Р = Ро + /со'Р / гс’О - со / 8 - (а - 1 / 8)соу, где Ро —давление, развиваемое воспламенителем
Кет”Т^ЯК08 Е Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ра-М Оборонгиз, 1962
А А Сулимов
Пиротехника Общие понятия
362
Пиротехника. Общие понятия п -отрасль науки и т ники, занимающаяся разработкой и производством пиротехническ * составов и средств, изучением закономерностей процессов горени составов и эффектов действия средств
Пиротехническое средство — устройство для получения пиро технического эффекта, обеспечиваемого горением пиротехнического состава
Пиротехнический состав — механическая смесь тонкоизмель-ченных твердых или твердых и жидких компонентов, выделяющая при горении световую и тепловую энергии и образующая газообразные и конденсированные продукты
Инертный состав — механическая смесь измельченных твердых и жидких веществ, не воспламеняющаяся от воздействия кратковременных механических и тепловых импульсов Применяется в качестве предохранительного слоя от воздействия тепловых и механических импульсов, для инертного снаряжения боеприпасов и макетов изделий, а также при отработке технологического оборудования
Пиротехнический элемент — тело определенной геометрической формы из пиротехнического состава в оболочке и без нее
Пиротехническая шашка — пиротехнический элемент в оболочке, предназначенный для снаряжения пиротехнических средств
Пиротехнический факел —пиротехническая шашка из осветительного пиротехнического состава и пиротехнического состава сигна-
льного огня
Пиротехническая таблетка — пиротехнический элемент без оболочки, предназначенный для последующего прессования из него шашек, а также применяемый как самостоятельный элемент для снаряжения пиротехнических средств
Пиротехнический патрон —устройство, в котором посредством гильзы объединены пиротехнические элементы, метательный заряд и средство инициирования
Реактивный патрон — устройство, состоящее из пусковой трубки (гильза и средство инициирования) и корпуса с пиротехническими элементами и реактивным двигателем.
Компонент пиротехнического состава — вещество, являющееся составной частью пиротехнического состава
Пиротехнический окислитель — компонент пиротехнического состава, служащий для окисления горючего и добавок при горе пиротехнического состава
Пиротехника с нитратами
Пиротехническое горючее — компонент пиротехнического соста-пособный вступать в реакцию горения с окислителем с выделением тепловой энергии
Пиротехническая добавка — компонент пиротехнического соста-обеспечивающий получение или усиление эффекта при горении пи-82технического состава, безопасность, а также улучшение технологич-ти изготовления составов и пиротехнических элементов из них
Ф П. Мадякин
ПирОТвХНИКа С нитратами. Нитраты —неорганические и органические соли азотной кислоты Неорганические Н.— бесцветные или белые кристаллические вещества, составляющие большую группу окислителей пиротехнических составов Увеличение массы катиона Н приводит к уменьшению доли О2 в нем и, как правило, увеличению его плотности (см. табл ) Удельная теплоемкость и теплота образования Н щелочноземельных металлов приблизительно в два раза выше, чем Н щелочных Все Н щелочных металлов, за исключением LiNO3, при нагревании претерпевают полиморфные превращения Переход р->а у NaNO3 происходит при 275°С, KNO3 —127,7°С, RbNO3 — 29ГС, CsNO3 — 156°С и связан с затратами тепла (для KNO3 они равны 5,45 кДж/моль) Разложение Н щелочных металлов начинается при нагреве выше температуры плавления на 100 — 200°С и протекает по реакции 2MeNO3 =2MeNO2 + О2 При температуре 460 —600°С разложение протекает по реакции 2 MeNO2 = Ме2О + N2 + 1,5 О2; при 600 —800°С процесс разложения сопровождается выделением бурых паров оксидов азота При температуре выше 800°С, особенно в присутствии сильных восстановителей, реакция разложения заканчивается образованием свободных металлов Н щелочноземельных металлов полиморфных превращений не претерпевают, но их разложение также протекает в несколько стадий, включающих стадии образования нитрида и оксидов При увеличении радиуса катиона у Н щелочных и щелочноземельных металлов наблюдается повышение температур плавления и разложения
Реакции разложения Н всех металлов эндотермичны, но протекают достаточно энергично и носят аутокаталитический характер и м оолыпе атомная масса катиона, тем выше теплота разложения Н тем больше необходимо затратить тепла па выделение 1 грамма кис-Р°да Большинство металлических горючих (порошки Zr, Ti, Al, ли ’ СПлава К-20 и AM) снижают температуру разложения Н и уве-в Ва,0Т СКОРОСТЬ разложения. Начало интенсивного взаимодейст-
между н и сплавом AM при скорости нагрева 20°С/мин в
364
Пиротехника с нитратами
к/^ж/г О2 - 4,60 -6,49 - 7,79 - 8,13 - 8,38 -4,81 Г Примечание Данные в последних четырех графах рассчитаны для случая разложения Н металлов до оксидов металла, М2 и |О2, аммония —Н2О, N2, О2 |
5 К ч О - 183,96 - 259,70 - 311,7 - 325,1 - 335,1 - 384,7 - 432,7 119
Коэффициент Демидова X. X 3 00 2 СМ~ j U* CM*" См" РО хг см РП
жание актив- О- 'Г. ’'Я П. °° °-
Температура, °C, начала g s § gQS j! g * в g g о о о о о о о OOOOgj-OOlQ™ § й 8 S « 3
У LOOOCMLOOl/DO т^СТЭя-1ЛООГ*
к см о CM . о о £ X S- £ ! 1
р xroot^l/ixroooo
- Д^298° , кДж/ моль 482,29 467,4 492,71 490,40 494,13 975,92 991,6 365,4
Ср298°. Дж/(м оль К) 89,12 93,16 96,27 97,07 97,00 160,48 150,92
X ооо ото оо о о т т гм -г- cd см s смсмсмсмтсмт-т- । I I ~ 3 I 1 I S g й 3 о й Я 2 Я S
Массо-о2, % 69,62 56,47 47,48 32,55 24,63 45,36 36,73 60,00
S в н <S LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3 CsNO3 Sr(NO3)2 Ba(NO3)2 NH4NO3
Пиротехническая шашка плавучая сигнальная
365
исимости от природы Н может происходить ниже температуры ^вления сплава —464°С (с NaNO3 при 420 —440°С) или выше этой "емпературы [cSr(NO3)2 при 465-490°С, с Ba(NO3)2 при 510°С] Этот факт является важным и отражается на процессе горения смесей окислитель-металл Если взаимодействие окислителя с AM начинается раньше плавления частиц сплава, то к моменту плавления они по-ываются прочной оксидной пленкой, которая предохраняет частицы от агломерации В случае же смесей с нитратами стронция и бария такая пленка не образуется, и в процессе горения наблюдается значительная агломерация частиц сплава Нитраты металлов находят при-
менение в осветительных, трассирующих, сигнальных, воспламенительных и других пиротехнических составах и топливах пиротехнического типа Неметаллические нитраты начинают разлагаться при низкой температуре с образованием только газообразных продуктов и выделением тепла Практического применения в ПС они не нашли
Шидловскии А А. Основы пиротехники М • Машиностроение, 1973, Миниович МА Соли азотной кислоты (нитраты) — М Госхимиздат, 1946
Ф П Мадякин
Пиротехническая шашка плавучая сигнальная
-сигнальное пиротехническое средство для подачи сигналов в дневное время, представляет собой корпус с пиротехнической шашкой из дымового пиротехнического состава, поплавком и грузом для устойчивости на воде (рис 1)
4 5 6 7
Рис 1 Плавучая сигнальная пиротехническая шашка 1 — колпачок, 2 —воспламенительное устройство, 3 —крышка, 4 —корпус, 5 —диафрагма, 6 —дымовая шашка, 7 —груз, 8 —дно
Корпус шашки стальной цилиндрический с герметически зака-Нымдном и крышкой На дне корпуса находится груз, обеспечи-Щий устойчивость шашки на воде. Пиротехническая дымовая
366____________________Пиротехнические составы______
шашка, представляет собой бумажную оболочку с запрессованным нее дымовым и воспламенительным составами На шашку устанавл В вается диафрагма со штуцером. В крышку ввернуто воспламенитель ное устройство ударного типа с колпачком Свободный объем внут корпуса обеспечивает плавучесть шашки на воде. Шашка приводите в действие следующим образом С воспламенительного устройства снимают предохранительный колпачок, выдергивают за кольцо чеку из отверстия бойка Освободившийся боек под действием силы сжатой пружины накалывает капсюль-воспламенитель Шашку бросают в воду Луч огня от капсюля воспламеняет замедлитель, который через 4 — 5 с поджигает воспламенительный состав. Продукты сгорания воспламенительного состава направляются по трубке на состав дымового блока и одновременно разрушают фольгу в газовыходных отверстиях цокольной гильзы. При горении состава дымового блока образуется дым, который через отверстия выходит в атмосферу, создавая цветную полосу аэрозоля.
Ф П Мадякин
Пиротехнические состави ло гетерогенные смеси, способные к самостоятельному горению и дающие при горении световой, тепловой, дымовой или динамический эффекты. ПС используются в военном деле и народном хозяйстве (в промышленности, на транспорте, для фейерверков и салютов, при научных исследованиях) В зависимости от назначения ПС делятся на осветительные, фотоосве-тительные (фотосмеси), трассирующие, инфракрасного излучения, зажигательные, сигнальные, дымовые, безгазовые, газогенерирую-
щие, воспламенительные, свистящие, имитационные, целеуказательные и т д. Многие из этих составов применяются в различных средствах, например, осветительные составы можно использовать в трассирующих и сигнальных средствах. Среди ПС, применяемых в народном хозяйстве, следует выделить фейерверочные, термитные, для воздействия на переохлажденные облака и туманы, газогенерирующие, пестицидные, для получения тугоплавких металлов и соединений, чистых газов, подогрева пищи и защиты садов, спичечные, составы для уменьшения усадки и образования раковин в процессе охлаждения расплавленного металла, подогрева металла перед свар кой, создания плазмы и выработки электроэнергии, снятия напряже ния в сварных швах и т д ПС также делятся на пламенные (белопла менные, цвето-пламенные, составы с преимущественным излучением в ультрафиолетовом или в ИК областях спектра), тепловые (термит по-зажигательные, безгазовые, малогазовые), аэрозолеобразую (белого и черного, цветного, инсектицидного дыма, для воздеиств
Пиротехнические составы
367
блака и туманы и т.д.), газогенерирующие, с равномерным и пе-”а ическим излучением. По технологическим свойствам ПС делят-Ри°а порошкообразные, включая и гранулированные, термоэластоп-СЯ тичные и литьевые Порошкообразные и гранулированные соста-ла прорабатываются глухим, порционным или гидростатическим ВЫ ссованием, вибрацией или шнекованием Термоэластопластичные ПС можно перерабатывать методом глухого и проходного прессования литья под давлением, вальцеванием и гидростатическим прессо
ванием Из литьевых составов изделия готовят литьем под вакуумом или свободной заливкой с последующим отверждением или вулканизацией жидкой составляющей. Независимо от назначения ПС должны давать при сгорании максимальный специальный эффект при минимальном расходовании состава. Специальный эффект определяется назначением состава, его природой и условиями сжигания Ве-
щество или вещества, определяющие специальный эффект, вводятся в состав в готовом виде (краситель, реагент и т д ) или образуются в
результате горения; они должны легко воспламеняться от воспламенительного состава или продуктов сгорания вышибного заряда, но не воспламеняться при небольшом повышении температуры или попада-
нии искры; сгорать равномерно или в пульсирующем режиме с определенной скоростью; обладать химической и физической стойкостью при длительном хранении (получаемый при горении эффект не должен ухудшаться в течение заданного времени хранения); иметь возможно меньшую чувствительность к механическим импульсам и минимальные взрывчатые характеристики; обладать минимальной зависимостью скорости горения от давления и температуры, не содержать в себе дефицитных, токсичных и не имеющих широкой отечественной сырьевой и производственной базы компонентов Технологический процесс подготовки компонентов, приготовления составов, формования пироэлементов и снаряжения изделий на их основе должен быть простым, безопасным и допускать возможность механизации и автоматизации производства. Изделия из ПС должны обладать Достаточной механической прочностью и не разрушаться при тряске, транспортировании и эксплуатации. Кроме общих требований, к ПС ^зависимости от их назначения и условий применения предъявляст-
Ряд специальных требований, например, устойчивость горения в кууме, при больших скоростях обдува и вращении, при низких тем-ПеРатурах и т.д.
Ф П Мадякин
Пиротехнических составов гранулирование
369
368 Пиротехнические составы безгазовые и малогазовые
Пиротехнические составы безгазовые и малогаз ВЫе представляют собой самостоятельную группу пиротехнич ' ских, так называемых тепловых составов, которые находят Широко применение в народном хозяйстве, космической и военной технике Одним из видов БМПС являются термитные составы, широко испо льзуемые для сварки проводов, рельсов, приварки к ним элементов заземления, в зажигательных боеприпасах и т д БМПС широко ис пользуются в качестве замедлителя, для получения электрического тока, подогрева пищи, получения новых материалов Отличительное свойство, присущее большинству БМПС, — малая зависимость скорости горения от внешнего давления Термин «безгазовые» составы можно отнести к разряду условных, так как в момент реакции, протекающей при высокой температуре, эти составы образуют некоторое количество газообразных продуктов, при охлаждении превращающихся в твердые вещества.
В качестве горючих в БМПС используют порошки металлов, а в качестве окислителей — оксиды и хроматы металлов
Шидловскии А А Основы пиротехники -4-е изд М Машиностроение, 1972
И А Абдуллин
Пиротехнические составы с азидами органическими Среди органических азидосоединений в качестве компонента гетерогенных горючих систем (ГГС) исследованы азидоэтанол, 2,4,6-азидоэтоксисимметричный триазин (ТА) и поли-3,3-бис(азидо-метил)оксетан (азидопентон, АП-3,3) Азидоэтанол улучшает специальные характеристики многих пиротехнических составов и топлив, но обладает значительной летучестью, что делает его практическое использование проблематичным Возможно использование ТА в ГГС, но его выпуск не освоен промышленностью Одним из наиболее перспективных азидосоединений является азидопентон, который получается нуклеофильным замещением хлора на азидную группу в поли-3,3-бис(хлорметил)оксетане (пептон)
АП представляет собой термопластичный полимер линейного строения В связи с тем, что он получается методом полимеранало-гичных превращений, его свойства зависят от свойств исходного по лимера, в частности, от его молекулярной массы Однако эти разли чия несущественны Так, температура стеклования азидопентона, по лученного из различных марок пентона, колеблется от - 27 до - 3 >
температура текучести —от 70 до 76°С, температура начала Раз^°жео ния —от 175 до 185°С, начала интенсивного разложения — от 19 205°С Энтальпия образования 544,5 — 599,3 ккал/кг
Азидопентон и композиции на его основе можно перерабатывать методами, пригодными для термопластов Запрессованные ме-В ом проходного прессования образцы азидопентона при атмосферах условиях и давлении окружающей среды до 8,5 МПа затухают г пение становится стабильным при давлении 9 МПа При давлении Ю МПа скорость горения составляет 30 мм/с. Наличие бронировки и3 органических веществ снижает давление устойчивого горения до 2 — 3 МПа, при этом происходит ускоренное сгорание по месту контакта образец-бронировка с образованием конуса Смеси азидопентона с окислителями и горючими могут сгорать при атмосферных условиях Азидопентон растворяется в диметилформамиде, метиленхло-риде, циклогексаноле и других растворителях. По чувствительности к механическим воздействиям и взрывчатым характеристикам он близок к нитратам целлюлозы и порохам на их основе. Азидопентон
представляет интерес как компонент газогенерирующих составов, твердых топлив, пиротехнических аэрозолеобразующих составов термовозгоночного типа, составов и топлив для активного воздействия на облака и т д
Ф П Мадякин
Пиротехнических составов гранулирование-одна из операций в технологическом процессе их приготовления Целью гранулирования является улучшение технологических (например, сыпучих) свойств состава Производится после провялки состава, приготовленного с применением раствора смолы (полимера). Содержание остаточного растворителя в составе перед его гранулированием должно составлять 0,5 — 0,7%, при меньшем содержании гранулы не образуются, а при большем — слипаются Г осуществляется путем продавливания через сетку с ячейкой определенного размера—вручную (при гранулировании малых количеств состава с повышенной чувствительностью к механическим воздействиям) или на специальных аппаратах (грануляторах) В пиротехническом производстве применяются вибрационные грануляторы ПВГ-1 и
Г-2 Возможна водно-эмульсионная грануляция некоторых составов
Шидловскии А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973 —320 с А М Коробков, А М Новцов
370
Пиротехнических составов маскирующие свойства
Пиротехнических составов провяливание
371
Пиротехнических составов маскирующие свойст ВЭ Основными свойствами маскирующей дымовой (аэрозольн А завесы, образующейся при горении пиротехнического состава явл ’ ются объемные показатели рассеяния /Ср (м-1), поглощения Яп(м~1) ослабления /Со(м- ) и угловая зависимость (индикатриса) рассеяния излучения В качестве величины, не зависящей от концентрации дыма, используется безразмерная величина а —вероятность выжива ния фотона, характеризующая степень черноты дыма а = Кр / (Кр + Кп) При разработке маскирующих дымовых средств основной задачей является оценка эффективности дымового состава предназначенного для их снаряжения Основными свойствами маскирующих дымовых составов являются: дымообразующая способность ДС и маскирующая способность МС, м2 / г ДС = Cm(W/)~1 МС = KO(W / яг)-1, где Ст — массовая концентрация дыма, г/м3, т — масса состава, г; IV—объем дыма, м3
Шидловскии А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973
Л И Келъдышева
Пиротехнических составов прессование- способ формования пиротехнических изделий, осуществляемый путем уплотнения состава с использованием пресс-инструмента при определенных механических усилиях (давлении прессования) Необходимое давление прессования создается при помощи гидравлического или механического прессов Различают следующие виды прессования—глухое (одно- или двухстороннее), гидростатическое, проходное Разновидностями глухого прессования являются порционное и послойное Способ П выбирается с учетом геометрических размеров пиротехнического изделия, технологических и реологических свойств состава, а также чувствительности состава к тепловым и механическим воздействиям
Шидловскии А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973 —320 с
А М Коробков, А М Ловцов
Пиротехнических составов приготовление является одной из фаз пиротехнического производства Включает операции дозирование компонентов, их смешение, провяливание, гранулир° вание состава, контроль качества П В зависимости от назначения става, природы входящих в него компонентов, технологиче свойств состава некоторые операции могут отсутствовать (напри^^ провяливание или гранулирование) П может осуществляться в последовательных операций на отдельных аппаратах, агрегатах
иях приготовления составов П. осуществляют в отдельных поме-ЛЙН ях оборудованных специальными двориками и вышибными ок-Ше и для уменьшения степени разрушения при вспышке состава
Аловскии А А Основы пиротехники — М • Машиностроение, 1973 320 с
AM Коробков, А М Ловцов
Пиротехнических составов провяливание-одна из операций в технологическом процессе приготовления лаковых составов Целью провяливания является удаление избыточного количества легколетучего растворителя из состава перед гранулированием Осуществляется путем выдержки состава при комнатной или несколько повышенной температуре Может производиться и в смесителе по истечении основного времени смешения состава с подачей воздуха и при вращающихся лопастях смесителя Шидловскии А А. Основы пиротехники —М Машиностроение, 1973 —320 с
А М Коробков, А М Ловцов
Пиротехнических составов сушка — процесс удаления остаточного растворителя из составов на основе смол или каучуков, приготовленных с применением легколетучих растворителей Осуществляется периодическим или непрерывным способами, в шкафах, камерах или трубчатых сушилках. Температура сушки от 40 до 90°С Время сушки устанавливается по достижении определенного содержания остаточного растворителя в высушенном составе (0,1 —0,2%) Для ускорения сушки процесс производят при пониженном внешнем давлении или продувке теплого воздуха (30 —60°С) через слой состава
Шидловскии А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973 320 с
А М Коробков, А М Ловцов
Пиротехнических составов технологические свойства Наиболее важными ТС являются
— насыпная плотность — отношение массы пиротехнического состава (ПС) к его объему в свободно насыпанном (без уплотнения) состоянии (определяется на приборе, состоящем из мерного цилиндра ва^7г°М 100 См3 И внУтРенним Диаметром 45+0,5 мм; для болыпипст-а С составляет 0,4 —0,6 от предельной плотности,
веп ~ ,1сьтпУчесть — способность ПС вытекать из калиброванных от-Чест^ИИ С опРеделенн°й скоростью; по стандарту определение сыпу-Ми к пРоизводят на приборе, укомплектованном съемными воронка-отве °Нусной ФоРмы (угол конусности 60°) с диаметром выходного
ТИя 4, 6, 8, 10, 14 и 18 мм; мерой сыпучести являются
372
Пиротехнических составов технологические свойства
Пиротехнических средств сборка 373
минимальный диаметр выходного отверстия б?тш , через который п устойчиво вытекает с постоянной скоростью, массовая (V ) и ли / ная (Vx) скорости истечения, определяемые по формулам Vm = 60тт-1, кг/мин-1; I/ = 4т / лб?2тунас , м/с, где т-ма^ ПС, кг; б?—диаметр выходного отверстия, м; упас —насыпная плот ность ПС, кг/м3; т —время истечения, с; сравнение сыпучести ПС обычно проводят при диаметре отверстия 10 мм;
— угол естественного откоса а характеризует подвижность сыпу чих ПС, оценивается величиной угла между образующей поверхностью свободно засыпанного порошка и горизонтальной плоскостью определяется на приборе, состоящем из бункера и основания с дисками и указателем, различают угол естественного откоса ПС в покое (ап) и в движении (адв), причем а дв =0,7 -ап;
— угол внешнего трения а вн — минимальный угол наклона плоскости, при котором частицы материала свободно скатываются с поверхности под действием сил гравитации;
— коэффициент внутреннего трения (Хвтр ) — тангенс угла внутреннего трения Квтр = tg а;
— коэффициент внешнего трения (Квнтр ) — тангенс угла внешнего трения Квнтр = tg авн;
— формуемость (Ф)— характеристика, учитывающая способность ПС к сохранению формы после уплотнения; качественно определяется по внешнему виду пироэлемента: наличию трещин, состоянию поверхности и кромок и т д.; количественно Ф оценивается отношением прочности пироэлемента на сжатие к давлению уплотнения по формуле: Ф = а/Р, где ст—предел прочности пироэлемента па сжатие; Р—давление уплотнения ПС;
— прессуемость —оценивается по давлению уплотнения, которое необходимо для получения пироэлемента с заданной плотностью или по степени уплотнения состава при заданном давлении прессования, для такой оценки используются диаграммы, показывающие изменение плотности сформованных пироэлемсптов от давления уплотнения;
— слеживаемость (С)— склонность ПС к агрегации при хранении и транспортировании; определяется на приборе, состоящем из матрицы, в которую помещаются свежеприготовленный ПС в герметичном полиэтиленовом пакете, и пуансона с грузом общей массой кг; определение слеживаемости производят по формуле С = Р/ < где Р — масса груза, кг; 5—площадь основания цилиндра, см
А М Новцов, А М Коробков
и «©технических средств сборка —одна из фаз произ-твенного процесса, заключающаяся в соединении готовых корпу-В0,Я деталей, гильз, пироэлементов, зарядов, устройств в определен-Ѱ’последовательности, в результате чего получают готовые пиро-Н°Инические средства, полностью отвечающие установленным техни-теХким требованиям С может составлять до 60% от общей трудоемкости изготовления изделий и осуществляется в следующей последовательности подготовка корпусных изделий и деталей; собственно сборка, окраска, лакировка и маркировка собранных изделий; укупорка, формирование партий, испытание средств и сдача их заказчику С массового производства (сигнальные, осветительные, охотничьи патроны, дымовые шашки, осветительные мины, противоградо-вые ракеты и т д.) производится на автоматизированных и механизированных поточных линиях, оснащенных необходимым технологическим оборудованием и приспособлениями.
Шидловскии А А Основы пиротехники - М Машиностроение, 1973 —320 с
А М Новцов, А М Коробков
Пиротехнических элементов формование-одна из фаз пиротехнического производства Производится с целью придания пиротехническим составам определенной формы, плотности и прочности В пиротехническом производстве нашли применение следующие методы формования- прессование (глухое, проходное и гидростатическое), виброуплотнение, литье, шнекование Выбор метода формования зависит от технологичности пиротехнического состава, его реологических свойств, геометрических размеров изделий, чувствительности к тепловым и механическим воздействиям, необходимой плотности
А М Новцов, А М Коробков
Пиротехнический ВОСПЛаменИТСЛЬ-средство для воспламенения пиротехнических составов и твердых ракетных топлив, представляющее собой корпус или мешочек с ДРП, воспламенительным составом с элетровоспламенителем или без него. ДРП и воспламенительный пиротехнический состав могут помещаться россыпью, в виде таблеток или пироэлементов различной конфигурации Корпус может быть сплошным и перфорированным, с центральной перфорированной трубкой или без нее
Ф П Мадякин
Пиротехнический газообразующий состав-пиро-ехнический состав, горение которого сопровождается интенсивным г 1Делением газообразных продуктов Применяется для получения а с Целью использования его в качестве рабочего тела в
374_________________Пиротехнический окислитель_
пиротехнических средствах или чистого газа. ГСП используются средствах для наддува топливных баков, катапультирования пилоВ тов, размыкания и замыкания электрических устройств, приведенц в действие клапанов, резаков, пуска турбин, вытеснения жидкостей Я т.д В зависимости от конкретного применения к ГСП предъявляются различные требования по скорости горения и составу образующихся газов, но в подавляющем большинстве случаев они должны развивать минимальную температуру и не образовывать агрессивных продуктов Все ГСП можно разделить на два типа' 1) все продукты их сгорания газообразные; 2) одна часть продуктов сгорания газообразная а другая находится в конденсированном состоянии и остается на месте сгорания В некоторых случаях допускается образование газообразных и диспергируемых конденсированных продуктов Принципы разработки первых двух типов составов и используемые компоненты отличаются весьма существенно При разработке первого типа состава используются окислители: нитрогуанидин, гуанидиннитрат, нитрат и перхлорат аммония, разлагающиеся с образованием только газообразных продуктов, и органические горючие, которые сгорают с образованием газообразных веществ В некоторых случаях допускается введение в эти составы небольшого количества катализаторов и стабилизаторов горения, например, бихромата аммония и калия, оксидов меди и ванадия При получении чистых газов (N2, О2, Cl, С12, Н2 и т д.) невозможно, чтобы все продукты сгорания состава представляли одно вещество В этом случае ГСП следует строить таким образом, чтобы газообразные продукты состояли только из необходимого вещества, а конденсированные (шлаки) оставались в виде исходного пироэлемента на месте сгорания Например, при горении смеси NaN3 + Fe2O3 + A12O3(SiO2) образуется газообразный N2 и конденсированные Na2O и Fe, которые совместно с A12O3(SiO2) остаются на месте сгорания, сохраняя первоначальную форму образца Такая картина наблюдается при горении смеси дициандиамид-ти-тан без доступа воздуха, по в этом случае газом будет водород, а конденсированными продуктами — нитрид и карбид титана
Ф п Мадякин
Пиротехнический окислитель-компонент пиротехнического состава, служащий для окисления горючего и добавок при горе нии. В качестве ПО могут использоваться различные вещества, кото рые сами или продукты их разложения обладают способностью окис^ лять горючие или продукты их разложения с выделением тепла продуктов горения, необходимых для поддержания стационарно горения смеси и обеспечения требуемого специального эффекта
Пиротехнический резак
375
В качестве ПО широко применяются неорганические кислородсо-ящие соединения — соли (нитраты и перхлораты щелочных и ще-деР оземельных металлов и аммония, хлораты К, Na и Ва, сульфат Са, Л° маты Ва и РЬ, бихроматы К и аммония, карбонаты К, Na, Sr и Ва, ХРоМанганат К и др ), оксиды (Fe, Pb, Си, Zn, Si, Bi, W, Мп) и пероксиды (Ba и Sr) Большинство этих соединений могут выполнять роль ПО в смеси как с металлическими, так и органическими горючими. В смеси с металлическими горючими (Mg, Al, Zr, Ti и т д ) роль ПО могут выполнять S, Р, N2, С, В и соединения, содержащие кислород (тротил, гексоген, октоген, нитрат гуанидина, сахароза, нитраты целлюлозы и др ), галогены (гексахлорбензол, гексахлорэтан, политетрафторэтилен и Др ), серу и азот (сульфиды и нитриды металлов), фосфор, углерод и азот (уротропин) и т д Сложные вещества могут выполнять в смеси роль ПО, если на их разложение требуется меньше тепла, чем выделяется при окислении горючего продуктами его разложения
Все эти простые и сложные вещества при наличии в смеси более активных окислителей (типа хлоратов, перхлоратов и нитратов) выполняют роль горючих Таким образом, можно выделить две группы ПО’ ПО общего назначения и ПО для металлсодержащих смесей ПО
можно разделить на низко- и высокомолекулярные соединения, а также на кислородсодержащие, галогенсодержащие и прочие К ПО предъявляются общие, специальные и технические требования Специальное требование — ПО должен содержать максимальное количество окислительного агента и легко отдавать его при горении пиротехнического состава. В зависимости от назначения состава к ПО могут предъявляться и другие специальные требования, например, для составов цветных огней ПО должен содержать элементы, которые сами по себе или в соединении с другими элементами дают окраску пламени
Технические требования к ПО’ максимальное содержание основного вещества (не менее 98 — 99%); минимальное содержание примесей гигроскопичных солей и солей тяжелых металлов, отсутствие горючих примесей и примесей твердых веществ (стекло, песок и др ); отсутствие примесей, понижающих химическую стойкость или ухудшающих специальный эффект состава, определенная степень дисперсности
Ф П Мадякин Пиротехнический резак — пиротехнический энергодатчик Для перерезания строп, шнуров, тросов, представляющий собой металлический корпус с закрепленным в него газообразующим пиротехническим составом, капсюлем-воспламенителем, ударным меха-змом и ножом, приводимым в действие давлением газов
Ф П. Мадякин
376________________Пиротехнический энергодатчик____
Пиротехнический энергодатчик- пиротехническ средство, принцип действия которого основан на использовании 6 бочего усилия газов или тепла, образующихся при горении пиротех нического состава в замкнутом объеме К ПЭ относятся пиротехни ческий резак, пироболт, пиронагреватель и др
Ф п Мадякин
Пиротехнического состава компонент-вещество, яв-ляющееся составной частью пиротехнического состава КПС являются пиротехнический окислитель, пиротехническое горючее и пиротехническая добавка Последняя обеспечивает получение или усиление специального эффекта при горении пиротехнического состава, его безопасность и технологичность Содержание добавки может изменяться от долей до 60% В одних случаях добавка должна участвовать в процессе горения (связующее, флегматизатор, цветопламенные добавки и т д ), в других, наоборот, необходимо, чтобы она не разлагалась и не вступала в химическое взаимодействие с КПС и продуктами их превращения (аэрозолеобразователи, реагенты) Добавки можно назвать веществами специального назначения В последние годы разработаны пиротехнические составы, в которых роль окислителя и горючего (термической основы) выполняют нитраты целлюлозы и утилизируемые пироксилиновые и баллиститные пороха
Ф П Мадякин
Пиротехническое горючее —компонент пиротехнического состава, способный вступать в реакцию горения с окислителем с выделением тепловой энергии КГ предъявляются общие, специальные (должно обладать способностью при умеренных температурах вступать во взаимодействие с окислителем и продуктами его разложения, требовать для своего сгорания минимального количества окислительного агента; обеспечивать получение заданного специального эффекта) и технические требования Получение заданного специального эффекта в значительной степени определяется количеством тепла, выделяющегося при окислении и сгорании Г , и свойствами продуктов сгорания. В одних случаях Г должно сгорать с выделением значительного количества тепла и развивать высокую температуру (сме-севое топливо, осветительные и фотоосветительные составы), в ДрУ гих — при сгорании должны образовываться газообразные продукть1 и развиваться невысокая температура (дымовые и сигнальные соста вы) При сгорании малогазовых составов должны образовываться лько конденсированные продукты, а при горении зажигательных ставов - раскаленные расплавленные шлаки Осветительные
Пиротехническое средство
377.
осветительные составы, топлива для ПВРД и ГРД имеют значи-Ф° нЫй избыток Г , которое должно легко окисляться кислородом ТеЛдуха или воды Разнообразие пиротехнических составов, а зна-в°т и специальных эффектов, которые они должны давать, вынуж-Чает применять в качестве Г значительное количество различных по Д иподе и теплотворной способности веществ По природе все Г делятся на неорганические, органические и элементоорганические Неорганические Г —это металлы Mg, Al, Ti, Zr, Zn, Те и др и их сплавы (к металлам относят В и Si); неметаллы Р, С, S и др ; неорганические соединения (гидриды, сульфиды, карбиды, силициды, фосфо-риды, азиды, роданиды и др.) Следует отметить, что Р, S, С и соединения, содержащие эти элементы в смеси с металлами, будут выполнять роль окислителя. Органические Г. подразделяются на индиви
дуальные углеводороды, смеси углеводородов, углеводы, органические вещества других классов (стеарин, уротропин, тиомочевина, дициандиамид). Технические требования к Г. различных классов отличаются существенно Основными свойствами веществ, которые необходимо учитывать при выборе их в качестве Г , являются: физическое состояние (твердое тело или жидкость); дисперсность и форма
частиц; температуры и теплоты плавления, кипения и разложения; температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения; теплота образования и теплотворная способность; активность по отношению к окислительным агентам (кислороду, хлору, фтору, воде, азоту и т д ), количество окислительного агента, необходимое для окисления единицы массы горючего и количество тепла, выделяющееся при этом; состав и свойства промежуточных и конечных продуктов сгорания; полнота сгорания
Ф П Мадякин
Пиротехническое средство —устройство для получения пиротехнического эффекта (светового, дымового, теплового, динамического и др.), обеспечиваемого горением пиротехнического состава В соответствии с назначением ПС подразделяются на- осветительные (авиабомбы, факелы, снаряды, мины, патроны), предназначенные для освещения местности ночью; фотоосветительные (фотобом-ы, фотопатроны), используемые при ночной аэрофотосъемке, трас-снрующие, делающие видимой траекторию полета быстролетящих нектов (пуль, снарядов, ракет и т д.); инфракрасного излучения, используемые в качестве ложных целей и для слежения за полетом аРядов и ракет; ночные сигнальные (авиабомбы, мины, факелы, P°HbI и т д ), применяемые для подачи сигналов ночью и днем;
ные сигнальные, применяемые для подачи сигналов в дневных
378
Пиротехническое средство имитационное
Пирофорные металлы
379
условиях; дымообразующие (аэрозолеобразующие) (шашки ка ты, снаряды, гранаты и т д ), применяемые для создания дымов06 завес и других специальных целей, зажигательные (бомбы, снаря Ь1 пули и т д ), служащие для уничтожения военных объектов и техни' ки противника; заряды твердого топлива, используемые в двигателях ракет различного назначения и дальности полета; Целеуказательные (авиабомбы, снаряды и т д ), указывающие место нахождения объек
та противника; пиротехнические газогенераторы различного назначения; пироавтоматика; учебно-имитационные, употребляемые па маневрах, учениях и в боевой обстановке (для дезориентации противника); воспламенительные — для воспламенения составов и топлив; для нужд народного хозяйства и научных исследований самого различного назначения. В этих средствах используются специальные эффекты, возникающие при горении любого из вышеперечисленных видов пиротехнических изделий. В некоторых ПС могут использоваться два и более эффектов, образующихся при горении пиротехнических
составов, например, свето-дымовой, дымо-зажигательный и т д ПС делятся также на: ближнего боя, авиационные, морские, космические, для народного хозяйства К каждому виду ПС предъявляются специальные требования, определяемые видом средства, его назначением и применением. Однако независимо от назначения ПС должны
обеспечивать максимальный специальный эффект при минимальных габаритах средства и расходовании состава; быть безопасными в обращении и сохранять свои эксплуатационные свойства в течение заданного времени Используемые для изготовления пироэлементов со-
ставы не должны содержать компонентов, оказывающих токсическое действие на организм человека
ф П Мадякин
Пиротехническое средство имитационное-пиротехническое средство для имитации действия различных боеприпасов В зависимости от конкретного назначения конструкция ИПС и получаемый при его действии эффект могут быть самые различные ИПС могут имитировать звук выстрела, разрыва снаряда, действия атомной бомбы и т д
ф п Мадякин
Пиротехническое ТОПЛИВО-гетерогенные смеси, включающие металлическое горючее, неорганический окислитель и органи ческое горюче-связующее; по своим свойствам и компонентам близки традиционным пиротехническим составам По назначению ПТ по дразделяют на1 топливо для воздушно-прямоточных реактив
телей или ракетно-прямоточных двигателей; топливо для гид-двИеактивных двигателей, для комбинированных двигателей Все ПТ Pof) пжат большое количество металлического горючего (Mg, Al, Be С°Д ) а в качестве окислителя — соли неорганических кислот. Горе-йД1>]дТ в камере сгорания происходит при повышенном давлении. дИС истечении продуктов сгорания ПТ из сопла газогенератора про-сходит их расширение, ускорение, смешение с набегающим потоком забортной среды (воздух, вода) и догорание с выделением тепла и рабочего тела.
Щидловскии А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973
А. С Михайлов
Пирофорные металлы —металлы способные в мелкораздробленном состоянии к самовоспламенению при контакте с воздухом. Пирофорными свойствами обладают порошки циркония, титана, железа и др Применяются как специальные элементы артиллерийских снарядов
А С Михайлов
ПламегасЯЩИе добавки —специальные добавки, вводимые в состав пороха (топлива) и способствующие уменьшению факела пламени за соплом реактивного двигателя или дульного пламени артиллерийского выстрела
Вследствие отрицательного кислородного баланса пороховых композиций в продуктах их взрывчатого превращения содержится большое количество продуктов неполного окисления’ СО, Н2, СН4. Так, например, при сгорании пороха РСИ-60 образуется 64% по объему газов СО и Н2. При истечении из сопла ракетного двигателя эти газы смешиваются с кислородом воздуха и догорают до конечных продуктов окисления Этот процесс сопровождается образованием пламени и значительным повышением температуры струи газов.
Процесс догорания пороховых газов в атмосфере воздуха является цепным процессом окисления и может быть представлен следующими уравнениями-
Н2 + О2=2ОН; ОН+Н2=Н2О+Н
н +О2=ОН+О; О +Н2=Н +ОН
СО+ОН =СО2 + Н; СО+О =СО2
Активными центрами реакции окисления СО и Н2 кислородом, сп°собными давать начало последующим элементарным реакциям, являются группы ОН , атомарный Н и атомарный О .
380 Плотность заряжания
-----———
Цепная реакция не будет идти в том случае, если изо л и ров группы ОН , Н , О Ть
Установлено, что догоранию пороховых газов в атмосфере в0 духа препятствуют соединения щелочных металлов, углеводород галоидопроизводные, соединения с большим содержанием азота
Механизм действия этих веществ па гашение пламени представ ляет собой сложный процесс. Вероятно, при горении пороха они иг рают роль антикатализаторов, затрудняют образование активных центров цепной реакции и способствуют обрыву цепей:
ОН +ОН =н2о2; Н +Н =Н2
О + О =О2; Н + ОН =Н2О
Наиболее оптимальными ПД являются соединения калия Считается, что калий присутствует в «выхлопной струе» в виде газообразного КОН, который способен уменьшить пламя благодаря реакциям
КОН+ Н ->К + Н2О; КОН + ОН -» КО + Н2О
Распространены в отечественной пороховой промышленности следующие органические и неорганические соли калия' K2SO4, КО, KNO3, гексанитрокобальтат калия (K3[Co(NO2)]6), калий кислый ВИННОКИСЛЫЙ (КСдНсОб).
Пламегасящим эффектом обладают также соединения' К2С2О4, KBF4, карбонаты и бикарбонаты калия и аммония, оксамид и др
Е Ф Жегров
Плотность заряжания — отношение массы заряда к объему камеры, в которой происходит горение пороха ПЗ зависит от размера, формы и назначения порохового заряда Для ракетных двигателей она обычно выше и может приближаться к плотности пороха Для боеприпасов ствольных систем ПЗ составляет 0,4 — 0,8 г/см В случае заполнения зерпепым порохом всей камеры сгорания ПЗ соответствует гравиметрической плотности пороха. Оптимальная ПЗ в ствольных системах обеспечивает достижение максимальной скорости метания при заданном максимальном давлении Для прессованных зарядов из зерненых порохов (см Высокоплотные заряды конвективного горения) ПЗ может и значительно превышать их насыпную плотность и достигать 1,2—1,4 г/см3
Серебряков М Е Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых Ра кет — М Оборонгиз, 1962
Ю М Михайлов, Сулимов X <
Покрытия теплозащитные-это основной элемент для внутренней теплозащиты корпусов РДТТ, прочно скрепленных
Покрытия теплозащитные
381
ом твердого топлива, выполняющий функцию защиты корпуса заР теЛЯ от теплового воздействия продуктов сгорания топлива в просессе работы ДУ
г По участию в энергетическом и массовом обмене с продуктами ания топлива ТП подразделяется на активное и пассивное Активным ТП служит заряд ТТ в местах скрепления с корпусом момента сгорания свода На поверхностях корпуса, не скрепленных с зарядом, или в местах скрепления, где фронт горения свода заряда выходит на поверхность корпуса до конца работы ДУ, применяется пассивное ТП
Выбор теплозащитного материала (ТМ) для пассивного ТП зависит от особенностей его конструкции и обуславливается комплексом требований по теплозащитным и эрозионным свойствам, массовым, физико-механическим характеристикам, технологичности и др
К ТП корпусов РДТТ предъявляются требования по совместимости материалов корпуса (гермослой, силовая оболочка), защит-но-крепящего слоя и топлива. Для снятия температурных и усадочных напряжений на границе оболочка — топливо предельная деформация материалов ТП при растяжении должна быть на уровне 200 — 250%, модуль упругости должен быть близок к модулю упругости топлива Для исключения диффузии пластификаторов топлива в ТП, приводящей к ухудшению деформационных и баллистических
характеристик топлива в пограничном слое, применяют эластомеры на основе фторкаучуков и каучуко-смоляных композиций или экранирующие слои из тонкослойной металлической пленки
Для ТП корпусов наибольшее применение нашли эластичные материалы на основе каучуков, совмещенных с термостойкими смолами и наполнителями В основном —это этиленпропилендиеновые и ни-трильные каучуки В качестве наполнителей применяются технический углерод, диатомит, сажа белая, аэросил, полиакрилонитрил, олигоэфиракрилат и др
Для создания ТП с минимальной массой используют облегченные ТМ пористой структуры типа «губки» и заливочные композиции на основе микросфер и каучуков
В общем виде конструкция ТП состоит из сложной комбинации Различных материалов" герметизирующего слоя силовой оболочки к°рпуса из листовых резин и термопластов; основного слоя ТП; эрозионностойких материалов из обрезиненной асбестовой ткани, переме-лов°1ЦИХСЯ С0 слоями основного ТП; диффузионно-стойких материа-’ заШитно-крепящего слоя для скрепления с твердым топливом
382
Покрытия теплозащитные
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) для корпусов РДТТ 383
Технологический процесс нанесения ТП па корпуса позво совместить технологические операции изготовления ТП с корпуСоСТ обеспечивая их надежное крепление На цилиндрическую пове ’ ность корпуса заготовки ТП укладываются непосредственноР оправку по винтовой линии Эллипсоидная часть ТП (переднее и За Э нее дно) корпусов типа «кокон» совместно с закладными элементами оболочки (фланцами, узлами обнуления, раскрепляющими манжета ми и др.) предварительно формуется в специальной пресс-форме, затем устанавливается на оправку Вулканизация ТП производится после намотки силовой оболочки совместно с корпусом Критерием совершенства ТП является параметр эффективности L L = 1 / г [см • с/г], где р—плотность, Йу — скорость уноса ТП
Для определения проектной скорости уноса Vy решается сопряженная задача теплопроводности, газовой динамики и напряжеи-но-деформированного состояния корпуса Расчет температуры в ТП и корпусе осуществляется численным методом решения нестационарного уравнения теплопроводности с переменными теплофизическими характеристиками и движущейся со скоростью, равной И,, внутренней границей ТП В процессе термической деструкции ТМ образуются пористый кокс и газообразные продукты, скорость которых определяется путем решения системы уравнений газодинамики Скорость уноса ТМ определяется из решения системы уравнений напряженно-деформированного состояния в многослойной анизотропной оболочке вращения
Необходимая толщина ТП рассчитывается из условия допустимой температуры на границе с корпусом и складывается из величин унесенного слоя 8у = Уут, (где т —время теплового воздействия на участок поверхности корпуса) и остатка ТП к концу работы двигателя, обеспечивающего допустимую температуру на границе с корпусом
Для расчета остатка ТП используется методика, основанная па аналитическом решении уравнения теплопроводности с движущейся границей методом интегрального преобразования Лапласа
Тт-Тп fVoY Jso-M JSo+Vy+М1
гдеТ,.— температура на границе с корпусом; Тп — начальная темпера тура; Т., — температура на поверхности уносимого ТП, а — коэффии ент температуропроводности; Зц—толщина допустимого мипимал ного остатка ТП Уравнение относительно Т решается методом пос довательных приближений u-^neiut
М А Юсуфов, Б В Порзов, И А коо
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) пли корпусов РДТТ — это материалы с гетерогенной структу-* и состоящие из двух или более фаз, представляющие собой объем-ное'сочетание химически разнородных компонентов с четко выраженной границей раздела К таким материалам можно отнести прес-сПорошкИ> теплозащитные композиции, стекло-угле-органопластики и другие материалы
В ПКМ, упрочненных непрерывными волокнами, основную нагрузку несут армирующие элементы, а более пластичная матрица (полимерное связующее) передает напряжения волокнам и придает материалу монолитность. Одна из важнейших особенностей ПКМ — возможность создавать из них материалы и элементы изделий с заданными свойствами, наиболее полно отвечающими характеру и условиям работы деталей и конструкций
ПКМ на основе полимерных связующих (ПС) для корпусов РДТТ могут быть классифицированы по химическому составу армирующих материалов (AM) на стекло-, органо-, угле-, боропластики и др Их прочность, модуль упругости, деформативность и плотность определяются характеристиками армирующих волокон
Свойства ПКМ на основе различных AM по сравнению с металлическими конструкционными материалами приведены в таблице.
Основные свойства конструкционных материалов
Конструкционный материал 111 Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/мм2 Модуль упругости при растяжении, кгс/мм2 Удельная ность, км Удельная кость, км
Стеклопластик 2,0 100 5600 50 2800
Органопластик 1,3 280 10000 215 7690
Углепластик 1 6 420 18000 262 11250
Боропластик 2,0 90 23000 45 11500
Алюминиевыи сплав 2,7 40 7200 14,8 2670
Титановый сплав 4,5 100 12000 22,2 2670
Сталь 7,8 126 21500 16,2 2756
лее Я повышения массового совершенства корпусов РДТТ наибо-г эффективными являются высокопрочные высокомодульные ор-л еские и углеродные волокна Их преимущество —высокие уде-,е значения прочности и модуля упругости волокна, в 2 —6 раз
384 Полимерные композиционные материалы (ПКМ) для корпусов РДТТ
Полимеры в пиротехнике
385
превышающие аналогичные показатели стекловолокна, что важное значение при проектировании корпусов РДТТ Повышен в 1,8 —2,0 раза модуль упругости углеродных волокон по сравнени” с органическими наиболее целесообразно реализовать в узлах и Ю ментах конструкций, требующих повышенной жесткости, наприм 6 в работающих на устойчивость длинномерных стыковочных соедини тельных элементах корпусов РДТТ
Роль ПС в обеспечении требуемых характеристик ПКМ чрезвы чайно многообразна Связующее придает ПКМ монолитность спо собствует равномерному распределению нагрузки между волокнами определяет уровень рабочих температур и характер изменения эксплуатационных свойств при воздействии внешних факторов Наибольшее применение нашли ПС на основе эпоксидных соединений, обладающих широкими возможностями модификации состава композиций в зависимости от комплекса предъявляемых требований, с высокими механическими характеристиками и теплостойкостью, достаточно высокой адгезией к армирующим волокнам и сравнительно невысокими температурами отверждения с минимальной усадкой Использование высокотеплостойких связующих позволяет повысить массовую эффективность корпусов РДТТ за счет уменьшения толщин ПКМ и ТЗП силовой оболочки при сохранении нормативного запаса прочности Теплостойкость ПКМ определяется не только соста
вом связующего, но и в значительной мере зависит от устойчивости к изменениям свойств AM при температурном воздействии и от процессов межфазного взаимодействия AM и ПС Результаты исследований теплостойкости ПКМ хорошо описываются обобщенной зависимостью, если вместо истинной температуры испытаний использовать критерий приведенной температуры, представляющий собой отношение температуры испытания к температуре стеклования связующего в
контакте с армирующими материалами
Многообразие AM и ПС позволяет регулировать прочность, жесткость, уровень рабочих температур и другие свойства ПКМ путем подбора состава, изменения соотношения компонентов и микроструктуры композиции Так, увеличение или уменьшение степени армирования, т е объемной доли волокон, приводит к пропорциональному изменению свойств композиции в зависимости от характеристик во-
локон
Сочетание в одном ПКМ волокон с различными упруго-прочно стными свойствами, например, борных, стеклянных, углеродных, органических, также является эффективным средством регулиро ния свойств Их оптимальное применение в так называв
ых ПКМ позволяет существенно улучшить весовые и такти-ГИ Р хнические характеристики РДТТ Массовая эффективность от К° Щенения гибридного ПКМ взамен стеклотканевого оценивается ПрИжением массы шпангоута на 30 — 35%, а корпуса РДТТ —на 2*5 — 6% при обеспечении требуемого уровня механических нагрузок
Эффективность применения ПКМ в корпусах РДТТ удобно оценивать по критерию
W = PV / G>
где р_ предельная нагрузка натурной конструкции; V— полезный объем, G-масса конструкции
Значение коэффициента W определяется характеристиками конструкции, совершенством ее силовой схемы, степенью реализации исходной прочности AM и зависит от совершенства технологического
процесса
Принципиальная особенность технологического процесса изготовления конструкций из ПКМ заключается в совмещении процессов получения материалов и конструкций
Как правило, изготовление силовых оболочек корпусов РДТТ из ПКМ производят методом намотки однонаправленного AM с его предварительной или одновременной пропиткой ПС по «сухому» или «мокрому» способу.
Используемые методы намотки весьма разнообразны по аппаратурно-технологическому оформлению и открывают перед разработчиком широкие возможности создания конструкций РДТТ различных форм и размеров с требуемыми тактико-техническими характеристиками Совокупность решаемых задач при создании конструкций РДТТ из ПКМ в общем виде может быть представлена следующим образом-
— анализ технических требований к изделию;
— выбор AM, ПС и метода формования ПКМ;
— выбор технологического оборудования, оснастки, разработка режимов технологического процесса и составление технологического регламента;
— практическая отработка технологии, контроль выходных характеристик, аттестация и сдача готовых изделий
М А Юсуфов, А Н Сосин, В В Степанов
Полимеры В пиротехнике применяются в качестве компо-Нентов (окислителей, горючих, добавок) пиротехнических составов и топлив, для изготовления корпусов, оболочек, крышек, прокладок и Ругих деталей пиротехнических средств, а также для изготовления
386
Полимеры фторсодержащие
Полимеры хлорсодержащие
387
оснастки Фенолформальдегидные смолы (СФ-0112А, Сф-340 СФ-342) применяются практически во всех типах пиротехнических составов в качестве горючего и добавки, обеспечивающей грану ля цию составов через сетки Поливинилхлорид используется в составах цветных огней (сигнальных, трассирующих, фейерверочных) в качестве хлорсодержащей добавки, способствующей образованию моно-хлоридов Sr, Ва, Си, и горючего Фторполимеры (фторлоны и фтор-каучуки) используются в воспламенительных и составах ИК излучения, в топливах Разработаны пиротехнические составы цветных огней и дымовые на основе эластомеров (СКН-40, СКН-26, СКД и др.), латексов, систем порошкообразный ВМС-пластификатор (ВМС-полистирол, хлорнаирит, пластик СКН-МБ, сополимер ВА-15, Ф-32Л; пластификаторы —ДБФ, ДБС, ТБФ, ТКФ, ТГМ-3, МГФ-9, а также их смеси), нитратов целлюлозы (пироксилинаи коллоксилина), а также измельченных утилизируемых порохов Составы цветных огней на основе нитратов целлюлозы получаются и перерабатываются по технологии пироксилиновых и баллиститных порохов, отличаются хорошей воспламеняемостью, малой дымностью, красочностью получаемого эффекта. Широко используются жидкие олигомеры (смолы и каучуки) как технологические добавки, связующее и горючее пиротехнических составов, в качестве основы герметиков и бронирующих покрытий
Ф П Мадякин
Полимеры фторсодержащие Синтезировано значительное количество ФП, однако промышленность России выпускает в основном фторлоны на основе фторпроизводных этилена (Ф-3, Ф-4), сополимеров фторпроизводных этилена между собой (Ф-32, Ф-42, Ф-23), с этиленом (Ф-40) или гексафторпропиленом (Ф-26) Все фторлоны относятся к термопластам, устойчивы к агрессивным средам, начинают разлагаться при относительно высоких температурах. Фторлоны Ф-4 и Ф-3 в обычных растворителях не растворяются, а сополимеры и фторкаучуки (СКФ-32 и СКФ-26) хорошо растворяются в ацетоне, метиленхлориде и других растворителях Фторлоны Ф-32Л, Ф-40, Ф-42, Ф-23, Ф-26 хорошо совмещаются со многими пластификаторами, образуя однородный эластичный про дукт. Однако методом проходного прессования с образованием глад кого, прочного и эластичного шнура перерабатываются только напо ненные композиции на основе Ф-32Л с маслом — 8 (продукт дестру ции Ф-3) Смеси фторлонов и фторкаучуков с порошкообразны металлами (Mg, Al, сплавом AM и др ) обладают невысокой чувст тельностью к механическим воздействиям, легко воспламеняю
аЮт при широком соотношении между компонентами Способны С горению и смеси ФП с NH4CIO4, в которых каждый из компонентов выполняет роль горючего и окислителя ФП представляют инте-как компоненты воспламенительных и составов ИК-излучения Р Ф П Мадякин
Полимеры хлорсодержащие получаются полимеризацией (полимеры, сополимеры на основе винилхлорида и винилиден-хлорида, наирит), поликонденсацией [поли-3,3-бис(хлорметил)ок-сетан], хлорированием и сульфохлорированием полимеров (перхлорвиниловая смола, хлорнаирит, сульфохлорированный полиэтилен и др ), модификацией полимеров (смеси ПВХ с хлорированным полиэтиленом, ПВХ с нитрильным каучуком и др.) ХП дешевы и доступны, трудно воспламеняются и склонны к самозатуханию, хорошо совмещаются с другими полимерами и пластификаторами Широкое применение в пиротехнической промышленности находит ПВХ, получаемый суспензионным способом Он используется в составах цветных огней (сигнальных, трассирующих и фейерверочных) как хлорсодержащая добавка (усилитель цвета пламени), способствующая образованию мопохлоридов Sr, Ва, Си, и горючее. Разработаны составы цветных огней и искристо-пламенные на основе смесей хлорнаирит + ДБФ (ДБС) и ВА-15+ТБФ, которые перерабатываются глухим и проходным прессованием, легко воспламеняются и сгорают с образованием насыщенного яркого пламени.
Ф П Мадякин
Полинитросоединения алифатические- многочисленная группа органических соединений алифатического ряда, содержащих, как правило, более трех нитрогрупп, преимущественно связанных непосредственно с алифатическим радикалом Наиболее распространенными энергетическими структурными фрагментами ПА—носителями «активного кислорода», являютсятринитрометиль-ная, динитрометиленовая, N-нитраминная, фтординитрометильная гРУПпы; реже — нитратная и тетранитроэтиленовая Известны ПА с пентанитроэтильной группой В качестве структурных элементов молекул ПА, объединяющих энергетические фрагменты, наиболее час-эАВСтРечаются метиленовая, этиленовая, простая эфирная и сложно-фирная, ацетальная, карбамидная, карбонатная группы Методы МоНТеза ПА и их свойства определяются их строением Как правило, и и-Улы формируют на основе уже готовых полинитроалканов
ние уНКциональных производных, а не последовательным нитрова-м (как в ароматическом ряду) Наиболее часто для этих целей
388
Полинитросоединения ароматические
389
используются конденсация первичных полинитроалканов с форМа льдегидом и аминопроизводными (реакция Манниха) с последу щим ^-нитрованием, реакция присоединения первичных полинит о соединений к активированным олефинам (реакция Михаэля); реак ция алкилирования солей полинитросоединений, а также реакции функциональных производных полинитросоединений Наиболее ак тивные работы в области синтеза и исследования свойств ПА велись в 50 —70-х годах; отдельные представители ПА рекомендованы в качестве компонетов взрывчатых составов и СТРТ Простейшими представителями ПА являются тринитрометан, тетранитрометан гексанитроэтан и др ; более сложные структуры — бис( фтординит-роэтил)формалъ, бис(тринитроэтил)-^-нитроамин, бис(тринитроэтил )этилендинитрамин, тринитро-этилтринитробутират бис-тринитроэтиловый эфир этиленгликоля и многие др
Камлет М Связь между чувствительностью к удару и структурой полинитроалифа-тических органических взрывчатых веществ / В кн -«Детонация и взрывчатые вещества (сборник статей)» — М Мир, 1981 —С 142—159
О А Лукьянов
Полинитросоединения ароматические — соединения, содержащие в молекуле несколько NO2-групп, связанных с бензольным ядром или его полиядерными конденсированными и неконденси-рованными производными. По атому, с которым связана NO2-rpyn-па, ПА относятся к С-нитросоединениям. К ПА относится большое количество ВВ с разнообразным комплексом свойств’ нитропроизводные бензола и его производных (толуола, фенола, анилина, ксилола, резорцина, хлорбензола, мезитилена и др.), неконденсирован-ных полиядерных соединений (дифенила, дифениламина, дифенил-сульфида, дифенилсульфона, стильбена, трифениламина, терфенила и др ), конденсированных полиядерных соединений (нафталина, антрахинона и др ) Химические свойства ПА обусловлены наличием нитрогрупп и других заместителей в ароматическом кольце В своем большинстве ПА получают прямым нитрованием исходных углеводородов серно-азотными кислотными смесями Вследствие м-ориенти-рующего влияния нитрогруппы и накопления нитрогрупп в ядре процесс нитрования заканчивается образованием симметричных тринит ропроизводных Несимметричные изомеры образуются в небольших количествах и, как правило, удаляются в процессе очистки Наличие нитрогрупп обуславливает также легкое замещение нуклеофильными реагентами как самой нитрогруппы, так и других заместителей в аро матическом кольце Замещение нитрогруппы сульфитом натрия пр° текает с образованием растворимых в воде соединений, что и
Порох как уникальный вид энергии
ьШое практическое значение Процесс сульфитной очистки — одна ° технологических стадий в процессах производства большого коли-И3 тва ПА {динитротолуол, тротил, динитробензол и др ) Взрывчатые свойства ПА зависят от их строения- с накоплением нитрог-п в молекуле они усиливаются, но вследствие большей реакционной способности такие ПА теряют стойкость к механическим и термическим воздействиям ПА уступают по мощности гексогену и октогену но отличаются повышенной стойкостью к механическим воздействиям, а их строение обуславливает высокую термическую стабильность В этом ряду соединений находятся тротил, тринитробензол, тринитротриаминобензол {малочувствительное ВВ) и термостойкие 2,4,6,2’,4’,6’-гексанитростильбен, 2,4,6,2’,4’,2”,4”- гептанит-ротрифениламин, октанит (имеющий критическую температуру эксплуатации 290° С)
Широкое применение ПА обеспечивается низкой стоимостью исходного сырья и относительной простотой способов их получения. ПА применяют непосредственно как ВВ и компоненты взрывчатых смесей для снаряжения боеприпасов; ароматические динитросоединения применяют как компоненты ВВ, СТРТ и порохов Многие ПА применяются в производстве красителей и полимерных материалов ВВ на основе тротила в широких масштабах используются в горнорудной промышленности Термостойкие ВВ применяются в нефтегазодобывающей промышленности
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ — Л Химия, 1981. —С 86 — 87, Urbanski Т // Chemictry and technology of explosives — Warsaw, 1984 —V 1 —P 192 — 225, Беркман Б E Промышленный синтез ароматических нитросоединении и аминов -М.:Химия, 1968, Баум Ф А , Державен, А.С Термостойкие ВВ и их действие в условиях глубоких скважин — М Недра, 1969, Термостойкие взрывчатые вещества в условиях глубоких скважин — М Недра, 1981
В И Шихов
Порох как уникальный ВИД энергии Порох представляет собой уникальный вид энергии, сконцентрированной в виде твердого тела
Пороха (П ) и их современные виды —это ракетные баллистит-иые П (РБП), смесевые ракетные твердые топлива (СРТТ), артиллерийские и минометные П , П для стрелкового оружия, торпедных Мин, управляемых бомб, плазменные П для МГДГ и др , П для различных образцов оборонной техники, народного хозяйства, науки, культуры
П могут быть «холодные» и «горячие», пламенные и беспламен-1е> дымные и бездымные, медленно- и быстрогорящие. Принципиа-Ые отличия П от классических ВВ (фугасных, бризантных и
390
Порох как уникальный вид энергии
инициирующих) заключаются в характере их горения, позволяю осуществлять окислительно-восстановительные реакции в тсч"1СМ различного времени от долей до десятков и сотен секунд, и в возм пости преобразования энергии горения П в кинетическую энепг летящего тела, световую энергию или в электрическую энепг МГДГ при горении плазменных П и т д 0
П., особенно СРТТ, отличаются от других источников химиче ской энергии, реально используемых в современной технике, высо кой концентрацией энергии в единице объема, возможностью придать пороховым элементам любую геометрическую форму, использовать порох как конструкционный и теплозащитный материал П можно использовать в арктических (Т =- 45 ° С) и тропических усло-
виях (Т =+45 ° С) с высокой надежностью и длительными сроками » 15 лет (г.с. зависит от химического состава пороха и от условий производства, хранения и применения).
Представление об оптимальном термодинамическом уровне энергии ракетного пороха и других видов химических источников энергии дает рис.1, на котором показаны удельные импульсы реактивной силы, отнесенные к одному кубическому дециметру и, соответственно, к одному килограмму композиции энергетической системы
Анализ графиков показывает, что удельный импульс твердотопливной системы перхлорат аммония-алюмипий-связующее, от несенный к 1 кг, уступает в 1,61 раза системе водород-кислород-бс риллий, но превосходит ее в 5,3 раза по удельному импульсу, отнесенному к 1 дм3.
Таким образом, при инженерных решениях проблем необходимо учитывать совокупность факторов, характеризующих систему
Реально фиксируемые удельные импульсы ТРТ ниже термодинамических значений Они зависят от химических и физических свойств и соотношений компонентов системы, закона горения, технологических и других факторов
Этапы развития твердых топлив (по росту удельного импульса) представлены на рис 2.
Для черного (дымного) пороха достигнутый удельный импульс не превышает 125 кгсс/кг; для пироксилиновых П. он составляет 19 кгсс/кг; для нитроглицериновых баллиститных (среднеэнергетиче ских) П. удельный импульс равен 210 кгсс/кг. СРТТ па базе II обеспечили удельный импульс до 250 кгсс/кг Введение в компози ции СРТТ мощных ВВ (октогена) позволило поднять удельный им пульс до 257 кгсс/кг Использование нового ВВ — АДНА, открыт
^Ис 1 Химические источники энергии модельные композиции УД пуст (Рл « Рн = 0) 1- ,/уд, кгс с/кг, 2-/уд , кгс с/дм3
Рис 2 Этапы развития твердых топлив ПХА-перхлорат аммония, АДНА-аммоний динитрамид, TNAZ-тринитроазетидин, CL-20-гексанитро-гексаазадизовюрцитан, АБ-бис(2,2, динитро-2дифторамино)нитрамин
в СССР, —в сочетании с гидридом алюминия — привело к увеличению удельного импульса до 265 кгсс/кг На базе ВВ CL-20, синтезированного в США, ожидается получение удельного импульса до 275 кгсс/кг По ограниченным данным, ВВ TNAZ, синтезированное в США, не уступающее по мощности октогену, а по чувствительности к инициированию взрыва идентичное тротилу, позволит получить уде' льный импульс 265 кгсс/кг, с улучшенными характеристиками по безопасности производства и применения
Структурные формулы вновь синтезированных компонентов приведены в таблице
Порох как уникальный вид энергии-
393
Структурные формулы
1 разработана пром технология разработаны методы синтеза hi e s-s 8 oik HHh
§ & с АДНА+ГА 1 Л =265 кгс/кг TNAZ+FA fj =260 кгсс/кг р=2,65 г/см3 CL-20+ГА /, =275 кгсс/кг 7( =290 кгсс/кг /( =290 кгсс/кг
й 8 а £ 731 ДН,= 995
S о °-
i 8 к н 1 11 1,3.3‘Тринитро-азетидин Малочувствительное ВВ (на уровне ТНТ) S § н 2 “3 Бис-(2,2-динитро-2 -дифторамино) нитрамин । фуразанотетразин-ДИОКСИД
1 Формула 1 О X £ о" Z Z О о" o’ S 1 О. z Kg / ° \z z/ Z 1 о" J 5- O2N-N- [ CH2-C(NO2 )2NF2 ]2 о \ z\Q/z-° II II z z V
f S к t HNIW (CL-20) < о CQ
394
Порох как уникальный вид энергии
Порох как уникальный вид энергии
В мировой практике уже созданы твердотопливные РД с за ми, имеющими характеристики диаметр элемента заряда до 3700 Э масса одиночного элемента заряда от 0,001 до 144000 кг, время D '1М’ ты заряда от 0,05 до 300 с, давление в камере РД от нескольк° кгс/см2 до тысячи кгс/см2 и выше Однако это не снижает, а повь^ шает актуальность и необходимость фундаментальных исследований по созданию мощных и сверхмощных энергетических систем и изуче нию их свойств Влияние энергетики топлива на суммарный вес эне готического заряда двигателей ракеты демонстрирует рис 3
Если принять за базовую межконтинентальную баллистическую ракету (МБР) с массой 46 т, несущую груз А кг на дистанцию> 10000 км, с зарядом массой 40000 кг из СРТТ, имеющего удельный импульс реактивной силы 255 кгсс/кг, то при увеличении удельного импульса до 300 кгсс/кг масса заряда для получения равной суммарной
/уд, кгс-с/кг
Рис 3 Базовая космическая МБР ю3 = A = Jyn аз> ©рак = 10 кг’
<вз = 40 103кг, <7ПН = Акт, 1 - СРТТ /уд = 255 кгс </кг, <в3 = 40 103кг, 2 - СРТТ 7уд= 300 кгс с/кг, (в3 = 34 103кг, 3 рекомбинация свободных радикалов 7уд = 1600 кгс с/кг, (в3 = 6,375 103кг, 4 — металлический водород
_/уД = 1700 кгс с/кг, <в3 = 6,01 103кг, 5 —фотонные системы 7уД = 3 107кгс с/кт, <в3 = 0,34 кг
гетики снизится до 34000 кг При дальнейшем росте удельного энеРльса топлива до 1600—1700 кгсс/кг масса заряда составит ^oTcLeOlO кг В случае фотонных энергетических систем с удель-° импульсом 3 • 107 кгсс/кг для получения той же эффективности ебуется заряд массой всего лишь 0,340 кг.
Основным критерием артиллерийских и стрелковых П является ла пороха, определяющая начальную скорость снаряда (пуль):
сИ PW
сила пороха f — 273 Т
дульная скорость
где р—давление газов, W— объем газов, Т — температура газов, /-коэффициент фиктивности, /"—сила пороха, /"/0—потенциал, 0-показатель адиабаты, ш —вес заряда, (/—вес снаряда.
Влияние силы пороха на дульную скорость снаряда типовой артиллерийской системы иллюстрирует рис.4 При f = 120 т см/кг и постоянстве прочих факторов начальная скорость снаряда может быть доведена до 1800 м/с Для повышения дульной скорости от 1800 до 2000 м/с сила пороха должна быть увеличена со 120 до 240 тсм/кг Для этого необходимо создать новые сверхмощные ВВ, разработать наукоемкие технологии и выполнить комплекс трудоемких
20 60 100 140 180 220 Дтсм/кг
Влияние силы пороха f на дульную скорость Ц) артиллерийской системы
396
Порох как уникальный вид энергии
Схемы ускорения
Рис 5 Электродинамический рельсовый ускоритель F ® IdB= A /2Д —ускоряющая сила, Р= А /^/25 —давление плазменного поршня на метаемое тело, Г = 1у]а l/т — скорость метаемого тела, / — ток в направляющих, В —индукция магнитного поля, Л — коэффициент формы ускорителя, 5 —площадь поперечного сечения метаемого тела, / — длина ускорителя, rf —расстояние между направляющими, т — масса метаемого тела
работ, а в итоге иметь весьма ограниченный интегральный результат для повышения дульной скорости снаряда (пули)
Для фундаментального повышения эффективности снаряда (его скорости, вероятности поражения цели, дальности полета, бронепро-биваемости) необходимо повысить начальную дульную скорость полета до 3 км/с и выше Классический артиллерийский выстрел должен быть заменен или радикально дополнен новыми физическими методами
Таким весьма перспективным и эффективным методом является принцип электродинамического ускорения полета снаряда (рис 5)
Основным энергетическим параметром при ЭДМ является сила тока, определяющая при постоянстве прочих параметров (масса снаряда, длина ускорителя и пр ) силу, давление и, интегрально, скорость метаемого тела Оптимальным источником электрической энергии может служить твердотопливный магнитный гидродинамический генератор Схема ТТ МГДГ, где происходит прямое преобразование энергии горящего плазменного пороха в электрическую энергию, по казана на рис 6 Для образования плазмы при горении порохового за ряда электропроводность продуктов сгорания пороха поднята на че тыре порядка и выше Эффект достигается за счет ионизации сол цезия или калия, введенных в состав пороха, и увеличен
Рис 6 Принципиальная схема твердотопливного МГД-генератора
N « К(1 - КХЛГ2В2Гк —генерируемая мощность, k — коэффициент нагрузки,
температуры горения до 3800 К и выше. Основным показателем плазменного пороха является произведение из электропроводности продуктов сгорания пороха о и скорости их течения W На рис 7 показана зависимость произведения о • W2 и температуры горения Т от химического состава плазменного пороха на баллиститной основе (нитроглицерин и нитраты целлюлозы) Анализ графика показывает, что максимальное значение PW2 = 390 и температура горения - 3800 К могут быть достигнуты при различных соотношениях компонентов рассматриваемой композиции баллиститного пороха. Интегральное решение по пороховым зарядам генератора плазмы принимается по совокупности термодинамических, технологических, физико-механических и химических свойств композиции.
Пороха
Пороха
399
2^35
15 25 35 45 55 65 75 85 95 Баллиститная основа, %
Рис 7 Зависимость оW 2 и Гг баллиститного пороха от
его состава
Высокая СКо-рость снаряда При ЭДМ,-ОТ з км^ и выше- позвоЛя. ет радикально поднять дальность и вероятность поражения высокоточных целей, а также поражения весьма защищенных бро-необъектов, поско-
при встрече со снарядом, летящим со скоростью >2,5 км/с, переходит в
квазижидкое со-
стояние.
Жуков Б П Актуальные проблемы в области энергетических конденсированных систем и кадров // Сб трудов Первой конференции в России — М.. Изд центр ГКВО РФ, 1996, ЛагутинБ Н , Соломонов IO С. -«Тополь» —подвижный, ракетный, стратегический // Военный парад —1995 — Янв — февр
Б П Жуков, В Б Жуков
Пороха. Твердые системы, способные к устойчивому закономерному горению без доступа извне кислорода воздуха или других окислителей с выделением значительного количества тепла и газообразных продуктов. П могут быть достаточно просты по составу (включать 3 — 4 компонента) или представлять собой сложные системы, содержащие более 10 компонентов П. используются в качестве источника энергии для метания снарядов и для приведения в движение ракет, а также в генераторах газа высокого давления, в воспламенителях, огнепроводных шпурах, фейерверочных устройствах и для других целей. П., применяемые в ракетных двигателях, называют обычно твердыми ракетными топливами (ТРТ).
Возможность горения П. без доступа окислителей извне обеспе чивается содержанием в их составе одновременно как горючего, так окислителя в виде неорганических веществ (например, соли азотп или хлорной кислот) или органических соединений, содержа кислород (нитроэфиры, нитросоединения), а также соединении, держащих кроме кислорода атомы галогенов.
fj используют в виде зарядов, состоящих из элементов различье размеров и геометрической формы (пластина, зерно или трубка с НЬ„иМ или несколькими каналами, одноканальная или многоканальная шашка и т п ) • Масса заряда П в стрелковом оружии исчисляется несколькими граммами, в артиллерийском орудии она может составлять несколько кг, а в ракетных двигателях масса ТРТ колеблется оТ десятых долей грамма (микродвигатели) до нескольких десятков или даже сотен тонн (межконтинентальные ракеты) Горение П. в стволе орудия, ракетной камере или газогенераторе происходит под давлением образующихся газообразных продуктов В ствольных системах давление достигает нескольких (2 — 7) тысяч атм (200 — 700 МПа), а в ракетных двигателях и газогенераторах —оно, как правило, лежит в интервале ~ 40 — 200 атм (4 — 20 МПа)
П. по своей природе являются взрывчатыми веществами (ВВ) и относятся к классу метательных ВВ, одним из главных свойств которых является способность к устойчивому горению без перехода во взрыв или детонацию. Это обеспечивает возможность и безопасность широкого применения П.
Устойчивость горения П , т е способность к сгоранию в большинстве случаев параллельными слоями без перехода во взрыв, достигается, главным образом, за счет монолитности пороховых зерен или шашек (т.е за счет отсутствия в них пор, трещин, раковин) и достаточной их прочности, обеспечивающей горение без разрушения заряда под воздействием давления пороховых газов, инерционных и центробежных сил, ультразвуковых колебаний и других нагрузок, возникающих в стволе орудия или ракетной камере
В некоторых случаях в пороховых элементах (зарядах) для ускорения их сгорания создают определенную пористость, за счет которой происходит устойчивое объемное (конвективное) горение (см. Горение конвективное).
Скорость газообразования при горении порохового заряда пропорциональна скорости горения и и величине горящей поверхности Последняя определяется размерами и формой пороховых элемен-т°в (зерен и шашек) В зависимости от их формы величина горящей поверхности в процессе горения может изменяться различным образом Если она уменьшается, то обычно уменьшается и скорость газо-дегразования—гэкое горение называют дегрессивным (см Горение грессивное) Если поверхность увеличивается (многоканальное ^РНо, бронированная шашка, горящая только со стороны канала), то пРИводит к увеличению скорости газообразования Такое горение
вают прогрессивным (см Горение прогрессивное)
Пороха
Пороха
Поверхность горения может оставаться постоянной, наприме случае канальной шашки, горящей с наружной и с внутренней пове В ностей при бронировании ее торцов для предотвращения их горенияР
Скорость горения П зависит от давления (Р) и начальной темпе ратуры (То) заряда, обычно возрастая с их увеличением по тому или иному закону, (например и = BPV / (1 - АТ0), где А, В, v— констан
ты. зависящие от состава П., его структуры, начальной температуры заряда и от величины давления
Как правило, 0<v<l (подробнее см Горения закон)
Для ракетных П очень важно, чтобы скорость их горения не зависела от Т и Р в диапазоне температур и давлений работы двигателя
Скорость горения большинства ракетных П в интервале давления (4—15 МПа) лежит в пределах от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров в секунду При высоких давлениях (сотни мегапаскалей) артиллерийские П горят со скоростью 100 — 400 мм/с.
Время сгорания заряда пороха определяется скоростью горения и наименьшим размером зерна или шашки. Этот размер называют толщиной горящего свода (см Толщина горящего свода) В артиллерийских орудиях и стрелковом оружии, где используются элементы с толщиной горящего свода от десятых долей —до нескольких милли-
метров, время сгорания пороха составляет тысячные и сотые доли секунды В ракетных двигателях, где применяются крупногабаритные заряды, время горения может составлять десятки секунд
Основными энергетическими характеристиками П являются удельная теплота их сгорания (Q) и удельное количество газообразных продуктов горения (Гц), приведенное к нормальным условиям Работоспособность П , используемых в артиллерии и стрелковом оружии, оценивают силой пороха f и его потенциалом П (см Пороха сила и потенциал)
Энергетика ракетных П характеризуется величиной единичного импульса (Ц ), показывающего, какую тягу может развить ракетный двигатель при сгорании в нем 1 кг пороха в 1 сек (см Единичный импульс) Обычно чем больше (Q и Гц, тем больше значение f, П и
В настоящее время существуют составы П и ТРТ с различными температурой, скоростью и составом продуктов горения На их осно ве разработаны многочисленные заряды всех видов стрелкового, ар тиллерийского и ракетного вооружения, а также для газогенератор различного назначения, в том числе и магнито-гидродинамическ генераторов (см МГД-генераторы) в
Ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ) используют баллистических ракетах с тягой, исчисляемой в десят
ньютонов, в тактических и оперативно-тактических ракетах с МбГдИЧной тягой, противотанковых и авиационных управляемых сна-Р х в которых тяга составляет несколько десятков ньютонов, а также'в микродвигателях коррекции космических объектов с тягой, иной долям ньютона Стратегические ракеты на твердом топливе Pq сравнению с ракетами на жидком топливе (ЖРД) в военном отношении имеют неоспоримые преимущества: более высокую степень надежности их действия благодаря сравнительной простоте конструкции постоянную готовность к пуску, возможность длительного хранения, относительную безопасность в эксплуатации и более низкую стоимость ракетного комплекса Поэтому ракеты на твердом топливе являются основным видом вооружения стратегического назначения В тактических и оперативно-тактических ракетах в подавляющем большинстве используют ТРТ
Ракетные двигатели твердого топлива широко используются в мирных целях- в геофизических и противоградовых ракетах, для коррекции полета и обеспечения мягкой посадки космических объек-
тов и т п.
Кроме указанного применения, РДТТ используются как газогенераторы в системах управления (газовые рули), для вытеснения жидкостей или сыпучих материалов в пожаротушащих системах, для создания необходимой атмосферы (инертные газы, аэрозоли и т п.) при тушении пожаров, для газодинамических лазеров, для запуска газотурбинных и дизельных двигателей, для интенсификации добычи нефти и т д Многие такие устройства часто называют пороховыми аккумуляторами давления (ПАД) (см Пороховые аккумуляторы давления) К П , применяемым в ПАД, предъявляются специфические требования' в частности, многие из них должны иметь относительно невысокую (1400—1800 К) температуру горения (см Низкотемпературные пороха), и в продуктах горения, как правило, не должно быть твердой фазы Напротив, в магнитогидродинамических (МГД) генераторах используются П. (топлива), имеющие очень высокую (около 4000 К) температуру горения (см Пороха плазменные).
Для систем объемного пожаротушения применяются П , в продуктах горения которых содержится большое количество мелкодисперсных твердых частиц, на поверхности которых происходит обрыв Цепных реакций горения органических веществ в воздухе (см Аэро-30Лъ°6разующие составы)
Виды П
Существующие П можно разделить, в основном, на три вида-П на основе нитратов целлюлозы;
402 Пороха
, . --------
2) П. на основе синтетических полимеров и окислителя — см вые П ; Се'
3) П —механические смеси.
I. П. на основе нитратов целлюлозы (НЦ).
НЦ является не только энергетической основой П., но и, буДуЧи высокомолекулярным веществом, обусловливает его структурц0.Ме ханические свойства
Во многих нитроцеллюлозных П вторым компонентом являются пластификаторы НЦ. Они могут быть как взрывчатыми, так и инертными веществами
Третьим компонентом являются стабилизаторы химической стойкости (дифениламин, производные мочевины и др ), которые существенно замедляют скорость разложения НЦ, НГЦ и др и увеличивают, таким образом, гарантийные сроки хранения П (см. Гарантийные сроки хранения пороха).
В нитроцеллюлозном П могут содержаться и другие компонен
ты, выполняющие определенную роль, например, технологические добавки и др
В зависимости от свойств применяемых пластификаторов, а также от способов производства нитроцеллюлозные П можно разделить
на пять групп
1. Пироксилиновые П. (ПП) — пороха на основе высоко- и сред-неазотной НЦ (пироксилина) При их изготовлении используются
пластификаторы, почти полностью удаляемые из пороховых элементов на последних стадиях производства В качестве таких пластификаторов используются, как правило, летучие спирто-эфирные смеси Могут применяться и труднолетучие вещества, например, формаль глицерина ПП относятся к одноосновным порохам, так как они состоят практически из одной НЦ (см Одноосновные пороха)
Из ПП изготавливают элементы различной геометрической формы (например, многоканальные зерна и т п ), но лишь с небольшой толщиной горящего свода (от десятых долей миллиметра до 6 мм)
Пироксилиновые П обладают высокой прочностью Эти П , в основном, применяются в стрелковом оружии и артиллерийских системах различного калибра Теллота взрывчатого превращения (Ож ) ПП лежит в пределах 3300 — 3800 кДж/кг (см Пироксилиновые пороха)
2. Баллиститные П. (БП) Состоят из НЦ и труднолетучих высокоэнергетических пластификаторов (или их смесей), неудаляемь из пороха Поэтому БП относят к двухосновным топливам (см Д°У хосновные топлива)
В качестве высокоэнергетического (основного) пластификатор используются жидкие нитроэфиры — нитроглицерин (И
Пороха
403
ат диэтиленгликоля (ДНДЭГ) или их смеси В низкотемпера-дИП ых П может использоваться динитрат триэтиленгликоля / лНТЭГ) По типу основного пластификатора БП подразделяются на ооглицериновые, нитродиглико левые, нитроксилитановые и др Н Во многих П , кроме высокоэнергетических (основных) пласти-, каторов, используются дополнительные пластификаторы’ динит-ф толуол, дибутилфталат, триацетин и другие вещества Р Кроме НЦ и пластификаторов, БП содержат стабилизаторы химической стойкости (ДФА и др.), технологические добавки Ракетные П содержат также катализаторы и стабилизаторы горения (см. Катализаторы и стабилизаторы горения)
Для увеличения энергетики П в их состав вводят порошкообразное металлическое горючее (алюминий или его сплавы с магнием), мощные ВВ (гексоген, октоген)
Теплота взрывчатого превращения (Ож) БП порохов лежит в пределах 2400 — 5800 кДж/кг, a J\, при стандартных условиях ( рк = 40 / I, где Рк и Ра — давление в камере двитагеля и на срезе сопла, соответственно) находится в пределах 1800 — 2400 Н с/кг Из БП изготавливаются заряды различных форм и размеров: толщина горящего свода изменяется от десятых долей до нескольких сотен
миллиметров
Баллиститные П. используются как в артиллерийских, так и в ракетных системах (см Пороха баллиститные, Пороха артиллерийские баллиститные)
3. Кордитные П. при изготовлении которых используется высо-коазотная НЦ и смесевой пластификатор: летучий (например, ацетон), который удаляется из пороховых элементов на последних стадиях производства, и труднолетучий (например, НГЦ), который остается в составе П Готовый П. состоит из НЦ (обычно пироксилина^) до 70%, нитроглицерина 15 — 50%, остаточного (обычно спир-то-ацетонового) растворителя (1—3%), стабилизатора химической стойкости и ряда других компонентов (см. Пороха кордитные)
4. Сферические П. (СФП) —пороха мелких марок сферической или эллипсоидной формы. Они получаются эмульсионным способом По своему составу они могут быть близки к БП или ПП (см Пороха сферические)
5. П. без пластификатора К ним можно отнести вискозные П , которые по своей химической природе являются разновидностью > т е состоят почти из одной НЦ Однако по способу производства и принципиально отличаются от ПП (см. Пороха одноосновные).
404
Пороха артиллерийские баллиститные
Пороха артиллерийские баллиститные
405
Все указанные П. на основе нитратов целлюлозы в отличие дымного (черного пороха) при горении практически не образ °Т дыма, поэтому они называются бездымными (см Пороха бездымные^
II. Пороха на основе синтетических полимеров и окислите ля—смесевые П.
Они представляют собой гетерогенные высоконаполненные по лимерные системы, состоящие из окислителя, органического связую щего-горючего, металлического горючего и добавок различного на значения.
В качестве окислителя в смесевых П , в основном, используется перхлорат аммония (ПХА), а в качестве связующего — каучукоподобные соединения, пластифицированные различными жидкими веществами Эти компоненты, как и металлы, являются горючими веществами, окисляющимися за счет избыточного кислорода ПХА, или другого окислителя, например, аммониевой соли динитразовой кислоты (АДНА).
Смесевые П. на основе ПХА используются преимущественно в ракетной технике, поэтому их называют смесевыми твердыми ракетными топливами (СТРТ) или просто смесевыми твердыми топливами (СТТ) Заряды из СТТ могут иметь различную форму и размеры (до нескольких метров в диаметре) Значение Ji смесевых топлив лежит в пределах 2000 — 2700 Н • с/кг (см Пороха смесевые)
П.—механические смеси (см. Порох дымный)
К ним относится дымный порох (ДП), который состоит из 75% окислителя — калийной селитры и горючего —15% угля и 10% серы, которая выполняет также роль цементатора Дымный порох, изобретенный в Китае еще в 11 веке, был первым порохом, который длительное время широко использовался в огнестрельном оружии, пока не были разработаны гораздо более мощные и бездымные П на основе НЦ
В последние годы в мире ведутся исследования по применению в артиллерии жидких метательных веществ (ЖМВ), состоящих из окислителя и горючего, находящихся в интервале температур эксплуатации в жидком агрегатном состоянии Такие смеси иногда неправильно называют жидкими П. (см ЖМВ).
А П Денисюк
Пороха артиллерийские баллиститные Современные артиллерийские пороха —одноосновные и двухосновные — относятся классу бездымных порохов и используются в ствольной артиллерии (полевая, танковая, противотанковая, морская артиллерия, авиацион ная, пушки) в качестве метательных зарядов
Недостаточная энергетика одноосновных пироксилиновых поросложная и трудоемкая технология не позволяют увеличить могу-Х°В’ во современных артиллерийских систем, что потребовало разработай мощных двухосновных АБП
Химический состав и основные характеристики АБП
| Н | НТД 2 | НТД-3 | ДГ-3 | ДГ-4 |нДГПр| АПЦ-235П
1 Химический состав (масс д)
Пироксилин Коллоксилин Нитроглицерин Динитротолуол Дибутилфталат Октоген Вещество Ц-2* Прочие добавки
Сила, f, Тс М/кг Потенциал, П,
Плотность, р, г/см2 Теплота горения, Q, ккал/кг
50‘С
57
28
56,0
62,0
62,0
370
2474
26,5
374
характеристики
2524
408
2500
102,5 418
2668
20,9
20,0
18,0
20,0
525
3400
3 Физико-химические и теплофизические характеристики
886
180
112,6
449
3060
1,54
710
181
1,53
765
182
1,54
820
172
1,55
1094
175
4 Физико-механические характеристики Прочность при сжатии, 8В, МПа, при Т I - I 10,8 I 10,4 I 7,8 I 8,26
j - | 112,0 | 108,0 I 90,2 | 95,3
ак, кДж/м2, при Т
Критический диам фонации, dKp , мм асстояние передачи ^ДЗНаЦии. 1„. мм
5 Взрывчатые характеристики
28 '
30-35
20 22
> 20
> 20
1,62
970
178
9,93
96,2
1,62
177
20-30
——-------------------------------------------------------
ГЛ),1ЦССТВО Ц"2 (C6H10O4N8) является продуктом взаимодействия этилендиамина и аК£адя^нитратом натрия_____________________________________________
Пороха баллиститные
407
406 Пороха артиллерийские пироксилиновые
,—_—----
АБП изготавливаются на основе нитроклетчатки (коллокси пироксилин) и труднолетучих пластификаторов (нитроглицерИнЛИН’ этиленгликольдинитрат) В качестве дополнительных пластификаДИ' ров используются динитротолуол и дибутилфталат Для обеспечен ° повышенных энергетических характеристик в составы порохов bbcT дят мощные взрывчатые вещества: гексоген, октоген, Ц-2
Двухосновные пороха негигроскопичны, не содержат летучих компонентов и более просты в изготовлении
Сила АБП изменяется в пределах 96,1 — 118,7 т.см/кг, что зна чительно превышает пироксилиновые
Непрерывная высокопроизводительная автоматизированная технология АБП позволяет готовить эти пороха любых габаритов и форм (трубка, моноблочные заряды) и обеспечить безопасность технологического процесса изготовления высоконаполненных мощных АБП, содержащих октоген, Ц-2, гексоген и др. ВВ
Е ф Жегров
Пороха артиллерийские пироксилиновые предназначены для изготовления пороховых (боевых, метательных) зарядов к артиллерийским системам ствольного огнестрельного оружия По принятой классификации АП определяются как орудийные По природе они относятся к классу нитратцеллюлозных порохов’ пироксилиновые (ПП) и баллиститные (БП) Разновидности орудийных ПП обыкновенные и специальные Состав первых включает 91—97% среднеазотного пироксилина СА, 0,5 —5,0% остаточного спиртоэфир-ного растворителя, 1% дифениламина (ДФА), 0,8—1,1% гигроскопической влаги
Энергетические и баллистические характеристики’ удельная теплота сгорания <7^ж) = ЗД5 — ЗД4 МДж/кг, температура горения Tj =2700 — 2850 К, удельный объем продуктов горения v = 0,92 — 0,97 м3 /кг, сила пороха f = 0,9 — 1,0 МДж/кг, коэффициент скорости горения щ = 0,65 — 0,75 мм/(с • МПа) Применяются для изготовления унитарных артиллерийских выстрелов к пушкам калибров 30 —100 мм и выстрелов раздельного заряжания к гаубицам 122 — 305 мм
Специальные орудийные ПП’ малогигроскопичные, содержащие гидрофобные добавки 9—10% динитротолуола (ДНТ) в сплаве с три нитротолуолом (ТНТ) и 5 —6% дибутилфталата (ДБФ), снижающие гигроскопичность порохов в 1,5 — 2 раза; применяются в выстрелах раздельного заряжания и минометных выстрелах; малоэрозион ные —применяются в орудиях большой мощности; беспламен ные —3 —5% пламегасящих веществ ( K2SO4, КС1, канифольА
меняются при стрельбе в ночное время, в выстрелах к танковым ПРИ.кам, пламегасящие — 45 — 50% пламегасящих веществ, использу-П я в виде добавочных навесок к основным зарядам в выстрелах Ю птузного заряжания для предотвращения обратного пламени
И Специальные пороха имеют пониженное содержание энергии и
соответственно пониженную силу пороха Орудийные ПП готовятся в виде коротких цилиндров (зерен) с одним, семью и четырнадцатью каналами и трубок с разной толщиной горящего свода.
Маркировка обыкновенных орудийных ПП отражает форму и размеры элементов (например, зерненые 4/1, 7/7, 9/7 и т д , трубчатые 12/1 Тр, 18/1 Тр и др.), качество исходного пироксилина (например, индекс св. —свежий пироксилин), особенности технологии (индекс Пер. — переделочный порох из старых порохов) В маркировке специальных ПП отражается наличие соответствующих добавок (индекс М, МГЖ —гидрофобные добавки, делающие порох ма-
логигроскопичным, БП —порох беспламенный, У Г—универсальный пламегасящий и др.)
Серебряков М Е Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет - М , 1962, Марьин В К , Зеленский В П. и др Пороха, твердые топлива и взрывчатые вещества —М , 1975
А В Косточко, Б М Казбан
Пороха баллИСТИТНЫе представляют собой термопластичную полимерную композицию, содержащую основу в виде пластифицированного труднолетучими нитроэфирами (как правило, нитратами глицерина и диэтиленгликоля) нитрата целлюлозы (НЦ), стабилизаторы химической стойкости и горения, катализаторы горения, технологические добавки и целый ряд других наполнителей. ПБ за рубежом называют двухосновным в отличие от одноосновного (пироксилинового) (см. Пороха одноосновные)
ПБ был назван его изобретателем А Нобелем (1887 г ), который получил его при изысканиях новых способов флегматизации нитрата глицерина (НГ) в динамитах Изобретение ПБ практически одновременно с пироксилиновым (ПП, Вьель, 1883 г ) и кордитным порохами (КП, Абель, 1885 г ) поставило все три в положение альтернатив-иых метательных средств для артиллерии
В силу национальных особенностей, в том числе сырьевых, в Англии и Германии широко применялись кордитный и баллиститный
ев) В Р°ссии наД ПБ начали работать в конце 20-х годов (А С Бака-н ’ а к началу Второй мировой войны была разработана серия так ываемых «холодных» порохов типа НМФ и др. (с добавкой
Пороха баллиститные
409
408____________________Пороха баллиститные______
дибутилфталата), ДНТ (динитротолуола) и ДГ на основе диэтиленг ликольдинитрата в качестве пластификатора
Все три типа пороха имели сравнительно низкую температуру Го рения (2300 — 2600 К) и существенно меньший разгарно-эрозионный эффект, предопределившие их широкое применение во время войны
Стремительное развитие ракетной техники в СССР и за рубежом сразу же превратило ПБ преимущественно в ракетное топливо (БРТ), которое в массовых оперативных ракетах ближнего боя (системы залпового огня, противотанковые, авиационные и др ) применяются до настоящего времени Вследствие недостаточной термохимической стойкости БРТ (особенно высокоэнергетических), получаемых прессованием при температурах 363 — 373 К, диаметр ракетных зарядов этого типа топлив ограничен 700 мм Кроме того, эти заряды могут быть получены только так называемого вкладного варианта Поэтому для стратегических и тактических ракет в качестве ракетного топлива применяются смесевые (СТРТ)
Основой пороха является пластифицированная низкоазотная НЦ (коллоксилин марки Н с содержанием азота 11,8— 12,3%). В качестве основных пластификаторов применяются НГЦ, ДЭГДН или их смесь В некоторых составах порохов используется нитроксилитан
Дополнительные пластификаторы вводятся в состав для активации малоактивного пластификатора НГЦ или для снижения температуры горения (уменьшения эрозионного эффекта)
В качестве дополнительных пластификаторов применяют дибутилфталат (ДБФ), диоктилфталат (ДОФ), динитротолуол (ДНТ), триацетин (ТАЦ) и др
Стабилизаторы химической стойкости работают по принципу связывания оксидов азота в продуктах разложения пороха, автокаталитически увеличивающих скорость его разложения В качестве стабилизаторов используют алкилированные производные дифенилмо-чевины (централиты), дифениламин (С6Н5)2ЫН, N-нитрозодифе-ниламин (CgH5)NNO и др
Из централитов преимущественно применяются централит 1 (ди-этилдифенилмочевина) и централит 2 (диметилдифенилмочевина)
Стабилизаторы горения вводятся в состав для повышения устойчивой работы ракетного двигателя, особенно при низких давле ниях (2 — 4 МПа).
В качестве стабилизаторов горения применяют тугоплавкие хи мически инертные неорганические соединения, как правило, оксид и соли металлов' MgO, Mg(OH)2, Al 2О3, СаСО3, CaO, TiO2 и пр^
Катализаторы горения —соединения, вводимые в состав пор для снижения зависимости скорости горения от давления в опр ленном диапазоне давлений.
В качестве катализаторов горения ПБ используются соединения инца, меди, кадмия, кобальта (органические и неорганические) и С рЬО, РЬ3О4, РЬСО3, фталаты и органические соединения свинца меди и других металлов стеараты, салицилаты и др
Ингибиторы горения —соединения, вводимые в состав топлива дЛя снижения скорости горения Это, как правило, вещества, имеющие эндотермический тепловой эффект фазовых переходов при температуре, не превышающей температуру поверхности горящего пороха (< 800 К) Механизм действия — торможение процесса разложения пороха в конденсированной фазе за счет поглощения части тепла
Наиболее распространенные ингибиторы у-полиоксиметилеи СН3О(СН2)ПСН3 с п = 100 — 300, сополимер формальдегида с ди-оксаланом (СФД), полиметилметакрилат (ПММА), фторопласты — 3 и 4, железоаммонийфосфат (ЖАФ) и др
Энергетические добавки тем эффективнее в составе ПБ, чем выше энтальпия образования и ниже молекулярная масса конечных продуктов разложения. Наиболее эффективны порошкообразные металлы и сплавы—ПАМ-4 (50% А1 и 50% Mg), АМД-10 (90% А1 и 10% Mg), а также мощные взрывчатые вещества —циклотриметилентринитрамин (гексоген), циклотетраметилентетранитрамин (октоген), диэтанолнитраминдинитрат (дина) и др
Технологические добавки —вещества, вводимые в состав пороха для улучшения его технологических свойств- снижения удельной
силы внешнего трения по металлу и снижения или повышения вязкости (в зависимости от композиции).
Наиболее распространены: индустриальное (вазелиновое) масло, цинк стеариновокислый (стеарат цинка), натрий стеариновокислый (стеарат натрия), парафин, графит, сажа, фторопласты и др.
На фазе приготовления пороховой массы используются добавки поверхостно-активпых веществ для получения стойких эмульсий и суспензий сульфорицинат Е —сульфинированное касторовое масло, желатин и пр
Специальные добавки служат для придания тех или иных отличительных свойств пороха. Так, в составы малопламенных топлив для авиационных ракет вводят пламегасящие добавки- азотный и сернокислый ии, калия гексанитрокобальтат В составы плазменных топлив входят °низирующие добавки- азотнокислый цезий и азотнокислый калий
Высокоплотпые топлива содержат гидриды титана и циркония
Классификация ПБ
Че виду большого многообразия ПБ, отличающихся по энергети-Им> баллистическим, физико-механическим, взрывчатым и
410 Пороха баллиститные
Пороха баллиститные
411
целому ряду других характеристик, не существует о6щепрИНя строгой классификации ПБ Чаще всего их разделяют на группы учетом назначения и основных свойств (энергетических и баллист^ ческих).
Артиллерийские пороха (АП) С целью снижения разгарно-эро зионного воздействия на капал ствола орудия, вызываемого высокой парциальной температурой выгорания НГ, в АП вводят дополнитель ные пластификаторы, резко снижающие температуру (см Пороха артиллерийские баллиститные)
Низкотемпературные и медленногорящие топлива для грани-поров, пороховых аккумуляторов давления и др обладают пониженными температурой и скоростью горения; наряду с основными компонентами они содержат ингибиторы горения (СФД, ПММА, у-поли-оксиметилен, триацетат целлюлозы), разлагающиеся в области температур конденсированной фазы горения топлива с эндотермическим эффектом (см Пороха низкотемпературные).
Ракетные топлива среднего энергетического уровня (Н, НМФ, типа РСИ, ВИК-2Д, типа НДСИ) обладают единичным импульсом = 202 — 226 кгс с/кг и повышенной зависимостью скорости горения от давления и температуры (v ~ 0,5)
Ракетные топлива с уменьшенной зависимостью скорости горения от давления (типа РСТ, РНДСИ, РБФ, типа ВМС и др )
Для улучшения баллистических характеристик и регулирования скорости горения (v ~ 0,1 — 0,3) в состав топлив вводятся катализаторы горения, в качестве которых используются как неорганические окислы и соли свинца, меди, кобальта, кадмия, так и сложные органические комплексы соединений свинца, меди, никеля и др Наиболее эффективно применение комбинированной катализирующей системы
Высокоэнергетические ракетные топлива (типа РАМ, РТГ-25, БНЛ, БТ и др.) Для увеличения энергетических свойств топлива ( Ji ~ 240 — 250 кгс • с/кг) применяются мощные кристаллические взрывчатые вещества (гексоген, октоген), порошкообразные металлические горючие (Al-Mg сплавы)
Высокоэнергетические ракетные топлива с уменьшенной зависимостью скорости горения от давления (типа РДГ, БКГ-2Ф, РДМ и др ) Содержание в высокоэнергетических топливах кристал лических ВВ и металлических горючих (см выше) накладывает свои особенности на процесс горения; снижение зависимости С7(Р)в таких топливах достигается введением в их состав сложных органических комплексов свинца и меди или комбинированных катализаторов органической природы (особенно в сочетании с сажей)
Специальные топлива Плазменные топлива имеют более высоко чем ракетные топлива (в 10000 раз) электропроводность про-ктов сгорания за счет содержания в составе ионизирующей добавки более высокой температуры продуктов сгорания, обеспечиваемой высоким содержанием кислорода в составе и горением высокотеплотворных металлов (см Пороха плазменные)
Беспламенные топлива применяются в авиационных ракетах, где наличие пламени за соплом ракетного двигателя способствует попаданию в воздухозаборники двигателей самолета газов с высокой температурой, что приводит к помпажу (срыв газодинамической устойчивости компрессора) и неустойчивой работе, вплоть до остановки двигателя
Снижение температуры продуктов сгорания за соплом ракетного двигателя обеспечивается специальными добавками (соединения I группы периодической системы), ингибирующими цепные реакции доокисления углерода и водорода в пороховых газах на воздухе (см Порох беспламенный).
Зарубежные двухосновные пороха. Из зарубежных порохов аналогичными отечественным баллиститным порохам и топливам,
изготавливаемым методом экструзии, являются двухосновные немо-дифицированные топлива, в качестве основных компонентов содержащие НЦ и НГЦ и дополнительные пластификаторы Такие топлива обладают средней энергетикой (Jj ~ 200 — 227 кгс • с/кг) и высокой зависимостью U(P) (v = 0,7).
Отличительные особенности ПБ и РТ Широкая сырьевая база основных компонентов (целлюлоза древесная и хлопковая, глицерин жировой и синтетический), высокопроизводительные непрерывные технологические процессы позволили создать значительные производственные мощности и предопределить приоритетность этого типа ракетных топлив перед другими для массовых систем вооружения-залпового огня, противотанковых, активно-реактивных и др Вследствие использования в составе композиции активной термопластичной связки (НЦ + НГЦ) при относительно высоких энергетических характеристиках содержание полимерной связки может достигать ~95%, что обусловливает высокое значение механических характеристик топлива
Промышленная технология ПБ и РТ отличается мобильностью, Универсальностью, малым временем технологического цикла, позволяющими оперативно переходить с одной номенклатуры зарядов на РУгую и организовать производство на заводах десятков и сотен разных зарядов.
Химические составы и термодинамические характеристики основных типов баллиститных порохов
Наименование характеристик Артиллерийские пороха Медленно-горящие БРТ БРТ среднего энер- уровня БРТ среднего энер-уровня с уменып завис СГ(Р) Высокоэнергетические БРТ Высокоэ-нергетич БРТ с уменып завис С/(Р) Беспламенные БРТ Плазмен-топлива
1 Химический состав, % (м д )
Нитроцеллюлоза 40,9-62,0 43,0-57,0 54,0-59,0 54,0-59,0 22,0-51,0 35,0-63,5 55,0-56,0 29,2-38,6
НГЦ, ДЭГДН 25,0-35,0 17,3-33,0 24,0-39,3 27,5 - 36,0 22,0-35,5 14,0-30,0 24,5-28,6 29,2-31,0
Дополнит пластификаторы (ДНТ, ДБФ и ДР ) 0-15,0 2,1-20,7 0-16,5 1,0-7,5 0-2,5 - 6,5-10,3
Стабилизаторы хим стойкости (ДФА, цент-ралит и др ) 1,5-3,0 0-3,0 1,0-3,0 0,2-2,5 1,0-2,0 1,9-3,0 -
Ингибиторы горения (у ПОМ, СФД, ПММА и др ) 0-13,0 - -
Катализаторы горения (окислы, фталаты, салицилаты Pb, Си, Ni, Со и др ) - 0-1,0 1,7-3,6 0-2,0 1,0-3,0 0,3-2,0
1 Энергетические добав-1ки ВВ (гексоген, окто-1ген, дазин и др ) 0-20 - - - 25,0-34,1 12-27 -
(Металлические сплавы \ СПАМ-4, AM Д-5 и др ) - - - 3-20,0 2,2—10,0 1 20,0-27,5 /
3 s
/ Наименование / характеристик 1 Артиллерийские пороха Медленно-горящие БРТ БРТ среднего энер- уровня БРТ среднего энер уровня с уменып завис СГ(Р) Высокоэ- 1 нергетичес-кие БРТ Высокоэ- 11 нергетич 1 БРТ с уменып за-вис (7(Р) Беспламен- \ ные БРТ 1 Плазмен- \ \ топлива \
Специальные добавки (соли К и Cs) - - - - 4,2 5,5 10-12
Прочие Сила, f, т см/кг Потенциал, П, т см/кг 3,2-5,0 96,1-118,7 370-525 2,0-8,7 2 Тер 0,5-11,0 модинамичес 1,5-4,0 кие характер 0,5-1,0 истики 1,0-3,2 3,2 3,3 1 2,1-3,5
Удельный импульс, I, кгс с/кг т„, к 2474-3400 180,3 — 202,5 202,0 — 226,3 207,9 — 221 235,6 — 250,6 222,3- 242,4 196,5 - 204,8
тк, к 1597-2047 2198-2819 3 Эл< 2233-2704 жтрофизичес 2982-3819 кие характер 2411-2882 истики 1928-2197 3714- 3863
Электропроводность прод сгорания в генераторе плазмы, <тк, См/м - - - - - 97,6- 167,6
Электрофизический комплекс, aW2, См/м(км/с)2 - - - 216,0 — 438,2
Е Ф.Жегров
Порох дымный (черный)415
414____________________Пороха беспламенные______
Пороха беспламенные —пороха, содержащие в своем со пламегасящие добавки, обеспечивающие снижение пламеобпа ния при догорании пороховых газов на воздухе за соплом ракетно двигателя или срезом ствола артиллерийского орудия за счет ингиб ° рования (обрыва) цепных реакций горения (см Добавки пламега щие) ся~
ПБ применяются в авиационных ракетах, где наличие пламени за соплом ракетного двигателя может привести к прекращению рабо ты двигателя, а также в артиллерии для устранения дульного пламени.
Известно несколько способов создания беспламенных выстрелов' введение пламегасителя непосредственно в сопло реактивного снаряда, введение пламегасящей шашки в дополнение к центральной шашке порохового заряда и др
Наиболее эффективно введение пламегасящих добавок непосредственно в состав пороха.
Химический состав и основные свойства таких ПБ приведены в таблице.
Химический состав и основные свойства беспламенных ракетных топлив
Химический состав и свойства Марки топлива
БНК-Р-2 | Б-19К | БНК | БНК-В
Химически НЦ й состав, °' 56,6 55,0 56,0 53,5
НГЦ, ДЭГДН 28,6 25,0 24,5 26,7
ДНТ, ДБФ 6,5 10,3 8,3 6,0
ДФА, централит 3,0 1,9 2,5 2,3
KNO3 Гексанитрокобальтат калия Калий кислый виннокислый Прочие 5,3 4,2 3,5 5,5 3,2 6,0
Т ермодинамическ! Температура продуктов сгорания в каме- 1928 2155 2197 2007
ре,Гк,К Зависимость скорости горения от давле- О.45Р073 1,51Р04' 1,64/-* °’41 1,21 Р° 57
ния U(P) Удельный импульс /|, кгс с/кг 196,5 202,7 204,8 196,8
Физико-химические и теплофизические характеристики
Плотность, р, г/см3 1 1,60 1 1,61 1 1,62 |
Хнмй^кий состав и свойства Марки топлива
БНК-Р-2 Б-19К БНК БНК-В
ккал/кг Температура вспышки, 7’всп , 'С удельная теплоемкость, С, кДж/(кг град) КоафФипиеНТ теплопроводности, X, Вт/(м град) 740 826 168-170 1,53 0,250 840 177-178 1,43 0,240 783
физико-механические характеристики при растяжении Напряжение, о, кгс/см2 110 Деформация, S, % 8,1 Мода,ль упругости, Е, кгс/см2 | 8620 | 3340 Взрывчатые характеристики Критический диаметр детонации, dKp , мм Расстояние передачи детонации 1„, мм | | при Т = 293 К 115,6 I 9,1 1 5211 | I 8-9 I 3-5 10-12
Е Ф Жегров
Порох ДЫМНЫЙ (черный) —взрывчатый состав, представляющий собой механическую смесь тонкодисперсных компонентов' калиевой селитры, древесного угля и серы. Селитра является окислителем, легко отдающим кислород Уголь —горючее вещество Для ДП используется уголь мягких пород древесины, чаще всего крушинный или ольховый Сера служит добавкой, улучшающей воспламеняемость пороха и его механические свойства, одновременно являясь также горючим ДП может не содержать серы, но такой порох трудно воспламеняется.
По внешнему виду ДП представляет собой плотные зерна (гранулы) черного цвета, в зависимости от способа изготовления, с блестящей или матовой поверхностью. Он характеризуется высокой чувствительностью к удару, трению и, особенно, к пламени Воспламеняясь и быстро сгорая, образует достаточно большое количество газов, способных производить механическую работу При нагревании он вспыхивает при температуре 270 — 310°С Удельный импульс ДП при Давлении 40 кгс/см2 находится на уровне 120—125 кгс • с / кг Температура горения ДП составляет 1900 — 2100 К Высокая температура горения и наличие в продуктах сгорания до 50% твердых и ЖиДких частиц придают ему способность хорошего зажигающего дей-СТвия ДП гигроскопичен и чувствителен к содержанию влаги, кото-Рое не должно превышать 1 % При влажности 2% порох трудно воспламеняется
416
Порох лазерный
Порох лазерный
417
ДП является самым древним взрывчатым веществом На п жении многих столетий, вплоть до второй половины IX в Он— ',°Тя' ственное ВВ, применявшееся в качестве метательного заряда в ст ИН ковом и артиллерийском оружии С появлением более мощных без дымных порохов он потерял свое значение как метательное ВВ О нако благодаря уникальным свойствам по воспламеняемости, зажига ющей способности и другим свойствам ДП продолжает широко по меняться в военной технике. Он используется в качестве воспламени теля для зарядов ко всем видам артиллерийских и ракетных систем в специальных зарядах для касетных боеприпасов, в разного рода дистанционных устройствах и т.д Применяется он и для взрывных работ (добычи штучного камня), в огнепроводном шнуре и охотничьих патронах.
ДП, изготовляемый заводами бывшего СССР, в зависимости от назначения подразделяется на следующие виды (марки)- крупнозернистый (КЗДП), ружейный (ДРП), шнуровой (ДШП), охотничий (ДОП), взрывной (ДВП), минный (ДМП), специальный Марки ДП различаются, в основном, размером и плотностью зерен В зависимости от марки размер зерен находится в диапазоне от 0,36 до 9,1 мм, действительная плотность —в диапазоне от 1,65 до 1,91 г/см3, что обеспечивает насыпную плотность 0,9 — 1,1 г/см3 К отдельным маркам предъявляются требования по времени горения в изделиях, создаваемому в манометрической бомбе давлению и баллистическим показателям Все марки, за исключением шнурового пороха, имеют одинаковое соотношение компонентов: (75±1,0)% селитры, (15±1,0)% угля, (10±1,0)% серы Шнуровой порох состоит из (77+2,0)% селитры, (11±1,5)% угля, (12±1,5)% серы.
Шиллинг НА Курс дымных порохов — М , Гособорониздат, 1940 -276 с , Горст А Г Пороха и взрывчатые вещества — М Машиностроение, 1972 —208 с , Шагов Ю В Взрывчатые вещества пороха -М Воениздат, 1976 -120 с , ГОСТ 1028-79 Пороха дымные Общие технические условия М Издательство стандартов, 1985 -16 с
В К Лукашов
Порох лазерный Лазерный порох-специальное топливо, обеспечивающее при сгорании создание лазерно-активных сред, способных при определенных условиях генерировать когерентное электромагнитное излучение с требуемой длиной волны Под лазерно-ак тивными средами понимают высокотемпературную смесь проДУкТОВ сгорания ЛП строго определенного состава Как правило, в состав ла зерно-активной среды входит 2 — 3, а иногда и значительно большее число газовых компонент, но излучающей молекулой в большинстве случаев является только одна Число газовых молекул, на осно
ых к настоящему времени удалось получить лазерно-активные К°Т°ы относительно невелико (СО2, СО, HF, DF, НС1 и др ) Такое СР поЖ'ение обусловлено сложностью создания неравновесного состо-п°‘ я вещества (инверсии населенности), когда концентрация моле-Я находящихся в возбужденном состоянии, значительно превосхо-КУ1 концентрацию молекул, находящихся в обычном состоянии В га-ДовЫх лазерах инверсия населенности создается физическими и хи-
мическими методами
При химическом возбуждении инверсия населенности создается в результате протекания химических реакций, способствующих образованию возбужденных атомов, молекул или радикалов Наличие газовых компонент в реакции способствует быстрому перемешиванию реагентов и выбросу продуктов из зоны реакции, что обеспечивает преобразование химической энергии в энергию электромагнитного излучения Обычные химические реакции протекают довольно мед
ленно и не создают инверсии населенности вследствие низких скоростей накопления возбужденных молекул по сравнению с процессом их релаксации По этой причине лазеры создаются только на основе быстропротекающих процессов (горение, детонация и т п ), а большие секундные расходы продуктов горения (взрыва) допускают возможность создания лазеров с высокими значениями выходной мощ-
ности
При тепловом возбуждении инверсия населенности в молекулярных системах достигается быстрым нагревом или охлаждением газовой смеси (продуктов сгорания) Тепловая энергия предварительно нагретого газа при быстром его охлаждении за счет расширения и разгона до сверхзвуковых скоростей непосредственно преобразуется в энергию электромагнитного излучения Инверсия населенности создается термическим путем за счет быстрого изменения термодинамических параметров (температуры и давления) газовой смеси за время гораздо меньшее, чем это требуется для протекания процессов колебательной релаксации верхнего энергетического уровня возбужденных молекул Принцип теплового возбуждения высокотемпературной газовой смеси, полученной в результате горения ЛП, твердых, жидких или газообразных химических соединений, положен в основу Работы газодинамических лазеров (ГДЛ) С помощью ГДЛ в пастоя-Щне время удается получать более 20 Дж энергии излучения с 1 г газоном смеси
Ряд очевидных преимуществ перед газообразными и жидкими т°пливами может дать использование ЛП, обеспечивающих при сго-ании образование газовой смеси требуемого состава и температуры
418
Пороха низкотемпературные
Оптимальный уровень температуры для ГДЛ составляет 1800 —Эл К, оптимальная газовая смесь должна иметь состав СО — яо Н2О—3%, остальное — азот Содержание конденсированных поо тов не допускается "к'
При использовании обычных нитроцеллюлозных порохов при дополнительном наддуве камеры сгорания азотом или воздухом6 образуется слишком много паров воды и недостаточное количеств азота. Одним из перспективных направлений развития ГДЛ является использование в качестве компонентов ЛП высокоазотистых соедине ний с минимальным содержанием в них водорода. Путем рациональ ного сочетания компонентов и оптимального конструирования топливной композиции из высокоазотистых и маловодородных горючесвязующих веществ, пластификаторов, наполнителей и окислителей могут быть получены ЛП, с продуктов сгорания которых можно извлечь удельную энергию до 100—110 кДж/кг
Я Конюхов В К Газодинамические лазеры / В кн. Справочник по лазерам Т1 — М 1978; Кассади Ф Э. / / РТ и К — 1981 —№5, Андерсон Дж Газодинамические лазеры - М.: Мир, 1979, Горбачев В А., Игнатов В Е Физико-химические основы газовых лазеров М , 1985
В А Горбачев
Пороха низкотемпературные-пороха, обладающие низкой температурой продуктов сгорания (Тк ~ 1430 — 1800 К); применяются в различных газогенераторах, пороховых аккумуляторах давления и других вспомогательных объектах двигательных установок
В составы ПН кроме основных компонентов и стабилизаторов химической стойкости входит большое количество дополнительных низкокалорийных пластификаторов (ДНТ, ДБФ, триацетин) или ингибиторов горения, разлагающихся с большим эндотермическим эффектом в области температур конденсированной фазы горения пороха и снижающих не только температуру горения, но и скорость горения пороха, поэтому эти пороха являются также медленногорящи-ми (топливо НБГ-8, НДП-5А) (см Порох баллиститныи)
Химический состав и основные свойства низкотемпературных порохов приведены в таблице
Химический состав и основные свойства низкотемпературных БР1
Химический состав Марки топлив
и свойства НДТ-ОМК РСК-6К | НБГ-8 ] стл-4м]ндП:
Пороха низкотемпературные 419
—''^^пгческий состав Марки топлив
и свойства НДТ-ОМК РСК-6К НБГ-8 СТЛ-4М НДП-5А
' 11,0
ДЭГДН ДНТ, ДБФ дфА, централит гексоген, октоген гпом 20,7 3,0 17,0 2,7 6,0 3,0 8,0 2,0 23,0, 3,8 2,5 12,0
СфД, ПММА этилацетат, триацетин 12,0 14,2,
2,0 5,0 3,0 3,9 8,7
прочие
Термодинамические характеристики
Температура продуктов сго- 1597 1659 1430 1862 1685
рания в камере, Тк, К Зависимость скорости горения от давления U (Р) 0,4р°.59 3,ЗР0’22 0,зр°.54 2,0Р°’17 0,ЗР°'57
Удельный импульс , кгс с/кг 180,3 186,5 182,9 196,9 189,2
Физико-химические и теплофизически! е характер истики
Плотность, р, г/сл3 1,53 1,57 1,53 1,55 1,54
Теплота горения, Qx, ккал/кг 610 620 520 699 615
кДж/кг 2556 2599 2180 2929 2577
Температура вспышки, Гкп, ’С 174—175 172-175 185-195 170-175
Удельная теплоемкость, С, кДж/(кг град) 1,53 1,55 1,67
Коэффициент теплопроводности, X, Вт/(м град) 0,240 0,220 0,243
Физико-механические характеристики при растяжении при Т = 2! )ЗК
Напряжение, а, кгс/см 2 114,0 93,8 37,9 18,0 25-54
Деформация,е, % 19,0 10,6 12,7 44,7 10,2
Модуль упругости, Е, кгс/ 3600 3320 1060 229 1730
см2
Взрывчатые характеристики
Критический диаметр детонации, dKp , мм Расстояние передачи дето- 18,0 7,0-7,5 12,0-15,0
9,0 7-8
L-—„нации, 1п, мм
Е Ф Жегров
Пороха одноосновные
421
основе иитроцеллюло-
Известные випт., гт„
420 Пороха нитроглицериновые
Пороха нитроглицериновые-разновидность Метате ных взрывчатых веществ, изготавливаемых на---- Ль'
зы, пластифицированной нитроглицерином
различаются способом производства и, как следствие этого особ*4 ностями структурно-механических и баллистических показателей
Баллиститные пороха получаются смешением компонентов инертной среде (чаще всего водной) с последующим отжимом сущВ кой и завершением процесса пластификации нитроцеллюлозы при термомеханическом воздействии (например, на вальц-аппарате) формованием с использованием вальцов или прессов.
В качестве основного пластификатора в баллиститных порохах помимо нитроглицерина могут использоваться и другие нитроэфиры например, диэтиленгликольдинитрат, триэтиленгликольдинитрат и их смеси.
При изготовлении кордитных порохов кроме труднолетучего нитроглицерина используется удаляемый из готовых изделий легколетучий растворитель, например, ацетон
Сферические пороха получаются растворением компонентов в этилацетате с последующим диспергированием порохового лака в воде с образованием эмульсии или его гранулированием, стабилизацией поверхностно-активными веществами пороховых элементов, их обезвоживанием и удалением этилацетата
Полимерной основой баллиститов является, как правило, коллоксилин «Н» с содержанием азота 11,8—12,3%, кордиты и сферические пороха готовят с использованием высокоазотной нитроцеллюлозы с содержанием азота 12,0—13,5%
Любые ПН обязательно содержат до 3% стабилизаторов химической стойкости (дифениламина, централитов и других) и до 4% технологических добавок
ПН, использующиеся как ракетные топлива, могут содержать до 6% катализаторов и стабилизаторов горения (соединений свинца, меди, висмута, кадмия, цинка, олова, титана, магния, никеля и других)
Специальные виды ПН могут содержать компоненты, обеспечивающие’
— улучшение структурно-механических характеристик порохов и уменьшение разгарно-эрозионного действия продуктов их горения, в качестве таких добавок используют до 20% дополнительных плас тификаторов (диэтиленгликольдинитрата, триэтиленгликольдинит рата, динитротолуола, триацетина, дибутилфталата, диэтилфтала и других);
_ повышение энергетики (до 20% порошкообразного алюминия еГ0 сплавов с магнием, цинком или железом, до 35% мощных Я ывчатых веществ, например, гексогена или октогена);
в р __ беспламенность (различные соединения калия, см Добавки
пламегасящие)-,
— образование низкотемпературной плазмы из продуктов горения (д° 28% тех же металлических добавок и до 20% нитратов или гексанитро-кобальтатов калия и цезия);
— образование при горении топлив аэрозоля, обладающего пожаротушащими свойствами (см Аэрозолеобразующие пожаротушащие составы).
Кордиты и сферические пороха используются в ствольном огнестрельном оружии, баллиститы —в качестве артиллерийских порохов, твердых ракетных топлив, плазменных порохов, источников рабочего тела газогенераторов, фейерверочных составов бездымных, основы гранипоров, огнепроводных шнуров и для других целей
Д Л Русин
Пороха одноосновные —разновидность метательных взрывчатых веществ, изготавливаемых на основе нитроцеллюлозы с использованием удаляемого из готовых изделий пластификатора, как легколетучего, напр , спирто-эфирного, так и труднолетучего, напр , формаля глицерина.
Необходимость равномерного удаления растворителей из пороховых элементов обусловливает невозможность изготовления ПО с толщиной более 12 мм, поэтому они используются только как орудийные или в газогенераторах
В качестве полимерной основы ПО используется, как правило, смесевая нитроцеллюлоза (до 95%), состоящая из пироксилина №1 с содержанием азота не менее 13,1% и пироксилина №2 с содержанием азота 11,9—12,4%, поэтому такие ПО называются еще пироксилиновыми порохами
Модификации подобных ПО могут содержать до 13% неудаляе-мых труднолетучих пластификаторов, напр , таких как тринитротолуол, динитротолуол, дибутилфталат, обусловливающих снижение сигроскопичности пороховых элементов, а также добавки, обеспечи-вающие снижение пламенности выстрела (напр., до 48% сульфата ка-Ия% или обеспечивающие повышение энергетических характери-Ик ПоРоха или цветность пламени при их горении
10 ^>ЛегматизиРованные ПО содержат 0,1—0,4% графита и 1 >8% камфоры, которая вводится в поверхностные слои порохо-элементов, что обеспечивает прогрессивность их горения.
422 Пороха плазменные
Быстрогорящие ПО содержат до 0,9% графита и до 5% остаточ ной калиевой селитры, основное количество которой удаляется выма чиванием из пороховых элементов, что обеспечивает их повышенную пористость и за счет этого увеличенную скорость горения
Разновидностью пироксилиновых порохов является пироколло дийный порох, изготавливаемый на основе нитроцеллюлозы с содержанием азота 12,6% (пироколлодий Менделеева)
Обязательным компонентом всех ПО является стабилизатор химической стойкости, в качестве которого чаще всего используется дифениламин (1—2%).
Готовые изделия из пироксилиновых порохов содержат влагу (0,7—1,8%) и пластификатор (0,5 —3,7%), т.н. удаляемые и неуда-ляемые летучие вещества.
Разновидностью ПО являются т.н. вискозные пороха, получаемые нитрованием предварительно изготовленной вискозной нити.
По способу получения вискозные пороха принципиально отличаются от пироксилиновых Общность технологических процессов получения вискозной нити для шелка и вискозного волоса для пороха давала возможность использовать основное оборудование фабрик вискозного волокна для приготовления вискозных порохов в военное время
В процессе производства вискозных порохов полученный вискозный волос режется на зерна заданной длины, которые сушатся, а потом нитруются смесью с повышенным содержанием азотной кислоты (HNO3 —70%, H2SO4 —27%, Н2О—3%), затем проводятся завершающие операции, в частности, на стадии стабилизации вводится 2% ацетанилида для обеспечения требуемой стойкости. Содержание азота в вискозных порохах достигает 13,5—13,6% 0ж ~ 4070 — 4400 кДж/кг На основе вискозного зерна можно получить быстрогорящие пороха для минометов и пистолетов.
Д Л Русин
Пороха Плазменные —баллиститные пороха, в процессе горения которых образуется низкотемпературная плазма с электропроводностью о до 167 См/м и электрофизическим комплсксомоП7 Д° 438 См/м (км/с)2 Находят широкое применение в импульсных МГД-генераторах в качестве источника рабочего тела.
Электропроводность плазмы обеспечивается высокой температу рой горения пороха (свыше 3800 К) и наличием в продуктах сгора ния легкоионизирующихся элементов, преимущественно калия и Ие зия, вводимых в состав пороха в виде азотнокислых солей В качес
423
424
Пороха потенциал высокоэнергетического компонента, обеспечивающего высокую температуру горения пороха используются порошки алюминиево-магни-евого сплава, содержащего в сплаве до 90 — 95% металлического алюминия
Непрерывная технология баллиститных порохов позволяет изготавливать заряды из ПП от нескольких граммов до нескольких тонн для различных классов импульсных МГД-генераторов
Химический состав и основные электрофизические характеристики ПП приведены в таблице.
Е Ф.Жегров
Пороха Потенциал— предельно возможная работа одного килограмма пороха, которую могли бы совершить газы, охлаждаясь от температуры горения (взрывчатого превращения) до абсолютного нуля. Физический смысл понятия ПП ясен из уравнения баланса энергии при выстреле для одного килограмма пороха:
(1)
2 'v 0 С ?! /
Левая часть уравнения (1) выражает сумму внешних работ, совершаемых пороховыми газами- т — масса снаряда, кг; V—дульная скорость, м/сек; ф —коэффициент, учитывающий второстепенные работы, 0 = К-1; К—показатель адиабаты; Ср и Cv —теплоемкость газов при постоянном давлении и объеме соответственно, /"—сила (работоспособность) пороха Правая часть уравнения (1) учитывает изменение теплового соотношения газов в результате их адиабатического расширения от температуры Т\ до Т При допущении, что газы могут охладиться до Г = О К, получается максимально возможное расчетное значение скорости снаряда В этом случае уравнение (1) примет вид известного выражения для ПП (П):
f ^т\
п=ё=¥’
где’ R— газовая постоянная
С ростом температуры газов происходит уменьшение значения 0, поскольку при этом увеличивается Cv Значение 0 зависит и от молекулярной массы газов. Так, значения 0 для СО2 ~ 0,8, для водяного пара ~ 0,58, для Н2 ~ 0,37
В табл представлены характерные значения потенциала для различных типов порохов
(2)
Пороха сферические
425
Свойства некоторых порохов
Порох Т, К Сила пороха, f 10“5, Дж/кг П п П 10"6, Дж/кг
Дымный 2170-2670 2,8-3,5 -
Пироксилиновый 2700-2900 7,7-10,5 3,7-4,3
Пироксилиновый с анерге-тич добавкой 3000-3300 10,0-11,2 4,4-5,0
Баллиститный 3200 — 3500 10,0-12,5 6,0 8,0
ПП применяется в качестве фундаментальной характеристики пороха для расчетов предельно возможной скорости метания снаряда, коэффициента полезного действия заряда при выстреле и других критериев оценки орудия
Серебряков ME Внутренняя баллистика — М Оборонгиз, 1962, Ландау Л Д , Лифшиц Е М Теоретическая физика — Т 5 — М Наука, 1964; Таскин А А Баллистика — М Воениздат, 1970
Н А Афанасьев, IO М Михайлов
Пороха Сферические —мелкозерненый порох, получивший своё название по округлой форме зерен, которая может быть близкой к шарообразной, дискообразной или эллипсоидальной (рис 1) Форма элемента в первую очередь зависит от способов получения пороха, среди которых наиболее известны эмульсионный и экструзионный Она обусловлена либо возможным деформированием капли раствора компонентов пороха в поле градиента скоростей, возникающем при интенсивном перемешивании системы в процессе формирования гранул, либо достигается их специальным сплющиванием В дальнейшем приобретенная пороховым элементом форма фиксируется вследствие резкого возрастания вязкости раствора при удалении растворителя
Рис 1 Микрофотографии зерен сферического пороха (а —вид сверху, б —вид сбоку)
426
Пороха сферические
Пороха сила
427
СП впервые был получен в 30-х годах XX столетия в СПТд Фр Олсеном и уже в период второй мировой войны использовал Л для снаряжения винтовочных патронов В настоящее время он проиТ водится во многих странах Для повышения прогрессивности горения СП во многих случаях флегматизируют Он находит широкое при менение в патронах боевого, спортивного и охотничьего оружия в строительно-монтажных патронах, в боеприпасах артиллерии малого калибра. Для наиболее распространенных СП, применяемых в патронах стрелкового оружия, приведены усредненные данные о составе (% мае.) и отдельных физико-химических характеристиках-
Нитрат глицерина
Дифениламин
Влага
Остаточные растворители (этилацетат, метилацетат, нитрометан и др )
Флегматизаторы (дибутилфталат, диэтилдифе-нилмочевина, динитротолуол и т д ) Графит
Нитрат целлюлозы (12—13,5% мае азота)
0 — 25% мае
0,5 — 1,0% мае
0,1 —0,3% мае
3-8% мае
остальное
Плотность 1,5—1,6 г/см, насыпная плотность 0,95—1,05 г/ см3; удельная поверхность 50 — 70 см2/г; температура горения—2500—3100 К; сила пороха —(0,95—1,05) • 106 Дж/кг
По данным зарубежной печати, мелкодисперсный СП находит широкое применение при изготовлении пластизольных твердых ракетных топлив, газогенераторов и взрывчатых составов
Для СП характерно распределение гранул как по размерам, так и по плотности В обоих случаях оно близко к гауссовому Средний размер гранул СП в зависимости от его целевого назначения может меняться от нескольких микрометров до одного-двух миллиметров Его элементы характеризуются обычно наименьшим размером —толщиной горящего свода и средним диаметром, представляющим собой полусумму размеров по двум остальным осям
Специфической особенностью СП являются его пористая струк тура, зависящая от способа, условий получения, и соответственно возможность регулирования средней пористости в широких пределах (см. Промышленное производство сферических порохов) Напри мер, в объеме гранул пороха для стрелкового оружия в зависимое от этого наблюдаются или преимущественно сферические изол р ванные поры размером около 1—5 мкм и отдельные более крУ
ы достигающие 10 — 30 мкм, или сферические поры, соединенные П(еЖДУ собой проходными каналами. Наиболее вероятно, что возникновение мелких пор вызвано фазовым распадом раствора в процессе отгонки растворителя и обогащения системы водой Происхождение более крупных пор может быть связано с капсулированием дисперсионной среды в процессе диспергирования порохового раствора По-пистость СП зависит от концентрации раствора, скорости отгонки растворителя, температурных условий процесса и ряда других факторов Считается, что значительное влияние на данный параметр оказывает количество вводимого в систему высаливающего агента, роль которого могут выполнять сульфаты, нитраты, хлориды щелочных и щелочноземельных металлов Установлено, что чем больше вводится соли, тем меньше пористость пороха Наиболее распространенным водоотнимающим агентом является сульфат натрия
Среди основных достоинств СП —возможность обеспечения более высокой насыпной плотности, возможность ввода значительного количества наполнителей, относительно простая технология; более высокая производительность в сравнении с известными технологиями пироксилинового и баллиститного порохов
Еременко Л Т , Королев А М , Березина Н И Нитроцеллюлоза и ее использование в технике -Черноголовка ОИХФ АН СССР, 1981 —С 271
Ю М Михаилов
Пороха СИЛЗ (/) — работа, которую могли бы совершить продукты горения одного килограмма пороха (ВВ, твердого топлива, пиротехнического состава), свободно расширяясь при атмосферном давлении Ра в результате нагревания их от 273 К до температуры горения Т]
P.Wt
f = RT\(l-a) = 273 Гь Дж/кг,
гдеа—коволюм продуктов сгорания, м3; W\ —удельный объем газообразных продуктов сгорания, м3/кг; 7\ —температура горения пороха при постоянном объеме, К; 7?—универсальная газовая постоянная, 1/273—объемный коэффициент расширения газов при нагревании на 1 К,
f~ одна из основных характеристик энергетических конденсиро-Ваиных систем, которая входит в основные уравнения пиростатики и иродинамики для расчета баллистической эффективности метатель-’Х Устройств (ствольного оружия, пиромеханизмов)
428
Пороховая масса
Пороховых масс баллиститного типа переработка
При достижении высоких давлений f не остается постоянной личиной’ Ве'
f = f ~b ехр(- с Р),
где /"—среднее значение СП, рассчитанное из химического состава или определенное по зависимости максимального давления при горе нии пороха в манометрической бомбе от плотности заряжания- Ь и с—коэффициенты, зависящие от условий горения пороха, Р~ даВЛе ние при котором происходит горение пороха
СП для некоторых типов порохов приведена в табл
Тип пороха И71, дм3/кг (вода-пар) (Т, - 273), °C f КГ3,
Дымный 280-340 1900-2400 270-340~~
Пироксилиновый 910-970 2500-2700 750-1000
Н итрог лицериновый 800-860 2900-3900 980-1200
Паушкин Я М Жидкие и твердые ракетные топлива — М Наука, 1978 - 192 с Серебряков М Е Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет — М Оборонгиз, 1962
В И Загарских, Н А Афанасьев, Ю М Михаилов
Пороховая масса-композиция в виде суспензии в воде (концентрация 7—10%) или в пастообразном состоянии (влажность до 60%), содержащая все компоненты заданного порохового состава
Получается методом смешения в воде поочередно вводимых компонентов состава периодическим, полунепрерывным или непрерывным способами (см Производство пороховой массы баллиститного типа).
Для получения качественной ПМ современная технология предъявляет следующие требования’
— тонкое диспергирование эмульсии пластификаторов (нитроэфиров) для повышения удельной поверхности смачивания полимера (нитрата целлюлозы),
— оптимальные температурные режимы совмещения полимера с пластификатором (низкая температура на первом этапе— капиляр-ной пропитки —и высокая на втором —диффузии в межкапилярной надмолекулярной структуре);
— тонкое диспергирование суспензий катализаторов горения для механоактивации их и однородного распределения в составе,
— интенсивное перемешивание композиции с целью получения однообразного распределения компонентов в составе
ПМ, изготовленная на одних и тех же партиях сырья и переме шанная в одной емкости (до 120 м3) — смесителе общих партий —на зывается пороховой смесью.
429
Она характеризуется результатами химического анализа (химсо-
аВ) и скоростью горения, определяемых, как правило, из разных СТгТ смесителя и усредненного перед анализами
М£ Срок хранения пороховой смеси до ее переработки ограничивает-зависимости от состава 1 — 6 сутками
сЯ Е Ф Жегров
Пороховых масс баллиститного типа переработка включает следующие технологические операции’ отжим от воды, пластификацию с одновременной сушкой, подсушку полуфабриката до окончательной влажности, гранулирование (таблетирование) полуфабриката, формование в элементы требуемой формы
До 40-х годов ППМ в артиллерийский трубчатый порох осуществлялась по периодической технологической схеме, в которой отжим производился на центрифуге, пластификация и сушка—па гладких вальцах, а формование—на гидравлических вертикальных прессах Подобная технология в усовершенствованных вариантах применяется в некоторых странах до настоящего времени
В СССР с появлением ракетных топлив во второй половине 40-х годов была создана и в 50-х годах усовершенствована непрерывная технология, базирующаяся на шнековых отжимных и формующих прессах (рис 1)
1 2 3 4 5
Рис 1 Непрерывная технологическая схема переработки порохов массы высокоэнергетических баллиститных порохов 1-пресс ПО-125, 2-вальцы 1500, З-сушилка СШТС, 4-таблетирующий аппарат ПКТ, 5 - формующий шнек-пресс
На первом этапе отжим осуществлялся в два приема, соответственно в двух пепрерывнодействующих шнековых аппаратах’ фильтрование на ШД до влажности 50% и отжим на ШС-1 до влажности 6-12%
Полученная пороховая «крошка» («вермишель») подвергалась взльцеванию на рифленых непрерывно действующих вальцах «Де-^аг* или «Тройстер», на которых за счет диссипативной энергии оло 200 квт • ч/т) производилась интенсивная пластификация 1 ассы и сушка с 6 —12% до 1,5 — 3% Вследствие высокой опасности
430
Пороховых масс баллиститного типа переработка
процесс вальцевания проводился не до окончательной влажно (0,3 — 1%) и дополнялся операцией подсушки, выполнявшейся на He” прерывных сушильных аппаратах конвективного типа (барабанные продольным или поперечным продувом воздуха) или контактных шнековых
Высушенный полуфабрикат подвергался формованию в диффу зорно-конфузорном раструбном прессинструменте, сочлененном нагнетательным шнековым прессом типа Ш-4, ШС-34, ШП-4
На некоторых заводах с целью улучшения качества полуфабрикат перед формованием гранулировался шнековыми прессами Ш-3 или ШП-3
В 60-70-х годах производство было существенно модернизировано в направлении повышения производительности оборудования и безопасности процессов. На операции водоотжима стали устанавливаться прессы ПО-125 с совмещенными функциями фильтрования и отжима, вальцы «Тройстер» были заменены на более производительные аппараты завода «Большевик», гранулирующие и формующие прессы Ш-3, ПКТ, ШС-34 заменены на ПСВ, ПСВ-2М, ПСВ-3 с производительностью до 800 кг/ч вместо 400 кг/ч у старых Технологическая схема стала в высокой степени автоматизированной и полностью дистанционно управляемой
Из цеха изготовления
| пульт управления]
Рис 2 Непрерывная автоматизированная технологическая схема переработки поро ховой массы 1 синхронизатор, 2 —отжимной пластифицирующий пресс (ПО а 3 устройство контроля производительности, 4—устройство ввода добавок, 5-устройство хранения и ввода текущих ВТО, 6-шнек-пресс пластифицирую (СПА), 7-устройство автоматической загрузки пресса, 8-формующий шнек-пр (ПВВ 300)
Пороховых масс реология
431
В 80-х годах модернизация технологии переработки завершилась янием принципиально новой схемы, обеспечивающей решение С° оосов безопасности, качества и полной автоматизации (рис 2)’ в0 _ традиционные и весьма опасные аппараты — вальцы и сушил-заменяются на специальные отжимные и пластифицирующие Шнековые прессы с регулируемым диссипативным нагревом и вакуумными испарительными зонами;
— между всеми технологическими аппаратами вводятся синхро
низаторы производительности, оснащенные уровнемерами По функции dh / d* (изменение уровня во времени) производится синхронизация производительности двух соседних, а в итоге всех технологиче-
ских аппаратов;
— технологические аппараты оснащаются необходимыми датчиками информации о параметрах процесса (температура массы, давление, скорость, производительность, геометрические размеры и пр ), позволяющими по математическим моделям безопасности и качества управлять технологическим процессом без участия человека
Е Ф Жегров
ПОРОХОВЫХ Масс реология Реология (от греческого rhe-os-течение, поток и logos — учение) — наука обо всех аспектах деформирования реальных сплошных сред под влиянием приложенных напряжений
Пороховые или топливные массы (ТМ), представляющие собой полимерные композиционные материалы на основе различных связующих (пластифицированные эфиры целлюлозы, каучуки, полимеры) и содержащие различные наполнители, подчиняются всем закономерностям, характерным для деформирования полимеров, находящихся в вязкотекучем и высокоэластическом состоянии В частности, все эти материалы ведут себя при переработке как вязко-упругие, т е. при их деформировании наряду с необратимыми пластическими деформациями развиваются обратимые высокоэластические деформации и, как следствие, наряду с касательными возникают нормальные <тнапряжения, являющиеся основной причиной т.н постэкструзионного разбухания — увеличения диаметра изделия по сравнению с Диаметром формующего прессинструмента («присадка» А)
Процесс деформирования пороховых масс сопровождается структурцьтми превращениями и изменением их реологических св°йств Знание температурно-пьезо-скоростных зависимостей рео-Логических свойств дает возможность применять научно обоснованные методы расчета технологических режимов переработки, прогно-ровать оптимальные условия, рассчитывать и конструировать
432
Пороховых масс реология
Пороховых масс реология
433
более совершенные аппараты для переработки ских свойств, кроме того, позволяет получить в; структурных особенностях материалов
Переработка пороховых и топливных масс в готовые издел осуществляется в зависимости от уровня их реологических свойств различными способами’ методом свободного литья; методом литья под давлением, методом проходного прессования; методом намотки методом штамповки и др
Первые три метода являются основными, при этом перерабатываемые композиции должны иметь уровень вязкости соответствен^ 102 . 6-103, 103 105 и 106 1011 Па-с
Свободным литьем и литьем под давлением перерабатывают главным образом, СТМ; методом проходного прессования — балли-ститные, пироксилиновые, некоторые виды ТМ пиротехнических и пожаротушащих композиций
При переработке методами литья нормальным режимом формования является течение массы относительно внутренних стенок формующего инструмента, т е взаимно перемещающимися являются отдельные кинетические единицы течения при сохранении сплошности материала, а скорость движения слоев, непосредственно прилегающих к стенкам, равна нулю. В этом случае силы вязкого сопротивления при течении материала (силы внутреннего трения тп) меньше касательных напряжений на границе материала со стенкой (сил внешнего трения т ц )
При переработке композиций методом проходного прессования их высокая вязкость и использование специальных технологических добавок обусловливают преимущественное скольжение материалов В этом случае слои массы, прилегающие к стенкам формующего инструмента, скользят по его поверхности, в то время как в объеме материала реализуются процессы пластической деформации, в отстутст-вие которых невозможно обеспечить в необходимой степени протекание процессов аутогезии отдельных частиц формуемого материала и получение качественных изделий При изменении температурпо-пье-зовременных режимов переработки (по-разному влияющих на тл и т р ) возможен переход от установившегося скольжения к неустойчивому режиму формования «скольжение-прилипание» с получением дефектных изделий
При деформировании пороховых (топливных) композиции наблюдается, как правило, сложная 5-образная зависимость вязкости П от скорости сдвига ] — в области ее малых значений При j < JKp мате„ риалы ведут себя как ньютоновские с наибольшей ньютоновской
Изучение реологиче. жную информацию о
костью практически неразрушенной структуры цнб; при />укр вЯЗ, ктивная вязкость снижается при возрастании скорости сдвига, бусловлено разрушением структуры и явлениями механической Таксации, а в случае СТМ —также явлениями ориентации частиц
„елаксаци», ~ --------
дисперсной фазы наполните-ей и изменением степени их агрегации. Таким образом, большинство пороховых и топливных композиций ведут себя в этом случае как псевдоплас-тичные аномально вязкие материалы (рис 1).
При высоких скоростях сдвига может наблюдаться участок течения с наименьшей ньютоновской вязкостью практически разрушенной структуры Ц „и Практическое получение последней не всегда возможно, особенно для высоковязких композиций, из-за невозможности обеспечения изотермично-
Рис 1 Типичная кривая зависимости вязкости пороховых (топливных) масс от скорости сдвига
сти при высоких скоростях сдвига.
Для некоторых видов пластизольных СТМ может наблюдаться возрастание вязкости при повышении интенсивности внешнего механического воздействия, такой вид аномалии течения называется дилатансией.
Конкретные величины Цнб> /кр> тц> ”> д композиций определяются как их рецептурными особенностями (величинами молекулярной массы и особенностями молекулярно-массового распределения полимера, содержанием в нем функциональных групп, напр , нитро-эфирных, гидроксильных, нитрильных, карбоксильных и др.; количеством и качеством пластификатора; количеством, формой, степенью дисперсности и фракционным составом частиц наполнителей; количеством и качеством технологических, отверждающих добавок, поверхностно-активных веществ и др ), так и пьезо-температурными параметрами переработки
Основная реологическая характеристика материалов (реологическое уравнение состояния) для наиболее протяженного участка эффективной вязкости чаще всего представляется в виде степенной зависимости вида’
; = к-т”,
434
Пороховой аккумулятор давления
Порох флегматизированный
435
где К = К(Т, Р) — коэффициент консистенции (податливости) занный с эффективной вязкостью, а п = п(Т, Р)—индекс или сте аномалии вязкого течения. ень
Внешнее трение композиций, перерабатываемых проходив прессованием, также является сложной функцией как рецепту 1М (тех же параметров, что и для внутреннего трения), так и процесса (температуры, скорости скольжения, нормальной нагруЗКи в зоне контакта, материала формующего инструмента и степени об ботки его поверхности).
В таблице приведены некоторые реологические параметры подобных композиций
Вид массы Параметр —-]
ignH (Па 6 с) lg/кр. (с"1) , МПа п А, %
баллиститная 9 И -4,5 - 4,0 0,05 0,5 3 '10 1 15
пироксилиновая 6 7 -3,0 - 2,0 0,1 0,4 2 5 -4 10
смесевая 7 8 -3,5 3,0 0,2 0,7 3 6 0,1 2,0
Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry // Propellants —1993 —V A22 -P 185 — 209, Горст А Г Пороха и взрывчатые вещества —М .г Машиностроение, 1972, Смирнов Л А Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них — М МГАХМ, 1997, Смирнов ЛА , Калабухов ГВ Создание смесевых твердых топлив -М МГАХМ, 1997, Марченко ГН, Забелин Л В Производство нитратов целлюлозы Физико-химические основы производства и переработки нитратов целлюлозы — М ЦНИИНТИ, 1988
Д Л Русин
Пороховой аккумулятор давления (ПАД) является твердотопливным энергетическим устройством (относится к классу газогенераторов) и служит для преобразования химической энергии твердого топлива в энергию сжатого газа
Отличительной особенностью ПАД является увеличенный расход газа при относительно малых временах работы и, как правило, сложная, например прогрессивного характера, зависимость расходной характеристики по времени.
Типовая конструкция ПАД включает корпус, состящий из высокопрочной оболочки, днищ, соплового выпускного устройства и опорных элементов для заряда, сам твердотопливный заряд, воспла менитель и средства инициирования запуска
ПАД по сравнению с системами сжатого холодного газа име ряд существенных преимуществ, таких как компактность, 6ысТР^ действие, меньшие (в 2 3 раза) массово-габаритн
актеристики, хорошие эксплуатационные свойства (не требуют Х гламентных проверок в течение срока эксплуатации до 20 лет) при Различных атмосферных воздействиях, высокая надежность работы Р Q 9999), и нашли широкое применение в различных пневмо-вытес-ительных системах гражданского и специального назначения Призеры применения’ выброс ракетных систем из пусковых шахт (минометный старт), задействование приводов, наддув различных емкостей быстрое открытие и закрытие крышек, люков, затворов, наддув нефтяных скважин, экстренное торможение и др
Применение ПАД для минометного старта позволило значитель-
но улучшить компактность пусковых установок, повысить надежность старта, снизить демаскирующие признаки и экологические воздействия при старте.
Характеристики современных ПАД меняются в достаточно ши-
роком диапазоне’
— время работы от 0,1 до 10 . 15 с;
— расход газа от 10...20 г/с до 600 кг/с и более;
— температура истекающего из ПАД газа от 400...500К до 3000К;
— коэффициент массового совершенства от 0,5 до 2 3 ед.
С целью обеспечения температуры газаа на уровне 400 ..1300К для охлаждения продуктов сгорания заряда ПАД используется смешение их с испаряющимися жидкостями (парогенераторы).
Шишов А А , Румянцев Б. В Газогенераторы ракетных систем — М , Машиностроение, 1981
В В Бритарев, А К Бобылев, П К Соломатин, А К Яницкий
Порох флегматизированный-П , в поверхностные слои которого введены вещества, снижающие скорость горения Процесс ввода флегматизаторов в пороховые элементы называется флегмати-зацией и является наряду с регулированием величины горящей поверхности одним из способов управления процессом газообразования в процессе превращения пороха при выстреле. Флегматизируют сферические и пироксилиновые пороха мелких марок, применяемые преимущественно в стрелковых системах и артиллерийских системах ма-л°го калибра Цель ввода флегматизаторов —увеличение скорости метания пуль и снарядов в ствольных системах за счет роста массы ПоР°хового заряда при ограничении максимального давления поровых газов Применение ФП позволяет повысить эффективный коэффициент полезного действия пороховых газов на 10—15% Напри-?еР> флегматизация одноканального пироксилинового пороха для ’ 2 мм винтовочного патрона обеспечивает возможность повышения
436
Порох флегматизированный
Порзмиты
437
массы заряда с 2,52 до 3,25 г и позволяет увеличить скорость nv 780 до 840 м/с при одинаковом максимальном давле ИС ~ 2840кг/см2 ”Ии
Каждому концентрационному строению флегматизированн0° зоны соответствует оптимальная плотность заряжания, при котоо “ максимальное значение давления не превышает предельно допусти мого значения При определенной степени флегматизации пороха возможность увеличения массы заряда и соответственно скорости ме тания при недостигнутом пределе давления будет ограничена объемом гильзы В этом случае порох можно принудительно уплотнять подпрессовкой в гильзе (см. Заряд конвективного горения высокоплотный)
В качестве флегматизаторов наиболее широко применяются эндотермические вещества, образующие термодинамически устойчивые растворы с нитратом целлюлозы, например, дибутилфтаДат, диэтил-дифенилмочевина, динитротолуол, камфора и другие На эффективность флегматизации определяющее влияние оказывают концентрационное распределение флегматизаторов в пределах градиентной флегматизированной зоны, их природа и содержание в порохе В этой связи для материаловедения ФП принципиальное значение имеет возможность исследования флегматизированных зон Их протяженность в зависимости от размеров порохового элемента меняется обычно от нескольких до сотен микрометров Это требует применения локальных высокоразрешающих методов анализа Известно использование для указанной цели ряда методов локального анализа—электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа, инфракрасного микрозонда, рамановского микрозонда, авторадиографии, срезов и т д В ряде случаев для выявления формы концентрационного профиля флегматизатора используют сравнение функции газообразования ФП и нефлегматизированного пороха, получаемых манометрическим методом.
Известны два принципиально отличающихся промышленных способа флегматизации порохов В первом из них порох обрабатывают водной эмульсией флегматизатора при температурах 80 — 90°С В этом случае речь идет о трехфазной системе, в которой роль дисперсионной среды играет вода, дисперсные фазы представляют собой твердые пороховые гранулы и жидкие капли флегматизатора, тонко диспергированного с помощью поверхностно-активных веществ ходе процесса флегматизатор адсорбируется на пороховых элементах и диффундирует в их поверхностные слои Описанный способ испо льзуют преимущественно для флегматизации сферических порохов
В ДРУГОМ спосо^е> применяемом для модификации пироксилиновых порохов, флегматизатор растворяют в подходящем растворителе, на-иМер, этаноле или его смеси с водой При этом в процессе формирования флегматизированной зоны участвует также растворитель, который затем удаляется на стадии сушки пороха Оба способа объединяет то, что диффузионный процесс в них осуществляется при ограниченном источнике флегматизатора
Принципиальное значение для стабильности баллистических свойств ФП имеет устойчивость флегматизаторов при хранении и при повышенных температурах Флегматизаторы не должны улетучиваться и мигрировать вглубь порохового зерна Известны два основных механизма, объясняющих миграционную стабильность флегматизированных зон во времени Первый из них основан на том предположении, что устойчивость флегматизатора в первую очередь зависит от возможности образования им водородных связей с остаточными гидроксилами нитрата целлюлозы. Во втором, более общем, механизме исходят из того, что необходимое условие устойчивости флегматизаторов — стеклование пороховой матрицы и собственно флегматизированной зоны при температурах ниже верхнего температурного предела эксплуатации и хранения порохов ФП сохраняют практически неизменное распределение концентрации флегматизаторов в течение длительного времени (15 — 20 лет), в связи с чем их можно рассматривать как метастабильные градиентные полимерные системы.
Серебряков М Е Внутренняя баллистика ствольных систем — М Оборонгиз, 1962, Горст А Г Пороха и взрывчатые вещества — М . Машиностроение, 1972 -
С 204
Ю М Михаилов
Порэмиты Порэмит (пористая эмульсия) —эмульсионное промышленное взрывчатое вещество, представляющее собой эмульсию раствора окислителей в углеводородном горючем, сенсибилизированную газовыми включениями, микросферами или пористыми материалами В качестве сенсибилизатора могут использоваться нитросоединения Для образования эмульсии (вода в масле) используется эмульгатор второго рода на основе эфиров непредельных жирных кислот и Различных спиртов или более эффективный полимерный эмульга-ТоР Для патронов мелкого диаметра
П по внешнему виду представляет собой сметанообразную массу °т белого до темно-коричневого цвета, которая перекачивается насо-сами на патронирование или для загрузки в скважину За счет введе-я Различных добавок в готовую эмульсию П. имеется возможность
438____________________Правила устройства_____________
широкого регулирования взрывчатых свойств (теплота взрыва 2722 до 5862 кДж/кг и скорость детонации от 3500 до 5500 м/с)°Т
П имеют высокую безопасность по отношению к механическим тепловым воздействиям (удару, теплу, огню, прострелу пулей И т.д ) И
В составах П в качестве окислителя используются насыщенный раствор аммиачной селитры или ее смесь с натриевой или кальциевой селитрами (для патронов) до 93% в рецептуре и горючее (индустриальные масла, дизельное топливо, парафин и петролатум) Сенсибилизация П. для беспатронного заряжания осуществляется газовыми пузырьками за счет введения разбавленного раствора (не более 20%) нитрита натрия, а в патронах применяются (до 5%) микросферы или перлит.
Эмульсионная структура состава обеспечивает высокую водоустойчивость с возможностью заряжания вслед за бурением Экологическая чистота П обеспечивается близким к нулевому кислородным балансом, высокой полнотой взрывчатого превращения (до 98%) и отсутствием взаимодействия компонентного состава с породами и грунтовыми водами при заряжании.
Кутузов Б Н Разрушение горных пород взрывом —М • Изд-во МГИ, 1992 -516с
В А Соснин
Правила устройства ...—правила эксплуатации предприятий по изготовлению порохов, ракетных твердых топлив, взрывчатых веществ, пиротехнических средств и составов, средств инициирования и изделий военной техники на их основе
Отраслевые нормативные документы, устанавливающие требования по организации, устройству и эксплуатации огне- и взрывоопасных предприятий и производств оборонной промышленности Существующие в других отраслях промышленности правила проектирования и эксплуатации пожаровзрывоопасных производств не распространяются на организацию и безопасную эксплуатацию специфических производств, занимающихся изготовлением и переработкой взрывчатых материалов (ВМ)
Правила обязательны для всех объединений, предприятии, НИИ, КБ, складов, испытательных станций, полигонов, лабораторий, опытных баз ВУЗов, площадок для уничтожения и захоронения отходов, зданий и сооружений систем очистки и обеззараживания вредных выбросов, изготавливающих и применяющих пороха, ракет_ ные твердые топлива (РТТ), взрывчатые вещества (ВВ), пиротехни ческие средства и составы, средства инициирования и изделия вое ной техники на их основе.
Правила устройства
439
Правила устройства включают" общие условия размещения огне-пывоопасных предприятий; организацию производственных про-Я сов; требования к конструкции зданий, сооружений, защитных тпойств; инженерное оборудование зданий. Устанавливают клас-сификаци10 производств по степени их опасности, уровни защиты и сЧетные загрузки зданий, разделительные безопасные расстояния. Определяют требования к охране предприятия, путям сообщения и транспорту, тепло-, газо-, водоснабжению и канализации, внешним электротехническим устройствам, автоматизации процессов
Правила устройства устанавливают требования к производственным зданиям и помещениям (сооружениям) категорий А, Ал, Б, В, Г и подземным зданиям Особые условия предъявляются к хранению взрыво- и огнеопасных веществ и изделий, складским зданиям, коммуникациям, а также сооружениям для проведения испытаний (стенды, тиры, трассы).
Конструкции защитных устройств выполняются в виде экранов, укрытий, лабиринтов, противопожарных стен, перегородок, дверей, шиберов, локализаторов.
Требования к инженерному оборудованию зданий касаются ото-
пления и вентиляции, водопровода и канализации, системы противопожарной защиты, а также электротехнических средств (связь, сигнализация, электроснабжение и т п.).
Созданные архитектурно-планировочные решения производств позволяют полностью или частично локализовать действие поражающих факторов взрыва ВМ, обеспечить защиту работающих, оборудования как в здании, так и на территории предприятия
Правила эксплуатации предприятий устанавливают порядок допуска к работе, обучения, инструктажа по охране труда, технике безопасности, производственной санитарии и пожарной безопасности. Включают требования к оформлению технической документации, составлению инструкций по охране труда, планировок, норм загрузки, а также к основным правилам ведения работ и оборудованию огне- и взрывоопасных производств
Правила определяют меры и средства защиты при работе по производству бризантных ВВ, снаряжению боеприпасов, сборке боеприпасов и ракет, производству промышленных ВВ, инициирующих ВВ, пиротехнических составов, баллиститных порохов, РТТ и зарядов из них, снаряжению средств воспламенения и взрывания, производству пироксилиновых, сферических порохов, дымных порохов, сгорающих гильз и зарядов из них Устанавливаются требования к
440 Производство твердых ракетных топлив
производству СРТТ, изготовлению зарядов из порохов, СРТТ и БРТТ, изготовлению и сборке патронов.
Отдельными разделами правил являются меры по обеспечению безопасности работ па опытных установках НИИ и лабораторий, при различных испытаниях, работах с отходами и бракованной продукцией, а также меры по охране окружающей среды Правила устанавливают порядок учета, хранения и транспортирования огне- и взрывоопасных веществ и изделий из них
Все административные инженерно-технические работники объединений и предприятий обязаны выполнять требования указанных Правил устройства и эксплуатации. Всякое отклонение от Правил влечет за собой ответственность согласно действующему законодательству. Ответственность в целом по предприятию за выполнение Правил возлагается на руководителя и главного инженера, а по отдельным производствам, цехам и мастерским —на их начальников Остальные служащие и специалисты несут ответственность согласно своему служебному положению
Соблюдение отраслевых Правил устройства и Правил эксплуатации является основанием после проверки для получения сертификата безопасности в Системе сертификации безопасности взрывоопасных производств
С А Чевиков
Производство твердых ракетных топлив. Автоматизация Производства —применение комплекса технических средств, методов, алгоритмов и систем управления, освобождающих человека полностью на основных опасных операциях от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации Основной целью АП ТРТ является обеспечение безопасности протекания технологических процессов, полный вывод обслуживающего персонала из опасных зон производства, а также совершенствование управления производственными процессами, обеспечение регламентированного уровня качества продукции и в целом улучшение технических и экономических показателей производства Достигается это, в основном, широким использованием принципов дистанционного управления технологическими процессами с центральных диспетчерских пунктов автоматического управления (рис 1), с помощью которых осуществляются как автоматический контроль состояния оборудования (напр , смесительных агрегатов, сушилок, прессов, вальцев, дозаторов, отстойников, фильтров, теплообменников, холодильных реакторов и других технологических аппаратов и их коммуникаций),
Производство твердых ракетных топлив
441
Рис 1 Пульт автоматического дистанционного управления процессом получения нитроглицерина
направления материальных потоков, физических величин (напр , температуры, влажности, расхода веществ, давления, силы, веса, деформации, звука, уровня и других параметров), так и автоматическое и дистанционное управление заданным режимом технологического процесса: пуск и остановка оборудования, включение и выключение насосных и компрессорных установок, открытие и закрытие вентилей, клапанов, задвижек и другой запорной арматуры Таким образом, дистанционно и автоматически проводится сбор и обработка информации о ходе управляемого процесса и отображение этой текущей информации на мнемонических схемах, печатных бланках и т п
Производство аммонитов
443
442 Производство твердых ракетных топлив
В систему АП ТРТ входят оператор (диспетчер), управляв машина (УВМ), машины централизованного контроля и регулцр^ Я ния, средства связи оператора с УВМ и управляемыми объектам3 системы датчиков и исполнительных устройств, элементы релейной аппаратуры, различные нормирующие преобразователи и автомати ческие объемные и весовые дозаторы непрерывного и дискретного действий,
АП ТРТ базируется на широком применении научных принципов идентификации объектов управления, ориентированных на построение оптимальных в определенном смысле математических моделей объекта управления по реализациям его входных и выходных сигналов, и предусматривает решение следующих основных задач выбор класса математической модели, класса и типа входных сигналов критериев соответствия (близости) модели и объекта и разработку (или выбор) соответствующих алгоритмов Безаварийная и экономичная работа сложных объектов пороховых производств, перерабатывающих опасные компоненты ТРТ и ВВ, а также высокая надежность функционирования систем управления обеспечиваются за счет расчленения (декомпозиции) структур управления по операциям, участкам, технологическим процессам, производствам и т д и создания многоуровневых (иерархических), связанных между собой структур управления различных уровней.
Широкое использование в пороховой промышленности этих научных принципов, методов, математических моделей, специальных алгоритмов управления, иерархических его структур, а также комплекса специальных технических средств, измерительной аппаратуры, микроэлектроники и УВМ стимулировало кардинальную перестройку отдельных производств и способствовало созданию дистанционно управляемых совершенных современных технологий получения баллиститных порохов и смесевых ТРТ В качестве примера можно привести новые автоматизированные производства нитроглицерина, общий технологический цикл в которых сокращен в 20 раз (с 60 до 3 мин), в - 100 раз уменьшены габариты технологического оборудования, также в 100 раз снижена единовременная загрузка взрывоопасным продуктом, что явилось решающим фактором обеспечения безопасности производства Эта работа явилась поворотным момен том в создании безопасных условий массового производства высоко чувствительных к внешним воздействующим факторам компонентов и специальных изделий и послужила основой для проектирования перспективных гибких автоматизированных производств, в корне няющих существовавшую ранее (до 1970 г ) десятилетия
нологию, которая базировалась на отдельных разобщенных на ки-Те етры, занимавших сотни гектаров площади производствах, с тем, чтобы перевести ее в компактное здание —цех.
Н В Гелашвили
производство аммонитов — технологический процесс и оборуД°вание изготовления порошкообразных аммиачно-селитрен-ных промышленных ВВ
ПА имеет свои специфические особенности, связанные с потенциальной возможностью их взрыва и наличием в отдельных случаях токсичных выделений в воздух рабочей зоны
Основные компоненты для ПА —аммиачная селитра (нитрат аммония) и тротил (тринитротолуол).
Рис Типовая схема технологического процесса производства аммонитов
Дубнов Л.В , Бахаревич Н С , Романов А И Промышленные взрывчатые вещества М • Недра, 1988
П П Марков
Производство зарядов (концевые операции)»
Комплектация артиллерийских зарядов из отпрессованных трубчатых элементов до создания поточно-механизированных линий в 70-х годах производилась полностью вручную и включала операции:
— контроль химического состава и геометрических размеров;
— разбраковка по внешнему виду;
— комплектация зарядов по весу и вязка в пучки;
— проведение приемных испытаний стрельбой на полигоне и Упаковка зарядов.
Комплектация ракетных зарядов включает следующие операции (рис.1);
у контроль зарядов на отсутствие трещин и посторонних включений (как правило, ультразвуковой);
(п ~ Механическая обработка с целью придания заданной формы Роизводится на токарных, фрезерных, сверлильных станках);
~ обмер геометрических размеров;
444
Производство пироксилиновых порохов
Рис 1 Схема комплектации ракетных зарядов- 1 — контроль зарядов на УЗД, 2 - механическая обработка, 3-обмер, 4 — бронирование; 5 —контроль геометрических размеров и качества бронепокрытия
— бронирование определенных поверхностей для реализации заданной закономерности горения;
— контроль геометрических размеров и возможных отслоений по бронепокрытию
В 60 —70-х годах для зарядов, находящихся в массовом производстве, были разработаны поточные механизированные линии (ПМЛ), в которых все операции от охлаждения шашек до упаковки готовых зарядов были объединены в непрерывный технологический поток На рис 2 представлена схема ПМЛ производства одного из самых массовых зарядов «Град» (9X111)
Е Ф Жегров
Производство пироксилиновых порохов Существующие периодическая и непрерывная технологии имеют одни и те же технологические фазы
— обезвоживание смесевого пироксилина;
— приготовление пороховой массы (пластификация пироксили на и смешение его с другими компонентами пороховой массы);
Производство пироксилиновых порохов
445
Производство пироксилиновых порохов
Производство пироксилиновых порохов
447
сы);
формование (прессование или вальцевание
пороховой Мас-
— резка порохового шнура или порохового полотна-
— удаление растворителей из пороховых элементов- провялив ние, вымачивание, сушка, увлажнение;
— разымка или сортировка;
— флегматизация и повторная сушка мелкозерПепых порохов
— мешка и укупорка ’
Изготовление композиций начинается со смешения в водной сп де пироксилина №1 с содержанием азота не менее 13,1% и пироксилина №2 с содержанием азота 11,9—12,4% для получения высокоа-зотного, среднеазотного или низкоазотного смесевого пироксилина
Основное количество воды удаляется в двухстадийном процессе — водоотжиме и обезвоживании, соответственно от 93 — 95% до 30-50% и от 30-50% до 2,7-4,0%.
Водоотжим осуществляется в периодически действующих водоотжимных центрифугах, последующее обезвоживание —периодически в центрифугах или непрерывно в шнековом аппарате путем вытеснения воды этанолом. Остающиеся 2,7 —4,0% воды положительно влияют на последующий процесс пластификации нитроцеллюлозы
Фазы водоотжима и обезвоживания могут проводиться последовательно в одном циклически действующем аппарате — фильтр-прес-се или фильтрующей горизонтальной автоматической центрифуге
Пропитанная спиртом нитроцеллюлоза поступает на фазу пластификации в периодически или непрерывно действующие мешатели, где смешивается с раствором дифениламина в диэтиловом эфире, а также с другими компонентами пороховой массы (см. Порох пироксилиновый)
Соотношение спирто-эфирного пластификатора со смесевой нитроцеллюлозой в зависимости от ее вида и содержания дополнительных пластификаторов или наполнителей может изменяться от 0,5 до 1,6 Мешатели снабжаются как перовыми (типа Шадель-Паж или горизонтальный непрерывно действующий), так и лопастными мешалками (типа Вернер-Пфлейдерер или каскадный смеситель-пресс)
При использовании перовых мешателей, не оказывающих давления на пороховую массу при ее смешении, процесс пластификации пироксилина не заканчивается на этой технологической фазе и продолжается при прессовании, которое осуществляется в этом случае с помощью периодически действующих гидравлических прессов или непрерывно действующих шнек-прессов в две стадии'
1) «фильтрация» пороховой массы на гидравлическом прессе ее подпрессовка питающим шнеком двухшнекового аппарата;
ЙЛ 2) окончательное формование из второй изложницы гидравличе-кого пресса или с помощью формующего шнека двухшнекового ап-
Наличие непромешиваемых «мертвых» зон в лопастном мешателе периодического действия Вернер-Пфлейдерер, недостаточная интенсивность и длительность сдвигового деформирования, оказываемого на получаемую в нем пороховую массу, также обусловливают необходимость двухстадийного прессования в гидравлическом прессе.
При использовании каскадного смесителя-пресса в его смесительном отделении, состоящем из двух пар цилиндров с лопастными мешалками, смешиваемая пороховая масса испытывает давление и подвергается интенсивным сдвиговым деформациям; окончательное формование в этом случае осуществляется одновинтовым шнеком.
формование пороховых масс, полученных с использованием легколетучего удаляемого из пороховых элементов спирто-эфирного пластификатора, осуществляется при комнатной температуре, а композиций с удаляемым труднолетучим формалем глицерина — при повышенных температурах (до 80°С).
Одно- или многоканальные зерна или трубки, полученные прессованием пороховой массы через многоматричную обойму с 10 — 296 формующими втулками, далее режутся специальными станками на элементы заданной длины.
Возможно изготовление готовых пороховых элементов в виде пластины толщиной 0,15 — 0,20 мм, путем вальцевания полученной в мешателях пороховой массы на вертикальных вальцах с последующей резкой и удалением растворителей.
При формовании и резке учитывают изменение геометрических размеров готовых изделий (усадку) после удаления из них растворителя—уменьшение диаметра на 18 — 36% и длины на 6 — 10%
Одной из наиболее ответственных и самых продолжительных операций производства является удаление растворителей из готовых пороховых элементов Это сложный физико-химический процесс ДИффузИИ паров эфира, спирта и воды как внутри элементов, так и в окружающей среде
Качественные изделия с требуемыми физико-механическими и аллистическими характеристиками получаются только в том случае, Когда при удалении растворителей успевают воссоздаваться межмо-Лекулярные связи полимера Для этого во всех процессах удаления Растворителей намеренно тормозят внешнюю диффузию
448
Производство пироксилиновых порохов
варьированием температуры и разности концентраций удаляемо растворителя в пороховых элементах и в окружающей среде Г°
После провяливания при 28 — 30°С с помощью воздуха с относ тельной влажностью 70 — 85% содержание растворителей снижаете до 7 — 15%, после вымочки спиртовыми водными растворами (не 6о лее 12% объемной концентации), а затем водой при повышении тем пературы от 18 до 50°С; содержание т н неудаляемых летучих ве ществ составляет 0,5 —3,7% Длительность процессов удаления рас творителей определяется, главным образом, толщиной горящего свода пороховых элементов. Сушка осуществляется нагретым до 60 —85°С воздухом, увлажнение и охлаждение —воздухом с температурой 20 — 30°С и относительной влажностью не менее 80%
Процессы удаления растворителей могут осуществляться в аппаратах как периодического (провялочные шкафы, бассейны для вымочки, столовые сушилки), так и непрерывного (шахтные аппараты для провяливания и сушки, горизонтальный трехфазный аппарат) действия
При периодическом ведении процесса после провяливания производится отделение кондиционных пороховых элементов от пороховых элементов неправильной формы (петель, крючков, удлиненных или укороченных) и пороховой пыли с помощью наклонов или ци-
линдрических разымочных аппаратов
Мелкие марки порохов ВТ, ВУ, 4/1 в полировальных аппаратах обрабатывают графитом и камфорой (соответственно 0,1—0,4% и 1,0—1,8% от массы пороха).
Для усреднения полученных пороховых элементов по физико-химическим и баллистическим показателям осуществляют их смешение в аппаратах периодического или непрерывного действия
С помощью капсюлирующих устройств и адсорберов с активированным углем осуществляют улов паров летучих растворителей со всех фаз технологического процесса
На рис 1 представлена технологическая схема стадий смешения, формования и резки при непрерывном изготовлении пироксилиновых порохов
Пироксилино-водная взвесь (ПВВ) с массовой долей 3% по эстакаде поступает через пескоуловитель и электромагнитный сепаратор / в ажитатор 2 В ажитаторе ПВВ отстаивается и декантируется Д° массовой доли 7 — 8%, подогревается острым паром до температуры 40 — 45°С и массонасосом 3 и насосом-дозатором 6 подается на водоот жим и обезвоживание в фильтрующую горизонтальную автоматиче скую центрифугу (ФГП) 5
449
Рис.1 Технологическая схема стадий смешения, формования и резки при непре-
рывном изготовлении пироксилиновых порохов
Фильтрат (отжатая вода) после стадии водоотжима поступает в бак оборотной воды 4, куда подаются также сифонные воды из ажи-татора 2
Обезвоживание осуществляется этиловым спиртом-ректифика-том с объемной долей не менее 95% при температуре 15 —30°С, для чего этанол из расходного бака 12 с помощью дозирующего агрегата Н через ротаметр подается в ФГП Отработанный спирт после ФГП самотеком поступает в емкость 16
Обезвоженный пироксилин выгружается в бункер 7, где он частно разрыхляется шнёк-винтом и подается в шнек-протирку 8, из ясе —в шнек-дозатор 9 и далее в каскадный смеситель-пресс (КСП) ° Одновременно с пироксилином в аппарат КСП дозировочным агнатом 13 из расходного бака 14 через ротаметр дозируется эфир с Растворенным в нем дифениламином (РДЭ)
450 Производство пороховой массы баллиститного типа
Из аппарата КСП пластичная пороховая масса через фопм щие втулки выпрессовывается в виде пороховых шнуров, котоУ ленточным транспортером подаются в резательный агрегат /5 Р 1е
Полученные пороховые элементы поступают на фазу удаления растворителей в горизонтальный трехфазный аппарат и далее на за вершающие операции
Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry // Propellants - 1993 —V A22 -P 185 209, Горст А Г. Пороха и взрывчатые вещества — М Машиностроение 1972 Гиндич В И Технология пироксилиновых порохов Т2 Производство порохов' — К ’ зань, 1995
Д Л Русин Производство пороховой массы баллиститного Типа. Пороховой массой называется промежуточная производственная композиция, содержащая все компоненты определенного порохового состава и находящаяся в виде однородно распределенной в воде суспензии. Как правило, концентрация массы в воде составляет 10-20% (модуль 1-5 — 1-10).
Пороховая масса, изготовленная на одних и тех же партиях сырья и перемешанная в одной емкости (до 120 м3) — смесителе общих партий — называется пороховой смесью
Она характеризуется результатами химического анализа (хим состав) и скоростью горения, определяемой, как правило, из образцов, отобранных из разных мест смесителя и усредненных перед анализами
Срок хранения пороховой смеси до ее переработки ограничивается в зависимости от состава 1—6 сутками
Организация технологического процесса определяется следующими основными требованиями'
— содержанием в составе компонентов в строго определенном соотношении;
— равномерным распределением всех компонентов в объеме;
— обеспечением химической совместимости компонентов и физико-химической стабильности композиции;
— достаточной глубиной процесса пластификации нитроцеллюлозы.
В соответствии с этим ППМБТ включает следующие технологические операции:
— ручное или автоматическое дозирование компонентов порохо вой массы;
— приготовление водных суспензий и эмульсий каждого компо нента или группы компонентов;
Производство пороховой массы баллиститного типа 451
—
_ _ защиту водорастворимых или химически не совместимых с во-й или массой компонентов;
_ _ смешение всех компонентов;
— формирование пороховых смесей
Динамика развития ППМБТ от момента становления данного поизводства в СССР (30-е годы) до 90-х гг характеризуется не только превращением ручного периодического производства в полностью непрерывное автоматизированное, но и существенной интенсификацией физико-химических процессов изготовления массы за счет применения гидродинамических излучателей и измельчающих аппаратов типа дисмембраторов и дезинтеграторов.
Технологическая схема ППМБТ, существовавшая в СССР, базировалась на смешении в водной среде компонентов состава. В смеситель («варочный котел») подавались последовательно дозируемые вручную нитроцеллюлоза, нитроэфиры со стабилизатором химстой-кости, суспензии твердых компонентов.
Перемешанная в течение нескольких десятков минут масса подавалась в большой смеситель, где формировалась пороховая смесь.
В 40 — 50-х гг эта схема была усовершенствована введением двух поочередно работающих «варочных котлов», которые практически непрерывно подавали смешанную массу в смеситель общих партий (полунепрерывное производство). Во второй половине 50-х гг было разработано непрерывное ППМБТ (рис 1) Для дозирования компонентов использовались непрерывные объемно-импульсные и весовые дозаторы, а смешение компонентов производилось в двух последовательно установленных мешателях («варочных котлах»), из которых масса поступала непрерывно за счет перелива в промежуточный смеситель, а затем —в смеситель общих партий. В 60 —70-х гг. для изготовления высокоэнергетических порохов эта схема была дополнена процессами гидратации оксида магния и защиты от воды металлического горючего (пассивация и гидрофобизация)
В 80-х гг была разработана технологическая схема (рис 2), имеющая самый высокий современный уровень, которая учитывала все аспекты химии, технологии и управления производством'
— дистанционное связанное дозирование с автоматической перенастройкой компьютером на заданный химический состав массы;
~ тонкое диспергирование эмульсии пластификаторов (нитроэ-Фиров) дЛЯ повышения удельной поверхности смачивания полимера нитрата целлюлозы);
~ оптимальные температурные режимы совмещения полимера с астификатором (низкая температура на первом этапе —
Рис 2 Современная схема производства пороховой массы баллиститного типа 1 — фильтр —сгуститель, 2 —ажитатор приемный, 3—ажитатор точной концентрации, 4 —насос центробежный, 5 —объемно —импульсный дозатор; 6 —расходный бункер централита, 7 —весовой дозатор типа ДН, 8 —гидродинамический аппарат для приготовления и транспортирования суспензий, 9, 10 —расходные емкости, И— насос —дозатор, 12 — устройство для ввода пластификаторов, 13 —смеситель статический; 14 —гидродинамическое эмульгирующее устройство, 15 —пассиватор сплавов, 16 —гидрофобизатор, 17 —насос винтовой, 18 —устройство для выгрузки ВВ, 19 —суспензатор, 20 —винтовой насос —дозатор ВВ, 21 —дезинтегратор, 22 —суспензатор приемный для катализаторов, 23 —гидродинамический смеситель —насос, 24—суспензатор расходный, 25 —смеситель непрерывного действия, 26 —смеситель промежуточный; 27 —гидродинамический смеситель — насос для массы, 28 — нагреватель суспензии массы, 29 —смеситель общих партий
454
Производство пороховой массы баллиститного типа
Промышленное производство дымных порохов
455
капиллярной пропитки —и высокая на втором —диффузии в меж пиллярной надмолекулярной структуре); а'
— тонкое диспергирование суспензий катализаторов горения механоактивации их и однородного распределения в составе- Я
— интенсивное перемешивание композиции с целью получени однообразного распределения компонентов в составе; я
— ввод взрывчатых веществ (гексогена, октогена и др ) в состав массы в виде дистанционно приготавливаемой суспензии;
— интенсификацию процессов пластификации за счет применения гидродинамических, ультразвуковых или электромагнитных излучателей.
Современная схема ППМБТ (рис.2) включает четыре группы технологических операций:
— подготовка компонентов к смешению’ гидратация, пассивация, гидрофобизация и др ;
— весовое или объемно-импульсное дозирование;
— смешение;
— пластификация.
НЦ и НГЦ, изготавливаемые в пороховом цехе или в отдельных цехах завода, дозируются весовым или объемно-импульсным способами и направляются в ППМБТ в виде суспензий и эмульсий с концентрацией 10 — 20%.
НГЦ перед смешением с целью ускорения процесса смачивания НЦ дополнительно тонко диспергируется в специальном гидродинамическом устройстве
Модификаторы горения (катализаторы, ингибиторы, стабилизаторы горения) с целью повышения их эффективности подвергаются механоактивации в высокоэффективном дезинтеграторе.
Металлическое горючее (А1 или сплав Al + Mg) защищается от взаимодействия с водой окисной (А12О3) (пассивация окисляющими растворами) и гидрофобной (обычно стеаратной) пленками
Окислы реагирующих с водой металлов (MgO) гидратируются и гидрофобизуются
Взрывчатые вещества (гексоген, октоген и др ) готовятся в виде суспензии в воде с определенной концентрацией, обеспечиваемой дозирующим весовым насосом-дозатором.
С целью организации работы в автоматическом режиме технологическая схема оснащена-
— дистанционно-управляемыми по производительности дозаторами, — двойным циркуляционным контуром для каждого компонента или группы компонентов (на «себя» и на смеситель);
__ компьютерной программой, предусматривающей режимы: готовку К работе, «начало» работы, «стабильный» режим, «конец» работы.
Смешение компонентов осуществляется с использованием гидронимических или электромагнитных смесителей, обеспечивающих интенсивность сдвиговых процессов, как минимум, на три порядка выше чем в обычных смесителях
С целью исключения налипания массы на рабочих поверхностях аппаратуры фазу смешения предваряет форсмеситель, в котором происходит сорбция НГЦ частицами НГ (смачивание и начало капиллярной пропитки)
Интенсификация процесса капиллярной пропитки осуществля-
ется при гидродинамическом смешении, а сам процесс пропитки с целью его большей глубины (исключения закрытия капилляров вследствие набухания) проводится при низкой температуре (285 — 295 К).
Для ускорения процесса пластификации (повышения скорости диффузии НГЦ в НГ) на втором этапе температура повышается до 350 - 360 К.
Современное ППМБТ не требует больших смесителей для «созревания» массы и формирования «пороховой смеси», однако они используются в качестве синхронизаторов производительности фаз «варка» —переработка, так как последняя, как правило, в пять раз ниже по производительности (один блок переработки).
Е Ф Жегров
Промышленное производство дымных порохов. Основными операциями являются измельчение компонентов, их смешение и уплотнение смеси с получением пороховых зерен (гранул).
Существуют две технологии изготовления дымного пороха- технология изготовления сухим способом и водно-суспензионная технология На пороховых заводах используется, в основном, технология изготовления дымного пороха сухим способом, которая мало изменилась с прошлого века. По этой технологии селитра измельчается отдельно от серы и угля в мельницах ролико-кольцевого типа Сера и уголь измельчаются совместно в барабанных мельницах с бронзовыми мелющими телами Затем селитра и сероугольная смесь смешивается и доизмельчаются в барабане, представляющем собой деревян-ный каркас, обшитый кожей В качестве мелющих тел используются Деревянные (бакаутные) или пластмассовые шары Из полученной тРойной смеси на обогреваемом прессе полочного типа прессуется пороховая плитка Отпрессованная плитка дробится и подвергается
РИению на валковой зернильной машине. Зерна пороха
456
Промышленное производство дымных порохов
полируются в деревянном барабане и разделяются на фракции на товом сепараторе Все операции такого технологического процесс** начиная с приготовления тройной смеси, являются крайне опасными' За рубежом иногда используется способ изготовления дымного пороха, при котором тройная смесь обрабатывается на бегунах П бегунной обработке происходит доизмельчение, смешение и предва рительное уплотнение порохового состава, что повышает качество по лучаемого пороха, но не снижает опасности его производства
Развитие производства дымного пороха в некоторых странах пошло в направлении использования струйных мельниц При этом все операции, предшествующие прессованию тройной смеси, выполняются в одну стадию путем одновременного измельчения и смешивания всех трех компонентов в струйной мельнице Однако опасность такого производства не снижается, о чем свидетельствует имевшийся
на нем взрыв.
По водно-суспензионной технологии сероугольная смесь готовится в виде водной суспензии в типовой барабанной мельнице, в которую загружаются кусковой уголь, чешуированная сера и дозируется необходимое количество воды Окончательное (тонкое) измельчение сероугольной смеси проводится в бисерной мельнице Тройная смесь получается растворением селитры в суспензии сероугольной смеси в емкостном аппарате с мешалкой Полученная суспензия тройной смеси подается с помощью пневматической форсунки в аппарат с
псевдоожиженным слоем на грануляцию, где в потоке нагретого воздуха происходят формирование и сушка гранул сферической формы Выгружаемые из этого аппарата гранулы дымного пороха разделяются на фракции в ситовом или воздушно-проходном классификаторе, при этом мелкие фракции возвращаются в псевдоожиженный слой на
доращивание
Операции водно-суспензионной технологии до грануляции являются безопасными, так как проводятся в воде. Операция грануляции, фактически заменяющая такие операции сухого способа, как прессование, дробление, зернение и полирование, является по сравнению с этими операциями значительно менее опасной Таким образом, технология содержит меньше опасных операций по сравнению с технологией, основанной на сухом способе изготовления дымного пороха Внедрение ее в производство позволило организовать процесс непрерывного получения дымного пороха, применить прогрессивное оборудование с минимальным количеством движущихся узлов и дета лей, механизировать и автоматизировать технологический процесс Последнее дало возможность вывести обслуживающий персонал
457
Промышленное производство пиротехнических средств_________
-------------
щинства оставшихся опасных операций и снизить трудоемкость ^готовления пороха
Недостатком водно-суспензионнои технологии являются повы-енные энергозатраты в связи с необходимостью испарять значительное количество воды
ШиллингИ А Курс дымных порохов — М Гособорониздат, 1940 — 276 с , Горст
Пороха и взрывчатые вещества — М Машиностроение, 1972 —208 с.; Годес А М Каганович С П и др Обезвоживание растворов в кипящем слое — М.: Метал-доргия, 1973 — 288 с лу1 В К Лукашов
Промышленное производство пиротехнических среДСТВ Современное пиротехническое производство характеризуется широким ассортиментом изготовляемых изделий, применяемых в различных отраслях народного хозяйства
Несмотря на большое разнообразие пиротехнических составов и средств производство их осуществляется по однотипной технологической схеме, содержащей четыре основные фазы’
— подготовку исходных материалов (контрольный просев, дробление, сушка, измельчение, фракционирование, усреднение, микрокапсулирование) ;
— приготовление составов (дозирование материалов, смешивание, провяливание, гранулирование, сушка);
— формование пиротехнических изделий (дозирование составов, уплотнение в жестких «глухих» прессформах статическим и динамическим методами, проходным методом, шнекованием, гидростатическим методом в специальных гидростатах);
— сборка изделий (собственно сборка, контрольные операции, маркировка, укупорка, транспортирование) (рис 1)
Каждой технологической фазе соответствует производственная база, созданная с учетом характера выполняемых работ, степени опасности, видов используемого технологического оборудования.
Подготовка материалов производится в отдельных зданиях, оснащенных соответствующим оборудованием
Наиболее опасной и ответственной является фаза приготовления составов Для нее, как правило, используются несколько отдельных зданий В одних производится дозирование исходных материалов, смешивание и гранулирование состава, в других —сушка и хранение Приготовленных составов
Мастерские для сушки и хранения готовых составов окружают земляным валом В каждой мастерской имеется несколько отделе-Ний- в которых установлены сушильные шкафы или стеллажи
458
Промышленное производство пиротехнических средств
Горючее |
Раскупорка | тары |
1
| Контрольный | | просев |
| Усреднение |
| Микро- | | капсюляция |
1
Дозирование
| Окислители | Л Связующие мате^^Т-] [технологические Aoggl
| Раскупорка| 1
| Раскупорка та^Г~1
| Дробление | , т
[ Сушка [ | Измельчение^]
1 | Фракционирование!
I Тонкое I 1 измельчение! , г
т [ Растворение [
| Фракциони-|
| рование |
Г
I
[Дозирование] | Дозирование |
I Приготовление составов J
I ~~ , Г Формование изделий | ------ — -
| Сборка [
| Контрольные операции 1 ------ ; -
| Маркировка |
| Укупорка [
I Транспортировка готовой продукции |
Рис 1 Типовая технологическая схема производства пиротехнических средств
Промышленное производство пиротехнических средств
459
формование пиротехнических изделий производят в отдельных иях с бронированными выносными и встроенными кабинами, в орых установлено соответствующее прессовое оборудование.
К Двери бронированных кабин оборудованы автоблокировкой с ссом и пусковыми устройствами, а последние - с защитными шифрами Здания с прессами большой мощности окружают земляными
валами
Для сборки имеется ряд мастерских, в которых собирают одновременно несколько изделий Изделия массового производства соби-оают на поточных линиях, оснащенных защитными устройствами.
Огне- и взрывоопасные помещения оборудуют быстродействую-
щими (время срабатывания не более 1 с) и сверхбыстродействующими (время срабатывания менее 0,1 с) автоматическими системами тушения или блокирования пожара (БАПС).
Все технологическое оборудование и электроосвещение выпол-
няются во взрывобезопасном исполнении
Для изготовления пиротехнических изделий используются материалы более 200 наименований Эти материалы должны обеспечивать необходимый пиротехнический эффект и быть химически стойкими при длительном хранении (10 — 20 лет).
Эффективность и стабильность действия, а также химическая
стойкость изделий во многом зависят от дисперсности порошковых материалов, химической чистоты, количества и природы содержащихся в них примесей
Хотя большинство материалов поступают на пиротехнические
заводы в виде порошков, они по дисперсности и гранулометрическому составу недостаточно соответствуют требованиям пиротехнического производства. Поэтому требуемая дисперсность обеспечивается измельчением материалов на пиротехнических заводах
Оборудование для измельчения выбирается с учетом природы обрабатываемого материала Например, хрупкие материалы лучше всего измельчаются на машинах, работающих по принципу раздавливания или удара, вязкие — раздавливанием в сочетании с истиранием, материалы типа канифоли целесообразно измельчать по принципу раскалывания
Для крупного и среднего измельчения слежавшихся нитратов на-тРИя, стронция, калия, хлористого аммония, смол и других материалов применяются щековые, зубовалковые, молотковые, шнековые и дРУгие дробилки Для тонкого измельчения применяются дезинтеграторы, дисмембраторы, шаровые мельницы, кольцевые (торовые), оструйные, вибрационные и другие мельницы
460__________Промышленное производство пиротехнических средств
Промышленное производство смесевых ракетных твердых топлив 461
Для получения крупных партий составов в Федеральном н но-производственпом центре «НИИ прикладной химии» разраб^ механизированный агрегат, позволяющий измельчать, сушить ch ционировать пиротехнические материалы и осуществлять трансп ные операции с производительностью порядка 250 кг в час Р
Для получения высокодисперсных окислителей создана специа льная линия, состоящая из питателя, дробилки, обогреваемого верти кального вибрационного транспортера, на котором в процессе транс портировки происходит сушка материала, дезинтегратора, гирацион ного сита—классификатора
Создана линия подготовки окислителей, включающая подъемный стол для загрузки, зубчатую дробилку, трубчатую сушилку, дезинтегратор, гирациониое сито, биконический смеситель Аппараты между собой связаны специальными шнеками
Приготовление пиротехнических составов производится на аппаратах различных конструкций В последние годы широкое распространение получили смесители с вертикально расположенными перемешивающими лопастями. В настоящее время промышленность оснащена смесителями с объемом смесительной камеры от 0,75 литра (смеситель 075-ЛСВ) до 600 литров (смеситель С-200) Имеются сме
сители с вертикальными лопастями с объемом камеры 2, 4, 6, 35, 50, 100 литров.
Для приготовления сухих высокочувствительных к трению составов применяются смесители без перемешивающих органов баллонного типа (смеситель ССС-1, Турбула, пневматический смеситель)
Созданы линии для приготовления пиротехнических составов типа ЛППС, состоящие из связанных манипуляторами аппаратов дозаторов, смесителей, вакуум-сушильных агрегатов, грануляторов, классификаторов, аппаратов для расфасовки составов Имеются специальные линии для приготовления дымовых составов, смесители
для приготовления литьевых и вязких составов
Для формования пиротехнических изделий используются прессовые установки усилием от 10 до 2000 тс Массовое производство малогабаритных изделий диаметром от 5 до 50 мм осуществляется на автоматических роторных линиях, снабженных объемными дозаторами
В НИИ прикладной химии создана уникальная прессовая установка для формования крупногабаритных изотропных изделии на основе бесколонного гидростата «сухим» методом
Для формования тонкослойных изделий толщиной порядка 1,5 мм, диаметром от 10 до 90 мм создана автоматизированная линия, все опера ции на которой —от поддержания концентрации пульпы
тателе-дозаторе в строгих граничных условиях до укладки готовых Цементов в упаковочную тару — осуществляются без присутствия человека
Сборку массовых пиротехнических изделии производят на поточных линиях, оснащенных необходимым технологическим обору-ванием и приспособлениями, например, сборку сигнальных патронов осветительных патронов, противоградовых и других изделий Малосерийные изделия, в основном, собирают вручную с использованием простейших приспособлений
В П Чулков
Промышленное производство смесевых ракетных Твердых ТОПЛИВ СРТТ —ярко выраженные гетерогенные вы-соконаполненные полимерные системы Основу СРТТ составляют окислитель, полимерное горючее-связующее и металлическое горючее Общее содержание кристаллического наполнителя может достигать 90% (см Смесевые ракетные твердые топлива)
Особенности отработанной технологии позволяют изготавливать вкладные и прочно скрепленные с корпусом двигателя заряды СРТТ простых и сложных геометрических форм с использованием прецизионного литья без последующей механической обработки, а также получать односоставные, двухсоставные и многослойные заряды
Максимальный диаметр изготавливаемых моноблочных зарядов СРТТ составляет 2,5 м при массе более 50 т. Возможно получение зарядов с массой более 80 т диаметром свыше 3 м и со значительно более широкими пределами по габаритам для секционных зарядов, состоящих из отдельных топливных блоков
ПП зарядов СРТТ представляет собой комплекс с территориально-технологическим разрывом фаз, размещенных в отдельных зданиях
ПП зарядов СРТТ включает следующие технологические фазы входной контроль качества исходных компонентов, комплектующих конструкций и элементов; подготовку к смешению исходных компонентов, промежуточных технологических смесей (полуфабрикатов), подготовку к заполнению корпусов двигателей, пресс-форм, формующей оснастки; получение топливной массы; проведение пофазного контроля качества топливной массы; формование зарядов, отверждение зарядов; распрессовку зарядов; дефектоскопию зарядов, конце-ВЬ1е операции (снаряжение, взвешивание, укупорку)
Наиболее унифицированы фазы подготовки компонентов, про-еЩуточных технологических смесей, отверждения, дефектоскопии Рядов При смешении компонентов топливной массы и формовании Рядов имеются принципиальные различия в технологических
462
Промышленное производство смесевых ракетных твердых топлив
процессах и их аппаратурном оформлении Выбор того или иног способа смешения и формования обусловлен уровнем реологических и взрывчатых характеристик СРТТ, которые в свою очередь связаны с химической природой полимерного горючего-связущего и окисли теля Технологические схемы ПП СРТТ основаны на проходном прессовании, литье под давлением и свободном литье
Метод проходного прессования используется для изготовления малогабаритных зарядов диаметром до 0,5 м, он имеет ограниченное применение
Технологический процесс смешения топливных масс и формования зарядов по методу литья под давлением проводится в смесительных аппаратах непрерывного действия (СНД) Установка СНД позволяет совмещать подачу порошкообразных и жидких компонентов и их непрерывное смешение Компоненты топлива, дозируемые через синхронную весоизмерительную систему, из расходных емкостей и контейнеров поступают в предварительный смеситель, где происходит смешение порошкообразных и жидковязких компонентов Полученная смесь поступает в основной аппарат смешения, в котором происходит усреднение и вакуумирование массы Напорным шнеком готовая топливная масса нагнетается в прессформу или корпус двигателя (рис 1) Крупногабаритные заряды формуются при вертикальном положении корпуса двигателя с подачей массы снизу Процесс осуществляется автоматически с помощью дистанционного управления Метод литья под давлением применяется при производстве зарядов массой до 50 т
Несмотря на то, что схема зарекомендовала себя положительно, в
производстве у нее выявились и свои недостатки- сложность в связи с сочетанием большого комплекса дозирующих, передающих механиз-
мов, аппаратов с механическими перемешивающими органами, смешение и формование в одном здании, что приводило к скоплению в нем большой массы топлива, сильное механическое воздействие на массу пере-
мешивающими устройствами, что увеличивало опасность процесса
Встал вопрос обеспечения безопасности процесса смешения Он был решен при использовании объемных смесителей барабанного типа («пьяные бочки») Сущность смешения компонентов топлива в этих аппаратах заключается в том, что масса смешивается за счет перетекания ее в барабане при кинематическом его движении вокруг горизонтально расположенной диагонали цилиндра, опирающегося на цапфы
Технологическая схема изготовления СРТТ способом свободного
литья в аппаратах барабанного типа представлена на рис 2
Для переработки топливных масс по методу свободного литья настоящее время используются как периодические, так
в и
Поомышленное производство смесевых ракетных твердых топлив 463
' Принципиальная схема установки СНД 1 —вакуум-насос, 2-емкость 5°Р°Шкообразных компонентов, 3 —циклон, 4- дозатор сыпучих компонентов, 10 Течка' 6 —импульсный дозатор, 7 —реактор, 8 —фильтр, 9 —дозатор связующего, Ф°рсмеситель, 11 — смеситель типа «Вернер» с напорным винтом, Иассопровод, 13 — опора, 14 — прессформа
Промышленное производство сферических порохов
464 Промышленное производство смесевых ракетных твердых топлив
Рис.2 Технологическая схема изготовления СРТТ способом свободного литья 1 — контейнер окислителя, 2 —реактор жидковязих компонентов, 3 —мерник связующего, 4 —емкость для алюминия, 5 —смеситель, 6 — изложница, 7 — транспортная платформа
непрерывные установки смешения, причем процесс периодического смешения имеет определенные преимущества перед непрерывным, обусловленные возможностью обеспечивать более высокую точность дозирования компонентов и лучшее усреднение состава по объему.
По окончании процесса смешения к смесителю подается прессформа или корпус двигателя в сборке с технологической оснасткой, после чего происходит формование заряда в результате свободного слива массы из смесителя Прессформа или корпус двигателя размещаются при формовании в специальных шахтах
Изготовление зарядов СРТТ методом свободного литья имеет следующие преимущества’ высокую взрывобезопасность процесса, обусловленную разрывом фаз смешения и формования; возможность формования зарядов любых форм и массы; высокую воспроизводимость и стабильность химического состава (среднеквадратичные отклонения основных компонентов составляют 0,2 —0,3%)
Отверждение зарядов осуществляется в полимеризационных кабинах или в шахтах при температурах теплоносителя от 40 до 80°С и под давлением, которое в зависимости от конструкции, габаритов и массы заряда может достигать 20 — 30 кгс/см2. Удаление формуклиях
ементов оснастки производится с использованием пресс-станков различной конструкции и специальных грузоподъемных механиз-
мов
Управление технологическими процессами получения топливных масс, формования и отверждения зарядов осуществляется дистанционно с широким использованием автоматизированных систем
Контроль качества зарядов включает проверку химического со-
става топлива, его механических характеристик и скорости горения, прочности скрепления топлива со стенками корпуса двигателя и сплошности этого скрепления, монолитности заряда, его геометрических и весовых характеристик и т д
Смирнов Л А, Калабухов Г В Создание смесевых твердых топлив -И.. МГАХМ, 1997
В А Шиманский, Л А Гаврилова
Промышленное производство сферических порохов основывается на двух способах формирования пороховых эле-
ментов — непрерывном экструзионном и эмульсионном
Наиболее распространенным ППСП в мировой практике, в том числе и в России, является эмульсионная технология Эмульсионный способ получения сферических порохов впервые был предложен в 1933 году корпорацией «Олин Матиесон» (США) как один из возможных вариантов использования пироксилиновых и баллиститных порохов с истекшим сроком хранения Уже на начальном этапе развития выявились преимущества новой технологии’ сравнительная безопасность основных фаз, простота и универсальность оборудова
ния, низкие трудозатраты, широкие рецептурные возможности
Отечественное ППСП создавалась в период, когда производство СП в промышленно-развитых странах уже сформировалось Поэтому, совпадая в основных чертах с технологией, принятой в США, она
имеет существенное отличие
Производство СП представляет собой многостадийный непрерывный технологический процесс с циклической работой аппаратов, схематично изображенных на рис 1 На каждой фазе в качестве исходного сырья используется продукт предыдущей фазы производства Это связывает стадии производства в единую технологическую линию и вызывает необходимость согласования интенсивности производственных потоков всех фаз’ формирование сферических элементов, промывка пороха, мокрая сортировка; флегматизация, от-*им пороха от воды, сушка с одновременной графитовкой пороха, смешение, развеска и упаковка
Изготовление СП является сложным и многофакторным процес-с°м, в ходе которого формируются физико-химические
466
Промышленное производство сферических порохов
характеристики порохов, определяющие их эксплуатационные и б диетические показатели Основными являются фазы формирова и флегматизации На них закладываются рецептура и структура рохового зерна, форма, размеры и, в итоге, характеристики горения°~ ППСП основано на полном растворении основных компоненте пороха в зтилацетате или другом ограниченно-совместимом с водой растворителе, эмульгировании полученного раствора в воде с после дующим удалением растворителя из образовавшихся капель с фикси рованием их формы В наибольшей степени на формирование порохового зерна влияют: концентрация обезвоживающего агента (0 —з^/ масс сульфата натрия); концентрация эмульгатора (0,8— 1,5% масс мездрового клея); интенсивность перемешивания; температурно-временной режим отгонки растворителя; модули по воде (3,5 —4,4) и этилацетату (2,81 —4,5), зависящие от вязкости исходного пироксилина, наличия пластификатора и требуемого размера частиц
Диспергирование проводится при температуре 55 —65°С, отгонка растворителя — безвакуумная двухступенчатая' первая ступень-при температуре в реакторе 72 —76°С (отгоняется 70 — 75% этилацетата), вторая ступень —при температуре 86 — 92°С. Отработанный этилацетат представляет собой азеотропную смесь с водой и используется повторно без специальной обработки в ППСП совместно со
свежим растворителем
Режимы формирования обеспечивают выход целевой фракции 70 — 95%, позволяют получать пороха в широком диапазоне фракционного состава (0,1 — 1,2 мм) и насыпной плотности (0,4 — 1,1 кг/дм3)
Достоинством эмульсионной технологии является возможность получения пороха различных размеров, что позволяет, во-первых, обезопасить процесс по сравнению с сухой сортировкой и, во-вторых, исключить непроизводительную загрузку последующих аппаратов некондиционным по размерам зерном Сортировка осуществляется в двух или трех каскадном сортировальном барабане при орошении водой Снижение ресурсопотребления на фазах промывки и сортировки и фракционирование пороха по плотности обеспечивает пульсационная колонна с противоточным движением потоков
Флегматизации СП (см Порох флегматизированный, Порох сферический) осуществляется эмульсионным способом при температурах флегматизации 78 —95°С в течение 0,5 — 2 ч (в зависимости от марки пороха) в аппарате с интенсивным механическим перемешива нием (20), в который сливается предварительно приготовленная эму льсия флегматизаторов
Промышленное производство сферических порохов
467
468
Противоградовое средство
Противоградовое средство
469
Отжим порохов от воды производится на карусельном вак ум-фильтре. Сушка, графитовка и полировка порохов осуществляет ся на непрерывно-действующих аппаратах (25) с производительно стью 200 — 250 кг/час Порох в течение 50—100 минут последовате льно обрабатывается горячий воздухом с соответствующей темпера турой в зонах сушки’ 1, 2 зоны — 88 — 98°С, 3, 4 зоны —80 —9о°с 5 зона охлаждения — не более 35°С
рис 2 Противоградовая ракета «Облако» 1—головная дистанционная трубка, 2-отверстия для выхода парогазовой смеси, 3 -шашка активного дыма, 4 -пиропороховой двигатель, 5-сопловой блок, 6 —парашютный отсек, 7 —донная дистанционная трубка
Фаза мешки предназначена для усреднения физико-химических и баллистических характеристик порохов в одной общей или малой партии. Смешение и формирование партий пороха производится при относительной влажности воздуха не менее 50% на автоматизированной линии накопления и смешения, состоящей из наклонно-секционного смесителя и бункера-делителя. Малые партии мешают на аппарате Тарасова Порох упаковывают в герметичную металлическую оцинкованную тару, вставленную в деревянный ящик
По эмульсионной технологии изготавливаются как одноосновные (нитроцеллюлозные), так и двухосновные (содержащие нитроглицерин в качестве пластифицирующего и энергетического компонента) СП
ППСП отвечает современным требованиям по автоматизации (75%) и механизации процессов, ресурсопотреблению, экологическим показателям. Производительность одной линии может достигать
нескольких тысяч тонн в год
Н М Ляпин, А А Староверов, Т А Енейкина
РисЗ Противоградовая ракета «Алазань» а-двухступенчатая, б —одноступенчатая,
1 - дистанционная трубка, 2 —отверстия для выхода парогазовой смеси, 3—шашка
ПрОТИВОГрадОВОе средство —пиротехническое средство, содержащее шашку активного дыма, используемое для создания центров кристаллизации воды и предотвращения образования града. ПС может быть снарядом («Эльбрус-2») или ракетой (ПГИ, «Облако», «Алазань», «Кристалл» и др ) Общий вид некоторых из них показан на рис 1 — 3, а основные характеристики приведены в таблице.
15 2 3
Рис 1 Противоградовый снаряд «Эльбрус-2» 1—ведущие пояски, 2 корпус, 3 -ВВ, 4 —дистанционный взрыватель, 5-шашка из активного реагента
тивный пиропороховой двигатель, 7 —сопловой блок, 8 —оперенье стабилизатора
Характеристики противоградовых средств
Изделие Время вы-деления АЦК, с Масса заряда генератора льда, кг Расход изделий для защиты 100 тыс га, шт Расход AgJ на 100 тыс
название содержание AgJ, %
«Эльбрус-2" 1 мгновенно 1,70 986 16,0
0,5 мгновенно 8,0
«Облако» 2 35 3,70 493 36,5
«Алазань 2М» 2 35 0,87 493 7,5
«Алазань ЗМ» 0,4 35 0,87 493 1,3
«Небо» 2 0,60 197 5,1
«Кристалл» 2 20 0,40 197 1,6
Ф П. Мадякин
Ракета —летательный аппарат, движущийся за счет реактивной силы, возникающей при отбрасывании части собственной массы. Существует большое число различных типов Р., выполняющих различные функциональные задачи. Р., обеспечивающая доставку средства поражения к цели, относится к системе ракетного вооружения Крупногабаритная Р., используемая для выведения в космос искусственных спутников, космических аппаратов, орбитальных станций, называется ракетой-носителем Р. используются также для проведения геофизических, метеорологических и других исследований. По своей конструктивной схеме они могут быть одно- и многоступенчатыми Многоступенчатые Р., в свою очередь, могут представлять конструкцию с последовательным расположением ступеней (поперечное деление) и в виде пакетной схемы, допускающей одновременную работу двигателей различных ступеней Основными элементами являются ракетная часть, состоящая из маршевых ступеней с двигателями основного и вспомогательного назначения, а также хвостовым и соединительными отсеками, баками окислителя и горючего (для жидкостных Р ); система управления (СУ) полетом в виде приборного отсека или другой конструктивной схемы (для управляемых Р.); полезная нагрузка
Двигатели маршевых ступеней могут быть твердотопливными или жидкостными; двигатели вспомогательного назначения, как правило, твердотопливные. Маршевые двигатели тяжелых ракет-носителей работают на жидком топливе, в легких ракетах-носителях, наряду с жидкостными, применяются и твердотопливные (РДТТ). Ускорители тяжелых ракет-носителей представляют собой крупногабаритные твердотопливные двигатели массой до 600 т Двигатели маршевых ступеней стратегических Р различного вида базирования, оперативно-тактических комплексов и Р для других видов вооруженных сил представляют собой в большинстве случаев РДТТ.
СУ предназначена для обеспечения заданной траектории движения ."устойчивости и снижения внешних нагрузок на ракету. СУ обеспечивает также реализацию заданной циклограммы работы узлов и агрегатов Р , подачу питания на приборы и агрегаты, ввод и отмену полетных заданий В связи с многообразием и сложностью возложенных на СУ задач они оснащаются бортовыми вычислительными
Ракета
471
машинами со сложной логикой управления. Каналов управления может быть один или несколько Инерциальные системы управления используют гироскопические стабилизированные платформы, позволяющие определять кинематические параметры движения Р Возможно получение дополнительной информации по параметрам движения с помощью систем астро- или спутниковой коррекции
Р , обеспечивающие доставку полезной нагрузки по траекториии полета свободно брошенного тела, называют баллистическими В зависимости от дальности стрельбы и выполняемой задачи они делятся на тактические, оперативно-тактические и стратегические В свою очередь, стратегические Р. могут быть средней и
Рис 1 Ракетная система залпового огня «Град» (на основе РДТТ)
472
Ракета
Рис 2 Твердотопливная ракета, которая вошла в состав зенитно-ракетного комплекса ПВО С-300
межконтинентальной дальности. Баллистические Р могут быть запускаемыми из шахт, наземных мобильных установок или из подводных лодок
Рис 3 Твердотопливная двухступенчатая ракета в составе оперативно-тактического комплекса «Темп-С»
т
474
Ракета
Рис 5 Ракета-носитель Ариан с твердотопливными ускорителями
Ракета сигналов бедствия
475
По виду выполняемых функциональных задач Р , кроме перечисленных выше, могут быть противотанковыми, противокорабельными, противолодочными, зенитными, авиационными, Р. систем противоракетной обороны.
Р может быть выполнена в форме моноплана со среднерасположенным крылом, как правило, трапециевидной формы. В этом случае она называется крылатой Р Первые крылатые Р., созданные в 30-е годы, использовали жидкостной ракетный двигатель. Имеющиеся в настоящее время на вооружении ряда стран крылатые Р. используют воздушно-реактивные двигатели и имеют базирование авиационное, морское и сухопутное
В связи с достигнутыми соглашениями о сокращении стратегических наступательных вооружений ряд межконтинентальных баллистических Р переоборудуется в ракеты-носители для вывода в околоземное пространство космических аппаратов.
Различные типы ракетных комплексов показаны на рис.1 —5
Космонавтика — М.. Энциклопедия, 1985, Николаев Ю М , Соломонов Ю С Инженерное проектирование управляемых баллистических ракет с РДТТ — М Воениз-дат, 1979, Карпенко А.В Российское ракетное оружие 1943—1993 г - Санкт-Петербург' Пика, 1993, Военный парад, ж ВПК, 1994, 1995, 1997 г (5-23)
А Н Ключников, И Н Венцкевич, В Н.Эйхенвальд
Ракета сигналов бедствия —пиротехническое средство, снаряженное пироэлементами из состава цветного огня и предназначенное для подачи сигнала бедствия с судна или шлюпки. Один из типов морских РСБ показан на рис.1.
РСБ состоит из вмонтированных в общую пусковую гильзу реактивного двигателя с терочным воспламенительным узлом и сигнального блока Для повышения эффективности и надежности действия сигнальный блок выполнен из последовательно помещенных в металлическую оболочку сигнальных звезд ок с центральным каналом, в
1 2 3
5 6
Рис 1 Ракета светового сигнала бедствия (шестизвездная) 1 — вышибнои заряд, 2 — металлическая оболочка, 3 —обтюратор, 4 —сигнальные звездки, 5 —сигнальн! бокс, 6 —замедлитель, 7 —ракетный двигатель, 8 —пусковая гильза, 9 терочный воспламенительный узел
Ракета сигналов бедствия
Рис 2 Парашютная сигнальная ракета. 1 — пусковая трубка, 2 — крышка с отличите льным знаком; 3—пыж, 4 —парашют; 5 —сигнальная звездка, 6 — оболочка алюминие вая, 7 —ракетный двигатель; 8 —терочный воспламенительный узел, 9 —колпачок
каждый из которых вставлен запресованный в колпачок замедлитель, а между звездками помещены пороховой вышибной заряд и обтюрирующая прокладка. Сигнальные звездки изготовлены из состава красного огня, содержащего, %: SrfNOg^— 43, МПФ-3 — 40, ПВХ-С—10. Для этих же целей выпускается РСБ марки РБ-40с, обеспечивающая подъем пироэлементов на высоту 350 м, время сгорания которых 18 с, сила света 50 ккд Выпускается несколько разновидностей парашютных РСБ. Один из типов таких ракет показан на рис.2.
РСБ состоит из вмонтированного в алюминиевую оболочку ракетного двигателя, сигнальной звездки, парашюта и пусковой трубки с терочным воспламенительным механизмом Для повышения эффективности действия и получения прерывистого свечения в ней сигнальная звездка выполнена многослойной из чередующихся слоев сигнального и замедлительного составов, между которыми проложена термостойкая (например, асбестовая) прокладка с отверстием, а наружная поверхность звездки покрыта слоем жидкого стекла Сигнальный состав красного огня содержит, %• 5г(ХОз)2—54,
1234567 8 9
Рис 3 Сигнальная ракета 1 — пусковая трубка, 2 —корпус, 3 —парашют, 4 — ci цветного огня, 5 —замедлитель, 6 —корпус двигателя, 7 —топливо, 8 —стопин, 9—узел воспламенения, 10 —крышка
Ракетного двигателя удельный импульс тяги 477
хдПФ-3 —32; ПВХ —6, СФ-0112А —8 Несколько другая конструк-парашютной ракеты марки ПРБ-40 Ее характеристики' высота
подъема 300 м, время действия 40 с, сила света 30 ккд РСБ судовая марки РБ-50с подает мерцающий сигнал красного огня (шесть циклов), обеспечивает высоту подъема 400 м, время свечения сигнала 45 с силу света 60 ккд Сигнальная ракета с двигателем на твердом топливе представлена на рис 3
Ф П Мадякин
ракетного двигателя удельный импульс тяги
(у ) —отношение тяги, развиваемой ракетным двигателем (Р), к массовому расходу (ш) рабочего тела (продуктов сгорания топлива, заряда воспламенителя и др ):
/уя=Р/«
В РДТТ затруднительно фиксировать мгновенные значения массового расхода топлива, а следовательно, и мгновенное значение /уд Поэтому для РДТТ 7уд определяют в некотором интервале времени т (обычно за время работы двигателя) как среднее значение’
/уд = f Р dr / /от dr = f Р dt / отт, 0 0 0
где отт—масса топлива (основная составляющая расхода).
С физической точки зрения, величину /уд можно рассматривать как приращение количества движения ракеты в результате сгорания 1 кг массы топлива
В системе СИ /уд имеет размерность Н • с/кг = м/с и численно равен эффективной скорости истечения продуктов сгорания, что отражено в размерности В технической системе /уд имеет размерность кгс • с/кг Если при этом /уд определять по весовому расходу G, то размерность выражается в секундах.
Удельный импульс объемный (7уд об ) определяют по объемному расходу (V)-
7удоб =Р/И = /уДр,
гДе Р~ плотность топлива, а размерность 7уд об —Н • с/м3
В общем случае /уд РДТТ зависит от параметров внутрикамер-ных процессов (характеристик топлива и условий его горения) и параметров истечения продуктов сгорания топлива из камеры При фиксированных параметрах этих процессов /уд двигателя рассматривают в качестве основной энергетической характеристики топлива
478
Ракетного двигателя импульса тяги потери
Ракетного двигателя сопловой блок
479
с позиций его термодинамической эффективности энергии и рабочего тела
как источника
Максимальное значение 7 уд реализуется при расчетном режиме истечения в пустоту (ра=рн=0) В этом случае параметр «удельный импульс двигателя» в значительной степени абстрагируется от параметров двигателя, от воздействия окружающей среды и может рассматриваться как «химический» параметр топлива С учетом указанных ограничений теоретический (термодинамический) удельный импульс топлива с физической точки зрения представляет собой приращение импульса тяги двигателя (количества движения ракеты) в результате сгорания 1 кг массы топлива при фиксированных параметрах внутрикамерных процессов и расчетном режиме истечения продуктов сгорания в пустоту.
'уд = _М1Т^ = j(2kVk /(к1)(
где ЛНт° — энтальпия образования топлива при стандартных условиях; ДНдс —энтальпия образования продуктов сгорания при Та на срезе сопла; к = ср / cv — показатель адиабаты (изоэнтропы), 7?уд = 7? / ц—удельная газовая постоянная продуктов сгорания при рк; 7?—универсальная газовая постоянная; т—средняя молярная масса газообразных продуктов сгорания при рк; Тк — температура продуктов сгорания в камере при рк
Экспериментальный Iуд РДТТ отличается от термодинамического 1уд топлива на величину энергетических потерь в двигателе
Термодинамический 7уд современных РТТ при стандартных условиях (рк/ра = 4/1) достигает 2800 Н • с/кг Использование новых высокоэнергетических компонентов РТТ позволит увеличить значение 7уд до 3000 Н • с/кг и более
Я Ллемасов В Е , ДрегалииА Ф ,ТишинЛ.П Теория ракетных двигателей — М Машиностроение, 1989 —463 с
В И ЦуцуРан
Ракетного двигателя импульса тяги потери
(^s) — отношение разности между термодинамическим (7уд ), рассчитанным теоретически, и практическим (7уд п ) значениями удельного импульса тяги к термодинамическому:
-7?дт
1 УД т I = 1
где (!;,) — ПУ ИТ РДТТ при действии i-ro фактора.
Используются для оценки качества преобразования ракетным двигателем исходной энергии в полезную работу, так как наличие необратимых явлений (химической и физической неравновесное™, теплоотдачи, трения) приводит к ПУИТ в реальном двигателе по сравнению с идеальным значением удельного импульса, получаемым из термодинамического расчета Основными составляющими ПУИТ являются внутрикамерные потери и потери в сопле К внутрикамер-ным относят потери, имеющие энергетическую природу и обуслов-
ленные недогоранием металла и других горючих компонентов твердого топлива (£ сг ), а также тепловые потери (£ т ) за счет отвода тепла в элементы конструкции камеры сгорания, которые в крупногабаритных РДТТ составляют порядка 1%, а в малогабаритных двигателях при отсутствии внутренней теплоизоляции корпуса могут достигать 3—4% К сопловым относятся потери, имеющие газодинамическую природу Они возникают вследствие двухфазности потока продуктов горения (^дф), химической неравновесное™ (£хн), утопленности сопла (^уд), незавершенности процесса кристаллизации (£кр ), разгара сопла (£разг), разрыва контура сопла (£р<азр), возмущений, вызываемых системой управления вектором тяги- — нулевые потери,
- позиционные потери Кроме перечисленных, могут иметь место и другие виды потерь, например, связанные с разложением и уносом теплозащитных покрытий
Алемасов В Е , Дрегалин А Ф , Тишин А П Теория ракетных двигателей - М Машиностроение, 1989 —63 с
В К) Мелешко
Ракетного двигателя сопловой блок-один из основных узлов ракетного двигателя, представляющий собой насадок в виде трубы переменного сечения, соединенный с камерой сгорания СБ (рис 1) представляет собой устройство, включающее в себя сопло и органы управления вектором тяги Сопло Лаваля предназначено для преобразования дозвукового потока продуктов сгорания на входе в сверхзвуковой на выходе Установившийся дозвуковой адиабатический поток может ускоряться только в сужающейся части сопла, достигая местной скорости звука в сечении, называемом критическим Сверхзвуковой поток ускоряется в расширяющейся части сопла
Отношение диаметров выходного и критического сечений, определяющее тяговые и энергетические характеристики двигателя, называют степенью расширения сопла При работе двигателя в пустоте его тяга возрастает с ростом степени расширения, при этом масса сопла увеличивается за счет сверхзвуковой часта Существует оптимальное для каждого ракетного двигателя значение этого параметра, обеспечивющее
480
Ракетного двигателя сопловой блок
Рис 1 Сопловый блок твердотопливного ускорителя
ракеты-носителя Ариан
Ракетного двигателя сопловой блок 481
максимальное приращение скорости летательного аппарата. При работе на земле необходимо выполнение условия, при котором давление окружающей среды не должно заметно превышать величину давления газового потока на срезе выходного сечения сопла
В ряде случаев СБ используется для отклонения газового потока от оси, проходящей через центр масс летательного аппарата, для создания управляющего усилия (момента) по каналам тангажа и рыскания
По числу сопел в двигателе различают односопловые и многосопловые конструкции. Многосопловые конструкции позволяют осуществлять управление по всем трем каналам и имеют меньшие габариты. К недостаткам данной конструкции следует отнести дополнительную массу теплозащитного покрытия сопловой крышки двигателя, увеличенные потери удельного импульса, обусловленные турбулизацией потока на входе в многосопловой блок, и ограничения по обеспечению высокой степени расширения сопла. Для сокращения габаритов двигателя центральные сопла вдвигаются («утапливаются») в камеру сгорания до 30 — 40% своей длины. С этой же целью применяются СБ, имеющие складывающуюся сверхзвуковую часть. При этом возрастает масса конструкции за счет механизма раздвижки сопла. Особенно важно применение блоков такой конструкции для объектов, имеющих жесткие габаритные ограничения
Газодинамические органы управления вектором тяги подразделяются на устройства с полным или частичным отклонением истекающей струи. К первой группе могут быть отнесены поворотные сопла, разрезные сопла (качающиеся раструбы), различные сопловые насадки, поворотные камеры. Их основным достоинством является достаточно высокая эффективность при сравнительно малых потерях осевой тяги. Ко второй группе относятся газовые рули, конструкции с инжекцией рабочего тела в сверхзвуковую часть сопла, прерыватели потока (интерцепторы) Их недостатками являются малая величина управляющего усилия, увеличенные потери тяги, недостаточная стойкость газовых рулей из-за теплоэрозионного воздействия продуктов сгорания, увеличение массы конструкции соплового блока
Выбор конструкции СБ и вида органов управления определяется конструктивной схемой летательного аппарата, потребными величинами управляющих моментов и в конечном итоге обеспечением максимальной эффективности
Николаев Ю М , Соломонов Ю С Инженерное проектирование управляемых баллистических ракет с РДТТ — М Воениздат, 1979, Космонавтика Энциклопедия -М , 1985
И И Венцкевич, В Н Эихенвальд
482___________________Ракетные жидкие топлива____
Ракетные жидкие топлива-топлива, находящиеся В Ж ком агрегатном состоянии в условиях эксплуатации Отдельно х нимая и подводимая к ЖРД составляющая ЖРТ называется компо нентом топлива ЖРТ подразделяются на однокомпонентные (уни тарные) и двухкомпонентные, называемые также топливами раздель ной подачи В качестве однокомпонентных ЖРТ могут рассматрива ться химические вещества или их смеси, способные в определенных условиях к химическим реакциям распада или горения с выделением тепловой энергии К таким веществам относятся, например, гидразин N2H4, пероксид водорода Н2О2, этиленоксид СН2СН2О и др Однокомпонентные ЖРТ используются в ЖРД малой тяги, в качестве топлив для РД систем управления и ориентации, а также для газогенерирующих систем Двухкомпонентные ЖРТ состоят из окислителя и горючего. В качестве окислителей используются вещества, содержащие преимущественно атомы окислительных элементов К таким веществам относятся жидкие фтор F2 и кислород О2, концентрированная азотная кислота HNO3, азотный тетроксид N2O4 Наиболее эффективными горючими ЖРТ являются жидкий водород Н2, керосин Т-1 (фракция с пределами выкипания 150 —280°С), гидразин N2H4, несимметричный диметилгидразин H2NN(CH3)2 В качестве горючих могут использоваться также металлы Mg, Al и их гидриды, вводимые в состав жидких горючих в виде дисперсных порошков с образованием гелей При подаче в камеру сгорания РД компоненты ЖРТ могут самовоспламеняться (например, N2O4 + ЩМЬДСНз^) или не самовоспламеняться ( ж Н2 + ж.О2) В последнем случае используются специальные системы воспламенения или специальные пусковые топлива Двухкомпонентные ЖРТ применяются преимущественно в маршевых двигателях ракет и их ступеней Для придания ЖРТ комплекса требуемых свойств в компоненты топлива обычно вводят специальные присадки, способствующие, например, повышению стабильности физико-химических свойств компонентов при хранении или эксплуатации
Основным достоинством ЖРТ, определяющим целесообразность их использования, является возможность получения высокого уровня энергетических характеристик Например, для топлива на основе жидких О2 и Н2 реализуется удельный импульс до 4500 м/с, тогда как для наиболее высокоэнергетических твердых топлив его значение не превышает 3000 м/с в сопоставимых условиях Ограниченность использования ЖРТ для военных целей обусловлена сложностью их эксплуатации
Ракетные твердые топлива смесевые 483
ллемасов В Е , ДрегалинА Ф , Тишин А П Теория ракетных двигателей — М Машиностроение, 1989 -463 с
ш В Ю Мелегико
ракетные твердые топлива смесевые (СРТТ) представляют собою гетерогенные высоконаполненные полимерные системы, состоящие из твердых порошкообразных наполнителей (окислителей, металлических горючих) и жидких компонентов- горючих связующих, технологических, баллистических и др. добавок
Основу СРТТ составляет окислитель, который входит в его состав в количестве до 90%. Основные требования, предъявляемые к окислителю- высокие значения энтальпии образования, максимальное содержание свободного кислорода, высокая плотность, отсутствие полиморфных превращений при температурах технологического процесса изготовления и эксплуатации топлив, термическая и гидролитическая стабильность, низкая чувствительность к механическим воздействиям Наибольшее распространение получил перхлорат аммония, более полно удовлетворяющий предъявляемым требованиям В некоторых видах СРТТ используются в качестве окислителей также нитраты щелочных металлов и др. В 1971 г. ИОХ РАН синтезирован новый высокоэнергетический окислитель аммонийдинитрамид (АДНА), который позволил повысить удельный импульс и создать высокоэффективные СРТТ с экологически чистыми продуктами сгорания
Для повышения энергетического уровня СРТТ применяются органические МВВ — гексоген и октоген, которые вводятся в количестве до 26% за счет уменьшения содержания перхлората аммония. Дальнейшее увеличение количества МВВ нецелесообразно в связи с существенным ухудшением взрывчатых характеристик СРТТ
В качестве металлического горючего практическое применение нашли алюминий, который вводится в состав до 21%, и гидрид алюминия Конденсированные продукты сгорания уменьшают удельное газообразование топлив, но высокие тепловые эффекты при горении металлов приводят к повышению энергии топлив Гидриды металлов являются также источниками и легкого газа — водорода
Полимерное горючее-связующее, состоящее из органического полимера, пластификатора, отверждающих добавок и поверхностно-активных веществ, является дисперсионной средой, в которой распределены порошкообразные компоненты Полимерное горючее-связую-Щее обеспечивает реологические и механические характеристики
ГТ Полимеры подразделяются на низкомолекулярные (непредельные с концевыми карбоксильными, гидроксильными, эпоксидны-и гРУппами, без функциональных групп) и высокомолекулярные
485
484_______________Ракетные твердые топлива смесевые_
. ---------____
(полибутадиеновые, полиуретановые, нитрильные и др каучук 1 Пластификаторы бывают полярными (эфиры, нитрилы органиче ских кислот и др ), неполярными (углеводороды) и «активными» (с высокой энергонасыщенностью, содержащие нитро-, нитратные ази до-, нитраминные и др. группы)
Помимо названных основных компонентов в состав СРТТ входят технологические добавки—различные поверхностно-активные веще ства, сажа, графит, аэросил и др
Для регулирования скорости горения СРТТ в широких пределах (примерно от 2 до 150 мм/с) в них вводят катализаторы и ингибиторы горения. В качестве катализаторов горения наибольшее распространение получили элементоорганические соединения и окислы поливалентных металлов, а также сложные комплексные соединения Для замедления скорости горения, в частности, используется фтористый литий. Показатель степени в законе скорости горения для большинства СРТТ не превышает 0,4.
Стремительное развитие СРТТ обусловлено более высокими энергомассовыми и др. характеристиками их по сравнению с балли-ститными порохами. Для современных высокоэнергетических СРТТ значения удельного пустотного импульса, отнесенного к 1 кг топлива, достигают 350 — 380 кгс • с / кг, плотность высокоплотных СРТТ составляет 1,85 — 1,90 г / см3. Для некоторых СРТТ плотность доходит до 2 г / см3. Удельный пустотный объемный импульс СРТТ может достигать 640 — 650 кгс • с / л, что на 10—15% выше, чем энергомассовые характеристики баллиститных порохов.
Повышение энергетического уровня СРТТ сопровождается, как правило, ростом температуры продуктов сгорания, которая составляет при давлении в камере РДТТ 40 кгс / см2 и при давлении на срезе сопла 1 кгс/см2 для различных составов СРТТ1050 —3600 К Удельная газовая постоянная продуктов сгорания в камере двигателя находится в пределах 17 — 45 кгс • м / (кг • градус), коэффициент обеспеченности окислителем 0,40 — 0,90, молярная масса продуктов сгорания в камере изменяется от 18 до 44 г/моль Температурный диапазон применения СРТТ определяется уровнем механических характеристик, конструкцией заряда и РДТТ Для скрепленного заряда определяющими являются деформации на поверхности канала, в местах концентрации напряжений и адгезионная прочность в зоне крепления заряда с корпусом Для таких зарядов применяются СРТТ на основе высокомолекулярных и стереорегулярных полибутадиенов, бутилкаучу ка, функциональных поливинилизопренов. Для вкладных зарядов
------------Ракетные твердые топлива смесевые -------------
вные требования определяются прочностью опорной поверхно-°СН и прочностью адгезионной связи между бронепокрытием и топли-сТ” Для зарядов вкладных и скрепленных с корпусом, эксплуатиру-В°М1Х в диапазоне температур +50—50°, применяют СРТТ на основе ж нкциональных полибутадиенов. Деформированные характеристики отдельных СРТТ могут превышать 50%.
Механические, взрывчатые и реологические свойства СРТТ, а также отработанные технологические процессы обеспечивают возможность изготовления крупногабаритных зарядов (диаметром свыше 2,5 м массой более 50 т). Гарантийные сроки эксплуатации зарядов СРТТ находятся на уровне зарядов БРТ и превышают 10 —15 лет.
В табл. 1 в качестве примера приведены составы СРТТ, разработанные в 1962 — 65 годах и изготавливаемые способом свободного литья.
Таблица 1
Наименование и содержание компонен- Составы
тов, характеристики СРТТ ПЭКА-18 ПЭКА-54
Содержание компонентов, % Перхлорат аммония Алюминий Гексоген Каучук СКД-КТР Добавки Характеристики Удельный импульс, кгсс/кг Плотность, г / см3 53,5 18 15 11,5 2,0 247 1,78 36,254,0 17 35,5 9,2 2,1 245 1,80
К настоящему времени разработаны многочисленные группы СРТТ, различающиеся по виду окислителя, связующего, высокоэнергетического горючего и других компонентов В табл 2 представлены шесть основных типов СРТТ, из которых первые три составлены из традиционных компонентов, а с 4 по 6 —на основе энергоемких компонентов, освоенных отечественной наукой и промышленностью-окислителя АДНА и гидрида алюминия (ГА) Для представленных типов СРТТ приведены удельные импульсы при давлении в камере—7,0 МПа и на срезе сопла—0,1 МПа, а также содержание хлористого водорода в продуктах сгорания, характеризующее экологичность состава СРТТ
486
Ракетный двигатель
Таблица 2
NN Основные компоненты Удельный импульс, Н с/кг Массовая доля НС1
1 ПХА+алюминий+углеводородное связующее 2600 0,20
2 ПХА+алюминий+октоген+углеводородное связующее 2700 0,12
3 П XА+алюминий+октотен+нитроэфирное связующее 2730 0,02
4 АД НА+алюминий+углеводородное связующее 2760 -
5 АД НА+алюминий+ГА+углеводородное связующее 2840 -
6 АДНА+ГА+нитроэфирное связующее 2880 -
Комплекс свойств СРТТ позволил решить проблему создания твердотопливных ракет стратегического назначения с дальностью полета свыше 10000 км, что не удавалось при использовании баллиститных порохов из-за недостаточного уровня энергомассовых характеристик и технологических ограничений по максимальному размеру зарядов (диаметр не более одного метра) СРТТ широко используются также в ракетных системах оперативно-тактического назначения, в ракетах сухопутных войск, военно-морского флота, системах противовоздушной обороны, в космической технике и народном хозяйстве, в частности, в перспективных системах аэрозольного пожаротушения. Это обусловлено широким диапазоном энергетических и баллистических характеристик СРТТ различных классов.
Паушкин Я М Ракетные топлива - М Мир, 1975, Смирнов Л А , Калабухов Г. В Создание смесевых твердых топлив Ч 1-М МГХМ, 1997, Пак 3 П, Милехин Ю М , Шишов Н И , Бестужева ТА // Конверсия -1997 — №8
А В Марченко, Л М Леонтьева, Л А Гаврилова Ракетный двигатель — автономный реактивный двигатель, работающий на бортовых ресурсах массы и энергии. Из числа известных и широко используемых видов энергии для РД могут быть использованы' химическая, ядерная и электрическая Наибольшее практическое применение имеют химические РД в которых источником рабочего тела и энергии являются химические ракетные топлива (РТ) В соответствии с агрегатным состоянием топлива химические РД подразделяются на жидкостные (ЖРД) (рис 1), твердотопливные (РДТТ) и гибридные
Рабочий процесс РД состоит из двух стадий В камере сгорания РД химическая энергия преобразуется в тепловую энергию газообразных и конденсированных продуктов сгорания, а затем в сопловом тракте —в кинетическую
Ракетный двигатель 487
Для решения основных задач управления движением ракет и космических аппаратов РД выполняют две основные функции- создание тяги, необходимой для управляемого перемещения аппарата в поле тяготения и в среде с сопротивлением, и создание управляющих усилий и моментов, необходимых для управления движением центра
Рис.1. ЖРД первой ступени ракеты-носителя Ариан IV (общий вид)
Ракетный двигатель жидкостной
489
488________________Ракетный двигатель гибридный_____
масс и для целей ориентации. Согласно этим функциям различают основные (маршевые) и вспомогательные двигатели Иногда эти функции объединяются в одной двигательной установке Тяга основ ных двигателей, обеспечивающих взлет и ускорение летательного ап парата, может достигать десятков меганьютонов В качестве основ пых двигателей применяют ЖРД и РДТТ Основные двигатели могут иметь средства для создания управляющих усилий Среди вспомогательных двигателей различают: рулевые двигатели, служащие для управления полетом по заданной программе; двигатели коррекции включаемые в полете для изменения направления и скорости полета аппарата; тормозные, применяемые для посадки и торможения отделяемых ступеней многоступенчатых ракет К вспомогательным относятся также двигатели систем ориентации и управления движением летательного аппарата РД, имеющие тягу от 0,01 до 1600 Н, называют двигателями малой тяги (РДМТ)
В РДТТ весь запас топлива размещается в камере сгорания Их основными преимуществами являются постоянная готовность к запуску, возможность длительного хранения в различных условиях эксплуатации, повышенная стойкость к различным видам внешних воздействий, возможность реализации повышенной тяговооруженности, высокий уровень безотказной работы. Все эти моменты обусловили преимущественное использование РДТТ в качестве силовых установок ракетных систем военного назначения (см РДТТ).
В ЖРД компоненты (или компонент) топлива размещаются отдельно от камеры сгорания и подаются в нее специальной системой подачи (см. РДЖ)
Третьим типом РД, использующим химическую энергию, является гибридный ракетный двигатель (ГРД), имеющий камеру сгорания с зарядом твердого горючего, в которую подается жидкий окислитель В ГРД по сравнению с РДТТ легче обеспечить регулирование тяги и многократное включение при сохранении недостатков, свойственных ЖРД Работы в области ГРД носят научно-поисковый характер (см РДГ).
Алемасов В Е , ДрегалинА Ф , Тишин А.П. Теория ракетных двигателей — М.. Ма шиностроение, 1989 —463 с , Космонавтика Энциклопедия М , 1985, Политехничес кий словарь И , 1977
В Ю Мелешко, И Н Венциевич, В И ЭйхенвалъО
Ракетный двигатель гибридный-ракетный двигатель, работающий на сочетании твердых и жидких компонентов топлива Его особенностью является то, что один из компонентов, находящий ся в твердом состоянии, как правило, размещается в камере сгорания,
рлс 1 Камера ГРД 1 - форсуночная головка для аспыления окислителя, 2-холодный окислитель 3 - зона смешения окислителя и продуктов сгорания, 4 зона активного горения, 5 —зона смешения продуктов газификации горючего и продуктов сгорания, 6 - заряд твердого горючего, 7 - реактивное сопло
куда подается другой компонент в жидком состоянии (рис.1) Обычно твердый компонент —горючее, жидкий — окислитель Первый ГРД (двигатель 09) создан в СССР в 1933 году
Волков Е Б , Мазинг Г Ю , Шишкин Ю.Н. Ракетные двигатели на комбинированном топливе — М Машиностроение, 1973
А С. Михаилов
ракетный двигатель жидкостной-Д , использующий в качестве источника энергии и рабочего тела жидкие ракетные топлива В отличие от РДТТ, в ЖРД химическое топливо находится в баках летательного аппарата. Чаще всего используется двухкомпонентное ракетное топливо, состоящее из окислителя и горючего ЖРД значительно сложнее РДТТ и в общем случае состоит из камеры (камер) сгорания, системы подачи жидкого топлива и устройств для управления вектором тяги летательного аппарата Жидкие окислитель и горючее из баков летательного аппарата через систему подачи жидкого топлива подаются при высоком давлении в камеру сгорания. В камере сгорания ЖРД происходят распыл топлива через форсунки при высоком давлении, разогрев, испарение и смешение компонентов, взаимодействие компонентов с выделением большого количества тепла и образованием газообразных продуктов сгорания Продукты сгорания истекают из камеры сгорания через сопло, создавая тягу. Температура продуктов сгорания ЖРД достигает 3000 — 5000 К и Давление —десятки и сотни МПа
В России первый ЖРД типа ОР-1 был создан Ф А Цандером в 1930 г , а к 1933 г удалось построить двигатель ОРМ-52, рассчитанный на тягу 300 кГ и работавший на азотной кислоте и керосине В настоящее время ЖРД широко используется как в военной технике, так и Для мирного освоения космоса
Алемасов В Е , Дрегалин А Ф ,Тишин А П Теория ракетных двигателей — И Ма-“ыностроение, 1989 -463 с
В Ю Мелешко
Ракетный двигатель на твердом топливе-реактивен двигатель, создающий силу тяги за счет истечения продуктов сг°Рания твердого ракетного топлива (пороха) (рис 1) Состоит из
Ракетный двигатель на твердом топливе
491
нительное устройство, 7 —передняя секция раздвижного раструба сопла, 8 -подвес поворотного сопла, 9 раздвижная секция сопла, 10 —механизм раздвижки сопла
корпуса, заряда твердого топлива, соплового блока, воспламенительного устройства и др. элементов Может иметь узел отсечки и «обнуления» тяги, а также устройство аварийного выключения двигателя Корпус РДТТ является камерой сгорания и основным силовым элементом. Изготавливается из композиционных материалов (стекло, органо- и углепластики), стали и титановых сплавов. Защита корпуса и его элементов от воздействия продуктов сгорания обеспечивается применением теплозащитных и эрозионностойких материалов. В случае применения прочноскрепленных зарядов на внутреннюю поверхность корпуса наносится защитно-крепящий слой. На наружную поверхность корпуса может быть нанесено теплозащитное или другие виды специальных покрытий
Заряды твердого ракетного топлива могут быть вкладными или скрепленными с корпусом. Первые применяются, в основном, для двигателей вспомогательного назначения, газогенераторов, аккумуляторов давления, источников мощности Скрепленные с корпусом заряды используются в двигателях маршевых ступеней, двигателях довыведения и коррекции орбит, ускорителей (бустеров) ракет-носи-телей различного класса По своей эффективности двигатели с вклад ным зарядом существенно уступают РДТТ со скрепленным зарядом Заряды вкладной конструкции изготавливаются из двухосновных (баллиститных) и реже из смесевых топлив; скрепленные заря ды — только из смесевых составов Заряды из двухосновных топл
отавливаются методом прессования, из смесевых — методом литья ИЗкорпус двигателя или прессформу
В Сопловой блок предназначен для преобразования тепловой энергии в кинетическую и создания реактивной силы. Размещенные на нем органы управления создают управляющие усилия (моменты), отклоняя поток продуктов сгорания от оси, проходящей через центр масс летательного аппарата По своему конструктивному исполнению он может быть многосопловым или выполнен в виде одного центрального сопла С целью сокращения габаритов дозвуковая часть блока может быть вдвинута в камеру сгорания, а сверхзвуковая выполнена складывающейся с раскрытием во время работы двигателя Органы управления могут быть различного типа (поворотное сопло, качающийся раструб, газовые рули, насадки, инжекция рабочего тела в закритическую часть сопла и др.). Они отличаются величиной создаваемого управляющего момента, уровнем потерь тяги и массово-габаритными параметрами. В качестве теплозащитных и эрозионностойких материалов соплового блока используются углепластики, металлокерамика, вольфрам, молибден, композиции «углерод-угле-
род», стекловолокнистые материалы.
Воспламенительное устройство (ВУ) включает в себя средства инициирования (пиропатроны различного типа) и собственно воспламенители В некоторых случаях могут использоваться пусковые камеры Основной функцией ВУ является воспламение заряда твердого топлива и обеспечение заданных параметров выхода двигателя на стационарный режим
Достигнутые в 70-е годы успехи в области разработки смесевых
твердых топлив, конструкционных и теплозащитных материалов, создания сопловых блоков и корпусов с высоким массовым совершенством, новых конструктивных форм зарядов позволили РДТТ успешно конкурировать с ЖРД В области создания систем ракетного вооружения для всех родов войск, включая комплексы стратегического назначения, РДТТ являются основным видом силовых энергетических Установок Кроме этого, РДТТ используются как стартовые ускорители ракет-носителей, тормозные двигатели для изменения параметров орбит космических аппаратов, ДУ систем аварийного спасения экипажей и мягкой посадки, двигатели доразгона, аккумуляторы Давления и бортовые источники мощности, вспомогательные двигате-ли Разделения и увода ступеней, съема обтекателей, наддува межсту-Пенчатых отсеков и др Применение в боевых ступенях ракет РДТТ, требующих регулирования тяги, и ДУ коррекции орбит космических Паратов при необходимости их многократного включения
492 Ракетными двигателями бурение
широкого распространения не нашло из-за большой сложности их создания. В настоящее время проводятся работы в области создания ДУ такого типа.
Николаев Ю М., Соломонов Ю С Инженерное проектирование управляемых баллистических ракет с РДТТ —И Воениздат, 1979, Космонавтика Энциклопедия — М , 1985
А.Н Ключников, И Н Венцкевич, В Н Эихенвальд
Ракетными двигателями бурение-технология создания скважин, шурфов, каналов и т.п. в грунте, породах, различных средах, при которой в качестве источника энергии, рабочего тела или рабочего органа используется ракетный двигатель
Механизм разрушения буримой среды при БРД зависит от ее свойств и основан на воздействии на нее температуры, давления и их перепадов как по поверхности забоя, так и перпендикулярно к ней, включая собственно буримую среду (грунт и т.п ), возникающих вследствие взаимодействия высокотемпературных высокоскоростных продуктов сгорания, истекающих из специально сконструированного соплового аппарата ракетного двигателя — буровой головки Для некоторых сред (грунтов) составляющими механизма их разрушения являются также химические реакции и физические процессы, проходящие в забое между химически активными продуктами сгорания ракетного топлива и компонентами буровой среды (например, доокисление продуктов сгорания кислородом, содержащимся в грунте, интенсивное испарение содержащейся в грунте влаги, диспергирование ее с разрушением породы и взаимодействие с продуктами сгорания, стенками забоя, скважины и т п ). Как правило, имеет место и механическое воздействие на поверхность забоя вследствие контакта с буровой головкой (БГ) или корпусом бурового реактивного аппарата (БРА)
Механизм термического разрушения преобладает при бурении пород с коэффициентом крепости более 6 по М М Протодьякову Механизм газодинамического (эрозионного) разрушения за счет перепада давления, кинетической энергии струй, истекающих из сопел БГ, и увлеченных ими частиц породы, аккумулировавших таким образом часть энергии продуктов сгорания ракетного топлива, преобладает при бурении пород с коэффициентом крепости до 2 Механизм механического разрушения за счет результирующей сил давления, действующих на БРА, и его кинетической энергии более характерен для слабосвязанных грунтов с коэффициентом крепости до 1
Удаление породы из забоя и скважины (если оно необходимо) при БРД осуществляется, как правило, за счет истечения
Ракетными двигателями бурение
493
Рис 1 Технологический комплекс для бурения с помощью БРА 1 - буровая голов
ка; 2 — РДТТ; 3 — пусковой стол
494
Ракетными двигателями бурение
газообразных продуктов сгорания ракетного топлива вместе с изме льченной породой из зоны забоя вследствие возникновения перепада давления между забоем и устьем скважины (канала)
БРД может производиться как с одновременной обсадкой скважины, так и без нее Технология позволяет получать вертикальные наклонные, горизонтальные скважины и каналы, бурить «снизу-вверх», под водой, очищать заиленные шурфы, каналы и трубопроводы.
Технология БРД наиболее эффективна при бурении пород с коэффициентом крепости до 2
Технологические комплексы для БРД, как правило, включают в себя (рис.1):
1) рабочий орган —породоразрушающий термогазоструйный инструмент: буровая головка, терморезак, термоотбойник, огнеструйная горелка;
2) источник энергии и рабочего тела на твердом, жидком, газообразном или комбинированном ракетном топливе — двухосновное (баллиститное) ракетное твердое топливо, керосин —кислород, бензин—сжатый воздух и др.;
3) устройство для управления движением рабочего органа (ориентации, подачи, извлечения) — буровой станок, пусковой стол, мобильное пусковое устройство;
устройство для запуска (включения) и управления режимом работы;
транспортное средство.
Рис 2 БРА на основе РДТТ системы «Град»
Рис 3 Процесс бурения БРА
496 Ракетными двигателями бурение
Наиболее близкими по конструкции и принципу работы к ракетным двигателям являются применяемые для БРД буровые реактивные аппараты на ТРТ и, в частности, созданные на базе штатных ракетных систем в порядке их ликвидации и утилизации
Рис 4 БРА в пусковом столе
Ракетных топлив эффективность 497
pja рис 2 представлен экспериментальный БРА, созданный на нове ракетного двигателя снаряда реактивной системы залпового огня 4ГраД*; на Рис 3 —бурение БРА; на рис 4 —БРА в пусковом столе.
Технические возможности и характеристики БРА на ТРТ-
— скорость бурения —до 2 м/сек (при коэффициенте крепости до 0,6);
— глубина бурения за 1 пуск —до 10 м;
— диаметр скважины — 100 — 900 мм и более;
— масса БРА —от 2 до 1000 кг и более.
Разновидность БРД —термическое бурение — предложено в конце 40-х гг. в США; в России применяется с середины 50-х гг.
БРД на ТРТ предложено в России в 70-х гг. А.М.Циферовым; первые работоспособные экспериментальные, а также серийные БРА созданы в начале 80-х гг. под руководством академика Б.П Жукова ПБритарев В.В., Козлов В.А , Курилович В Г и др Разработка, проведение натурных испытаний опытных образцов буровых комплексов на основе снимаемых с вооружения (эксплуатации) систем залпового огня // Технический отчет - ЛНПО «Союз», 1992, Новые физические методы разрушения минеральных сред, —Л Недра, 1970, Реактивно-перемещающийся аппарат / / Патент РФ №20076080, кл 5FO2 К 11/00, 1992
В Г. Курилович
Ракетных ТОПЛИВ Эффективность Под эффективностью твердых ракетных топлив понимается количественно выражаемый показатель степени их влияния на эффективность ракетных систем при заданных условиях использования.
Величина и размерность эффективности топлив зависят от выбранных показателей для оценки эффективности рассматриваемых систем. Одно и то же топливо в зависимости от условий использования и особенностей системы может иметь различные значения эффективности
Для ракетных комплексов стратегического назначения могут применяться различные вероятностные критерии эффективности, которые в общем случае зависят от характеристик целей, надежности комплекса (Р), его живучести (Рж ), точности стрельбы (оп ), способности ракет к преодолению ПРО (.Рпро)| мощности боевого блока (?)•
Показатели q, Рцро и °п в явном виде зависят от забрасываемой массы (ти3 ) Чем большую при прочих равных условиях забрасывае-МУЮ массу обеспечивает применение топлива, тем большей эффективностью обладает ракетный комплекс Забрасываемая масса т3 и Дальность L однозначно связаны между собой (в первом приближе-Нии линейно) Поэтому в качестве показателя эффективности топлив
498 Ракетных топлив эффективность
наиболее широко используются количественные значения изменен забрасываемой массы или дальности стрельбы в выбранных услови ях сравнения Эти показатели объединены общим термином «балли~ стическая эффективность топлив».
В условиях известного технического облика стратегической ра кеты расчетная зависимость для оценки баллистической эффективности топлив имеет вид:
« ( dL dL dL dL "I
AL, = S —^„+-—A©„+~—Amfe +-—Дт„ I
] = 4 5© j 4 dmtJ Kv dxl} У J U)
Использование зависимости (1) предполагает, что проект ракеты выполнен на некотором базовом топливе, на котором обеспечиваются базовые значения стартовой массы GqB , дальности стрельбы £Б, забрасываемой массы тЗБ, практического удельного импульса /Б массы заряда © Б , массы конструкции двигателя тк. , времени работы ДУ т17 (индексы г, j обозначают, соответственно, топливо и ступень ракеты)
Частные производные в условиях известного технического облика рассчитываются путем решения прямой баллистической задачи Приращения А©у; Ату; Ат у для каждого рассматриваемого топлива рассчитываются относительно базовых значений На AL оказывают влияние не только номинальные значения AJ, A©, Amfe, Ат, но и их случайные разбросы, обусловленные случайными разбросами характеристик топлив. Для компенсации связанного с этим уменьшения дальности стрельбы предусматриваются гарантийные запасы топлива на ракете, что приводит к снижению баллистической эффективности
Для расчетов по зависимости (1) должно быть принято непротиворечивое единство условий сравнения топлив. Так, для МБР обычно © = const, тогда А© у =0 Для БРПЛ, напротив, характерно постоянство объема заряда
Величина Ат у зависит от таких характеристик топлив, как коэффициент истечения, температура продуктов сгорания, окислительный потенциал, показатель в законе скорости горения и температурный коэффициент скорости горения.
Величина AL,, рассчитанная по зависимости (1), может быть преобразована в приращение забрасываемой массы по соотношению
/ 5£ (2)
\тзТ =t±i —
3J> у dm3
Ракетных топлив эффективность 499
Для сравнения проектов МБР с различной стартовой массой в качестве оценки баллистической эффективности топлив удобно использовать величину массовой отдачи т3т;.
__ тЗБ +\m3Ti
~ GQTt ’
Значения т3т выражаются в % или в кг/т и при стартовых массах более 25 т мало зависят от Go.
Сравнение топлив по эффективности безотносительно к конкретному техническому облику ракеты может осуществляться различными способами
Можно свести задачу к получению оценок баллистической эффективности для существующих ракет различных классов
Весьма приближенно баллистическую эффективность топлив можно оценивать по конечной скорости полета ракеты (ТУК) с использованием формулы Циолковского'
Л Г GOy 1
БТс, = lnG0 -© J (4)
где GOl. —начальная масса субракеты;
АРИуу , AWxl], AW/fy—потери скорости, обусловленные, соответственно, гравитацией, аэродинамическими силами, зависимостью тяги двигателя от высоты полета
На практике формула Циолковского редко применяется для оценки эффективности топлив, так как даже для приближенной оценки значений GOy , AW„y , AWXy , АТУЯу необходимо располагать данными о техническом оолике летательного аппарата.
Находит применение в качестве критерия баллистической эффективности выражение.
(5)
гДе /у — удельный импульс в выбранных условиях сравнения топлив, р, — плотность топлива, т — показатель, величина которого зависит от типа ракеты, номера ступени и условий сравнения
При использовании формул (4), (5) не учитывается, в отличие °т случая использования формулы (1), существенное влияние па баллистическую эффективность топлив закона скорости их горения, температуры продуктов сгорания, физико-механических и некоторых ДРУГИХ характеристик
500
Расснаряжение
Расснаряжение
501
Оценки баллистической эффективности топлив используются технико-экономических расчетах Технико-экономические показат^ ли применения топлив рассчитываются, исходя из заданных требов ний по выполнению боевой задачи группировкой носителей В каче" стве таких показателей используются- приращение полных затрат при необходимости замены базового топлива (АС), относительная стоимость доставки полезной нагрузки (Кс), военно-экономический эффект (Э) и др.
АС = АСТ + АСокр + АСсп + АСПМ + АСЭ, (6)
где АСТ, АСокр , АСсп — соответственно, дополнительные затраты на разработку новых топлив, отработку РДТТ на новых топливах создание (модернизацию) сырьевой, производственной и испытательной базы; АСП — изменение стоимости пуска, связанное с использованием новых топлив; N— количество ракет в группировке; ДСЭ —изменение стоимости эксплуатации группировки.
1 + АС / СБ
где СБ — суммарные затраты на создание и эксплуатацию группировки ракет на базовом топливе; игзБ — суммарная забрасываемая масса базовой группировкой,
Э = СБ(1-Кс). (8)
Правильность выбора топлив на этапе проектирования существенно зависит от погрешностей прогнозирования их характеристик Ошибки в определении дальности стрельбы за счет погрешностей прогнозирования характеристик топлив могут превышать 10% Волков Е Б., Дворкин В.З и др Технические основы эффективности ракетных систем -М Машиностроение, 1990, Николаев Ю.Н., Соломонов ЮС Инженерное проектирование управляемых баллистических ракет - М Воениздат, 1979, Алемасов В Е , Дрегалин А Ф , Тишин А П Теория ракетных двигателей —М Машиностроение, 1989, Скворцов И Д , Шур М.С. Основы теории эффективности твердых ракетных топлив — М , 1997
Б И Ларионов, А. С Толстов, В И ЦуЧУРан
Расснаряжение —один из этапов утилизации (см Утилизация), заключающийся в извлечении взрывчатых материалов (взрывчатых веществ, порохов, твердых ракетных топлив) из составных частей боеприпасов. Существует несколько методов извлечения взрывчатых веществ из корпусов боеприпасов, учитывающих взрывчатые, физико-механические и физико-химические свойства ВВ, а также конструктивные особенности боеприпасов. По организационно
теХническим принципам методы Р можно условно разделить на две группы
В первую группу входят методы Р., созданные на первых этапах тилизации и предназначенные для исправления брака снаряженных боеприпасов Эти методы являются малопроизводительными и не соответствующими современным требованиям технологической безопасности и экологической чистоты; к ним относятся выплавка внешним обогревом, выплавка шашек и блоков шашек, вымывание пароводяной смесью.
Ко второй группе относятся современные высокопроизводительные методы, обеспечивающие выполнение требований по технологической безопасности и экологической чистоте процесса, разработанные на этапе создания промышленной утилизации, такие как вымывание горячим теплоносителем (рабочей жидкостью), вымывание струей воды высокого давления (гидровымывание), неконтактная выплавка, гидроабразивная резка, измельчение (дробление) шашек,
индукционная выплавка и другие.
Краткое описание этих методов представлено ниже.
Выплавка внешним обогревом — метод извлечения ВВ из корпуса боеприпаса путем обогрева корпуса с зарядом горячей водой, паром или другим теплоносителем Метод используется для извлечения разрывных зарядов из тротила, шашек и блоков шашек, поставленных в корпус на парафино-церезиновом закрепителе. При обогреве корпуса водой температура последней поддерживается на уровне 90 — 100°С Время выдержки боеприпаса при данной температуре составляет 20 — 60 мин (в зависимости от калибра боеприпаса).
Выплавка шашек и блоков шашек — метод извлечения разрывных зарядов из боеприпасов, заключающийся в разогреве корпуса и подплавлении парафино-церезинового закрепителя Шашка или блок шашек под действием силы тяжести выпадает из корпуса. Время нагрева корпусов паром составляет 15 — 25 минут Данный метод является разновидностью метода выплавки внешним обогревом, отличается большой скоростью процесса, так как требуется только разогрев закрепителя, и позволяет расснаряжать боеприпасы раздельного снаряжения с неплавкими мощными ВВ. Метод имеет ограничения по номенклатуре боеприпасов
Вымывание пароводяной смесью —метод извлечения ВВ из корпуса боеприпаса, заключающийся в воздействии пароводяной струи непосредственно на разрывной заряд (без использования форсунок). Метод используется для расснаряжения артиллерийских снарядов и мин, авиационных бомб и некоторых видов БЗО торпед,
502 Расснаряжение
снаряженных тротилом, аммотолами, смесями тротила с динит нафталином Температура пароводяной струи составляет 110—120°С, давление струи 1,5 — 2 кгс/см2.
Вымывание горячим теплоносителем (рабочей жидкостью) — метод извлечения разрывного заряда из боеприпасов, заключающий ся в вымывании заряда путем воздействия струи теплоносителя на его открытую поверхность, нагреве слоя ВВ до температуры плавления и смыве размягченного ВВ теплоносителем.
Теплоноситель подается под давлением через форсунку с отверстиями В качестве теплоносителя могут быть использованы инертные по отношению к ВВ жидкости, которые должны соответствовать следующим основным требованиям’
— инертность по отношению к компонентам ВВ и материалам корпусов;
— термостабильность и безопасность их в рабочем диапазоне температур и давлений;
— возможность длительного использования жидкости при извлечении ВВ без изменения ее свойств при многократном возвращении в технологический цикл
Технологическое оборудование для вымывания горячим теплоносителем включает установку вымывания, разделитель, насосную установку, плавитель, фильтр, насос диафрагменный
Метод используется для извлечения тротиловых разрывных зарядов и зарядов из смесевых ВВ при Р. боеприпасов различных конструкций массой до 9000 кг
Вымывание струей воды высокого давления (гидровымывание)—метод Р боеприпасов, заключающийся в размыве ВВ водяной струей высокого давления, направленной через сопловые головки на торец разрывного заряда Размыв осуществляется за счет откольных и эрозийных механизмов разрушения, величина давления воды при вымывании составляет от 20,0 до 35,0 МПа (200 — 350 атм)
Для более эффективного вымывания ВВ применяется вращение изделия или сопловой головки
Технологическое оборудование для вымывания включает механизм подачи изделий, головку вымывания, механизм подачи сопловой головки, емкости для сбора суспензии, установку (насос) высокого давления, систему очистки воды.
Метод предназначен для извлечения гексогеносодержащих ВВ из артиллерийских снарядов, морских мин, РГБ, БЗО, инженерных изделий
Гидро- и гидроабразивная резка — резка боеприпасов сложных конструкций на фрагменты с целью последующего извлечения ВВ
Расснаряжение 503
Сущность метода заключается в использовании кинетической энергии водяной струи, развивающей высокую скорость (600 — 900 м/с) и передаваемой под высоким давлением (250 — 400 МПа)
Технология резки водяной струей и ее разновидность — резка водяной струей с добавками абразивных материалов (гранита, кварца и др ) — предназначены для обработки изделий из углеродистой и нержавеющей стали, бетона, композитов, керамики, пластмасс.
Технологическое оборудование для резки включает, как правило систему формирования струи (сопло с жиклером), устройство для подачи абразива, насос высокого давления, резервуар с очищенной водой, систему очистки воды.
Неконтактная выплавка — метод Р. боеприпасов, заключающийся в расплавлении разрывного заряда в корпусе боеприпаса за счет интенсивного подвода тепла от теплоносителя—пара, подаваемого как снаружи корпуса, так и внутрь разрывного заряда через обогреваемый оплавник, и последующем извлечении расплава с применением вибрации.
Технологическое оборудование неконтактной выплавки включает в себя установку выплавки, диафрагменный насос, фильтр, сборник расплавленного продукта.
Метод позволяет извлекать плавкие составы, в том числе высоковязкие смеси типа МС, из изделий простой внутренней конструкции
Измельчение (дробление) шашек — метод переработки шашек ВВ диаметром до 130 мм и длиной до 170 мм, а также кусков ВВ с размерами более 5 мм, высвобождаемых при утилизации изделий. Сущность метода заключается в дроблении шашек в щековой дробилке с дальнейшим измельчением крошки.
Технологическое оборудование измельчения шашек включает в себя механизм дробления шашек в виде щековой дробилки с двумя рабочими камерами и механизм измельчения крошки, автономные механизмы загрузки, 2 сменных контейнера, приемный бункер, механизм разгрузки, автономную быстродействующую систему локального пожаротушения.
Индукционная выплавка — метод извлечения тротила из боеприпасов, основанный на нагреве корпусов боеприпасов вихревыми токами промышленной частоты (50 Гц).
Основным параметром, характеризующим количественную и качественную стороны процесса и результат индукционного нагрева, является температурное поле изделия, что предполагает постоянный контроль за температурой корпуса боеприпаса в технологическом Никле.
504______________________Светодымящий буй___________
----------
Для обеспечения технологической безопасности процесса тпеб ется жесткое соблюдение параметров процесса за счет использован нескольких уровней защиты.
Котельников И А , Ковырзин Л П , Травов ГА , Плеханов Н И., Мацеевич К п Глинскии В П , Винников В П , Орлов В К (КНИИМ, Красноармейск МО), ПанЛ ’ ров В Н (в/ч 62758, Москва) Производство расснаряжения боеприпасов методом е контактной выплавки / Сб докладов — М • ЦНИИНТИКПК, 1995 не‘
А-И Салеева
С
СвеТОДЫМЯЩИЙ в У Й—сигнальное пиротехническое средство для указания местонахождения объекта на воде (рис 1). СБ представляет собой корпус с пиротехнической шашкой из дымового пиротехнического состава, светильником и поплавком СБ предназначен для использования в дневных и ночных условиях
СБ устанавливается на судне в специальное крепление Перед установкой отворачивается отсек, батареи соединяются вилкой с контактами дна, на батарейку устанавливается подставка и наворачивается отсек Закрепленный и подготовленный буй приводится в действие автоматически при сбрасывании круга на воду При опускании буя на воду открываются пробки батареи, в нее попадает вода, батареи начинают питать лампочки светильников и электрозапалы воспламенительного узла После срабатывания электрозапалов
Рис 1 Светодымящии буй 1 колпачок, 2 —крышка в сборе, 3- вкладыш, 4 прокладка, 5 —корпус, 6 —шашка в сборе, 7 —воспламенитель, 8- батарея «дымок», 9 —подставка, 10-отсек, 11-пробки батарей; 12-кольцо, 13-гайка, 14-поплавок, 15- диск в сборе, 16 светильник в сборе, 17 —контакт
Свинца тринитрорезорцинат
505
оается воспламенительный состав, форс огня которого зажигает 3 мовой состав Давлением газов разрушается диафрагма в крышке Арасывается колпачок Продукты сгорания выходят в атмосферу, \оазуя дым оранжевого цвета. Время действия светового сигнала не „ее 45 мин, а дымового —не менее 15 мин.
м Ф П. Мадякин
Свинца тринитрорезорцинат (стифнат свинца, YUPC) — кристаллическое вещество от золотисто-желтого до темно-красного цвета. Кристаллизуется с одной молекулой воды, которая удерживается при нагревании до 100’С, Твсп 267 —268°С, плотность 3,085 г/см3, гравиметрическая плотность 0,99—1,11 г/см3, растворимость в воде 0,09% (20°С), лучше растворим в формамиде, концентрированном водном растворе ацетата аммония. Энтальпия образования -841 кДж/моль, теплота взрыва 1919 кДж/кг, скорость детонации 5200 м/с при плотности 2,9 г/см3 Получают ТНРС обменной реакцией натриевой или магниевой соли тринитрорезорцина и нитрата свинца в присутствии уксусной кислоты. ТНРС применяется в капсюлях-детонаторах как добавка к азиду свинца для улучшения его воспламеняемости, широко применяется для изготовления некорродирующих ударных воспламенительных составов, в составах накольного действия и капсюлях-воспламенителях Обладает очень высокой скоростью горения при атмосферном давлении—275 мм/с, при давлении 100 атм скорость горения 320 мм/с. иБагалЛ.И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М.. Машиностроение, 1975, Светлов Б. С , Фогельзанг А.Е. // ДАН СССР —1961 — Т 137.— №3 -С 654-655
В П Синдицкий
Свистящие составы (СС) —пиротехнические составы, сгорающие с большой скоростью и газообразованием и образующие в трубках звуковые колебания определенной частоты Частота звуковых колебаний тем выше, чем больше скорость горения и газообразования и тем меньше, чем длиннее трубка Такой эффект получается при горении составов хлорат калия (бария)-галловая кислота (75’25) Кроме галловой кислоты в СС используются резорцин, флороглюцин, пикриновая кислота, пикрат калия Следует иметь в виду, что СС и особенно на основе пикриновой кислоты и пикрата калия обладают высокой чувствительностью к механическим воздействиям и могут взрываться
и Шидловский А А Основы пиротехники М Машиностроение, 1973
Ф П Мадякин
506__________________________Селитры________________
Селитры —[от латинского sal (соль) nitri (щелочь)] — нИТраты лочных (натриевая, калиевая селитры) и щелочноземельных (к циевая и бариевая С.) металлов, аммония (аммиачная С ) (См аЛ траты неорганические) Бесцветные кристаллические соединен Встречаются в природе в виде естественных залежей (нитронат рит—«чилийская селитра», нитробарит), образовавшихся при а ' ложении органических остатков под действием нитрифицирующих бактерий. Промышленный синтез NH4NO3 основан на поглощении NH3 азотной кислотой. Калийная и натриевая С. получаются при поглощении смеси нитрозных газов (NO + NO2 ) с воздухом растворами карбонатов К и Na соответственно или по различным обменным реакциям. Ba(NO3)2 образуется при взаимодействии BaS либо ВаСО3 с HNO3, а также обменными реакциями BaCl 2, BaS, Ва(ОН)2 с нитратами Са и аммония. С. применяют как удобрения (NH4NO3 и др ) для приготовления пиротехнических составов (KNO3, Ba(NO3)2 и др ), черного пороха (KNO3), в производстве смесевых ВВ, в качестве компонентов эмалей и глазурей (Ba(NO3)2).
С А.Ануров
Сера при обычной температуре представляет собой твердое вещество желтого цвета. В воде С. нерастворима, растворяется в сероуглероде, бензоле, эфире, анилине, феноле и спирте В соединениях С проявляет валентность от - 2 до + 6. С. химически активна и непо
средственно соединяется почти со всеми элементами, за исключением азота, йода, золота, платины и инертных газов. Получают С. из самородных руд, окислением H2S и восстановлением SO2 С., выплавленная непосредственно из серных руд, называется природной комовой, полученная из сероводорода и сернистого ангидрида —газовой комовой. Природная комовая С., очищенная перегонкой, называется рафинированной. С., сконденсированная из паров при температуре выше плавления и затем разлитая в формы, называется черенковой. Особо высокодисперсная С. носит название коллоидной С. — доступный, дешевый, безопасный, стабильный при хранении, легко воспламеняемый продукт. Вследствие этого она применяется в пиротехнике очень давно. С. является одним из основных компонентов черного по-
роха, применяется при производстве спичек, железнодорожных петард, термитно-зажигательных составов, инсектицидных составов («серные шашки»), В составах С. может выполнять роль горючего (в смеси с окислителем) и окислителя в смеси с горючим. В первом слУ" чае образуются двуокись и трехокись С , в последнем — сульфид в промышленности следует применять очищенную порошкообразную С., получаемую дроблением кристаллических частиц ромбической
Серная кислота
507
ь1 образующихся из расплавленной С с использованием в каче-Ф°Р нейТрализаторов окиси цинка или карбоната кальция. Несмотря ^относительно низкую температуру воспламенения (232 —300°С), ”а явЛЯется безопасной в обращении. Введение нескольких процен-оВ С облегчает воспламенение многих составов При построении ре-Т птУР составов с С. следует избегать применения хлората, бромата и рманганата калия, поскольку такие смеси чувствительны к удару и пению и при определенных условиях могут самовоспламеняться.
ТР Ф П. Мадякин
Серная кислота H2SO4—продукт гидратации серного ангидрида водой В технике серной кислотой называют любые смеси H2SO4 с водой, а безводную СК— «моногидратом» СК смешивается с водой и серным ангидридом в любых соотношениях, образуя ряд соединений с различными т.крист При обычных условиях безводная СК представляет собой вязкую жидкость, кристаллизующуюся при 283 67 К, которая при 569,5 К кипит (с разл ) до образования азеотропной смеси (98,3% H2SO4 и 1,7% Н2О), Ткип которой 609,8 К Будучи одной из самых сильных неорганических кислот, СК реагирует почти со всеми металлами и их оксидами, вступает в окислительные и обменные реакции, является сильным дегидратантом. Сырьем для получения СК служат природные серосодержащие материалы: самородная сера, сульфидные минералы (железа, цинка, свинца, меди), нпр , железный и медный колчеданы, сульфаты, серосодержащие примеси нефти, природного газа, каменного угля В основном, для получения СК используются сера и серный колчедан. Серосодержащее сырье «обжигают» (окисляют) до SO2, который после очистки от примесей каталитическим окислением кислородом переводят в SO3 В качестве катализатора используют ванадийсодержащие контактные массы, обеспечивающие конверсию SO2 в SO3 до 99,5 - 99,8%. В результате гидратации SO3 в процессе рециркуляционной абсорбции «закрепляющейся» СК получают «продукционную» СК с концентрацией 92,5 — 94% H2SO4 или олеум (18,5 — 24% SO3) СК имеет широчайшее применение в химической и др. отраслях промышленности Основная ее часть идет на производство минеральных удобрений, травление металлов, производство органических продуктов (красителей, спиртов, эфиров, химических волокон и Др ) СК является одним из основных компонентов нитрующих слесей при получении ВВ, а ее регенерация — важная часть техноло-гических процессов получения многих нитросоединений.
И А Петропавловский
508 Серный ангидрид
Серный ангидрид SO3—бесцветный газ с резким запахом обычных условиях конденсируется при 317,75 К, давая 6есцветнуВ жидкость На воздухе энергично реагирует с парами воды, образу туман серной кислоты H2SO4. Имеет несколько модификаций, отли чающихся строением кристаллической решетки, упругостью пара и др свойствами: a-форма (мол. формула—SO3), |J-,у- и др —продук. ты разной степени полимеризации SO3. a-форма наиболее активна как сильный окислитель и водоотнимающий агент. Раствор СА в серной кислоте носит название «олеум» Жидкий СА смешивается во всех соотношениях с азотной кислотой («нитроолеум»), образуя устойчивое соединение типа (SO3)2HNO3 (Тпл 379,8 К). В реакциях СА проявляет сильные кислотные и окислительные свойства, энергично взаимодействуя с основными оксидами и гидроксидами. В газообразном состоянии с хлористым водородом образует хлорсульфоновую кислоту SO2OHC1, а с аммиаком — амидосульфонат аммония NHSO2ONH4. Получают СА в промышленности окислением SO2 кислородом воздуха в присутствии катализатора (V2O5 на носителе). Для получения чистого концентрированного С А его отгоняют из олеума или окисляют 100%-ный SO2 чистым кислородом. СА применяют, главным образом, для получения серной кислоты и олеума Олеум и нитроолеум широко используются в производстве ВВ для нитрования соединений с низкой реакционной способностью или с целью интенсификации процесса.
И А. Петропавловский
СИГНалЬНОГО ОГНЯ состав —пиротехнический состав, горение которого сопровождается интенсивным излучением в определенной части видимой области спектра. Применяется для снаряжения сигнальных, а также трассирующих и фейерверочных средств Основными требованиями к сигнальным средствам являются видимость и различимость сигнала с заданного расстояния в течение определенного времени. Для обеспечения этих требований ССО должен образовывать пламя требуемого цвета с чистотой (Р) не менее 70 — 75% (Р определяется как отношение монохроматического излучения к общему, %), удельной светосуммой I t / т, кд • с/г (7—сила света, кд; t—время горения, с; т — масса, г) и I / S, кд/ см2 (S—поверхность горения пироэлемента) не менее нескольких тысяч. Скорость горения ССО в зависимости от конечного назначения колеблется от 0,6 до 4,0 мм/с Наиболее применяемая сигнали зация—трехцветная —с использованием составов красного, желтого и зеленого огней. В зарубежных ССО в качестве окислителя
Сигнального огня состав
509
используются КС1О4 и NH4CIO4, дополнительного окислителя—цветопламенной добавки —5г(ЬЮз)2, Ba(NO3)2, NaNO3, ^а2С2О4> металлического горючего —Mg. В отечественных ССО перхлораты не применяются Рецептуры и основные свойства некоторых ССО приведены в таблице.
Составы сигнальных огней
Шифр состава Рецептура состава и, 7 t / т, кд с/г Р, % X, мкм
наименование компонента содержание, %
~33-01 Ba(NO3)2 МПФ-2 Na3AIF6 SrCO3 СФ-0112А 54 19 14 5 8 2,7 3800 80 590
34-02 NaNO3 ПАМ-3 СФ-340А Na3AIF6 А1СО3 Графит (сверх 100%) 52 17 9 15 7 2,2 4500 84 590
34-03 Ba(NO3)2 ПАМ-3 ПВХ-С СФ-340А SrCO3 Na3AIF6 Олифа 64 3 5 5 10 2 0,7 880 80 590
35-01 Sr(NO3)2 МПФ-2 ПВХ-С СФ-340А 60 17 16 7 1,9 4100 90 620
35-02 Sr(NO3)2 МПФ-2 ПВХ-С Канифоль Масло индустриальное 59 15 20 4 5 1,5 111 1800 96 620
35-07 Sr(NO3)2 МПФ-2 С6С16 СФ-0112А 66 14 14 6 1,4 450 86 625
510 Сигнальное средство 7., мкм
Шифр состава Рецептура состава и, мм/с / t / т, кд с/г Р, %
наименование компонента содержание, %
33-01 Ba(NO3)2 МПФ-3 С6С16 СФ-0112А 66 14 14 6 1,9 2300 75 550~~
33-02 Ba(NO3)2 МПФ-2 ПВХ-С Канифоль Масло индустриальное 65 12 17 4,5 0,9 860 70 550
Шидловский А А. Основы пиротехники — М • Машиностроение, 1973
Ф П. Мадякин
Сигнальное средство —пиротехническое средство для подачи сигнала. В зависимости от условий применения различают дневные, ночные и универсальные (комбинированные) СС К дневным СС относятся изделия, создающие при своем действии цветные дымы, видимые и различимые с заданного расстояния. При горении ночных СС образуются цветные пламена (огни) К универсальным СС относятся изделия, создающие несколько различных по эффекту сигналов, воспринимаемых наблюдателями одновременно или последовательно (например, световой и звуковой, дымовой и огневой и т д ). Такие средства могут применяться в любое время суток Огневая пиротехническая сигнализация эффективнее других СС благодаря простоте использования и различимости на значительных расстояниях В зависимости от подаваемого сигнала огневые СС подразделяются на одно- и многозвездные, одно- и многоцветные, непрерывного и прерывистого (пульсирующего) свечения, по способу снижения сигнала—на парашютные и беспарашютные Огневые СС должны обеспечивать видимость и различимость сигнала с заданного расстояния в течение заданного времени Наибольшее распространение получила трехцветная система сигнализации с применением красного, зеленого и желтого огней; в ряде случаев в систему вводят синий и белый Однако отличие последних от желтого на больших расстояниях недостаточно
Огневые С С подразделяются на средства ближнего действия, авиационные и морские К средствам ближнего действия относятся 26-мм патроны, выстреливаемые из ракетницы, реактивные сигнальные патроны, сигнальные мины. В авиации используются 39-мм сиг_ нальные патроны, наземные сигнальные факелы, ориентирно
Сигнальных цветных огней составы 511
сЯГнальные авиабомбы и др К морским средствам относится сигнальные патроны, морские факелы и ракеты
Щидловский А А. Основы пиротехники М Машиностроение 1973
Ф.П. Мадякин
Сигнальных цветных огней составы широко применяются в народном хозяйстве (сигнальные), военном деле (сигнальные, целеуказательные, трассирующие, имитационные), для увеселительных целей (фейерверочные). Они бывают непрерывного и периодического излучения («мерцающие» огни). Фейерверочные составы должны обеспечивать максимальную красочность и оригинальность зрелищного эффекта, сигнальные — надежную различимость подаваемого сигнала с возможно большего расстояния наблюдения, трассирующие—видимость трассы. Несмотря на это, принципы их построения имеют много общего. Основными характеристиками СЦО являются: так называемая чистота цвета пламени Р (насыщенность цветом пламени), которая определяется по формуле: Р = ФХ • 100 / Фо6щ , гдеФ;_, Фобщ —поток монохроматического и общего излучения, лм или кд; длина доминирующей длины волны, X; сила света с единицы поверхности горения I / S, кд и удельная светосумма I-х/ т, где г е 2
/—сила света, кд; 5 — поверхность горения, см ;т —время горения, с; т—масса, г Цветное пламя получается только при преимущественном излучении определенных атомов или молекул. Атомарное излучение используется при получении составов желтого огня, молекулярное—других цветов. Насыщенное пламя красного цвета получается при излучении SrCl, зеленого —BaCl и ВаОН, голубого —CuCl. Пламя дополнительных цветов может быть получено сложением излучения нескольких типов молекул В качестве окислителей в СЦО используются соли, при разложении которых образуются продукты, окрашивающие пламя в определенный цвет В случае использования нитратов и карбонатов для образования в пламени монохлоридов вводятся хлорсодержащие добавки (гексахлорэтан, гексахлорбензол, поливинилхлорид, перхлорат аммония и др ) В качестве горючих используются уротропин, фенолформальдегидные смолы, порошки магния и сплава магния с алюминием (ПАМ-3 и ПАМ-4) В последние годы разработаны и широко используются С ц.о. на основе нитратов целлюлозы и утилизируемых порохов. Они отличаются Мал°й дымностью и высокой насыщенностью цвета пламени. Рецеп-’’УРЬ! и основные характеристики СЦО пульсирующего горения при-ВеДены в табл. 1, а на основе нитратов целлюлозы непрерывного излучения -в табл.2 и 3.
512 Смесители пиротехнических составов
Таблица 1
Фейерверочные мерцающие составы
Цвет огня и шифр состава Рецептура смеси и, ММ/с кд/см2 f, Гц
наименование компонента содержание, %
Красный, МР-67 Sr(NO3)2 Сплав AM технологическая добавка 78-84 18-22 1,2- 2,5 0,6-0,7 1500 0,4
Белый, МБ-67 Ba(NO3)2 Сплав AM технологическая добавка 70-80 18-22 0-2 0,4-0,7 2700 0,5-0,6
Белый, МБ-72 Ba(NO3)2 + Sr(NO3)2 Сплав AM MgO технологическая добавка 60-84 25-35 1-5 0,2-1,0 0,6-0,7 1700 1,4-3,0
Желтый, МЖ-67 Ba(NO3)2 Сплав AM технологическая добавка 65-75 26-34 2-8 0,2-0,9 1700 0,9-1,0
МЖ-72 NaNO3 + Ba(NO3)2 Na2C2O4(NaCO3) Сплав AM технологическая добавка 63-75 2-8 25-35 1-2 0,4-0,7 1600 1,1-3,0
Зеленый, МЗ-67 Ba(NO3)2 Сплав AM Си (пудра) технологическая добавка 70-80 14-17 8-12 0-2 0,4-0,9 1500 0,7-0,8
Фиолето- МФ-72 NH4C1O4 Sr(No3)2 Сплав AM CuO технологическая добавка 40-48 8-12 26-34 5-11 5-11 0,8 1100 15-16
ф П Мадякин
Смесители пиротехнических составов-аппараты для приготовления пиротехнических составов В зависимости от чувствительности пиротехнических составов к механическим и тепловым воздействиям, их реологических свойств в пиротехническом произ водстве используются барабанные смесители (для сыпучих и литьевых составов) и лопастные планетарного типа (для составов с лаковой составляющей и обладающих высокой чувствительностью
Сигнальных цветных огней составы
513
514__________Смесительно-зарядная машина для водонаполненных ВВ
механическим и тепловым воздействиям) К смесителям такого т относятся 6-ЛСМ, СВ-35, 54-С, ОТО-161-59 и др На основе подоб^ ных смесителей разработаны агрегаты (АПС-3, 4, 5, И) и Лини (ЛПС-2, ЛПС-3) приготовления пиротехнических составов
А М Коробков, А М Новцов
Смесительно-зарядная машина для водонаполненных В В —передвижное технологическое оборудование для механи зированного приготовления водонаполненных (водосодержащих) ВВ типа акватол и заряжания ими скважин на земной поверхности смонтированное на шасси автомобиля
Беисебаев А М , Ефремов И Е , Егупов АЛ. и др Механизация взрывных работ - М Недра, 1992, Друкованный М Ф , Ефремов Э И. и яр Механизация взрывных работ — М • Недра, 1994
П П Марков
Смесительно-зарядная машина для эмульсионных ВВ — передвижное технологическое оборудование, установленное на шасси автомобиля, предназначенное для транспортирования исходных компонентов эмульсионных ВВ на место проведения взрывных работ, изготовления эмульсионных ВВ и заряжания ими скважин при открытых горных работах и гидротехническом строительстве (рис.1)
Существуют четыре типа СЗМ для эмульсионных ВВ’
I тип —для транспортирования исходных компонентов эмульсионных В В типа порэмит —эмульсии и газогенерирующей добавки (ГГД) —на место проведения взрывных работ, их смешения — приготовления эмульсионного ВВ —и заряжания скважин любой степени обводненности под столб воды (машины типа СЗМ-8, СЗМ-Ю, МЗВ-8, МЗВ-20);
II тип —для транспортирования исходных компонентов, приготовления эмульсионных ВВ типа гранэмит с содержанием твердой фазы (гранулированных ВВ) от 50 до 75% и заряжания ими скважин от сухих до слабообводненных от устья (машины типа СЗМ-ЮГ),
III тип —для транспортирования исходных компонентов, приготовления эмульсионных ВВ типа гранэмит с содержанием твердой фазы (гранулированных ВВ) от 15 до 30% и заряжания ими обводненных скважин под столб воды (машины типа СЗМ-1 ОГВ);
IV тип — для транспортирования исходных невзрывчатых компонентов эмульсионных ВВ типа порэмит — раствора окислителей, го рючей фазы с эмульгатором, газогенерирующей добавки, приготов ления эмульсионных ВВ и заряжания ими обводненных скважин под столб воды (машины типа СЗМ-8Э—«завод на колесах»)
Смесь парафино-петролатумная
515
Рис 1 Структурная схема СЗМ-10 1 - насос-дозатор эмульсии, 2 — насос-дозатор
воды; 9 —емкость эмульсии, 10 —порэмит в скважине, 11 — вытесняемая вода из скважины, 12 —емкость ГГД
СЗМ для эмульсионных ВВ эксплуатируется в комплексе со стационарными пунктами подготовки эмульсионных ВВ.
Шалыгин Н К , Мацеевич Б В , Марков П П Смесительно-зарядные машины для заряжания скважин эмульсионными ВВ // Горный журнал —1996 —№11 — 12 — С 57, Смесителыю-зарядная машина СЗМ-ЮГ // Горный журнал —1997 — №2 — С 57, Глинский В П , Шалыгин Н К., Мацеевич Б В , Марков П П , Мардасов О Ф Смесительно-зарядная машина для мощных смесевых водоустойчивых эмульсионных ВВ / Сб докладов VI Всероссийского совещания по взрывным работам — Междуре-ченск, 1997
П П Марков, Н К Шалыгин
Смесь парафино-петролатумная — сплав парафина с 20 — 50% петролатума, предназначенная для нанесения на бумажную оболочку натренированных порошкообразных ВВ в качестве влагоизолирующего покрытия Масса влагоизолирующего покрытия патрона Должна составлять не более 1,3 —2,5гна 100 г взрывчатого вещества
СПП применяется также для нанесения влагоизолирующего покрытия донных швов многослойных битумированных бумажных Мещков при упаковке сыпучих аммиачно-селитренных ВВ
516 Смешения качество пиротехнических составов
Дубнов Л В , Бахаревич Н С , Романов А. И Промышленные взрывчатые ве ва — М Недра, 1988, Поздняков 3 Г, Росси Б.Д Справочник по промышле^6” взрывчатым веществам и средствам взрывания - М Недра, 1977 ННЬ1М
П.П Марков
Смешения качество пиротехнических составов оценивают коэффициентом неоднородности (вариации) Vc, исподь зуемым в математической статистике для определения величины рассеяния значений опытных данных. Коэффициент неоднородности характеризует величину среднего квадратичного отклонения содержания определенного компонента в ПС, %•
Ус = 100стп - Со1 =1ОО-Со1^Д(С1 -Со)2 -п"1,
где стп — среднеквадратичное отклонение содержания компонента в пробах; Со — концентрация ключевого компонента при идеальном распределении или по рецептуре; Ct — отдельные значения того же компонента в пробах; п — общее число взятых проб (число проб по указанной формуле выше 50). Отбор проб производится по специальным методикам. В качестве ключевого выбирается компонент, содержание которого в ПС наименьшее или который определяет специальный эффект При п < 10 для расчета Vc (%) рекомендуется формула:
Vc = 100 • Со1 J ^(С, -С0)2пг (п-1)"1 ,
где п, — число проб в каждой группе с концентрацией С,-.
КС ПС считается удовлетворительным при Vc = 6—8%, хорошим — Vc = 4 — 6% и отличным при Vc <4%. Концентрация компонента в ПС определяется весовым или химическим анализом. Возможно использование таких инструментальных способов, как спектрофотометрический, фотоколориметрический, пламенная фотометрия, по электропроводности состава и др.
А М Новцов, А М Коробков
Снаряд активно-реактивный-вид артиллерийских боеприпасов, объединяющий свойства обычного (активного) и реактивного (дополнительного) снарядов. Продукты сгорания метательного заряда, сгорающего при движении снаряда в канале ствола артиллерийской системы (орудия, миномета), обеспечивают достижение дульной скорости движения снаряда. Пороховой заряд реактивной (Д° полнительной) части снаряда сгорает за срезом ствола на траектории полета, сообщая снаряду дополнительную скорость, что обеспечивает значительное увеличение дальности стрельбы (рис.1).
Снаряжение боеприпасов
517
Рис 1 Активно-реактивный снаряд 1—взрыватель, 2— заряд взрывчатого вещества, 3 —корпус, 4 —ведущий поясок; 5 —сопло, 6 —твердотопливный реактивный заряд; 7 —боевая часть
Применение АРС в системах ствольной артиллерии позволяет увеличить дальность стрельбы снарядов одного и того же калибра на 20-40% для гаубицы и 20 — 30% для пушки. Отрицательным свойством АРС является уменьшение точности стрельбы за счет увеличения разброса скорости движения снаряда в конце активного участка траектории. Основные калибры отечественных АРС 152 и 203 мм.
* Латухин Л. М Современная артиллерия. — М , 1970; Большая Советская энциклопедия —Т 23 —М , 1976; Политехнический словарь —М , 1977.
И.Н.Венцкевич, А.С.Михайлов, В Н.Эйхенвальд
Снаряжение боеприпасов (БП)-это сумма (ряд) технологических операций и последовательность их выполнения при изготовлении разрывных зарядов, элементов БП, закреплении их в корпусах БП и соединении их с системой инициирования, а также сборочные операции по приведению их в состояние, пригодное для боевого применения или длительного хранения.
Нельзя считать технически правильным часто применяемый термин «СБ» для обозначения только операции по наполнению корпусов БП
Технология СБ есть важнейшее научно-техническое звено, связывающее производство ВВ и корпусов БП, с одной стороны, с системами управления, инициирования и др., обеспечивающими их испо-льзование в военных и промышленных целях, —с другой.
518
Сплав «Электрон»
Различают технологию снаряжения вторичными (бризантными) ВВ и технологию снаряжения первичными (инициирующими) ВВ
Боеприпасы наполняются следующими методами- заливкой (см БП заливка), прессованием, шнекованием (см Шнекование), экструзией
Переверзев А Е Технология снаряжения боеприпасов — М , 1960
ГА Травов
Сплав «Электрон»—сплавы на основе Mg трех систем Mg-Al-Zn, Mg-Mn и Mg-Zn-Zr Сплав «Электрон» нашел широкое
применение для изготовления корпусов электронно-термитных авиабомб (рис 1) и электронно-термитных зажигательных элементов артиллерийских снарядов
Примерный состав сплава, %- Mg —90-94, Al —0,5-8,0, Zn и Мп — 1,5-5,0. Корпус бомбы и пироэлемента выполняет одновременно и роль зажигательного вещества При горении находящегося внутри них термитного состава корпус расплавляется и загорается Горит он за счет кислорода и азота воздуха, образуя небольшое яркое пламя
и белый дым окиси магния; может сгорать за счет кислорода соприкасающихся с ним веществ типа бумаги и древесины При сгорании выделяется около 25 кДж/кг тепла и развивается
Рис 1 Электронно-термитная ЗАБ-Э-1 1—стабилизатор, 2 —донная пробка, 3 —картонные прокладки, 4 —термит-
температура до
2000°С Сплав «Электрон» имеет плотность 1800— 1830 кг/м3 и обладает хорошими прочностными характеристиками Он вполне стоек по отношению к щелочным растворам, но легко корродирует под действием даже слабых растворов кислот, аммониевых солей, морской воды и т и Для защиты от коррозии корпус ЗАБ оксидируют, а по-
том лакируют.
Шидловский А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973
ф П Мадякин
Сплавы металлов. В пиротехнической промышленности в качестве горючих применяются различные CM. Al-Mg, Ti-Si, Si-Ca, Zr-Ti, Fe-Mn и др Основные свойства четырех сплавов приведены в таблице
Средство воздействия на атмосферные явления
519
Основные свойства сплавов металлов
Сплав кг/м3 Температура, °C Коэф-фици- Демидова Теплотворная способность
ления кипения самовоспламенения вО2 самовосп-ламене- воздухе кДж/кг кДж/л
Алюминия с магнием (1 1) 2150 463 1150 600-800 650-800 1,31 27872 59882
Магния с кремнием (68 32) 2040 1100 - 490-550 1,23 26875 54825
Железа с кремнием (25-75) 3270 1300 Разл 1000 - 1,23 23883 83800
Кремния с кальцием (7 3) 2020 1030 Разл 700 1,35 26523 53213
Сплавы алюминия с магнием марок ПАМ и АМД находят широкое применение в различных типах пиротехнических составов и топлив; другие сплавы используются в основном в малогазовых, зажигательных и воспламенительных составах.
Ф П. Мадякин
Средство воздействия на атмосферные явления - пиротехническое средство для воздействия на атмосферные явления с целью предотвращения градобития, вызывания осадков, рассеивания туманов и облаков.
Ф П Мадякин
Стифнат свинца (тринитрорезорцинат свинца, ТНРС) C6H3N3O9Pb, мол масса 468,29, моногидрат свинцовой соли стифниновой кислоты— Инициирующее ВВ Кристаллы от оранжево-желтых до темно-коричневых,
NC>2 плотность 3,1 г/см3 ССпрактиче-
РЬ • Н2ОСКИ не растворим в воде, эфире, хлороформе, бензоле и толуоле, z. слабо растворим в ацетоне и этано-
ле, растворим в этаноламине (ок.
30%, с разложением). Энтальпия образования - 426,6 ккал/кг (- 1785 кДж/кг) , теплота взрыва 370 ккал/кг (1549 кДж/кг), фугасность 130
520
Стифнаты
Стопин
521
см3/10 г, скорость детонации 4900 — 5200 м/с в зависимости от плот ности При нагревании выше 100°С теряет кристаллизационную bottv при температуре ок. 200°С быстро разлагается, т.всп. (5 с) 280°С. Пож/ чают СС из стифниновой кислоты (тринитрорезорцина): у
ОН ONa
МО2ГЛ~\'1МО2 NO2I^41NO2
no2 no2
Реакцию проводят при повышенной температуре. Вместо динат-риевой соли стифниновой кислоты можно использовать магниевую соль, получаемую по реакции:
Чувствительность СС к удару и трению меньше, чем азида свинца СС хорошо воспламеняется, легко электризуется, что может вызвать взрыв. Хотя СС относят к ИВВ, его инициирующая способность незначительна Применяют СС в лучевых капсюлях-детонаторах для повышения воспламеняемости азида свинца, а также в не-оржавляющих накольных и ударных составах капсюлей-воспламенителей совместно с тетразеном и другими добавками
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М , 1975
И В Целинский, М А Илюшин
Стифнаты —соли сильной двухосновной стифниновой кислоты (тринитрорезорцина) С. металлов — кристаллические вещества от желтого до темно-красного цвета Щелочные металлы образуют средние и кислые соли. Двухвалентные металлы могут образовывать двойные соли как по аниону (нпр., основной С. свинца), так и по катиону (например, калиево-свинцовая соль). Большинство С металлов—кристаллогидраты, удалить воду из которых не всегда удается
!аЖе ПРИ нагРевании свыше 100°С. Плотность в зависимости от катиона и количества кристаллизационной воды от 1,7 до 3,085 г/см3 (средние соли имеют более высокую плотность), Твсп 250 —300°С (для соли РЬ моногидрата плотность 3,085 г/см3, ТВСП 260 —270°С, для основного С свинца Твсп 280°С) Плохо растворимы в воде (кро-ме солей Li, Na и Mg), ограниченно — в спирте, ацетоне, обычно нерастворимы в бензоле С органических оснований и аммиака — вещества от бледно-желтого до оранжевого цвета, обычно очень плохо растворимы в воде и органических растворителях С аммиаком образуются нормальная и кислая соли. С металлов получают взаимодействием стифниновой кислоты с оксидами, гидроксидами или карбонатами металлов, плохо растворимые С получают обменной реакцией С. Na или Mg и солей соответствующих металлов. Основной С. свинца получают в присутствии аммиака. Нормальный и кислый С. аммония получают при действии на водный раствор стифниновой кислоты карбонатом аммония. С —менее мощные ВВ, чем тринитрорезорцин С. свинца (ТНРС) применяется в капсюлях-детонаторах как добавка к азиду свинца для улучшения его воспламеняемости, широко применяется для изготовления некорродирующих ударных составов, в составах накольного действия и капсюлях-воспламенителях С металлов обладают более высокими скоростями горения, чем исходный тринитрорезорцин; ТНРС имеет наибольшую среди всех исследованных веществ скорость горения —275 мм/с при атмосферном давлении.
Багал Л. И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М Машиностроение, 1975 , Светлов Б С , Фогельзанг А Е В сб «Теория взрывчатых веществ» // Труды МХТИ им Д И Менделеева — М Высшая школа, 1967 — С 328 - 338
В П Синдицкий Стопин-быстрогорящий огнепроводный шнур, используемый для передачи огня в пиротехнических средствах. Наиболее широко применяется черный С —пучок хлопчатобумажных нитей, пропитанных калиевой селитрой и опудренных снаружи на клею пороховой мяко-тЫо, реже белый С. —нити, пропитанные калиевой селитрой с добавленными к ней клеящими веществами (гуммиарабик, идитол) Время горения 1 м С на открытом воздухе' черного—15-20 с, белого-45-50 с, в замкнутом пространстве, например, в картонной труб-Ке (гильзе), С сгорает гораздо быстрее.
,^1‘дловский А А Основы пиротехники—М Машиностроение, 1973
Ф П. Мадякин
522
Сульфаты
Сульфитные щелок/
523
Сульфаты —соли серной кислоты. Основные характеристики не которых С приведены в таблице С содержат относительно большое количество кислорода, имеют высокую плотность и теплоту образо вания, начинают разлагаться при относительно высокой температуре Они трудно отдают кислород и могут выполнять роль окислителя только в смеси с высококалорийными металлами.
Основные характеристики сульфатов
Опл > кДж/ моль
884-890 1069 1400-1495 1350-1580 1113
24,24
36,70
28,03
40,58
T-f
1200
900
1400
А//298° кДж/ моль
1384
1435
1422
1465
770
А298°. Дж/ (моль
К)
149,41
175,98
106,69
131,80
113,55
СР298°, Дж/ (моль
К) _ 130,79 130,31, 97,45 101,70
_—•—--------
Сульфитные щелока являются отходом производства тротила и образуются в процессе сульфитной очистки тротила-сырца Представляют собой жидкость красно-коричневого цвета, содержащую Д° 20% органических веществ В состав СЩ входят- натриевые соли нитрофенолов, динитротолуолсульфокислот, нитроформа, аддитивные соединения тротила и тринитробензола с сульфитом натрия; сульфат-, сульфит- и нитрит натрия, а также продукты взаимодействия нитросоединений в щелочной среде. В сухом состоянии СЩ высокочувствительны к удару и термическому воздействию. При смешении с кислотами динитротолуолсульфокислота, входящая в состав СЩ, превращается в нитро диазотолуолсульфокислоту, нестойкую к действию температуры и обладающую высокой чувствительностью к удару. В процессе утилизации СЩ упаривают и уничтожают сжиганием при температуре 900— 1100°С.
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ — Л Химия, 1981 -С 118-121
В И. Шихов
Все С при определенных температурах претерпевают полиморфное превращение р —>а. Температуры полиморфных превращений равны для Na2SO4 — 240°С, K2SO4 — 583°С, CaSO4 — 1193°С, BaSO4 — 1149°С и CuSO4 — 103°С; теплоты полиморфных превращений равны- для Na2SO4 —7,04, K2SO4 — 8,13, CuSO4 — 5,61 кДж/моль Во время Второй мировой войны в германской пиротехнической промышленности в целях экономии нитратов С. использовались при производстве осветительных и сигнальных составов, например, в осветительные смеси, наряду с NaNO3, вводилось большое количество гипса CaSO4 0,5Н2О Однако эти составы характеризовались низкой стабильностью при хранении и небольшим сроком годности Известен сигнальный состав с применением С бария, горящий под водой С. бария может также применяться при изготовлении термитно-зажигательных и замедлительных составов С. меди входит в рецептуру твердых топлив для ПВРД в качестве катализатора скорости горения, калия — в твердые ракетные топлива для устранения эффекта образовния факела реактивной струи. Добавка С калия в небольших количествах в коллоидные ракетные топлива (IPN, М-13, МК-18) повышает скорость их горения.
Ellern Н Modern pyrotehnics Fundametals of applied phisical pyrachemistry York: Chemical Publ Co , 1961, Краткая химическая энциклопедия — M ^оветс^ энциклопедия, 1961 - 1967, Карапетъянц М X., Карапетъянц М Л Основные тер динамические константы неорганических и органических веществ — М Химия, 19 ГТ КЛлдяКиН
Теплофизические свойства твердых топлив
525
т
Тепловое самовоспламенение. Безопасность изготовления и хранения зарядов твердых ракетных топлив с позиции возможности самовоспламенения оценивается на основании теории ТС в основе которой лежит рассмотрение двух основных процессов, протекающих в системе: тепловыделения вследствие химической реакции и теплоотвода в окружающую среду.
Математическая задача о ТС сводится к совместному решению уравнений химической кинетики и теплопередачи. В классической теории были разработаны приближенные подходы к решению задачи, получившие название стационарной и нестационарной теории ТС. Обобщение и развитие классической теории пошло по пути учета стадии прогрева, рассмотрения различных условий теплообмена на поверхности, выяснения роли изотермического самоускорения реакции. В частности, в классической тепловой теории для приближенного определения критических параметров (критического диаметра dKp и индукционного периода £кр ) ТС зарядов ТРТ используются соотношения:
U
и
*кР = t0 eRT,
где d0 и - коэффициенты, величины которых определяются теплофизическими и химическими свойствами ТРТ, условиями теплопередачи.
ТС зарядов в процессе изготовления и хранения не происходит при выполнении условий:
d < dKp или
i CiKp (при rf = rfKp), где d— диаметр заряда, t— продолжительность изготовления, хранения.
Теория ТС нашла конкретное применение для оценки критических условий в реальных режимах переработки пороховых и топливных масс.
Л.В Селезнева, ЛА Гаврилова
Теплофизические свойства твердых топлив-сово-упность свойств, определяющих закономерности физических процессов в твердых топливах в результате изменения их температуры, которые выражены количественно через соответствующие характеристики. К основным теплофизическим характеристикам (ТФХ) относятся' С —удельная теплоемкость (кДж/кг • К); X—коэффициент теплопроводности (Вт/м • К); а —коэффициент температуропроводности (м 2/с); алр — температурный коэффициент линейного расширения (К-1); Гсс —температура структурного стеклования (К); 7 —температура механического стеклования (К).
ТФХ топлив необходимы при проектировании зарядов, в частности для расчета температурных полей, механических характеристик при длительном хранении и определении допустимых колебаний температуры окружающей среды, а также для оценки параметров воспламенения и горения твердых топлив. Кроме того, ТФХ используют при определении технологических параметров, обеспечивающих требуемый уровень равновесной температуры зарядов твердых топлив
Зависимость между теплофизическими характеристиками С, X, а и плотностью топлива р выражается формулой'
Х = а • С • р (1)
Теплофизические свойства твердых топлив зависят от внешних и внутренних факторов. К внешним факторам относятся температура окружающей среды и скорость ее изменения, давление и деформация образца.
К внутренним факторам относят химический состав и структуру топлива. Для топлив на основе одних и тех же компонентов существенным является содержание твердых компонентов (степень наполнения)
Значения ТФХ основных компонентов топлив при 293К представлены в табл 1.
Таблица 1
ТФХ компонентов топлив
Компонент к, Вт/м • К а-107, м2/с С, кДж/кг К алр104,К-'
Перхлорат аммония 0,51 2,27 1,21 0,67
Алюминий 225,1 856,4 0,89 0,22
Нитраты целлюлозы 1,42 1,1
Бутадиеновый каучук 0,21 1,13 1,90 -
526_______________Теплофизические свойства твердых топлив
Компонент А, Вт/м К а-107, м2/с С, кДж/кг К “лр Ю4, д-1
Бутадиеннитрильный карбоксильный каучук 0,11 0,8 1,2
Бутилкаучук 0,13 0,72 1,94 -
Трансформаторное мас- 0,14 1,61 1,71 -
Нитроглицерин 0,146 6,25 1,47
Значения ТФХ компонентов топлив находятся в достаточно узком диапазоне. При этом минимальной тепло- и температуропроводностью обладают компоненты ГС, а максимальной — металлические горючие. Это предопределяет то, что тепло- и температуропроводность топлив в основном зависит от ТФХ компонентов ГС и степени наполнения их металлическим горючим
Химическое строение каучуков и пластификаторов мало влияет на абсолютную величину их собственной тепло- и температуропроводности. При 293 К значения коэффициентов теплопроводности основных применяемых в топливах компонентов ГС находятся в пределах (0,1—0,3) Вт/м -К, а значения коэффициента температуропроводности (0,8—1,7) • 107 м2 / с. Это обусловливает достаточно узкий диапазон изменения ТФХ топлив (табл 2)
Таблица 2
Теплофизические характеристики твердых топлив при температуре 293 К
ТФХ Баллиститные Смесевые
безметалльные металлсод безметалльные металлсод
А, Вт/м К 0,2-0,3 0,2-0,3 0,2-0,4 0,4-0,7
а 107, м2/с 0,8-1,3 1,5-1,6 1,3-1,7 1,9-3,1
С, кДж/кг К 1,3- 1,9 0,9-1,4 1,2- 1,6 1,0-1,4
“лр ’ю4,к-' 1,2-1,5 0,9-1,2 1,2-1,5 0,6- 1,2
Теплоемкость твердых топлив, как и большинства материалов, монотонно возрастает с повышением температуры, а температуропроводность уменьшается Зависимость теплопроводности от температуры более сложна, так как в соответствии с формулой (1) с повышением температуры уменьшается не только температуропроводность, но и плотность топлива.
Баллиститные и смесевые твердые топлива характеризую™ сравнительно большими значениями коэффициентов линейного
Теплофизические свойства твердых топлив 527
расширения ( табл 1 и 2), величина которых примерно на порядок больше, чем для металлов
Для оценки работоспособности твердотопливных зарядов, особенно в области отрицательных температур, необходимо знать их температуры структурного и механического стеклования.
Температура структурного стеклования характеризует переход топлива из высокоэластичного состояния в стеклообразное при его охлаждении. Тсс топлив и их связующих практически одна и та же, а введение наполнителей повышает ее, как правило, на несколько градусов.
Температура структурного стеклования зависит от скорости охлаждения и способа ее определения Увеличение скорости охлаждения приводит к повышению Тсс. При этом образуются «полимерные стекла» с большими значениями удельного объема, энтальпии и энтропии, чем в случае медленного охлаждения Изменение скорости охлаждения в 10 раз сопровождается смещением Тсс у большинства полимеров на (3 — 10) К Температура структурного стеклования существенно зависит от частоты и интенсивности воздействия на топлива. Поэтому различные методы определения Тсс могут давать несовпадающие значения.
Для смесевых твердых топлив значения Тсс находятся в пределах от 243 К до 173 К При этом в качестве конкретного значения Тсс для каждого топлива указывают максимальную температуру, при которой начинается процесс стеклования.
При периодических механических воздействиях в топливах может наблюдаться так называемое механическое стеклование. Сущность этого явления заключается в том, что в состоянии структурного равновесия (Г > Тсс) при небольших периодических воздействиях на топливо оно переходит из высокоэластичного в упругое деформационное состояние Температура механического стеклования U мс) характеризует уменьшение деформационного поведения высокоэластичного топлива при данном временном режиме механического воздействия (табл 3)
Таблица 3
Температуры структурного и механического стеклования СТТ
Температура Массовая доля основных компонентов топлива, %
ПХА-80 ГСВ-20 ПХА-70 А1-18 ГСВ-11 ПХА-67 А1-18 ГСВ-12 ПХА-50 МВВ-20 ГСВ-7,5
Тсс, К 173 186 213 193
тмс, К 209 199 255 212
528 Теплофизические характеристики материалов РДТТ
Температуры Тсс и Тмс не связаны друг с другом, так как первая зависит от скорости охлаждения, а вторая —от временного режима механического воздействия. При очень медленных механических воздействиях Тмс может совпадать с Тсс.
Годовский Ю.К Теплофизика полимеров - М Химия, 1982 - 280 с ; Энциклопедия полимеров — М Советская энциклопедия, 1974
САГусев Теплофизические характеристики материалов РДТТ Теплофизические характеристики (ТФХ) —это совокупность физических параметров функциональных материалов РДТТ определяющих его тепловое состояние при хранении и эксплуатации'
Неметаллические материалы РДТТ — смесевые и баллиститные твердые топлива, армированные пластики, теплозащитные покрытия и др.—отличаются химической природой, составом ингредиентов, структурой, технологией изготовления и техническими характеристиками Из комплекса технических характеристик, используемых в задачах теплового проектирования РДТТ, вполне достаточно изучение таких показателей, как теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность и коэффициент линейного расширения.
В многоэлементном РДТТ значения ТФХ могут варьироваться в широких пределах и при необходимости регулироваться в соответствии с требованиями технического задания
Значения ТФХ материалов РДТТ определяют экспериментальным и расчетным путем Среди множества экспериментальных методик наиболее широкое распространение для определения температурной зависимости ТФХ получили динамические методы монотонного нагрева образца материала Относительная простота подготовки экспериментаи, малая трудоемкость снятия температурной зависимости ТФХ, а также достаточное теоретическое обоснование метода позволили реализовать его в различных вариантах аппаратурного оформления
Существуют и используются основанные на методах теории вероятности расчетные методики, позволяющие на основе знания ТФХ компонентов и их объемного содержания в композиции определять ТФХ материалов Такие методики позволяют определять не только средние значения ТФХ, но и диапазон их возможных реализаций в композиционном материале, что особенно важно для сложных неоднородных композиций
Совокупность экспериментальных и расчетных методик позволя ет получать значения ТФХ материалов РДТТ с точностью 10— 1о/°>
Термитный состав, термит
достаточной для практического использования при тепловом проектировании РДТТ
Пределы значений ТФХ некоторых материалов РДТТ приведены в таблице.
Тип материала Теплопровод- Вт/м К Теплоем- кДж/кг К Температуропроводность а 107, м2/с Коэффициент линейного термического расширения алр 104,
СРТТ 0,33-0,85 1,1 -1,6 1,7-3,2 1,1-2,0
БРТ 0,23-0,44 1,3-1,8 0,9— 1,6 1,6-2,0
Стеклопластики 0,25-0,40 1,6-2,5 0,9-1,1 0,3-0,9
Органопластики 0,13-0,17 0,8 1,1 1,1-1,3 0,3-0,6
Жесткие ТЗП 0,35-0,45 0,9-1,1 2,9-3,3 0,5-0,8
Эластичные ТЗП 0,20-0,28 1,4-1,6 1,1-1,6 1,0-2,0
Экранирующие материалы 0,20-0,30 1,1- 1,5 1,3-1,8 1,1-1,6
С Г Жиров, МА Юсуфов, Б В.Порзов
ТермиТНЫЙ состав, термит —трудновоспламеняемый зажигательный состав, представляющий собой реакционную смесь окиси металла с другим металлом Наиболее распространен железо-алюминиевый ТС, состоящий из смеси грубодисперспого алюминиевого порошка с железной окалиной (Fe3O4) ТС является основой термитно-зажигательных составов для снаряжения зажигательных средств, содержащих 40 — 80% ТС Термиты используются также для сварки стальных, сталеалюминиевых проводов, рельсов и т п Характерными особенностями, отличающими ТС от горения других пиротехнических составов, являются почти полное отсутствие газообразных продуктов реакции, что обуславливает беспламенность горения; высокая температура горения (2400 — 2600° С), образование при горении расплавленных огненно-жидких шлаков, которые могут проплавлять металлические листы; большая трудность воспламенения, особенно в запрессованном состоянии (температура самовоспламенения его около 1300°С, для воспламенения ТС применяют специальные переходные составы, содержащие 40 — 60% ТС); трудность тушения — способен гореть даже под водой Известны и другие виды ТС, содержащие °Ксиды других металлов' марганцевый (4 А1 + ЗМпОД хромовый
530_______________Термодинамическая устойчивость_
(2 Al + Сг2О3) и другие В термитную основу вводятся различного рода добавки, а вместо алюминия можно использовать магний
Шидловский А А Основы пиротехники 4 е изд — М Машиностроение, 1972 И А Абдуллин, А В Романов
Термодинамическая уСТОЙЧИВОСТЬ-способность энергетического материала сохранять заданный фазовый состав в температурном диапазоне его изготовления и эксплуатации С ТУ тесно связано понятие «термодинамическая совместимость компонентов», которое характеризует взаимную растворимость компонентов энергетического материала — способность компонентов образовывать однофазный термодинамически устойчивый раствор. Мерой ТУ является предел совместимости — максимально возможное количество компонента (пластификатора или другого растворимого в полимере компонента), которое можно ввести в состав полимерного связующего без изменения фазового состава связующего Нарушение устойчивости может проявляться в виде образования жидкой фазы пластификатора на поверхности заряда (выпотевание или эксудация) или в его объеме При температурах ниже температуры плавления компонентов, выделяющихся при фазовом распаде, на поверхности заряда образуется кристаллический налет (явление выцветания) При крис
таллизации высокомолекулярных компонентов происходит микро-фазовое разделение с образованием в объеме материала полимерных микрокристаллитов В энергетических материалах, содержащих кристаллические ВВ, потеря устойчивости может быть обусловлена их полиморфным превращением Изменение фазового состава и структуры энергетических материалов может сопровождаться изменениями таких свойств, как плотность деформационно-прочностные характеристики, чувствительность к механическому воздействию, воспламеняемость и др В некоторых случаях, например при кристаллизации полимера в составе СРТТ, потеря устойчивости приводит к значительному увеличению модуля упругости топлива и нештатному режиму работы заряда, вплоть до его разрушения
Оценка ТУ энергетических материалов проводится на этапах разработки рецептурного состава Основная задача оценки устойчивости связана с выдачей рекомендаций по допустимым содержаниям компонентов, обеспечивающим фазовую стабильность в заданном температурном диапазоне Наиболее надежный метод оценки устойчивости заключается в построении диаграмм состояния, описываю щих термодинамические условия сосуществования фаз Для энерге тических материалов, содержащих полимеры и пластификаторы,
Термодинамическая устойчивость 531
обычно определяют диаграмму состояния двухкомпонентной систе-мы полимер —пластификатор С помощью таких диаграмм проводят предварительный выбор состава связующего энергетического материала В дальнейшем этот состав должен быть уточнен с учетом влияния на фазовое равновесие других компонентов рецептуры (наполнителей, катализаторов и стабилизаторов горения, стабилизаторов химической стойкости, сшивающих агентов) Определение термодинамических условий (температура, давление, состав), при которых возможен фазовый распад, проводят с помощью физических и физико-химических методов, позволяющих зарегистрировать процесс фазового превращения При изучении фазового равновесия используют термодинамические методы, основанные на определении термодинамических характеристик растворов (изменение свободной энергии раствора или химического потенциала компонентов). В этом случае, при постоянных давлении Р и температуре Т, термодинамические условия устойчивости имеют вид-
Дб<0; (d2&G / дХ?)р Г >0
или Др! < 0; (5Др! / dXj )Р т >0, где Дб— изменение свободной энергии, Дц^ — изменение химического потенциала компонента, Х\ — концентрация компонента.
Условием сосуществования фаз является равенство химических потенциалов компонентов в фазах «й» и «&»’
Р1 (а) = Ц! (Ь) или Др] (а) = Apt (Ь)
Для определения величин изменения химического потенциала пластификатора используют методы измерения осмотического давления, давления набухания или давления насыщенного пара-
ДР! = - л Vj, Др! = RT 1пД / РА°,
гдеп — осмотическое давление или давление набухания, Vj —парциальный мольный объем пластификатора, и Р-± — давление насыщенного пара пластификатора над раствором и фазой чистого пластификатора, соответственно, R— газовая постоянная
В случаях фазового разделения с образованием новой кристаллической фазы эффективно использование калориметрических методов, позволяющих определить температуру плавления и количество образующейся фазы К другим экспериментальным методам оценки ТУ относятся- методы, основанные на измерении оптических характеристик композиций (метод точек помутнения, светорассеивания, Критической опалесценции, оптической плотности, рефрактометрии); спектральные методы (ИКС, ЯМР, парамагнитного зонда,
532 Термодинамическое проектирование ТРТ
спиновой метки, диэлектрическая и механическая спектрометрия) методы изучения массопереноса (определение коэффициентов взаи' модиффузии и концентрационного профиля в зоне взаимодиффу. зии), дилатометрия и др.
Выбор метода исследования определяется особенностями изучаемой системы Обязательным требованием, которое должно быть выполнено при построении диаграммы состояния, является обеспечение условий измерения равновесных температур фазового распада ЯТагерАА Физикохимия полимеров — М Химия, 1978 —544 с
Ю М Лотменцев
Термодинамическое проектирование ТРТ Целью термодинамического проектирования является определение оптимального компонентного химического состава топлива на основе критериев баллистической эффективности; результаты проектирования используются и уточняются при проведении проектно-конструкторских работ и технико-экономическом анализе
Для расчета баллистической эффективности необходима количественная оценка влияния основных компонентов —окислителя, горюче-связующего и металлического горючего на удельный импульс, плотность, температуру продуктов сгорания (Гк), окислительный потенциал (р) и ряд других характеристик в зависимости от требований ТТЗ и ТЗ Решается эта задача с использованием термогазодинамического метода, разработанного для условий химического равновесия многоэлементной многофазной системы
На рис 1 представлены в косоугольной системе координат в плоскости треугольника Гиббса в виде трех семейств кривых (изолиний), рассчитанных с использованием этого метода, стандартный термодинамический удельный импульс JqT (Рк /Ра = 40 / 1, Ра = Рн = 1 кг / см 2 ), плотность р топлива и температура продуктов сгорания в камере Тк при давлении Р = 40 кг / см2 для смесевой рецептурной композиции алюминий — перхлорат аммония — полибутадиеновый каучук СКД-КТР
Термодинамический максимум удельного импульса этой композиции равен 251,5 с при плотности 1,83 г/см3 и температуре горения 3637 К
Оптимальный химический состав реальных топлив, как правило, не соответствует термодинамическому экстремуму по удельному импульсу, так как помимо дополнительного влияния на баллистическую эффективность потерь удельного импульса топливо должно удовлетворять комплексу свойств по эксплуатационной безопасности зарядов, по безопасности их производства, по стойкости зарядов к
Термодинамическое проектирование ТРТ 533
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 NH4C1O4
Рис 1 Удельный импульс, температура и плотность тройной системы NH4CIO4 СКД-КТР - А1
ударно-волновым, тепловым воздействиям, радиационным излучениям, требованиям по гарантийным срокам хранения и ряду других
Выбор оптимального химического состава топлива проводится с учетом этих требований, являющихся ограничениями в оптимизационной задаче проектирования.
Расчет величины баллистического критерия при термодинамическом проектировании осуществляется с использованием значения практического удельного импульса, определяемого с учетом конструктивных особенностей и режимов работы ДУ
Практический удельный пустотный импульс равен-
/пр =/тп(1-^), (О
гДе — термодинамический удельный пустотный импульс, — суммарные потери удельного импульса
Решение задачи по оптимизации компонентного состава топлива заключается в следующем
На основе градиентного или метода случайного поиска определяйся экстремум функции F(x)-
optF(x) при хе/?, (2)
534____________Термодинамическое проектирование ТРТ_
. .------------
гдех = {х1> х2, . , х„}-вектор переменных; Л-допустимое мпожсст во, определяемое соотношениями: т'
а] ^х} <Ь}~ограничения 1-го рода; At < Yt (х) < Вг - огранич ния 2-го рода. е~
В качестве оптимизируемой функции F(x) может быть принят критерий Wt или приращение баллистической эффективности (д или AL), обычно вычисляемое с использованием частных произвол? ных, характерных для рассчитываемого класса ракет
В табл приведены частные производные от дальности по удельному импульсу/, массе топлива тт, пассивной массе ДУ плот ности топлива р и показателю степени в законе скорости горепия V = С7 ’ йР ’ характеризующему зависимость скорости горения U от давления Р
Класс ракеты Значения
Тактические Оперативнотактические Межконтинентальные баллистические
Дальность 15 35 70 400 1000 10000
Ступень ракеты I II I II III
0,08 0,39 1,00 5,00 5,00 8,50 50-55 50-60 65-75
dU / 1,01 0,61 0,24 0,23 0,18 0,22 0,1-0,43 0,ll-о.669 0,2-1,01
dU /дт^, - 0,17 - 0,18 - 0,16 - 0,14 - 0,14 - 0,84 - 0,12 -0,54 - 0,58 -2,1 - 2,85 -9,41
dU /5v)X.,01, км/с - 0,46 - 2,00 - - 13,1 - 1,39 -43 -51 -24 - 8 -19
5(7 /5р)Х.,, 0,01, км/(г/ см3) 0,09 0,39 1,26 3,80 3,7 4,5 43-60 22-30 14-20
Примечание 1 Расчеты производных проведены при Г = const (см Эффективность ТРТ) 2 1.,- постоянные параметры при определении частных производных .
В качестве вектора переменных параметров х принимается содержание компонентов в топливе. Диапазоны изменения компонентов топлива рассматриваются как ограничения 1-го рода; ограничения по минимальной величине объемной доли связующего, обеспечивающей требуемые физико-механические характеристики топлива, а также по
Тетразен 535
маКсимальной величине р, по ряду других характеристик — как ограничения 2-го рода
Объемная доля связующего VCB и плотность р определяются по соотношениям’
Усв=хсвР/ Рсв> (3)
где р = 1 / Е*; / Pj — плотность топлива; рсв, хсв — плотность и массовая доля связующего в составе топлива; р} , х} — плотность и массовая доля ;-го компонента в топливе
Коэффициент р определяется в результате расчета химически равновесного состава продуктов сгорания
Из решения находится компонентный состав топлива и соответствующее этому составу максимальное значение критерия баллистической эффективности или приращения дальности полета ракет
Б И Ларионов
Тетразен (4-гуанил-1-тетразолилтетразен моногидрат) C2H8N10O, мол масса 188,18 —инициирующее ВВ, о +240,2 ккал/кг (+1005 кДж/кг), фугасность 155 см3/10 г, т всп ок 160°С (5 с), теплота взрыва 550 ккал/кг (2302 кДж/кг)
II /С—N= N — NH — NH-C — NH2- Н2О
или NH
N/*\
|| 2C—NH—NH = N—N— C — NH2- H2O
N^nh "
NH
Бесцветные или желтоватые клиновидные кристаллы, плотность 1,635 г/см3 Негигроскопичен, почти не растворяется в воде и органических растворителях В разбавленных растворах кислот Т устойчив, образует склонные к гидролизу соли, некоторые из которых взрывчаты Водные растворы щелочей разлагают Т Вода при комнатной температуре па Т не действует, кипящая — разлагает В присутствии влаги диоксид углерода разрушает Т С металлами и солями тяжелых металлов Т не взаимодействует При нагревании выше 60°С Т постепенно разлагается Хотя Т относят к ИВВ, собственное инициирующее действие у него незначительно Т чувствителен к наколу Восприимчивость к удару Т выше, чем азида свинца Получают Т.
536
Тетранитрат
реакцией водных растворов солей аминогуанидина и нитрита нат в слабокислой среде при температуре около 60°С, применяют в неР Я жавляющих составах капсюлей-воспламенителей совместно с TPIPQ и в накольных составах капсюлей-детонаторов, где он служит добав кой к азиду свинца
Багал Л И Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ — М 1975 И В Целинский, М д Илюшин
Тетранитрат пентаэритрита (пентаэритрита тетранитрат, пентрит, ТЭН) C(CH2ONO2)4, C5h8o12n белый кристаллический порошок с кристаллами не более 1,25 мм' Тпл 141,3°С, технического продукта не ниже 139°С, плотность 1 77 г/см3, энтальпия образования - 123 ккал/моль, теплота плавления 23 — 24 ккал/моль Нерастворим в воде, легко растворим в этаноле ацетоне и др органических растворителях ТЭН-ВВ, скорость детонации 7900 м/с при р= 1,62 г/см3, теплота взрыва 5866 кДж/кг (1400 ккал/кг), чувствительность к удару 100% по стандартной пробе Для снижения чувствительности ТЭН используют в сплавах с различными нитропроизводными Получают ТЭН этерификацией пентаэритрита концентрированной азотной кислотой или переэтерификацией сульфатов пентаэритрита серно-азотными кислотными смесями Полученный ТЭН, как и другие нитроэфиры, необходимо тщательно отмыть от кислот водой и щелочным раствором (содой) ТЭН
широко применяется для изготовления детонирующих шнуров, средств инициирования, для снаряжения боеприпасов в смеси с другими ВВ (тротил), а также как сердечно-сосудистое лекарственное
средство
В В Фурнэ
Тетранитрат эритрита (нитроэтрит)
O2NOCH2(CHONO2)2CH2ONO2, C4H6N4O12, мол масса 302,11 — бесцветные кристаллы, Тпл 61 °C, р= 1,79 г/см3, нерастворим в воде, хорошо растворим в горячем этиловом спирте Энтальпия образования-480,3 кДж/моль (- 114,7 ккал/моль), теплота взрывчатого превращения 5945,6 кДж/кг (1420 ккал/кг), газообразных продуктов взрыва 38,9 моль/кг По чувствительности и химической стойкости близок к нитроглицерину Применению его в качестве взрывчатого вещества препятствует низкая стабильность продук" та-сырца, выделяемого из реакционной среды, что значительно
Тетранитроанилин 537
повышает опасность получения ТЭ в сколько-нибудь значительных количествах. Предложен для применения в медицине в качестве сосудорасширяющего средства пролонгированного действия (в сравнении с нитроглицерином).
Urbansky Т. Chemictry and technology ot explosives — V 2 — Pergamon Press Book, 1965; Авакян Г А Расчет энергетических и взрывчатых характеристик ВВ (Метод военной инженерией академии им Ф Э Дзержинского) Учеб пособие — М , 1964 — 108 с
Смирнов С П
Тетранитроанилин (8,3,4,6-тетранитроамино-беНЗОЛ) C6H3N5O8 , мол. масса 273,1 —желтые кристаллы (изуксусной кислоты ), Тпл 228°С, плотность 1,867 г/см3, нерастворим в воде, слабо растворим в этаноле, бензоле, хлороформе, эфире, лучше—в ксилоле, нитроксилоле, уксусной кислоте, о-нитротолуоле, ацетоне, гигроскопичен Т химически активен — нитрогруппа в положении 3 легко замещается нуклеофилами. Скорость детонации 7630 м/с (при плотности 1,6 г/см3), Твсп 231 —233°С, энтальпия образования - 2,68 ккал/моль, QB3p 1017 ккал/кг Получают Т нитрованием анилина либо м-нитроанилина серноазотными кислотными смесями Т применялся как индивидуальное ВВ и в смесях для снаряжения боеприпасов, как метательное ВВ в смесях с нитро-клетчаткой Т может использоваться в качестве промежуточного продукта при получении дцаминотринитробензола
Хмельницкии Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч 2 —М , 1961 -842с , В T.Fedoroff & О. Е.Sheffield. Encyclopedia of explosives and related items Dover, N Jersey, USA, 1972 V 2, В 289
E В Веселова
Тетранитробензолы C6H2N4O8 , мол масса 258,1 Из трех возможных изомеров Т наиболее изучены 1,2,3,5-Т и 1,2,4,5-Т , физические свойства которых представлены в таблице 1,2,3,4-Т труднодоступен
Изомер Внешний вид из растворителя Тпл , “С А^обр. ккал/моль D, м/с (при р, г/см3)
1,2,3,5- 1,2,4,5- светло-желтые кристаллы светло-желтые кристаллы (этанол) 129-130 188 - 1,16 12,25 5376/0,7 8000/1,82
Т. нерастворимы в воде, хорошо растворимы в горячем бензоле, Дихлорэтане, ацетоне и ледяной уксусной кислоте В горячей воде и в основных средах гидролизуются. Получают 1,2,3,5-Т окислением тетранитроанилина оксидами азота либо тринитрофенилгидрокси-Дамина азотной кислотой. В качестве ВВ практического применения
538 Тетранитрометан
не находит 1,2,4,5-Т получают действием азотной кислоты на ди нитро-ди(гидроксиламино)бензол Этот изомер представляет инте рес как термостойкое ВВ повышенной мощности
Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч 2 — М ,1961 —842 Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-е изд пеоепал’ и доп -Л Химия, 1973 -688 с ’ 1
Е В Веселова
Тетранитрометан C(NO2)4, мол масса 196,04-бесцветная жидкость с резким запахом, Тпл 14,2°С,ТКИП 125,7°С (со слабым разложением), d4° 1,63944, п™ 1,44066, ц 1,77 мПа • с, ДНобр ° = 37,29 кДж/моль, АЯсгор ° = 438,27 кДж/моль Растворяется в большинстве органических растворителей и концентрированной HNO3, не растворяется в Н2О, серно-азотных кислотных смесях и многоатомных спиртах, перегоняется с водяным паром Т токсичен, поражает дыхательные пути и центральную нервную систему, ПДК 0,001 мг/л Т —слабое ВВ, жидий окислитель (кислородный баланс +49%), чувствительность к механическим воздействиям мала, но резко возрастает даже при незначительном содержании горючих примесей, АЛ взрыва =1915 кДж/моль, объем газообразных продуктов взрыва 670 л/кг, расчетная скорость детонации 6400 м/с, экспериментальная — 5800 м/с в стальной трубе Т корродирует Си и её сплавы, Fe, не корродирует А1, нержавеющие стали, не взаимодействует со стеклом При добавлении к Т ~ 0,2% (по массе) H2SO4 его можно длительно хранить и транспортировать в стальной таре Т образуется при нитровании серно-азотпыми кислотными смесями тринитромета на, получаемого деструктивным нитрованием ацетилена [катализатор Hg(NO3)2], кетена или уксусного ангидрида Т. гидролизуется водой и спиртовыми растворами щелочей с образованием соответственно тринитрометана или его солей Действие водных щелочных растворов приводит к разложению Т доК2СО3, NO2 иН2О Т образует окрашенные комплексы со многими олефинами и их производными, что используется для обнаружения кратных связей Т нитрует в щелочной среде моно- и динитроалканы соответственно до ди- и тринитропроизводных, нитрозирует в пиридине алифатические и ароматические третичные амины, причем процесс сопровождает03 дезалкилированием:
RN(CH3)2 -> RN(CH3)NO2 + СН2О + Н+
Взаимодействие Т с олефинами проходит через предварительное образование комплексов с переносом заряда, которые в зависимо сти от природы олефина и условий реакции могут превращаться
Тетранитронафталины 539
ниТроспирты, нитрокетоны, тринитрометильные соединения или производные 3,3-дипитроизоксазолидина Т —активный акцептор свободных радикалов, эффективно ингибирует полимеризацию и сшивание полимеров в условиях радиации и свободно-радикального инициирования Т применяют как окислитель в жидких взрывчатых смесях и ракетных топливах (для снижения температуры затвердевания — в смеси с тетроксидом азота), а также как реагент для щелочного нитрования
t Алтухов К В , Перекалив В В // Успехи химии -1976 -№45 (И) -С 2050, Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия, 1981 -С 195-197
И Е Членов
Тетранитронафталины C10H4N4O8, мол масса 308, из двадцати двух возможных изомеров Т хорошо изучены четыре Физиче-ские свойства последних представлены в таблице__
Изомер Внешний вид из рас творителя Тпл , "С Д77обр , кДж/моль Растворитель
1,2,5,8- 1,2,6,8 иглы 190 2 138
1 3,5,7-, а оранжево-желтые бипирамиды 260 уксусный ан гидрид
1,3,5,8 , у иглы 194-5 этиловый спирт
1,3,6,8 , р иглы из этанола 203-204 6,3 этиловый
1,4,5,8-, 8 иглы из нитробензола 340-345, с 54 нитробензол, КОНЦ HNO3
Т малорастворимы в воде и большинстве органических растворителей. Легко образуют комплексы с различными нуклеофилами, реагируют с растворами сильных оснований на холоду и быстро при нагревании. Технический Т получают нитрованием динитронафталина и тринитронафталина олеумно-азотными кислотными смесями Он имеет Тпл 200 — 220°С и содержит преимущественно р-Т Изомеры Т получают нитрованием 1,5- или 1,8-динитронафталииа с последующим разделением методом перекристаллизации Технический т ~ВВ, близкое по взрывчатым характеристикам к тротилу, из-за низкого выхода при нитровании как ВВ не используется 8-Т в 70 —80-е годы рассматривался как перспективное термостойкое ВВ (плотность 1,8 г/см3, скорость детонации 7000 м с ) * Rouse РЕ //J Chem Eng-1976 -V 21 -№1 -Р 16-20
В Л Збарский
540______________________Тетрил____________
Тетрил (метилтринитрофенилнитрамин, N-метил-а ,4,6, N-тетранитроанилин)
(O2N)3C6H2N(NO2)CH31 C7H5N5O8 , мол масса 287,2- Кристаллическое вещество от белого до светло-желтого цвета, макс плот ность 1,73 г/см3, 7’пл 129,45°С, полиморфен. Хорошо растворяется в ацетоне, дихлорэтане, бензоле, концентрированной азотной кислоте, умеренно —в других минеральных кислотах; очень плохо —в воде, негигроскопичен. В щелочной среде при нагревании образует пикраты. Т. является токсичным соединением Скорость детонации 7500 м/с при р=1,63 г/см3, энтальпия образования +19 1 кДж/моль (+4,67 ккал/моль), теплота взрывчатого превращения 4815 кДж/кг, фугасность 340 мл. По термостойкости Т уступает тротилу, а по чувствительности к механическим воздействиям превышает тротил Отличительное свойство Т. — высокая восприимчивость к детонации Т получают нитрованием диметиланилина, метилани-лина (реже) или динитрофенилметиламина, получаемого реакцией динитрохлорбензола с метиламином (см N-нитроамины) Оба способа имеют промышленное значение Т используется для вторичных зарядов в комбинированных капсюлях-детонаторах и в детонирую щих шнурах, а также как компонент смесевых ВВ
Орлова E.IO Химия и технология бризантных взрывчатых веществ -Л Химия, 1981 —С 207 —215, Encyclopedia of Explosives and Related Items / E M Kaye V 9 - ARRARDCOM, Dover, New Jersey, USA, 1980 -P T148- 164
А С Енин
Технологии двойные — технологические процессы (включая оборудование, оснастку и т.д ), используемые для получения продукции военного и гражданского назначения Термин ДТ не имеет научного обоснования и получил широкое распространение в период обвальной конверсии оборонных отраслей промышленности, проводимой без стратегической, инженерной и экономической основы Всеобъемлющее разоружение, приведшее к освобождению громадных военно-промышленных мощностей, обусловило необходимость широкого использования этого потенциала для выпуска гражданской продукции. Однако военные технологии ЭКС для изготовления мирной продукции использовались ранее уже десятилетия и даже столетия тому назад (фейерверки и другие «увеселительные огни», взрывчатые вещества в горнорудной промышленности, лекарственные препараты на основе нитроглицерина, линолеумы, линкрусты и др п0 технологии баллиститных порохов, черный, баллиститпый, плазменный и др типы твердых топлив, а также энергетические установки на
Технологии двойные 541
их основе гражданского назначения, например, РДТТ для космических, метеорологических, градобойных и др. ракет) Физический же смысл технологии идентичен как для оборонной, так и для народнохозяйственной продукции
Адаптация существующих промышленных производств для выпуска новой продукции, в большинстве случаев, требует существенной оптимизации оборудования и технологических процессов Только целесообразные с экономической точки зрения ДТ способствуют поддержанию производства военного назначения в работоспособном состоянии и обеспечивают быстрое развертывание его в особый период
На базе промышленного производства порохов, ракетных топлив, пиротехнических составов, ракетных двигателей разработан и производится большой ассортимент гражданской продукции, представленный ниже в таблице
Наименование продукции Используемое производство Краткая характеристика Назначение продукции
Градобойные ракеты Фейерверки Газогенераторы, пороховые аккумуляторы давления Устройства для оживления нефтяных скважин Пожаротуша-Щие аэрозоль-генерирующие составы и генераторы Магнитогидрод инамические генераторы Взрывчатые вещества про-мьппленного назначения Производство твердых топлив, ракетных двигателей Производство пиротехнических составов, пироксилиновых и баллиститных порохов Производство ракетных топлив и двигателей Производство ракетных топлив и двигателей Производство баллиститных и смесевых ракетных топлив и двигателей Производство баллиститных ракетных топлив и ракетных двигателей Производство баллиститных ракетных топлив, пироксилиновых порохов Защита от града Поставки за рубеж Дымные пиротехнические Бездымные — на баллиститной и пироксилиновой основе Применение в пожаротушащих устройствах, автомобильных средствах защиты и пр Воздействуют в гидроимпульсном режиме на нефтеносные пласты с ооб-разованием в последних трещин и повышением добычи в несколько раз Выпускаемые аэрозольные средства пожаротушения предназначены для всех отраслей промышлености, транспорта, бытовых целей Создание мощных электромагнитных импульсов для зондирования земной коры (прогноз землятрясений, разведка полезных ископаемых) Детонирующие сейсмические заряды, линейные кумулятивные заряды и пр
542
Технологические добавки твердых ракетных топлив
Наименование продукции Используемое производство Краткая характеристика Назначение продукции
Синтетические детонационные алмазы Композиционные материалы (ПКМ-стекло, органо-, углепластики) Производство баллистит-ных ракетных топлив Производство корпусов ракетных двигателей Технический алмазный порошок получается при детонации баллистит-ных углеродсодержащих топлив Используется, в основном, в производстве шлифовальных и отрезных дисков Изготавливаемое коррозионностои-кое емкостное оборудование предназначено для хранения агрессивных жидкостей
Перечисленные виды продукции не исчерпывают всего ассортимента товаров гражданского назначения, производство которых так или иначе привязано к технологии порохов, твердых ракетных топлив и ракетных двигателей Это и некоторые типы красок, полимеров, товаров народного потребления и пр
С углублением процесса разоружения возможен дальнейший рост технологий гражданского назначения на базе военных технологий. Однако непродуманная конверсия без научного обоснования, материально-технического и финансового обеспечения ведет к разрушению производства и снижению оборонного и экономического потенциала страны
Е Ф Жегров
Технологические добавки твердых ракетных
ТОПЛИВ —вещества, вводимые в композиции порохов, ракетных, пожаротушащих и других видов твердых топлив для улучшения условий их формования методом проходного прессования Особенностью реологических свойств подобных композиций является то, что термомеханическое воздействие обусловливает не только их течение, но и скольжение Режимы переработки и качество получаемых изделий в этом случае определяются величинами как внутреннего тп =тп(7', Р, у), так и внешнего =тц(Т, Р, V) трения, а также их соотношением, называемым коэффициентом технологичности Качественные изделия получаются в том случае, когда внутреннее трение в 5 — 10 раз превышает внешнее при фиксированных величинах температуры (Г), давления (Р), скоростей сдвига (у) и скольжения (V/-Это достигается использованием ТД, направленно снижающих тц и незначительно влияющих на величины
Антиадгезионное действие ТД основано на разобщении трущих ся поверхностей веществом с малой величиной поверхностного
Тиомочевина
543
натяжения и прочностью на сдвиг меньшей, чем у пороха в конкретных условиях переработки Для этого ТД, не являясь пластификато-оами полимерной основы топлив, должны легко мигрировать из объема композиций на поверхность трения
В качестве ТД в отечественных и зарубежных композициях используются’ вазелиновое масло, воски, жирные кислоты и их соли, различные оксиэтилированные производные жирных кислот, полиорга-носилоксаны, политетрафторэтилен, графит, содержание которых изменяется от 0,08 до 4,0% в зависимости от рецептурных особенностей Большее количество ТД требуется для высоконаполненных составов ТД вводятся как непосредственно в объем композиции, так и наносятся предварительно на поверхность наполнителей. Ограничения по количеству используемых ТД обусловлены тем, что они снижают энергетические характеристики композиций, а также их аутоге-зионную и когезионную прочность
Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry // Propellants -1993 —V A22 — P 185 — 209, Горстп А.Г Пороха и взрывчатые вещества — М Машиностроение, 1972, Смирнов Л А Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них — М МГАХМ, 1997, Смирнов Л А , Калабухов Г В Создание смесевых твердых топлив — М МГАХМ, 1997; Смирнов Л А , Силин В С Пороха, смесевые твердые топлива, пиротехнические изделия и взрывчатые вещества для мирных целен // Конверсия — М ЦНИИНТИКПК, 1993, Денисюк А П , Жу ков Б П и др Твердые топлива для высокоэффективных пожаротушащих средств // Конверсия -1994 —В 11/94 —С 3 — 6
Д Л Русин
ТИ0М0ЧеВИНа CS(NH2)2— порошок белого цвета Теплота образования 88,2 кДж/моль, при 25°С в 100 г воды растворяется 14,2 г, а в 100 г этилового спирта — 4 г Т Она содержит мало углерода и много азота, который в условиях горения выделяется в свободном виде и разбавляет продукты сгорания Теплота ее сгорания невысока, но наличие в молекуле атома неокисленной серы сообщает Т большую реакционную способность Т используется преимущественно в составах для получения аэрозолей, выполняя в них роль горючего и пламегасителя Следует иметь в виду, что составы на основе Т обладают Невысокой термической устойчивостью
Ф П Мадякин
Титан представляет собой тугоплавкий серебристо-белый металл. Он имеет две аллотропические модификации’ а и р. Превращение а в Р происходит при 882°С; теплота превращения 2,8 — 3,56 кДж/г(атом Модификация a-Ti имеет гексагональную кристаллическую решетку, a p-Ti — кубическую Плотность a-Ti при 20’С —4505-4540кг/м3, p-Ti при 900°С —4320 кг/м3, теплоемкость
544____________________Трассирующее средство________
a-Ti при нормальной температуре 25,056 кДж/(кг • К) Т обладает небольшой прочностью и высокой пластичностью Температура плав ления Т , по различным данным, 1665— 1725°С, Qnji =20 9 кДж/г • атом, температура кипения —3027-3535°С, скрытая теплота испарения 429,475 — 471,375 кДж/г • атом, теплота сублимации при 25°С 471,375 ± 2,9 кДж/г атом При обычных температурах Т химически инертен, при высоких температурах (порядка нескольких сот градусов) он проявляет высокую химическую активность и способен непосредственно соединяться с большинством неметаллов — водородом, галогенами, кислородом, азотом, углеродом, кремнием серой, бором. Образующиеся при этом нитрид, карбид и бориды—устойчивые, твердые и тугоплавкие вещества Т образует твердые растворы с рядом химических элементов. Время индукции для небольших частиц диаметром 12 — 40 мкм резко возрастает с увеличением массы частиц; для более крупных частиц время индукции почти не зависит от их массы Время индукции при воспламенении частиц Т. меньше, чем частиц Al, Mg и сплава Al — Mg тех же размеров Так, при 2800°С (среда СО + 0,77 О2) и размере частиц 53 — 66 мкм время индукции частиц Т составляет всего 0,9 мс, в то время как у частиц Mg оно равно 1,8 мс, сплава 30% Mg + 70% Al —3,4 мс, Al —5,9 мс Т относится к нелетучим металлам с растворимым окислом, для которых характерно поверхностное горение Горение частиц Т обычно сопровождаются их дроблением
Основными методами получения Т являются магниетермический и кальциегидридный, реже используется электролитический Для получения высокочистого Т. применяют так называемый йодид-ный метод рафинирования В пиротехнической промышленности применяется, в основном, полученный кальциегидридным методом порошок Т следующих марок- ПТС (порошок титановый средний), ПТМ (мелкий), ПТОМ (очень мелкий); их удельная поверхность—0,09; 0,12 и 0,13 м2/г соответственно, насыпная плотность—900—1200 кг/м3 Т используется в воспламенительных, малогазовых, фейерверочных, трассирующих составах и в составах для получения чистых газов, карбидов и нитридов титана
ф П Мадякин
Трассирующее средство Трассер-пиротехническое средство для наблюдения за траекторией полета снарядов, ракет и других движущихся объектов с целью корректировки стрельбы, наведения снарядов, ракет, авиабомб на цель, регистрации элементов траектории с помощью приборов. ТС используется иногда для подачи
__________________Трассирующий состав___________________545
сигналов ТС —шашка из пиротехнического состава (цветного огня, pjK-излучения, цветного дыма), запрессованного непосредственно в корпус пиротехнического средства (пули, снаряда) или в отдельную, как правило, металлическую оболочку Различают ТС к пулям, артиллерийским и реактивным снарядам, ракетам, авиабомбам и минам По пиротехническому эффекту ТС делятся на огневые и дымовые (применяются редко); по способу воспламенения — на воспламеняемые: от пороховых газов при выстреле, воспламенительных устройств и дистанционного взрывателя, электровоспламенителя; по конструкции — вкладные и запрессованные в корпусе снаряда; по цвету пламени —ТС красного, зеленого, желтого и белого огня. Известны ТС с постоянной силой света, ТС с силой света, возрастающей по мере удаления от стреляющего, ТС с периодически изменяющейся силой света (мигающие, пульсирующие) и с меняющимся цветом трассы В некоторых случаях, когда надо скрыть трассу от наблюдения противника или свести к минимуму ослепляющее действие трассы на стреляющего, используют так называемую «тлеющую» или «темную» трассу, которая невидима невооруженным глазом ни днем, ни ночью и предназначена для применения в комбинации с приборами ночного видения
Шидловскии А А Основы пиротехники — М Машиностроение, 1973
Ф П Мадякин
Трассирующий состав —пиротехнический состав, применяемый для снаряжения трассирующих средств (трассеров), делающих видимой траекторию полета быстролетящих объектов (пуль, снарядов, ракет и т д ) ТС при полете оставляет огневой или дымовой след (трассу) Для снаряжения трассирующих средств используются составы белого и цветного огня (красного, зеленого, желтого), инфракрасного излучения и цветного дыма. ТС, образующие дым в боеприпасах, не применяются Принципы построения ТС белого огня аналогичны построению осветительных, а цветных огней — сигнальных составов ТС должны устойчиво гореть при вращении и разрежении, и оба этих фактора не должны существенно уменьшать силу света и изменять скорость горения При сгорании ТС в пулях должно оставаться максимальное количество шлаков Принципы разработки ТС ИК-излучения окончательно не сформулированы, но все они строятся таким образом, чтобы при горении образовывалось максимальное количество сажистых продуктов, для чего в них обычно вводят ароматические вещества типа нафталина и антрацена в сочетании с окислителем и металлическим горючим.
Ф.П.Мадякин
546_____________________Триазидо-s триазин__________
Триазидо-5-триазин (циануртриазид, ЦТА) с3ы12> мол. масса 204 —кристаллическое вещество, тпл 94°С (с разл из этанола) Удельный вес 1,71 г/см3 (13°С), плотность литого 1 50 и 1,54 г/см3 Легко перепрессовывается Растворим па холоду в ацето
не, при нагревании —в этаноле Энтальпия об-
N разования +4481 кДж/кг (1071 ккал/кг)
3 II 3 Теплота взрыва 4777 кДж/кг, скорость дето-
II нации 5545 м/сек (1,15 г/см3), 7500 м/сек
jp (1,54 г/см3). Стабилен при продолжитель-
N ном нагревании при 100°С, при длительном на-
3 гревании при 150— 160°С взрывается, при
этом часть вещества сублимируется Т всп
200°С В холодной воде устойчив; в горячей —медленно гидролизует ся Нетоксичен Инициирующее ВВ, по своей инициирующей способности не уступает азиду свинца Чувствительность к удару, трению—на уровне гремучей ртути. Инициирующее действие существенно выше, чем у гремучей ртути и азида свинца, но бризантность ниже ЦТА имеет высокую фугасность: расширение в свинцовом блоке 415 ел3 (10 г). Основной недостаток ЦТА —высокая летучесть, которая препятствует его практическому применению ЦТА получают а) при обработке раствора цианурхлорида раствором азида натрия при эффективном охлаждении, 6) при обработке раствора циапурт-ригидразида в соляной кислоте раствором нитрита натрия
Вагал Л И Химия и технология инициирующих ВВ — М Машиностроение, 1975 -С 284-289
Триаминотринитробензол (2,4,6-Тринитро-1,3,5-триаминобензол, ТАТБ, ТАТВ)
C6H6NgOg —мощное термостойкое и малочувст-
NO2
H2N NH2
O2N NO;
NH,
вительное ВВ Кристаллическое вещество желтого цвета Полиморфизм отсутствует, AHf° = - 154,2 кДж/моль (- 36,85 ккал/моль) Разлагается без плавления при температуре выше 330°С
Плохо растворим в большинстве растворителей, за исключением крепких кислот (концентрированная серная, хлорсульфоновая и др )> в которых растворимость составляет более 2U/»
Имеет теоретическую плотность 1,93*0,1 г/см3, скорость детонации 7970 м/с при ртах и 7606 м/с при типичной плотности прессован ных шашек 1,857 г/см3, теплоту взрывчатого превращения 5
________________2,4,6-Т ринитроазидобензо л__________547
кДж/кг (1200 кал/г) (вода-жидкость) и 4522 кДж/кг (1080 кал/г) (вода-газ) Отличается уникально низкой чувствительностью к первичному инициированию’ критический диаметр детонации ^ппп мм пРи Р= г/см3, критическая энергия ударно-волнового возбуждения 946 Дж/см2 (226 кал/см2) [для троти-лД —42 Дж/см2 (34 кал/см2)]. Впервые получен в 1887 г (С J Jackson and J E.Wing) аминированием тринитротрихлорбензола газообразным аммиаком. В США создана промышленная установка по получению Т В России промышленное производство отсутствует Исследована широкая номенклатура взрывчатых составов на основе Т с полимерной связкой, получаемых по водно-суспензионной технологии и перерабатываемых в заряды термопрессованием Разработаны также литьевые составы с использованием в качестве плавкого компонента тротила
Я Urbanski Т Chemistry and technologj of explosives -V 4 -1984 —P 203 —205; Jackson C J , Wing J F // Am Chem Soc J -1887 —№9.-P 354, Jackson C J., Wing J F / / Am Chem Soc J -1888 — №10 -P 287; Энциклопедия ВВ и родственных понятий / — T9 —С 34 — 55/ Под ред Kaye S.M // ARRA, DCOM, Dover, New Jersey, USA - 1980; GRA, 1977 -V 87 - 186686c // CA, 1978 -V 88 -107538a, Пат 3985595, США, 12 10 76 // CA, 1976 -V 84 -P 2357
T А Мратхузина
2,4,6-Тринитроазидобензол (пикрилазид)
С(,Н2К()О(), мол масса 254 —кристаллическое вещество с т пл 93°С.
Т растворим в этаноле, ксилоле, бензоле, хло-N©2 роформе, нерастворим в петролейном эфире,
лигроине.
i| Хорошо хранится в обычных условиях
Н При нагревании разлагается без взрыва, в пла-
NO2 мени сгорает спокойно Чувствительность к
N УДаРУ и трению несколько выше, чем у тетрила.
3 При ударе слабо детонирует Т получают взаи-
модействием пикрилхлорида с NaN3 в разбавленном этаноле Самостоятельного значения не имеет, используется в синтезе 4,6-динитробензофуроксана
* Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам — М , 1961 —С 335
С Ф Мельникова
Тринитроанизол (2,4,6-тринитро-1-метокси-бензол, метилпикрат, нитролит, тринол)
С7Н5Ы3О7, мол. масса 243,1—бесцветные пластинки или листочки (Из этанола ), Гпл 68,4°С Хорошо растворим в ацетоне, бензоле, этилацетате, хуже в хлороформе, метаноле, эфире, плохо растворим в
548 Тринитробензойная кислота
воде В воде постепенно гидролизуется до тринитрофенола, в этано ле может частично образовывать тринитрофенетол Сильно раздп жает кожу, токсичен Скорость детонации 7640 м/с (при плотности 1,60 г/см*5), ТТ1СП 290 —296°С, энтальпия образования -333 ккал/моль Т получают нитрованием серноазотными кислотными смесями 2,4-динитроанизола Т находил применение как компонент взрывчатых смесей и порохов Широко используется в лабораторной практике
Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч 2 — М 19Ы —842 с Орлова ЕЮ Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-е изп и доп Л Химия, 1973 - 688 с Д перераб
Е В Веселова
Тринитробензойная кислота (2,4,6-тринитро-бензойная кислота) C7H3N3O8, мол масса 257,1-желтые ромбические иглы из воды, Тпл 228,7°С (с разл ), хорошо растворима в этаноле, ацетоне, этилацетате, ограниченно в воде, хуже в бензоле, толуоле, хлороформе, сероуглероде Энтальпия образования -88,8 ккал/моль ТК получают окислением тротила хромовой смесью, азотной кислотой или серноазотными кислотными смесями В небольших количествах ТК образуется в производстве тротила ТК является промежуточным продуктом в синтезе тринитробензола U Хмельницкий Л И Справочник по взрывчатым веществам 4 2 -М.1961 -842 с
Е В Веселова
Тринитробензол (1,3,5-тринитробензол)
C6H3(NO2)3, CbH3N3Ob—белое желтеющее на свету кристаллическое вещество (иглы из этанола, пластины из бензола), рмнк = 1,688 г/см"5, Тпл 123 — 123,5°С, полиморфен Умеренно растворяется в метаноле и этаноле, плохо —в четыреххлористом углероде, сероуглероде, разбавленных кислотах Хорошо растворяется в концентрированных азотной и серной кислотах, ацетоне, этилацетате, толуоле Растворимость в воде увеличивается с 0,028 г в 100 см3 при 15°С до 0,448 г при 100°С Устойчив к действию кислот В щелочной среде Т превращается в динитрофенолят-ион и динитроазоксибензол, с аминами образует комплексы с переносом заряда В полярных апротонных растворителях ведет себя как двухосновная кислота (рКа\ = 14,4; рКй2 = 18,0), в спиртах и гликолях —как нейтральное соединение Т. имеет скорость детонации 7300 м/с при р=1,65 г/см3, теплоту взрывчатого превращения 4600 кДж/кг (1104 ккал/кг), фугасность 326 мл Чувствительность к удару по стандартной пробе 24% По термической стойкости Т превосходит все другие тринитропроизводные
________________Тринитромезитилен_________________549
бензола- порог термической стойкости (2% потеря массы за 6 ч) — 280°С Температура кипения при 760 мм рт ст 350°С (расчет), теплота испарения 73,3 кДж/моль (17,5 ккал/моль) Токсичен Пары Т способны проникать через неповрежденный кожный покров, вызывая поражение крови и центральной нервной системы LD^q = 572 мг/кг Т можно получать как прямым нитрованием нитробензола ИЛИ динитробензола, так и удаляя заместитель из его производных Оба способа имеют промышленное значение Т предложен в качестве компонента термостойких взрывчатых составов военного и промышленного назначения, а также в качестве исходного сырья для производства 1,3,5-триаминобензола и 1,3,5-триоксибензола —промежуточных продуктов в синтезе красителей и термостойких синтетических смол.
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ - Л Химия, 1973
Д С Солдатенко
Тринитромезитилен (2,4,6-тринитро-1,3,5-три-метилбензол) С9Н9М3Об,мол масса 255,2 —бесцветные триклинные иглы (из спирта) или призмы (из ацетона), Тпл 238,2°С, при т-ре> 300°С возгоняется, плотность 1,48 г/см3 Почти не растворим в холодном и очень слабо в горячем этаноле, эфире, растворим в ацетоне и горячем бензоле. Твсп 400°С, энтальпия образования - 34,1 ккал/моль Т. получают нитрованием мезитилена серноазотными кислотными смесями. Широкого применения как ВВ не нашел Хмельницкии Л И Справочник по взрывчатым веществам 4.2 -М , 1961 —842с, В Т Fedoroff &О Е Sheffield Encyclopedia of explosives and related items - Dover, N Jersey, USA, 1972 - V 8
E В Веселова
Тринитрометан (нитроформ) HC(NO2)3, мол масса 151,04 —бесцветные кристаллы с резким запахом, т затвердевания 26,38°С, Гкип =45 — 47°С/22 мм рт ст , плотность р4 ’ = = 1,5967 г/-см3, показатель преломления = 1,4454, дипольный момент 2,61 D (бензол), 2,71 D (СС14) Гигроскопичен и летуч При быстром нагревании взрывается, т.всп чистого Т около 120°С При пониженном давлении перегоняется без разложения В обычных Условиях относительно устойчив, а на холоду может длительно храниться без изменения. Хорошо растворим в Н2О, основных органических растворителях и минеральных кислотах С водой образует окрашенные в желтый цвет кислые растворы, проводящие электрический т°к В 100 вес ч. воды растворяется 42 вес ч при 20°С Кислородный
550 Тринитро-м ксилол
баланс +37,1, теплота сгорания 112,62 ккал/моль, теплота образования 18,63 ккал/моль Имеется упоминание на существование аци-формы Т с Тпл = 50°С Т является сильной кислотой (К = 6,8 • 10-1) и легко образует соли с органическими и неорганическими основаниями, вступает в реакцию Анри с карбонильными соединениями с образованием нитроспиртов, реагирует с ненасыщенными соединениями, присоединяясь по активированной кратной связи вступает в реакцию Манниха с образованием тринитроэтиламинов Тринитрометильные производные образуются при алкилировании солей Т. галогенпроизводными Перманганат калия окисляет Т , эту реакцию используют для его количественного определения При действии цинка в соляной кислоте Т восстанавливается до гидроксиламина, аммиака, HCN и закиси азота При действии галогенов Т образует галогентринитрометан При нитровании Т серно-азотной кислотной смесью образуется тетранитрометан. В лабораторной практике Т получают из тетранитрометана при взаимодействии с восстановителем (KI, сульфитом калия или натрия или гидразином) или со спиртовым раствором щелочи Из образующихся солей свободный Т получают обработкой его избытком концентрированной серной кислоты В промышленности Т получают деструктруктивным нитрованием ненасыщенных соединений, чаще всего ацетилена, в присутствии соли ртути. Из реакционной смеси Т. выделяют двухступенчатой ректификацией при пониженном давлении. Пары Т раздражающе действуют на слизистые оболочки. При попадании на кожу Т вызывает легкие ожоги Легко окисляет гемоглобин до метгемоглобина (ПДК = 0,5 мг/м3). Т применяют для синтеза полинитросоединений, содержащих тринитрометильную группу, являющихся, как правило, мощными ВВ
Ерашко ВИ, Шевелев С А, Файнзильберг А А // Успехи химии —1966 -№35 — С 1740, Орлова ЕЮ Химия и технология бризантных взрывчатых веществ — Л Химия, 1981, Noble Р Jr, Borgazdt FG, Reed WL // Chem Rev —1964 —V 64 -P 19, Химия нитро- и нитрозогрупп / Под ред ФоиераТ М -М Мир, 1973 -С 221-253
О П Шитов
Тринитро-м-ксилол (2,4,6-тринитро-м-ксилол, 2,4,6-тринитро-1,3-диметилбензол, ксилил)
C8H7N3O6, мол масса 241,2 —белые кристаллы, Тпл 182— 183 с, плотность 1,604 г/см3 (19°С), хорошо растворим в конц HNO3> анилине, нитробензоле (особенно в горячих), умеренно растворим в толуоле, бензоле, хлорбензоле, ацетоне, м-ксилоле, этилацетате и ук сусной кислоте, практически не растворим в спирте
Т ринитронафталины
551
четыреххлористом углероде Скорость детонации 6600 м/с (при плотности 1,58 г/см3), энтальпия образования 26,2 ккал/моль, f 2730°С, QB3p 971,643 ккал/моль При100°СТ начинает сублимироваться. 7\сп 330°С. Инертен по отношению к металлам, по стойкости и чувствительности близок к тротилу Получают Т из м-кси-дола нитрованием серноазотными кислотными смесями Т применялся для снаряжения боеприпасов в сплавах с тротилом и в смесях с аммиачной селитрой, а также как индивидуальное ВВ Составы, содержащие Т., использовались для снаряжения снарядов, мин и ручных гранат, а также па подземных взрывных работах Ксилиловое масло (отход производства Т ), получаемое при нитровании технического ксилола, содержащего о-, м- и п-ксилолы и этилбензол, использовалось в качестве пластификатора в составах порохов баллиститно-го типа и в рецептуре динамитов
Хмельницкии Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч 2 — М , 1961 842 с ,
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-е изд , перераб и доп - Л Химия, 1973 —688 с
Е В Веселова
Тринитронафталины C10HsN3O6, мол масса 263, из тринадцати возможных изомеров тринитронафталина хорошо изучены четыре Физические свойства последних представлены в таблице
Изомер Внешний вид из растворителя Т”пл • С А-^обр > кДж/моль Растворитель
1,2,5- иглы 112-3 этиловый спирт
1,3,5-, а моноклинные кристаллы 122-3 уксусная кис
1,4,5 л блестящие желтые пластинки 147-9 бензол
1,3,8-, ₽ моноклинные кристаллы 223 24-30 горячий этиловый спирт
Т малорастворимы в воде, петролейном эфире и СС14, в водных спиртах и кислотах, лучше в полярных органических растворителях’ ацетоне, толуоле, пиридине и в концентрированной азотной кислоте Т при нитровании дают тетранитронафталины, устойчивы к действию слабых кислот, медленно реагируют с растворами сильных оснований на холоду и быстро при нагревании. Технический Т , полученный при нитровании нафталина или а-нитронафталина, имеет Т’пл ИО— 140°С, его изомерный состав сильно зависит от условий нитрования Изомеры Т получают нитрованием 1,5- или 1,8-динитро-нафталина с последующим разделением методом
552 Тринитрорезорцин
перекристаллизации Технический Т. — слабое ВВ, скорость детона ции 6470 м/с при плотности 1,6 г/см3, использовался во взрывча тых смесях во Франции
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ - Л Хим« 1973 688 с
В Л Збарскии
Тринитрорезорцин (2,4,6-тринитро-1,3-диок-сибензол) C6H3N3O8 -светло-желтые гексагональные призмы (из ацетона), мол масса 245,1, Тпл 179—180°С, плотность 1,829 г/ см3, слабо растворим в воде, лучше —в этаноле, эфире, гигроскопичен. Зажженный, горит ярким пламенем без взрыва Энтальпия образования -85,27 ккал/моль, Твсп 314°С С металлами Т образует соли, обладающие высокой чувствительностью Соли Т с тяжелыми металлами —инициирующие В В Получают Т нитрованием резорцина серноазотными кислотными смесями Т применяется в производстве ВВ для получения тринитрорезорцината свинца (ТНРС) —мощного ИВВ, а также для получения диаминотринитробензола
Хмельницкии Л И Справочник по взрывчатым веществам Ч 2 — М , 1961 -842 с, Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-е изд , перераб и доп —Л Химия, 1973 —688 с
Е В Веселова
Тринитротолуолы (метилтринитробензолы)
C7H5N3Og, мол масса 227, существуют в виде 16 изомеров’ 6 —с нитрогруппами в ядре, 9 —с нитрогруппами в ядре и боковой цепи и 1 — с нитрогруппами только в боковой цепи Физические свойства некоторых Т представлены в таблице.
Изо- Внешний вид из растворителя т„л, °с ДЯо6р , кДж/моль Растворимость в воде, г/100 г (ГС)
2,3,4- иглы из петролейпого эфира 112 15,0 0,006 (50) 0,05 (80)
2,3,5- моноклинные кристал лы из бензола 97 -23,0
2,3,6- 1 И -16,7
2,4,5- 104 -15,5 0,023 (50) 0,057 (80)
2,4,6- 80,8 -62,7 0,047 (50) 0,097 (75)
3,4,5- игольчатые кристаллы моноклинные призмы из бензола 137 -5,0
Т ринитротриазидобензол
553
Изо-М£Р_ Внешний вид из растворителя 7’пл , ‘С ДЯобр , кДж/моль Растворимость в воде, г/100 г (Т"С)
аД,3-а,а,4- призмы из спирта иглы из эфира или уксусной кислоты 127-9 72-4 -
Т. малорастворимы в воде, петролейном эфире и СС14, ограниченно в водных спиртах и хорошо в большинстве полярных органических растворителей (ацетоне, толуоле, диметилформамиде), в концентрированных азотной и серной кислотах и др Т —соединения с низкой реакционной способностью, устойчивые в кислых средах, легко образуют окрашенные комплексы с различными основаниями и донорами электронов (со щелочами, аминами, ароматическими соединениями, не имеющими акцепторных заместителей), 2,4,6-Т медленно реагирует с растворами сильных оснований на холоду и быстро при нагревании; Т , имеющие нитрогруппу в 3- или 5-положениях, легко вступают в реакции нуклеофильного замещения в основных и даже нейтральных средах. При взаимодействии Т с твердыми щелочами и их концентрированными растворами возможно их воспламенение При действии восстановителей превращаются в триаминотолуолы При нитровании толуола получается смесь изомеров Т , содержащая ~ 95% 2,4,6-Т., до 2,5% 2,4,5-Т , до 2% 2,3,4-Т., до 0,3% 2,3,6-Т. и менее 0,1% 2,3,5- и 3,4,5-изомеров, из которой методом обработки водным раствором сульфита натрия или перекристаллизации из 63% HNO3 или из спиртотолуольной смеси получают чистый 2,4,6-Т Его же можно получить нитрованием о- или п-нитротолуо-лов. Из получаемой при нитровании м-нитротолуола смеси изомеров можно выделить методом ступенчатой кристаллизации из хлороформа чистые 2,4,5- и 2,3,4-Т. Остальные изомеры получают косвенными методами при нитровании о- или п-толуидипов с последующим окислением дипитротолуидинов до Т. Объем производства 2,4,6-Т в мире измеряется сотнями тысяч т в год Этот изомер под названиями тротил, TNT используется в качестве бризантного ВВ, в производстве боеприпасов и промышленных ВВ Остальные изомеры Т в промышленном масштабе не производят и В Л Збарский, В Ф Жилин Толуол и его нитропроизводные М РХТУ им Д И Менделеева, 1993 266 с
В Л Збарскии Тринитротриазидобензол 1,3,5-Тринитро-2,4,6-триази-Добензол (ТНТАБ)—кристаллическое вещество, тпл 13ГС (с Разл), т всп. 128”С Т. хорошо растворяется в ацетоне, плохо в
554 ___________________Тринитрофенол_____________
NO2 этаноле, практически не растворим в воде
негигроскопичен, нелетуч, на свету посте-пенно темнеет Удельный вес 1,8054 г/см3
II I прессуется до плотности 1,7509 г/см3 (3000 кг/см2) и 1,7526 г/см3 (5000 кг/см2)
I &Hf= 3394 кДж/кг (1140 кДж/моль) Ме-
N3 нее чувствителен к удару, чем гремучая
ртуть Т обладает хорошей инициирующей способностью. При нагревании до температуры несколько выше 100’С превращается в бензотрифуроксан Получают Т действием спиртового раствора азида натрия на спиртовый раствор тринитротрихлорбензола В настоящее время как инициирующее ВВ самостоятельного значения не имеет
Багал Л И Химия и технология инициирующих ВВ М МашиностпоянмА 1975 —С 290 292 Р ’
С Ф Мельникова
Тринитрофенол (Т.), (2,4,6-тринитрофенол, 1-гидрокси-2,4,6-тринитробензол, пикриновая кислота, ЛИДДИТ) C6H2(NO2)3OH, C6H3O7N3, мол масса 229 — светло-желтые орторомбические кристаллы (из этанола), Тпл 122,5°С, Тзатв 121,3°С, плотность 1,763 г/см3, плотность расплава 1,580 г/смл (124°С), полиморфен, практически негигроскопичен, токсичен Растворимость Т в воде (в г/100 г) 0,67 (при 0°С), 1,10 (20°С), 2,15 (50°С), 6,75 (100°С) Хорошо растворяется в органических растворителях, серной и азотной кислотах, водные растворы окрашены и сами окрашивают материалы белковой природы (шелк, шерсть, волосы, кожу) в желтый цвет Т проявляет кислые свойства, легко образует соли с металлами и органическими основаниями (пикраты) и простые эфиры (тринитроанизол, тринитрофенстол и др ) Пикраты являются ВВ с высокой чувствительностью к механическим воздействиям Т — ВВ, имеющее энтальпию образования -51,55 ккал/моль, теплоту взрыва 960 ккал/кг, скорость детонации 7350 м/с при плотности 1,56 г/см3, объем газообразных продуктов взрыва 730 л/кг, расширение в бомбе Трауцля 350 мл, чувствительность к удару (груз 10 кг, высота 25 см) 25%. Считают, что Т., содержащий 20% и более воды, имеет достаточно низкие детонационную способность и чувствительность к механическим воздействиям и практически взрывобезопасен Получают Т нитрованием растворов фенола в серной кислоте или олеуме, (в которых происходит его сульфирование до фенолсульфо- и фенолдисульфокислоты) азотной кислотой,
2,2,2-Тринитроэтанол 555
цз динитрохлорбензола через гидролиз его до динитрофенола и последующее нитрование до Т , окислительным нитрованием бензола азотной кислотой в присутствие нитрата ртути Все три способа реализованы в промышленном масштабе Т применяли для снаряжения боеприпасов (в основном, заливкой) в чистом виде или в смесях с ди-и тринитросоедипениями (дипитронафталин, динитрофенетол, тринитрокрезол и др ) для снижения Тпл и чувствительности Из-за возможности образования высокочувствительных пикратов разрывной заряд необходимо надежно изолировать от металлического корпуса боеприпаса Т используют также в аналитической химии при идентификации аминов.
Я Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ —Л Химия, 1973.-С 338-361
В Ф Жилин
2,2,2-Тринитроэтанол (тринитроэтиловый спирт, Р,3,[3-тринитроэтиловый спирт)
(02N)3CCH2OH, мол масса 181,06, 7'пл 72 — 73°С, Ткт 103°С/14 мм рт ст., 82°С/2 мм рт ст , и20 1,4578 —гигроскопичные, бесцветные кристаллы, растворимые в большинстве органических растворителей Т стабилен только в кислой среде, в щелочной среде происходит его деструкция Получают Т по реакции Анри конденсацией формальдегида (параформа, формалина) с тринитрометаном с последующей перегонкой при пониженном давлении или перекристаллизацией из неполярного растворителя (петролейного эфира, четыреххлористого углерода)
(O2N)3CH + СН2О > (O2N)3CCH2OH
Обратимость этой реакции объясняет гидролитическую нестабильность Т , поскольку в водных растворах он диссоциирует с образованием аниона нитроформа Т — ВВ, самостоятельно не применяющееся вследствие низкой термической (Тъсп 120°С) и гидролитической стабильности Наличие в молекуле Т энергоемкой тринитроме-тильной группировки и функционального фрагмента —гидроксила Делает его потенциальным полупродуктом для синтеза широкого спектра высокоэнергетических соединений Напр , Т этерифициру-ется минеральными и карбоновыми кислотами, конденсируется с аммиаком, гидразином, алифатическими и ароматическими аминами, Реагирует с алкил-, полинитроалкил- и арилизоцианатами с образованием карбаматов; вступает во взаимодействие с альдегидами с образованием ацеталей, присоединяется к виниловым эфирам Таким образом можно получить тринитроэтилтринитробутират,
556___________2*, 2’, 2’-Тринитроэтил-4,4,4-тринитробутирдт_
бис(тринитроэтил)формалъ, бис(тринитроэтил)нитрамин и дп полинитросоединения —ВВ и компоненты взрывчатых составов СТРТ.
Козлов Л М , Бурмистров В И Нитроспирты и их производные Казань, i960 Новиков С С , Швехгеймер Г А , Севостьянова В В , Шляпочников В А Химия али фатических и алициклических нитросоединений — М Химия, 1974 -416 с
А X Шахнес
2’,2’,2’-Тринитроэтил-4,4,4-тринитробутират
СбНбКбО14—белое кристаллическое вещество, Тпп 92 — 92,3°С Рмнк = 1,839 г/см3, образует две полиморфные модификации (а- и р-), негигроскопичен, практически не растворяется в воде, серной кислоте, плохо растворяется в холодном этаноле Хорошо растворяется в ацетоне, дихлорэтане, бензоле, диоксане, концентрированной азотной кислоте, горячем этаноле и изопропаноле Слабо гидролизуется водой Разбавленные серная и азотная кислоты при нагревании также гидролизуют Т до исходных тринитро этанола и тринитробутановой кислоты При действии щелочей и аминов Т. также разлагается Теплота взрывчатого превращения Т. 6272 кДж/кг (1498 ккал/кг), теплота образования 450 кДж/моль (107,5 ккал/моль), скорость детонации 8700 м/с при р= 1,78 г/см3 (8450 м/с, по данным Камлета), фугасность 530 мл Чувствительность к механическим воздействиям на уровне гексогена Температура интенсивного термического разложения 167—170°С. Получают Т. из тринитрометана, формалина и метилакрилата с использованием на стадии переэтерификации серной кислоты. Т предложен для применения как компонент взрывчатых составов различного назначения
Пат 2996537, США р-Tnnitroethyl-y-tnnitrobutyrate/ RobertН Saunders —Заявл 07 05 1952, №286601; выдан 15.08 61
А И Фиркин
Тротил (2,4,6-тринитротолуол, а-ТНТ, ТНТ, TNT, тол) CH3C6H2(NO2)3, C7H5N3O6, мол масса 227,1-кристаллическое вещество светло-желтого цвета, Тзатв 80,9°С, Ртеор = 1,654 г/см3, плотность расплава 1,47 г/см3 Технический Т высоких сортов содержит 99,5 — 99,8% 2,^-тринитротолуола благодаря используемой в современной технологии Т. очистке сульфитной. Т хорошо растворим в ацетоне, этаноле, толуоле, азотной и серной кислотах, мало растворим в воде. При взаимодействии с сильными окислителями (хромовая, надсерная, азотная кислоты/ превращается в 2,4,6-тринитробензойную кислоту, со щелочами дает окрашенные соединения (Яновского реакция), обладающие
Тротила очистка сульфитная 557
повышенной чувствительностью к механическим воздействиям Не взаимодействует при обычных условиях с металлами, серной, азотной, фосфорной, соляной и органическими кислотами Имеет = - 64,4 кДж/моль (- 15 ккал/моль), скорость детонации 7000 м/с при р= 1,62 г/см3, теплоту взрыва 4228 кДж/кг, чувствительность к удару 4 — 8%, фугасность 285 мл, термостабилен до 150°С. разработанные в разных странах (СССР, Швеция, США и др ) промышленные процессы получения Т основываются на непрерывном противоточном нитровании толуола серпо-азотными кислотными смесями (некоторые с применением олеума) и представляют собой высокотехнологичные автоматизированные крупнотоннажные производства Т широко используется как самостоятельное ВВ и в смесях с другими В В для снаряжения различного вида боеприпасов, в составах промышленных смесевых ВВ (гранулотолы, аммониты и граммониты и др )
Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ Л Химия, 1981, Encyclopedia of Explosives and Related Items / 5 M Kave - V 9 —US ARMY ARRARDCOM, Dover, New Jersey, 1980 -P 236-298
В Ф Зенков
Тротила очистка сульфитная — процесс очистки тротила-сырца, полученного на стадии нитрования, от следующих примесей несимметричных изомеров тринитротолуола, нитрофенолов, тетранитрометана, тринитробензола, минеральных кислот Все эти примеси взаимодействуют с сульфитом натрия, образуя легкорастворимые соединения ОС проводится непрерывным способом в нескольких аппаратах очистки и промывки В реактор очистки при 80 —82°С параллельно дозируют расплав тротила-сырца и водный раствор сульфита натрия Объемное соотношение сульфитного маточника и тротила —1,0 В конце процесса очистки очищенный тротил сепарируют от сульфитного маточника Маточник содержит натриевые соли нитрофенолов, динитротолуол сульфокис лот, нитроформа, сульфат-, сульфит-, нитрит натрия и аддитивные соединения тротила и тринитробензола с сульфитом натрия Сульфитный маточник направляют на переработку (см Щелока сульфитные), а очищенный тротил промывают кислой водой до нейтральной реакции. Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ - Л Химия, 1981 С 118 121
В И Шихов
У
Углерод известен в виде кристаллических модификаций — алмаза и графита, а также технического углерода с неупорядоченной (аморфной) структурой- кокс, сажа, уголь древесный и активированный Для пиротехнической промышленности представляют интерес графит и аморфный углерод — сажа и древесный уголь Графит имеет серо-черный цвет с металлическим блеском, жирный на ощупь Обладает сильной анизотропией физических свойств Плотность графита 2265 кг/м3. Теплопроводность и электропроводность графита того же порядка, что и металлов При обычных температурах У химически инертен, однако при достаточно высоких температурах он соединяется со многими элементами и характеризуется сильными восстановительными свойствами При нагревании на воздухе аморфный У , графит и алмаз воспламеняются при температурах выше 300 — 500, 600 — 700 и 850— 1000°С, соответственно Продуктами горения являются СО2 и СО. Взаимодействие графита со фтором начинается при температуре выше 900°С Графит применяется для увеличения сыпучести составов, уменьшения коэффициентов внутреннего и внешнего трения и выполняет в них роль горючего Сажа используется для облегчения воспламенения составов и увеличения специального эффекта Древесный уголь —твердый пористый высокоуглеродный продукт, полученный из древесины нагреванием без доступа воздуха (или при незначительном его доступе) Обладает большой пористостью Свежеприготовленный уголь способен присоединять кислород при обычной температуре и самовоспламеняться Черный измельченный уголь более подвержен самовозгоранию, чем бурый Уголь выпускается двух марок' ТЛ (из твердых пород) и СЛ (из древесины смешанных пород) Древесный уголь хорошо воспламеняется сам и облегчает воспламенение гетерогенных горючих смесей Широко используется для получения черного пороха
В пироксилиновых порохах углерод был применен в 1941 г Б П Жуковым (канд диссерт.) для стабилизации горения зарядов в PC М-13
ф П Мадякин
Угол естественного откоса (а)-показатель сыпучести порошкообразных и гранулированных материалов, а —угол в верти кальной плоскости сечения конуса, сформировавшегося при
559
высыпании материала на горизонтальную площадку, между образующей конуса и его основанием
Величина а зависит от сил трения, возникающих при перемещении частиц сыпучего материала друг относительно друга, и сил сцепления между ними
Для определениия а сыпучий материал выпускают из воронки 1 на горизонтальную площадку 2; при этом образуется конус 3 из материала (рис 1) С помощью угломера измеряют угол наклона образующей этого конуса к горизонту
Угол а для хорошо сыпучего материала совпадает с углом внутреннего трения, который необходимо учитывать при кон-
Рис 1 Схема устройства для определения угла естественного откоса
струировании выпускных кана-
лов бункерного дозирующего устройства Во всех случаях при выборе конструкции оборудования следует принимать угол наклона поверхности к горизонту, по которой должен двигаться сыпучий мате-
риал, превосходящим по величине его угол а
Значение а для некоторых промышленных ВВ и их компонентов:
Тротил чешуированный 25 - 45
Гранутол 18-22
Селитра аммиачная гранулированная 36 — 37
Аммонит 6ЖВ 30 — 40
Аммонит Т-19 35 - 45
Пудра алюминиевая 36-45
Макаров Ю И Аппараты для смешения сыпучих материалов — М Машинострое-ние, 1973; Доманскии И В , Исаков В П , Островский Г М , Решанов А С , Соколов ВН Машины и аппараты химических производств —СПб Политехника, 1992, Ка-’валымов А В , Любартович В А Дозирование сыпучих и вязких материалов — Л Химия, 1990, Переверзев А Е Технология снаряжения боеприпасов Часть 1 Взрыв-Чатые вещества, технология производства промышленных взрывчатых веществ — М , I960
77 П Марков
Утилизация бдллиститньтх порохов
Утилизация баллиститных порохов-использование артиллерийских порохов (БП и ПП) и ракетных топлив (РТ), снятых с вооружения вследствие истечения срока служебной пригодности или разоружения, в гражданских целях, как правило, не по прямому назначению (промышленные взрывчатые вещества и пр )
Обладая сравнительно небольшим запасом энергии (1000—1500 ккал/кг, при догорании на воздухе — около 2500 ккал/кг), БП и РТ имеют два ценных свойства, выделяющих их из ряда горючевзрывчатых материалов они могут гореть с высокой скоростью без дополнительного окислителя или детонировать со скоростью до 7500 м/с при инициировании соответствующим импульсом.
Именно эти два свойства используются в первую очередь при выборе способов утилизации БП и РТ
Использование порохов в режиме горения целесообразно в газогенераторах и аккумуляторах давления.
Наиболее эффективен способ утилизации БП и РТ при использовании их в режиме детонации
В таблице приведены промышленные взрывчатые вещества на основе БП, ПП и РТ, нашедших применение в горнодобывающей и других отраслях промышленности
Основное количество утилизируемых БП и РТ потребляется в производстве различных гранипоров и детонирующих зарядов сейсмических.
Е Ф Жегров, Е В Берковская
561
ф
Фейерверочное средство
563
Фальшфейер —сигнальное пиротехническое средство, представляющее собой трубку с пиротехническим составом сигнального огня и пиротехническим воспламенителем Ф предназначаются для пода-
Рис 1 Сигнальный фальшфейер 1 пиротехнический состав, 2 —воспламенительное устройство, 3-вата, 4, 5 - воспламенительные составы, 6-футляр рукоятка, 7 - гильза, 8 — металлический стакан, 9 —бороздки
чи сигнала бедствия на акватории и на местности В системе сигнали-
зации на морском транспорте применяются в основном Ф красного, зеленого и белого огня Ф красного огня используются только в тех случаях, когда необходимо показать, что судно терпит бедствие Для предупреждения опасного сближения судов используют Ф зеленого или белого огня, для вызова лоцмана —голубого (синего) Устройство Ф показано на рис 1
Рис 2 Внешний вид фальшфейера Ф-2
Наружная поверхность Ф покрыта идитоло-вым лаком, часть гильзы ; выкрашена в цвет, соответ-5 ствующий цвету пиротехнического огня Воспламеняются Ф резким проведением спичечной коробкой по терочной головке изделия в верхней части Ф Время горения Ф не менее 1 мин, а сила света Ф любого назначения (кроме лоцманского) не менее Ю
ккд В последние годы выпускается Ф красного огня Ф-2 в пластмассовом корпусе (рис 2), который соответствует требованиям «Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 г »
Он состоит из пластмассового корпуса, в котором размещены пиротехнический состав и устройство терочного типа. Корпус закрыт герметичной крышкой, торец которой покрашен в красный цвет и имеет два выступа Перед применением крышка снимается и рывком шнура Ф-2 приводится в действие Время действия Ф-2 60 с, сила света 15 ккд
Фейерверочное средство —пиротехническое средство для получения декоративных огней, звуковых и других эффектов. ФС применяются во многих странах и очень давно ФС можно разделить на высотные («Салюты»), наземные (парковые) и для использования в помещениях Высотные и наземные ФС выстреливают из мортир, закопанных в грунт или установленных на специальных автомашинах для пуска салютов Свойства некоторых наземных изделий приведены в таблице.
Наземные фейерверочные изделия
Номер группы по ТУ Наименование изделий, входящих в группу Основные характеристики
наружный диаметр, мм высота, масса, кг высота подъема пироэлемента, м
2-0 «Комета» 26 78 0,05 до 60
Комета со звездным дождем 26 78 0,05 до 60
Римская свеча 31 400 0,25 до 60
2-1 Привет Москвы 62 130 0,3 до 80
Пиротехнический бурак 123 75 0,9 до 80
Индийская пальма 123 114 1,0 до 60
30 Салют 62 150 0,5 до 180
Кометный букет 62 130 0,65 до 180
Красочный эффект наблюдается при срабатывании комет’ «Венец», «Акварель», «Светлячок» (рис 1), при подъеме изделий типа «Восходящая звезда», «Шмель» и т д Начали выпускать ФС, запускаемые с руки, из чемоданчика и т д В помещениях используют хлопушки, петарды, «Бенгальские свечи», «Фонтаны» Бенгальские сВечи изготавливают длиной 210 — 650 мм с временем работы
Фейерверочные изделия «Салют»
Рис 1 Эффект действия комет фейерверочных средств
40 — 240 с. Широким спросом пользуются «Фонтаны» настольные с высотой пламени 0,5 м и временем работы не менее 60 с и концертные с высотой пламени не менее 1,2 м и временем работы до 240 с
ф П Мадякин
Фейерверочные изделия -«Салют* (фейерверочный шар) —фейерверочное средство, представляющее собой сферический корпус с пироэлементами, метательным и разрывным зарядами Выпускаются «Салюты» с диаметром шара 105, 195 и 310 мм, которые отличаются разнообразием конструкций, природой и формой используемых пироэлементов, получаемыми эффектами, с трассой и без нее Для снаряжения шара используются составы цветных
Фейерверочные изделия «Салют»
565
Рис 1 105-мм изделия «Бисер», «Бисер разноцветный», «Одуванчик с красными лентами» 1-лента, 2-обтюратор, 3-корпус, 4-пироэлементы, 5-разрывной заряд, 6-замедлитель, 7 —опорное кольцо, 8-диафрагма, 9— порох
Рис 2 195-мм изделия «Мираж», «Зарница», «Заря», «Рассвет» с центральным ВРЗ 1—корпус, 2—ВРЗ, 3 —пироэлемент, 4 —пороховой усилитель, 5 —замедлитель; 6 — вышибной заряд
И 10 9 8
Рис.4 310-мм новые изделия «Космос», «Молния», «Фантазия» 1—корпус, 2 —пироэлементы, 3 - ВРЗ, 4 —замедлитель, 5 —пороховой усилитель, 6 —диафрагма, 7 —пороховой вышибной заряд, 8 — электровоспламенитель
Рис 3 310-мм изделия «Восход», «Родина», «Сказка», «Кристалл», «Юбилей искристый», «Рубин», « Бирюза» 1 — корпус, 2 — корпус ВРЗ, 3 —картонная оболочка, 4 —пи-роэлементы, 5 —ВРЗ, 6 —картонное кольцо, 7 —замедлитель, 8 —пороховой вышибной заряд, 9 - электровос-Пламенитель, 10 —корпус вышибного заряда, 11 усилитель пороховой
Фейерверочные составы
Рис 5 310 мм изделия с трассерами -«Кумач», «Квант», «Ожерелье» 1 корпус, 2— мешочки с порохом, 3 — сферический элемент, 4 —ВРЗ, 5-пороховой усилитель, 6 — замедлитель 7 —вышибной пороховой заряд, 8 — корпус трассирующего элемента, 9 —таблетка дымного ружейного пороха, 10 - искристо-форсовый заряд
Рис.6 105 мм модернизированное фейерверочное изделие 1 - крышка, 2-корпус, 3-пироэлементы, 4 — воспламенительно разрывной заряд, 5-диафрагма, 6-замедлитель, 7 —вышибной заряд, 8-стакан, 9 —колпачок
огней непрерывного и пульсирующего излучения (мерцающие огни), искристо-пламенные, форсовые и звуковые 105-мм изделия —«Бисер», «Бисер разноцветный» и «Одуванчик с красными лентами» (рис.1) —не имеют трассера, а «Букет с трассой», «Фиалка» и «Одуванчик» имеют по одному трассеру Особой красочностью отличаются 195-мм изделия «Огни Ангары», «Огни Родины», «Зарница», «Заря», «Рассвет», «Астра красная с трассой» и «Жемчуг» (рис 2) и 310-мм изделия «Восход», «Родина», «Сказка», «Кристалл», «Юбилей искристый», «Рубин», «Бирюза» (рис.З), «Космос», «Молния», «Фантазия» (рис 4), «Союз», «Кумач», «Квант» и «Ожерелье» (рис 5) Выпускаются 105-мм изделия с пластмассовым корпусом (рис 6) «Салюты» выстреливаются из мортир, зарытых на 1/2 высоты в грунт или установленных на специальных автомашинах Воспламенение заряда осуществляется с помощью электровоспламенителя В последние годы разработан ряд изделий «Салют» с диаметром шара менее 105 мм.
ф П Мадякин
Фейерверочные составы — пиротехнические составы, используемые для снаряжения фейерверочных средств и изделий Основное требование к ним — красочность и оригинальность получаемых эффектов ФС отличаются большим разнообразием рецептур и эффектов Наиболее широко используются составы, непрерывного
Фейерверочные составы бездымные 567
излучения (красного, зеленого, желтого, оранжевого, белого, синего, фиолетового, голубого), периодического излучения («мерцающие звезды») (красного, зеленого, белого, желтого); искристо-пламенные с различным цветом пламени и искр; форсовые; свето-дымовые и звуковые ФС цветного огня должны обладать высокой насыщенностью цветом пламени, скоростью горения, обеспечивающей сгорание пироэлемента в воздухе, определенной силой света (небольшой для наземных изделий и значительной — для высотных) В ФС в качестве окислителя кроме нитратов используется NH4C1O4 ФС цветного огня делятся на порошкообразные, перерабатываемые глухим прессованием, и на основе термо-эластопластов, перерабатываемые глухим и проходным прессованием Разработаны ФС цветного огня и искристо-пламенные на основе нитратов целлюлозы и утилизируемых порохов, которые отличаются малой дымностью и красочностью эффекта
U Шидловскии ЛА. Основы пиротехники — М.. Машиностроение, 1973, Патенты России №1777320, 1776027 от 30 06.94 г, Патенты России №2046123, 2046122, 2046121, 2046120, 2046119, 2046118 от 18 10 94 г
Ф П Мадякин
Фейерверочные составы бездымные — в отличие от фейерверочных составов пиротехнических (см Фейерверочные составы пиротехнические) имеют малодымную баллиститную или пироксилиновую основу, при горении выделяют меньшее количество конденсированной фазы, что способствует получению более насыщенных и ярких цветов Так же, как и пиротехнические, изготавливаются двух типов’ цветопламенные и форсовые
На основе бездымных фейерверочных элементов производятся фейерверочные изделия практически всех типов’ наземные («фонтаны», «римские» и контурные свечи и др ), парковые (калибра 39 — 125 мм) и высотные (калибра 60 — 310 мм)
Промышленная технология изготовления ФСБ базируется на стандартной технологии баллиститных порохов
Для широкой номенклатуры малых фейерверочных элементов используется пресс-инструмент оригинальной конструкции с дополнительным сопротивлением для выравнивания давлений по сечению Инструмента
Непрерывная технология баллиститных порохов позволяет изготавливать многослойные элементы, многократно изменяющие цвет в Процессе горения и позволяющие получить оригинальные зрелищные эффекты.
Е Ф Жегров
568 Фенолформальдегидные смолы
Фенолформальдегидные СМОЛЫ-продукты Поликонденсации на основе фенола и формальдегида Это олигомеры с молекулярной массой 400 — 4000, выпускаемые в одной из трех товарных форм: твердой, жидкой и лаковой В пиротехнической промышленности используются твердые ФС и бакелитовый лак Твердые ФС более устойчивы, легко измельчаются и растворяются во многих растворителях. Вводятся в пиротехнические составы в виде порошка или лака, преимущественно на этиловом спирте Выполняют роль горючего и вещества (совместно со спиртом), придающего составу способность гранулироваться через сетку на грануляторах типа ПВГ Применяются практически во всех типах пиротехнических составов Наибольшее применение находят новолачная смола СФ-0112А (иди-тол) —продукт поликонденсации фенола и формальдегида —и резо-льные смолы СФ-340А (смола 211) и СФ-342А (смола 214) —продукты поликонденсации фенола, формальдегида и анилина
Ф П Мадякин
Флегматизация — один из методов снижения чувствительности к механическим воздействиям мощных ВВ Ф заключается в покрытии кристаллов ВВ пластичным или легкоплавким веществом —флегмати-затором Чаще всего в качестве флегматизаторов используют парафин, оксизин, сплав церезина и стеарина Количество флегматизатора обычно колеблется от 3,5 до 10% Для идентификации флегматизированного ВВ в флегматизатор вводят краситель В зависимости от эксплуатационных требований к ВВ применяют различные марки флегматизаторов Процесс Ф можно осуществлять водоэмульсионным или «сухим» способом В последние годы для Ф используют новые химические соединения комплексного характера типа «ловушка радикалов»
В В Фурнэ
Фосфор Известны три основные модификации фосфора белый, красный и черный При температуре 25°С и давлении 101 кПа термодинамически наиболее стабилен черный Ф , но могут длительно существовать белый и красный В отличие от белого Ф , состоящего из тетраэдрических молекул (— Р— )4, красный и черный Ф представляют собой нерастворимые в обычных органических и неорганических растворителях полимеры Белый Ф —образуется при конденсации пара Ф и представляет собой белоснежную массу Технический белый Ф содержит примеси (следы красного Ф , мышьяка и т д )> которые придают ему желтую окраску, поэтому его иногда называют желтым Лучшим растворителем белого Ф является сероуглерод, хорошими—жидкие NH3 и SO2, диэтиловый эфир и бензол,
569
________________________Фосфор
растворимость в воде при 25°С менее 3,3 —10“4 %, что позволяет в целях безопасности хранить его под водой Белый Ф и его пары, ядовиты При нагревании белый Ф может превращаться в красный или черный Превращение ускоряется УФ-лучами, поэтому белый Ф хранят в темноте Красный Ф образуется при нагревании жидкого белого Ф в закрытом сосуде до 250 — 260°С. Теплота превращения 18,436 кДж/моль Красный Ф. почти полностью аморфен, при нагревании такого Ф выше 450”С получается красный Ф кристаллической структуры
Физические свойства красного Ф зависят от условий его получения (степени полимеризации) и колеблются в широких пределах. При нагревании выше температуры плавления, а особенно при испарении, красный Ф. превращается в белый. Красный Ф не ядовит. Черный Ф образуется при нагревании белого Ф до 200 — 220°С при давлении 121,2 —171,7 МПа По внешнему виду он похож на графит. Существуют аморфная (плотность 2250 кг/м13) и кристаллическая (плотность 2690 кг/м3) формы черного Ф Черный Ф —полупроводник Ф химически активен и непосредственно взаимодействует с большинством элементов, при этом в зависимости от природы последних проявляет свойства окислителя или горючего Наиболее активен белый Ф , наименее —черный Черный Ф более устойчив- его можно безопасно обрабатывать на воздухе Окисление Ф обычно сопровождается хемилюминесценцией. При сгорании Ф в избытке сухого кислорода образуется пятиокись Ф (Р2О5), а при недостатке кислорода—трехокись Ф (Р2О3) Оксиды Ф легко вступают во взаимодействие с водой с образованием соответствующих кислот (фосфорной и фосфористой) Обе эти кислоты могут образовываться при сжигании белого и красного Ф в избытке влажного воздуха, что используется для получения маскирующих аэрозолей, а также в производстве фосфорной кислоты и фосфатов При повышенных температурах Ф реагирует с азотом, углеродом, металлами Белый Ф хранят под водой в герметичных сосудах, красный —в гермоукупорке Вскрытие банок следует производить в атмосфере азота Горящий Ф тушат двуокисью углерода, раствором C11SO4 или песком
Применяется Ф в воспламенительных средствах, дымовых и зажигательных боеприпасах комбинированного действия и спичечной промышленности В качестве окислителей красного Ф используются оксиды металлов, пероксиды бария, марганца, хроматы При быстром сгорании смесей часть красного Ф испаряется, но конденсируется уже в более активной форме, способной к повторному самовоспламенению. Для снижения чувствительности составов и увеличения
5'0 Фотоосветительное средство
физико-химической стабильности красный Ф стабилизируют удалением из порошка очень мелких частиц, добавлением к нему порядка 2 — 3% оксида цинка, карбоната кальция, оксида и гидроксида алюминия и фосфорной кислоты в сочетании со связующими и последующей грануляцией таких смесей
Ф П Мадякин Фотоосветительное средство-пиротехническое средство для кратковременного освещения местности при воздушном фотографировании Основными требованиями к ФС являются- обеспечение максимальной силы света вспышки при минимальной ее продолжительности, простота конструкции, безопасность процесса снаряжения и эксплуатации, сохранность свойств в течение заданного срока хранения
Существуют два типа ФС —фотопатроны (см Фотоосветите-льный патрон) и фотоавиабомбы Сила света при действии обоих типов ФС определяется природой и количеством фотоосветительного состава и конструкцией средства Поскольку сила света определяется яркостью и размером светящегося объекта (пламени), конструкция ФС должна обеспечить получение как можно большего размера светящего облака продуктов сгорания фотосмеси Для этого каждое ФС имеет воспламенительно-разрывной заряд (ВРЗ), который обеспечивает диспергирование фотосмеси и ее воспламенение Корпуса ФС и воспламенительно-разрывного заряда должны легко разрушаться и не приводить к переуплотнению состава при срабатывании заряда Фотопатроны предназначаются для освещения местности при воздушном фотографировании с высоты в несколько сот метров, а фотоавиабомбы — с высоты до 25 км и скорости полета самолета до 2500 км/ч Сила света при срабатывании современных фотопатронов достигает 110 Мкд, а фотоавиабомб—10-15 Гкд Шидловский А А Основы пиротехники - М Машиностроение 1973
ф П Мадякин
Фотоосветительный С ©став-пиротехнический состав, горение которого сопровождается кратковременным свечением высокой интенсивности в видимой части спектра ФС применяется для снаряжения фотоосветительных (см Фотоосветительные средства) и имитационных средств Основным требованием к фотоосветительным средствам является обеспечение максимальной силы света вспышки при минимальной ее продолжительности Сила света зависит от яркости и размера пламени Яркость определяется природой излучателя и температурой Температура сгорания ФС должна быть более 3000 К Для получения
Франк-Каменецкого критерий
571
высокой температуры при сгорании горючего должно выделяться большое количестве тепла, а образующиеся продукты обладать высокой излучательной способностью, температурой кипения и диссоциации С учетом этого в ФС в качестве горючего используются порошки тиагния, алюминия и их сплава ФС делятся на фотосмеси — механические смеси тонкоизмельченных порошков, Mg, Al, сплава AM и кислородсодержащих окислителей КСЮ4, Ba(NO3)2 — и порошки металлов, чистые или с добавками, способствующими их диспергированию при взрыве воспламенительно-разрывного заряда, воспламенению и сгоранию в кислороде воздуха Содержание металлического горючего в фотосмесях составляет 55 — 60% Фотосмеси используются, в основном, для снаряжения фотопатронов и реже фотоавиабомб фотоавиабомбы снаряжаются обычно порошками металлов с добавками ФС как правило, применяются в порошкообразном состоянии. Наполнение фотосредств осуществляется виброуплотнением на виб-ронабивочных машинах.
Шидловскии А А Основы пиротехники - М Машиностроение, 1973
Ф П Мадякин
Франк-Каменецкого критерий —критическое условие теплового взрыва газообразной или конденсированной взрывчатой смеси (вещества), находящейся в сосуде, стенки которого поддерживаются при постоянной температуре Т
О Е >
5 = V----7 '2 ехр(-Е / RT)=£> ,
RT2
где Q— теплота химической реакции, Е— эффективная энергия активации, 7?—универсальная газовая постоянная, г — предэкспоненциа-льный множитель, г—радиус сосуда, А. —коэффициент теплопроводности, 5 —критическое значение параметра 8, зависящее только от формы сосуда, 8 = 2,0—для цилиндра, 8 = 3,32—для шара
При 8 < 8 устанавливается равновесие между тепловыделением за счет химических реакций и теплоотводом При 8 > 8 нарушается равновесие между теплоприходом и теплоотводом- теплоприход превышает теплоотвод, температура и скорость химической реакции лавинообразно возрастают, происходит тепловой взрыв
* Франк Каменецкий Д А Диффузия и теплопередача в химической кинетике — М • Наука, 1947, 1967, 1987
А М Марголин
572
Фтординитрометдн
Фтординитрометан FC(NO2)2H, мол масса 124,026 —бесцветная жидкость, Гкип 125°С или 36 —38°С (20 мм рт ст ), п20 1,4054 — 1,4059, d420 1,5955, рКд 7,7 (20’С), AzH°U) = -266,5 + 6,3 кДж/моль Хорошо растворим в спиртах, хлоралканах, ацетоне этилацетате, уксусной кислоте, диэтиловом эфире, бензоле, плохо—в воде При - 24,5°С затвердевает в бесцветную кристаллическую массу. Получают Ф. взаимодействием щелочных солей динитрометана с элементным фтором в воде (выход до 90%)-
М+[CH(NO2)2]’+ F2 ->FC(NO2)2H + MF,
где: M+ =К, Na, NH4, реакцией денитрования фтортринитрометапа нуклеофильными реагентами- FC(NO2)3 + Nu ->FC(NO2)2, либо деформилированием 2-фтор-2,2-динитроэтанола с помощью щелочных реагентов:
FC(NO2)2CH2OH + КОН -э- K+FC(NO2)’ -э-FC(NO2)2H
Обладая подвижным водородным атомом, Ф легко вступает в реакции конденсации с альдегидами (реакция Анри) Наиболее важные из них — образование 2-фтор-2,2-динитроэтанола-FC(NO2)2H+ СН2О->FC(NO2)2CH2OHh 1,4-дифтор-1,1,4,4-тет-ранитробутан-2, З-д иола-
FC(NO2 )2Н + СНО - СНО -э-
-4- FC(NO2)2CH(OH)CH(OH)C(NO2)2F
Сравнительно легко Ф вступает в реакцию с соединениями, содержащими двойную активированную связь (реакция Михаэля), напр •
FC(NO2)2H + Н2С = C(R)R4 -> FC(NO2)2CH2CH(R)R1 где- R = H, R4 =С(О)СН3, R = Н, R] =СООСН3; R = CH3, R4 = СООСН3; R = Н, R4 = CN
Ф. разрушается концентрированными растворами щелочей, не взаимодействует с 60 — 80% серной кислотой При попадании на кожу вызывает сильные долго не заживающие ожоги Ф применяют при синтезе соединений с фтординитрометильной группой
Еременко Л Т , Нацибуллин Ф Я // Изв АН СССР Сер хим - 1968 —С 913, Охлобыстина Л В , Легин Г Я , Файнзилъберг А А, — Изв АН СССР Сер хим -1969 -С.2318, Еременко Л Т , Нацибуллин Ф.Я // Изв АН СССР Сер хим 1969 - С 1331
Б С Федоров
______________Фтординитрометильные соединения________2__
фтординитрометильные соединения--соединения, содержащие группу — FC(NO2)2 Названия ФС производят путем прибавления префикса «фтординитро» к названию соединения-основы, по необходимости добавляя цифровой указатель. Наиболее подробно изучены алифатические ФС ФС могут быть получены фторированием щелочных солей динитрометильных соединений в воде или денит-рованием фтортрипитрометана различными нуклеофильными реагентами.
2-Фтор-2,2-динитроэтанол FC(NO2)2CH2OH—ключевое соединение в химии ФС, мол масса 154,052, бесцветная жидкость; Гкип 62 —66°С (1-2 мм ртст), п20 1,4338, d420 1,5841, Гзатв 7°С; д^Н° =-411,7 ±8,8 кДж/моль, хорошо растворим в большинстве органических растворителей и умеренно в воде. Разрушается концентрированными растворами щелочей, не взаимодействует с концентрированными H2SO4 и НС1. При попадании на кожу вызывает сильные болезненные ожоги Получают фторированием калиевой соли 2,2-ди-нитроэтанола в воде, либо конденсацией фтординитрометана с формальдегидом, либо денитрованием фтортринитрометана нуклеофильными соединениями в присутствии формальдегида
2-Фтор-2,2-динитроэтилнитрат FC(NO2)2CH2ONO2, мол масса 199,049; бесцветная жидкость, Гкип 62 —62,5°С (5 — 6 мм ртст), п™ 1,4372, d420 1,6419
1,7- Дифтор-1,1, 7,7-тетранитро-3,5-диоксагептан FC(NO2)2CH2OCH2OCH2C(NO2)2F(FEFO), мол масса 320,116; Тпл 13,4°С, Гкип 113-114’С (1 мм ртст.), п20 1,4409, dj° 1,60;
° =-849,8 ± 1,7 кДж/моль, пластификатор в твердых ракетных топливах, хорошо растворим в диэтиловом эфире, ацетоне, бензоле, дихлорэтане, низших алифатических спиртах, нерастворим в воде Получают взаимодействием 2-фтор-2,2-динитроэтанола с парафор-мом в среде концентрированной H2SO4 либо фторированием элементным фтором динатриевой соли 1,1,7,7-тетранитро-3,5- диоксагептандиола в воде Устойчив по отношению к щелочным реагентам При попадании на кожу вызывает дерматит
1,5-Дифтор-1,1,3,5,5-пентанитро-3-азапентан FC(NO2)2CH2N(NO2)CH2C(NO2)2F, мол масса 334,12, Тпл 85,5-86°С, dj° 1,91изм , </рент 1,933; =-505,0±2
кДж/моль Получают нитрованием 1,5-дифтор-1,1,5,5-тетранит-Ро-З-азапентана смесью серной и азотной кислот (выход 70%) или
574 Фторнитросоединения
фторированием щелочных солей 1,1,3,5,5-пентанитро-3-азапентана элементным фтором в воде Мощное взрывчатое вещество
1,5-Дифтор-3-нитрозо-1,1,5,5-тетранитро-З-азапентан FC(NO2)2CH2N(NO)CH2C(NO2)2F, мол масса 318,103, Т 47 —48°С, AfH° =- 402,1 • 5,4 кДж/моль Активационные параметры термического разложения- энергия активации Еакт = 125,9± 142 кДж/моль, предэкспоненциальный множитель 1g А = Ю10,3± С~1
1,4-Дифтор-1,1,4,4-тетранитробутан-2,3-диол FC(NO2)2CH(OH)CH(OH)C(NO2)2F, мол масса 306,089, Гпл 178—180°С, 1,945
Динитрат 1,4-дифтор-1,1,4,4-тетранитробутан-2,3-диола [FC(NO2)2CH(ONO2)']2> мол масса 396,082, Тпл 102-103’С, ^рент 2,047.
ЕременкоЛ Т , Нацибуллин Ф Я. // Изв АН СССР Сер хим —1968 -С 912-913; Кустова Л В , Кирпичев Е П , Рубцов Ю И , Авдонин В В , Корепин А , Ере менкоЛТ //Изв АН СССР Сер хим—1981 — С 2232 — 2238, Корсунский Б Л , Киселева Л Я , Гафуров Р Г, Согомонян Е М , Еременко Л Т , Дубовицкий Ф И //Изв. АН СССР Сер хим —1974 — С 1781 — 1786, Синтезы фторорганических соединений (мономеры и промежуточные продукты) / Под ред акад И Л Кнунянца и проф Г Г Якобсона -М Химия, 1977
Б С Федоров
Фторнитросоединения — органические соединения общей формулы RR1CFNO2 Различают первичные Ф (R = Н) и вторичные Ф (напр , R, R = Aik) Названия Ф производят прибавлением префикса «фторнитро» к названию соединения-основы, по необходимости добавляя цифровой указатель Ф получают фторированием калиевых или натриевых солей нитросоединений Низшие Ф — бесцветные подвижные жидкости с характерным запахом, хорошо растворимые в большинстве органических растворителей и ограниченно — в воде а-Водородный атом во Ф подвижен и вступает в характерные для нитроалканов реакции
ФторнитрометанFC(NO2)H2, мол масса 79,03, Ткип 57-62°С (125—130 мм рт ст ), при 0 —5°С может храниться в течение достаточно долгого времени без изменения Получают омылением диэтил-фторнитромалоната с последующим декарбоксилированием образующейся фторнитромалоновой кислоты 1-Фтор-1-нитроэтан FC(NO2)HCH3, мол масса 93,06, Ткип 51-53'С (111 мм рт ст ),
1,3738, d20 1,1791, v (С — F) = 1160 см-1 1-Фтор-1-нитропропан FC(NO2)HC2H5, мол масса 107,08, Ткип 57-58°С (93 мм рт ст ),
Фуразаны
1,3851, ^4° 1,1247, v (С —F) 1153 см 1 2-Фтор-2-нитроэтанол FC(NC>2)HCH2OH, мол масса 109,06, Гкип 67 —68°С (5 мм рт ст ),
1,4295, ^4° 1,4418 Получают фторированием в воде или в метаноле натриевой соли 2-нитроэтанола При действии щелочей образует соли. Ацетат 2-фтор-2-нитроэтанола FC(NO2)HCH2OCOCH3, мол масса 151,09, Гкип 60 —6ГС (6 мм рт ст ), 1,4185, d2()
1,3282 Нитрат 2-фтор-2-нитроэтанола FC(NO2)HCH2ONO2, мол. масса 154,05, Ткип 55-56°С (4 мм рт ст ), п2£ 1,4409, d20 1,5701. 2-Фтор-2-нитропропан-1,3-диол HOCH2C(F)(NO2)CH2OH, мол. масса 139,08, Тпл 85 — 86°С Динитрат 2-фтор-2-нитропро-пан-1,3-диола, O2NOCH2C(F)(NO2)CH2ONO2, мол масса 229,07, Тпл 38 —39°С Нацибуллин ФЯ, Орешко ГВ, Еременко ЛТ // Изв АН СССР Сер хим —1971 -С 2344 — 2345, Еременко Л Т , Орешко Г В //Изв АН СССР Сер хим -1969 -С 380-386
Б С Федоров Фуразаны (1,2,5-оксадиазолы) ароматические пятичленные гетероциклы с «активным» атомом кислорода, который связан только с атомами азота и поэтому способен участвовать в окислительных процессах в ходе взрывчатых превращений, отличающиеся высокой термической стабильностью и положительной энтальпией образования, что обеспечивает им существенные преимущества при конструировании высокоэнергетических соединений в сочетании с различными эксплозифорными группировками [NO2, N=N, N(O) =N] (см Нитрофуразаны). Синтезированы макроциклические системы, содержащие различное количество диазено- и диазенокси-дофуразанильных фрагментов (2-8) (структуры типа 1), и
576
Фуроксаны
соединения, в которых фуразановый цикл конденсирован с другими гетероциклами (структура 2) Для соединений 1 разработан общий метод синтеза, основанный на окислительной макроциклизации дИа_ минофуразанов Специфическими свойствами этих соединений являются высокая термическая стабильность (выше 200°С), положительная энтальпия образования (700—1200 ккал/кг) и высокая плотность (до 1,95 г/см3 ) Эти структуры перспективны как компоненты составов различного назначения
Батог Л В , Рожков В Ю , Константинова Л С , Эман В.Е , Декаприлевич М о Стручков Ю Т , Семенов С Е , Лебедев О В , Хмельницкий ЛИ / / Изв. АН Сер' хим - 1996 - С 1250, Pivina Т S , Sukhachev D V , Evtushenko А V , Khmel’ nitsku L I // Propellant, Explosive, Pyrotechnic —1995 —V 20 P 5
И II Махова
Фуроксаны (N-окиси 1,8,5-оксадиазолов,
, 5-ОКСЭ ДИ азо Jl-N-ОКСИ Ды) —соединения, содержащие «активный кислород», а также структурный фрагмент О — N ->О, который можно рассматривать как «встроенную» в фуроксановое кольцо питрогруппу. Ф отличаются, как правило, высокой термической стабильностью и повышенной плотностью 4,6-Динитробензо-фуроксан в виде своих солей, в первую очередь калиевой, используется как ВВ в детонаторах Амипопроизводные динитробензофурок-сана обладают низкой чувствительностью к механическим воздействиям’ 4,6-динитро-7-аминобензофуроксан предложен как малочувствительное ВВ, а 4,6-динитро-5,7-диаминобензофуроксан —мощное ВВ с плотностью 1,91 г/см3
Хмельницкий Л И , Новиков С С , ГодовиковаТ И Химия фуроксанов Строение и синтез — М , 1996, их же Химия фуроксанов Реакции и применение — М , 1996, Spear R J , Norris W Р / / Propellants, Explos , Pyrotech - 1983 - V 35 — P 1
O.A Ракитин
X
Хлорат бария Ва(СЮ3)2 В обычных условиях существует в виде моногидрата, представляющего собой бесцветное кристаллическое вещество моноклинной структуры, имеющее теплоту образования 1037,63 кДж/моль Его обезвоживание происходит при 120 С ХБ нерастворим в спирте, негигроскопичен Его растворимость в воде меньше, чем у хлората натрия, но выше, чем у хлората калия Разложение обезвоженного ХБ начинается при 300 — 310 С и
Хлорат калия 577
сопровождается образованием кислорода, перхлората и хлорида бария и следов хлора и оксида бария. При более высоких температурах продуктами разложения ХБ являются хлорид бария и кислород Дериватографическими исследованиями установлено, что убыль массы ХБ при 146°С и эндотермический пик —при 170°С соответствуют потере кристаллизационной воды При 396 — 404°С наблюдается эндотермический эффект (плавление) и вслед резкий экзотермический пик и интенсивное уменьшение массы, вызванные разложением. Кинетические кривые давление-время описываются уравнением Прау-та—Томпкинса, в диапазоне 380 — 410°С энергия активации составляет 314 кДж/моль. Смеси ХБ с горючими веществами обладают повышенной чувствительностью к удару и тепловому импульсу. Ввиду этого применение ХБ в пиротехнических составах ограничено За рубежом применяется в сигнальных пиротехнических составах, являясь цветопламенным окислителем
Ф П Мадякин
Хлорат калия (бертолетова соль) КС1О3-белое кристаллическое вещество Размер и форма кристаллов ХК зависят от условий кристаллизации Несмотря на экзотермический характер разложения, ХК является химически стойким веществом Сухой ХК окислительным действием не обладает Хлоратные смеси, надежно изолированные от воздействия атмосферной влаги, могут храниться длительное время Во влажной среде ХК может проявлять окислительные свойства В присутствии веществ, способных к окислению, это приводит к выделению тепла и может повлечь за собой взрыв Смеси ХК с горючими веществами при воздействии на них серной кислотой воспламеняются Смеси порошкообразного ХК с металлами взрывоопасны Расплавленный ХК не реагирует со свинцом, медленно реагирует с алюминием и быстро с железом В расплавленном хлорате калия сгорают олово, медь и сурьма При хранении ХК в присутствии солей аммония и влаги образуется взрывоопасный и способный к самовоспламенению хлорат аммония Весьма чувствительны и способны к самовоспламенению хлоратные смеси, содержащие серу, фосфор и их соединения (сульфиды, фосфиды и т д ) ХК токсичен, смертельная доза при попадании внутрь примерно 2 г Он действует на кожу и слизистую оболочку носа, вызывая ее раздражение ХК кристаллизуется без кристаллизационной воды Химически чистый ХК негигроскопичен, его гигроскопичность проявляется лишь при наличии примесей. Заметное разложение химически чистого ХК начинается около температуры его плавления (350 —365°С) Общее
578 Хлордт натрия
уравнение разложения ХК имеет вид КС1О3 -> 2 КС1 + 3 О2 + 89 96 кДж Разложение ускоряется образующимся хлоридом Соединения Fe, Мп, Си, Al, Pb, Si, Со существенно снижают температуру начала и увеличивают скорость разложения ХК Составы на основе ХК отличаются высокой чувствительностью к удару, трению и тепловому воздействию Для снижения чувствительности ХК к внешним воздействиям применяют различные флегматизаторы — вазелин, парафин стеарин, масла, оксид и фторид магния, фторид бария, а при отсутствии в составах порошков металлов —карбонаты, оксалаты и другие вещества ХК широко применяется в капсюльных смесях, смесях для электровоспламенителей, в дымовых, сигнальных, звуковых и др составах, в производстве спичек Известно применение ХК для производства взрывчатых материалов
Шидловскии А А Основы пиротехники М Машиностроение, 1973
Ф П Мадякин
Хлорат натрия NaClO3 —белое кристаллическое вещество При хранении в насыщенной влагой атмосфере кристаллы ХН притягивают влагу и расплываются Гигроскопичность значительно снижается при обработке его кристаллов влагонепроницаемой оболочкой Так, при введении 0,1% парафина гигроскопичность уменьшается в четыре раза При хранении в атмосферных условиях с относительной влажностью 50 — 60% ХН практически полностью отдает свою влагу Растворимость ХН в воде значительно больше, чем хлората калия В 100 г воды при 15°С растворяется 91 г ХН, при 20 — 98,2, при 100 — 204,9 В спирте он малорастворим ХН обладает высокой химической стойкостью Однако смеси на его основе отличаются повышенной чувствительностью к различным воздействиям, а в присутствии влаги способны к самовоспламенению При сохранении герметичности оболочек и высоком качестве исходных веществ храпение смесей, содержащих ХН, особой опасности не представляет Коэффициент термического расширения ХН 0,006 /С1, теплоемкость при нормальной температуре 0,98, вблизи точки плавления 1,22, в жидком состоянии 2,43 Дж/(г • К) Термическое разложение ХН начинается при температуре 350°С, т е значительно выше температуры плавления (255°С), убыль массы при ДТА наблюдается при 430° С В присутствии добавок температура разложения может быть значительно снижена, например, с SiO2 (моль на моль) она снижается до 245, а с МпО2 — до 160°С При разложении ХН выделяется 39,2% О2, и не образуется даже следов С1 и С1О2
ф П Мадякин
Хлораты 579
ХЛОрвТЫ представляют собой соли хлорноватой кислоты Соли, как и сама кислота, хорошо растворимы в воде Термическая устойчивость X щелочных металлов уменьшается в ряду КСЮ3 > RbClO3 > CsClO3 > NaClO3 Последовательность расположения сохраняется и при добавлении 5% катализаторов (МпО2, СоС12’6Н2О) Термическая устойчивость X щелочноземельных металлов возрастает с увеличением ионных радиусов катиона Конечными продуктами разложения X в условиях горения являются хлорид металла и кислорода или же металл, хлор и кислород Основные свойства X , применяемых в пиротехнических составах, приведены в таблице.
Основные характеристики хлоратов
Вещество Содержание о2> % Г"с р . ‘с - ДЯ298°, кДж/ МОЛЬ 5298°. кДж/ моль К Коэффициент Де мидова кХГж/м
NaClO3 КС1О3 Ва(С|О3)2 2400 2320 3180 45,1 39,2 31,5 263 360 414 350430 350-400 300-380 365,39 391,20 760,23 129,70 142,90 237,65 2,22 2,55 3,17 52,38 33,52 117,32
X К, Na и Ва разлагаются с выделением тепла, а составы на их основе чувствительны к внешним воздействиям и способны взрываться В пиротехнической промышленности наибольшее применение находит X калия Использование X натрия ограничено ввиду высокой гигроскопичности, а X бария —из-за повышенной чувствительности смесей па его основе к тепловым и механическим воздействиям.
Ф П Мадякин
Хроматы И бихроматы являются солями хромовой и двухромовой кислот Основные характеристики X и Б приведены в таблице Хроматы Ва и РЬ содержат относительно небольшое количество О2, но образуют при горении только конденсированные вещества и поэтому широко используются в качестве окислителей в безгазовых, воспламенительных и замедлительных составах в сочетании с металлическими горючими Мп, W, Zr, В, сплавом Zr-Ni и т д
Для увеличения стойкости составов на основе хроматов и марганца при длительном хранении частицы последнего покрывают защитной пленкой (обрабатывают раствором бихромата калия или стеариновой кислоты в четыреххлористом углероде). Среднемассовый размер частиц марганца в подобных составах 10—14 мкм, удельная поверхность 0,09 — 0,11 м2 /г, размеры частиц хроматов бария и свинца
Целеуказательное средство
менее 5 мкм. Используются смеси W, ВаСгО4, КС1О4 и диатомита скорость сгорания которых в зависимости от размера частиц вольфрама и его содержания изменяется от 1 до 167 мм/с Смеси на основе сплавов Zr-Ni, кроме основного окислителя — хромата бария, содержат перхлорат калия Хромат бария используется также для изготовления пиротехнических безгазовых составов, для подогрева пищи, генерации азота Он входит в рецептуру высокоазотных газогенераторных пиротехнических составов Бихромат калия применяют в твердых топливах для газогенераторов и ракетных двигателей (вместе с нитратом гуанидина), а также в спичечных составах в качестве катализатора разложения бертолетовой соли. Бихромат аммония используют наряду с хроматом калия в смесевых твердых топливах (главным образом на основе нитрата аммония) для увеличения ско-
рости горения
Основные характеристики хроматов и бихроматов
Вещество Массовая доля о2, % кг/м3 "С Т„Р, "С - д^298°> кДж/ моль ^298°, Дж/(моль К) Ср298°. Дж/(моль К)
ВаСгО4 25,3 4500 1000 более 1000 1368 157,32 -
РЬСгО4 19,8 5950 844 более 844 229 152,72 121,75
К2СГ2О7 38,1 2690 394 500 2033 291,21 219,70
(NH4)2Cr2O7 44,4 2150 — 180-185 1799 — -
Вспомогательные системы ракетно-космической техники / Пер с англ / Под ред И В Тишунина — М Мир, 1970, Шидловскии А А Основы пиротехники М Машиностроение, 1973, Карапетьянц М X , Карапетьянц МЛ Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ — М Химия, 1968
ф П Мадякин
ц
Целеуказательное среДСТВО-средство, снаряженное пиротехническим составом (снаряд, авиабомба и др ), для указания места нахождения объектов противника
ф П Мадякин
ЦИНК —металл темно-серого цвета, имеющий относительно низкую температуру плавления и легко испаряющийся при умеренных
Циолковского формула 581
температурах Упругость паров Ц с повышением температуры резко возрастает Во влажном воздухе ТТ покрывается плотным беловатым или сероватым налетом основной углекислой соли, который предохраняет его от дальнейшего окисления. ТТ растворяется в соляной и серной кислотах Пары Ц. на воздухе сгорают ярким голубовато-белым пламенем, при этом образуется оксид Ц , который в присутствии оксида углерода может снова восстанавливаться до Ц При сгорании Ц. в атмосфере, содержащей сернистый газ, образуется некоторое количество ZnS Ц и оксид Ц легко взаимодействуют с галогенами с образованием хлорида Ц.; используются в металлохлоридных дымовых составах.
Ф.П Мадякин
ЦИОЛКОВСКОГО формула — уравнение, определяющее максимальную скорость полета (Vmax), достигаемую ракетой (ступенью ракеты) в конце активного участка траектории при отсутствии поля тяготения и аэродинамического сопротивления:
vmax =V0 - Wa 1п(ти0 / mK),
где Vo—начальная скорость полета ракеты (ступени); Wa — эффективная скорость истечения; тиц — начальная масса ракеты (ступени); тк — конечная масса ракеты (ступени);
Данная формула, определяющая так называемую «идеальную» скорость, получена впервые К Э Циолковским и носит его имя Так как ти0 = тк + тпт (тпт —масса топлива), то формулу часто используют в виде’
Vmax=V0-Wa 1П(КЦ +1),
где 7<ц = тит / тк —число Циолковского
При Vo =0, Vmax = Wa 1п(/Сц +1) или, учитывая эквивалентность удельного импульса топлива и Wa •
^max = ^уд 1паЦ + 1)
В реальных условиях полета летательного аппарата неизбежны потери скорости из-за наличия земного тяготения, аэродинамического сопротивления, влияния давления окружающей среды на тягу и др Скорость ракеты в конце активного участка траектории с учетом влияния указанных факторов называют конечной (фактической)’
VK =vmax
г
где У, AVt — сумма потерь скорости из-за действия факторов реаль-
ного полета.
582
Цирконий
Алемасов В Е , Дрегалин А Ф , Тишин А П Теория ракетных двигателей - М Машиностроение, 1989 —463 с , Химмотология ракетных и реактивных топлив / ЦОд ред А А Браткова — М Химия, 1987 —302 с
В Ю Мелешко Цирконий при невысоких температурах довольно твердый и устойчивый к коррозии металл Плотность Ц при нормальной температуре 5656 кг/м3. Кристаллическая структура Ц имеет две модификации—а и р. Температура превращения в p-модификацию 863°С Теплота превращения 3,77 кДж/г • атом Плотность Р-модификации Zr равна 6406 кг/м3. Температура плавления Ц. 1845— 1857°С; температура кипения —3580 —3700°С; атомная теплоемкость при температуре 25°С 25,18 кДж/(кг • К), жидкого 33,52 кДж/(кг • К). Теплота сублимации Ц. 607,55 ± 20,9 кДж/г • атом; коэффициент линейного расширения р-модификации 9,7 • 10-6 град-1. Ц в реакциях ведет себя в основном как четырехвалентный элемент В диапазоне температур 200 —900°С окисление Ц в кислороде и сухом воздухе подчиняется параболическому закону При окислении Ц параллельно происходит растворение кислорода в поверхностных слоях металла и образование оксидной пленки. При температурах 900—1000°С оксидная пленка теряет свои защитные свойства, и наблюдается линейный закон окисления.
Продуктом окисления Ц. в парах воды является смесь двуокиси Ц. и гидрида Ц Ц. может поглощать большое количество водорода Ц относится к нелетучим металлам с растворимым окислом, для которых характерна относительная легкость воспламенения. Частицы порошка Ц , его гидрида и нитрида легко воспламеняются, будучи весьма крупными по размеру Горение их, как и горение частиц титана, заканчивается взрывом. Циркониевый порошок, особенно тонкодисперсный, чрезвычайно опасен при хранении и обращении с ним из-за его способности к самовоспламенению Скорость окисления натрий-термического Ц выше, чем кальцийтермического. Порошки натрий-и кальцийтермического ТТ весьма чувствительны к трению, а кальцийтермического — и к удару Порошки Ц , получаемые натрийтер-мическим восстановлением, обладают высокой дисперсностью, размер самых мелких частиц 0,1—0,2 мкм (для кальцийтермического Ц. — 1 -2 мкм). Поверхность частиц натрийтермического Ц. рыхлая, шероховатая, состоит из двуоксида и гидроксида Ц , а поверхность частиц кальцийтермического Ц гладкая, оплавленная, состоит из ZrC>2. Наибольшей скоростью горения обладают смеси натрийтермического Ц с нитратами щелочных металлов Смеси на основе кальцийтермического Ц. и нитратов щелочных металлов, наоборот,
Чувствительность ЭКС
сГорают с минимальной скоростью, а с максимальной скоростью горят смеси кальцийтермического Ц с перхлоратами
Основными недостатками Ц являются высокая чувствительность составов на его основе к механическим воздействиям (трению) н возможность самовоспламенения Составы на основе Ц легко воспламеняются и имеют большую скорость и высокую температуру горения Ц используется для изготовления фотовспышек, капсюлей-детонаторов, фейерверков, в безгазовых, малогазовых и воспламенительных составах
Ф.П Мадякин
ч
Чувствительность ЭКС —это способность их реагировать на внешние воздействия возникновением горения или взрыва; характеризуется минимальной величиной начального импульса, необходимого для возбуждения взрывного превращения.
Основными видами начального импульса являются: тепловой—разогрев, приводящий к воспламенению (зажиганию) или самовоспламенению ЭКС; механический (удар и трение); действие на ЭКС ионов, электронов, ядерных осколков, ультразвука, ударной волны и продуктов взрыва При самовоспламенении горение возникает обычно в массе ЭКС за счет выделения тепла в результате термического разложения, при зажигании —с поверхности, на которую действует внешний поток тепла. При механическом воздействии воспламенение ЭКС обычно происходит в локальных очагах, где температура достигает температуры вспышки Причиной возникновения локальных очагов являются: быстрое сжатие газовых включений в ЭКС, вязкостный нагрев, сухое трение.
Существуют стандартные методы определения Ч., по которым испытывают ЭКС вне зависимости от условий их производства и применения, и модельные методы определения Ч., в которых условия воздействия на ЭКС моделируют реальные технологические процессы их производства и применения с количественной оценкой критических параметров.
Знание Ч. имеет принципиальное значение для организации безопасного производства, хранения, транспортирования и применения ЭКС. * Афанасьев Г Т , Бобылев В К Инициирование взрыва ударом — М • Наука, 1968
Э Г Гусаковская
Шнековэние
585
Ul
Шнекование-механический метод формирования разрывног заряда уплотнением взрывчатого вещества непосредственно в корд ° се боеприпаса при помощи шнек-винта Процесс Ш. осуществляете на шнек-аппарате (шнек-автомате), представляющем собой соедине ние шнекового устройства с гидравлическим (рис 1). По конструкции шнек-аппараты подразделяются на вертикальные и горизонтальные (в зависимости от положения боеприпаса при Ш ). В настоящее время разработано несколько видов автоматизированных шнек-аппаратов. На вертикальных шнек-аппаратах производится снаряжение артиллерийских снарядов среднего и крупного калибра
Рис 1. Принципиальная схема горизонтального шнек-аппарата 1-клапан противодавления, 2-бункер, 3-траверса, 4-корпус изделия, 5-шибер, 6-рычаг, 7-груз, 8-электродвигатель, 9,10-клапаны
240-миллиметровых артиллерийских мин, на горизонтальных — снаряжаются артиллерийские мины калибра 82—120 мм, артиллерийские снаряды калибра до 100 мм
Снаряжение боеприпасов Ш можно условно разделить на две последовательные стадии- заполнение камеры боеприпаса взрывчатым веществом и его уплотнение до заданной плотности. На первой стадии взрывчатое вещество, подаваемое из бункера шнек-аппарата, заполняет весь свободный объем камеры, поднимаясь силой давления вновь поступающих порций ВВ В этот период ВВ в камере уплотняется незначительно По мере заполнения ее в слабо уплотненном ВВ образуется цилиндрический канал, в котором вращается шнек-винт, осуществляя не только транспортирование ВВ, но и частичное его уплотнение. При поступлении новых порций ВВ уплотненный материал, находящийся между дном камеры и пятой шнек-винта, создает давление, превышающее противодавление системы; с этого момента начинается собственно процесс уплотнения и выход шнек-винта из корпуса боеприпаса
Шнек-винт является основным рабочим инструментом процесса Ш и состоит из трех основных частей: установочной, транспортирующей и прессующей
Установочная часть обеспечивает устойчивость и центровку шнек-винта в шнек-аппарате
Транспортирующая часть предназначена для подачи ВВ из бункера шнек-аппарата в камеру корпуса боеприпаса
Прессующая часть выполняет основную работу по уплотнению ВВ и состоит из последних 3 —4-х витков шнека
Конструкция шнек-винта представлена на рис 2 Производительность шнек-аппарата и качество разрывных зарядов зависят от профиля шнек-винта.
При конструировании шнек-винтов учитываются явления и процессы, протекающие при Ш
При Ш между материалом, образующим периферийную часть заряда, и ВВ, находящимся в межвитковом пространстве, поддерживается динамическое равновесие. Чем выше давление в межвитковом пространстве, тем сильнее уплотняется периферийная часть заряда. Степень уплотнения взрывчатого вещества регулируется величиной противодавления, т е давлением, создаваемым гидравлическим устройством шнек-аппарата Заданная величина противодавления обеспечивается натяжением пружины клапана противодавления шнек-аппарата Величина противодавления в процессе Ш остается постоянной. Однако при наполнении боеприпасов, диаметр камеры
>86
Шнекование
Рис 2 Шнек-винт 1-установочная часть, 2-транспортирующая часть, 3-прессующая часть
которых значительно изменяется по высоте, обычно для повышения плотности разрывного заряда на участках с наибольшим диаметром применяют Ш при изменяющемся противодавлении Противодавление регулируется при помощи копира, перемещающегося параллельно с перемещением наполняемого корпуса и изменяющего натяжение пружины клапана противодавления пропорционально изменению диаметра камеры боеприпаса на наполняемом участке ВВ, перемещаясь по каналу шнека, частично уплотняется и распределяется в двух направлениях' в радиальном осуществляется уплотнение периферии, в осевом—заполняется пространство, освобождающееся при передвижении шнек-винта
Наиболее опасным в Ш является образование «пробки»; при этом явлении транспортирование ВВ к последнему рабочему витку шнек-винта прекращается, и ВВ, находящееся в межвитковом пространстве, начинает вращаться вместе со шнеком Образование «пробки» обуславливается тем, что силы трения ВВ о поверхность шнек-винта, обеспечивающие вращательное движение уплотняемого материала, превышают силы трения между ВВ и стенкой корпуса, способствующие его поступательному движению
Причиной образования «пробки» может служить неравномерность подогрева ВВ перед Ш., изношенность и неравномерность вращения и вибрации шнек-винта, неисправность клапана противодавления
Стабильность процесса Ш достигается за счет строгого соблюдения технологических параметров и режимов, совершенствованием шнек-винта.
Шнекование
587
Ш является высокопроизводительным методом снаряжения, позволяющим автоматизировать процесс, сократить длительность цикла, обеспечить безопасность процесса К недостаткам данного метода следует отнести невысокую плотность заряда и неравномерное распределение плотности по диаметру и высоте заряда, невозможность использовать мощные взрывчатые вещества Для повышения эффективности действия шнекованных боеприпасов разработаны новые методы Ш
Пластическое Ш. — разновидность метода Ш , позволяющая формировать разрывной заряд из термопластичных ВВ посредством перевода ВВ в пластическое состояние и истечения его через фильеру под действием давления, создаваемого шнек-винтом При пластическом Ш ВВ из подогреваемого бункера шнек-винтом подается в пла-стификационную камеру, где под действием температуры и давления пластифицируется до вязкотекучего состояния и в виде жгута истекает через фильеру в корпус боеприпаса Метод пластического Ш позволяет формировать заряды из составов типа тротил/алюминий, не содержащих мощных ВВ, но по эффективности близких к ним
Пластическое Ш. осуществляется на установке пластического Ш., включающей в себя шнек-аппарат, шиберное устройство, две тележки, пневмоцилиндр перемещения тележки вне кабины, пневмооборудование и электрооборудование Шнек-аппарат дополнительно оборудован обогреваемым бункером, пластификационной камерой и фильерой (см рис 3)
Вибрационное Ш. Отличительная особенность метода состоит в наложении вибрационного воздействия на вращающийся шнек-винт
За счет вибрации частицы ВВ приобретают большую подвижность, происходит разрушение межчастичных связей и лучшее перемещение частиц в радиальном направлении, что приводит к более равномерному распределению плотности разрывного заряда При вибрационном Ш достигаются предельно-плотная упаковка частиц и снижение сил трения под прессующими витками, происходит меньший разогрев шнек-винта и уплотняемого материала в зоне контакта; осуществляется снижение сопротивляемости частиц формированию заряда Вибрационное Ш позволяет использовать мощные высокочувствительные ВВ на основе гексогена
Комбинированное Ш. позволяет формировать комбинированный заряд, периферийная зона которого состоит из мощного высокочувствительного ВВ (на основе гексогена или октогена), а центральная часть —из тротила Формирование комбинированного заряда осуществляется путем предварительной засыпки в камору
588
боеприпаса мощного ВВ с последующим Ш тротила Комбинированное Ш. осуществляется при наличии вибрационной нагрузки на обогреваемый шнек-винт. Безопасность процесса комбинированного Ш обеспечивается тем, что шнек-винт находится в контакте с мощным В В только в момент нарастания давления Ш
Ультразвуковое Ш. — разновидность метода Ш., особенностью которого является наложение колебаний ультразвуковой частоты на вращающийся шнек-винт В результате воздействия ультразвука на уплотняемое ВВ уменьшается трение, увеличивается плотность, снижается предел текучести и повышается пластичность уплотняемого материала, что приводит к снижению статических усилий на ВВ в процессе Ш. па 25 — 30% Для снаряжения боеприпасов метод ультразвукового Ш. в настоящее время не нашел практического применения из-за сильного разогрева в поверхностном слое ВВ, соизмеримого с амплитудой колебаний
Метод Ш. боеприпасов в нашей стране был разработан в конце 30-х годов и широко внедрен в промышленность в годы Великой Отечественной войны Ш снаряжаются, в основном, осколочно-фугасные артиллерийские снаряды и мины. Для снаряжения Ш используются тротил, аммотолы (80/20, 90/10, 40/60, 50/50), смеси тротила с динитронафталином (ТД-42, ТД-50), шнейдерит, а также смесь тротила с алюминием ТА-80 (для пластического Ш ), мощные взрывчатые вещества на основе гексогена (для вибрационного Ш ) Кунин Н Ф , Юрченко Б Д Шнекование взрывчатых веществ — М , 1957
А.И Салеева
э
Электровоспламенитель -средство воспламенения, состоящее из приспособления для преобразования электрической энергии в тепловую с воспламенительным составом В зависимости от формы преобразования электрической энергии в тепловую Э подразделяются на системы накапливания, искровые, с электропроводящим воспламенительным составом, от конструкции — на малогабаритные и корпусные, мгновенного (не более 10 мс) и замедленного действия (от 15 мс до 10 с)
ГОСТ В20142-82 Средства инициирования и исполнительные механизмы на их основе Термины и определения
Н X Валеев
Электрозажигательная трубка
589
Электрозажигательная трубка-средство воспламенения, состоящее из биметаллической или бумажной трубки с металлическими втулками на концах и малогабаритного электровоспламенителя с жестким каркасом, соединенных между собой обжатием. ЭТ предназначена для воспламенения шнура огнепроводного при проведении взрывных работ в сухих местах, не опасных по газу и пыли. Афонин В Г, Гейман Л М , Комир В М Справочное руководство по взрывным работам в строительстве —Киев Будивельник, 1974 —382 с
Н X Валеев
Эмульгирования аппарат (рис.1)-оборудование для приготовления эмульсии (вода в масле) из водного раствора окислителей и горючего с эмульгатором в заданных соотношениях, которая
Рис 1 Аппарат эмульгирования 1—двигатель, 2 —стойка, 3 —емкость, 4-устройство перемешивания, 5 —кран
Эмульгирования аппарат
используется как основной безопасный компонент для получения водоустойчивого эмульсионного ВВ в горно-рудной промышленности
АЭ (рис 2) представляет собой обогреваемую емкость с входным и выходным патрубками и кольцом с пальцами, разделяющим емкость на верхнюю и нижнюю части, помещенным внутри нее перемешивающим устройством в виде высокооборотной высооскоростной мешалки с диффузором, имеющим сверху и снизу пальцы Нижние пальцы расположены между стенкой емкости и кольцом с вырезами
Водный раствор окислителя с горючим и эмульгатором продавливается мешалкой через вырезы кольца и дробится пальцами диффузора и разделительного кольца Для получения устойчивой эмульсии объем нижней емкости обеспечивает пребывание в нем раствора 5 — 30 секунд. Линейная скорость перемещения пальцев диффузора—до 18 м/с
ний, 2 цилиндр нижний, 3 —кольцо с пальцами, 4 камера с загрузочным патрубком и трубами, 5 —мешалка лопастная, 6 —диффузор с пальцами, 7 —кольцо профильное с вырезом
Этилен N.N’-динитрамин 591
Пат 1790152, SU, С06 В21/00 Установка для получения эмульсионных взрывчатых веществ типа «вода в масле» Заявл 06 02 89, Опубл 19 11 93
Н А Мокеев
Эти лен-N, N’-динит рамин (ЭДНА, гейлект)
NO2NHCH2CH2NHNO2, C2H6N4O4, мол. масса 150,09 —бесцветные блестящие кристаллы ортогональной сингонии, Тпл 176— 178°С, р= 1,75 г/см3 Негигроскопичеп, плохо растворим в холодной воде (0,2 г в 100 г при 18°С), хорошо растворим в горячей воде (16,4 г в 100 г при 95°С), плохо растворим в спиртах, эфире, бензоле; хорошо растворим в ацетоне Разбавленная серная кислота разлагает Э Энтальпия образования - 103,4 кДж/моль (- 24,7 ккал/моль), теплота взрывчатого превращения 5342 кДж/кг (1276 ккал/кг), газообразных продуктов взрыва 39,7 моль/кг, скорость детонации 7570 м/с при р = 1,49г/см3; 7750 м/с при 1,55 г/см3 Фугасность 420 — 447 см3 Чувствительность к удару по стандартной пробе (груз 10 кг, высота 25 см) 75 — 80% Имеет достаточную для практических целей химическую стойкость Коэффициенты в кинетическом уравнении первого порядка при термическом распаде' £ = 30,5 ккал/моль, 1g А = 12,8 Обладает кислотными свойствами и образует ряд солей с металлами и аминами Получают Э нитрованием N-ацетильных производных этилендиамина, а также этиленмочевины смесями азотной и серной кислот или одной азотной кислотой с последующим деацетилированием N-нитрамида в водных растворах аммиака
Орлова Е IO Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. — Л Химия, 1981; Dobrutz В М Properties of Chemical Explosives and Explosives and Explosive Simulants LLNL Explosive Handbook — LLNL University ot California, Livermore, California — (UCRL—52997, Rev 3, 1981), Encyclopedia of Explosives and Related Items. Vol 6 / В T Fedoroff and О E Sheffild — Piccatiny Arsenal Dover, New Jersey, USA - 1974
С П Смирнов
Этилтринитробензол (2,4,6-тринитро-1-этил-бензол, З-этил-1,3,5-тринитробензол) C7H7N3o6, мол масса 241,2, бесцветные игольчатые кристаллы, Тпл 37°С, энтальпия образования - 24,38 ккал/моль Получают нитрованием этилбензола Технический продукт содержит значительное количество динитроэтилбензола и представляет собой маслянистое вещество, не затвердевающее при минус 20°С Э является менее мощным ВВ, чем тротил, и из-за высокой стоимости не находит применения в качестве ВВ Орлова Е Ю Химия и технология бризантных взрывчатых веществ 2-е изд , пере-раб и доп Л Химия, 1973 —688 с , В Т Fedoroff & О Е Sheffield Encyclopedia of explosives and related items. - Dover, N Jersey, USA 1972 —V 6
E В Веселова
592 М-Этил-М 2,2,2-тринитроэтилнитрамин
М-Этил-N-S ,9,9-тринитроэтилнитрамин
CH3CH2N(NO2)CH2C(NO2)3, C4H7N5O8, мол. масса 253,13 — бесцветные кристаллы, Тпл 64°С, р= 1,71 г/см3 Растворим в спиртах, дихлорэтане, хорошо растворим в ацетоне, нерастворим в воде Энтальпия образования -67,8 кДж/моль (- 16,2 ккал/моль), теплота взрывчатого превращения 5297 кДж/кг (126,5 ккал/кг), газообразных продуктов взрыва 39,5 моль/кг, скорость детонации 8120 м/с при р = 1,64 г/см3, фугасность 480 см3 Чувствительность к удару по стандартной пробе (груз 10 кг, высота 25 см) 50 — 60%, чувствительность к трению на копре K-44-III: нижний предел—1750 кг/см2 Обладает достаточной химической стойкостью. Коэффициенты в кинетическом уравнении первого порядка при термическом распаде. Е = 38,6 ккал/моль, 1g А = - 16,45, Тпсл 220°С (задержка 5 с) Летуч-при 50°С за 65 суток в открытом бюксе потеря массы 7,3% Гидролизуется водой: при 50°С за 24 ч 1,91% (по массе). Щелочи разлагают Э. даже в разбавленных растворах. С кислотами (серная, азотная и уксусная) взаимодействует слабо Получают Э конденсацией этила-мина с формальдегидом и нитроформом в воде с последующим нитрованием серноазотными кислотными смесями или азотной кислотой в ацетангидриде. Предложен для применения в качестве компонента смесевых ВВ
Dobrutz В М Properties of Chemical Explosives and Explosives and Explosive Simulants LLNL Explosive Handbook — LLNL University of California, Livermore, California -(UCRL-52997, Rev 3, 1981)
С П. Смирнов
Я
Яновского реакция —цветная реакция, наблюдаемая при взаимодействии ароматических ди- и тринитросоединений с ацетоном в щелочной среде Была открыта в 1886 г Я Яновским Появление интенсивной окраски обусловлено образованием о-комплекса, в котором ароматическое ядро связано ковалентной связью с углеродным атомом метильной группы ацетона Растворы о-комплексов в ацетоне и ряде других органических растворителей обладают существенно различающейся окраской, что объясняется наличием в их спектрах в видимой области двух максимумов поглощения (для тринитросоединений—первый с £ = 505 — 590 нм, второй с Х = 425 —480 нм),
Яновского
593
положение которых внутри указанных интервалов определяется природой заместителя в исходном нитросоединении Высокий коэффициент экстинкции (от 6000 до 18000 на первом максимуме и от 8000 до 37000 —на втором) позволяет с помощью ЯР обнаруживать низкие концентрации ароматических нитросоединений (до 10“моль/л), что было использовано в некоторых методиках индикации В ЯР вступают и другие кетоны (метилэтилкетон, ацетофенон) Иногда к ЯР относят образование о-комплексов ароматических нитросоединений с другими С-нуклеофилами о-Комплексы, получаемые по ЯР, могут использоваться как промежуточные продукты при синтезе ряда полициклических структур.
Гитис С С , Каминскии А.Я а-Комплексы Яновского // Успехи химии — 1978 — Т 47 — Вып И -С 1970 2013
В Л Збарскии
АВТОРЫ СЛОВАРЯ
Абдуллазяпов А Р Абдуллин И А , к т н Аникин О В , к х.н Антонов Ф Ф Ануров С А , д т н. Афанасьев Н А , к.ф -м.н. Ахметов И 3 , д т п Жуков Б П , ак РАН Жуков В Б , к ф -м и Загарских В И , к т н Захаров В В , д т н Збарский В Л , к х н Зейгарник В А , д т н Зенков В Ф
Базарова В Г Бабаков Ю П , д т и Баринов М М Бахман Н Н , д ф -м н. Беликова И В Белобородова О И Беляев П Г , к х н Берковская Е В Бобылев А К , к т и Бритарев В В , д т и Бывалин Ю Г , к т н Злотип С Г , д х н Илюхип В С , к т п Илюшин М А , д х н Ильин В П , к т н Ишенко М А , д х н Казбан Б М , к т п Капель Г И , д ф -м н Карелии В А , к т н Кельдышева Л И , к т и Кениг А А , к т н
Валеев Н X , д т н Венцкевич И Н Веселова Е В Ключников А Н , д т н Клячкин Ю С , чл корр РАН Козак Г Д , к т н Кобленц И А , к т п
Гаврилина Г.П Гаврилова Л.А , к т.н Ганькин Ю А , д х.н Гелашвили Н.В , Д т н. Годовикова Т И , д х н. Голод Е Л , д х п Гончаров В И , д.т н Горбачев В А , д.т.н Горбунов А И , д.т.н. Гороховцев А Г Гусаковская Э Г Гусев С А , к т н Колганов ЕВ , к т.н. Коробков А М , д т н Косточко А В , д т п Котов Л Р Кулакевич Я С , к т н Курилович В Г , к.т.н Куценко Г П , к т и Лапутина Г М Лапшин В Н , к т п Ларионов Б И , д т и Ларюшин В М Леонтьева Л М , к х и
Давыдова Г С Денисюк А П , д т н. Дудин С В , к ф -м н Ликина Г М Липанов А М , чл -корр РАН Литвиненко Т И Лотменцев IO М , Д т и
Евстифеев М Е Енейкина Т А , к х и Енин А С , к х н Ермолаев Б С , к ф -м н. Лукашов В К , к т п Лукин А Н , к ф -м и Лукьянов О А , д х и Ляпин Н М , к х н
Жегров Е Ф , Д т н Железный В Б Жилин В Ф , Д х н Жиров С Г., д.т.н Жузгов С Н , к т н Мадякин Ф П , д т.н Макаров В В , к х и Макеева Л Н Марголин А М , Д ф-м н Мардасов О Ф , к т и
595
Марков П П , к т п Марченко А В , д т н. Махова Н Н , д х и Мацеевич Б В , к т н Мелешко В Ю , к т н Мельникова С Ф , к т н Милехин IO М , к.т.п Михайлов А С , к т и Михайлов Ю М , д х п Михеев П Н Мокеев Н Л Мратхузина Т А , к х н Муравьева А М , к т н
Нефедов О М , ак РАН Нечипоренко Г Н , д х и Нишпал Г А , д т п. Новцов AM , к т п
Овчинников И В , к х п Осавчук А Н , к т н
Певзнер М С , д.х п Петров Е А , к т.п Петропавловский И А , д т н. Печенев Ю Г , к т и Пивкип Н М., д т н Пономарев Б.Л , к т н Попов В С , к т.н Порзов Б В , к т н
Ракитин О А , д х н Розенберг Т И , к х н. Романов А В
Рося Н В
Рудаков Г.Ф
Рудаковский Г В , к т.н Русин Д Л , к т н
Салеева А И
Свиридов Е М , к т н Селезнева Л В
Семенов Л.А
Синдицкий В П , к х н Ситнов А П , ак РАРАН Смирнов А С , к т и Смирнов Г А , к х н Смирнов С П , д х и Смола Е Б , к т п Солдатепко Д С , к х н Соломатин П К
Сосип А Н
Соснин В А , к т.н Староверов А А., дтн Степанов В В , к т н
Страхов Л Г
Струнин В А , д ф -м п Студнев IO Н , д х п Сулимов А Л , д ф -м н Суховерхов В Ф , к х и
Тарабара А В , к т н Тартаковский В Л , ак РАН Тимин К И Тихомирова Н П , к т н Тихонова Н А , к т н Толстов А С , к т н Травов Г А , к т п Трофимов В С
Уткин А В , к ф -м н
Федоров Б С , д х н Фиркин А И , к х.н Фортов В Е , ак РАН Фролов IO В , д ф -м н Фурпэ В В
Хотин В.Г., к т п Хуторецкий В М . к х н
Целинский И В , д х н Цуцуран В И , к т н
Чевиков С А , к т п Чекалина Л К Членов И Е , д х.н Чулков В П , д т п Чуйко С В , д ф -м н
Шалыгин Н К Шамрипа Н А Шарова Л А Шахпес А X , к х п Шевелев С А , д х н Шереметев А Б , к х н Шиманский В А Шимаров В Ф Шитов О П , к х п Шихов В.И , к.т.н Шляпочников В Л , д х н
Эйхенвальд В Н , к т п
Юсуфов М А , к т н
Яковлев В А Яницкий А К , к т н
НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Краткий энциклопедический словарь
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
Издание второе, исправленное
Сдано в набор 20 05 98 Подписано в печать 10 02 2000 Формат 60x88/16
Бумага офсетная № 1 Печать офйгтная Уч-изд л 37,5 Физ п л 37,25
Доп тираж 500 Заказ 444
«Янус-К» Лицензия на издательскую деятельность ЛР 064784 от 02 10 96
Москва, Кооперативная ул д 3 кор 6 в 128 т 252-14 31
Отпечатано в Производственно-издательском комбинате ВИНИТИ 140010, Люберцы, Октябрьский пр-кт, 403 т 554-21^86