Пиротехника. Общие понятия - Пиротехнический энергодатчик
Пиротехника. Общие понятия
Пиротехника относится к сфере науки и техники, которая занимается разработкой и одновременно производством многочисленных пиротехнических смесей и средств, а также исследованием разных процессов горения и эффективности действий. Под определением пиротехнических средств подразумевается устройство, предназначенное для беспрепятственного получения требуемого эффекта, гарантирующего горение составов.
Инертный состав – специализированная механическая смесь из соответствующих измельченных твердых либо в сочетании с жидкими компонентами. Главная особенность заключается в отсутствие повышенного уровня воспламенения от воздействия различных кратковременных механических и тепловых импульсов. Используется часто в качестве уникального предохранительного слоя, а также для инертного снаряжения не только боеприпасов, но и макетов изделий. Нередко применимо во время отработки технологического оборудования.
Пиротехнический элемент – это тело с имеющейся определенной геометрической формой из специализированного состава, находящегося в оболочке и без таковой.
Специализированные пиротехнические шашки подразумевают под собой уникальный в своем роде пиротехнический элемент, который находится в разработанной оболочке. В большинстве случаев используется для бесперебойного снаряжения многочисленных средств.
Пиротехнические факелы предусматривают под собой соответствующую пиротехническую шашку из специализированного осветительного П.с. и средства сигнального огня.
Под термином "пиротехнические таблетки" принято подразумевать соответствующий специализированный элемент без имеющейся выраженной оболочки. Главное предназначение заключается в последующем несложном прессовании из него качественных шашек, а также используется в качестве отдельного самостоятельно компонента для организации П.с.
Пиротехнический патрон (пиропатрон) представляют собой специализированное устройство, в котором с помощью разработанной гильзы одновременно объединяются:
- пиротехнические компоненты;
- специализированный метательный заряд;
- профессиональное средство инициирования.
Реактивные патроны предусматривают устройство, включающее в себя пусковую трубку, а также высококачественный корпус с пиротехническими компонентами и реактивного двигателя.
Компоненты пиротехнического состава – выступают в качестве составной частью П.с. При этом важно понимать, что пиротехнический окислитель выступает в качестве вещества, способного служить для эффективного окисления горючего и дополнительных присадок непосредственно во время горения.
Пиротехнические инфракрасные излучатели
Специализированный инфракрасный луч не способен заметить человек лучше, чем обычный свет, пронзающий дождь, снег или туман. Благодаря техническим свойствам широко применяется во время разработки многочисленных видов пиротехнических инфракрасных излучателей. В большинстве случаев эксплуатируются в разных трассирующих средствах, к примеру, предназначенных для непрерывного контроля полета артиллерийских снарядов, ракет и прочих объектов, включая автоматизированное управление.
ПИКИ нередко используются специалистами для создания ложных целей и всевозможных тепловых ловушек. Главное преимущество заключается в возможности отвести прямой удар ракеты от самолета, кораблей и других военных и обычных объектов. В качестве излучателей выступают соответствующие продукты сгорания П.С. либо специализированные материалы, отличающиеся способностью нагреваться во время сгорания.
Конструктивные особенности ПИКИ, предназначенных для эффективной системы слежения за интересующей целью, предусматривают использование качественной металлической оболочки, в которую предварительно запрессовывается пиротехнический состав. В результате инфракрасный излучатель подлежит воспламенению с помощью встроенного электрозапала либо разработанных пороховых газов. В последнем случае применяется радиально отверстие в установленном двигателе.
В мире повышенной популярностью пользуются ПИКИ, которые способны моделировать черное тело. В таком случае используется для нагревания специализированных графитовых стенок соответствующий П.С. термитного типа, к примеру, с высоким содержанием алюминия, окиси железа либо бора в сочетании с связующим компонентом.
Для организации максимальной защиты самолетов и прочих летательных аппаратов от поражения управляющими ракетами, специалисты применяют ЛТЦ модели МК английского производителя. При этом ЛТЦ включает в себя гильзы со встроенным электрическим капсюлем-воспламенителем, шашку и качественный предохранитель.
Используемая пиротехническая шашка отличается наличием узкого продольного выступа. При этом поверхность покрывается специальными воспламенительными компонентами. Устанавливается в алюминиевую оболочку с последующим соединением механического предохранительного узла. Под высоким давлением шашка с устройством блокирования способна делать выбросы со скоростью до 30 м/с.
Пиротехнические составы для киносъемок
В процессе киносъемок широко используются эффекты световые, дымовые, звуковые и т.д., получаемые при срабатывании пиротехнических средств. Составы цветных огней для этих целей отличаются от сигнальных и фейерверочных тем, что многие из них содержат серу, а некоторые и хлорат бария (зеленого огня) или хлорат калия и соли меди (синего огня). Составы, содержащие хлораты и серу, обладают высокой чувствительностью к удару и трению и весьма опасны в обращении. Используются также составы и без серы, например, малодымный состав оранжево-красного огня. Для создания вспышек используются составы, включающие, %: КСЮд 60, А1 порошок 40, а для создания вспышек, сопровождающихся искрением - смеси дымного ружейного пороха с чугунными стружками в соотношении 6:4. Для имитации электрических искр применяется смесь нитрат калия уголь (1:1) с добавкой стальных опилок, облаков - смесь нитрата калия со сплавом АМ (3:7), разрывов снарядов - составы, содержащие, %: 1) хлорат калия 46, нафталин 38, тиомочевину 16, крахмальный клейстер (10%-ный) 15 (св. 100%); 2) хлорат калия 50, тиомочевину 22, антрацен 28. Широко используются составы, образующие дым белого цвета.
Пиросоставы, используемые при разливке стали
Для уменьшения усадки и предотвращения образования раковин при разливке стали в изложницы засыпают пиросостав, содержащий, %: ферросилиций 70, алюминий 10, нитрат натрия 20. Данный состав сгорает очень интенсивно, в результате чего иногда наблюдается выброс металла из изложницы. При сифонной разливке шарикоподшипниковых, хромистых, нержавеющих, немагнитных и конструкционных сталей применяется экзосмесь, Пакеты со смесью (4,5 кг на тонну стали) закладываются за 20-30 мин до начала разливки; через 7-10 с после открытия стопора смесь воспламеняется и сгорает в течение 10-15 с, выделяя белый дым. Применение пиротехнических составов при разливке стали значительно улучшает качество поверхности и микроструктуру получаемых отливок.
Пиротехнические составы для замедлителей
Составы должны иметь малую зависимость скорости горения от внешних условий. Такими свойствами обладают малогазовые и безгазовые составы. Наиболее часто для этих целей используется состав СЦ-1, содержащий, %: свинцовый сурик 76, цирконий 24, коллоксилин 2 (в виде лака св. 100%). За рубежом в качестве замедлителей используются в основном три типа составов - на основе марганца, вольфрама и сплавов Zr-Ni. Скорость сгорания составов при содержании 27% W равна 6 мм/с и повышается с увеличением содержания вольфрама в смеси. Чем больше Zr в сплаве, тем выше скорость сгорания смеси.
Пиросоставы для научных исследований
Для изучения верхних слоев атмосферы применяются пиротехнические составы, создающие светящиеся облака из паров натрия, стронция, бария или лития. Впервые для этих целей использовали железоалюминиевый термит, содержащий гранулированный натрий (диаметр 3-6 мм). Состав готовится из 3 мас.ч. термита и 1 мас.ч. гранулированного натрия, а затем прессуется в металлический контейнер. При горении термита натрий испаряется и создает светящееся облако. Для получения паров стронция и бария используются смеси: Sr(NO3)^+6Mg; Ba(NO3)2+6Mg; 3CuO+5Ba. В последнюю добавляют небольшое количество связующего (силиконы, коллодий). При ее горении образуется медь, оксид и пары бария.
Пиросоставы для разогрева твердоэлектролитных ячеек
Твердоэлектролитные ячейки представляют собой пластины из Ni и Mg, а также твердого электролита на основе эвтектической смеси KCI-LiCl, которые полностью законсервированы. Они начинают работать только после расплавления электролита. Для плавления электролита используются пиротехнические составы, выделяющие при сгорании минимальное количество газообразных продуктов. В США для этих целей разработан пиротехнический состав на основе порошкообразных циркония и хромата бария.
Пиросоставы для получения конденсированных веществ
Реакции горения широко используются для получения безуглеродистых металлов (Ti, V, Cr, Мп, Со, Ni, Zr, Mo, W и др.), сплавов металлов (ферросилиция, ферромарганца) и тугоплавких бинарных соединений (боридов, карбидов, нитридов). Металлы и их сплавы получают обычно при сгорании термитных составов, содержащих оксид металла и алюминий. Для облегчения воспламенения и сгорания в них добавляют небольшое количество активного окислителя (оксиды хрома, бихроматы, пероксиды бария и свинца, хлорат калия и др.), сильного восстановителя (кальций, магний, силикокальций и др.) или смесь перед сжиганием подогревают. Бориды и карбиды получаются обычно методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). В качестве компонентов таких смесей используются порошкообразные металлы, бор и углерод. Таким образом синтезируют TiC, ZrC, NiC, TiB, MoB, VB и другие бинарные вещества. Для получения нитридов можно применять смеси порошкообразных металлов с азидом натрия (калия).
Пиротехнические составы для «подкачки» лазеров
Генераторы с пиротехническим возбуждением имеют самое высокое отношение величины выходной энергии излучения к массе. Для их снаряжения используется смесь, содержащая, %: Zr43, КСЮ4 57. Спектральная кривая излучения этой смеси представляет собой континуум, близкий к спектральной кривой АЧТ с цветовой температурой 4800-5200 К, на который наложены узкие линии излучения и резонансного поглощения элементов, входящих в компоненты состава. С использованием этой смеси разработано 29 квантовых генераторов, излучающих в диапазоне длин волн от 1,037 до 2,6 мкм. Пиротехнические лампы возбуждения - это кварцевые колбы диаметром 10-20 и длиной 50-170 мм. Внутри колб на траверсах установлены пластинки из спрессованной пиротехнической смеси, внутри которой по всей длине впрессована тонкая нихромовая проволока - запал. Установлено, что наибольшую световую отдачу имеют лампы с пластинками массой 50 мг.
Пиросоставы для получения чистых газов
При горении пиротехнических составов можно получать газообразные продукты, которые используются для различных технических целей. Преимуществом этого способа являются простота, высокая надежность, образование значительного объема газа с единицы массы пиротехнического состава. Наиболее часто таким образом получают чистый кислород для космонавтов, альпинистов, подводников и т.д. Окислителями и носителями кислорода обычно являются хлораты калия и натрия или перхлорат лития. В качестве горючего используются порошки железа или марганца, а добавки, уменьшающей образование свободного хлора, - пероксид бария. Для получения водорода обычно используется смесь порошкообразного кремния с гидроксидами натрия и кальция, которая называется гидрогенитом; при ее сгорании образуются конденсированные продукты NaiSiOj и СаО, остающиеся на месте сгорания, и газообразный водород (250 мл/г). При горении смеси, содержащей, %: (СНзО)п 56 и Mg 44, образуется 418 млНг/г. Расчеты показывают, что значительно большее количество водорода с грамма состава получается при сгорании смесей ТШг-уротропин и ТШз-полиизобутилен. Азот можно получить в результате сгорания смеси, содержащей NaNCh и NH4CI, однако при этом кроме N2 получаются парообразная вода и примеси оксидов азота. Более чистый азот образуется при сгорании смесей азида натрия с оксидами или галогенсодержащими веществами. Для уменьшения загрязнения азота, образующегося при горении смесей азид натрия-оксид, в них вводят избыток последнего или добавляют оксид, не вступающий в реакцию горения.
Пиротехнические составы для подогрева пищи и розжига костра
Для подогрева пищи (консервов, супа, воды и т.д.) используют "безгазовые" составы с относительно невысокой температурой сгорания. Английская фирма "Heinz Kidney" разработала консервную банку с пиропатроном. Масса пиросостава 50 г, а банки с содержимым - 500 г. Через 3-5 мин после сгорания состава содержимое банки нагревается до 50-60°С.
1 — крышка; 2 - асбестовая вата; 3 - решетка; 4 - запал; 5 - пиросостав; 6 - асбестовая прокладка; 7 - оболочка термопатрона; 8 - корпус
Для разжигания костров ЛНПО "Союз" разработало средство "Прометей" на основе компонентов, входящих в состав порохов: нитроцеллюлозы, динитротолуола, централита, дибутилфталата, индустриального масла. "Прометей" обеспечивает разжигание костра в любую погоду. Для этих же целей можно применять утилизируемые трубчатые пороха с закрытым с одного торца каналом. Однако использование порохов всегда связано с опасностью и несанкционированным воспламенением. В КГТУ (КХТИ) были разработаны малогазовые составы на основе жидкого натриевого стекла и магния. Составы легко воспламеняются от бытовой спички, обладают хорошими технологическими свойствами и позволяют готовить из них средства для разжигания костров и подогрева пищи. Весьма эффективен для этих целей туристический набор "Огонек", состоящий из термитных шашек (60-70% по массе), скрепленных смесью из жидкого стекла, магния, загустителя и отвердителя (остальное). Температура сгорания шашек 1800-2000°С, а цементирующего состава значительно ниже, что исключает перегрев при подготовке пищи.
1 - термитная шашка; 2 - цементирующий состав
Пиротехнический энергодатчик
Разновидность пиротехнического средства, принцип действия которого заложен в применении рабочих усилий газа и тепла, формирующихся в процессе горения состава в замкнутых объемах. К ним принято относить специализированные резаки, пироболты и прочее.