Патент №2528851
Авторы изобретения: М. С. Резников, А. И. Сидоров, М. В. Луценко, О. В. Локшин, А. Ш. Мингазов, В. Л. Гинзбург, Е. В. Гуреева

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЧЕРНОГО ДЫМА

Изобретение относится к средствам для получения дымовых завес, а более конкретно, для получения дымового облака черного цвета в результате реакции нескольких твердых веществ в форме порошковой смеси, при горении спрессованного заряда.

Уровень данной области техники характеризует (см. А.А. Шидловский, Основы пиротехники , М., «Машиностроение», 1973 г., с. 248) пиротехнический состав черного дыма на основе металлохлоридной смеси гекахлорэтана с порошком магния, который в качестве органического горючего связующего предпочтительно содержит антрацен технический, при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Эта смесь горит со скоростью порядка 4 мм/с и дает густой черный дым, но имеет высокую чувствительность к удару, что ограничивает использование в серийном производстве и зарядов в служебном обращении.

Кроме того, этот металлохлоридный состав нетехнологичен из-за пыления при смешивании компонентов и плохо прессуется в заряды без дополнительного связующего, что взрывонебезопасно.

Более совершенным является пиротехнический состав черного дыма, описанный в патенте RU 2350589 C1, C06D 3/00, C06B 33/00, 2007 г., который по числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный состав включает окислитель - гексахлорэтан, металлическое горючее - высокодисперсный (удельная поверхность частиц 1500-3000 см²/г) порошок магния и дымообразующий антрацен каменноугольный сырой с содержанием антраценового масла 1-3 мас.%, а также пластифицирующую добавку - фторкаучук, формирующий дополнительную дисперсную фазу более высокой счетной и массовой концентрации в генерируемом аэрозоле за счет образования соединений с магнием: MgCl₂ и MgF₂.

Это расширяет диапазон маскировки дымового облака в широком диапазоне от видимой области спектра (0,4-0,7 мкм) до инфракрасных лучей (5,5 мкм), генерируемый функциональный аэрозоль которого служит экраном для защищаемых объектов, противодействующим электронным средствам обнаружения и наведения на цель.

Выбор антрацена каменноугольного сырого, содержащего антраценовое масло, определен тем, что пиротехнический состав приобретает пластичность, исключая пыление, который прессуется относительно низким удельным усилием (300-400 кгс/см²).

Заряд из известного пиротехнического состава при горении формирует дымовую завесу с хорошей кроющей способностью и минимальной светопроницаемостью, которая достаточно устойчива на воздухе и не ядовита.

Однако недостатком известного пиротехнического дымообразующего состава является низкая скорость генерирования функционального аэрозоля, которое происходит в режиме дымокурения (скорость горения 0,5-0,6 мм/см2), и серый цвет генерируемого облака из-за выгорания сажи, образующейся при термодеструкции антрацена, которое не может служить в качестве визуальной имитации взрывов боеприпасов.

Кроме того, антрацен каменноугольный с содержанием антраценового масла в диапазоне 1-3 мас.% полностью не исключает пыление при смешивании компонентов и не обеспечивает требуемой для прессования зарядов пластичности, поэтому в пиротехнический состав дополнительно введен пластификатор - фторкаучук, который сообщает генерируемому аэрозольному облаку целевые свойства.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение показателей назначения дымообразующего состава, динамичное горение которого сопровождается звуковым эффектом разрыва артиллерийского заряда, для использования при натурных киносъемках боевых действий.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав черного дыма на основе металлохлоридной смеси, включающий органическое горючее связующее - антрацен каменноугольный сырой, согласно изобретению, содержит в качестве окислителя хлорат калия, а в качестве металлического горючего - порошок алюминиево-магниевого сплава, при отношении его к антрацену каменноугольному сырому с содержанием антраценового масла в диапазоне 2-5 мас.%, от 1:0,4 до 1:0,3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили повышение эффективности дымообразования при создании дополнительного звукового эффекта при горении состава, что позволяет использовать новую композицию в зарядах для имитации подрыва артиллерийских боеприпасов: снарядов, мин, гранат при натурных съемках кинопроизводства.

В процессе динамичного горения пиротехнического состава по изобретению, с высокой скоростью и большой температурой продуктов горения, образуется скачок уплотнения, фронт которого сопровождается характерным хлопком и резким свистом, создавая звуковой эффект в момент формирования облака радикально черного дыма, что характерно для бризантного действия разрывных зарядов.

В предложенной композиции порошок алюминиево-магниевого сплава служит основным дымообразователем, так как при горении состава образуется облако высокодисперсных частиц из оксидов MgO и Al₂O₃, на которых оседает образующаяся при горении антрацена сажа, окрашивая формируемое аэрозольное облако в черный цвет.

Использование порошка алюминиево-магниевого сплава в качестве металлического горючего термической основы состава обеспечивает выделение большого количества теплоты и его горение с относительно высокой скоростью при повышенной температуре, в результате чего за счет пиролиза происходит полное взаимодействие хлората калия с антраценом и металлическим горючим.

В структуре антрацена каменноугольного сырого присутствует примесь антраценового масла с повышенным содержанием (2-5 мас.%) антраценового масла, которое выполняет в процессе приготовления пиротехнического состава смешиванием компонентов функции связующего, а при последующем прессовании зарядов роль технологической смазки, что делает предложенный состав технологически самодостаточным, исключающим пыление при смешивании компонентов и, обеспечивая пластичное прессование зарядов.

Долевое соотношение порошка алюминиево-магниевого порошка и антрацена каменноугольного сырого 1:(0,4-0,3) выбрано экспериментально для обеспечения необходимых показателей назначения состава.

При соотношении указанных компонентов горючего (порошка алюминиево-магниевого сплава к антрацену) меньше 1:0,4 в генерируемом дымовом облаке при горении состава недостаточно черноты, преобладает серый цвет, а при соотношении больше 1:0,3 происходит флегматизация термической основы состава, в результате чего не создается эффект имитации взрыва боеприпаса, так как отсутствует звуковое сопровождение при дымообразовании.

Практическое содержание антрацена каменноугольного сырого, который при горении служит дымообразователем, оптимизировано в предложенном пиротехническом составе в диапазоне 11-13 мас.%.

При содержании в пиротехническом составе черного дыма хлората калия меньше 50 мас.% возникает дефицит кислорода для полной деструкции антрацена, часть которого не горит, а возгоняется, при этом падает активность генерирования аэрозоля, снижается скорость горения, не обеспечивая мгновенного образования облака черного дыма, приобретающего сероватый оттенок.

При содержании в пиротехническом составе черного дыма хлората калия больше 54 мас.% нет улучшения показателей назначения спрессованного из него заряда, так как снижается насыщенность черного цвета из-за более полного сгорания антрацена без образования свободных частиц сажи.

При содержании в дымовом составе порошка алюминиево-магниевого сплава меньше 35 мас.% снижается быстродействие по формированию облака черного дыма, характерное для взрыва артиллерийского боеприпаса, что не решает задачи его имитации при натурных киносъемках.

При содержании в дымовом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 37 мас.% образуется избыточная температура горения заряда, при которой выгорают сажевые частицы и не достигается требуемый черный цвет облака, с преобладающей сероватой окраской, что неприемлемо по условиям назначения.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике , показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности серийного изготовления на действующем производстве пиротехнических дымообразующих зарядов для имитации очагов пожаров, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Количественное соотношение компонентов предложенного пиротехнического состава, при горении практически мгновенно формирующего облако черного цвета, было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по достижению показателей назначения при экспериментальном опробовании опытных образцов пиротехнических зарядов.

Для оптимизации количественного соотношения компонентов пиротехнического состава по изобретению были приготовлены композиции для испытаний, которые включали структурные элементы в пределах предложенного диапазона, в его середине и за границами оптимизированных значений минимального и максимального необходимого количества их массового содержания.

Предложенный состав приготавливается по принятой в пиротехнике технологии смешивания в штатном смесителе, куда помещают все порошковые компоненты и проводят смешивание в течение 10-15 минут, после чего смесь выгружают и направляют на прессование зарядов.

Натурные испытания опытных образцов зарядов полностью подтвердили достижение показателей назначения и пригодность использования в качестве имитатора подрыва артиллерийских боеприпасов при киносъемках.