ФАКЕЛ ДЛЯ ОСВЕТИТЕЛЬНОГО БОЕПРИПАСА

Предложенная полезная модель относится к пиротехническим средствам, а более конкретно, к конструкции факела для авиационной осветительной бомбы, может быть использована для осветительных мин и ракет.
Уровень данной области техники характеризует конструкция осветительной авиабомбы САБ-3М с пиротехническим факелом, описанная в книге А.А.Шидловский, Основы пиротехники, М., «Машиностроение» 1973 г., с.132-133, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Факел этой авиабомбы выполнен в форме стальной или бумажной оболочки, в которую запрессован функциональный осветительный состав с воспламенительной подпрессовкой, примыкающей к средству его инициирования.
Оболочка факела укреплена на поперечной перемычке, к которой прикреплен корпус отсека, где уложен парашют.
Факел смонтирован в корпусе авиабомбы с возможностью относительного продольного перемещения под действием генерируемых пороховых газов вышибного заряда, установленного в головном торце факела соосно устройству дистанционного инициирования, закрепленного в корпусе боеприпаса и связанного с пусковым механизмом летательного аппарата.
Донная часть корпуса боеприпаса, оснащенная аэродинамическими лопастями, закрыта съемной крышкой.
Описанная осветительная бомба монтируется в замке бомбодержателя или специальной кассете летательного аппарата.
При сбрасывании бомбы сигнал с пускового устройства включает устройство дистанционного инициирования, которое срабатывает через установленное время замедления, в течение которого продольное ориентирование падающей бомбы осуществляется посредством донных аэродинамических лопастей, которые смещают центр давления за центр масс боеприпаса.
При срабатывании устройства дистанционного инициирования тепловым импульсом инициируется вышибной заряд, при горении которого генерируются пороховые газы и поджигается воспламенительный состав на торце факела.
Давлением пороховых газов вышибается съемная крышка с донной части корпуса и факел совместно с парашютом выталкиваются в атмосферу.
Одновременно с этим от воспламенительного состава инициируется горение основного осветительного заряда, пламя которого служит для подсветки театра военных действий, целей противника или для ослепления его средств наведения и управления огнем.
Описанный факел может использоваться и для учебных целей в тренировке при стрельбе зенитной артиллерии.
Пиротехнический состав основного осветительного заряда факела (см. там же с.149) содержит (мас.%): термическую смесь из 50 окислителя - нитрата натрия и 30 магниевого порошка, в которой диспергированы две добавки по 10 каждая, оксалат натрия (спектральный излучатель) и монтанвоск (технологическая).
Недостатками описанной конструкции факела являются следующие.
Нерациональное использование функционального, осветительного заряда факела при его динамичном сгорании с поверхности, так как обтекающие потоки газообразных продуктов горения его пиротехнического состава практически мгновенно сжигают бумажную оболочку, или раскаляют металлическую оболочку, и воспламеняют всю поверхность заряда непосредственно или конвективно.
Факел, заряд которого выполнен из качественно и количесственно не оптимизированного пиротехнического состава, характеризуется невысокой силой света, дает ограниченный диапазон излучения пламени при неполном сгорании композиции, что заметно снижает эффективность боевого применения по назначению.
Вынужденно высокое содержание в пиротехническом составе технологической добавки затрудняет автоматическое мерное его дозирование и формование функционального заряда без дополнительной межоперационной обработки, что увеличивает потребительскую стоимость изделия в целом.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение функциональной надежности и эффективности действия по назначению конструктивно усовершенствованного факела для осветительного боеприпаса.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном факеле для осветительного боеприпаса, оснащенном парашютом и содержащем установленное в цилиндрической оболочке и примыкающее с головного торца к устройству дистанционного инициирования функциональное пиротехническое снаряжение, включающее в качестве окислителя нитрат натрия, металлическое горючее - порошок магния, спектральный излучатель и технологическую добавку, по предложению авторов, бумажная оболочка покрыта бронесоставом на полимерной основе, армированным, как минимум, двумя слоями стеклоткани, сверху которого нанесена огнестойкая глазурь из жидкого стекла с наполнителем в массовом соотношении как 3:1, образуя композитный монолит, причем огнестойкая глазурь композитного покрытия оболочки выполнена из последовательных слоев, включающих в качестве наполнителя графит и асбест соответственно, а функциональное пиротехническое снаряжение в качестве спектрального излучателя содержит гипс и стеарат кальция и в качестве технологической добавки - канифоль, растворенную в индустриальном масле, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитрат натрия
46-51
магний порошок
34-38
гипс
5-11
стеарат кальция
2-5
канифоль
2-4
масло индустриальное
0,5-1,5.
Отличительные признаки обеспечили повышение эффективности основного действия осветительного факела по назначению, в частности, обеспечив более продолжительное стабильное торцевое горение функционального заряда, при формировании более яркого пламени.
Выполнение оболочки из бумаги в предложенной конструкции факела является предпочтительным, потому что обеспечивает беспрепятственное продвижение фронта торцевого горения заряда, совокупно с линейным расходом композитного покрытия, при синхронном последовательном его оплавлении.
Оснащение бумажной оболочки наружной прослойкой из бронесостава, во-первых, сообщает необходимые прочностные характеристики факелу как конструкционному автономному элементу хранения и сборки, а во-вторых, предохраняет функциональный заряд снаружи от термического конвективного воздействия генерируемых газообразных продуктов горения пиротехнического состава.
Выполнение бронесостава на полимерной основе обеспечивает ему клеящую способность за счет высокой адгезии как с функциональным зарядом, так и со сродственным по химическим и физическим свойствам покрытием из глазури.
Армирование бронесостава, как минимум, двумя слоями стеклоленты направлено на повышение несущей прочности оболочки и поперечной жесткости покрытия.
Коаксиально размещенные в бронесоставе слои стеклоткани формируют своеобразный силовой пантограф, который работает при поперечном нагружении в режиме взаимно компенсирующих знакопеременных деформаций сжатия-растяжения, что предотвращает механические разрушения изделия.
Покрытие из огнестойкой глазури на основе жидкого стекла формирует зеркальную поверхность факела, предохраняющую от передачи тепла внутрь, к пиротехническому его заряду.
Выполнение покрытия из жидкого натриевого стекла имеет технологическое предпочтение, как промышленно отработанный доступный процесс.
Наполнитель слоя глазури из графита, примыкающего к бумажной оболочке факела, характеризуется повышенной огнеупорностью, но имеет недостаточную прочность из-за склонности к охрупчиванию под нагрузкой.
Для повышения прочности покрытия в целом используется наружная прослойка, включающая термостойкий асбест, что обеспечивает покрытию необходимую прочность на растяжение.
Массовой соотношение в глазури компонентов жидкое стекло:наполнитель как 3:1 выбрано экспериментально по оптимальному комплексу функциональных и служебных качеств.
В целом предложенное композитное покрытие бумажной оболочки факела обеспечило стабильный термодинамический режим торцевого горения пиротехнического снаряжения, полностью изолировав его от внешнего влияния обтекающих факел по наружной поверхности горячих газообразных продуктов горения заряда.
При этом время горения осветительного факела заметно увеличилось, превысив установленную тактико-техническими требованиями продолжительность свечения, что обеспечивает повышение эффективности применения боеприпасов.
Для стабильности торцевого горения пиротехнического состава в заданном объеме факела предложено оптимизированное массовое соотношение окислитель - металлическое горючее в термической смеси.
По сравнению с известным техническим решением, снижение массы нитрата натрия, при увеличении доли порошка магния, обеспечило повышение силы света продуктов горения, то есть эффективности действия изделия.
Относительно увеличенная масса функциональной добавки обеспечивает устойчивое излучение пламенем в необходимом спектре длины волны в течение всего времени горения заряда.
Снижение в пиротехническом составе доли технологической добавки до приемлемой при изготовлении заряда позволяет улучшить технологичность и повысить различимость пламени факела на большей дистанции удаления, то есть повысить функциональность изделия.
При содержании в пиротехническом составе заряда нитрата натрия меньше 46 мас.% и/или порошка магния больше 38 мас.% не обеспечивается полнота окисления и требуемая скорость его горения.
При содержании в составе нитрата натрия больше 51 мас.% и/или порошка магния меньше 34 мас.% снижается эффективность свечения продуктов сгорания.
Оптимальное массовое сочетание в составе функциональных добавок в диапазоне 7-16% обеспечивает заданное свечение пламени, так как при температуре горения состава гипс и стеарат кальция разлагаются, в результате чего раскаленные частицы кальция служат спектральными излучателями, распределенными в объеме распространения пламени.
Кроме того, функциональные добавки служат регулятором скорости горения, поглощая теплоту реакций.
Содержание в пиротехническом составе гипса менее 5 мас.%, а стеарата кальция менее 2 мас.% является недостаточным для создания яркого свечения пламени.
При содержании в составе гипса более 11 мас.% и стеарата кальция больше 5 мас.% снижается скорость его горения ниже требуемой для функционирования факела по назначению.
Технологическую добавку канифоли массой 2-4% в состав вводят в виде раствора в масле индустриальном в количестве 0,5-1,5 мас.%.
Канифоль в составе выполняет роль цементатора готовой смеси и является дополнительным органическим горючим, что повышает энергию во фронте горения заряда.
При содержании в составе канифоли меньше 2 мас.%, растворенной в масле индустриальном меньше 0,5 мас.%, не обеспечивается равномерность перемешивания компонентов и, следовательно, затрудняется формование заряда, горение которого происходит нестабильно.
При содержании в составе канифоли больше 4 мас.%, растворенной в масле индустриальном более 1,5 мас.%, происходит экссудация последнего при прессовании заряда, что служит причиной недостаточной прочности и функциональности пиротехнического заряда осветительного факела.
Оптимизированный качественно и количественно предложенный пиротехнический состав осветительного заряда факела является технологичным в изготовлении из принятых в отрасли материалов и обеспечивает повышение эффективности основного действия по длительности и яркости свечения пламени за счет автоматической организации расчетного термодинамического режима торцевого горения заряда.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность предложенной полезной модели поясняется чертежом, который носит чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы. На чертеже схематично изображены:
на фиг.1 - общий вид осветительной авиабомбы;
на фиг.2 - вид I на фиг.1, композитное покрытие оболочки факела.
В бумажной оболочке 1 факела через клеящую обмазку 2 (фиг.2) укреплен заряд 3 осветительного пиротехнического состава.
Факел по наружной цилиндрической поверхности зафиксирован бандажами 4 (фиг.1), которые служат для центрирования боеприпаса в направляющих кассеты летательного аппарата.
В головном торце факела смонтировано дистанционное инициирующее устройство 5, соосно воспламенительной шашке 6, смонтированной в центральном поднутрении торца заряда 3.
По наружной цилиндрической поверхности оболочки 1 факела сформировано термостойкое композитное покрытие (фиг.2).
К бумажной оболочке 1 снаружи прикреплена коаксиальная прослойка 7 из бронесостава на полимерной основе, которая армирована минимум двумя обечайками 8 из стеклоленты марки Э2 или Э3, ГОСТ 19907-83 шириной 200 мм, образуя монолитное единство жесткой связи структурных элементов после выдержки в течение 72 часов.
На поверхности прослойки 7 выполнено покрытие глазури из жидкого натриевого стекла, ГОСТ 13078-81 с наполнителем: слой 9 жидкого стекла имеет наполнитель - графит кристаллический литейный по ГОСТ 5279-74, а слой 10 жидкого стекла имеет наполнитель - асбест хризотиловый, ГОСТ 12871-93.
Компоненты в каждом слое 9 и 10 глазури использованы в следующем соотношении (мас.%): 75 жидкое стекло и 25 наполнитель (графит и асбест соответственно).
Послойный расход бронесостава составляет 0,17 и 0,45 кг соответственно.
Выдержка в нормальных условиях после нанесения слоя 9 с графитом в течение 1-2 часов, а слоя 10 с асбестом в течение 8-10 часов.
Оболочка 1 факела (фиг.1) механически связана по заднему торцу с корпусом 11 боеприпаса, оснащенным продольными лопастями 12 для базирования в направляющих кассеты летательного аппарата. Внутри корпуса 11 уложен парашют 12 системы ЛББ-378, «МВЕН», г.Казань.
Заряд 3 массой 15 кг изготавливали в смесителе в следующей последовательности технологических операций.
Порошок магниевый марки МПФ-2 по ГОСТ 6001-79 в количестве 34 мас.% обрабатывали раствором канифоли сосновой массой 4%, в форме 50%-го спиртового лака по ГОСТ 19113-84, в индустриальном масле марки И-12А, ГОСТ 20799-88 (1 мас.%) в течение 5 минут, что обеспечивает снижение активности магния до технологически безопасного.
Затем в смеситель последовательно засыпали мерные навески компонентов (мас.%): 46 натрия азотнокислого технического по ГОСТ 828-77, 10 гипса строительного по ГОСТ 125-79 и 5 стеарата кальция (ТУ6-22-058001-65-722-93), перемешивая в течение 5 минут.
Приготовленный состав гранулировали на грануляторе ПВГ-1 через сито 1,25-2,0 мм.
2
2
3
Прессование заряда факела в бумажную оболочку 1, внутренняя поверхность которой предварительно покрыта клеящим составом с вязкостью 90 с и адгезией к оболочке 1 - 5,3 кгс/см, проводили на прессе П-964 в специальном приспособлении с удельным давлением 55 кгс/см, обеспечив плотность заряда 3 не менее 1,8 г/см.
В центральном поднутрении нижнего торца заряда 3 под штатное инициирующее устройство 5 укрепляют воспламенительшую шашку 6, чувствительную к тепловому импульсу.
Бронесостав (термостойкий теплозащитный) для прослойки 7 использовали на основе каучука по OCT В84-1954-81, включающего эпоксидно-анилиновую смолу и отвердитель марки МФБА.
Низкомолекулярный каучук ПДИ-3А марки Б представляет собой полиуретан с концевыми эпоксидными группами, содержащий диглицилуретан от 3 до 6 мас.%.
Смола эпоксидная марки ЭА представляет собой продукт конденсации анилина и эпихаоргидрина в щелочной среде.
Отвердитель марки МФБА представляет собой продукт взаимодействия метафенилендиамина и бутилакрилата в присутствии катализатора - адипиновой кислоты.
5
2
Предел прочности бронесостава при растяжении составляет 10×10 кгс/см, он выдерживает кратковременный нагрев до 180°С.
Функционирует факел следующим образом. При запуске факел, ориентируясь бандажами 4 и продольными направляющими 12 внутри кассеты на летательном аппарате, гравитационно выводится в атмосферу.
Одновременно сигналом с пускового устройства летательного аппарата взводится устройство 5 дистанционного воспламенения и механически посредством фала выдергивается парашют 13 из корпуса 11.
Через установленное время задержки тепловым импульсом от сработавшего устройства 5 воспламеняется пиротехнический состав заряда 3, в результате чего осуществляется его торцевой горение.
Генерируемые газообразные продукты горения в пламени равномерно распространяются вдоль поверхности факела, создавая сноп яркого свечения.
3
Время горения описанного факела предложенной конструкции составляет 7,5 минут, создавая свечение с силой света 1550-1600×10 кд., что превышает установленный ТТУ нормативы.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по пиротехническим средствам, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления факела для осветительного боеприпаса, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
По успешным результатам стендовых испытаний опытных образцов факелов предложенной конструкции принято решение о подготовке партии авиабомб на летные испытания в условиях полигона.