ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ СОСТАВ
PYROTECHNIC ILLUMINATING CHARGE

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к осветительным составам, включающим нитраты щелочных и щелочноземельных металлов и металлическое горючее.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический осветительный состав, описанный в учебнике Шидловского А.А. Основы пиротехники, М., Машиностроение, 1973, с.149, состав №14, который по числу совпадающих признаков и технической сущности выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический осветительный состав содержит (мас.%):
нитрата бария (окислитель)
48
магниевого порошка (металлическое горючее)
45
связующее
7
Этот пиротехнический состав является классическим трехкомпонентным осветительным составом, содержащим известные доступные компоненты.
Заряды из известного состава используются для освещения местности и объектов в видимом оптическом диапазоне.
Недостатком известного пиротехнического состава является его нетехнологичность в серийном производстве из-за высокого усилия формования зарядов, при этом спектр излучения продуктов горения смещен в сторону инфракрасного, что снижает световое излучение в видимом диапазоне спектра.
Кроме того, неудовлетворительная конструкционная прочность ограничивает использование известного состава в артиллерийских боеприпасах по основному назначению.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности действия в качестве снаряжения осветительных артиллерийских боеприпасов.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический осветительный состав, включающий нитрат натрия, магниевый порошок и связующее, согласно изобретению содержит в качестве связующего смесь гипса или криолита с канифолью сосновой и дополнительно технологическую добавку - масло индустриальное, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитрат натрия
44-50
магниевый порошок
37-40
гипс или криолит
9-10
канифоль сосновая
3-4
масло индустриальное
1-2
Отличительные признаки предложенного технического решения позволяют технологично проводить приготовление пиротехнической композиции, пригодной для формования с минимальными усилиями прессования снаряжения артиллерийских боеприпасов, характеризующегося повышенной конструкционной прочностью, выдерживающего импульсную нагрузку выстрела.
При этом пиротехнические заряды имеют повышенную излучающую способность в видимом диапазоне, что необходимо для осветительного действия при горении.
Снижение массовой доли магниевого порошка в предложенной композиции способствует полному использованию металлического горючего и всех компонентов в оптимизированном их соотношении.
При горении предложенного пиротехнического состава магниевый порошок окисляется до MgO, который равномерно распределяется в объеме газообразных продуктов горения, где излучает в видимом диапазоне.
Генерируемые при горении пиротехнического состава раскаленные аэрозолеобразующие частицы излучают в видимой области спектра, преимущественно длиной волны 0,3-0,6 мкм.
При содержании в пиротехническом составе магниевого порошка в количестве меньше 37 мас.% яркость излучения неудовлетворительна из-за снижения температуры горения.
При содержании в пиротехническом составе магниевого порошка в количестве больше 40 мас.% снижается доля активно излучающих компонентов требуемой дисперсности в продуктах горения.
При содержании в пиротехническом составе нитрата натрия в количестве меньше 44 мас.% не обеспечиваются спектральные характеристики пламени.
Содержание в пиротехническом составе нитрата натрия в количестве больше 50 мас.% является балластным.
4
2
2
При горении пиротехнического состава гипс (CaSO·2HO), разлагаясь, образует CaO, который излучает в видимом диапазоне, и транспортирующий газ SO, который выносит генерируемую при горении дисперсную фазу в зону функционального светового излучения.
3
6
3
Криолит (NaAlF) в процессе горения состава генерирует высокодисперсные светящиеся частицы NaF, AlF дисперсной фазы, излучающие в видимом оптическом диапазоне.
Комплексное связующее - смесь гипса или криолита с канифолью сосновой - обеспечивает равномерное распределение компонентов состава при смешивании для формования функциональных зарядов при низких давлениях и дополнительное газовыделение при горении.
Эти два связующих во взаимосвязи способствуют более полному переводу компонентов горения в аэродисперсное состояние.
Содержание больше 10 мас.% в комплексном связующем пиротехнического состава гипса нетехнологично из-за быстрого схватывания композиции, что затрудняет ее объемное дозирование и формование в заряды, а криолита - тормозит горение состава и генерирование излучающих частиц дисперсной фазы аэрозоля.
При содержании в пиротехническом составе гипса или криолита меньше 9 мас.% не достигаются требуемые прочностные характеристики отформованных зарядов, выдерживающих ударные нагрузки при артиллерийском выстреле.
При содержании в пиротехническом составе канифоли сосновой меньше 5 мас.% и масла индустриального меньше 1 мас.% снижается технологичность композиции из-за неудовлетворительной дозируемости, неравномерности распределения компонентов при перемешивании и плохой прессуемости в заряды.
Содержание в пиротехническом составе канифоли сосновой больше 4 мас.% и масла индустриального больше 2 мас.% является избыточным, потому что не дает заметного улучшения технологических свойств.
Оптимизированный диапазон массового содержания в пиротехническом составе канифоли сосновой с маслом индустриальным исключает экссудацию жидкой составляющей при формировании зарядов и в служебном обращении с боеприпасами.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения требуемого технического результата, неприсущего 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 промышленного серийного изготовления дымообразующего состава можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.
Количественное соотношение компонентов предложенного осветительного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по результатам опытной проверки снаряжения артиллерийских боеприпасов и функционирования по назначению (см. Таблицу).
Таблица
Характерные составы испытанных зарядов.
Компоненты
содержание компонентов (мас.%) в составах
1
2
3
4
5
нитрат натрия
42
44
47
50
54
магниевый порошок
42
40
38
37
36
гипс/криолит
11
10
10
9
8
канифоль сосновая
2
4
3
3
1
масло индустриальное
3
2
2
1
1
Испытания опытных образцов из приготовленных составов показали, что снаряжение из составов 2-4, компоненты которых содержатся в пределах выбранных диапазонов, технологически пригодно для прессования непосредственно в корпус боеприпасов, а при выстреле гарантированно обеспечивается воспламенение основного заряда и зажигательное действие горючих веществ и материалов на месте подрыва снаряда продуктами горения снаряжения, что повышает эффективность действия боеприпасов.
Состав 1 характеризуется низкой пластичностью, сопровождающейся экссудацией масла при уплотнении, плохой объемной дозируемостью, что нетехнологично для серийного производства.
При горении зарядов из этой композиции снижается излучающая способность из-за снижения количества светящихся частиц в аэродисперсном образовании, спектр излучения которого смещается к зеленому тону.
Состав 5 плохо прессуется в заряды, которые имеют неудовлетворительные несущие характеристики при ударной нагрузке, нестабильно горит из-за неравномерного распределения компонентов, яркость излучения низкая по причине неудовлетворительного выноса раскаленных твердых частиц.
Предложенный дымообразующий состав приготавливается по принятой в пиротехнической технологии простого смешивания компонентов в действующем промышленном смесителе, для чего в смеситель засыпают порошковые компоненты мерными долями (мас.%): 47±3 нитрата натрия, 38,5±0,5 магниевого порошка и 9,5±0,5 гипса или криолита, после чего в течение 5-7 минут их смешивают.
2
Затем в смеситель добавляют 3,5±0,5 канифоли сосновой и 1,5±0,5 масла индустриального и смешивают в течение 10 минут для равномерного распределения компонентов в объеме приготовленной пластичной массы, которую направляют на формование функциональных зарядов непосредственно в корпус боеприпаса уплотнением с усилием 300-400 кгс/мм.
Положительные результаты испытаний опытных образцов осветительных зарядов из пиротехнического состава по изобретению позволяют рекомендовать его промышленное производство для поставки заказчикам.