ПИРОТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДЕЛИЕ ВЫСОТНОГО ДЕЙСТВИЯ
ALTITUDE-BLAST PYRO

Изобретение относится к пиротехнике, более конкретно к пиротехническим устройствам для иллюминации, увеселительных, зрелищных и сигнальных целей, и может быть использовано для изделий, функционирующих при метании на заданную высоту.
Уровень данной области техники характеризует пиротехническое фейерверочное изделие, функциональные элементы (звездки) которого уложены между внутренней поверхностью сферического корпуса и центральной перфорированной оболочкой из картона, заполненной воспламенительно-разрывным зарядом, описанное в изобретении SU 237042, С06D.
Воспламенительно-разрывной заряд представляет собой пиротехническую смесь следующих компонентов (мас.%): 53-63 калий азотнокислый, 32-38 магниевый порошок и 5-9 криолит.
Недостатком описанного изделия является неудовлетворительные показатели назначения, а именно: искажение формы объемного рисунка формируемого фейерверка из горящих звездок. Это происходит из-за неравномерного дробления корпуса изделия по причине низкой динамики нарастания давления в нем при недостаточном газоприходе от медленно горящего пиротехнического состава воспламенительно-разрывного заряда.
Крупные фрагменты корпуса, образующиеся при разломе полусфер, являются экраном, препятствующим свободному разлету функциональных элементов, при горении которых образуются локальные фейерверки, формирующие общий светящийся рисунок.
При экранировании частично тормозится и сдерживается разлет звездок, при котором искажается заданный рисунок, формируемой светящейся фигуры и снижается зрелищный эффект.
Более совершенным является пиротехническое фейерверочное изделие высотного действия по патенту RU №26116, F42В 4/04, 2002 г., которое по числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога предложенному.
Известное изделие содержит сферический корпус, выполненный из трех-шести пар состыкованных полусфер из склеенных слоев картона, со звездками (функциональными элементами), уложенными изнутри на тканевой оболочке, заполненной воспламенительно-разрывным зарядом.
Каждый стык полусфер развернут относительно стыков примыкающих слоев для создания равнопрочности склеенного корпуса.
Внутри воспламенительно-разрывного заряда помещен пиротехнический замедлитель, связанный с метательным пороховым зарядом, который размещен в радиально примыкающей к сферическому корпусу гильзе, оснащенной электровоспламенителем дистанционного запуска, осуществляемого из трубчатой мортиры, задающей направление полета.
Особенностью известного изделия является выполнение воспламенельно-разрывного заряда в виде смеси дисперсного растительного материала (подсолнечная лузга, полова овса, рисовая шелуха, семена хлопчатника), имеющего рыхлую структуру с низкой гравиметрической плотностью и высокоразвитую поверхность.
Структурные частицы инертного растительного наполнителя покрыты тонким слоем пороха или смеси пиротехнического состава с нитроцеллюлозой.
Использование нитроцеллюлозы в виде раствора в легколетучем растворителе при изготовлении воспламенительно-разрывного заряда, который размещен в тканевой оболочке взамен перфорированной картонной по указанному аналогу, позволяет повысить технологичность менее трудоемкого изготовления изделия.
Чувствительное к тепловому импульсу покрытие на инертном дисперсном носителе определяет высокую скорость воспламенения и динамическое горение в объеме воспламенительно-разрывного заряда, что обеспечивает резкое нарастание давления генерируемых газообразных продуктов внутри корпуса. В результате этого достигается мелкофрагментарное дробление корпуса и метание горящих функциональных элементов на дистанцию, кратно превышающую дистанцию по прототипу и равную во всех направлениях.
При функционировании известного изделия на высоте стрельбы образуется практически шаровая поверхность из локальных фейерверков от автономно горящих функциональных элементов из пиротехнического искрофорсового состава звездок.
Пиротехнический искрофорсовый состав звездок воспламеняется энергией генерируемых газообразных продуктов горения воспламенительно-разрывного заряда до дробления корпуса при максимуме давления в замкнутом его объеме.
Однако недостатком известного технического решения является технологическая сложность изготовления многоэлементного корпуса вручную, что ограничивает промышленное производство серийных изделий.
Кроме того, возможный прорыв газообразных продуктов горения воспламенительно-разрывного заряда через стыки полусфер слоеного корпуса приводит к нерегулируемому его дроблению на крупные конгломераты, которые экранируют разлет функциональных элементов, что в итоге искажает заданный рисунок фейерверка в атмосфере из-за неизбежного локального торможения горящих звездок.
Отсутствие встроенных приспособлений для переноски изделий и, главное, для ориентированного заряжания в протяженную метательную мортиру, создает проблемы в служебном обращении и при пуске изделий по заданной траектории.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование конструкции изделия для повышения его функциональной надежности и удобства эксплуатации.
Требуемый технический результат достигается тем, что известное пиротехническое изделие высотного действия, содержащее корпус из состыкованных полусфер, размещенную внутри корпуса тканевую оболочку, заполненную воспламенительным зарядом из покрытого слоем воспламенительной смесьи сыпучего материала растительного происхождения, функциональные пиротехнические элементы, размещенные между тканевой оболочкой и состыкованными полусферами с распределением по периметру состыкованных полусфер, метательный заряд, размещенный в прикрепленной к нижней полусфере корпуса капсуле и оснащенный электровоспламенителем дистанционного запуска, устройство временного замедления, размещенное внутри воспламенительного заряда и сообщающееся с метательным зарядом выполненным в полусфере отверстием, согласно изобретению содержит несущую оболочку корпуса практически равной толщины, состоящую из дополняющих друг друга по толщине бандажа шириной не менее половины диаметра корпуса изделия и убывающей к краям толщины, выполненного многослойной намоткой вдоль стыка полусфер самоклеящейся ленты с частичным перекрытием рядов по ширине, и сопрягаемого покрытия переменного поперечного сечения, выполненного поверх бандажа многослойной намоткой поперек стыка полусфер самоклеящейся ленты с частичным перекрытием рядов по ширине и примыкающего в полярных зонах к полусферам корпуса с формированием сквозных диаметральных отверстий для устройства временного замедления и петлевой ручки, при этом ширина самоклеящейся ленты составляет 0,097-0,120 диаметра корпуса, а изделие снабжено петлевой ручкой, размещенной в отверстии покрытия и закрепленной на корпусе покрытием, причем сквозные диаметральные отверстия в покрытии для устройства временного замедления и петлевой ручки сформированы путем намотки рядов самоклеящейся ленты под наклоном к продольной оси изделия на угол 12-15°.
Отличительные признаки обеспечили возможность производительного автоматического изготовления несущей оболочки заданной формы посредством намотки липкой ленты. Достигаемая при этом равнопрочность слоеного корпуса обеспечивает одномоментное его дробление на заданные мелкие фрагменты, не препятствующие разлету горящих функциональных элементов для формирования правильной формы и рисунка фейерверка.
Оснащение пиротехнического изделия несущей оболочкой позволяет метать его на заданную высоту срабатывания по назначению, сохранив целостность конструкции, где под действием объемно детонирующего наполнения оболочка дробится на мелкие фрагменты, не препятствуя разлету функциональных пиротехнических элементов.
Выполнение несущей оболочки составной из дополняющих друг друга бандажа и покрытия позволяет создать сферическую конструкцию практически равной толщины по всей поверхности корпуса. При этом получается принципиально новое качество: существенное повышение конструкционной прочности за счет того, что бандаж выполнен многослойной намоткой самоклеящейся ленты вдоль стыка полусфер корпуса, а примыкающее покрытие - поперек.
Бандаж выполняет роль соединительного элемента полусфер и поэтому имеет максимум толщины вдоль их диаметрального стыка.
Сопрягаемое покрытие сформировано многослойной намоткой самоклеящейся ленты поперек стыка полусфер и выполняет функции силового и геометрического замка для бандажа и составного корпуса в целом.
Переменная толщина покрытия, совокупно с бандажом, формирует несущую оболочку корпуса равной толщины, структурированную по составу и функциям. Послойные пересечения рядов ленты в бандаже и покрытии оболочки образуют ячеистую структуру полуготовых элементов дробления корпуса при нагружении изнутри ударной волной детонации наполнения, то есть корпус представляет собой сотовую конструкцию, устойчивую при метании изделия и ориентированно дробящуюся при подрыве изнутри.
Разрушение оболочки происходит по концентраторам напряжений, которые возникают вдоль линий пересечения краев ленты в рядах взаимно перпендикулярной намотки
Форма бандажа (с максимальной толщиной напротив стыка полусфер корпуса при убывании его толщины к краям по ширине, выбранной не менее радиуса сферы) образует арочную конструкцию, работающую как на растяжение, так и на сжатие вдоль линии примыкания при радиальном нагружении корпуса, обеспечивая динамическое равновесие сборной системы и функциональную надежность конструкции.
Формирование непосредственно на сферическом корпусе сопрягаемых бандажа и покрытия последовательной намоткой самоклеящейся ленты создает силовую оболочку равной толщины, воспринимающую давление генерируемых газообразных продуктов горения в виде распределенной нагрузки изнутри.
Таким образом суммарная толщина бандажа и покрытия, дополняя друг друга, равняется толщине покрытия на полюсах (вдоль оси изделия), где покрытие примыкает непосредственно к корпусу, обеспечив тем самым максимальное сопротивление усилиям разделения полусфер по линии их стыковки.
Частичное перекрытие соседних рядов ленты при многослойной взаимно перпендикулярной намотке примыкающих бандажа и покрытия в каждом их слое позволяет получить бесступенчатый заданный профиль несущей оболочки изделия повышенной прочности, практически равной во всех направлениях.
Частичное перекрытие рядов ленты при намотке бандажа и покрытия необходимо для сплошности формируемой оболочки и обеспечения ее несущей прочности. Кроме того, этим создается ячеистая структура с относительно переменной прочностью концентраторов напряжений от внутреннего давления при функционировании, способствующая мелкофракционному дроблению слоистого корпуса, что не оказывает практического влияния на разлет горящих звездок.
Особенностью сборной равнопрочной конструкции несущей оболочки корпуса является то, что при горении воспламенительно-разрывного заряда обеспечивается нарастание давления внутри корпуса до заданного уровня, при котором происходит дробление бандажа и покрытия несущей оболочки.
Если бандаж намотан лентой в направлении стыка полусфер корпуса, то покрытие формируется намоткой ленты в перпендикулярном направлении, что обеспечивает их силовое замыкание и практическую равнопрочность несущей оболочки.
Экспериментально установлено, что при выборе ширины самоклеящейся ленты для автоматического формирования намоткой бандажа и покрытия, равной 0,097-0,120 диаметра корпуса, на практических изделиях диаметром 75, 100, 125, 150 и 195 мм технологически обеспечивается при максимальном усилии натяга отсутствие неровностей и гофров, то есть требуемое качество несущей оболочки.
Оснащение изделия петлевой ручкой, смонтированной через технологическое отверстие в покрытии на корпусе, создает удобство для его переноски и ориентированного заряжания в мортиру запуска.
Наклон ленты при намотке покрытия относительно продольной оси изделия на угол 12-15° обеспечивает автоматическое формирование сквозных диаметральных отверстий, предназначенных для установки устройства временного замедления и крепления петлевой ручки соответственно. Это повышает технологичность конструкции и сокращает трудозатраты на изготовление изделий в серийном производстве.
Угол наклона ленты к продольной оси изделия оптимизирован для формирования при намотке технологических отверстий необходимого диаметра.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача достигается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний формулы. На чертеже изображено предложенное пиротехническое фейерверочное изделие высотного действия.
Изделие по изобретению содержит выполненный из электротехнического картона корпус, собранный из двух состыкованных полусфер 1, 2, которые выполнены из электротехнического картона толщиной 1-1,5 мм.
Внутри корпуса размещена тканевая оболочка 3, заполненная воспламенительно-разрывным зарядом 4, который представляет собой сыпучий инертный материал растительного происхождения, в частности подсолнечная лузга, полова овса, рисовая шелуха, семена хлопчатника, частички которого покрыты тонким слоем воспламенительной смеси из пиротехнического состава с нитроцеллюлозой или пороха.
Толщина воспламенительного слоя составляет 0,4-0,6 мм, что обеспечивает эффективное воспламенение заряда 4.
Соотношение масс структурных составляющих заряда 4 - инертного дисперсного материала и чувствительного к тепловому импульсу покрытия - составляет 0,2-0,7, что гарантированно обеспечивает стабильность баллистических и технологических характеристик воспламенительно-разрывного заряда 4.
В полусфере 2 корпуса изделия выполнено отверстие 5 под устройство 6 временного замедления, которое размещено внутри заряда 4.
Между тканевой оболочкой 3 и полусферами 1, 2 корпуса распределены функциональные элементы 7, так называемые звездки, которые выполнены из пиротехнического искрофорсового состава.
Вдоль стыка полусфер 1, 2 закреплен бандаж 8 шириной не менее половины диаметра корпуса изделия. Бандаж 8 имеет переменную толщину: максимальную в центре, убывающую к краям.
Сверху бандажа 8 смонтировано сопрягаемое покрытие 9, примыкающее в полярных зонах к полусферам 1 и 2 корпуса. Покрытие 9 выполнено переменной толщины таким образом, что размер примыкающих к полусферам 1, 2 корпуса частей равен совокупной толщине бандажа 8 с сопряженной с ним частью покрытия 9. Таким образом, несущая оболочка корпуса, составленная из бандажа 8 и покрытия 9, имеет практически равную толщину.
В покрытии 9, по продольной оси изделия, выполнены сквозное отверстие 10, соосное и соразмерное отверстию 5 полусферы 2 корпуса, и с противной стороны отверстие 11, в котором установлена петлевая ручка 12, концами защемленная покрытием 9 на полусфере 1 корпуса.
В нижней (по чертежу) части изделия, на полусфере 2 корпуса прикреплена капсула 13, несущая метательный пороховой заряд 14, в котором расположен электровоспламенитель 15, оснащенный шнуром 16 для подсоединения к клеммам пускового устройства мортиры (условно не показаны).
Особенностью изделия по настоящему изобретению является то, что бандаж 8 и покрытие 9 выполнены автоматической намоткой самоклеящейся ленты 17 последовательно, соответственно вдоль и поперек стыка полусфер 1 и 2 корпуса.
По периферии снаряжения, включающего помещенный в тканевую оболочку 3 заряд 4 с распределенными по поверхности функциональными элементами 7, состыковывают полусферы 1, 2, формируя корпус изделия.
При этом устройство 6 временного замедления, утопленное в заряд 4, ориентируют относительно отверстия 5 в полусфере 2, а с противной стороны на полусфере 1 приклеивают концы петлевой ручки 12.
Собранный таким образом корпус укрепляют на поворотное приспособление под катушки намотки самоклеящейся ленты 17.
Вначале ленту 17 наматывают вдоль стыка полусфер 1, 2, формируя силовой бандаж 8. Затем намотку ленты 17 переориентируют в перпендикулярном направлении при смещении плоскости ее вращения на угол 12-15° от продольной оси изделия для формирования диаметрально расположенных сквозных отверстий 10 и 11.
Намотку ленты 17 осуществляют внахлест с перекрытием 3-6 мм в зависимости от калибра изделия.
Для намотки используют бумажную ленту шириной 9-19 мм с липким слоем из акрила (скотч).
Установлено, что отношение средней толщины покрытия 9 к средней толщине бандажа 8 не зависит от калибра изделия и составляет 0,60-0,65.
При уменьшении или увеличении толщины формируемой из ленты несущей оболочки корпуса изделия на 20% заметно ухудшается ее дробимость, искажается рисунок и форма фейерверка.
Некоторые данные, характеризующие параметры элементов изделия, приведены в таблице.
Действует предложенное изделие следующим образом.
Изделие за петлевую ручку 12 устанавливают внутри мортиры, к клеммам которой подсоединяют шнур 16.
При нажатии кнопки «Пуск» электрический импульс подается на электровоспламенитель 15, инициирующий пороховой метательный заряд 14.
При динамичном горении заряда 14 генерируются пороховые газы, создающие скачок избыточного давления в мортире, под действием которого изделие выстреливается на заданную высоту (120-450 м в зависимости от калибра).
Тепловой энергией пороховых газов воспламеняется пиротехнический состав устройства 6 замедления, время горения которого рассчитано на достижение изделием заданной высоты полета.
Огневой факел от устройства 6 воспламеняет состав заряда 4, сгорающего с большой скоростью, динамично генерируя при этом газообразные продукты, разрывающие полусферы 1, 2 корпуса и несущую оболочку, состоящую из бандажа 8 и покрытия 9, на мелкодисперсные фрагменты.
При этом распределенные функциональные элементы 7, воспламененные горячими газообразными продуктами горения воспламенительно-разрывного заряда 4, свободно разлетаются в атмосфере, формируя фейерверочный рисунок правильной формы.
Например, радиус разлета звездок 7 для изделия калибром 125 мм составляет 60-70 м.
Испытания опытной партии изделий по изобретению показали высокую надежность действия и устойчиво создаваемый требуемый фейерверочный эффект, более высокие, чем у штатных изделий, что позволяет рекомендовать Заказчику промышленное их производство.
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 не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления пиротехнических фейерверочных изделий высотного действия можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.