ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЛАКА И ТУМАН
PYROTECHNICAL AEROSOL-FORMING COMPOSITION FOR PRODUCING IMPACT ON CLOUDS AND FOG

Изобретение относится к области активного воздействия на гидрометеорологические процессы, в частности, для рассеяния тумана и облаков посредством генерирования адсорбирующего аэрозоля при горении пиротехнического заряда, включающего соли активных галогеннидов.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав для воздействия на переохлажденные облака и туман, описанный в патенте RU 2175185 C1, A01G 15/00, С06В 29/08, С06D 3/00, 2001 г., содержащий (мас.%):
48-58 перхлорат аммония в качестве окислителя,
13-17 фенолформальдегидную смолу в качестве органического горючего,
9-11 дициандиамид - регулятор скорости горения, пламегаситель,
7-9 йодистое серебро и 11-13 йодистый калий - льдообразующие реагенты,
1-3 технологическая добавка (графит, аэросил, индустриальное масло).
Указанный аэрозолеобразующий состав предназначен для активного воздействия на переохлажденные облака и туман для их рассеяния, предотвращения градобитий и вызывания осадков с помощью льдообразующих ядер, полученных при сгорании пиротехнического состава.
Функционирование этого состава характеризуется высокими порогом льдообразующего действия и выходом активных ядер кристаллизации при температуре от -6° до -10°С.
Недостатком описанного пиротехнического состава является низкая скорость горения 0,7-1,2 мм/с при давлении в генераторе с аэрозолеобразующим зарядом 1,0-1,2 атм. При повышении рабочего давления в генераторе с целью повышения скорости горения заряда более 7 атм происходит аномальное объемное его горение и разрушение.
Отмеченный недостаток устранен в более совершенном пиротехническом аэрозолеобразующем составе для воздействия на переохлажденные облака и туман по патенту RU 2357404 С2, А01G 15/00, С06D 3/00, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический аэрозолеобразующий состав содержит следующие компоненты в соотношении (мас.%):
перхлорат аммония
48-58
фенолформальдегидная смола
9-13
порошок алюминиево-магниевого сплава
2,5-4
йодид серебра
8-11
йодид аммония
12-17
тиокол
7-9
эпоксидная смола
0,6-0,9
Металлическое горючее (порошок ПАМ) повышает калорийность состава и стабильность горения заряда, пластифицированного тиоколом и эпоксидной смолой - дополнительным органическим горючим.
Известный технологичный состав при горении генерирует аэрозоль, оказывающий льдообразующее действие на переохлажденные облака (при температуре минус 6-10°С), и стабильно сгорает при повышенных давлении в генераторе (до 60 атм), что расширяет возможность его практического применения в противоградовых и вызывающих осадки метеорологических средствах.
Недостатком известного состава является его узкая целевая направленность действия - только для воздействия на переохлажденные облака и туман, что ограничивает технологические возможности и область применения.
Кроме того, активные металлы горючего порошка ПАМ при горении химически вытесняют атом йода из молекулы функционального галогенида - реагента, образующего распределенные активные центры дисперсной фазы генерируемого аэрозоля, что заметно снижает эффективность основного действия состава по назначению.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности универсального пиротехнического аэрозолеобразующего состава, при горении образующего функциональный аэрозоль, применяемый для конденсационного и льдообразующего действия, то есть пригодного для эффективного воздействия как на теплые облака и туман, так и на переохлажденные облака.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический аэрозолеобразующий состав для воздействия на облака и туман, содержащий перхлорат аммония, фенолформальдегидную смолу, органический пластификатор, галогенид, образующий распределенные центры дисперсной фазы, льдообразующий йодид серебра и графит в качестве технологической добавки, отличается тем, что он дополнительно содержит окислитель йодат калия, служащий поставщиком йодида калия, и йодид меди, а в качестве органического пластификатора использован уротропин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
перхлорат аммония
19-22
йодат калия
35-44
фенолформальдегидная смола
12-15
йодид серебра
10-6
йодид меди
6-4
уротропин
13-9
графит
2-3
Отличительные признаки предложенного технического решения повысили эффективность действия целевого пиротехнического аэрозолеобразующего состава по назначению за счет генерирования при горении дополнительной дисперсной фазы, служащей в качестве активных центров конденсации влаги теплых и переохлажденных облаков и тумана, обеспечив универсальность метеорологического воздействия в широком диапазоне температур при высоком пороге льдообразования и выходе активных ядер кристаллизации.
Дополнительный галогенид - йодид меди служит активатором льдообразования, так как при взаимодействии с йодидом серебра при относительно высокой температуре (до минус 2°С) он образует структуру, очень близкую к структуре льда, что способствует активной кристаллизации капель в облаках и выпадению осадков.
Введение в пиротехнический состав окислителя - йодата калия обеспечивает при его горении (в результате термохимического разложения) генерирование гигроскопического реагента (KJ), необходимого для кристаллизации влаги.
При этом йодид калия легко возгоняется и образует распределенные активные центры конденсации влаги, что повышает эффективность основного действия на теплые и переохлажденные облака, в которых конденсируется влага с последующей ее кристаллизацией в лед при отрицательных температурах.
Использование органического пластификатора в виде уротропина определено улучшением технологичности состава за счет отверждающего действия на фенолформальдегидную смолу, что в результате цементирует предложенный состав в структуре прессованного из него заряда.
Уротропин повышает газопроницаемость пиротехнического заряда, что способствует улучшению условий выноса в аэрозоль йодидов серебра и меди, сопровождающегося образованием дополнительного функционального реагента - йодида калия.
Реагент йодид серебра является лучшим веществом для кристаллизации водяного пара и облачных частиц переохлажденного облака.
Перхлорат аммония как окислитель обеспечивает стабильно необходимую скорость горения пиротехнического состава, генерируя газообразные продукты дисперсионной фазы аэрозоля - азот, хлористый водород и водяной пар.
В предложенном составе используется графит пиротехнический, чистый без примесей, для равномерного смешивания компонентов и улучшения прессуемости из него функциональных зарядов.
Следовательно, каждый признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной 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.
Количественный состав по изобретению рассчитан по математической модели планирования эксперимента и проверен испытаниями опытных зарядов из предложенного пиротехнического состава в оптимизированных диапазонах массового содержания компонентов, которые обеспечили функциональную надежность и максимальную эффективность действия по назначению.
Совместное использование смеси кислородсодержащих окислителей:
перхлората аммония и йодата калия обеспечило стабильное горение пиротехнического состава с заданной скоростью при дополнительном сопутствующем новом качестве - генерировании гигроскопичного реагента - йодида калия, галогенида, образующего распределенные центры дисперсной фазы функционального аэрозоля.
При содержании в пиротехническом составе перхлората аммония меньше 19 мас.% происходит уменьшение количества газообразной фазы в качестве транспортирующего средства функциональных галогенидов и неполное сгорание компонентов состава, в результате чего снижается эффективность основного метеорологического действия на облака и туман.
При содержании в пиротехническом составе перхлората аммония больше 22 мас.% возникает пламенное горение, при котором резко снижается выход в дисперсную фазу аэрозоля функциональных галогенидов.
Диапазон массового содержания йодата калия 35-44% является оптимальным для максимального выхода в аэрозоль йодида калия, образующего распределенные центры дисперсной фазы, адсорбирующие атмосферную влагу.
При содержании в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы меньше 12 мас.% возникают технологические трудности при перемешивании компонентов и, как следствие, не достигается равномерность их распределения в смеси.
При содержании в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы более 15 мас.% заметно увеличивается технологическое время выдержки перед прессованием зарядов, прочность которых не обеспечивает механической целостности при выстреле.
При содержании в пиротехническом составе йодида серебра меньше 6 мас.% снижается льдообразующая активность состава.
При содержании в пиротехническом составе йодида серебра больше 10 мас.% эффективность льдообразования заметно не повышается, а стоимость состава увеличивается.
Йодид меди в диапазоне содержания 4-6 мас.% эффективно активизирует льдообразование основного функционального реагента - AgJ.
При содержании в пиротехническом составе уротропина меньше 9 мас.% недостаточно отверждается фенолформальдегидная смола - органическое горючее связующее, что определяет рыхлость прессованных зарядов, механически непрочных.
При содержании в пиротехническом составе уротропина больше 13 мас.% он является балластом, так как превышает необходимый объем для отверждения фенолформальдегидной смолы и цементации зарядов, газопроницаемость которых снижается.
Графит пиротехнический содержимся в оптимальном диапазоне 2-3 мас.%, который обеспечивает технологичность пиротехнического состава по равномерному перемешиванию компонентов и снижению усилий прессования зарядов.
Изготовление состава по изобретению производится простым перемешиванием по принятой в пиротехническом производстве технологии на действующих смесителях.
Опытные образцы для испытаний составов приготавливались из компонентов, которые содержались на границах и внутри выбранных доверительных диапазонов и за их пределами (см. Таблицу).
Таблица
Количественное соотношение компонентов в составах
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
1
2
3
4
5
Перхлорат аммония
17
19
20
22
24
Йодат калия
46
44
40
35
37
Фенолформальдегидная смола
17
15
13
12
10
Йодид серебра
5
6
8
10
12
Йодид меди
3
4
5
6
4
Уротропин
8
9
11
13
9
Графит
4
3
3
2
4
Составы 2-4 характеризуются заметным повышением основных технических характеристик и функциональности по назначению сравнительно с известными аналогами уровня техники.
При горении состава 1 происходит недостаточно активное льдообразование при неполном сгорании компонентов и нестабильной скорости горения заряда из-за рыхлой структуры, характеризующейся плохой газопроницаемостью, что снижает выход газоаэрозольной фазы.
При этом резко увеличивается технологическое время приготовления состава из-за продолжительной сушки.
Состав 5 непригоден для практического применения из-за пламенного горения, результатом которого явилось заметное снижение дисперсной фазы в функциональном аэрозоле.
Состав имеет неравномерное распределение компонентов и плохо прессуется в заряды, которые имеют неудовлетворительную прочность при выстреле, разваливаясь на фрагменты, чем снижается эффективность целевого воздействия на облака и туман.
Проведенные испытания приготовленных опытных составов в климатической установке по моделированию гидрометеорологической атмосферы подтвердили количественное повышение эффективности льдообразования и расширение области использования универсального состава (компоненты которого находятся в пределах оптимизированных диапазонов) как для каплеобразования в теплых облаках и тумане, так и для льдообразования в переохлажденных облаках.
Сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по атмосферным технологиям, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности серийного изготовления пиротехнических зарядов для активного воздействия на облака и туман на действующем производстве можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.