ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫЕ ОБЛАКА И ТУМАНЫ
PYROTECHNIC COMPOSITION FOR ACTIVE EFFECT ON SUPERCOOLED CLOUDS AND FOGS

Изобретение относится к пиротехническим составам, предназначенным для активного воздействия на переохлажденные облака и туманы с целью их рассеяния, предотвращения градобитий и вызывания осадков из облаков посредством введения в переохлажденную облачную среду льдообразующих ядер, полученных при сгорании пиротехнического состава. Известны пиротехнические составы, предназначенные для воздействия на облака, которые содержат окислитель, горючее, льдообразующий реагент и технологические добавки. Например, это патенты RU 2357404, RU 2525179, RU 2510748, RU 2674579, RU 2692313, (США, патент №3630950, A01G 15/00, №3677841, С06В 15/02; Англия, патент №1110768, C10G 5/00; Франция, патент №1460540, A01G 15/00).
В качестве окислителя в известных составах применяют хлораты, перхлораты и нитраты щелочных или щелочноземельных металлов, а также аммония. В качестве горючего - органические смолы, азотсодержащие органические соединения, металлы. В качестве льдообразующего реагента используются соединения серебра (йодид, йодат, перйодат, твердые растворы йодистой меди в йодистом серебре) в сочетании с йодидами, йодатами или перйодатами щелочных металлов и аммония. В качестве технологических добавок, а также для получения более оптимального спектра размеров аэрозольных частиц используются порошки высококипящих соединений: оксид кремния, оксид алюминия, оксид титана, оксид железа, оксид молибдена и так далее. В качестве технологических добавок, обеспечивающих технологичность изготовления и переработки пиротехнических составов, используются различные масла, графит и другие химические вещества.
Известные составы при горении генерируют аэрозоль, попадание которого в переохлажденное облако приводит к нарушению его термодинамического равновесия и способствует выпадению осадков с различной степенью эффективности или изменению режима образования града.
Наиболее близкими техническими решениями к предлагаемому можно отнести пиротехнические аэрозолеобразующие составы, предназначенные для активного воздействия на облака, описание которых представлено в патентах: США, патент №3630950, A01G 15/00, №3677841, С06В 15/02; Англия, патент №1110768, C10G 5/00; Франция, патент №1460540, A01G 15/00). В данных рецептурах одновременно с активными льдообразующими компонентами используются соединения, имеющие температуру кипения большую, чем температура горения пиротехнического состава от 1800 до 2300°С. В процессе горения пиротехнического состава частицы высококипящих окислов проходят зону пламени или без изменений или практически без изменений (таблица 1).
В результате в низкотемпературной зоне факела пламени конденсация низкокипящих соединений льдообразующей композиции происходит не гомогенно, а на поверхности частиц, образованных высококипящими соединениями (таблица 2).
Таким образом, в предлагаемых решениях удается получить более стабильное распределение частиц по размерам, менее зависящее от скорости движения генератора и локальных условий среды, в которой находится генератор, а также получать более крупные частицы, обладающие большей льдообразующей активностью [1] при одновременном сокращении расхода йодистого серебра.
Однако, поскольку исходные частицы окислов высококипящих соединений не изменяют своего размера при прохождении высокотемпературной зоны пламени, а исходные размеры частиц находятся в микрометровом диапазоне размеров, образованные льдообразующие частицы имеют избыточно большие размеры. Так, согласно исследованиям [1], в области температур от минус 5°С до минус 10°С оптимальным размером частиц является диапазон от 200 до 50 нм, при этом частицы микрометрового диапазона оказываются явно избыточными по размеру и их присутствие в значительной степени уменьшает выход активных частиц с грамма реагента.
Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности средств активного воздействия посредством более точного контролирования размера льдообразующих частиц в соответствии с наиболее оптимальным диапазоном размеров, свойственным данной температурной зоне.
Для достижения заявленной цели в известный пиротехнический состав для воздействия на облака, содержащий окислитель, горючее, льдообразующие соединения, технологические добавки, в качестве соединений, образующих аэрозоль, устойчивый в высокотемпературной зоне пламени, вносятся высокомолекулярные кремнийорганические соединения со степенью полимеризации, позволяющей получать аэрозольные частицы требуемого диапазона размеров. Компоненты пиротехнического состава находятся в следующем соотношении, весовые части:
Технический результат в предлагаемом техническом решении достигается за счет того, что включенное в пиротехнический состав кремнийорганическое соединение с определенной степенью полимеризации в процессе горения пиросостава, вследствие значительной энергии связи -Si-O-Si-, образует аэрозоль с размерами частиц, кратными исходной длине полимерной цепочки. Таким образом, имеется возможность контролировать образующийся спектр размеров аэрозоля высококипящего соединения и, как следствие - размеры и эффективность результирующего льдообразующего аэрозоля. При этом имеется возможность резко увеличить льдообразующую эффективность образованного аэрозоля при одновременном сокращении количества используемого йодистого соединения серебра (фиг. 1).
Модальные размеры аэрозоля, образованного при горении перечисленных рецептур приведены в таблице №3.
С вероятностью достоверности аппроксимации 0,8982 модальный размер образующегося аэрозоля при горении заряда с диаметром 17 мм (21 мм патроны воздействия) при скорости обдува 20 м/с в зависимости от степени полимеризации кремнийорганического соединения определяется по формуле
Z
D=-0,0002L+0,4312L+5,213,
где
D - модальный диаметр образующегося аэрозоля, нм;
L - степень полимеризации полидиметилсилоксана, единицы.
3
4
Льдообразующая эффективность образованного аэрозоля сопоставима с льдообразующей эффективностью составов с максимальным содержанием льдообразующего реагента, например рецептуры RU 2551343 (15% AgCuI), однако, вследствие образования частиц левелитной структуры (льдообразующее нейтральное ядро значительного размера с поверхностью, покрытой льдообразующим реагентом), содержание льдообразующего вещества возможно снизить до 5% (фиг. 2).
Краткое описание чертежей
2
Фиг. 1. - Распределение частиц по размерам для аэрозолей пиросостава RU 2551343 без высококипящих компонентов (1), пиросостава RU 2551343 с частичной заменой полибутадиенового связующего на полидиметилсилоксан с различной степенью полимеризации - ПМС-50 (2), ПМС-100(3), ПМС-200 (4), ПМС-350(5) и аэрозоля состава-прототипа №3630950, включающего мелкодисперсный TiO (6).
3
4
3
4
Фиг. 2. - Льдообразующая эффективность состава, содержащего 10,5% полидиметилсилоксана ПМС-100 и 5% AgCuI (2), в сравнении с составом RU 2551343, содержащим 15% AgCuI) (1).
Литература
1. Claudia Μ., Baban Ν.,  and Ulrike L. Ice nucleation efficiency of Agl: review and new insights. Atmos. Chem. Phys., 16, 8915-8937, 2016 www.atmos-chem-phys.net/16/8915/2016/.