ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫЕ ОБЛАКА
PYROTECHNIC COMPOSITION FOR ACTING ON SUPERCOOLED CLOUDS

Предложенное изобретение относится к составам, содержащим перхлорат и органический компонент, не являющийся взрывчатым, а более конкретно к пиротехническим аэрозолеобразующим составам, воздействующим на состояние погоды, а именно для рассеяния облаков и туманов, предотвращения градобитий и для вызывания осадков из переохлажденных облаков с помощью льдообразующих ядер, получаемых при сгорании пиротехнического состава.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав для активного воздействия на переохлажденные облака и туманы по патенту RU 2175185 C1, A01G 15/00, С06В 29/08, С15D 3/00, 2001 г., который содержит окислитель - перхлорат аммония, органическое горючее связующее - фенолформальдегидную смолу, дициандиамид в качестве регулятора скорости горения и пламегасителя, смесь тонко измельченных порошков йодида серебра (основной льдообразующий реагент) и йодид калия (активатор возгонки) и технологические добавки (графит, аэросил, индустриальное масло).
Указанный пиротехнический состав содержит, мас.%:
перхлорат аммония
48-58
фенолформальдегидная смола
13-17
дициандиамид
9-11
йодид серебра
7-9
йодид калия
11-13
графит
0,5-1
аэросил
0,5
масло индустриальное
0,5-1.
13
12
Количественное соотношение компонентов этого пиротехнического состава обеспечивает порог льдообразующего действия в диапазоне минус 4-5°С, выход активных ядер кристаллизации при температуре минус 10°С - (1-2)×10 с 1 г состава, а при минус 6°С - до 7,5×10 с 1 г состава, что обеспечивает практическую эффективность действия противоградовых и вызывающих осадки метеорологических средств.
Недостатком описанного пиротехнического состава для воздействия на переохлажденные облака является относительно большая скорость горения и низкий порог кристаллизирующего действия генерируемого аэрозоля, что ограничивает эффективность льдообразования по высоте нижнего слоя обрабатываемых облаков, с целью принудительного вызывания осадков при более высокой температуре (близкой к 0°С).
Применяемый в качестве активатора возгонки основного льдообразующего реагента йодид калия не обеспечивает в полной мере активацию йодида серебра, в результате чего он частично термически разлагается и не используется по основному назначению, чем снижается эффективность создания центров льдообразования.
Кроме того, технологическая добавка - аэросил является импортной, что повышает потребительскую стоимость противоградового средства и ограничивает промышленное производство функционального пиротехнического состава.
Более совершенным является пиротехнический состав для воздействия на переохлажденные облака, описанный в патенте на изобретение №2357404, A01G 15/00, опубл. 10.06.2009, выбранный в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу по числу совпадающих признаков.
Известный пиротехнический состав содержит термическую основу, включающую окислитель - перхлорат аммония и в качестве органического горючего связующего фенолформальдегидную смолу, льдообразующий йодид серебра и активатор возгонки йодид аммония, пламегасящую и технологические добавки при следующем содержании компонентов, мас.%:
перхлорат аммония
48-58
фенолформальдегидная смола
9-13
йодид серебра
8-11
йодид аммония
12-17
тиокол (полисульфидный каучук)
7-9
смола эпоксидно-диановая
0,6-0,9
порошок алюминиево-магниевого сплава
2,5-4
отвердители и пластификаторы
1-3.
В качестве отвердителей в составе использованы порошки марганца (IV) окись в количестве 0,7 мас.% и уротропина в количестве 0,3 мас.%, а в качестве пластификатора - дибутилфталат в количестве 1 мас.%.
Известный пиротехнический состав имеет высокую производительность газа при устойчивом горении с невысокой скоростью льдообразующего пиротехнического состава в широком диапазоне давлений и начальных температур.
Недостатком известного пиротехнического состава является низкая эффективность генерируемого аэрозоля из-за трудности возгонки основного льдообразующего реагента - йодида серебра.
Качественный состав и количественное соотношение компонентов известной пиротехнической композиции не оптимизированы для максимальной полноты возгонки льдообразующих компонентов, что определяет относительно невысокую эффективность действия по назначению и требует дополнительного расхода генерирующих аэрозоль изделий для решения поставленных метеорологических работ.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание на базе известной пиротехнической композиции технологичного универсального состава комбинированного действия: генерирование газообразных продуктов в объеме, достаточном для рабочего тела реактивного двигателя ракеты, в которых диспергировано повышенное количество активных центров кристаллизации, которые служат ядрами льдообразования в обрабатываемом облаке.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом составе для воздействия на переохлажденные облака, содержащем термическую основу, включающую окислитель - перхлорат аммония и в качестве горючего связующего фенолформальдегидную смолу, льдообразующий йодид серебра и активаторы его возгонки йодиды меди и аммония, мелкодисперсный углерод, пламегасящую и технологические добавки, согласно изобретению, его термическая основа дополнительно включает металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава и катализатор разложения окислителя оксид марганца (IV), а в качестве пламегасящих и технологических добавок - тиокол, уротропин, дибутилфталат и эпоксидно-диановую смолу, при этом компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:
перхлорат аммония
48-52
фенолформальдегидная смола
10-12
порошок алюминиево-магниевого сплава
2-4
оксид марганца (IV)
0,3-0,5
йодид серебра
6-10
йодид меди
3-5
йодид аммония
14-16
мелкодисперсный углерод
1-5
тиокол
3-5
уротропин
0,2-0,3
дибутилфталат
0,5-1,5
эпоксидно-диановая смола
0,2-0,5
Отличительные признаки обеспечили улучшение технологичности и безопасности изготовления более эффективного пиротехнического заряда по основному действию в результате более полной возгонки функциональных компонентов, образующих активные центры кристаллизации, распределенные в аэрозольном облаке.
Заметное повышение скорости и температуры горения предложенного состава с образованием большего объема газообразных продуктов позволяет дополнительно его использовать в качестве реактивного топлива в средствах доставки в обрабатываемое переохлажденное облако.
Снижение доли фенолформальдегидной смолы (органического горючего связующего) в термической основе известного пиротехнического состава необходимо для введения взамен более калорийного металлического горючего, практически не нарушая кислородный баланс.
Дополнительная добавка порошка алюминиево-магниевого сплава необходима для заметного роста скорости и температуры горения, обеспечивая тем самым полноту возгонки функциональных компонентов.
Этому же способствует введение катализатора разложения окислителя - оксида марганца (IV), который активизирует взаимодействие продуктов термохимического разложения окислителя - перхлората аммония, содержание которого для этого не требуется увеличивать.
Кратное повышение массовой доли мелкодисперсного углерода, технологической добавки, которая снижает чувствительность состава при смешивании и переработке состава, направлено на создание дополнительных центров кристаллизации в переохлажденном облаке.
Достигаемая в предложенном составе полнота возгонки функциональных компонентов позволяет без потери эффективности действия по назначению снизить массовое содержание основного льдообразующего компонента - йодида серебра, при повышении на треть доли содержания йодида аммония, активатора его возгонки, а также для возгонки более эффективного, но трудно возгоняемого активатора - йодида меди.
Оптимальное содержание в пиротехническом составе перхлората аммония осталось неизменным для обеспечения достаточно длительного времени горения термической основы и эффективного аэрозолеобразования.
При введении в пиротехнический состав порошка алюминиево-магниевого сплава меньше 2 мас.% не обеспечивается необходимой степени возгонки льдообразующих йодидов.
Содержание порошка алюминиево-магниевого сплава в составе больше 4 мас.% приводит к пламенному горению, что резко снижает эффективность действия по назначению.
При содержании в пиротехническом составе оксида марганца (IV) меньше 0,3 мас.% термохимическое разложение окислителя незначительно, что не оказывает заметного влияния на показатели назначения целевого состава.
Содержание в пиротехническом составе оксида марганца (IV) больше 0,5 мас.% является балластом, так как он не обеспечивает дополнительной химической активизации окислителю.
При содержании в пиротехническом составе йодида серебра в диапазоне 6-10 мас.% гарантированно обеспечивается полнота его возгонки в присутствии комплексного активатора и достижение повышенных температуры и скорости горения состава.
При содержании в пиротехническом составе йодида аммония меньше 14 мас.% происходит шлакование продуктами термодеструкции йодида меди, что снижает динамику и эффективность формирования ядер льдообразования.
При содержании в пиротехническом составе йодида аммония больше 16 мас.% снижается скорость горения заряда, эффективность основного действия которого падает до уровня аналога.
При содержании в составе йодида меди меньше 3 мас.% резко снижается выход центров кристаллизации в структуру генерируемого аэрозоля, что ограничивает использование состава в облаках с повышенной температурой.
При содержании в пиротехническом составе эффективного активатора йодида меди больше 5 мас.% продукты горения зашлаковываются, что снижает выход активных ядер льдообразования в обрабатываемую атмосферу.
В предложенном пиротехническом составе в качестве технологической добавки, снижающей чувствительность состава к трению при смешивании и прессовании из него зарядов, использован недефицитный, доступный технический углерод в оптимальном количестве 1-5 мас.%
Этот мелкодисперсный компонент при горении заряда в виде частичек сажи диспергируется в структуре аэрозоля, где служат дополнительными центрами кристаллизации.
Соотношение компонентов предложенного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и отработано на модельных зарядах.
Так, в частности, экспериментально подобраны и отработаны в количественном соотношении технологические и пламегасящая добавки: тиокол, уротропин, дибутилфталат и эпоксидно-диановая смола, введение которых в состав значительно снизило его пористость, повышая плотность прессованного заряда, используемого в качестве твердотопливной шашки реактивного двигателя.
Кроме того, дибутилфталат как хорошее связующее, химически сочетающееся с остальными компонентами, служит дополнительным газообразователем.
В настоящем техническом решении опытным путем оптимизировано массовое соотношение между йодидами серебра, меди и аммония как 1:0,5:1,8 соответственно, взаимодействие которых в условиях более продолжительного горения модернизированной термической основы с заданной температурой обеспечивает максимальную эффективность по выходу в обрабатываемое облако ядер льдообразования.
Предложенный пиротехнический состав является унифицированным, обеспечивая комплексное комбинированное действие при горении: создает тягу метеорологической ракете от мощной газообразной струи продуктов горения, в структуре которых содержатся мелкодисперсные ядра льдообразования, вызывающие в переохлажденном облаке кристаллизацию воды, выпадающую в виде атмосферных осадков.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Предложенный состав готовят последовательным смешиванием компонентов по принятой в пиротехническом производстве технологии с использованием действующих машин и оборудования.
Для экспериментальной проверки предложенного технического решения были изготовлены и испытаны пиротехнические составы с содержанием компонентов на границах выбранных диапазонов, внутри и за границами их предельных значений.
Приготовленные составы были испытаны в модельных генераторах, конструктивно аналогичных реальным конструкциям метеорологических ракет и пиропатронов.
Стендовые испытания опытных конструкций средств доставки с зарядами из предложенного пиротехнического состава в качестве реактивной твердотопливной шашки показали, что при ее горении развивается тяговое усилие, гарантированно достаточное для подъема изделий к обрабатываемым облакам без специального реактивного топлива, что позволяет упростить конструкцию ракет и реактивных снарядов при увеличении полезной нагрузки.