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

Изобретение относится к пиротехническим составам, содержащим перхлорат и органический компонент, не являющийся взрывчатым, которые при горении образуют аэрозоль, воздействующий на состояние погоды. Изобретение может быть использовано, в частности, для рассеивания облаков и тумана, предотвращения градобитий и для вызывания осадков из переохлажденных облаков с помощью льдообразующих ядер, получаемых при сгорании снаряжения реактивного наполнения средств доставки пиротехнических зарядов в обрабатываемый объем.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав для активного воздействия на переохлажденные облака и туман по патенту RU №2175185 C1, A01G 15/00; С06В 29/08; C15D 3/00, 2001 г., который содержит окислитель - перхлорат аммония, органическое горючее связующее - фенолформальдегидную смолу, дициандиамид в качестве регулятора скорости горения и пламегасителя, смесь тонкоизмельченных порошков йодида серебра (основной льдообразующий реагент) и йодида калия и технологические добавки (графит, аэросил, индустриальное масло).
Описанный пиротехнический состав содержит компоненты в следующем соотношении (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 составляет (1-2)×10 с 1 г состава, а при минус 6°С - до 7,5×10 с 1 г состава, достаточный для практического эффективного воздействия противоградовых и вызывающих осадки метеорологических средств.
В составе использован хорошо возгоняемый дополнительный активатор - йодид калия, который конденсирует пары воды и выносит из зоны горения образующиеся шлаки, а главное, способствует возгонке йодида серебра, чем значительно повышает эффективность генерируемого при более продолжительном горении пиротехнического состава аэрозоля по назначению. Однако 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.
Недостатком известного пиротехнического состава является относительно большая скорость горения и низкий порог кристаллизующего действия генерируемого аэрозоля, что ограничивает эффективность льдообразования по высоте нижнего слоя обрабатываемых облаков, с целью принудительного вызывания осадков при более высокой температуре атмосферы, близкой к 0°С.
Кроме того, технологическая добавка аэросил является импортной, что повышает потребительскую стоимость противоградового средства и ограничивает промышленное производство функционального пиротехнического состава.
Качественный состав и количественное соотношение компонентов известной пиротехнической композиции не оптимизированы для максимальной полноты возгонки льдообразующих реагентов, 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 комплексного действия, генерирующего газообразные продукты в объеме, достаточном для рабочего тела реактивного двигателя ракеты, в котором диспергировано повышенное количество активных центров кристаллизации, служащих ядрами льдообразования в обрабатываемом переохлажденном облаке и тумане.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав для воздействия на переохлажденные облака, включающий перхлорат аммония, фенолформальдегидную смолу, дициандиамид, смесь тонкоизмельченных порошков йодидов серебра, калия и меди и в качестве технологических добавок графит и масло индустриальное, согласно изобретению дополнительно содержит технический углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
перхлорат аммония
48-52
фенолформальдегидная смола
12-16
дициандиамид
7-9
йодид серебра
6-8
йодид калия
10-12
йодид меди
4-6
графит
0,5-1
технический углерод
3-4
масло индустриальное
0,5-1,
при этом йодиды серебра, калия и меди содержатся в массовом соотношении как 1:1,6: 0,7.
Отличительные признаки обеспечили улучшение технологичности и безопасности изготовления более эффективного пиротехнического заряда по основному действию в результате более полной возгонки функциональных реагентов, образующих активные центры кристаллизации, распределенные в генерируемом при горении аэрозольном облаке.
Заряд из предложенного пиротехнического состава, имеющего повышенные скорость и температуру горения с образованием большого объема газообразных продуктов при этом, выполняет дополнительные функции твердотопливной шашки реактивного двигателя, что значительно упрощает конструкцию метеорологической ракеты для обработки облаков.
Введение в пиротехнический состав дополнительного мелкодисперсного технического углерода, служащего технологической добавкой, снижающей чувствительность состава при смешивании и переработке прессованием, необходимо для повышения эффективности генерируемого аэрозоля, в котором распределенные готовые частички углерода выполняют функции центров конденсации и кристаллизации влаги, инициируя льдообразование в переохлажденных облаках.
При этом стало возможным на треть снизить массовую долю основного льдообразующего реагента, подлежащего возгонке, которая происходит более полно, исключая непрореагировавший балласт.
Адекватное уменьшение доли дициандиамида, который служит для пламегашения при регулировании скорости горения состава, до оптимального содержания в диапазоне 7-9 мас.% необходимо для стабилизации возгонки йодида калия без термодеструкции, обеспечивая тем самым более полный выход льдообразующих ядер в аэрозоль.
Введение в пиротехнический состав технического углерода автоматически создает готовые центры конденсации и кристаллизации в форме распределенных в объеме заряда твердых частичек углерода, что активизирует начало образования кристаллов льда в переохлажденных облаках и, как следствие, позволяет уменьшить долю основного льдообразующего компонента - йодида серебра, возгоняемого в процессе горения функционального заряда более активно и полно в присутствии активаторов возгонки, относительная масса которых при этом значительно увеличилась.
Оптимальное соотношение компонентов термической основы состава - перхлората аммония и фенолформальдегидной смолы - осталось неизменным для обеспечения достаточно длительного времени активного горения и эффективного аэрозолеобразования.
При содержании в пиротехническом составе перхлората аммония меньше 48 мас.% и/или фенолформальдегидной смолы меньше 12 мас.% снижается скорость горения и степень возгонки йодида серебра - основного льдообразователя - и падает тяговое усилие реактивной струи газообразных продуктов горения.
При содержании в пиротехническом составе перхлората аммония больше 52 мас.% и/или фенолформальдегидной смолы больше 16 мас.% время генерирования функционального аэрозоля резко падает ниже заданного, что заметно ухудшает эффективность воздействия на переохлажденные облака и термодинамику реактивного двигателя.
Относительное повышение массового содержания фенолформальдегидной смолы направлено на выделение в продукты горения состава дополнительного количества частичек сажи, которые служат центрами конденсации и кристаллизации влаги и способствуют увеличению льдообразования генерируемого аэрозоля в целом.
Содержание в пиротехническом составе по изобретению дициандиамида меньше 7 мас.% является недостаточным для стабильной возгонки йодида серебра, не защищенного от термодеструкции.
Содержание в пиротехническом составе дициандиамида больше 9 мас.% является балластным и не способствует повышению эффективности основного действия по назначению.
Массовое содержание активаторов возгонки йодида серебра (йодидов калия и меди) сохранилось при повышении на 40% их массы относительно уменьшенной доли йодида серебра, чем обеспечена полнота его возгонки и, как следствие, эффективность льдообразующего воздействия генерируемого аэрозоля на переохлажденные облака и туман.
Опытным путем в рамках настоящего технического решения массовое соотношение между йодидами серебра, калия и меди оптимизировано как 1: 1,6: 0,7 соответственно, взаимодействие при котором в структуре предложенного пиротехнического состава обеспечивает максимальную эффективность по выходу в обрабатываемое облако ядер кристаллизации.
При содержании в пиротехническом составе йодида серебра в диапазоне 6-8 мас.% гарантированно обеспечивается полнота его возгонки в присутствии комплексного активатора и достижение повышенных температуры и скорости горения заряда.
При содержании в пиротехническом составе йодида калия меньше 10 мас.% происходит шлакование продуктами термодеструкции йодида меди, снижающее динамику и эффективность формирования ядер льдообразования, и термическое разложение основного льдообразующего реагента (AgJ) в пламени, что снижает эффективность действия по назначению.
При содержании в пиротехническом составе йодида калия больше 12 мас.% падает скорость горения и снижается объем функционального аэрозоля до уровня аналога.
При содержании в пиротехническом составе йодида меди больше 6 мас.% происходит шлакование продуктов горения и балласт не переходит в аэрозоль, что снижает эффективность основного действия.
При содержании в пиротехническом составе йодида меди меньше 4 мас.% резко снижается выход льдообразующих ядер в структуру генерируемого аэрозоля, что ограничивает использование состава в облаках с повышенной температурой.
Использование в пиротехническом составе мелкодисперсного технического углерода в качестве технологической добавки в оптимизированном количестве 3-4 мас.% обеспечивает формирование дополнительных центров конденсации и кристаллизации влаги переохлажденного облака в результате того, что при горении заряда готовые частички сажи диспергируются в структуру аэрозоля, инициируя образование на них кристаллов льда.
Введение в качестве технологической добавки 0,5-1 мас.% графита снижает чувствительность пиротехнического состава к трению при смешивании компонентов и прессовании зарядов.
Содержание в пиротехническом составе масла индустриального в количестве 0,5-1 мас.% исключает пыление на операции смешивания компонентов.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность 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.
Предложенный пиротехнический состав по принятой в пиротехническом производстве технологии с использованием действующего оборудования готовят последовательным смешиванием компонентов (масс.%):
50±2 аммония хлорнокислого по ГОСТ В22544 (перхлорат аммония);
14±2 смолы марки СФ-342А по ГОСТ 186694 (фенолформальдегидная смола);
8±1 дициандиамида по ГОСТ 6988;
7±1 серебра йодистого по Ту 6-09-02-405 (йодид серебра);
11±2 калия йодистого по ГОСТ 4332 (йодид калия);
5±1 меди йодистой (йодид меди);
0,5-1 графита марки П (ГОСТ 8295);
3,5±0,5 технического углерода по ГОСТ 7885;
0,5-1 масла индустриального марки И-12А по ГОСТ 20799.
Соотношение компонентов предложенного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и отработано на модельных зарядах.
При этом для экспериментальной проверки состава по изобретению были изготовлены и испытаны пиротехнические составы с содержанием компонентов на границах выбранных диапазонов, внутри и за границами их предельных значений.
Приготовленные пиротехнические составы были испытаны в модельных генераторах, конструктивно аналогичных реальным конструкциям метеорологических ракет и пиропатронов, на стенде по формированию представительных проб аэрозоля, которые вводились в климатические камеры гигростатов для получения на предметном стекле экспонируемых реплик осадков.
Стендовые испытания опытных образцов 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 переохлажденным облакам без специального реактивного топлива, что позволяет упростить конструкцию ракет и реактивных снарядов при увеличении полезной нагрузки комплексного действия.
В результате испытаний опытных образцов зарядов из приготовленных по изобретению пиротехнических составов нашло подтверждение расчетное соотношение предложенного массового содержания компонентов, при котором устойчиво обеспечивается повышение эффективности основного действия генерируемого аэрозоля по льдообразованию в переохлажденных облаках и тумане.
В частности, выход активных ядер кристаллизации смещен в сторону более высоких температур, а именно в диапазоне 3-4°С, против минус 5-6°С по прототипу.
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 пиротехнических зарядов из модернизированного пиротехнического состава для воздействия на переохлажденные облака можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.