Шидловский. Основы пиротехники

2.Средства авиации — авиабомбы (САБ), посадочные осветительные авиабомбы и факелы.

3.Общевойсковые средства — осветительные патроны (ОП), выстреливаемые из пистолета-ракетницы (26 мм и др.), и реактивные; осветительные бомбы (бураки), выстреливаемые из специальной мортиры, и осветительные гранаты, выстреливаемые из винтовочной мортирки или специального гранатомета.

4.Инженерные осветительные мины.

В зависимости от конструкции эти средства бывают парашютные и беспарашютные. В беспарашютных средствах время свечения ограничивается временем свободного падения звездки или факела и обычно не превышает 20—25 с.

Осветительные элементы, снабженные парашютом, снижаются значительно медленнее, и потому их время горения может быть во много раз больше.

Осветительные составы делятся на быстро и медленногорящие. Первые, имеющие скорость горения 10 мм/с и больше, применяют обычно в относительно мелких изделиях (звездки для пистолетных патронов и винтовочных гранат). Эти составы имеют большую силу света с единицы горящей поверхности, чем мед-ленногорящие составы.

Для крупных изделий (факелы авиабомб, снарядов и мин), где время горения исчисляется минутами, пользуются обычно медленногорящими составами, имеющими скорость горения 1— 2 мм/с.

Осветительные составы могут быть также подразделены на твердые и пластичные или гелеобразные.

Практическое применение получили пока только твердые осветительные составы, получаемые либо прессованием порошкообразной смеси компонентов, либо самоотверждающиеся (при нормальной или повышенной температуре).

§ 2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ Средства артиллерии

Бес парашютный осветительный снаряд по устройству сходен с зажигательным термитносегментным снарядом (см. рис. 15.8), в котором вместо зажигательных элементов имеется до 1,6 осветительных элементов (по ,3—4 в каждом ряду). Осветительный элемент — это стальная оболочка в форме сегмента, в которую запрессованы осветительный и воспламенительный составы. Воспламенение элементов и вышибного заряда обеспечивается мощным лучом огня дистанционной трубки.

Время горения элементов в зависимое от калибра снаряда (76—122 мм) составляет 15—25 с, сила света одного элемента 20—40 тыс. . Преимуществами беспарашютных снарядов по сравнению с парашютными являются: простота конструкций, большой коэффициент заполнения каморы составом, большая суммарная поверхность горения, а следовательно, и большая суммарная сила света, незначительный относ горящих элементов ветром в сторону от освещаемой цели.

Основным недостатком беспарашютных снарядов является большая скорость падения элементов (до 50 м/с), из-за чего для обеспечения освещения в течение 20—25 с приходится вскрывать снаряд на высоте 800—1000 м. Это приводит к тому, что освещенность местности в начале горения элементов получается небольшой, а затем

111

быстро увеличивается по мере приближения элементов к земле. Предлагались и испытывались различные тормозные устройства для замедления падения горящих элементов, однако практического применения они не получили.

Большое распространение получили парашютные осветительные снаряды (ПОС) с выбрасыванием осветительного факела с парашютом через донную часть в направлении, обратном полету снаряда (рис. 11.1). При полете снаряда газы вышибного заряда выбрасывают и воспламеняют факел. Факел и парашют помещены каждый в отдельности в тару стальных полу-

1 1 св=1 кандела (кд), от анг. Candle—свеча.

цилиндров, защищающих их от повреждения в момент выстрела и при выбрасывании из корпуса снаряда. По вылете из корпуса полуцилиндры расходятся в стороны и освобождают факел и парашют. При поступательном движении факел натягивает стропы, парашют наполняется и горящий факел опускается к земле со скоростью 10—15 м/с.

Для предотвращения скручивания строп парашют прикрепляется к факелу при помощи вращающегося на шарикоподшипниках вертлюга.

Рис. 11.1. 1.22-мм осветительный парашютный снаряд:

/—корпус; 2—верхняя диафрагма; 3—полуцилиндры факела; 4—оболочка факела; 5—осветительный состав; 6— полуцилиндры для парашюта; 7— парашют; 8—войлочная прокладка; 9—свинцовое обтюрирующее кольцо; 10

—дно; //—вышибной заряд; 12—привинтная головка; 13— втулка;14— вертлюг; 15—дистанционная трубка

Факел 122-мм осветительного снаряда имеет силу света около 500 тыс. ев (кд) и при разрыве на высоте 400—500 м освещает площадь диаметром до 1000 м в течение 50—55с.

Парашютные снаряды имеют ряд преимуществ по сравнению с беспарашютными, но в то же время они более сложны по конструкции и в снаряжении; для размещения осветительного состава в них используется лишь половина или 1/3 объема каморы, а остальное занято парашютом; при длительном хранении парашют может слеживаться и не раскрыться. Кроме того, горящий факел парашютных снарядов может уноситься ветром довольно далеко в сторону от освещаемой цели.

Наибольшие трудности, встречающиеся при создании парашютных снарядов, связаны с опасностью разрушения внутреннего снаряжения в момент выстрела и при вышибании из корпуса, а также с возможностью скручивания парашюта при его раскрывании.

В американском 155-мм снаряде факел с основным парашютом помещают в прочный металлический контейнер, в котором имеется замедлитель, вышибной заряд и тормозной парашют. При действии снаряда воспламеняется сначала первичный вышибной заряд и его пороховые газы выталкивают контейнер с тормозным парашютом, воспламеняя одновременно замедлитель. В воздушном потоке раскрываются тормозной парашют и

112

проти-воповоротные стабилизаторы, имеющиеся на корпусе контейнера. Через ~8 с, . когда поступательное движение и вращение контейнера будут почти полностью погашены, воспламеняется вторичный вышибной заряд, который зажигает факел и выталкивает его вместе с основным парашютом из контейнера. Система факел —

парашют .снижается со скоростью ~1,5 м/с.

Осветительные мины по конструкции мало отличаются от парашютных снарядов. Снаряжение осветительной мины (рис. 11.2) состоит из факела с парашютом, вышибного заряда и диафрагмы. В головной части корпуса имеется очко под дистанционный взрыватель. При срабатывании взрывателя хвостовая часть корпуса отделяется от головной, факел выталкивается из корпуса и одновременно воспламеняется, а затем спускается на парашюте, освещая цель.

Характеристики некоторых американских снарядов и мин приведены в табл. 11.1.

Реактивные осветительные снаряды (РОС), так же как и пушечные, могут быть парашютные и беспарашютные. Один из вариантов парашютных РОС показан на рис. 11. 3; он по устройству и принципу действия мало отличается от пушечного артиллерийского снаряда (франц. патент 1.565.378 кл. F42B).

Средства авиации

Осветительные (светящиеся) авиабомбы (САБ) занимают важное место среди большого числа пиротехнических средств, используемых в авиации. Кроме целей освещения местности, они используются

Таблица 11.1 Светотехнические характеристики американских парашютных снарядов и мин

113

также и для ослепления противовоздушной обороны противника; САБы применяются и в качестве мишени при учебных стрельбах зенитной артиллерии.

1-реактивный двигатель; 2—факел; 3—парашют; 4— пружина для выталкивания системы факел

— парашют из корпуса снаряда

САБы могут быть сброшены с самолетов с замков бомбодержателей или из специальных кассет.

114

На рис. 11.4 показана схема САБ. Факел — это картонная или стальная цилиндрическая оболочка, в которую запрессованы основной и воспламенительный составы. После сбрасывания бомбы с самолета на заданной высоте срабатывает дистанционный взрыватель, который воспламеняет пороховую подмазку на торце факела и вышибной пороховой заряд. Образовавшиеся газы выталкивают через донную часть корпуса факел с парашютом и одновременно воспламеняют факел.

Внекоторых конструкциях система факел—парашют извлекается из корпуса бомбы при помощи вытяжного троса, прикрепляемого одним концом к крышке факела САБ и к парашюту, а другим — к балке бомбодержателя. В других конструкциях воспламенение факела осуществляется при помощи терочного воспламенителя, срабатывающего в момент раскрытия парашюта.

Втабл. 11.2 приведены некоторые данные американских осветительных авиабомб.

Таблица 11.2

Основные характеристики американских САБ (скорость снижения факелов 2,5—3,0 м/с)

Расход осветительных средств B современной войне огромен (в один из месяцев войны во Вьетнаме ВВС США израсходовали до 130 тыс. САБ). В связи с необходимостью непрерывно поддерживать освещение в течение довольно длительного временя в США разработаны автоматические кассеты, вмещающие до 400 осветительных бомб и выбрасывающие их с интервалом от 2 до 5 с.

В зарубежных армиях при учебных стрельбах ракетами «воздух — воздух» и «земля — воздух» с ИК-головками самонаведения используют буксируемые светящиеся мишени. Одна из таких мишеней [119] представляет собой факел весом 3,2 кг, диаметром 66 мм и длиной 470 мм, буксируемый самолетом на длинном тросе. Факел воспламеняется терочным устройством и горит 6 мин, имея силу света 65 тыс. см (кд).

Общевойсковые средства

Наиболее массовыми из общевойсковых средств являются осветительные патроны (беспарашютные и парашютные, выстреливаемые из пистолета-ракетницы, и реактивные).

На рис. 11.5 показано устройство 26-мм беспарашютного патрона. При ударе бойка воспламеняется капсюль, поджигающий вышибной заряд дымного пороха; .горячие газы воспламеняют осветительный элемент (звездку) я одновременно выбрасывают его вместе

115

'с пыжами и металлическим кружком. При выстреле под углом 45—50° звездка поднимается на высоту 50—60 м; дальность полета — 120 м, время горения 7—9 с, сила 'света не м&нее 50 тыс. св. (кд), радиус освещаемой площади 100м. При нормаль ной работе звездка полностью разгорается в наивысшей точке траектории 'и сгорает в воздухе, не долетая до земли.

На рис. 11.6 показан парашютный патрон, отличающийся тем, что из пистолета выстреливается металлическая или бумажная оболочка с замедлителем, снаряженная дополнительным вышибным зарядом, звездкой и прикрепленным к ней парашютом.

В верхней точке траектории замедлитель прогорает и поджигает дополнительный вышибной заряд. Давлением образующихся газов звездка с парашютом выбрасывается из оболочки и одновременно воспламеняется. При медленном спуске на парашюте звездка, сгорая, равномерно освещает местность. При стрельбе под углом 45° звездка поднимается на высоту 40 м и горит в течение 1.6 с.

Реактивные патроны отличаются тем, что осветительные элементы (парашютные или бесларашютные) доставляются на вершину траектории при помощи миниатюрного

порохового ракетного двигателя.

К общевойсковым средствам относятся также осветительные гранаты. Так, например, на вооружении пехоты США имеются два патрона, выстреливаемые из 40-мм гранатомета: пятизвездный патрон и однозвездный парашютный патрон; звездка последнего имеет силу света 45 тыс. ав (кд) и горит 42 с [106].

Судя по зарубежным источникам, работы по усовершенствованию осветительных средств ведутся в направлении увеличения силы света и времени горенця, дальности полета и высоты подъема. В частности, предложен ряд способов сообщения звездке вращательного движения: при помощи разного рода направляющих, раскручивающих звездку в канале пистолета, за счет реакции истекающей струи продуктов сгорания и т. п. Для обеспечения продолжительного зависания осветительного элемента в воздухе в США предложено

116

использовать взамен парашюта складной ротор, раскручиваемый истекающими продуктами сгорания.

§ 3. СВЕТОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СОСТАВОВ И СРЕДСТВ

1.Единицей силы света является новая свеча (св), равная 1/600 000 силы света, получаемой с 1 м2 поверхности черного тела в направлении нормали при температуре затвердевания платины (1 св= 1,005 международной свечи).

2.Единицей светового потока является люмен (лм) — поток, излучаемый источником света силой в 1 св внутри телесного угла в 1 стерадиан.

Источник, обладающий в любом направлении силой света в 1 св, излучает световой поток 4ллм=12,5 лм.

3.Единицей освещенности авляется люкс (лк) — освещенность, создаваемая световым потоком в 1 л,м, равномерно распределенным на площади в 1 м2.

4.За единицу яркости берется нит (нт) — яркость равномерно светящейся поверхности в направлении нормали, испускающей в том же направлении .свет силой в 1 ев с 1 м2. 'Прежняя единица яркости стильб (сб) равна 1сб=1 •104 нит.

При испытаниях осветительных факелов (или звездок) находят следующие величины:

1)количество сжигаемого состава от в г;

2)диаметр d и высоту сжигаемого факела в мм;

3)среднюю силу света / в .сд;

4)время горения факела t ь с.

Однако ни сила света, ни время горения не могут служить характеристикой для осветительных составов; эти величины показывают только качество изделий.

* 1 св = 1 кандела (кд).

Характеристиками, относящимися непосредственно к осветительным составам, являются:

1)удельная светосумма Lo (св-с/г);

2)световая отдача С (лм/вт) и световой к.п.д. К. (в %);

3)яркость пламени В (в нитах или стильбах);

4)линейная скорость горения и (в мм/с) при непременном указании плотности спрессованного состава d.

Практически наиболее существенны характеристики 1 и 4. Удельная светосумма.

Пример 1. Вычислить значение Ly, если звездка весом 50 г горит 9 с, развивая при этом силу света /=100000 св. Имеем

L0 = 100000*9=18000

50

Для перехода от свечей (I) к люменам (F) и обратно пользуются формулой

117

F=4л-1

Световая отдача. Это отношение общей светосуммы L=I-t к общей энергии Q, затрачиваемой для .получения данного количества .света:

С=L/Q лм/Вт. Световую отдачу вычисляют по формуле

C = (4л*I*t)/(q*4,1000) = (I*t*3,003)/(m*q*1000) лм*с/дж

где q — количество тепла в ккал, выделяемое 1 г состава при '* сгораяии; 4,186 —коэффициент перехода от малых калорий к джоулям.

Пример 2. Световая отдача состава, имеющего Z.o=18000 св-с/г и (?= =1.65 ккал/г, равна 18000.3,003 С = (18000*3,003) / (1,65 * 1000)=32,7 лм/Вт.

1,65.1000

Световой к. п. д. Под этим термином понимается отношение световой отдачи данного источника света к максимальной световой отдаче, получающейся при 100%-ном переходе всей энергии в световую для монохроматического света с длиной волны 555 ммк; последняя величина равна 621 лм/вт.

Для источников света со сложным составом излучения при вычислении светового к.п.д. необходимо принимать во внимание кривую относительной видности человеческого 'глаза (рис. 11.7). Световой к.п.д. для белых пламен с известным приближением можно вычислить по формуле

K=c*100/248

Средняя яркость пламени вычисляется делением силы света ,в'свечах на поверхность пламени S в м2 (см2), подсчитанную по фотографическому снимку:

B=I / S нит(сб)

Для сравнения в табл. 11.3 приведены некоторые светотехнические характеристики электрических источников света. Наилучшую световую отдачу имеют газосветные лампы, дающие люминесцентное излучение.

Рис. 11.7.

Кривые коэффициента относительной видности человеческого глаза днем (сплошная) и в сумерки (пунктирная)

118

Таблица 11.3

§ 4. ТЕПЛОВОЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Излучение твердых и жидких тел подчиняется законам излучения абсолютно черного тела (далее АЧТ, см. § 6 в гл. VI). При высоких температурах (500° С и выше) оно аначительно уве-

* Это вычисление является приближенным, так как пламя не имеет правильной геометрической формы и размеры его во время горения изменяются.

личивается — появляется заметное на глаз световое излучение, т. е. тела начинают светиться.

Наличие в пламени осветительного состава накаленных твердых и жидких частичек, безусловно, необходимо, так как горячие пары и газы излучают .малое количество световой энергии.

В соответствии с законом Стефана — Больцмана энергия, излучаемая твердыми телами, быстро увеличивается с повышением их температуры.

Таблица 11.4 Яркость и светоотдача АЧТ при различных температурах

В табл. 11.4 показана зависимость яркости и светоотдачи абсолютно черного тела от температуры.

119

Спектральное распределение энергии излучения АЧТ (при 3000 К), излучения пламени типичного осветительного состава, а также кривая видности глаза показаны на рис. 11 .8.

Рис. 11.8. График распределения энергии по спектру:

1—АЧТ при 3000 К; 2—осветительный состав; 3—кривая видности человеческого глаза

Осветительные составы, имеющие температуру пламени ниже 2000° С, вообще применять нецелесообразно, так как они дают при горении очень мало световой энергии.

Горячие тела, спектральная кривая распределения энергии излучения которых аналогична кривой АЧТ, имеющего ту же температуру, но только с меньшими ординатами, называют серыми излучателями. К числу таких излучателей относят углерод и некоторые черные оксиды. Суммарная излучательная способность графита при температуре 100—1500° С составляет 52% от излучения АЧТ, нагретого до той же температуры.

Спектр излучения белых оксидов (MgO или А1203) является непрерывным; излучательная способность белых оксидов как монохроматическая, так и суммарная несколько меньше, чем у АЧТ (см. табл. 11.5).

Таблица 11.5 Излучательная способность оксидов при высоких температурах

Оксиды магния и алюминия при высокой температуре особенно интенсивно излучают в области коротких волн, где их излучение становится почти равным излучению АЧТ.

Кроме теплового излучения в лламени осветительных составов во многих случаях наблюдается и излучение люминесцентное.

Причиной его следует считать изменение энергетических свойств (уменьшение запаса энергии) электронов в атомах и молекулах.

Отсутствие или наличие люминесцентного излучения в пиротехнических пламенах может быть установлено в соответствии с критерием Вавилова — Видемана, согласно которому

120