Шидловский. Основы пиротехники

Для того чтобы перейти от электрических величин к световым (или энергетическим), необходимо приемник с электроизмерительным прибором лроградуировать по эталонному источнику излучения.

Градуировка заключается в определении цены деления шкалы гальванометра или цены 1 мм высоты осциллограммы в лк или Вт/м2. В качестве эталонных источников видимого излучения применяют светоизмерительные лампы, в качестве эталонов инфракрасного излучения — различные модели абсолютного черного тела. В последнее время созданы высокотемпературные эталоны абсолютного черного тела (3000° К), поскольку этот режим является наиболее характерным для большинства пиротехнических ИКизлучателей. Применение при градуировке подобного эталона позволяет исключить радиометрическую ошибку, связанную с тарировкой при низких температурах.

Размер и форма пламени зависят также от условий горения состава. Особенно большое влияние на силу излучения оказывают обдув пламени воздухом с большой скоростью (более 100 м/с), горение составов в вакууме или под давлением и поглощение излучения остывшими продуктами горения составом (дымом).

Отражение излучения окружающими предметами, прозрачность воздуха, температура и влажность атмосферы могут вносить значительные погрешности в результаты измерения характеристик излучения. Поэтому в полевых условиях невозможно обеспечить воспроизводимость результатов измерений.

Для измерения силы света и времени горения пиротехнических изделий пользуются фотометрическими камерами, в которых устраняется влияй»6 внешних условий, обеспечивается удаление дыма и создается возможность проведения испытаний в дневное

время. Типовая фотометрическая камера большой модели (рис. 11, 21) имеет вид коридора прямоугольного сечения шириной 2—Зм высотой 2,5—4 м и длиной 40—50 м, на одном конце которого имеются помещения для аппаратуры и персонала, а на другом — горн для сжигания и вентиляционная система.

рис. 11.21. Схема фотометрической камеры:

l—ocцилограф 2—светоприемник; 3— жалюзи для подачи воздуха: 4— подъемник; 5—вентилятор; 6—дымовая труба

Горн для сжигания представляет собой вертикальную шахту круглого или прямоугольного сечения, футерованную изнутри огнеупорным кирпичом и снабженную воздуховодами для подачи воздуха и отсоса продутое горения с определенной скоростью.

Стены горна в процессе эксплуатации покрываются белыми шлаками, многократно отражают световой поток, идущий от пламени, и создающими на приемнике лучистой энергии дополнительную облученность, которая в некоторых случаях может превышать основную. Это приводит к значительным погрешностям в результатах измерения. Поэтому во время испытаний с помощью люксметра и эталонной лампы определяют отражательную способность (коэффициент многократного отражения n) горна и вносят затем соответствующую поправку.

141

В зависимости от назначения пиротехнического изделия его устанавливают соответствующим образом в потоке воздуха в камере (рис. 11.22). Это имеет значение, так как пламя пиротехнического изделия излучает в различных .направлениях различное количество света.

Во время сжигания изделий фиксируют не только силу света, но также время и характер горения (равномерность, пульсация и т. д.).

Рис. 11.22. Расположение осветительных изделий при фотометрировании:

а—сжигание беспарашютных звездок; б—сжигание парашютных факелов; в—сжигание факелов артиллерийских снарядов и мин

ГЛАВА XII

ФОТООСВЕТИТЕЛЬНЫЕ СОСТАВЫ

Эти составы применяются для получения кратковременных световых вспышек с силой света от нескольких миллионов до нескольких миллиардов свечей и продолжительностью до десятых долей секунды. В отличие от других пиротехнических составов фотоооставы, как правило, используются почти всегда в порошкообразном состоянии.

Основное назначение фотосоставов — использование в фото-авиабомбах и фотопатронах, которые применяются в качестве искусственных источников света при ночном воздушном фотографировании для разведки 'или контроля результатов бомбометания и т. п.

Кроме этого, фотосоставы широко используются в тех случаях, когда требуется получить короткую и яркую вспышку света, а иногда и сильный резкий звук: например, для имитации вcпышек при стрельбе из орудий, атомных взрывов, разрывов снарядов, для корректировки стрельбы, для обозначения траекторий ракет, а также в качестве световых имитаторов, отмечающих срабатывание отдельных узлов ракет (боевых частей, взрыватель-ных устройств и т. п.).

§ 1. НОЧНОЕ ВОЗДУШНОЕ ФОТОГРАФИРОВАНИЕ

Весьма важными являются работы по созданию новых высокоэффективных средств разведки. Известно, что за рубежом создаются комплексные системы разведки, включающие различные технические средства: фотографические, радиолокадионные, оптические, акустические, сейсмографические, радиологичеокие, инфракрасные, лазерные, телевизионные и др.

Современные самолеты-разведчики летают на больших (до 30 км) или малых (менее 0,5 км) высотах co скоростью до 3 М, радиус действия их достигает 4000 юм. На борту устанавливается сложная аппаратура для поиска и опознавания объектов одновременно по нескольким признакам.

142

Стратегический разведчик за 1 ч полета со скоростью, соответствующей М=2,5, на высоте более 27 км может разведать территорию площадью более 260000 км2; аэрофотоаппаратура обеспечивает разрешающую способность до 100 линии на 1 мм.

В процессе воздушной разведки осуществляется автоматическое управление экспозицией, работой осветительных систем и автоматическая компенсация сдвига изображения. На некоторых самолетах имеется система съема информации в реальном масштабе времени и передачи данных на наземные пункты.

По достоверности, объему и качеству информации аэрофоторазведка превосходит все другие способы воздушной разведки.

Особую ценность представляет ночное воздушное фотографирование так как перепруппировка войск и техники, накопление сил на исходных рубежах и т. п. осуществляются преимущественно под покровом темноты, в ночное время.

В качестве источников света три ночном воздушном фотографировании использовались:

—мощные прожекторы с газонаполненными (ксеноновыми) импульсными лампами или с ртутными лампами непрерывного свечения

—пиротехнические источники (фотоавиабомбы, фотопатроны, осветительные авиабомбы).

Влазерных системах используют световой луч генерируемый газовым лазером непрерывного излучения. Луч сканирует местность в направлении, перпендикулярном направлению полета самолета. Отраженное от местности излучение фиксируется на аэропленке.

Внастоящее время в авиации в качестве искусственных источников света используют фотоосветительные авиабомбы (ФОТАБ) — для фотографирования с больших высот и осветительные фотопатроны (ОФП) — для съемки с малых высот. Современный комплекс ночного воздушного фотографирования состоит из следующих элементов:

1 Носитель—пилотируемый или беспилотный самолет.

2.Источник света — ФОТАБ или ОФП с устройствами для их транспортиротаки на самолете и сбрасывания.

3.Ночные аэрофотоаппараты (НАФА).

4.Фотоматериалы.

5.Устройства для управления работой НАФА.

Первоначально пользовались фотоаппаратами с затвором Приближенной синхронизации, который открывался за 2,5 с до срабатывания фотобомбы и закрывался через 2,5 с после вспышки

Время экспонирования фотопленки в этом случае равнялось продолжительности вспышки.

Аэрофотоснимки, полученные таким способом, имели большой сдвиг изображения в результате перемещения аэрофотоаппарата относительно земной поверхности, а также часто оказывались засвеченными наземными источниками света (пожары, разры-вы снарядов и др.), которые оставляли на пленке продольные следы. Вследствие этого часто нельзя было добиться детального дешифрования аэрофотонегативов.

143

Поэтому в дальнейшем стали применять НАФА с затворами точной синхронизации, которые открывались автоматически при помощи фотоэлектрических устройств, срабатывающих под действием света фотобомбы. Так как интенсивность излучения фотовспышки изменяется во времени — быстро нарастает до максимума, а затем сравнительно медленно падает, — то затвор НАФА и фотоэлектрический автоспуск настраивают так, чтобы объектив фотоаппарата был открыт как раз в период наибольшей силы света вспышки. На рис. 12.1 приведены совреместные графики работы затворов НАФА и изменения силы света вспышки фотобомбы [80]. Для экспонирования аэропленки используется только часть световой энергии вспышки, пропорциональная незаштрихованной площади кривой «свет—время» (см. рис. 12.1).

Рис. 12.1. Совместные графики работы затвора НАФА и излучения вспышки фотобомбы:

д—для затвора приближенной синхронизации (отверстие затвора открыто в течение всего времени вспышки); б—для затвора, работающего на открывание; в—для затвора, работающего на открыва-ние и закрывание; t—время экспозиции

На рис. 12.2 схематически представлено оборудование самолета-разведчика для ночного фотографирования.

§ 2. ФОТОМАТЕРИАЛЫ

Фотоматериалы (аэрофотопленки), применяемые при аэрофотосъемке, разнообразны: они различаются по светочувствительности, контрастности, то спектральной чувствительности, фотографической широте и разрешающей способности. Изучение свойств фотоматериалов — сенситометрия — это специальный раздел научной фотографии. В СССР имеются общесоюзные стандарты на методы сенситометрических

испытаний.

144

Рис. 1.З. Характеристики аэрофотопленки панхром 10Н-10ОО (проявитель № I по ГОСТ): а—характеристические кривые; б—кривая спектральной чувствительности;

в—плотность почернения; г—количество освещения

При ночных аэрофотосъемках используются пленки максимально высокой светочувствительности.

По спектральной чувствительности фотоматериалы подразделяют на ортохроматические и изо-ортохроматические с длинноволновым пределом чувствительности соответственно до 0,58 и 0,60 мкм; изохроматические, чувствительные до 0,64 мкм; панхроматические и изопанхроматические с пределом чувствительности 0,68—0,70 мкм; инфрахроматические, чувствительные к видимому свету и, кроме того, обладающие чувствительностью в инфракрасной части спектра (до 0,76—0,85 мкм) [59], [31].

Рис. 12.4. Кривые спектральной чувствительности (Л и фотоакти-ничного потока (А\) под красным светофильтром КС-14 (2) инфра-хроматической аэрофотопленки

Так как максимум излучения пламени фотосоставов лежит в ближней инфракрасной части спектра, то для лучшего использо визо-панхрОМатичеокие ания световой энергии применяют панхроматические или аэропленки с максимумом чувствительности в части спектра. оранжево-красной Наилучшего фотографического действия следует использовании ожидать при инфрахромати-ческих материалов. По сообщению в прилагаются усилия для США использовадия ИК-фотоматериалов при ночной На рис. 12.3 и 12.4 аэрофотосъемке. представлены характеристические кривые и кривые чувствительности спектральной панхроматической и инфрахроматической аэропленок.

§ 3. ФОТОАВИАБОМБЫ

Основное требование, предъявляемое к фотоавиабомбе,— это максимальная сила света вспышки при ее взрыве. При условии согласования с работой фотоаппарата и высокой чувствительностью фотопленки это должно обеспечить получение негативов

145

удовлетворительного качества при заданных условиях фотографирования (НАФА, скорость и высота полета).

Конструктивные и баллистические качества фотоавиабомбы должны обеспечивать разрыв ее ¦B заданной точке траектории. Сила света вспышки фотобо,мбы и высота ее разрыва над местностью определяют в основном количество освещения, получаемое фотографируемым участком местности, н равномерность его освещения.

Оптимальное положение точки взрыва фотобомбы обычно предварительно рассчитывается и зависит от высоты фотосъемки и скорости полета самолета, качества пленки, угла зрения и светосилы объектива НАФА и отражательной способности фотографируемой местности. Как показано на рис. 12.5, положение фотобомбы в момент разрыва может быть точно определено заданным углом отставания и высотой разрыва. Угол отставания должен быть значительно больше половины угла зрения НАФА, чтобы была исключена возможность попадания на аэропленку прямых лучей вспышки ФОТАБ.

При нормальной величине угла отставания 0 оптимальная высота разрыва фотобомбы h, при которой потребная сила света ФОТАБ будет минимальной, равна примерно 0,6 высоты полета Н.

Конструкция фотоавиабомбы должна допускать возможность регулирования высоты разрыва и угла отставания бомбы. Это достигается использованием дистанционных взрывателей, а также применением различных тормозных устройств, увеличивающих аэродинамическое сопротивление бомбы и соответственно ее отставание от самолета.

Должно быть обеспечено однообразие характеристик фотобомб; светотехнические и временные характеристики вспышки отдельной бомбы не должны значительно отклоняться от величин, установленных для фотобомб данного типа.

Кроме того, фотобомбы должны удовлетворять требованиям простоты и безопасности процесса снаряжения и эксплуатации, неизменности состава снаряжения и основных характеристик при долговременном хранении.

Фотобомбы ВВС различных стран содержат обычно следующие основные элементы: стальной цилиндрический корпус с ушками для подвески, стабилизатор, механический дистанционный взрыватель, контровочные устройства, тормозное устройство, пиротехническое снаряжение.

По типу применяемого снаряжения фотобомбы разделяют на:

1)ФОТАБ, снаряжаемые фотосмесями;

2)ФОТАБ металлопылевого типа;

3)ФОТАБ раздельного снаряжения (с «сегрегированным» окислителем).

146

Первые образцы фотобомб снаряжались фотосмесями, применявшимися в ту тору в бытовой фотографии, т. е. смесями .магниевого порошка и порошка какого-либо окислителя. Позже было установлено, что магниевые фотосмесн дают растянутые вспышки с относительно невысокой силой света. Путем замены магния порошком сплава А1—Mg удалось существенно повысить светотехнические характеристики фотобомб.

На рис. 12.6 показано устройство фотоавиабомбы, снаряженной фотосмесью, а в табл. 12.1 приведены основные характеристики некоторых фотобомб этого типа.

Рис. 12.6. Схема типичной фотобомбы, снаряженной фотосмесью:

/—дистанционный взрыватель; 3—разрывной заряд; 3—контро-вочная проволока; 4—

подвесное ушко; 5—фотосмесь

Таблица 12.1

Характеристики ФОТАБ, снаряженных фотосмесями

147

перхлорат калия — помещались раздельно в коаксиальных (имеющих одну и ту же ось) цилиндрах, так что слой окислителя находился между ВРЗ и металлом.

§ 4. ФОТО ПАТРОНЫ

Для съемки со средних и малых высот (от 0,Г5 до 2,6 км) применяют фотоосветительные патроны (фотопатроны); их транспортируют в многоствольных кассетах, из которых выстреливают в момент фотосъемки.

Фотопатрон (рис. 12.9) содержит заряд фотосмеси и замедлительно-вос-пламенительные устройства (ЗВУ), помещенные в алюминиевую оболочку;

Рис. 12.9. Устройство типичного фотопатрона:

/—оболочка фотозаряда; 2—фотосмесь; 3—замед- лительно-воспламенительное устройство (ЗВУ); 4— вышибной пороховой заряд; 5—капсюльная втулка; 6— пыжи фотозаряда; 7—крышка патрона

она, в свою очередь, помещается вместе с небольшим вышибным зарядом дымного пороха в наружную алюминиевую гильзу патрона, снабженную электровоспламенительной втулкой. Электрический импульс воспламеняет капсюльную втулку, последняя воспламеняет вышибной пороховой заряд. Давлением пороховых газов выстреливается заряд с фотосмесью и одновременно воспламеняется ЗВУ, а затем срабатывает капсюльдетонатор и взрывает заряд фотосмеси. В этот момент и производится экспонирование аэропленки. Фотопатроны имеют ЗВУ с различным временем замедления. Выбор времени замедления зависит от скорости полета самолета при аэрофотосъемке; время замедления тем меньше, чем больше скорость самолета. В табл. 12. 2 приведены основные характеристики американских фотопатронов.

Таблица 12.2

Основные характеристики фотоосветительных патронов

149

Кассеты с фотопатронами монтируются обычно внутри фюзеляжа самолета или на подкрыльевых пилонах. Кассеты сблокированы с фотоаппаратом через шаговый включатель, который задает определенный темп чыстреливания фотопатронов. Интервал между вспышками устанавливаутся в зависимости от скорости полета самолета и необходимого линейного перекрытия аэроснимков. На современных самолетахразведчиках обычно имеется несколько кассет с числом фотопатронов 100 и более. Это дает возможность производить маршрутную ночную аэрофотосъемку (рис. 12.10).

Рис. 12. 10. Схема съемки маршрута с использованием фотопатронов:

/, 2, 3— снимаемые последовательно участки местности; 4

— правление полета; С,—интервал между вспышками (или интервал между снимками); f—перекрытие снимков

§ 5. ФОТОСОСТАВЫ. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВСПЫШЕК И СВОЙСТВА ФОТОСОСТАВОВ

Фотоосветительные составы делятся на две группы: фотосмеси — механические смеси тонкоизмельченных порошков металлов (алюминия, магния и их сплавав) и кислородсодержащих юолей (КС104, Ba(NO3) 2 и др.) и порошки металлов, чистые или с некоторыми добавками, благоприятствующими их диспергированию при взрыве ВРЗ и быстрому воспламенению и сгоранию в кислороде воздуха.

Фотосмеси для получения большой силы света должны иметь высокую калорийность — более 2 ккал/г (8,4 кДж/г). Исходя из этого в качестве горючих в фотоомесях применяют порошки высококалорийных металлов: магния, магниевых сплавов, алюминия, а иногда также циркония и титана. При выборе металлического горючего и окислителя

150