Шидловский. Основы пиротехники

Рис. 15.5. Бронебой-но-зажигательно-трассирующий снаряд:

1— корпус; 2—зажигательная шашка; 3— шашка взрывчатого вещества; 4— взрыватель: 5—трас-серная гайка; 6—трассер; 7—баллистическим наконечник

Рис. 15.6. Бронебой-но-зажигательно-трассирующий снаряд' /—корпус; 2—зажигательная шашка; 3—баллистический наконечник:4—трассер

Рис. 15.7. Зажигательные пули:

а—пристрелочно-зажигательная; б—броне-бойно- зажигательная; в—бронебойно-за-жигательно- трассирующая; /—юболочка — плакированная томпаком сталь; 2—зажигательный состав; 3—стальной сердечник:4— свинцовая рубашка; 5—латунный кружок; б—стаканчик латунный; 7—стальной ударник с жалом; в—латунный предохранитель (разрезное кольцо); 9—капсюль;10— железная прокладка; //—'трассирующий состав; 12—колечко; 13—отверстие

Зажигательные составы. В табл. 15.1приведены рецепты наиболее типичных составов для малокалиберных снарядов и пуль.

191

За последние годы в разных странах разработано и испытано в малокалиберных снарядах много составов на основе окислителей-солей. Составы этого типа теперь полностью вытеснили белый 'фосфор и трассирующие составы, которые использовались 'раньше в этих зажигательных средствах.

Основой большинства зажигательных составов является порошок сплава А1—Mg (50/50), который оказался наилучшим из большого числа испытанных порошков различных металлов и сплавов.

В качестве окислителя лучшим по эффективности составов и по технологическим свойствам оказался нитрат бария. Эффективность составов на его основе повышается при добавлении кяим небольшого количества перхлората жалия. Последний, имея одинаковое с нитратом бария содержание активного кислорода, отличается более низкой температурой разложения. Перхлорат аммония также использовался в составах, но, будучи довольно чувствительным к механическим воздействиям, представляет большую опасность в производстве. Перхлораты других металлов (натрия, лития), хотя и испытывались, но широкого применения не получили из-за большой гигроскопичности и технологических трудностей при снаряжении изделий.

Двойные смеси из металлического горючего и окислителя в производстве легко расслаиваются, плохо прессуются и плохо текут в автоматических аппаратах. Поэтому к ним стали добавлять связующие (чаще всего резинат кальция, асфальтит) и графит, а для предотвращения комкования и улучшения сыпучести— стеараты кальция, цинка, алюминия.

§ 4. ТЕРМИТНО-ЗАЖИГАТЕЛЬНЫЕ СОСТАВЫ

Основой этих составов является железо-алюминиевый термит, который входит в 'них в количестве от 40 до 80%. Термит—это механическая смесь грубодисперсного алюминиевого порошка и железной окалины (Fe304). При горении смеси реакция протекает следующим образом:

ЗFе304+8А1=4А12O3+9Fе+831 ккал (3478 кДж)

.....................................76% ...24%.... 45% ....55%

Таблица 15.1 Составы для малокалиберных зажигательных снарядов и пуль

192

Примечание. Соcтавы с индексами JM M-214 MOX-2B - американские Характерными особенностями, отличающими горение термитов от горения других составов, являются:

1)почти полное отсутствие газообразных продуктов реакции, что обуславливает беспламенность горения и малый радиус действия горящего термита;

2)высокая температура горения (2400—2600° С);

3)образование при горении расплавленных огненно-жидких шла.ков, которые могут проплавлять металлические листы;

4)большая трудность воспламенения термита, особенно в запрессованном состоянии; температура самовоспламенения его ~1300° С; для воспламенения термитов применяют специальные переходные составы, содержащие 40—60% термита;

5)тушить термит трудно, он способен гореть даже под водой. Известны и другие виды термитов, содержащих вместо Fe3O4 оксиды других металлов: марганцевый термит (4А1+ЗМп02), хромовый (2А1+Сг20з) и др. Наиболее эффективным в зажигательных составах оказался железо-алюминиевый (железный) термит.

Однако из-за указанных выше недостатков (пп. 1 и 4) железный термит как таковой в качестве зажигательной смеси не применяют. Его используют в многокомпонентных термитно-зажигательных составах, куда наряду с термитом входят еще окислитель — соль, дополнительное металлическое горючее и связующее (см. табл. 15.2). Введение в термит различных добавок имеет целью облегчить воспламенение, создать пламя при горении, увеличить теплоту горения, ускорить или замедлить процесс горения, повысить механическую прочность запрессованных изделий, улучшить текучесть и прожигающее действие шлаков и т. п.

193

Таблица 15.2 Термитно-зажигательные составы

Теплота горения состава для ЗАВ ~1,1 ккал/т (4,6 кДж/г). При горении состава образуется 2,5 вес. % газообразных продуктов.

Добавка нитратов в термит повышает его тепловой эффект, создает пламя при горении, снижает температуру вспышки, но в то же время несколько повышает чувствительность состава к механическим воздействиям.

В качестве связующих в составы вводят органические вещества — смолы, а также иногда серу.

Рис. 15.8. Артиллерийский сегментный снаряд рассеивающего действия:

1—корпус; 2—донный вкладыш; 3—вышибной заряд; 4—диафрагма; 5— зажигательный сегмент;

б—прокладка; 7—головной вкладыш; 8—головка; 9— дистанционная трубка

194

При сгорании составов, содержащих серу, получаются более легкоплавкие шлаки, в которых наряду с железом содержатся также и сульфиды металлов.

Термитно-зажигательные составы широко использовались для снаряжения авиабомб (рис. 15.9, 15.10) сосредоточенного, рассеивающего и комбинированного действия, электроннотермитных авиабомб, в артиллерийских снарядах (рис: 15.8) и минах рассеивающего действия, а также безоболочных шаров и шашек.

Для того чтобы расширить по возможности площадь, поражаемую одной авиабомбой снарядом, миной), в зарубежных армиях комбинируют термитно-зажигательные составы с фосфорными составами, натрием и т. п.

Для затруднения операций но тушению пожаров зажигательные авиабомбы иногда снабжают небольшими взрывными зарядами.

§ 5. СПЛАВ «ЭЛЕКТРОН» И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

195

Сплав «электрон» нашел широкое применение для изготовления корпусов электроннотермитных авиабомб (рис. 15.9) и электронно-термитных зажигательных элементов артиллерийских снарядов. Примерный состав этого сплава: Mg—90—94%; Al— 0,5—8%, Zn и Mn—в сумме 1,5—5%. «Электронный» корпус бомбы является и зажигательным веществом, так как при горении термитного состава, заполняющего полость бомбы, корпус расплавляется и загорается при температуре ~650°С. Сплав «электрон» горит за счет кислорода воздуха, образуя при этом небольшое яркое белое пламя и выделяя белый дым окиои магния. «Электрон» может гореть не только за счет кислорода (и азота) воздуха, но также и за счет кислорода, имеющегося в соприкасающейся с ним древесине. При сгорании электрон развивает высокую температуру (до 2000° С) и выделяет значительное количество тепла: ~6 ккал/г (~25 кДж/г).

Сплав «электрон» имеетплотность 1,80—1,83 г/см3 и обладает хорошими прочностными характеристиками. Он вполне стоек по отношению к щелочным растворам, но легко коррелирует под действием даже слабых растворов кислот, аммониевых солей, под действием морской воды и т. п. Для защиты от коррозии «электронный» корпус ЗАБ оксидируют, а потом покрывают лакокрасочными покрытиями. Электронно-термитные ЗАБ показали себя весьма эффективным средством при массовом применении и сейчас сохраняются на вооружении ВВС ряда государств. Разрабатывается бомба с корпусом из сплава Mg—Cd, при горении которой образуется сравнительно высокотоксичная окись кадмия.

§ 6. СМЕСИ НА ОСНОВЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ НАПАЛМ

Эти смеси делятся на следующие основные группы:

1)жидкие (незагущенные) нефтепродукты;

2)отвержденные горючие;

3)жидко-вязкие (загущенные) зажигательные смеси;

4)металлизированные зажигательные смеси (пирогели).

1. Жидкие нефтепродукты. Они широко применялись в период первой и второй мировых войн в различных зажигательных средствах. Так, например, зажигательные бомбы наполнялись нефтью, мазутом, керосином, бензином; в некоторых случаях с целью увеличения времени горения и уменьшения распыления жидкостей в них добавляли вату или хлопчатобумажные концы (до 15%).

Основными преимуществами жидких нефтепродуктов как зажигательных веществ являются: большой тепловой эффект (1 г керосина дает при сгораяии 10 ;ккал, термит — 0,8 ккал); образование при горении большого пламени, а следовательно, и создание

большого очага пожара; малая скорость горения и достаточно широкая сырьевая база.

196

Недостатками их являются: низкая температура горения (700—900 С, температура горения термита 2400° С); .малая плотность (0,7—0,8, плотность спрессованного термита 3—3,4); отсутствие твердых продуктов сгорания—шлаков; чрезмерно большая подвижность, растекаемость и дробимость; излишняя легкость испарения, следствием чего является бурное горение при сообщении жидкости достаточно мощного теплового импульса.

Применяемые в настоящее время в ряде армий капиталистических стран жидкие зажигательные смеси — это жидкости малой вязкости, получаемые смещением бензина с тяжелым моторным или дизельным топливом или минеральными маслами. Незагущенные смеси применяют только в ранцевых огнеметах. Из-за сильной дробимости применение их в танковых или самоходных огнеметах, а также в зажигательных авиабомбах нецелесообразно.

2-Отвержденные горючие. Так называют горючие жидкости (углеводороды), превращенные путем соответствующей обработки в студнеобразное состояние.

Отвержденное горючее как самостоятельно, так и в комбинации с термитом может применяться для снаряжения тяжелых бомб, предназначаемых для поджога крупных деревянных строений (рис. 15.11).

Получение отвержденных горючих может осуществляться растворением B нефтепродуктах стеариновой кислоты (до 5%) с последующей обработкой их спиртовым раствором едкого натра (0,5 %-ный раствор NaOH).

Протекающая при смешении этих двух жидкостей реакция может быть выражена следующим образом:

С17Н35СООН + NaOH= C17H35COONa + НА

Горячую жидкость через шланги разливают в корпуса бомб, где, охлаждаясь, она превращается либо в студень, либо при большом количестве отвердителей в твердую массу, напоминающую парафин.

По указанному способу получают «твердую нефть», «твердый керосин» и т. п.

197

На практике для получения отвержденных горючих можно пользоваться техническим стеарином, представляющим собой смесь стеариновой и пальмитиновой кислот, последняя имеет формулу С1бН3202.

Отвержденные обычным способом бензин и керосин легко воспламеняются от горящей спички. При действии ЗАБ куски студня разбрасываются и создают много очатов пожара.

Калорийность и плотность отвержденного горючего близки к калорийности и плотности соответствующего нефтепродукта. Температура горения отвержденного керосина 800— 1000° С. Плавится отвержденное горючее при температуре около 60° С.

Приготовление, транспортировка, хранение и применение «твердого бензина» в народном хозяйстве описано в [54]. Здесь основой процесса отверждения бензина является получение его высококонцентрированной эмульсии и последующая ее пластификация. Отвердителями служат казеин, мочевиноформальдегидные смолы или растворы поливинилового спирта. Таким путем можно получать отвержденные продукты с содержанием в них 95—98% жидких углеводородов.

В последние годы широкое развитие получили методы микро-калсуляции мелких капелек жидкостей или мелких частиц твердых веществ в полимерные оболочки — капсулы. Эти методы дают возможность превращать жидкие материалы, в том числе и жидкие топлива, в поевдотвердое состояние. Техника микрокапсуляции открывает новые возможности для получения эффективных зажигательных смесей — отвержденных нефтепродуктов и других горючих веществ.

3. Жидко-вязкие (загущенные) зажигательные смеси. Эти смеси представляют собой студнеобразную массу, состоящую из жидкого горючего и загустителя. Для загущения было предложено и испытано множество органических веществ естественного и искусственного происхождения.

Однако только немногие из них нашли практическое применение. Наиболее удачными оказались каучук (натуральный и синтетический), алюминиевые соли смеси жирных и нафтеновых кислот, полиакрилаты.

При добавлении к бензину натурального/каучука, а также некоторых синтетических каучуков получается масса, напоминающая по консистенции и внешнему виду резиновый клей. Она хорошо прилипает к цели, горит довольно медленно, обеспечивая эффективную передачу тепла поджигаемому материалу.

Смеси подобного рода широко применялись войсками США и Германии. Однако в связи с дефицитностью каучука в начале второй мировой войны в США был разработан загуститель типа Ml, представляющий собой гранулированную смесь алюминиевых солей нафтеновой (25%), олеиновой (25%) кислот и смешанных жирных кислот .кокосового масла (50%). Этот загуститель был назван напалмом (от начальных слогов слов нафтеновая и пальмитиновая), а в дальнейшем этим названием стали именовать не только загустители, но и загущенные смеси.

Сырьем для изготовления порошка напалма являются: смесь упомянутых выше кислот, водный раствор едкого натра и раствор алюминиевых квасцов. Процесс ведется при избытке смеси кислот (HR). Протекающая при этом реакция может быть записана следующим образом:

6NaOH+6HR+Al2(S04)3=t2Al(OH)R2+2HR]+ +3Na2S04+4H2O.

Схема получения напалмового загустителя показана на рис. 15.12. В смесителе происходит осаждение алюминиевого мыла;

198

Рис. 15.12. Схема получения напалмового загустителя: 1—мешалка; 2— смеситель; 3—центрифуга; 4— транспортер; 5— шнек;

6—вращающаяся сушилка

полученная суспензия центрифугируется до содержания 1волн в ней 35%. Влажный напалм сушится горячим воздухом с температурой около 160 С в барабанной сушилке до влажности 0,4— 0,8%, а затем измельчается на мельницах. Полученный порошок может долго храниться, без потери свойств, в герметичной упаковке.

Содержание алюминия в напалме составляет 5,4—5,8%. Излишняя влажность, а также примеси .щелочей, солей Си, Fe, Mn, Со, РЬ, кислот, спиртов, ингибиторов коррозии, содержащих амины, могут вызывать частичное или 'полное расслоение геля, образуемого загустителем с бензином. Напалм гигроскопичен и способенinpи долговременном хранении реагировать с кислородом воздуха, что также приводит к ухудшению свойств загущенного бензина.

Загуститель М2, также разработанный в США, отличается от загустителя Ml добавкой в него до 5% обезвоженного аиликагеля для предотвращения комкования и улучшения текучести порошка. Загуститель М2 более стабилен. Загуститель М4 — это алюминиевая соль изооктановой кислоты с добавкой 2% силикагеля.

Хорошо загущенный бензин получается также лри добавлении к нему изобутнлметакрилатного полимера АЕ.

Судя по зарубежным данным, B последнее время большое применение получил новый загуститель напалм Б — порошок полистирола. Высокая стабильность его позволяет снаряжать им бомбы на заводе и хранить их в течение длительного времени.

В качестве горючей основы вязких огнесмесей — налалмов — попользуются бензин и керосин, а также смеси бензина с тяжелым моторным топливом или другими нефтепродуктами. Для приготовления огнесмесей жидкое горючее на заводе, в полевой смесительной установке или непосредственно в снаряжаемом объекте смешивают с загустителем. Для получения огнесмесей, применяемых в ранцевых огнеметах, в них добавляют 2—4% загустителя, в танковых огнеметах — 3—9%, а в зажигательных авиабомбах или б.аках и в огневых фугасах — 3—12%. Порошок загустителя растворяется при перемешивании за 18—24 часа.

Некоторые характеристики зарубежных напалмовых смесей приведены в табл.15.3.

Таблица 15.3 Состав некотооых напалмовых смесей

199

В ряде стран продолжаются работы по изысканию более эффективных загустителей и зажигательных смесей. В частности, в качестве загустителей предложены полипропилен, полиоксиэти-лен, сополимер бутадиена и стирола (соотношение 3:1) и др. В качестве горючих жидкостей предложены соединения ароматического ряда, нитропарафины, сероуглерод, металлоорганические соединения, фосфорные композиции, а также различные их комбинации с нефтепродуктами (патенты ФРГ 1.278.290, 1969;1.240.760, 1967 и 956.919, 1957).

4. Металлизированные зажигательные смеси на основе нефтепродуктов. Эти более эффективные смеси, называемые пирогелями, имеют более высокую температуру горения (до 1400—1600° С). Приготовляют их, добавляя в обычный напалм .порошки металлов (Mg, А1 или сплавов А1— Mg), тяжелые нефтепродукты (асфальт, мазут), некоторые горючие полимеры (изобутилметакрилат, полибутадиен) и кислородсодержащие соли (нитрат натрия). Магний обычно вводится в виде специально разработанной пасты «ГУП»

200