Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)

Вид материала

Содержание

3.2.6 Пестицидный состав [86–87]
3.3 Использование пиротехнических составов в народном
Использование порохов и пиротехнических составов в противоградовых ракетах.
Воздействие на метеорологические процессы.
Искусственное вызывание выпадения осадков
Тушение лесных пожаров.
Фейерверки и салюты.

Подобный материал:

1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 17

3.2.6 Пестицидный состав [86–87]

Пестицидный состав – это пиротехнический состав, горение которого сопровождается образованием аэрозолей, содержащих вещества, губительно действующие на различные вредные организмы. Применяется для снаряжения пестицидных средств. Пестицидные составы подразделяются на инсектицидные для уничтожения вредных насекомых; акарецидные для борьбы с клещами и фунгицидные для борьбы с грибами, бактериальными и вирусными заболеваниями растений, клуб-ней, плодов и т.д. Пестициды при сгорании состава возгоняются с последующей конденсацией, образуя азрозоль. Пестициды должны обладать высокой активностью по отношению к вредным насекомым, вирусам при малом расходе токсиканта, быть относительно безвредными для людей и животных, не должны иметь неприятный запах и угнетать растительность. В качестве инсектицидов используются ДДТ, гексахлорциклогексан (ГХЦГ), хлорциклодиены. Для возгонки пестицидов применяются термические смеси на основе КСlО₃, органических горючих и пламегасителей. В акарицидных составах используют тедион, кельтан и дилор. Для обеззараживания теплиц, парников овощехранилищ разработаны серные шашки, содержащие 75 % cеры, 25 % термической основы. Универсальной термической основой аэрозолеобразующих составов являются нитраты целлюлозы, азидопентон и измельченные пороха.

3.3 Использование пиротехнических составов в народном

хозяйстве [19]

Пиротехнические составы широко применяются в следующих областях: в сельском хозяйстве, промышленности, для исследования кос-мического пространства, в быту и т.д.

Одним из методов борьбы с заморозками является создание дымовых завес с помощью специальных пиротехнических составов. Для этого применяются специальные дымовые средства, изготовляемые в виде шашек или пакетов, получившие название «Урожай». В состав дымообразующей шашки входят: гексохлоран – 74 %, феррофосфор − 22 %, алюминиевый порошок – 4 %. При горении шашки образуется темный дым, имеющий большой тепловой эффект, температура воздуха повышается, что может резко сократить степень повреждения ценных теплолюбивых культур.

В ряде случаев, когда требуется провести срочную сварку стальных деталей (проводов, рельсов, валов и т.д.) все большее применение находят методы, основанные на использовании пиротехнических составов. Они позволяют быстро нагреть место сварки до высокой температуры (1500 °С). Такая операция осуществляется за счет использования термитных составов.

Пиротехнические составы применяются для горячей штамповки деталей из тонколистовых материалов (титана, молибдена, вольфрама). Для этого листовая заготовка обмазывается слоем высококалорийного пиросостава и поджигается, и лист сразу по всей поверхности нагревается до нужной температуры.

Для тушения пожаров, возникающих в шахтах и рудниках при добыче угля, применяют пиротехнические составы, при горении которых выделяются негорючие газы SO₂ и N₂ и водяные пары. Один из таких составов содержит 35–50 % KСlO₃ или нитрата Na, K, NH₄, 15–40 % мочевины или нитрогуанидина и 3 % идитола.

Для исследования космического пространства с помощью пиротехнических составов создают искусственные светящиеся облака, которые помогают изучать ветровой режим, диффузию, плотность, температуру, состав атмосферы, турбулентность, электрические поля и другие характеристики на больших высотах. Для создания таких облаков используются термитные смеси, содержащие натрий, калий, литий, стронций. При горении натрий (калий, литий, стронций) испаряется, образуя облако. Большое применение пиротехнические составы находят для искусственного вызывания выпадения осадков, для тушения лесных пожаров, для рассеивания туманов и т.д.

Использование порохов и пиротехнических составов в противоградовых ракетах. Град наносит большой ущерб сельскому хозяйству. От него страдают сельскохозяйственные угодья – посевы пшеницы, кукурузы, подсолнечника, сады и т.д. По оценкам специалистов ежегодный ущерб от града во всех странах мира составляет свыше двух миллиардов долларов, поэтому разработка средств от борьбы с градом является весьма важной задачей.

В середине 60-х годов был выяснен механизм образования града. Оказалось, что в теплые дни, когда возникают мощные восходящие потоки воздуха в больших кучевых облаках, температура в которых колеблется от минус 10 до 20 С, образуются крупные переохлажденные капли воды. На высоте 8–10 км температура достигает минус 40 С, и капли замерзают, образуя зародыши градин, которые, увеличиваясь в размерах, становятся тяжелее, опускаются ниже и выпадают на землю. Град обычно выпадает полосами шириной до 15 км и длиной иногда свыше 150 км. Чаше всего град образуется в суперячеистых облаках.

Исследования в нашей стране и за рубежом показали, что наиболее действенным методом борьбы с градом является искусственное создание в облаках как можно большего числа зародышей градин.
Тогда прекратится их рост, и мелкие ледышки, растаяв в пути, упадут на почву в виде дождя.

Это может быть достигнуто, если в суперячеистом облаке распылить порошок сухой углекислоты, или аэрозоли солей свинца (PbJ₂), или йодистого серебра (AgJ).

Если достаточное количество таких реагентов рассеять в облаке, то каждая его пылинка становится центром кристаллизации переохлажденной воды. Равновесие в состоянии облака нарушается, происходит бурный процесс возникновения кристалликов льда – зачатков отдельных градин. Но так как их много, и размеры образующихся градин не велики, то при прохождении через нижние более теплые слои атмосферы они успевают растаять. Вместо града на землю выпадает дождь.

Самым приемлемым способом доставки реагента в градовые облака оказались специальные противоградовые ракеты и снаряды, выстреливаемые из наземных установок. Пуск ракет производится из стартовых установок, напоминающих стартовые установки «Катюши».

Шашка пиротехнического состава содержит 40–60 % AgJ или PbJ₂, 25–45 % NH₄ClO₄, 10–25 % идитола и 1,5–2 % графита или минерального масла и помещается в головную часть ракеты.

Было разработано целое семейство специальных ракет: «Облако», ПГИ, «Алазань-1», «Алазань-2М», «Алазань-2МТ», «Кристалл», «Небо», характеристики которых приведены в таблице 12.

Таблица 12 – Основные характеристики противоградовых ракет

Тип	Калибр, мм	Длина, мм	Масса ракеты/ заряда, мг	Максимальная высота подъема, км	Число ракет для защиты	Температурный диапазон, °С
1	2	3	4	5	6	7
ПГИ	82,5		/3,1	4,2	89	
«Алазань-1»	82	960	9,8/3,1	8,7	78	
«Алазань-2М»	82,5	1450	8,3/3,1	8,7	67	от минус 10 до плюс 50
«Алазань-2МТ»	82,5	1550	9,0/2,8	9,5	34	от плюс 10 до плюс 60
«Облако»	125	2110	35/5	8,6		
«Кристалл»	100	1965	11,5/4,4	8	34	от минус 5 до плюс50

Основой этих ракет, доставляющих их к облаку, является РДТТ, использующий заряд из баллиститного, пластичного или смесевого твердого топлива.

Первая отечественная ракета ПГИ (рисунок 65) представляет собой турбореактивный снаряд калибра 82,5 мм. Она состоит из порохового ракетного двигателя и головной части, в которой расположена дымовая шашка, содержащая реагент.

1 − корпус; 2 − головная часть; 3 − шашка с йодистым серебром;

4  вышибной заряд

Рисунок 65 − Схема устройства противоградовой ракеты ПГИ

Для запуска ракеты ПГИ с помощью электрического импульса воспламеняют пороховой ракетный двигатель. Ракета сходит с пусковой установки. Стабилизация ее полета достигается за счет вращения вокруг продольной оси, что обеспечивается специальной конструкцией сопловых каналов двигателя. По истечении установленного еще до запуска интервала времени (определенного с учетом расстояния до градового облака) воспламеняется дымовая шашка, при горении которой реагент в аэрозольном состоянии вместе с дымом выбрасывается наружу и рассеивается в облаке по трассе полета ракеты, после сгорания дымовой шашки срабатывает разрывной заряд, который дробит ракету на безопасные осколки.

Ракета «Облако» (рисунок 66) [82] обладает большей дальностью стрельбы, чем ракета ПГИ, и большим запасом реагента. Ее основные характеристики: калибр 125 мм, длина 2110 мм, масса 35 кг, максимальная высота подъема 8,6 км, максимальная дальность полета 12 км, длина трассы активного дыма до 8 км, масса реагента (йодистое серебро) 5 кг. Одна ракета образует в атмосфере около 10¹⁶ ледяных ядер. Стабилизация ракеты в полете достигается оперением.

1 − головная дистанционная трубка; 2 − отверстия для выхода
парогазовой смеси; 3 − шашка активного дыма; 4 − пиропороховой двигатель; 5 − сопловой блок; 6 − парашютный отсек

Рисунок 66 − Противоградовая ракета «Облако»

Аналогично ракете ПГИ через заданное время после срабатывания двигателя ракеты «Облако» загорается дымовая шашка, и реагент распыляется в градовом облаке. Затем взрывается вышибной заряд: под его действием открывается крышка парашютного отсека и выбрасывается тормозной парашют, на котором ракета опускается на землю. Скорость снижения ракеты на парашюте 58 м/с.

Ракета «Алазань-2М» (рисунок 67) не имеет парашюта, несколько меньше по размерам и самоликвидируется с помощью взрыва подобно ракете ПГИ. Она состоит из двухкамерного двигателя с двумя пороховыми шашками, изготовленными из пороха рецептур НМФ-2 и
РСИ-12К с пиросопроводителем, обеспечивающим горение пороха при более низком давлении.

1 − дистанционная трубка; 2 − шашка активного дыма;
3 − соединительная втулка; 4 − разрывной заряд; 5 − пиротехнические шашки; 6 − пороховые шашки двигателя; 7 − корпус; 8 − камера РДТТ; 9 − сопло; 10 − стабилизатор; 11 − электрокапсюль;
12 − дистанционный узел разрушения корпуса; 13 − корпус головной части; 14 − отверстие для выхода аэрозоля

Рисунок 67  Противоградовая ракета «Алазань-2М»

Шашки имеют цилиндрическую форму с продольными выступами, вкладываются в корпус 7 диаметром 82,5 мм, закрываемый сопловым блоком 9. На него с помощью соединительной втулки 3 навертывается корпус головной части с конусом обтекателя, в котором раз-мещаются шашка пиротехнического состава, содержащая йодистое серебро 2, и дистанционная трубка 1, которая через 7 секунд после запуска ракеты дает команду на выдавливание аэрозоля через отверс-
тие 14 в градоопасное облако. По окончании работы ракеты и после начала ее падения на землю дистанционный узел 12 дает команду на подрыв разрывного заряда, состоящего из шашки ВВ, дробящего металлическую оболочку корпуса на мелкие частицы, которые уже не создают опасности при их падении на землю. Для обеспечения горения ракетных зарядов при более низком давлении применяется пиротехническая шашка 5. В последующих конструкциях ракет их металлические корпуса стали заменять на стеклопластиковые.

Из таблицы 12 видно, что ракеты «Кристалл», «Алазань-2М» по своим характеристикам значительное превосходят ракету «Алазань 1». Например, увеличенный в 10 раз срок безопасной эксплуатации обеспечит их предпочтительное применение в районах с высокой плотностью населения, повышенный темпратурный диапазон применения (до 60 °С) обеспечит их предпочтительное применение в регионах с тропический климатом, а увеличенный на 50 % радиус действия ракеты «Кристалл» позволит предотвратить процесс градообразования на больших территориях.

Газогенераторы. В технике часто требуется быстро получать небольшие количества газа, например, для наддува топливных баков, перемещения движущихся частей различных устройств, катапультирования пилота, размыкания и замыкания цепей электрического тока, приведения в действие клапанов пуска небольших газовых турбин и др. Для этого разработаны специальные газогенераторные патроны. Источниками газов в них могут быть нитроцеллюлозные пороха, твердые ракетные топлива, пиротехнические составы.

Основные требования к газогенерирующим составам – это обеспечение низкой температуры газа и малой скорости горения, а также минимальное количество твердых остатков при сгорании. Желательно, чтобы зависимость скорости горения от температуры была также наименьшей.

Газы должны обеспечить выходные параметры газогенераторов, которыми являются: количество газов, выделяемых в секунду, общий объем полученных газов и их давление.

Сами газогенераторы должны иметь минимальные массу и габаритные размеры, быть конструктивно несложными и надежными в работе, особенно если они применяются в космических объектах.

В газогенераторных составах в качестве основных компонентов, не дающих при сгорании твердых остатков, используются нитраты аммония и гуанидина и нитрогуанидин. Смеси на основе нитрата аммония более гигроскопичны и труднее воспламеняются.

В начале 60-х г. в США стали разрабатываться составы на основе перхлората аммония. В них входили полиэфирные смолы, дигидроксилглиоксим (С₂Н₄О₄N₂) и катализаторы полимеризации. Состав, содержащий 74 % перхлората аммония и 26 % органических веществ, горит при Р = 700 МПа со скоростью 2,7 мм/с. Температура горения
123 °С, плотность 1,63 г/см³, удельный импульс примерно 200 с.

В настоящее время в НИИПХ разработаны газогенерирующие составы на основе нитрата калия, магния и пентаэритрита с температурой горения 1200 К и массовой долей газов 50 %.

Воздействие на метеорологические процессы. Важная роль в управлении погодой принадлежит пиротехнике, которая уже позволила создать для этих целей ряд пиротехнических изделий, которые стали находить все большее применение в метеорологии, в первую очередь для рассеивания тепловых туманов, препятствующих взлету и посадке самолетов, стимулирования выпадения осадков, ликвидации лесных пожаров, борьбы с засухой, обеспечения хорошей погоды в дни праздников и торжеств в больших городах и т.п.

Для этих целей применяется пиротехнический патрон (рису-
нок 68) диаметром 39 мм, выстреливаемый из кассет ЭКСП-39. Патрон состоит из картонной гильзы 1 с шашкой, картонной оболочки 2, в которую впрессовывается льдообразующий состав 3, порохового вышибного заряда 4 и капсюля-воспламенителя 5.

При выстреле луч огня от капсюля-воспламенителя поджигает пороховой заряд, образующиеся в результате его горения пороховые газы выталкивают шашку из оболочки и одновременно воспламеняют льдообразующий состав. Пиросостав для этих патронов состоит из
50 % AgI, 40 % NH₄ClO₄ и 10 % идитола. Температура горения состава 12001300 °С, время горения примерно 14 с (при давлении 66,5 кПа).

Искусственное вызывание выпадения осадков. Новая область использования противоградовых ракет  это вызывание искусственного выпадения осадков в засушливых районах.

Необходимо отметить особо актуальное значение для страны проблемы изыскания дополнительных источников воды в связи с угрозой исчезновения Аральского моря и острейшей экологической обстановкой в этом регионе.

1 − картонная гильза с шашкой; 2 − картонная оболочка;

3 − льдообразующий состав; 4 − пороховой вышибной заряд;

5 − капсюль-воспламенитель

Рисунок 68 − Пиропатрон типа ПГП-39 для стимулирования осадков

По данным Госкомгидромета России методом искусственного вызывания осадков в бассейне рек Амударьи и Сырдарьи, питающих Аральское море, количество дополнительной воды можно увеличить до 12 тыс. м³ в год.

На первых этапах с этой целью могут быть использованы ранее разработанные самолетные и наземные средства, вызывающие осадки, например, самолетные гидропатроны с шириной засева реагентов до
4 км. Ведутся работы по разработке пиропатронов, позволяющих увеличить ширину засева реагентов до 10–15 км, что позволит сократить время обработки облаков и число задействованных самолетов.

Для искусственного инициирования осадков в горных районах предложен пиротехнический генератор, обеспечивающий при сгорании выход активных ядер до 1,6∙10¹³ с 1 г состава.

Пирогенератор включает 12 пироэлементов калибра 100 мм и длиной 1800 мм с временем работы до 60 мин.

Тушение лесных пожаров. Многочисленные опыты, проведенные в разных районах страны, показали достаточную эффективность и перспективность этого метода. Сущность его заключается в том, что в облака над районом пожара вводится пиросостав с помощью пиротехнических патронов, которые выстреливаются в облако из специальной кассеты или патронника с самолета, летающего над зоной пожара.
В зависимости от типа и характера облака в него выстреливается от трех до шести и более пиротехнических патронов.

Хорошая погода в дни праздников и торжеств обеспечивается выстреливанием с самолета в облака, движущиеся по направлению защищаемой цели, пиротехнических патронов с составом, вызывающим образование дождевых капель и их выпадение еще до достижения защищаемого пространства.

Рассеивание туманов производится выстреливанием в них с самолета или с земли пиротехнических патронов с вышеуказанными составами.

Фейерверки и салюты. Обычай отмечать праздничные события фейерверками и салютами имеет большую историю в нашей стране, которая начинается еще с эпохи Петра I.

Салюты – это залпы холостыми патронами из многих орудий, сопровождающиеся выстрелами звездок цветных огней: белого, красного, зеленого, желтого и др.

Фейерверочные изделия высотного действия (подъем 150 м и выше) должны обеспечивать: безотказность действия, время зрелищного эффекта не менее 5 с, полное сгорание в воздухе пироэлементов, отсутствие падающих горящих или тлеющих частей состава, способных вызвать пожар, отсутствие при разрыве изделия в воздухе деталей, которые могут травмировать людей.

Для повышения зрительного эффекта было разработано много типов фейерверочных огней, звездок, средств их доставки. Большой спрос на эти изделия потребовал организации их специальных производств на базе заводов, выпускающих пиротехнические изделия.

На основе проведенных исследований в области теории стабильного и пульсирующего горения пиросоставов был разработан ряд составов, позволявших создать оригинальные мерцающие, цветно-пла-менные, искристо-форсовые, светодымовые и другие комбинированные эффекты.

На их основе разработано более 50 наименований 150, 195, 310 мм изделий высотного действия и несколько десятков наименований пироэлементов и изделий для паркового фейерверка.

Для надежности и безопасности запусков созданы на базе серийных автомашин многоствольные салютные установки калибра 105, 195 и 310 мм с пуском изделий по заданной программе и с дистанционным управлением огня по рации с одного центрального командного пункта.

Фейерверочные составы цветных огней приведены в таблице 13.

Таблица 13 − Фейерверочные мерцающие составы

Цвет огня и шифр состава	Рецептура смеси		U, мм/c	I/S, кд/см²	f, Гц
Цвет огня и шифр состава	наименование компонента	содержание, %	U, мм/c	I/S, кд/см²	f, Гц
1	2	3	4	5	6
Красный, МР-67	Sr(NO₃)₂ Сплав АМ Технологическая добавка	78–84 18–22 1,2–2,5	0,6–0,7	1500	0,4–0,6
Белый, МБ-67	Ba(NO₃)₂ Сплав АМ Технологическая добавка	70–80 18–22 0–2	0,4–0,7	2700	0,5–0,6
Белый, МБ-72	Ba(NO₃)₂+Sr(NO₃)₂ Сплав АМ MgO Технологическая добавка	60–84 25–35 1–5 0,2–1,0	0,6–0,7	1700	1,4–3,0
Желтый, МЖ-67	Ba(NO₃)₂ Сплав АМ Технологическая добавка	65–75 26–34 2–8	0,2–0,9	1700	0,9–1,0
Желтый, МЖ-72	NaNO₃+Ba(NO₃)₂ Na ₂C₂O₄(NaCO₃) Сплав АМ Технологическая добавка	63–75 2–8 25–35 12	0,4–0,7	1600	1,1–3,0

Продолжение таблицы 13

1	2	3	4	5	6
Зеленый, МЗ-67	Ba(NO₃)₂ Сплав АМ Сu (пудра) Технологическая добавка	70–80 14–17 8–12 0–2	0,4–0,9	1500	0,7–0,8
Фиолетовый, МФ-72	NН₄С1O₄ Sr(NO₃)₂ Сплав АМ СuO Технологическая добавка	40–48 8–12 26–34 5–11 5–11	0,8	1100	15–16

Эти составы нашли применение в выпускаемых промышлен-ностью высотных и парковых изделиях марок «Майские звезды»,
«Радуга», «Каменный цветок», «Ореол-4», «Залп Авроры», «Уральский самоцвет-1» и «Уральский самоцвет-2».

Мерцающие огни в фейерверочных изделиях вызывают большой зрительный эффект, поэтому такие изделия пользуются большим спросом. По оригинальности и красочности зрелищного эффекта составы мерцающих огней превосходят все другие известные пиросоставы. Основными параметрами пульсирующего горения являются частота вспышек и амплитуда колебаний силы света, а также изменение насыщенности цветом пламени. В оптимальном случае такое горение сопровождается периодическим исчезновением и возникновением пламени, которое наблюдается визуально.

Практическое применение в мерцающих составах цветных огней нашли составы, основой которых является двойная смесь сплава АМ 50/50 с нитратами щелочно-земельных металлов. Эти составы используются в фейерверочных изделиях «Бирюза», «Северное сияние», «Бисер», «Бисер разноцветный», «Бриллиант», «Мерцающие звезды».

Применяются и составы с длительным свечением шлаков, которые также дают хороший зрительный эффект. Например, длительное в течение нескольких секунд голубое свечение шлаков обеспечивается составом, содержащим 30 % нитрата натрия, 64 % магния, 3,5 % стеарата кальция, 1 % стеарина, 1 % индустриального масла.

На рисунке 69 показано фейерверочное изделие с центральным воспламенительно-разрывным зарядом.

Парковые фейерверки предназначены для показа в различных местах общественного отдыха. Выпускается ряд фейерверков калибра 10125 мм. Запуск таких изделий осуществляется дистанционно с больших площадей, крыш высотных зданий, мостов с помощью электрических систем и электропороховых воспламенителей, чем обеспечивается безопасность обслуживающего персонала и зрителей. В парках кроме высотных фейерверков применяются и различные наземные пиротехнические фигуры: огненные фонтаны, водопады, мельницы, мозаики и др.

1 − корпус; 2 − пироэлементы; 3 − воспламенительно-разрывной заряд;

4 − усилитель; 5 − замедлительно-воспламенительный узел;
6 − дроссель; 7 − вышибной заряд; 8 − электровоспламенитель

Рисунок 69 − Фейерверочное изделие с центральным
воспламенительно-разрывным зарядом

Большой интерес представляют изделия «Пиротехническая свеча», дающая пламя различных цветов, «Колос», образующий мощный форс золотистых искр, «Гейзер» с серебристым форсом и др. Время их действия составляет 50–60 с.

Весьма эффективным оказывается и применение изделия «Комета» (рисунок 70), которое обеспечивает серебристый искроогненный шлейф высотой до 40 м с выбросом в зените гроздьев цветных огней.

1  корпус; 2 – крышка; 3 – упор; 4 – обтюратор; 5 – пироэлементы;

6  искристо-форсовый состав; 7 – кометный факел; 8 – диафрагма;

9 – вышибной заряд; 10 – воспламенитель

Рисунок 70 − Изделие «Комета»

Blog

Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)

Содержание