КОМПОЗИЦИЯ ЗАЖИГАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2012 года по МПК C06B33/02 C06C7/02 

Изобретение относится к пиротехническим составам и может быть использовано в зажигательных блоках, применяемых в фугасных, осколочных, фугасно-осколочных или термобарических боеприпасах для придания им зажигательного действия или усиления его.

Зажигательное действие существенно повышает эффективность фугасного и осколочного действия боеприпасов, расширяет их функциональные возможности, увеличивает вероятность и степень поражения различных видов целей. Однако многократные попытки применения в таких боеприпасах традиционных зажигательных веществ, применяемых в зажигательных боеприпасах, например термитных составов, как правило, не имели успеха.

Основными компонентами термитных смесей являются металлические горючие Al, или Mg, или их смеси и окислы металлов. Например, зажигательный состав в соответствии с патентом Великобритании №1505663 С1Д, опубликованный 30.03.1978 г., содержит 20-40% магния, 30-60% окисла металла, например, Fe₃O₄, MnO₂ или TiO₂ и не менее 10% по массе эластомерного полисилоксана. Термитный зажигательный состав в соответствии с патентом США №3325316 от 13.06.1967 г. содержит 25-28% порошка алюминия и 72-75% магнитной окиси железа.

Горение термитных составов протекает с образованием высокотемпературных конденсированных продуктов сгорания в виде кусков расплавленного металла и газообразных продуктов над ними, формирующих пламена. Совместное и длительное воздействие крупных частиц расплавленного металла и высокотемпературного пламени обеспечивает высокую вероятность зажигания различных видов горючих материалов, в том числе и трудновоспламенимых.

К недостаткам термитных композиций относится неспособность зажигательных элементов, сформированных из таких составов, независимо от способа их формования, сохраняться при взрыве боеприпасов, содержащих в качестве основного снаряжения конденсированные ВВ (КВВ), в виде компактных частиц, способных к горению и к зажигательному действию. Как правило, под действием взрыва конденсированных ВВ термиты диспергируются до исходных размеров компонентов, входящих в их состав. Это естественно, так как при взрыве КВВ значительная часть толстостенных корпусов осколочных и осколочно-фугасных боеприпасов, выполняемых из высокопрочной стали, дробиться в пыль. Иногда при взрыве образуются светящиеся искры от сгорания отдельных компонентов термитов. Вследствие кратковременности вспышки отдельных компонентов термитные составы не способны обеспечить зажигание даже легковоспламенимых материалов, таких как пары бензина.

Известны пирофорные массы (патент ФРГ №811335, МКИ C06B 40/00, публикация от 14.06.51 г.), состоящие из смеси металлов, таких как ртуть, цинк, магний, сурьма, висмут и их сплавы, содержащие сплавленную по поверхности раздела заливку церия или его сплавов, кроме того, известен состав (патент США №2801590, НКИ 149-44, 102-90), предназначенный для формирования из металлов пирофорных элементов, содержащих 35% циркония, 30% титана, 35% свинца. Даже будучи заключены в прочную металлическую защитную оболочку элементы из таких материалов не способны самоупрочняться, чтобы сохраняться при действии разрушающих факторов взрыва: ударных волн и высокоскоростных потоков продуктов детонации. В результате воздействия факторов, сопровождающих взрыв боеприпасов, зажигательные элементы из указанных металлов претерпевают физико-механические и химические превращения, приводящие к их дроблению на очень мелкие частицы, не способные зажигать типовые горючие материалы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой композиции по целевому назначению и компонентному составу является состав, описанный в патенте США №3.669.020, кл. 102-G с приоритетом от 6.5.1970 г. В указанном патенте в устройстве зажигательной бомбы в качестве зажигательного состава используется композиция, содержащая горючий металл и фторуглеродный полимер при следующем соотношении компонентов: 50-80% металла и 20-50% политетрафторэтилен. Как следует из материалов патента, в качестве горючего металла используется магний, алюминий или алюминиево-магниевый сплав. При действии боеприпаса, содержащего в своем устройстве указанный состав, образуются горящие частицы с временем горения 2 с.

Недостатком данного состава является малая продолжительность его горения и времени теплового воздействия на горючие материалы в более мягких условиях взрыва боеприпаса, описанного в прототипе изобретения, в котором в качестве основного снаряжения используется не взрывчатое вещество, а порох, не обладающий бризантным действием, в отличие от конденсированных ВВ, применяемых в осколочных и осколочно-фугасных боеприпасах. Вследствие недостаточной продолжительности горения и неспособности состава при горении образовывать крупные твердые компактные частицы из продуктов реакции, которые, к тому же, дополнительно разрушаются при взаимодействии с объектом поражения, состав-прототип не обеспечивает зажигание горючесмазочных материалов с низкой упругостью паров, древесины, пластиков и многих других видов горючих материалов.

Задачей данного изобретения является создание экзотермически реагирующей, самоупрочняющейся при взрыве фугасно-осколочных и осколочных боеприпасов зажигательной композиции, образующей при взрыве таких боеприпасов твердые по консистенции, эффективно действующие на горючие материалы зажигательные частицы размером более 5 мм с длительностью горения (теплового действия) более 5 с, предназначенные для зажигания различных видов горючих материалов, в том числе и трудновоспламеняемых.

Задача изобретения решается тем, что в состав композиции, содержащий алюминий и окислитель, дополнительно вводятся железо, или никель, или цирконий, или медь, или титан, или бор, или кремний, или их смеси в различных сочетаниях, а в качестве окислителя вводится углерод при следующем соотношении компонентов (в мас.%):

алюминий 2-30 железо, или никель, или цирконий, или медь, или титан, или бор, или кремний, или их смеси различных сочетаниях 45-93 углерод 5-25

Дополнительно композиция может содержать от 0,2 до 10% фтор- или силиконового полимера или индустриального масла, когда она применяется в проникающих боеприпасах, снаряжение которых испытывает значительные ударные воздействия при проникании в жесткие и массивные преграды. Добавки фтор- или силиконового полимеров или индустриального масла вводятся за счет уменьшенного содержания в ней добавленных к алюминию горючих металлов или углерода.

Для придания пламенности сформированным при взрыве фрагментам композиции она может содержать от 0,2 до 25% красного фосфора за счет горючих веществ, добавленных к алюминию, и углерода.

Использование в составе композиции алюминия в сочетании с перечисленными неорганическими горючими и углеродом обеспечивает самоупрочнение ее компонентов под действием ударных волн взрыва вследствие спекания в твердые прочные агломераты размером от 5 до 50 мм. Такие агломераты не разрушаются при скоростях метания взрывом свыше 1 км/с, характерных для действия осколочных и осколочно-фугасных боеприпасов, не разрушаются и при ударе о материал цели. Кроме того, введение в композицию углерода приводит к тому, что длительность существования очага пожара, создаваемого агломератами, может составлять десятки секунд.

В боеприпасах, проникающих в твердые массивные преграды, когда нагрузки, действующие на зажигательные элементы, чрезвычайно велики, могут быть использованы сочетания с алюминием и углеродом дорогостоящих компонентов, таких как цирконий, бор, титан. Агломераты, формируемые при таких сочетаниях компонентов смеси, обладают особой прочностью и способны выдерживать действие на них нагрузок, возникающих при ударе о цель со скоростью в 2000 м/с. Дополнительным фактором, способствующим сохранению блоков из зажигательного состава в проникающих боеприпасах, является использование в составе композиции фтор- или силиконовых полимеров или индустриального масла..

В термобарических боеприпасах бризантное действие наименее выражено, поэтому в них могут быть использованы зажигательные элементы, построенные на сочетании с алюминием и углеродом недорогих компонентов, таких как железо, или никель, или кремний, или медь, или их смеси.

Известно, что зажигание горючесмазочных материалов (ГСМ) осуществляется более эффективно, когда источник зажигания содержит высокотемпературные факелы газообразных продуктов сгорания. Введение красного фосфора в композицию обеспечивает появление факела пламени у сформированных взрывом раскаленных зажигательных элементов. Поэтому для применения в боеприпасах, предназначенных для поражения складов ГСМ, целесообразно использовать варианты заявленной композиции, включающие добавки красного фосфора.

При содержании компонентов к композиции за пределами заявленного диапазона резко сокращается время теплового воздействия, размеры и температура горящих частиц и, соответственно, резко снижается эффективность зажигательного действия.

Композиция готовится на стандартном оборудовании для приготовления пиротехнических составов. Зажигательные блоки из разработанной композиции могут быть выполнены в виде элементов, состоящих из порошкообразных смесей компонентов, или могут быть сформованными прессованием, накаткой, грануляцией или другими видами формования композиций.

Различные варианты исполнения заявленной композиции прошли широкую проверку в макетах фугасных и осколочно-фугасных боеприпасов различного назначения и с различными габаритами. При проведении экспериментов методами видеосъемки, визуального наблюдения, а также замерами собранных после взрыва фрагментов определяли размеры частиц и их устойчивость при ударе по стальным листам. Тепловизионными и пирометрическими методами регистрировали температуру образующихся при взрыве горящих частиц зажигательного вещества.

Данные о компонентном составе испытанных вариантов заявленной композиции и прототипа представлены в таблице 1. Сравнительные характеристики действия блоков, изготовленных из порошкообразного состава, в стальных макетах боеприпасов в снаряжении 20 кг ВВ представлены в таблице 2.

Аналогичные результаты получены при применении блоков из разработанных композиций в макетах термобарических боеприпасов. Как видно из данных, представленных в таблице 2, различные варианты исполнений заявленной композиции многократно превосходят композиции прототипа по температуре горения, длительности теплового действия, способности формировать горящие частицы и быть устойчивыми при ударе о металлическую преграду.

Указанные в таблице 2 эффекты реализуются независимо от способа формования зажигательных блоков из разработанной композиции, предназначенных для применения их в боеприпасах, будь то блоки, собранные из гранулированных смесей компонентов или сформованные из указанных композиций путем накатки, прессования или другими способами.

За пределами заявленного диапазона соотношений компонентов, как это имеет место в вариантах исполнения композиции 19-21 (таблица 1), параметры, определяющие эффективность зажигательного действия композиции, резко снижаются, что подтверждает обоснованность заявленных соотношений.

Эффективность зажигательного действия разработанной композиции по типовым зажигательным материалам, таким как ГСМ, пиломатериалы, пластик и др., подтверждена экспериментально на натурных боевых частях фугасного, осколочного, фугасно-осколочного и термобарического действия.

Изобретение относится к пиротехническим составам и может быть использовано в зажигательных блоках, применяемых в фугасных, осколочных, фугасно-осколочных и термобарических боеприпасах для придания им зажигательного действия или его усиления. Композиция, содержащая алюминий и окислитель дополнительно содержит железо, или никель, или цирконий, или медь, или титан, или бор, или кремний, или их смеси в различных сочетаниях, а в качестве окислителя содержит углерод. Сочетание алюминия с неорганическими горючими и углеродом обеспечивает самоупрочнение компонентов вследствие спекания в твердые прочные агломераты, которые не разрушаются при скоростях метания свыше 1 км/с и не разрушаются при ударе о материал цели, а также повышает длительность теплового воздействия. Дополнительно композиция может содержать от 0,2 до 10% фтор- или силиконового полимера или индустриального масла, а также красный фосфор в количестве от 0,2 до 25% по массе. Применение указанной композиции в фугасных, осколочных и термобарических боеприпасах придает или усиливает зажигательное действие. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Композиция зажигательного действия, содержащая алюминий и окислитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит железо, или никель, или цирконий, или медь, или титан, или бор или кремний, или их смеси в различных сочетаниях, а в качестве окислителя она содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алюминий 2-30 железо, или никель, или цирконий, или медь, или   титан, или бор,   или кремний, или их смеси в различных сочетаниях 45-93 углерод 5-25

2. Зажигательная композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фтор- или силиконовые полимеры или масло индустриальное в количестве от 0,2 до 10% по массе.

3. Зажигательная композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит красный фосфор в количестве от 0,2 до 25% по массе.