ЗАРЯД СТАРОВЕРОВА - 8 (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК F42B3/00 

Изобретение относится к гражданским и, особенно, к военным взрывным зарядам. Изобретение применимо во всех видах гражданских взрывных работ и во всех военных боеприпасах.

Известны взрывные заряды, см. например «Оружие пехоты», Харвест, 1999, с.556. Изобретение направлено на усиление бризантного и осколочного действия взрывных боеприпасов.

Скорость разлета осколков и давление на фронте ударной волны зависят от скорости звука в сжатом газе, который образуется в объеме, занимаемом взрывчатым веществом (далее ВВ). В той смеси газов, которая образуется после взрыва большинства ВВ, и при той температуре и давлении скорость звука обычно не превышает 1100 м/с. И быстро падает по мере адиабатического расширения взрывных газов. Скорость осколков, естественно, еще меньше.

Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/с. То есть, если баллон с водородом в форме снаряда при комнатной температуре просто лопнет от внутреннего давления, то он создаст намного более сильную ударную волну и придаст осколкам значительно большую начальную скорость, чем осколочно-фугасный заряд с обычным ВВ такого же веса. А если еще и немного повысить температуру водорода, то давление на фронте ударной волны и скорость осколков резко возрастут. Например, водород с температурой всего 650 градусов С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/с и сможет разогнать осколки до скорости 2120 м/с. То есть получится «холодный взрыв», в результате которого из-за адиабатического расширения газ после взрыва может иметь приблизительно температуру окружающей среды.

На этом и основана идея данного изобретения. Цель изобретения - повышение скорости разлета осколков, давления на фронте ударной волны и радиуса осколочного и фугасного действия заряда.

Можно использовать реакции с выделением водорода, дающие как можно большее удельное (т.е. на 1 г) энерговыделение, например реакцию гидрида бериллия с водой, дающую 10,05 кДж/г. Это, кстати, одна из лучших реакций по эквивалентному показателю, то есть по энерговыделению и по процентному выделению водорода. Если ввести эквивалентный показатель, равный произведению удельной энергии на процент водорода от первоначальной массы, то у данной реакции будет второй показатель - 1,39. Первое место займет реакция диборана с аммиаком с образованием нитрида бора. У нее энерговыделение меньше, 7,27 кДж/г, зато больше процент водорода - 19,4%, и поэтому эквивалентный показатель у нее 1,41.

Однако использование воды или антифриза на основе воды неудобно с конструктивной и эксплуатационной точек зрения. Задача изобретения - получение взрывного заряда, дающего водород или водородосодержащую газовую смесь, более простыми средствами.

ВАРИАНТ 1. Для этого заряд содержит оболочку, в которой находится гидрид или смесь гидридов, и вещества или смесь веществ, содержащие воду в связанном состоянии, а также содержит запал или расположенный изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд взрывчатого вещества (далее ВВ), способный пробить оболочку. Например, квасцы, силикагели, бура, сульфат магния, хлорид кальция и т.п.

Желательное требование к таким веществам - как можно меньшая упругость водяных паров, чтобы не происходило постепенного реагирования гидрида с этими парами. Иначе это приведет к постепенной частичной потере энергии заряда и может привести к самопроизвольному взрыву, точнее - разрыву оболочки. Поэтому срок хранения таких зарядов может оказаться небольшим, что может потребовать приготовления таких зарядов непосредственно перед употреблением.

Второе желательное требование к таким веществам - наибольший процент связанной воды от исходного веса.

Третье желательное требование к таким веществам - наибольшая мольная энтропия образования (наименьшее отрицательное число), приходящаяся на одну молекулу связанной воды. От этого зависит экзотермический эффект суммарной реакции.

В качестве гидридов могут быть использованы твердые гидриды - гидрид бериллия, боргидрид бериллия, алюмогидрид лития и т.п. Или газообразно-жидкие (зависит от температуры и давления) - бораны, силаны, фосфин.

Пример: Возьмем в качестве вещества, содержащего связанную воду, сульфат магния, содержащий 7 молекул кристаллизационной воды, а в качестве гидрида - гидрид бериллия. При нагревании сульфат теряет воду, и гидрид бериллия реагирует с водой:

7ВеН₂+MgSO₄*7H₂O=7ВеО+MgSO₄+14Н₂+1960 кДж.

То есть получим энерговыделение 6,05 кдж/г и выделение водорода 8,7% от исходной массы. Эквивалентный показатель сравнительно низкий - 0,53. Расчетная температура реакции при постоянном объеме 585 градусов С. Скорость звука в таком водороде будет 2277 м/с.

Работает заряд так: при нагревании запалом или взрывом до 150 градусов С сульфат магния теряет 6 молекул кристаллизационной воды, а при нагревании до 200 градусов С - всю воду. Вода вступает в экзотермическую реакцию с гидридом бериллия и экзотермически выделяется водород, который создает ударную волну и придает начальную скорость осколкам.

Так как заряд содержит твердые вещества в мелкодисперсном состоянии, то значит, имеется пространство между частицами, которое можно полезно использовать, накачав в этот объем водород. Это увеличит и силу взрыва, и скорость реакции в оболочке.

ВАРИАНТ 2. Однако для реакции с гидридами можно использовать не только вещества, связывающие воду, но и вещества, выделяющие ее при своем разложении, например любое ВВ. При этом, правда, чистого водорода не получится. Получится смесь водорода с азотом, углекислым газом и некоторыми другими примесями. Однако температура этой смеси получится достаточно высокой, и эффективность такого заряда может оказаться выше, чем предыдущего, или чем традиционного ВВ.

То есть такой заряд содержит оболочку, в которой находится гидрид или смесь гидридов и вещества или смесь веществ, выделяющие воду при своем разложении, а также содержит запал или расположенный изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд взрывчатого вещества, способный пробить оболочку.

Пример: Допустим, гидрид бериллия (температура плавления 220 градусов С) залит расплавленным толом (температура плавления 80,85 градусов С) или расплавленным тринитро-м-ксилолом (температура плавления 182 градуса С) - в последнем больше водорода - или смешан с мелкодисперсным гексогеном. Соотношение зависит от количества выделяющейся при разложении ВВ воды. В случае с гидридом бериллия соотношение гидрида и воды должно быть 11,03:18,02, то есть на 1 г гидрида должно выделиться 1,634 г воды. Количество воды, выделяющейся при взрыве конкретного ВВ, определяется опытным путем, так как при взрыве одновременно и многовариантно идут несколько реакций, в том числе с выделением СО, альдегидов и т.п.

Однако при таком соотношении количество ВВ в заряде будет превалирующим, и получившаяся газовая смесь будет содержать очень мало водорода. Для повышения выделения воды заряд может дополнительно содержать кислород или кислородовыделяющее вещество, например хлорат или перхлорат калия, селитры. Кислород, соединяясь с выделяющимися при взрыве ВВ углеводородными соединениями, образует дополнительное количество воды. Соотношение такой тройной смеси определяется опытным путем, так как в такой смеси многовариантно идут одновременно несколько реакций.

Причем вовсе не обязательно выделять воду для связывания всего гидрида. С точки зрения повышения содержания водорода может оказаться целесообразным просто терморазложение гидрида с выделением водорода. Особенно, если мольная энтальпия образования гидрида достаточно высока (например, у гидрида германия она равна +90,8 кдж/моль, у диборана +38,5 кДж/моль, у моносилана +34,7 кДж/моль). Оптимальное соотношение определяется опытным путем.

Изобретение относится к взрывным зарядам. Заряд содержит оболочку, в которой находится гидрид или смесь гидридов и вещества или смесь веществ, содержащих воду в связанном состоянии или выделяющих воду при своем разложении, а также содержит запал или расположенный изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд взрывчатого вещества, способный пробить оболочку. Повышается мощность взрывного воздействия на объекты. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

1. Заряд, отличающийся тем, что он содержит оболочку, в которой находится гидрид или смесь гидридов и вещества или смесь веществ, содержащих воду в связанном состоянии, а также содержит запал или расположенный изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд взрывчатого вещества, способный пробить оболочку.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что веществами, содержащими воду в связанном состоянии, являются квасцы, или силикагели, или бура, или сульфат магния, или хлорид кальция.

3. Заряд по п.1, отличающийся тем, что в оболочку закачан водород под давлением.

4. Заряд, отличающийся тем, что он содержит оболочку, в которой находится гидрид или смесь гидридов и вещества или смесь веществ, выделяющих воду при своем разложении, а также содержит запал или расположенный изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд взрывчатого вещества, способный пробить оболочку.

5. Заряд по п.4, отличающийся тем, что веществами являются взрывчатые вещества.

6. Заряд по п.4, отличающийся тем, что дополнительно содержит кислород или кислородовыделяющие вещества.