ЛЕГКОГАЗОВОЕ ОРУДИЕ СТАРОВЕРОВА-3 /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2015 года по МПК C06B25/00 C06B27/00 

Изобретение относится в основном к артиллерии, а также к стрелковому оружию.

Известны «Легкогазовое орудие Староверова 1 и 2», см. пат. №№RU 2476805 и RU 2477435. Одно из них использует для получения водорода боргидрид бериллия, а второе - диборан или тетраборан. Однако соединения бериллия имеют некоторую токсичность, а диборан и тетраборан - газ и легкокипящая жидкость, что затрудняет их использование - требуется высокая степень герметичности казенной части орудия.

Задача и технический результат изобретения - повышение энергетики реакции и снижение токсичности пороховых газов.

ВАРИАНТ 1. Орудие, как и прототипы, содержит пироксилиновый, коллоксилиновый порох или нитроглицериновый баллистит (далее «порох»), и для снижения токсичности вместо соединений бериллия могут использоваться гидриды щелочных металлов, особенно - лития и алюминия (вследствие трудности их разделения следует использовать гидрии лития-алюминия). Он реагирует с водой, получающейся при горении пороха. Пример:

То есть на массовую единицу воды, выделившейся в результате горения содержащихся в порохе пироксилина, коллоксилина, нитроглицерина, флегматизаторов, стабилизаторов и т.п. должно быть добавлено 1,054 массовой единицы алюмогидрида лития. В результате чего на каждую молекулу воды выделится полторы молекулы водорода.

Для подгонки практического оптимума реакции, который может отличаться от стехиометрического, а также для регулирования скорости реакции в зависимости от калибра орижия или орудия, возьмем запас по процентному соотношению ингредиентов +-10%. Расчеты показывают, что количество тепла, выделившегося в крайних допусках содержания ингредиентов нижеприведенных реакций, достаточно для осуществления реакции, что означает ее самоподдерживающийся характер.

Пример: количество алюмогидрида лития рассчитывается так - некоторое количество «обычного» пороха принимается за 100 г, затем с учетом его состава вычисляется количество полученной воды, допустим, 20 г, и добавляется 1,054*20=21,08 г алюмогидрида лития. Масса получившейся смеси 121,08 г. Она принимается за 100% и рассчитывается процентное содержание алюмогидрида лития.

ВАРИАНТ 2. Однако можно увеличить экзотермический тепловой эффект реакции, если вместо гидрида щелочных металлов взять твердый гидрид бора - декаборан. При этом пойдет еще вторая энергетическая реакция - при температурах 900-1200 градусов с азот и бор будут реагировать с образованием нитрида бора. Энергетический эффект реакции достаточно большой - 10,81 мдж/кг, но он кажется еще существенней, если учесть, что азот в пороховых газах уже имеется в достаточном количестве, а на единицу добавленного бора эффект получается 23,37 мдж/кг бора. Например, реакция разложения коллоксилина, с учетом того, что на примере образования водяного газа видно, что вода будет окислять углерод до окиси углерода, будет примерно такая

В продуктах горения будут также следы сажи и углекислого газа. Если добавить декаборан, то получим

Эта реакция в своем роде является стехиометрической, и соотношение компонентов составляет коллоксилина степени нитрации х=2 91,16%, декаборана 8,84% (здесь и далее мас. %). С учетом отклонения степени нитрации для получении оптимума следует предусмотреть допуск +-5%. Однако, если увеличить содержание декаборана, то в дополнение к двум энергетическим реакциям (пороха и нитрида бора) пойдет еще и третья реакция с экзотермическим эффектом - углерод и бор будут конкурировать за кислород, и с учетом скоротечности реакции можно получить

Соотношение компонентов в этой реакции: 83,76% коллоксилина степени нитрации х=2, декаборана 16,24%, допуск +-10%. Ее экзотермический ээфект будет больше, так как энтальпия образования B2O3 одна из самых больших 18,01 мдж/кг, что более чем вдвое больше, чем у CO2.

А так как оксид бора не восстанавливается даже при сильном нагревании, то можно получить и преимущественное окисление бора вместо углерода:

Содержание компонентов: 77,47% коллоксилина степени нитрации х=2, декаборана 22,53%, допуск +-10%.

Более того, декаборан реагирует с выделяющейся водой

Содержание компонентов: 72,06% коллоксилина степени нитрации х=2, декаборана 27,94%, допуск +-10%.

Заметно, что от реакции \2\ к реакции \6\ доля «легкого» водорода увеличивается, а доли «тяжелого» угарного газа и паров воды уменьшаются до нуля.

Заметно, что с учетом допуска содержание коллоксилина составляет 62,06-96,16%, а декаборана 3,84-37,94%. Это показывает, что практический оптимум может лежать в широких пределах в зависимости от степени нитрации коллоксилина и от продолжительности реакции (например, пистолет или длинноствольное орудие).

Заряд составляется и смешивается незадолго до выстрела, или составляется заранее и хранится в течение гарантийного срока хранения в полностью герметичных гильзах, выстрелах, патронах.

Изобретение относится в основном к артиллерии, но также может быть полезно для стрелкового оружия. Легкогазовое орудие, содержащее ствол и затвор, в зарядной камере содержит смесь пироксилина, коллоксилина, нитроглицеринового пороха и гидрида/гидридов щелочных металлов, особенно - лития и алюминия, а для увеличенного экзотермического теплового эффекта реакции - декаборана. При температурах 900-1200°С азот и бор будут реагировать с образованием нитрида бора и выделением тепла. При повышении содержания декаборана экзотермический эффект увеличивается, доля «легкого» водорода увеличивается, а доли «тяжелого» угарного газа и паров воды уменьшаются. Изобретение обеспечивает повышение энергетики реакции и снижение токсичности пороховых газов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

1. Легкогазовое орудие, содержащее ствол и затвор, отличающееся тем, что в зарядной каморе содержит смесь пироксилина, коллоксилина, нитроглицеринового пороха и гидрида/гидридов щелочных металлов.

2. Орудие по п. 1, отличающееся тем, что содержит в зарядной каморе 0,954-1,154 массовой единицы алюмогидрида лития на массовую единицу воды, выделившейся в результате горения коллоксилина.

3. Легкогазовое орудие, содержащее ствол и затвор, отличающееся тем, что в зарядной каморе содержит смесь пироксилина, коллоксилина, нитроглицеринового пороха и декаборана.

4. Орудие по п. 3, отличающееся тем, что содержит в зарядной каморе 86,16-96,16 мас.% коллоксилина и декаборана 3,84-13,84 мас.%.

5. Орудие по п. 3, отличающееся тем, что содержит в зарядной каморе 73,76-93,76 мас.% коллоксилина и декаборана 6,24-26,24 мас.%.

6. Орудие по п. 3, отличающееся тем, что содержит в зарядной каморе 67,47-87,47 мас.% коллоксилина и декаборана 12,53-32,53 мас.%.

7. Орудие по п. 3, отличающееся тем, что содержит в зарядной каморе 62,06-82,06 мас.% коллоксилина и декаборана 17,94-37,94 мас.%.