СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ПОРОХОВ И ЗАРЯД К ЛЕГКОГАЗОВОМУ ОРУЖИЮ /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2015 года по МПК C06B25/18 C06B27/00 C06B31/00 

Изобретение относится к артиллерии и к огнестрельному оружию (к смесевым порохам).

Известны заряды к легкогазовому оружию, см., например, мои пат. №№2488672, 2490244 и т.п., которые при сгорании выделяют из газов чистый водород или преимущественно водород.

Задача и технический результат изобретения - повышение начальной скорости снарядов и пуль путем выделения преимущественно водорода и путем рационального применения двух энергетических реакций - окисление углерода, бора или металлов и образование нитрида бора. А также регулирование скорости горения заряда.

Скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/сек. А если еще и немного повысить температуру водорода, то скорость звука в нем и скорость и давление ударной волны резко возрастут. Например, водород с температурой всего 650 градусов С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/сек.

СПОСОБ. На этом и основана идея данного изобретения. Для этого реакция должна давать чистый водород и твердые вещества. Подходящей химической реакцией для этого может быть тройная (участвуют три компонента) двуэнергетическая (идут две энергетических реакции: кислород-металл и азот-бор) реакция металла или бора (как горючего) и их соединений с участием боранов и/или боргидридов. При температуре 800-1200 градусов С происходит реакция образования нитрида бора:

То есть на единицу добавленного бора получается добавочное тепловыделение 23,37 кдж/г. Понятно, что количество атомов бора и азота должно относиться как 1:1+-20% (не считая тех случаев, когда бор используется и в качестве основного горючего).

Заявленный технический результат достигается двумя путями: повышением энерговыделения вследствие реакции образования нитрида бора, и наличием в пороховых газах водорода, повышающего скорость звука в пороховых газах, и следовательно, скорость распространения их в канале ствола.

Рассмотрим составы зарядов с некоторыми соединениями.

СОЕДИНЕНИЯ БЕРИЛЛИЯ.

Применение гидридов бериллия и алюминия в известно в стрелковом деле, но они применяются в других комбинациях и с другим количеством окислителя. Рассмотрим реакции наиболее энергетичных гидрида и боргидрида бериллия с другими окислителями (кроме нитрата аммония в прототипе, см. реакция \6\ в прототипе). При горении в кислороде бериллий дает наибольшую теплоту реакции =23,91 кдж/г-смеси:

Соотношение компонентов: динитрамида аммония (далее ДНА) - 55,50%+-15%, боргидрида бериллия - 34,63%+-10%, гидрида бериллия - 9,87%+-5% (здесь и далее - масс. %).

При герметизации полости заряда (гильзы) возможна следующая реакция с пятиокисью азота:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 20,88%+- 10%, пятиокись азота - 56,6%+-15%, гидрид бериллия - 23,12%+-10%. Тепловыделение достаточно высокое - 17,76 кдж/г.

Возможна реакция боргидрида бериллия с нитратом бора:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 37,1%+-15%, нитрат бора 62,9%+-20%.

Или лучше добавить к предыдущей реакции гидрид бериллия:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,20%+-15%, нитрат бора - 58,30%+-20%, гидрид бериллия - 24,50%+-10%.

Возможна реакция боргидрида бериллия и гидрида бериллия с нитратом бериллия:

3

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,93%+-15%, нитрат бериллия - 61,63%+-20%, гидрид бериллия - 20,44%+-10%.

Возможна реакция с нитратом аммония:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 27,48%+-15%, нитрат аммония 56,85%+-20%, гидрид бериллия - 15,67%+-10%.

Чтобы уменьшить взрывоопасность нитрата аммония, к нему могут быть добавлены замедлители, например, борная кислота, а компоненты могут располагаться в гильзе секторами или слоями - отдельно нитрат аммония, отдельно - гидрид и боргидрид.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 23,26%+-10%, шестиокиси азота -56,17%+-10%, гидрида бериллия - 20,20%+-10%.

Может пойти побочная реакция образования воды из водорода, но при таких температурах гидрид бериллия или сам бериллий будут реагировать с водяными парами и разлагать воду обратно до водорода.

Может пойти побочная реакция образования оксида бора, но в присутствии вышеназванных восстановителей он будет реагировать с азотом с образованием нитрида бора.

СОЕДИНЕНИЯ ЛИТИЯ-АЛЮМИНИЯ.

Более дешевой химической реакцией может быть также тройная (участвуют три компонента) двуэнергетическая (идут две энергетических реакции: кислород-металл и азот-бор) реакция лития или алюминия и их соединений с участием бора литий обладает вторым после бериллия тепловыделением на единицу смеси - 19,93 кдж/г., а алюминий -на четвертом месте - 16,43 кдж/г-смеси. Но алюминий обладает другими достоинствами -он не дефицитен и не токсичен. Литий трудно разделяется с алюминием, и поэтому наиболее распространено их комплексное соединение.

Соотношение компонентов: боргидрид лития -35,85%+-10%, динитрамид аммония -51,06%+-15%, гидрид лития - 13,09%+-5% (здесь и далее - масс. %).

Или возможна такая же реакция с алюминием:

Соотношение компонентов: боргидрид алюминия - 23.66%+-10%, динитрамид аммония -57,76%+-15%, гидрид алюминия - 18,58%+-5%.

Реакция с боргидридом и гидридом лития-алюминия является суммой этих двух реакций (и далее также следует иметь в виду, что реакция с литием-алюминием эквивалентна двум реакциям - с литием и с алюминием):

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия -29,75%+-10%, динитрамид аммония -54,41%+-15%, гидрид лития-алюминия - 15,84%+-5%.

Возможна реакция с более доступным нитратом аммония безводным:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 28,33%+-10%, нитрат аммония - 48,62%+-15%, гидрид лития-алюминия - 23,05%+-10%.

Высокоэнергетична реакция с пятиокисью азота:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 20,23%+-10%, пятиокись азота - 46,85%+-15%, гидрид лития-алюминия - 32,92%+-10%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 11,80%+-10%, нитрат бора -49,80%+-15%, гидрид лития-алюминия - 38,40%+-10%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 16,99%+-10%, нитрат бериллия - 46,85%+-15%, гидрид лития-алюминия - 34,56%+-10%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 23,85%+-10%, шестиокись азота - 47,05%+-15%, гидрид лития-алюминия - 29,10%+-10%.

СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЯ.

Кремний находится на пятом месте по тепловыделению реакции с кислородом - 15,06 кдж/г-смеси. Но он обладает другим достоинством - это один из наиболее широко распространенных в природе элементов, и его оксид совершенно не токсичен.

Могут использоваться боргидрид кремния и силан с разными окислителями. Так как моносилан - это газ, и храниться он может только в герметичной и достаточно прочной таре, то применяться он может только в герметичных гильзах:

Соотношение компонентов: боргидрид кремния- 28,05%+-10%, нитрат аммония безводного - 51,35%+-15%, силан - 20,6+- 10%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния- 28,05%+-10%, динитрамид аммония -51,35%+-15%, силан - 20,6+- 10%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния- 20,73%+-10%, пятиокись азота -48,82%+-15%, силан - 30,45+- 10%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 11,85%+-10%, нитрат бора - 53,34%+-15%, силан - 34,81%+- 10%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 18,14%+-10%, нитрат бериллия - 55,20%+-15%, силан - 26,66+- 10%. С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 23,77%+-10%, шестиокись азота -50,03%+-15%, силан - 26,20+- 10%.

СОЕДИНЕНИЯ БОРА.

Бор находится на третьем месте по тепловыделению реакции с кислородом - 18,02 кдж/г-смеси.

Бор может выступать и в качестве горючего, и в качестве источника второй энергетической реакции с азотом. Наиболее перспективен тетраборан - он содержит чуть меньше водорода, чем диборан (2,5 атома водорода на 1 атом бора вместо 3), зато легко сжижается (+18 С) и имеет примерно в 4 раза большую плотность в сжиженном состоянии, чем диборан в сверхкритическом состоянии. Еще более удобен в обращении декаборан - он твердый, но он содержит мало водорода - всего 1,4 атома водорода на 1 атом бора.

Рассмотрим реакции тетраборана с разными окислителями (он может только в герметичных гильзах):

Соотношение компонентов: тетраборан - 39,98%+-15%, нитрат аммония - 60,02%+-15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 39,69%+-15%, пятиокись азота - 60,31%+-15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 39,69%+-15%, нитрат бора - 60,31%+-15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 34,83%+-15%, нитрат бериллия - 65,17%+-15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 41,74%+-15%, ДНА - 58,26%+-15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 40,34%+-15%, шестиокись азота - 59,66%+-15%.

Во всех вышеперечисленных реакциях образование нитрида бора происходит активнее, если смесь содержит мелкодисперсного угля, графита, сажи или графена по отдельности или в сочетаниях в количестве 0,0001-1%. Наличие водорода в продуктах реакции уменьшает или даже устраняет потребность в этих добавках.

Изобретение относится к заряду для легкогазового оружия. Заряд представляет собой смесь азотосодержащих веществ: динитрамид аммония, нитрат аммония, нитрат бора или бериллия, пятиокись азота или шестиокись азота и тетраборана или боргидрида и гидрида металлов - бериллия, лития, алюминия, лития-алюминия или кремния. Изобретение обеспечивает повышение начальной скорости снарядов и пуль путем выделения преимущественно водорода, а также регулирование скорости горения заряда. 27 н.п. ф-лы.

1. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: динитрамид аммония (далее ДНА) - 55,50±15 мас.%, боргидрид бериллия - 34,63±10 мас.%, гидрид бериллия - 9,87±5 мас.%.

2. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 20,88±10 мас.%, пятиокись азота - 56,6±15 мас.%, гидрид бериллия - 23,12±10 мас.%.

3. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 37,1±15 мас.%, нитрат бора 62,9±20 мас.%.

4. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,20±15 мас.%, нитрат бора - 58,30±20 мас.%, гидрид бериллия - 24,50±10 мас.%.

5. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,93±15 мас.%, нитрат бериллия - 61,63±20 мас.%, гидрид бериллия - 20,44±10 мас.%.

6. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 27,48±15 мас.%, нитрат аммония 56,85±20 мас.%, гидрид бериллия - 15,67±10 мас.%.

7. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 23,26±10 мас.%, шестиокись азота -56,17±10 мас.%, гидрид бериллия - 20,20±10 мас.%.

8. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития - 35,85±10 мас.%, динитрамид аммония - 51,06±15 мас.%, гидрид лития - 13,09±5 мас.%.

9. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид алюминия - 23,66±10 мас.%, динитрамид аммония -57,76±15 мас.%, гидрид алюминия - 18,58±5 мас.%.

10. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия -29,75±10 мас.%, динитрамид аммония -54,41±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 15,84±5 мас.%.

11. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 28,33±10 мас.%, нитрат аммония - 48,62±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 23,05±10 мас.%.

12. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 20,23±10 мас.%, пятиокись азота - 46,85±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 32,92±10 мас.%.

13. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 11,80±10 мас.%, нитрат бора - 49,80±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 38,40±10 мас.%.

14. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 16,99±10 мас.%, нитрат бериллия - 46,85±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 34,56±10 мас.%.

15. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 23,85±10 мас.%, шестиокись азота - 47,05±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 29,10±10 мас.%.

16. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 28,05±10 мас.%, нитрат аммония безводный - 51,35±15 мас.%, силан - 20,6±10 мас.%.

17. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 28,05±10 мас.%, динитрамид аммония - 51,35±15 мас.%, силан - 20,6±10 мас.%.

18. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 20,73±10 мас.%, пятиокись азота - 48,82±15 мас.%, силан - 30,45±10 мас.%.

19. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 11,85±10 мас.%, нитрат бора - 53,34±15 мас.%, силан - 34,81±10 мас.%.

20. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 18,14±10 мас.%, нитрат бериллия - 55,20±15 мас.%, силан - 26,66±10 мас.%.

21. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 23,77±10 мас.%, шестиокись азота - 50,03±15 мас.%, силан - 26,20±10 мас.%.

22. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 39,98±15 мас.%, нитрат аммония - 60,02±15 мас.%.

23. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 39,69±15 мас.%, пятиокись азота - 60,31±15 мас.%.

24. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 39,69±15 мас.%, нитрат бора - 60,31±15 мас.%.

25. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 34,83±15 мас.%, нитрат бериллия - 65,17±15 мас.%.

26. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 41,74±15 мас.%, ДНА - 58,26±15 мас.%.

27. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 40,34±15 мас.%, шестиокись азота - 59,66±15 мас.%.