БИНАРНЫЙ ПОРОХОВОЙ ЗАРЯД СТАРОВЕРОВА /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2016 года по МПК F42B5/16 C06B25/18 

Изобретение относится к пороховым зарядам, преимущественно легкогазовым.

Известны заряды к легкогазовому оружию, см., например, пат.№№2488572, 2490244 и т.п., которые при сгорании выделяют из газов чистый водород или преимущественно водород. Но в качестве окислителей для таких зарядов могут использоваться вещества, которые в смеси с другими компонентами дают слишком высокую скорость реакции. Например, смеси горючих веществ с нитратом аммония (динамоны) дают взрывную скорость горения. Наличие второй энергетической реакции (например, реакция высвободившегося в результате горения азота с бором или с некоторыми боросодержащими соединениями, дающая нитрид бора и дающая тепловыделение 23,37 МДж на килограмм добавленного бора) усугубляет эту ситуацию. Например:

Задача и технический результат изобретения - управление скоростью горения заряда. Или, иначе говоря, для возможности применения в таких зарядах веществ, которые ранее считались неприменимыми.

ВАРИАНТ 1. Для снижения, например, взрывоопасности смеси безводной аммиачной селитры и гидрида металла, или бора, или боргидрида металла, которая без специальных замедлителей скорее всего взорвется при попытке ее зажечь, в данном заряде компоненты, дающие в смеси взрывоопасную смесь, расположены в цилиндрической или конической шашке продольными или спиральными объемными секторами или плоскими слоями (спиральные сектора обеспечивают лучшее перемешивание в потоке). То есть смесь веществ типа динамонов (аммонал, аммонит) не образуется. Каждый сектор термически разлагается отдельно от другого.

Более того, для предотвращения взрывной реакции тонкого слоя смеси этих веществ на границе секторов секторы могут быть разделены тонкими прослойками другого вещества, например другого типа пороха. Им могут быть коллоксилин, пироксилин и т.п. Толщина этих прослоек выбирается такой, чтобы исключить диффузное проникновение через них компонентов пороха или сквозное проникновение частиц компонентов при формовании бинарного заряда, примерно 0,1-0,5 мм.

А чтобы само взрывоопасное вещество не сдетонировало даже в отсутствие второго компонента, взрывоопасное вещество может иметь замедлители реакции, например борную кислоту. Как показала практика, хорошо замедляет скорость реакции гексаметилентетрамин (уротропин). Замедлителями могут быть любые неорганические вещества, разлагающиеся при нагревании - калиевая или литиевая селитры, нитрат бора, оксид или супероксид калия, гидроксиламин и т.п. Концентрация замедлителей или их сочетаний определяется экспериментально и может колебаться в зависимости от типа в диапазоне 0,0001-30 мас.% (оптимально 0,1-0,2%).

Как указывалось выше, для получения второй энерговыделяющей реакции с образованием нитрида бора могут использовать бор или некоторые его соединения - твердые бораны, боргидриды металлов, бориды, карбид бора и т.п. Эти соединения не следует смешивать с окислителем, так как может получиться взрывоопасная смесь (исключение - борная кислота). Их следует вводить в состав горючего. Концентрация определяется, в основном, стехиометрией по бору-азоту, иногда стехиометрий по комбинации кислород-бор-азот (когда бор реагирует еще и с кислородом). В основном, в пределах 0,0001-30 мас.%.

Для повышения механической прочности участков в них могут вводиться целевые добавки, например коллоксилин, пироксилин, полиуретан, полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, полиамиды, полистирол, сополимеры стирола, в частности, с акрилонитрилом, полиэфирные и эпоксидные смолы и т.п. Важно лишь следить, чтобы одна из этих добавок не сработала как горючее в слое окислителя и не вызвала его детонацию. Концентрация определяется экспериментально и колеблется в пределах 0,0001-30%.

Разумеется, число секторов должно быть как можно больше - тогда компоненты из разных секторов хорошо перемешаются в объеме двигателя. Можно считать достаточным количеством 30-40 секторов.

Центральный канал в шашке может быть круглым, а может быть и звездообразным, но в последнем случае число секторов должно быть кратным числу лучей, например 6 лучей и 36 секторов.

ВАРИАНТ 2. Разделение слоев может быть и другим. В этом варианте компоненты, дающие в смеси взрывоопасную смесь, расположены в цилиндрической или конической пороховой шашке поперечными или коническими слоями.

Смысл этого варианта тот же - два или более вещества в двигателе разлагаются по отдельности.

Все сказанные выше замечания к варианту 1 относятся и к варианту 2.

Разумеется, число секторов должно быть как можно большим, например 100. Однако во втором варианте по сравнению с первым есть дополнительный аспект - более близкие к дулу слои нуждаются в лучшем перемешивании, а более удаленные наверняка успеют хорошо перемешаться до подхода к дулу. Поэтому данный заряд может иметь ближе к дулу более часто расположенные слои (то есть слои с меньшей толщиной), а дальше от дула - слои с большей толщиной. Это несколько упрощает и ускоряет изготовление шашки заряда.

Точно так же и в первом варианте - чем дальше от дула, тем секторов может быть меньше. Но там это не дает никаких технологических преимуществ.

Возможно также сочетание вариантов 1 и 2 - расположение участков горючего и окислителя и секторами, и поперечными слоями - получится как бы шахматное расположение (только клетки этих «шахмат», скорее всего, будут сильно отличаться по величине и по форме).

Возможны и другие способы чередования участков горючего и окислителя - иглами и т.п.

Важно соблюсти синхронность горения секторов или слоев горючего и окислителя. Это условие соблюдается почти автоматически - при прогорании одного слоя медленнее другого его поверхность горения резко увеличивается. Во втором варианте эта саморегуляция происходит особенно эффективно, так как при протекании потока газов по продольному каналу на поперечных выступающих слоях будет иметь место эрозионное горение. Но, тем не менее, желательно, применяя замедлители и ускорители горения, подобрать скорость горения слоев как можно более одинаковую.

На фиг. 1 показана в поперечном разрезе пороховая шашка с секторными участками - секторы 1 выполнены из окислителя, а секторы 2 - из горючего.

Работает заряд так: при зажигании начинают разлагаться слои окислителя 1, и газообразный окислитель взаимодействует с нагретым горючим из слоев 2. Вещества почти полностью перемешиваются и взаимно реагируют при проходе по каналу 3.

На фиг. 2 показана в продольном разрезе пороховая шашка с чередующимися поперечными дискообразными слоями окислителя 4 и горючего 5 для орудия Староверова по патенту №2477434. Это орудие имеет сужение 6 между пороховым зарядом и снарядом для получения сверхзвуковой скорости газов в канале ствола.

Работает заряд так: слои окислителя 4 и горючего 5 термически разлагаются (или разлагается только окислитель), и вещества реагируют в канале 3. Видно, что слои ближе к дулу 6 становятся тоньше, чем в другом торце шашки.

Изобретение относится к пороховым зарядам, преимущественно легкогазовым. Бинарный пороховой заряд содержит окислитель и горючее, расположенные отдельно в цилиндрической или конической шашке с продольным каналом, и выполнен продольными или спиральными объемными секторами, или плоскими слоями, или поперечными или коническими слоями. Сектора могут быть разделены тонкой прослойкой другого топлива. В качестве окислителя заряд содержит аммиачную селитру, а в качестве горючего - бор, твердые бораны, боргидриды металлов, бориды или карбид бора. Заряд может иметь замедлители реакции. Техническим результатом является управление скоростью горения заряда. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Бинарный пороховой заряд, выполненный в виде шашки, отличающийся тем, что содержит окислитель и горючее, расположенные отдельно в цилиндрической или конической шашке с продольным каналом продольными или спиральными объемными секторами или плоскими слоями.

2. Заряд по п. 1, отличающийся тем, что секторы могут быть разделены тонкими прослойками другого вещества, например другого типа пороха.

3. Заряд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве окислителя содержит аммиачную селитру.

4. Заряд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве горючего содержит бор, твердые бораны, боргидриды металлов, бориды или карбид бора.

5. Заряд по п. 1, отличающийся тем, порох содержит замедлители реакции, например борную кислоту, гексаметилентетрамин, калиевую или литиевую селитру, нитрат бора, оксид или супероксид калия, гидроксиламин.

6. Заряд по п. 1, отличающийся тем, что для повышения механической прочности шашки в слои или сектора вводят целевые добавки, например коллоксилин, пироксилин, полиуретан, полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, полиамиды, полистирол, сополимеры стирола, в частности, с акрилонитрилом, полиэфирные и эпоксидные смолы.

7. Бинарный пороховой заряд, выполненный в виде шашки, отличающийся тем, что содержит окислитель и горючее, расположенные отдельно в цилиндрической или конической шашке с продольным каналом поперечными или коническими слоями.

8. Заряд по п. 7, отличающийся тем, что слои могут быть разделены тонкими прослойками другого вещества, например другого типа пороха.

9. Заряд по п. 7, отличающийся тем, что в качестве окислителя содержит аммиачную селитру.

10. Заряд по п. 7, отличающийся тем, что в качестве горючего содержит бор, твердые бораны, боргидриды металлов, бориды или карбид бора.

11. Заряд по п. 7, отличающийся тем, что порох содержит замедлители реакции, например борную кислоту, гексаметилентетрамин, калиевую или литиевую селитру, нитрат бора, оксид или супероксид калия, гидроксиламин.

12. Заряд по п. 7, отличающийся тем, что для повышения механической прочности шашки в слои или сектора вводят целевые добавки, например коллоксилин, пироксилин, полиуретан, полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, полиамиды, полистирол, сополимеры стирола, в частности, с акрилонитрилом, полиэфирные и эпоксидные смолы.

13. Заряд по п. 6, отличающийся тем, что ближе к дулу орудия слои выполнены тоньше, а дальше от дула - слои выполнены с большей толщиной.