Вибухова композиція багатофункціональної дії

Реферат: Вибухова композиція багатофункціональної дії містить пластифікатор, бризантну вибухову речовину, пальне, неорганічний окислювач і полімер. Як пальне використано порошок алюмінію. Композиція додатково містить цільову технологічну добавку, яка має додатковий стабілізатор, органічний окислювач, органічне пальне. UA 114240 U (12) UA 114240 U UA 114240 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі озброєння, зокрема до вибухових композицій для спорядження практично будь-яких боєприпасів багатофункціональної дії і багатофакторної вражаючої дії, а саме до вибухових композицій багатофункціональної дії - термобаричних сумішей з поліпшеними експлуатаційними характеристиками, і може бути використано в боєприпасах різного призначення. У 70-80-ті роки намітився новий напрямок - простіші, надійні і універсальні однотактні термобаричні суміші - "термобаричні" заряди, в яких підрив і ініціювання проводиться одним зарядом. Найбільш поширені термобаричні суміші містять ізопропілнітрат, металевий порошок та інші компоненти. Ініціюються досить потужним проміжним зарядом звичайної вибухової речовини. Завдяки простоті пристрою термобаричні суміші можуть бути порівняно малі, типовий приклад - термобаричний постріл до РПО-А "Шмель". Аж до теперішнього часу в цій області ведуться інтенсивні роботи. У 90-ті роки в зв'язку з тим, що по ізопропілнітрат не вписується в концепцію малоуразливих боєприпасів (летючий, може протікати і т. п.), як заміну термобаричним сумішам для ураження заглиблених і легкоброньованих цілей висунули концепцію "enhanced blast explosives" - вибухову речовину з високим вмістом пального, яке повинно догоряти на повітрі, даючи в замкнутому просторі високі значення надлишкового тиску. У лінії об'ємно-детонуючих сумішей - термобаричних сумішей - "enhanced blast explosives" питома теплота згоряння падає, але при цьому зростає щільність і фугасна дія в ближній зоні (в результаті при заданих габаритах ефективність зростає). Останній тип (і частина термобаричних сумішей) може давати ще й непогана осколкова дія. Всі ці боєприпаси мають в основі одну ідею - використання кисню повітря в процесі вибуху. Це, як неважко помітити, дає можливість відчутно "зекономити" на масі боєприпасу, тому що калорійність горіння пального в повітрі (20-120 МДж/кг) злегка вище теплоти вибуху вибухових систем з окислювачем (2-25 МДж/кг), тобто в 5-10 разів більше. Для того, щоб енергія окислення хоча б частково перейшла в ударну хвилю, потрібно, щоб воно завершилося за час порядку ~ 2R/c (де: R - розмір хмари, c - швидкість звуку), в іншому випадку велика частина енергії залишиться у вигляді тепла. Для двотактних систем, в яких ініціюється підготовлена суміш, це час, за який повинні пройти займання і окислення. Для детонуючої суміші, в якій час поширення по визначенню сильно менше вищевказаної величини, залишається резерв часу для допалювання порівняно великих часток пального. Для випадку вибухового горіння фугасна дія значною мірою визначається щільністю джерел займання і швидкістю переходу ламінарного в турбулентний, що різко посилює вимоги до пального. Тому найчастіше ефективність вибухового горіння нижче, хоча при "правильної" роботі фугасна дія у них мало відрізняється. Основна енергія вибуху вибухових композицій багатофункціональної дії - термобаричних сумішей, витрачається на створення сильного перепаду тиску у фронті ударної хвилі, і на створення високої температури в зоні ураження, що призводить до сильних руйнувань різних будівель, броньованої та автомобільної техніки, а також створенню осередків пожежі. Значний внесок у підвищення амплітуди і тривалості ударної хвилі вносять фази процесу, що протікають після руйнування корпусу бойової частини боєприпасу, а саме об'ємне реагування продуктів первинної детонації в суміші з повітрям. В результаті об'ємного реагування компонентів забезпечується формування високотемпературної теплової зони в приземному шарі з температурою, що перевищує 1500 °C, і тривалістю існування більше 0,5 секунди. Такі теплові поля забезпечують запалювання різних видів горючих матеріалів, розташованих в об'єктах, що вражаються [1]. Тому в даний час приділяється велика увага створенню вибухової композиції багатофункціональної дії, призначеної для спорядження різних видів боєприпасів, що поєднує підвищену стабільність експлуатаційних і технологічних властивостей з підвищеною енергетикою вибуху [2]. Відома вибухова композиція для спорядження виробу РПО-А "Шмель", що містить рідку вибухову речовину ізобутилнітрат і пальне - магній [3]. До недоліків відомої композиції належить те, що: - пальне - магній, має меншу енергетику під час вибуху, ніж алюміній; - в ході тривалого зберігання композиція розшаровується, що призводить до зміщення цента маси в боєприпасу і негативно позначається на траєкторії польоту боєприпасів; - низька щільність суміші не дозволяє зробити боєприпас малогабаритним. Відомий вибуховий склад, що містить бризантну вибухову речовину, алюмінієвий порошок, рідкий пластифікатор, полімер поліакрилового ряду, і дифеніламін, а як бризантну вибухову речовину - флегматизовані гексоген або октоген, причому пластифікатор і полімер поліакрилового ряду він містить в співвідношенні 1:(0,3-0,4), як пластифікатор - суміш, яка містить 70 % динітратадіетиленгліколю і 30 % динітрататріетиленгліколю, а як полімер 1 UA 114240 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 поліакрилового ряду - співполімер метилметакрилату і метакрилової кислоти при наступному вмісті компонентів, мас. %: флегматизовані гексоген або октоген 52-67 алюмінієвий порошок 15-30 дифеніламін (понад 100 %) 0,5-0,7 пластифікатор і полімер поліакрилового ряду решта. [4] До недоліків відомого вибухового складу належить те, що не забезпечується стабільність експлуатаційних і технологічних властивостей, що, в свою чергу, не забезпечує підвищення енергетики вибуху. Відома вибухова композиція багатофакторної дії для спорядження боєприпасів, що містить флегматизовані гексоген або октоген 52-67 %, алюміній 15-30, суміш динітрату діетиленгліколю і триетиленгліколю (при співвідношенні 70:30), співполімер метилметакрилату і метакрилової кислоти - решта, при співвідношенні пластифікатора і полімеру 1:(0,3-0,4), а також дифеніламін 0,5-0,7 % понад 100 % [5]. Дана композиція, за рахунок введення дифеніламіну, є більш стійкою до теплового впливу, проте має, при тривалому зберіганні, недостатню фізико-хімічну стабільність. Відома вибухова композиція багатофакторної вражаючої дії, призначена для спорядження практично будь-яких боєприпасів, що містить рідкий окислювач - етилнітрат або бутилнітрат 340 %, порошкоподібний окислювач - нітрат або перхлорат амонію або гетероциклічний нітроамін 15-65 %, пальне - алюміній 15-50 %, загущувач - бутадієновий або бутадієннітрильний або бутадієнметакриловий каучук 0,5-7 % [6]. Відмінною особливістю композиції є те, що вона додатково містить як пальне масло мінеральне в кількості від 5 до 40 мас. %, ароматичні нітрозоз'єднання або хіноловий ефір в кількості від 0,1 до 2 мас. %, жирні кислоти або їх солі в кількості від 0,1 до 5 мас. %. До недоліків даної композиції належить те, що суміш сильно насичена окислювачами і вимагає додаткової флегматизації і стабілізації. До недоліків належить й те, що не забезпечується стабільність експлуатаційних і технологічних властивостей, що, в свою чергу, не забезпечує підвищення енергетики вибуху. Відома вибухова композиція, що містить вибухову речовину і пластифікатор, при цьому як пластифікатор він містить тринітроетиловий етертринітромасляної кислоти і тротил [7]. Дана композиція багатофункціональної дії має підвищену енергетику і потужність вибуху, однак має такі недоліки, до яких належить знижена стабільність фізичних і реологічних властивостей в температурному діапазоні зберігання і експлуатації композицій в боєприпасах, що виражається в збільшенні пористості при підвищенні температури (зниження щільності), збільшенні в'язкості, кристалізація пластифікатора при зниженні температури навколишнього середовища, що, в свою чергу, може привести до нестабільності параметрів дії композицій і зниження стійкості руху боєприпасів. До недоліків належить й те, що не забезпечується стабільність експлуатаційних і технологічних властивостей, що, в свою чергу, не забезпечує підвищення енергетики вибуху. Відома вибухова композиція, що містить флегматизовані гексоген або октоген, алюмінієвий порошок, суміш динітрату діетиленгліколю і динітрату триетиленгліколю як рідкого пластифікатора, співполімер метилметакрилату і метакрилової кислоти і дифеніламін [8]. До недоліків відомої вибухової композиції належить те, що не забезпечується стабільність експлуатаційних і технологічних властивостей, що, в свою чергу, не забезпечує підвищення енергетики вибуху. Найбільш близьким технічним рішенням, як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є вибухова композиція багатофункціональної дії, що містить пластифікатор, бризантну вибухову речовину, пальне, неорганічний окислювач і полімер [9]. Основними компонентами даної композиції є нітрат одноатомного спирту, пальне на основі металу, нітрат або перхлорат амонію, або гетероциклічний нітроамін, а також полімери, наявність яких не дозволяє забезпечити стабільність експлуатаційних і технологічних властивостей композиції, що, у свою чергу, не забезпечує підвищення енергетики вибуху, дана композиція багатофункціонального дії, не дивлячись на те, що вона має підвищену енергетику і потужність вибуху, має такі недоліки, до яких належить знижена стабільність фізичних властивостей в температурному діапазоні зберігання і експлуатації композиції в боєприпасах, які виражаються в збільшенні пористості при підвищенні температури (зниження щільності), 2 UA 114240 U 5 10 15 20 25 30 35 збільшенні в'язкості, кристалізації пластифікатора при зниженні температури навколишнього середовища, що, в свою чергу, може привести до нестабільності параметрів композиції і зниження стійкості боєприпасу. Таким чином недостатньою мірою забезпечується фізикохімічна стійкість компонентів і енергоємність складу. До недоліків належить й те, що не забезпечується необхідний обсяг і час дії вогняного хмари під час вибуху суміші. В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом введення до складу вибухової композиції цільової технологічної добавки подвійного призначення, до складу якої входять додатковий стабілізатор та органічний окислювач, що виконує функцію пального, і органічного пального, яке виконує функцію флегматизатора, і використання як пального порошку алюмінію, та додаткового полімеру, що повинно забезпечити в комплексі підвищення фізико-хімічної стійкості компонентів, енергоємності складу вибухової композиції і, як наслідок, збільшення обсягу і часу дії вогняної хмари. Суть корисної моделі у вибуховій композиції багатофункціональної дії, що містить пластифікатор, бризантну вибухову речовину, пальне, неорганічний окислювач і полімер, полягає в тому, що як пальне використано порошок алюмінію, при цьому композиція додатково містить цільову технологічну добавку складу, мас. %: додатковий стабілізатор 1-4 органічний окислювач 1-15 органічне пальне решта, причому вибухова композиція має наступний вміст компонентів, мас. %: пластифікатор 2,1-28 бризантна вибухова 15-30,4 речовина порошок алюмінію 28,6-38 неорганічний окислювач 7,7-32,3 полімер 2-10 технологічні добавки 3-18,4. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що вибухова композиція багатофункціональної дії, яка заявляється, відрізняється тим, що як пальне використано порошок алюмінію, при цьому композиція додатково містить цільову технологічну добавку складу, мас. %: додатковий стабілізатор 1-4 органічний окислювач 1-15 органічне пальне решта, причому вибухова композиція має наступний вміст компонентів, мас. %: пластифікатор 2,1-28 бризантна вибухова 15-30,4 речовина порошок алюмінію 28,6-38 неорганічний окислювач 7,7-32,3 полімер 2-10 технологічні добавки 3-18,4. Вибухова композиція багатофункціонального дії, яка заявляється, використовується наступним чином (при спорядженні нею різних видів боєприпасів, із забезпеченням при цьому поєднання підвищеної стабільності експлуатаційних і технологічних властивостей з підвищеною енергетикою вибуху. Попередньо готують інгредієнти (компоненти), з яких буде виготовлятися вибухова композиція багатофункціональної дії, яка заявляється. Як інгредієнти (компоненти) вибрано: - пластифікатор - з'єднання з ряду нітроефірів одно- або багатоатомних аліфатичних спиртів або різні варіанти їх сумішей; - бризантна вибухова речовина - тротил, флегматизований гексоген або октоген, або їх суміш; - пальне (порошок алюмінію, наприклад, з величиною часток не більше 140 мкм - як варіант технології); - неорганічний окислювач - перхлорат калію, або перхлорат амонію, або нітрат барію, або нітрат амонію, або нітрат гідразину; - полімер - бутадієннітрильний або бутадієнметакриловий, або фторкаучук, або співполімер метилметакрилату з метакрилової кислотою, або поліметилметакрилат; 3 UA 114240 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 - цільова технологічна добавка (суміш таких компонентів як додатковий стабілізатор пальне, органічний окислювач - пальне і органічне пальне - флегматизатор) причому вибухова композиція має наступний зміст компонентів, мас. %: пластифікатор 2,1-28 бризантна вибухова 15-30,4 речовина порошок алюмінію 28,6-38 неорганічний окислювач 7,7-32,3 полімер 2-10 технологічні добавки 3-18,4, при цьому цільова технологічна добавка має склад, мас. %: додатковий стабілізатор 1-4 органічний окислювач 1-15 органічне пальне решта. Цільова технологічна добавка (за рахунок вмісту стабілізатора, додаткового органічного окислювача і пального) дозволяють підвищити енергоємність композиції, збільшити час роботи вогняного хмари, але при цьому стабілізувати суміш при тривалому зберіганні і перепаді температур. Зміною співвідношень компонентів в межах представленого вище діапазону можна регулювати рівень вихідних параметрів вибуху з урахуванням цільового призначення і специфіки умов застосування бойових частин. Збільшення вмісту в окислювальному суміші порошкоподібних компонентів забезпечує збільшення до 30 % метальної дії композиції. Підвищенням вмісту в окислювальному суміші органічних нітроефірів забезпечується збільшення амплітуди ударної хвилі. Збільшення загального змісту горючих елементів в суміші забезпечує збільшення тривалості фази стиску ударної хвилі, температури і розмірів теплової зони, здатної запалювати горючі елементи. Введення в композицію додаткового пального розширює можливості варіювання параметрами дії композиції. Використовувані в суміші полімери забезпечують можливість управління фізикомеханічними властивостями композиції. Зміна вмісту каучуку в суміші в межах, зазначених у матеріалах заявки, дозволяє в широких межах варіювати рухливість композицій, забезпечуючи в результаті зміни в'язкості можливість заповнення виробів складної форми і з різними діаметрами і формами заливальних отворів. Також поєднання полімерів і бризантних вибухових речовин забезпечують можливість регулювання співвідношення обсягів твердої і рідкої фаз з урахуванням насипної щільності порошкоподібних компонентів і тим самим регулювання щільності суміші виходячи з вимог, що пред'являються до габаритно-масовим характеристикам бойової частини. Пластифікатор також забезпечує можливість управління агрегатним станом суміші. При введенні нітроефірів композиція може бути переведена з в'язкопластичного в гумоподібний або твердий стан. Таким чином фізико-хімічна стійкість зазначених вище компонентів впливатиме на стійкість речовин при тривалому їх зберіганні, при зміні температурних режимів в процесі експлуатації і зберіганні (від мінус 40 °C до +50 °C). Істотною відмінністю даної технічної рішення, яке заявляється, а саме вибухової композиції багатофункціональної дії, є використання цільової технологічної добавки, що містить речовини подвійного призначення (наприклад, як варіант складу речовини, "стабілізатор - пальне", "окислювач - пальне", "флегматизаторами - пальне") і забезпечують: - додаткове підвищення стабільності фізичних і хімічних властивостей варіантів композиції; - додаткове підвищення енергоємності композиції; - додаткове збільшення обсягу і часу дії вогняного хмари. Пластифікатор вибраний з групи нітроефірів, наприклад, одно- або багатоатомних спиртів, таких як: етилнітрат, пропілнітрат, ізопропілнітратом, бутилнітрат, ізобутилнітрат, етіленглікольдинітрат, діетиленглікольдинітратом, триетиленглікольдинітрат, триметилолетантринітрат, бутантріолтринітрат, дигліцеринтетранітрат або вибраний у вигляді дво- або трикомпонентних сумішей нітроефірів одно- або багатоатомних спиртів. Крім схильності до утворення евтектики з бризантними вибуховими речовинами, перераховані пластифікатори і їх комбінації характеризуються хорошою сумісністю з запропонованими полімерами, а також підвищеної енергетикою вибуху. Полімери (що входять до складу композиції, яка заявляється), вибрані з групи бутадієннітрильний або бутадієнметакриловий, або фторкаучук, або фторполімери, або співполімер метилметакрилату з метакрилової кислотою, або поліметилметакрилат 4 UA 114240 U 5 10 відрізняються низькими температурами склування, здатність підвищувати енергетику вибуху за рахунок горючих компонентів, що входять в їх структуру, гарну розчинність в запропонованих пластифікатора. Відмінною особливістю неорганічного окислювача, що входить до складу вибухової композиції багатофункціональної дії (що заявляється), такого як - перхлорат калію або перхлорат амонію, - або нітрат барію, - або нітрат амонію, - або нітрат гідразину, є підвищене значення окислювально-відновного потенціалу відносно інших компонентів, що входять до складу композиції, що забезпечує збільшення енергетики вибуху композиції. Для перевірки параметрів дії вибухової композиції багатофункціональної дії (що заявляється) були виготовлені зразки складів, представлені в таблиці. Таблиця Компоненти Пластифікатор Бризантна вибухова речовина Порошок алюмінію Неорганічний окислювач Полімер Цільова технологічна добавка Прототип 25 ТНТ -- 2б 28 6б 2,1 16б 14 21б 16,7 22б 16,2 25 100 15 30,4 25 23,8 19,2 20 25 5 ------ 38 8 7 30 32,5 2 30 10 10 28,6 9,5 4,7 30,8 7,7 7,7 -- -- 12 3 11 16,7 18,4 15 20 25 30 35 40 45 Таким чином вибухова дія композиції, що заявляється, відрізняється підвищеною ефективністю внаслідок комплексності впливу на трупи об'єкти і підвищеною потужністю складових такого впливу. Крім того інгредієнти, що входять в композицію, забезпечують можливість регулювання агрегатного стану, фізико-механічних властивостей і параметрів дії композиції з урахуванням специфічних вимог, що пред'являються до озброєння. Підвищення ефективності використання вибухової композиції багатофункціональної дії, відносно прототипу, досягається шляхом введення до складу вибухової композиції технологічних добавок подвійного призначення, а саме додаткового стабілізатора - пального, органічного окислювача - пального і органічного пального - флегматизатора, і використання порошку алюмінію як пального, що дозволяє забезпечити в комплексі підвищення фізикохімічної стійкості компонентів, енергоємності складу вибухової композиції і, як наслідок, збільшення обсягу і часу дії вогняної хмари. Джерела інформації: 1. Кокшаров В.В., Колегов Л.Е., Дашков В.Н., Селезенев А.А., Мазанов В.А. и др. Параметры взрыва в замкнутом объеме заряда ВВ с оболочкой из ультрадисперсного алюминия. - Саров, 2001. - 269 с. 2. Кореньков В.В., Обухов А.С. "Влияние местонахождения точки инициирования детонации и положения облака топливовоздушной смеси на параметры поля взрыва", ФГВ, 2001 (т.37) 6, 82. 3. Бабкин А.В. Средства поражения и боеприпасы. Издательство МГТУ им. Баумана. 2008г. с. 411-419 - аналог. 4. Патент Российской Федерации № 2315742 "Взрывчатый состав", МПК 7 С 06 В 45/10, С 06 В 25/00 - аналог. 5. US Patent № 6955732 Advanced thermobaric explosive compositions, 2005 - аналог. 6. Патент Российской Федерации № 2209806 "Взрывчатая композиция", МПК 7 С 06 В 25/34 - аналог. 7. Патент Российской Федерации № 2071957 "Взрывчатый состав" от 12.01.1993, МПК 7 С 06 В 25/04 - аналог. 8. Патент Российской Федерации № 2315742 "Взрывчатый состав" от 27.01.2008, МПК 7 С 06 В 45/10, С 06 В 25/00 - аналог. 9. Патент Российской Федерации № 2415831 "Взрывчатая композиция многофункционального действия" от 10.02.2011, МПК 7 С 06 В 25/00 - прототип. 5 UA 114240 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Вибухова композиція багатофункціональної дії, що містить пластифікатор, бризантну вибухову речовину, пальне, неорганічний окислювач і полімер, яка відрізняється тим, що як пальне використано порошок алюмінію, при цьому композиція додатково містить цільову технологічну добавку складу, мас. %: додатковий стабілізатор 1-4 органічний окислювач 1-15 органічне пальне решта, причому вибухова композиція має наступний вміст компонентів, мас. %: пластифікатор 2,1-28 бризантна вибухова речовина 15-30,4 порошок алюмінію 28,6-38 неорганічний окислювач 7,7-32,3 полімер 2-10 технологічні добавки 3-18,4. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6