Генератор аэрозоля и пиротехническая шашка для него

Группа полезных моделей, связанных единым изобретательским замыслом, относится к дымообразующим средствам, распространяющим генерируемый при горении пиротехнического состава аэрозоль, который используется для образования дымовой завесы. Известный генератор аэрозоля содержит помещенную в цилиндрический корпус, через теплоизолирующую оболочку, пиротехническую аэрозолеобразующую шашку, связанный с устройством дистанционного управления электровоспламенитель, выпуклую крышку с распределенными выходными радиальными отверстиями, перекрытыми бандажом, и связанный с коммутатором электровоспламенитель. Новым является то, что теплоизолирующая оболочка между картонным корпусом и аэрозолеобразующей шашкой выполнена прессованием пиротехнической смеси окислителя - гексахлорэтана, горючего - антрацена и связующего фторкаучука, при соотношении компонентов (мас.%):

с открытого торца в аэрозолеобразующей шашке по периферии установлены воспламенительные таблетки, бандаж выходных отверстий выполнен в форме быстросъемного колпака крышки, где консольно смонтирован ударник механического устройства инициирования воспламенения, включающего капсюль-воспламенитель и замедлительный состав, расположенного над одной из воспламенительных таблеток шашки, под которой смонтирован коммутатор в виде пиротехнического источника тока, оснащенного электрическим шнуром, причем электровоспламенитель снабжен средством последовательного соединения с аналогичным генератором. Известная пиротехническая шашка для генератора аэрозоля выполнена из смеси гексахлорэтана, антрацена и порошка магния. Новым является то, что в ней дополнительно распределен фторсодержащий каучук СКФ-32, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Предложенные технические решения обеспечили улучшение основных технических показателей назначения, динамичность постановки дымовой завесы больших габаритов на более продолжительное время существования, расширение функциональных возможностей более технологичной в изготовлении аэрозолеобразующей шашки и облегченного генератора в целом.

Группа полезных моделей, связанных единым изобретательским замыслом, относится к дымообразующим средствам, распространяющим генерируемый при горении пиротехнического состава аэрозоль, который используется для образования дымовой маскирующей завесы.

Уровень данной области техники характеризует генератор, содержащий помещенные аксиально в цилиндрическом корпусе, через оболочку строительного гипса, пиротехническую аэрозолеобразующую шашку, блок охлаждения из гранул абляционного материала, в котором смонтирован сообщающийся с камерой сгорания воспламенитель, электрически связанный с устройством дистанционного управления, и выпуклую крышку с распределенными выходными радиальными отверстиями, при этом между блоком охлаждения и выходными отверстиями крышки в корпусе сформирован перфорированный ресивер (см. патент RU 2136338, А62С 13/22, 1999 г.).

Металлический корпус служит дополнительным аккумулятором тепла для эффективного выпаривания из функциональной прослойки из строительного гипса связанной воды, которая в виде пара активно смешивается с генерируемыми газоаэрозольными продуктами горения шашки, чем снижается их температура и увеличивается ингибирующее действие тушащей смеси.

Распределение в выпуклой формы крышке радиальных отверстий обеспечивает динамичное равномерное в объеме распространение газоаэрозольной смеси.

Для обеспечения оптимальных условий воспламенения шашки воспламенитель размещен в фокусе относительно ее торца и закреплен в центральной огнепередаточной втулке, канал которой формирует компактный направленный форс пламени, поджигающий пиротехнический состав по всей поверхности горения аэрозольобразующего заряда.

Дистанционное управление инициированием воспламенения позволяет повысить динамичность генерирования аэрозоля при одновременном действии параллельно подключенных генераторов.

Однако, недостатком описанного генератора является неудовлетворительная функциональная надежность при эксплуатации после хранения в условиях повышенной атмосферной влажности, в частности на речных и морских судах, из-за нечувствительности к штатному тепловому импульсу воспламенения отсыревшего при этом пиротехнического состава шашки.

Атмосферная влага через выходные отверстия крышки проникает вовнутрь генератора и по капиллярам насыпного абляционного материала блока охлаждения поступает в камеру сгорания, где конденсируется и впитывается лиофильным пиротехническим составом.

Отмеченные недостатки устранены в генераторе аэрозоля по патенту

RU 2205671, A62C 3/02, 2002 г., который по числу совпадающих существенных признаков выбран в качестве наиболее близкого аналогу предложенному.

Известный генератор аэрозоля содержит помещенную через теплозащитную оболочку из строительного гипса в цилиндрическом корпусе пиротехническую шашку, центральную огнепередаточную трубку, закрепленную в блоке охлаждения, в которой закреплен воспламенитель, электрически связанный с устройством дистанционного управления, и выпуклую крышку с распределенными радиальными выходными отверстиями, закрытыми алюминиевым бандажом.

Электровоспламенитель с устройством дистанционного управления связан через закрытый коммутатор.

Блок охлаждения представляет собой заполненную гранулами из абляционного материала емкость, помещенную между камерой сгорания и перфорированным ресивером, сверху перекрытым алюминиевой мембраной.

Ресивер посредством перфораций сообщается с теплозащитной оболочкой корпуса для подачи выпариваемой из строительного гипса присоединенной воды во время горения шашки. Это способствует принудительному отводу тепла от корпуса и разбавляет генерируемые газоаэрозольные продукты горения пиротехнической шашки.

Недостатком известного генератора является массивность и сложность конструкции, вытекающие из его целевого назначения.

Расположение воспламенителя в центральной огнепередаточной трубке определяет относительно большое время выхода на режим торцевого горения аэрозолеобразующей шашки, переуплотнение прессованием состава которой требует применения дополнительного усилительного заряда, выжигающего по центру еще более глубокую каверну.

Связь электровоспламенителя с устройством дистанционного управления через коммутатор ограничивает эксплуатационные возможности генератора, который может функционировать только параллельно с аналогичными.

Кроме того, в этой конструкции не предусмотрено ручное инициирование воспламенения для индивидуального использования генератора аэрозоля.

Аэрозолеобразующая шашка генератора изготавливается из пиротехнического состава черного дыма, описанного в книге А.А.Шидловского «Основы пиротехники», Москва, Машиностроение, 1973 г., с 248, который содержит (мас.%): 60 гексахлорэтана, 19 антрацена и 21 порошка магния, выбранного в качестве наиболее близкого аналога.

Изготовленная уплотнением в корпус генератора аэрозолеобразующая шашка из указанного металлохлоридного состава характеризуется скоростью горения 4 мм/с.

Недостатком известной пиротехнической шашки является низкая маскирующая способность из-за высокой скорости пламенного горения, при котором, в условиях ограниченного доступа воздуха, происходит возгонка антрацена, что снижает концентрацию дисперсной фазы, в результате чего

генерируемый дым имеет серый цвет.

Формируемая при этом дымовая завеса неудовлетворительно рассеивает длинноволновое излучение, в частности, инфракрасное, что не позволяет экранировать боевые машины и технику, излучающие тепло, от средств обнаружения и наведения противника.

Кроме того, известный состав нетехнологичен из-за пыления при переработке в шашку, что небезопасно.

Задачей, на решение которой направлена группа полезных моделей, является повышение основных технических характеристик назначения генератора аэрозоля меньшей удельной массы и более простой конструкции, а также расширение его функциональных возможностей при использовании более эффективной и технологичной аэрозолеобразующей шашки.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе аэрозоля, содержащем помещенную в цилиндрический корпус, через теплоизолирующую оболочку, пиротехническую аэрозолеобразующую шашку, связанный с устройством дистанционного управления электровоспламенитель, выпуклую крышку с распределенными выходными радиальными отверстиями, перекрытыми бандажом, и коммутатор, по предложению авторов, теплоизолирующая оболочка между картонным корпусом и аэрозолеобразующей шашкой выполнена прессованием пиротехнической смеси окислителя - гексахлорэтана, горючего - антрацена и связующего фторкаучука, при соотношении компонентов (мас.%):

с открытого торца в аэрозолеобразующей шашке по периферии установлены воспламенительные заряды, бандаж выходных отверстий выполнен в форме быстросъемного колпака крышки, где консольно смонтирован ударник механического устройства инициирования воспламенения, включающего капсюль-воспламенитель и замедлительный состав, расположенного над одним из воспламенительных зарядов шашки, под которой смонтирован коммутатор в виде пиротехнического источника тока, оснащенного электрическим шнуром, причем электровоспламенитель снабжен средством последовательного соединения с аналогичным генератором.

Другой особенностью комплексного технического решения является то, что в известной пиротехнической шашке для генератора аэрозоля, выполненной из смеси гексахлорэтана, антрацена и порошка магния, дополнительно распределен фторсодержащий каучук СКФ-32, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отличительные признаки обеспечили улучшение основных технических показателей назначения: повышение маскирующей способности в более широком диапазоне длин волн (от видимой области спектра 0,4-0,7 мкм до средневолнового инфракрасного излучения 2,0-5,6 мкм), динамичность постановки дымовой завесы больших габаритов на более продолжительное время существования, расширение функциональных возможностей более технологичной в изготовлении аэрозолеобразующей шашки и облегченного генератора в целом

Выполнение теплоизолирующей оболочки прессованием из пиротехнической смеси гексахлорэтана, антрацена и фторкаучука направлено на унификацию производства с шашкой основного заряда.

Во-вторых, повышается функциональная надежность генератора при хранении в диапазоне температур от 40°С до - 50°С, когда исключается возможность образования зазоров между картонным корпусом, пиротехнической оболочкой и сродственным зарядом аэрозолеобразующей шашки, за счет сопоставимости их коэффициентов объемного расширения, что к тому же дополнительно снижает общую массу изделия.

В-третьих, инертный дымокурящий состав теплоизолирующей оболочки дополнительно к основному генерирует аналогичные аэрозольные составляющие в маскирующее облако.

Избыток в структуре теплоизолирующей оболочки окислителя - гексахлорэтана, при пониженном массовом содержании горючего - антрацена, обеспечивает уменьшение скорости горения состава до 0,6 м/мс, что тормозит распространение тепла в радиальном направлении на время функционирования основного заряда аэрозолеобразующей шашки.

Горючее связующее - фторкаучук, который служит технологической добавкой при формировании оболочки, при горении дополнительно формирует дисперсионную фазу, потому что структурные фтор и хлор, как активные окислители, взаимодействуют с магнием основного заряда и образуют соответствующие фторид и хлорид.

Размещение в аэрозолеобразующей шашке, по периферии открытого торца, воспламенительных таблеток, с одной стороны обеспечивает равномерное воспламенение и горение последней, а с другой стороны, создает дополнительную временную задержку от центрального средства инициирования.

Выполнение бандажа выходных радиальных отверстий выпуклой крышки в форме примыкающего конструкционно прочного колпака обеспечивает сохранность электровоспламенителя, коммутационного шнура и предотвращает несанкционированное срабатывание механического устройства воспламенения, консольно смонтированный ударник которого размещен под колпаком.

При этом крышка кроме несущих функций для механического ударного и электровоспламенителя служит в качестве камеры сгорания при инициировании шашки и ресивера, в котором продукты ее горения перемешиваются, накапливаются и радиальными струями равномерно выбрасываются в атмосферу через сопловые распределенные отверстия на ее боковой поверхности.

Комплектация генератора дополнительным механическим устройством воспламенения расширяет возможности применения как по видам инициирования, так и для индивидуального использования в целях оперативной маскировки при ручном запуске.

В этом случае обеспечивается дополнительное время до срабатывания основного заряда за счет того, что под капсюлем-воспламенителем установлен замедлительный состав, который смещен аксиально одной из воспламенительных таблеток, воспламеняющий через влияние остальные таблетки и затем соответственно основную шашку.

Выполнение коммутатора в виде пиротехнического источника тока позволяет автоматически от фронта горения основной шашки, без дополнительных электротехнических устройств, генерировать разность потенциалов между анодом, имеющем избыток горючего, и катодом с избытком окислителя.

Размещение оснащенного электрическим шнуром коммутатора под аэрозолеобразующей шашкой позволяет подключить аналогичный генератор, который будет функционировать вслед за первым. Это позволяет увеличить продолжительность аэрозолеобразования и маскировать большие площади.

Снабжение электровоспламенителя средством последовательного соединения с аналогичным генератором обеспечивает их одновременное инициирование от общего импульса управления, что повышает габариты дымовой завесы.

Дополнительное введение в известную металлохлоридную смесь фторсодержащего каучука СКФ-32 обеспечивает ее технологическую пластификацию в переработке прессованием, исключая пыление. При этом увеличивается дисперсионная фаза генерируемого аэрозоля за счет активного образования углеродсодержащих радикалов и сажеобразных частиц, которые повышают маскирующее действие дымовой завесы в инфракрасном диапазоне длины волн 2,0-5,6 мкм.

Генерируемая при горении пиротехнической шашки предложенного состава дисперсная фаза дыма с размерами твердых частиц 0,2-0,4 мкм, которые сопоставимы с длинам волн видимого света, в воздухе образует аэрозоль с эффективной маскирующей способностью.

При содержании в пиротехническом составе аэрозолеобразующей шашки гексахлорэтана более 60 мас.% в дымовой завесе содержится свободный хлор, токсическое действие которого недопустимо для личного состава, маскируемого аэрозолем.

При содержании в составе шашки гексахлорэтана менее 52 мас.% снижается количество активной дисперсной фазы и эффективность маскирующего действия аэрозоля в видимом диапазоне света.

Содержание антрацена в заявленном количественном диапазоне определено его термодеструкцией при горении шашки с образованием несгоревших частиц углерода, которые увеличивают дисперсную фазу и маскирующую способность аэрозоля в инфракрасном диапазоне излучения.

При содержании в пиротехническом составе антрацена более 33 мас.% происходит его возгонка без образования оптически активной дисперсной фазы, что ограничивает маскирующую способность аэрозоля.

При содержании в пиротехническом составе антрацена менее 27 мас.% происходит полное сгорание, что снижает заданную плотность дымового облака.

При содержании порошка магния более 12 мас.% пиротехнический состав шашки горит с избыточной скоростью в режиме пламенного горения с преимущественным образованием окислов, что снижает из-за недостатка хлорида магния и активного углерода (активных дымообразователей) маскирующую способность генерируемого аэрозоля.

При содержании в пиротехническом составе шашки магния менее 8 мас.% дисперсная фаза в генерируемом аэрозоле недостаточна для создания плотной маскирующей дымовой завесы.

Содержание в пиротехническом составе шашки фторкаучука СКФ-32 менее 3 мас.% является недостаточным для пластификации композиции в технологически однородную массу для безопасного формования зарядов, характеризующихся заданной функциональной эффективностью показателей назначения.

Введение в состав фторкаучука СКФ-32 более 5 мас.%, при ограниченном содержании магния, приводит к уменьшению дисперсной фазы в генерируемом при горении шашки аэрозоле, снижению скорости горения и повышению шлакообразования.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен предлагаемый генератор.

В корпусе 1 из картона установлена пиротехническая аэрозолеобразующая шашка 2 через теплоизолирующую оболочку 3 из инертного пиротехнического состава, которые прессуются совместно с коэффициентом уплотнения 0,82.

Пиротехнические составы для шашки 2 и оболочки 3 изготавливают следующим образом.

В смеситель загружают компоненты состава и перемешивают 5-10 минут.

Затем в смеситель добавляют предварительно приготовленный 25% раствор в ацетоне фторкаучука СКФ-32 и перемешивают в течение 5-10 минут, после чего включают поддув воздуха давлением 0,1 МПа и перемешивают еще 5-10 минут.

Далее полученную смесь подвергают гранулированию через сито 0,9-2,0 мм.

Сформированные гранулы провяливают при нормальной температуре не менее 6 часов до содержания влаги и летучих не более 0,5%.

По периметру открытого торца шашки 2 формируются четыре паза под таблетки 4 воспламенительных зарядов.

На корпусе 1 сверху жестко закреплена выпуклая крышка 5, в которой выполнено 12 выходных отверстий 6.

На крышке 5 смонтированы центральный электровоспламенитель 7 и консольно закрепленный на пластинчатой пружине 8 ударник 9, расположенный соосно капсюлю-воспламенителю 10 механического устройства 11 инициирования воспламенения.

Соосно капсюлю-воспламенителю 10 установлен замедлительный состав 12, смонтированный над одним из воспламенительных зарядов 4 в шашке 2.

Центральный электровоспламенитель 7 подключается к линии дистанционного управления (условно не показано).

Электровоспламенитель 7 снабжен соединительным проводом с вилкой для коммутации с аналогичным генератором аэрозоля, запускаемым от общего электрического сигнала.

Крышка 5 закрыта быстросъемным колпаком 14, изолирующим внутренний объем генератора.

В полости несущего дна 15 закреплен пиротехнический источник тока 16, оснащенный электрическим шнуром 17 с вилкой (коммутатор) для подключения к аналогичному генератору, инициирование которого происходит последовательно, после завершения работы описываемого генератора.

Пиротехнический источник тока 16 примыкает непосредственно к заряду шашки 2, без прослойки инертного состава оболочки 3, так как на финишном этапе функционирования необходимости в теплозащите нет. Более того, для воспламенения пиротехнических анода и катода источника тока 16 необходима тепловая энергия, развиваемая при горении металлохлоридной термической смеси шашки 2

На корпусе 1 установлена ручка 18 для переноски генератора.

Функционирует генератор следующим образом.

За ручку 18 генераторы переносятся на позицию и устанавливаются в заданном порядке, где снимают предохранительный колпак 14.

При этом между собой генераторы коммутируются посредством электрошнуров 13 или 17 с вилками, соответственно для параллельного или последовательного их совместного действия.

Электровоспламенитель 7 первого генератора подключается к устройству дистанционного управления.

Для постановки дымовой завесы управляющим импульсом инициируется электровоспламенитель 7 и параллельно с этим (в первом варианте подключения) электровоспламенители 7 аналогичных генераторов, работу которых ниже проиллюстрируется на одном.

Тепловым импульсом от сработавшего центрального электровоспламенителя 7 одновременно воспламеняются периферийно расположенные в шашке 2 таблетки 4 чувствительного воспламенительного состава, которые инициируют торцевое горение уплотненной пиротехнической композиции шашки 2.

При горении шашки 2 образующиеся газообразные продукты (в виде густого черного дыма) заполняют объем выпуклой крышки 5, где перемешиваются, выравнивается их давление и температура.

Через распределенные выходные радиальные отверстия 6 крышки 5 дым параллельными струями выбрасывается в атмосферу, где, расширяясь, образует аэрозольное облако, в частности, снаряжение массой 7,5 кг формирует функциональную дымовую завесу протяженностью не менее 150 м высотой до 6 м.

Время выхода шашки на рабочий режим составляет не более 5 с, а продолжительность аэрозольобразования составляет 4-6 минут.

При этом пиротехнический состав оболочки воспламеняется и горит со скоростью 6 мм/с в режиме дымокурения, что предотвращает передачу тепла на корпус 1 в течение всего времени действия генератора.

Когда горящий фронт шашки 2 по центру достигает полости дна 15 тепловым импульсом воспламеняются пиротехнические составы анода и катода источника тока 16, который вырабатывает электрический импульс, передаваемый на подсоединенный следующий генератор, инициируя его запуск и действие аналогично описанному. Если электрический шнур 17 источника тока 16 не был подключен, то и выработанный электрический сигнал остается невостребованным, при этом функционирование генератора не меняется.

Предложенный генератор аэрозоля приспособлен для индивидуального использования при механическом ручном запуске.

Для этого необходимо снять колпак 14, установить генератор на дно 15, а затем любым подручным предметом ударить по подвешенному на пластинчатой пружине 8 ударнику 9, что обеспечивает последнему относительную свободу вертикальных перемещений.

При этом происходит накалывание капсюля-воспламенителя 10, огненным форсом которого воспламеняется замедлительный пороховой состав 12, время горения которого составляет 3-4 с.

От горячих продуктов горения состава 12 загорается воспламенительная таблетка 4, расположенная под ним, тепловой энергией горения которой в течение 1-2 с инициируются все остальные распределенные по периферии шашки 2 таблетки 4.

Суммарное время задержки до выхода шашки 2 на режим горения составляет 4-6 с, достаточное время для того, чтобы бойцу занять безопасную позицию на удалении от генератора, из которого активный выброс аэрозоля происходит через 2 с.

Последовательность действий функциональных элементов генератора аэрозоля далее происходит по вышеописанному.

Опытные образцы предложенного генератора с аэрозолеобразующей шашкой 2 различного количественного состава пиротехнической композиции были испытаны в лабораторных и полевых условиях соответственно ФГУП «НИИПХ» и в/ч 61469. По результатам испытаний принято решение о целесообразности промышленного изготовления генераторов дымовых завес по полезной модели для постановки на вооружение.

В таблице 1 приведены характерные составы испытанных аэрозолеобразующих шашек 2.

В таблице 2 приведены показатели назначения составов по таблице 1 и прототипа.

Из анализа данных таблицы 2 следуют выводы.

Состав 5 характеризуется снижением маскирующей способности до уровня прототипа, потому что при повышенных скорости и температуре горения сажа антрацена практически полностью окисляется, что приводит к обесцвечиванию дыма, который менее насыщенный (серый); аэрозоль неэффективен для экранирования теплового излучения работающей военной техники.

Этот состав нетехнологичен из-за пыления при недостатке горючего связующего фторкаучука.

Скорость горения состава 1 низкая из-за недостатка металлического горючего, балласта связующего фторкаучука и избытка дымообразователя - антрацена, поэтому дымообразующая способность падает ниже прототипа.

При этом образуется много шлаков (28%), что ограничивает вынос сажи в генерируемый аэрозоль, которой явно мало для обеспечения заданной маскирующей способности в инфракрасном диапазоне (неприемлемо низкая)

Из результатов испытаний следует, что оптимизированный, согласно математической модели планирования эксперимента, состав в заявленных диапазонах количественного содержания компонентов аэрозолеобразующей шашки (2, 3 и 4, табл.2) обеспечивает заданные показатели назначения.

Проведенный сопоставительный анализ предложенной группы технических решений с выявленными аналогами уровня техники, из которого предложенные полезные модели явным образом не следуют для специалиста по пиротехнике, показал, что они не известны, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления генератора, укомплектованного модифицированной аэрозолеобразующей шашкой, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

1. Генератор аэрозоля, содержащий помещенную в цилиндрический корпус, через теплоизолирующую оболочку, пиротехническую аэрозолеобразующую шашку, связанный с устройством дистанционного управления электровоспламенитель, выпуклую крышку с распределенными выходными радиальными отверстиями, перекрытыми бандажом, и связанный с коммутатором электровоспламенитель, отличающийся тем, что теплоизолирующая оболочка между картонным корпусом и аэрозолеобразующей шашкой выполнена прессованием из пиротехнической смеси окислителя - гексахлорэтана, горючего - антрацена и связующего фторкаучука, при соотношении компонентов, мас.%:

с открытого торца в аэрозолеобразующей шашке по периферии установлены воспламенительные таблетки, бандаж выходных отверстий выполнен в форме быстросъемного колпака крышки, где консольно смонтирован ударник механического устройства инициирования воспламенения, включающего капсюль-воспламенитель и замедлительный состав, расположенного над одной из воспламенительных таблеток шашки, под которой смонтирован коммутатор в виде пиротехнического источника тока, оснащенного электрическим шнуром.

2. Генератор аэрозоля по п.1, отличающийся тем, что электровоспламенитель снабжен средством последовательного соединения с аналогичным генератором.

3. Пиротехническая шашка для генератора аэрозоля, выполненная из смеси гексахлорэтана, антрацена и порошка магния, отличающийся тем, что в ней дополнительно распределен фторсодержащий каучук СКФ-32, при следующем соотношении компонентов, мас.%: