Результат интеллектуальной деятельности: ЗАРЯД СТАРОВЕРОВА - 8 (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к гражданским и, особенно, к военным взрывным зарядам. Изобретение применимо во всех видах гражданских взрывных работ и во всех военных боеприпасах.

Известны взрывные заряды, см. например «Оружие пехоты», Харвест, 1999, с.556. Изобретение направлено на усиление бризантного и осколочного действия взрывных боеприпасов.

Скорость разлета осколков и давление на фронте ударной волны зависят от скорости звука в сжатом газе, который образуется в объеме, занимаемом взрывчатым веществом (далее ВВ). В той смеси газов, которая образуется после взрыва большинства ВВ, и при той температуре и давлении скорость звука обычно не превышает 1100 м/с. И быстро падает по мере адиабатического расширения взрывных газов. Скорость осколков, естественно, еще меньше.

Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/с. То есть, если баллон с водородом в форме снаряда при комнатной температуре просто лопнет от внутреннего давления, то он создаст намного более сильную ударную волну и придаст осколкам значительно большую начальную скорость, чем осколочно-фугасный заряд с обычным ВВ такого же веса. А если еще и немного повысить температуру водорода, то давление на фронте ударной волны и скорость осколков резко возрастут. Например, водород с температурой всего 650 градусов С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/с и сможет разогнать осколки до скорости 2120 м/с. То есть получится «холодный взрыв», в результате которого из-за адиабатического расширения газ после взрыва может иметь приблизительно температуру окружающей среды.

На этом и основана идея данного изобретения. Цель изобретения - повышение скорости разлета осколков, давления на фронте ударной волны и радиуса осколочного и фугасного действия заряда.

Можно использовать реакции с выделением водорода, дающие как можно большее удельное (т.е. на 1 г) энерговыделение, например реакцию гидрида бериллия с водой, дающую 10,05 кДж/г. Это, кстати, одна из лучших реакций по эквивалентному показателю, то есть по энерговыделению и по процентному выделению водорода. Если ввести эквивалентный показатель, равный произведению удельной энергии на процент водорода от первоначальной массы, то у данной реакции будет второй показатель - 1,39. Первое место займет реакция диборана с аммиаком с образованием нитрида бора. У нее энерговыделение меньше, 7,27 кДж/г, зато больше процент водорода - 19,4%, и поэтому эквивалентный показатель у нее 1,41.

Однако использование воды или антифриза на основе воды неудобно с конструктивной и эксплуатационной точек зрения. Задача изобретения - получение взрывного заряда, дающего водород или водородосодержащую газовую смесь, более простыми средствами.

ВАРИАНТ 1. Для этого заряд содержит оболочку, в которой находится гидрид или смесь гидридов, и вещества или смесь веществ, содержащие воду в связанном состоянии, а также содержит запал или расположенный изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд взрывчатого вещества (далее ВВ), способный пробить оболочку. Например, квасцы, силикагели, бура, сульфат магния, хлорид кальция и т.п.

Желательное требование к таким веществам - как можно меньшая упругость водяных паров, чтобы не происходило постепенного реагирования гидрида с этими парами. Иначе это приведет к постепенной частичной потере энергии заряда и может привести к самопроизвольному взрыву, точнее - разрыву оболочки. Поэтому срок хранения таких зарядов может оказаться небольшим, что может потребовать приготовления таких зарядов непосредственно перед употреблением.

Второе желательное требование к таким веществам - наибольший процент связанной воды от исходного веса.

Третье желательное требование к таким веществам - наибольшая мольная энтропия образования (наименьшее отрицательное число), приходящаяся на одну молекулу связанной воды. От этого зависит экзотермический эффект суммарной реакции.

В качестве гидридов могут быть использованы твердые гидриды - гидрид бериллия, боргидрид бериллия, алюмогидрид лития и т.п. Или газообразно-жидкие (зависит от температуры и давления) - бораны, силаны, фосфин.

Пример: Возьмем в качестве вещества, содержащего связанную воду, сульфат магния, содержащий 7 молекул кристаллизационной воды, а в качестве гидрида - гидрид бериллия. При нагревании сульфат теряет воду, и гидрид бериллия реагирует с водой:

7ВеН₂+MgSO₄*7H₂O=7ВеО+MgSO₄+14Н₂+1960 кДж.

То есть получим энерговыделение 6,05 кдж/г и выделение водорода 8,7% от исходной массы. Эквивалентный показатель сравнительно низкий - 0,53. Расчетная температура реакции при постоянном объеме 585 градусов С. Скорость звука в таком водороде будет 2277 м/с.

Работает заряд так: при нагревании запалом или взрывом до 150 градусов С сульфат магния теряет 6 молекул кристаллизационной воды, а при нагревании до 200 градусов С - всю воду. Вода вступает в экзотермическую реакцию с гидридом бериллия и экзотермически выделяется водород, который создает ударную волну и придает начальную скорость осколкам.

Так как заряд содержит твердые вещества в мелкодисперсном состоянии, то значит, имеется пространство между частицами, которое можно полезно использовать, накачав в этот объем водород. Это увеличит и силу взрыва, и скорость реакции в оболочке.

ВАРИАНТ 2. Однако для реакции с гидридами можно использовать не только вещества, связывающие воду, но и вещества, выделяющие ее при своем разложении, например любое ВВ. При этом, правда, чистого водорода не получится. Получится смесь водорода с азотом, углекислым газом и некоторыми другими примесями. Однако температура этой смеси получится достаточно высокой, и эффективность такого заряда может оказаться выше, чем предыдущего, или чем традиционного ВВ.

То есть такой заряд содержит оболочку, в которой находится гидрид или смесь гидридов и вещества или смесь веществ, выделяющие воду при своем разложении, а также содержит запал или расположенный изнутри или снаружи взрывной или кумулятивный заряд взрывчатого вещества, способный пробить оболочку.

Пример: Допустим, гидрид бериллия (температура плавления 220 градусов С) залит расплавленным толом (температура плавления 80,85 градусов С) или расплавленным тринитро-м-ксилолом (температура плавления 182 градуса С) - в последнем больше водорода - или смешан с мелкодисперсным гексогеном. Соотношение зависит от количества выделяющейся при разложении ВВ воды. В случае с гидридом бериллия соотношение гидрида и воды должно быть 11,03:18,02, то есть на 1 г гидрида должно выделиться 1,634 г воды. Количество воды, выделяющейся при взрыве конкретного ВВ, определяется опытным путем, так как при взрыве одновременно и многовариантно идут несколько реакций, в том числе с выделением СО, альдегидов и т.п.

Однако при таком соотношении количество ВВ в заряде будет превалирующим, и получившаяся газовая смесь будет содержать очень мало водорода. Для повышения выделения воды заряд может дополнительно содержать кислород или кислородовыделяющее вещество, например хлорат или перхлорат калия, селитры. Кислород, соединяясь с выделяющимися при взрыве ВВ углеводородными соединениями, образует дополнительное количество воды. Соотношение такой тройной смеси определяется опытным путем, так как в такой смеси многовариантно идут одновременно несколько реакций.

Причем вовсе не обязательно выделять воду для связывания всего гидрида. С точки зрения повышения содержания водорода может оказаться целесообразным просто терморазложение гидрида с выделением водорода. Особенно, если мольная энтальпия образования гидрида достаточно высока (например, у гидрида германия она равна +90,8 кдж/моль, у диборана +38,5 кДж/моль, у моносилана +34,7 кДж/моль). Оптимальное соотношение определяется опытным путем.