СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ДЫМНОГО РУЖЕЙНОГО ПОРОХА ПРОСТРЕЛОМ ПУЛЕЙ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ

Изобретение относится к области уничтожения дымных ружейных порохов и может быть реализовано в качестве способа по уничтожению дымных ружейных порохов в картузах воспламенителей методом прострела пулей стрелкового оружия.

Дымный порох представляет собой зерненную механическую смесь состава масс %: селитра - 75, сера - 10, уголь древесный - 15, где селитра - окислитель, уголь древесный - горючее, сера - основное пластичное вещество для придания механической прочности зерна также является горючим.

По истечении срока годности и в процессе изготовления дымных порохов отходы подлежат уничтожению замачиванием или сжиганием.

Эти способы утилизации дымного пороха является экономически невыгодным требует определенные затраты и время на подготовку.

На данный момент имеются различные разработки в области утилизации [7, 8]. Известна технологическая линия утилизации устаревшего пороха [9]. Линия предназначена для получения нитроцеллюлозного продукта, для материалов гражданского назначения или пороха, очищенного от нестабильных примесей, скапливающихся в процессе хранения из устаревшего как пироксилинового, так и баллиститного порохов. Линия не позволяет перерабатывать дымный порох и изделия его содержащие.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является уничтожение дымного пороха сжиганием (СТП 44А-Р-021-03 производства уничтожения и расснаряжения боеприпасов на площадках уничтожения. Правила устройства и эксплуатации). Утилизация дымного пороха в прототипе осуществляется на специальных площадках путем сжигания рассыпанного по ней дымного пороха определенной массы. При этом возрастает экологическая опасность. Кроме того, из-за свойства дымного пороха детонировать при горении повышается пожароопасность.

Целью изобретения является способ уничтожения дымных ружейных порохов в коробах прострелом пулей стрелкового оружия на площадках уничтожения, содержащих участки 1-го типа (подрывные поля), а также основные требования к оборудованию площадок уничтожения, позволяющий понизить уровень экологической опасности и пожароопасности.

Технический результат достигается путем уничтожения дымного ружейного пороха находящегося в коробе прострелом пулей. При этом уничтожение дымного пороха производится на расстоянии и мгновенно.

Поставленная цель реализуется в предлагаемом методе утилизации дымного пороха и изделий на их основе, при помощи специальной площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом общей массой не более 50 кг.

Короб с дымным ружейным порохом устанавливается положением на бок горловиной вправо или влево от направления стрельбы, т.е. крышка направлена в вал.

Предлагаемая схема (фиг.1) включает в себя:

1 - площадка для прострела ящиков с ДРП; 2 - укрытие для стрелка; 3 - укрытие для рабочих; 4 - укрытие для контролера КПП; 5 - ветроуказатель; 6 - флагшток; 7 - пожарный щит; 8 - защитный вал площадки для прострела ящиков с ДРП; 9 - устройство для подачи звукового сигнала.

Процесс утилизации дымного пороха посредством предлагаемым способом осуществляется следующим образом:

1) пролить водой площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом;

2) выгрузить ящики с дымным ружейным порохом из автомобиля;

3) подать ящик с дымным ружейным порохом на площадку для прострела;

4) извлечь короб с дымным ружейным порохом из ящика (деревянной тары);

5) установить короб с дымным ружейным порохом на сухие деревянные подкладки (штабельные, четыре штуки) на площадке для прострела;

6) осуществить прострел короба с дымным ружейным порохом;

7) осмотр площадки прострела после детонации короба с дымным ружейным порохом.

На площадке для прострела ящиков с дымным ружейным порохом допускается устанавливать только один короб с дымным ружейным порохом. Короб с дымным ружейным порохом должен содержать не более 50 кг дымных порохов и изделий из него. Короб с дымным ружейным порохом устанавливается положением на бок горловиной вправо или влево от направления стрельбы, т.е. крышка направлена в вал.

Прострел короба с дымным ружейным порохом производить из укрытия руководителем (исполнителем) работ с расстояния не менее 200 м из автомата АКМ патронами с пулями БЗ, винтовки СВД патронами с пулями Б-32, ПЗ или бронеобъекта (БТР) из пулеметов ПКТ, КПВТ патронами с пулями Б-32, ПЗ (для ПКТ); МДЗ, БЗТ, БСТ, Б-32, БС-41, ЗП (для КПВТ).

Контроль полноты уничтожения дымных ружейных порохов проводится руководителем работы (начальник площадки уничтожения) не ранее чем через 20 мин после их взрыва.

Уничтожение очередного короба с дымным ружейным порохом следует проводить только после осмотра и пролива водой площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом.

Устройство и оборудование площадок, содержащих участки 1-го типа (подрывные поля), для уничтожения дымных ружейных порохов в коробах методом прострела пулей стрелкового оружия должны отвечать определенным требованиям, которые рассмотрим ниже.

Площадка уничтожения, содержащая участки 1-го типа, для уничтожения дымных ружейных порохов в коробах методом прострела пулей стрелкового оружия должна соответствовать требованиям СТП 44А-Р-021-03 производства уничтожения и расснаряжения боеприпасов на площадках уничтожения.

Правила устройства и эксплуатации

Для уничтожения дымных ружейных порохов путем инициирования коробов с ДРП прострелом пулей площадку уничтожения необходимо дополнительно оборудовать:

- площадкой для прострела коробов с дымным ружейным порохом;

- защитным валом площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом;

- отбойной стенкой (для улавливания пуль);

- укрытием для стрелка.

Сектор стрельбы должен быть свободен от объектов и сооружений площадки уничтожения, очищен от травы и кустарников и должен находиться на одной плоскости с точкой ведения стрельбы.

Расстояние от площадки для прострела коробов с дымным ружейным порохом до леса должно быть не менее 200 м.

Теоретические расчеты и обоснования способа уничтожения дымных ружейных порохов в коробах методом прострела пулей стрелкового оружия

1 Оценка возможности уничтожения дымных ружейных порохов в коробах методом прострела пулей стрелкового оружия

1.1 Для упаковывания пороховых зарядов используется прямоугольная однозамковая тара (в дальнейшем короб) IV-1 (инд. 4ЯК10, черт. - 26631) двух типоразмеров, изготавливаемых из листовой стали толщиной 1,0 мм. Короб инд. 4ЯК10 имеет следующие размеры: высота - 461 мм; основание - 425×425 мм, а инд. 4ЯК10-01: высота - 572 мм; основание 425×430 мм. Масса короба инд. 4ЯК10 составляет 9,03 кг, а инд. 4ЯК10-01 - 10,60 кг.

1.2 Поскольку скорость детонации дымного ружейного пороха составляет около 400 м/с, а скорость звука в стали - 5000 м/с, то короб при детонации ДРП будет разрушаться на крупные осколки без интенсивного дробления.

Начальную скорость разлета осколков короба найдем через коэффициент массовой нагрузки короба и коэффициент его наполнения [1, 2]:

где D - скорость детонации дымного ружейного пороха;

- коэффициент массовой нагрузки;

ω - масса дымного ружейного пороха в коробе;

m_к - масса короба.

где - коэффициент наполнения.

Тогда средневзвешенная начальная скорость разлета осколков будет V_0cp=167 м/с.

Принимая массу оптимального осколка, с точки зрения баллистики, m₀=10 г и конечную его безопасную скорость полета V_к=10 м/с, найдем максимальную дальность его полета по зависимости

где a₀ - коэффициент, зависящий от баллистических характеристик осколка.

Для осколков естественного дробления а₀=0,0374.

Принимаем в качестве минимальной безопасной дальности стрельбы для стрелка расстояние, равное 200 м, которое в дальнейшем проверим по условию не поражения воздушной ударной волной. Для этой дальности найдем скорость встречи пули с коробом V_c для некоторых традиционных видов стрелкового оружия [3]. Основные конструктивные характеристики автоматных и винтовочных пуль и их скорости на дальности 200 м представлены в табл.1.

Анализ данных, представленных в табл.1, показывает, что удельная энергия пуль приведенных образцов стрелкового оружия Е_уд на два порядка превышает потребную для инициирования дымного ружейного пороха [4]. Для обеспечения надежного инициирования (детонации и горения) дымного ружейного пороха в коробе необходимо использовать для стрельбы патроны с бронебойно-зажигательными и пристрелочно-зажигательными пулями.

Таблица 1 Основные конструктивные и баллистические характеристики автоматных и винтовочных пуль Тип стрелкового оружия Масса пули m0 V0, м/с Vc, м/c dc, мм mc, г Eуд, 7,62-мм АКМ 7,9 715 537 5,80 3,60 1965 5,45-мм АК-74 3,4 900 709 4,20 1,42 2576 7,62-мм СВД 9,6 830 685 6,12 4,72 3764 Примечание. В табл.1 dc, mc - диаметр и масса сердечника пули соответственно.

1.3 При пробитии стенки короба пуля фрагментируется, т.е. стенку короба пробивает сердечник, а оболочка и рубашка пули, деформируясь, сходят с него. Оценим потери скорости сердечника пули при пробитии стенки короба (b_cm=1,0 мм) на примере 7,62-мм пули АКМ. Скорость выхода сердечника на тыльную сторону стенки короба определяется по зависимости [3]

где V_псп - предельная скорость пробития стенки короба, которую можно определить через удельный единичный импульс, как для стальной преграды, по зависимости [1]

Таким образом, можно заключить, что при пробитии пулей стенки короба потери энергии ее сердечника при рассматриваемых скоростях встречи минимальны и ими можно пренебречь.

Как показано выше, и это общеизвестно, чувствительность дымного ружейного пороха к удару значительно выше, чем у пироксилиновых и баллиститных порохов, что обусловлено их высокой пористостью. При скоростях нагружения выше критических (более 500 м/с) ударная волна практически сидит на носике сердечника пули, а впереди него воздушные включения е порах зерен пороха в виде микрообъемов ударно сжимаются, образуя так называемые «горячие точки», т.е. процесс взрывчатого превращения напоминает случай пересжатой детонации. В дальнейшем скорость сердечника пули при движении в пороховой массе падает и процесс взрывчатого превращение выходит на стационарный режим. Процесс взрывчатого превращения дымного ружейного пороха правильнее всего называть взрывным горением, а не детонацией.

Оценим температуру воздуха в «горячих точках» при скорости сердечника пули, равной 535 м/с, и при критических условиях (при минимально! скорости встречи, равной 500 м/с), принимая процесс сжатия газа в микрообъемах адиабатическим [5]:

где - давление газа в микрообъемах при ударном сжатии;

Р₀ - нормальное давление воздуха (Р₀=1·10⁵ Па);

ρ₀ - плотность воздуха при нормальном давлении (ρ₀=1,293 кг/м³);

R - газовая постоянная (для воздуха R=286,6 Дж/(кг·К);

k - показатель адиабаты (для воздуха k=1,4).

При V_вых=500 м/с

Данная температура практически соответствует температуре горения дымного ружейного пороха (Т_дрп=2420 K [6]).

1.4 И последнее, оценим вероятность попадания пули в короб с порохом при одном выстреле из различного стрелкового оружия на дальности 200 м [7].

где Ф(Х) - функция Лапласа, определяемая по зависимости

при 0≤X<∞. Если X=0, то Ф(X)=0, и если X<0, то Ф(-X)=-Ф(X).

Наибольшая абсолютная ошибка аппроксимации для данной зависимости составляет 5,0·10^-4.

; ; ; - координаты границ короба;

σ_х; σ_y - средние квадратические отклонения пули

В_в, В_б - срединные квадратические отклонения пули по высоте и боковому направлению соответственно на дальности прямого выстрела X_пр;

D - дальность стрельбы.

Для АКМ при D=200 м:

Для AK-74 при D=200 м:

Для СВД при D=200 м:

Анализ данных расчетов показывает, что вероятность попадания в короб с пороховым зарядом на дистанции 200 м при стрельбе из рассмотренных видов стрелкового оружия близка к единице.

2 Оценка возможности одновременного инициирования нескольких коробов с дымным ружейным порохом

2.1 Определим параметры ударной волны при взрыве порохового заряда в коробе на различных дальностях от места инициирования по формуле М.А. Садовского, а также по формулам, приведенным в [1]:

- избыточное давление во фронте ударной волны при взрыве порохового заряда в коробе

ΔP=0,084X+0,21X²+0,7Х³,

где

ω_э - масса порохового заряда в тротиловом эквиваленте;

R - удаление рассматриваемой точки от центра взрыва;

ω_дпр - масса дымного ружейного пороха в коробе;

- удельная теплота взрыва дымного ружейного пороха;

- удельная теплота взрыва тротила при воде парообразной;

η - коэффициент, учитывающий соотношение энергий, выделяемых одинаковой массой порохового заряда воспламенителей из дымного ружейного пороха (50 кг) и воспламенителей с пламегасителем из пороха ВТХ-10 той же массы;

- энергия, выделяемая при взрыве воспламенителей из дымного ружейного пороха массой 50 кг;

- энергия, выделяемая при взрыве воспламенителей из дымного ружейного пороха и пламегасителей из пороха ВТХ-10 общей массой 50 кг;

- удельная теплота взрыва пироксилина (ВТХ-10);

Тогда масса порохового заряда, состоящего из воспламенителей с дымным ружейным порохом и пламегасителей (ВТХ-10), при общей массе 50 кг в тротиловом эквиваленте будет

- время действия ударной волны (фазы сжатия)

где k=1, при 1,1≥X≥0,6;

k=1,2, при 0,6>X≥0,1;

- скорость фронта ударной волны

- массовая скорость воздуха за фронтом ударной волны

- импульс избыточного давления во фронте ударной волны

где A - коэффициент, зависящий от вида ударной волны и высоты взрыва.

Так, для наземного взрыва и падающей ударной волны А=180, а для отраженной - 550.

Таким образом, импульсная сила, приложенная к боковой поверхности соседнего короба с дымным ружейным порохом, будет

F=ΔPS_бп,

где S_бп - площадь боковой поверхности короба.

2.2 Расчеты параметров воздушной ударной волны при взрыве порохового заряда в коробе, состоящего из воспламенителей дымным ружейным порохом и пламегасителей (ВТХ-10), при общей массе 50 кг на различных дальностях от центра взрыва представлены в табл.2.

Анализ данных табл.2 показывает, что на расстоянии 200 м от центра взрыва воспламенителей из дымного ружейного пороха и пламегасителей из пороха ВТХ-10 общей массой 50 кг в коробе избыточное давление во фронте ударной волны составляет ΔР=1,63 кПа, что меньше нижнего порога временной потери слуха (ΔР=2 кПа) [2].

Кроме того, можно заключить, что на расстоянии до 30 м соседний короб с ДРП получает повреждение в виде метательного действия при одновременной деформации (прогибе) боковой стенки короба, что недопустимо по требованиям техники взрывобезопасности.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований показали:

1. При взрыве короба с дымным ружейным порохом образуются крупные осколки с плохой баллистической формой, разлетающиеся с начальной скоростью до 171 м/с. Максимальная дальность разлета осколков (определенная теоретически) не превышает 164 м. В качестве минимальной безопасной дальности стрельбы для стрелка необходимо принять расстояние, равное 200 м.

2. При простреле пулей патрона стрелкового оружия калибра 7,62 мм и более короба с дымным ружейным порохом с дистанции 200 м обеспечивается его надежное и полное уничтожение взрывом.

3. Для обеспечения более высокой надежности инициирования дымного ружейного пороха в коробе рекомендуется вести стрельбу из традиционных видов стрелкового оружия патронами калибра 7,62 мм и более с бронебойно-зажигательными и пристрелочно-зажигательными пулями.

4. Вероятность попадания в короб с порохом на дистанции 200 м при стрельбе из рассмотренных видов стрелкового оружия близка к единице.

Предлагаемый способ утилизации дымного ружейного пороха позволяет обеспечить безотходность, и снизить пожароопасность.

Используемая литература

1. Действие артиллерийских боеприпасов / П.Н. Дерябин [и др.]. - Пенза: ПАИИ, 2004. - 250 с.

2. Орленко Л.П. Физика взрыва и удара: учеб. пособие для вузов / Л.П. Орленко. - М: Физматлит, 2006. - 304 с.

3. Дерябин П.Н. Вопросы безопасности жизнедеятельности личного состава силовых структур в прикладных задачах математики, физики и теоретической механики: монография / П.Н. Дерябин. - Пенза: ПГТА, 2007. - 188 с.

4. Основы теплотехники / В.В. Бурлов [и др.]. - Пенза: ПАИИ, 2003. - 231 с.

5. Оценка эффективности поражающего действия артиллерийских боеприпасов основного назначения / П.Н. Дерябин [и др.]. - Пенза: ПАИИ, 2004 - 79 с.

6. Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. - М.: Физматлит, 2002. - 824 с.

7. Способ уничтожения нитроцеллюлозных порохов (№2188385 от 27.08.2002 RU).

8. Способ утилизации тротила (№2247933 RU 2005 г.).

9. Технологическая линия утилизации устаревшего пороха (№2093501 (RU) C06B 21/00, 20101197).