Читаем Краткий курс пиротехники онлайн бесплатно

Инж. А.А. ФРЕЙМАН

КРАТКИЙ КУРСПИРОТЕХНИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

ОБОРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

______________________________________

Москва – 1940

В книге кратко изложена теория пиротехники, описаны пиротехнические составы, сырье и вспомогательные материалы, а также приведены основные сведения об устройстве, действии и технологии пиротехнических средств.

В издаваемой книге собраны и систематизированы все основные материалы по пиротехнике, что дает возможность использовать ее в качестве учебного пособия для слушателей техникумов и сети рабочего образования.

Редактор Е.Н.Сильвановская Тех.редактор И.М. Зудакин

Сдано в набор 14/11-1940 г. Подписано к печати 19/VII-1940 г. Тираж 10000.

Печ.листов 9 ½. Формат бумаги 60*92 1/18. №А30718. Учетн.авт.л. 10,7. Учетн. № 617. Зак. № 49

Типография Оборонгиза, Киев, Крещатик, 42.

ГЛАВА 1

ВВЕДЕНИЕ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Пиротехника - специальная отрасль техники, к области которой относятся производство и изучение различных веществ и смесей веществ, образующих при сгорании цветной или яркий белый огонь, дым или дающих звуковые эффекты и зажигательное действие.

Слово «пиротехника» происходит от греческих слов «пир» (огонь) и «техне» (искусство, ремесло) и означает уменье изготовлять горючие изделия.

Эта отрасль техники получила быстрое развитие сравнительно недавно. Бурное развитие военной промышленности во всех странах в начале 20 века вызвало и быстрое развитие пиротехники.

Пиротехнические изделия делятся на две основные группы: 1) изделия военной пиротехники; 2) изделия мирной пиротехники.

Военная пиротехника занимается изучением и изготовлением осветительных, зажигательных, сигнальных, трассирующих и имитационных средств. Мирная пиротехника занимается изучением и изготовление средств для фейерверков.

§ 2. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Огнем как средством защиты и нападения люди пользовались еще в глубокой древности. Огневые средства в военных целях применялись задолго до нашей эры. Впервые их использовали китайцы, войска которых были снабжены «огненными повозками». Эти повозки представляли собой метательные машины, которые выбрасывали горшки с горящим зажигательным составом и горящие шары.

Огонь служил также и для целей сигнализации. Дикари пользовались кострами для передачи сообщений на большие расстояния, древние персы создали систему сигнализации при помощи факелов; эта система положила начало развитию современных методов оптической сигнализации, которая применяется и до настоящего времени.

Более подробные сведения о древней пиротехнике можно найти в описаниях Энея, жившего за 360 лет до нашей эры. Он описывает зажигательный состав из смолы, серы, ладана, пакли и стружек, который подожженным в горшках выбрасывали на войска неприятеля.

      В литературе, относящейся к концу IV в. нашей эры, встречаются описания зажигательных стрел с оболочками, наполненными горючими веществами (смолой, серой, паклей, нефтью). Нефть как горючее и зажигательное средство применяли еще во времена Александра Македонского.

Начиная приблизительно с VII в. появляются сообщения о «греческом» и «морском» огне.

Греки готовили составы для этого огня из смеси различных легковоспламеняющихся веществ. Рецепты таких составов хранились в глубокой тайне, - они обеспечивали византийцам победы над врагами. В эти составы входили вера, винный камень, клей, смола, нефть и другие горючие вещества. Иногда в эти составы входили негашеная известь, вызывающая самовоспламенение состава при соприкосновении его с водой. Составы с негашеной известью обычно имели удельный вес меньше единицы и могли держаться на воде. Самовоспламенение этих составов при соприкосновении с водой объясняется тем, что под действием тепла, выделяющегося при гашении извести, воспламеняются легко горючие компоненты состава, в частности, легкие углеводороды, находящиеся в сырой нефти.

«Морской» огонь состоял из перемешанных в спирте порошкообразной серы, винного камня, поваренной соли. Горящим «морском» огнем обливали корабли противника с помощью «сифонов».

Твердые горящие составы в глиняных сосудах выбрасывались на противника метательными машинами.

Однако, метание зажигательных составов на большие расстояния было затруднительно. Позднее для этой цели использовали животных и птиц. К ним привязывали сосуды с зажигательными составами, составы поджигали и животных или птиц направляли во враждебные укрепления. Но использование животных и птиц было небезопасно: они могли занести пламя и в войска или строения той стороны, которая их использовала для нанесения ущерба противнику. Например, в 1422 г. лекарь Гуситов сгорел от своих птиц с горящими сосудами, пущенных во враждебный стан.

Для поджогов на территории противника применяли также зажигательные движущиеся пиротехнические изделия (типа ракеты), снаряженные зажигательным составом

Однако горение известных в то время зажигательных средств на воздухе не давало достаточного эффекта: пламя можно было сравнительно легко порушить. Применение веществ, содержащих кислород, например селитры, значительно увеличило возможности пиротехники. По литературным данным, селитра из Китая была завезена приблизительно в XIII в. в магометанские страны. Ко второй половине XIII в. относятся сообщения о появлении нового состава из серы, селитры и угля, т.е. черного пороха, который, очевидно, вначале использовался как зажигательное средство. В XIV в. в Германии появились первые орудия, основанные на баллистическом применении черного пороха.

Развитие пиротехнических средств шло по пути подбора составов и регулирования их действия на основе, главным образом,

опытных данных. Появились такие средства воспламенения, как фитили, стопин и др.; зажигательные средства выбрасывались с помощью пороха. Позднее применялись специальные ракеты (зажигательные, системы Конгрэва) и другие изделия боевой пиротехники.

Развитие пиротехники шло и по линии фейерверков. Индусы издавна устраивали фейерверки в дни религиозных праздников. Первый в Европе фейерверк был сожжен в Италии в конце XIV в. В XV- XVI I вв. фейерверки применяли в европейских странах в качестве народного увеселения. Они имели большой успех. В те времена для фейерверков употребляли селитро-серные составы, которые давали очень слабо окрашенные огни. Только в XIX в., после открытия хлорновато-калиевой соли, стали появляться яркие фейерверочные огни различных цветов. Во второй половине XIX в. для фейерверков начали применять магний.

В России устройство фейерверков началось с XVIII в.

§3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПИРОТЕХНИКИ

К началу империалистической войны 1914 г. на вооружении уже было немало различных пиротехнических изделий. Например, в Германии в 1918 г. было выработано около 6 млн. осветительных и сигнальных патронов 4-го калибра. Во время войны выявилось большое значение различных средств военной пиротехники. По силе морального воздействия на людей и по своему разрушительному действию зажигательные средства представляют собой очень мощное и грозное оружие.

С развитием авиации большое значение приобрели зажигательные авиабомбы, которые позволяют устраивать пожары в тылу противника. В 1917 – 1918 гг. город Реймс был бомбардирован зажигательными бомбами; от них Реймс пострадал больше, чем за время войны. Зажигательные средства вызывают массовые пожары в крупных городах.

Ведение современного боя в ночное время вызывает необходимость в различных осветительных средствах; из них наиболее важны осветительные снаряды. Имеются специальные пиротехнические осветительные составы, дающие настолько мощные источники света, что при них возможно производить ночью фотосъемку.

Трассирующие средства, оставляющие на траектории своего полета видимый след, огненный или дымовой, имеют также большое применение в современной войне. Развитие боевой авиации и автоброневых и боевых мотомеханизированных средств вызывает необходимость в специальных средствах для пристрелки по движущимся целям.

Пиротехнические средства связи (сигнальные) незаменимы в боевых условиях для передачи условных сообщений на расстояние.

Пиротехника имеет очень большое значение и для научно-исследовательских работ. При изучении стратосферы используются дымовые шашки, поднимаемые на специальных шарах-зондах; на

определенной секунде времени подъема догорает замедлитель дымовой шашки, и она образует облако дыма. Наблюдения за этим облаком дают ценные научные данные о многих явлениях в стратосфере. Пиротехнические сигнальные средства используются с большим успехом в дальнейших арктических экспедициях.

Во время учебных маневров армии и при войсковом обучении большую роль играют пиротехнические имитационные средства, которые употребляются взамен боевых; например, взрывы шрапнельных и фугасных снарядов имитируются так называемыми взрывпакетами.

Современное пиротехническое производство основывается теперь не только на опытных данных о приготовлении составов и конструкции изделий. Современная пиротехника основывается на всех достижениях химических, физических и специальных военных наук. Основное внимание современных пиротехников направлено на изучение физико-химических процессов, происходящих при действии составов, свойств компонентов, на научно обоснованный выбор новых зажигательных средств и конструкции пиротехнических изделий.

§ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

все пиротехнические изделия, как было сказано, можно разделить по характеру их применения на две основные группы: изделия военной пиротехники и изделия мирной пиротехники.

Изделия военной пиротехники можно отнести к следующим подгруппам: 1) осветительные; 2) сигнальные: а) ночного действия, б) дневного действия; 3) зажигательные; 4) трассирующие; 5) имптационные.       В каждую из перечисленных групп входят различные изделия.

ГЛАВА II

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПИРОТЕХНИКИ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВАХ И ИХ КОМПОНЕНТАХ

Пиротехнический эффект достигается в результате химической реакции горения. Горение представляет собой реакцию соединения горючего вещества с кислородом. При этой реакции обычно происходит значительное повышение температуры и образование пламени или выделение дыма.

Горючие вещества отличаются друг от друга способностью с той или иной активностью соединяться с кислородом; от их активности зависят сила света пламени и количество выделяемого тепла. Количество газообразных и твердых продуктов, получающихся в результате реакции, зависит от свойств реагирующих веществ. Для горения необходим кислород. Следовательно, для получения требуемого эффекта пиротехнические изделия следует сжигать на открытом воздухе или вводить в смесь с горючим вещество, богатое кислородом и способное легко его отдавать. Кислорода воздуха обычно бывает недостаточно для получения требуемого эффекта, поэтому в составы для пиротехнических изделий вводят вещества, богатые кислородом – окислители.

В качестве горючих веществ применяются некоторые металлы, сернистые соединения, органические соединения и др. В качестве окислителей применяются соли хлорноватой, азотной и других кислот, некоторые окислы металлов и пр. При взаимодействии горючего и окислителя, применяя различные компоненты, т.е. составленные части смеси, и меняя их количественные соотношения, можно изменять течение реакции в соответствии с теми требованиями, которые предъявляются к изделию.

Смесь из окислителя и горючего называется о с н о в н о й д в о й н о й с м е с ь ю. Для получения различных по действию составов к основной смеси добавляются различные компоненты или смешиваются различные основные смеси.

Таким образом можно получить очень много разнообразных по свойствам смесей, или так называемых п и р о т е х н и ч е с к и х с о с т а в о в.

§ 2. РЕАКЦИИ ГОРЕНИЯ

Для начала горения необходимо нагреть часть горючего вещества, а затем выделяющееся в процессе горения тепло будет поддерживать температуру, необходимую для продолжения горения. Реакции горения сопровождаются, как было сказано, выделением тепловой и световой энергии. Пиротехника использует реакции горения специальных составов для получения тепловых и световых эффектов.

Если при реакции горения пиротехнических составов получаются горящие и накаленные от горения пары и газы или происходит свечение накаленных твердых или жидких частиц, то такие пиротехнические составы дают пламенное горение.

Для пиротехники наиболее интересны реакции соединения и реакции обмена, особенно экзотермических реакции, в которых участвуют твердые вещества. Если реакция происходит в смеси веществ без участия воздуха, она называется реакцией внутреннего горения. Действие пиротехнических составов в большинстве случаев основывается именно на внутренней реакции обмена кислородом между окислителем и горючим, находящимися в порошкообразной смеси. Применяя окислители в качестве основных компонентов реакции горения, необходимо учитывать следующие их характеристики, влияющие на горение: а) температуру разложения окислителя; б) теплоту образования; в) стойкость по отношению к воздействию атмосферы.

Применяя горючие вещества в качестве основных компонентов, следует учитывать: а) температуру их воспламенения; б) тепловой эффект соединения с кислородом; в) стойкость.

Реакция горения характеризуется: а) скоростью горения; б) тепловым эффектом реакции; в) агрегатным состояние и свойствами продуктов реакции; г) величиной начального импульса, требуемого для возникновения реакции горения.

§ 3. СОСТАВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ

Основа каждого пиротехнического состава – смесь из окислителя и горючего – обладает способностью сгорать за счет кислорода, выделяемого при разложении окислителя. Активность такой смеси объясняется химическим взаимодействием между окислителем и горючим. Поэтому для определения количественных соотношений между компонентами смеси нужно знать ход химической реакции между ними.

Для составления уравнения реакции горения нужно: 1) написать реакцию разложения окислителя; 2) написать реакцию горения взятого горючего в чистом кислороде; 3) уравнять коэффициенты у атомов кислорода; 4) сложить написанные уравнения.

Пример 1. Нужно составить двойную основную смесь из азотнокислого бария и крахмала

Ba(NO₃)₂ + C₆H₁₀O₅.

Во-первых, напишем реакцию разложения окислителя, т.е. азотнокислого бария:

Ba(NO₃)₂ BaO + N₂ + 5 O₂. (1)

Реакция окисления крахмала в чистом кислороде до сгорания крахмала в СО (неполное сгорание) будет иметь вид:

C₆H₁₀O₅ +6 O 6 CO₂ +3 H₂O (2)

Для уравнения коэффициентов у кислорода нужно увеличить в 6 раз коэффициенты уравнения (1) и в 5 раз коэффициенты уравнения (2). Получим:

6 Ba(NO₃)₂ 6 BaO + 6 N₂ + 30 O; (1)

5 C₆H₁₀O₅ + 80 O 30 CO + 25 H₂O. (2)