RU2209806C2

RU2209806C2 - Multiple-factor elevated-power blasting composition

Info

Publication number: RU2209806C2
Application number: RU2001129779/02A
Authority: RU
Inventors: А.И. Конашенков; А.И. Спорыхин; Н.М. Вареных; С.И. Воронков
Original assignee: Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии"
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: explosives. SUBSTANCE: blasting composition essentially suitable for any ammunition contains monoatomic C1-C4 alcohol nitrate ester, powdered ammonium nitrate or perchlorate, and/or heterocyclic nitramine (oxidant), aluminum (combustible), thickener: butadiene or butadiene/nitrile, or butadiene/methacrylate rubber, and, additionally, mineral oil as combustible, aromatic nitroso compounds or quinol ether as structure-forming agent, and fatty acids or their salts as surfactant. EFFECT: increased power. 4 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к оборонной технике и может быть использовано для снаряжения практически любых видов боеприпасов взрывчатыми веществами повышенной мощности, обеспечивающими многофакторное поражение военных объектов. The invention relates to defense equipment and can be used to equip almost any type of ammunition with high-explosive explosives, providing multi-factor destruction of military targets.

Большим спросом в армии всех стран мира пользуются боеприпасы, обладающие комбинированным поражающим действием. Описание некоторых видов таких боеприпасов дано в патенте США 3974774, кл. F 42 В 13/46, 1976. Ammunition with a combined damaging effect is in great demand in the armies of all countries of the world. Some types of such ammunition are described in US Pat. No. 3,974,774, cl. F 42 B 13/46, 1976.

Как правило, сочетание при действии одного боеприпаса различных поражающих факторов, например, таких как фугасного и зажигательного или осколочного и зажигательного, обеспечивается конструктивным путем - введением в конструкцию БЧ дополнительных секций, что приводит к снижению по сравнению с односекционными боеприпасами уровней отдельных составляющих многофакторного поражающего действия в результате уменьшения массы снаряжения композициями, формирующими поле поражения. As a rule, a combination of various damaging factors under the action of a single munition, for example, such as a high explosive and incendiary or fragmentation and incendiary, is ensured in a constructive way - by introducing additional sections into the design of warheads, which leads to a decrease in the levels of the individual components of a multi-factor damaging effect compared to single-section munitions as a result of reducing the mass of equipment with compositions that form the lesion field.

Известно взрывчатое вещество для использования в фугасно-зажигательных снарядах (С1 Д, Великобритания, 1411822, 1975), состоящее из мощного взрывчатого гетероциклического нитроамина и металлических порошков, взятых примерно в равных количествах по массе. Металлический порошок содержит более 20% порошков тяжелых металлов типа вольфрама. Дополнительно в качестве связующего в состав вводят воск. An explosive is known for use in HE shells (C1 D, Great Britain, 1411822, 1975), consisting of powerful explosive heterocyclic nitroamine and metal powders taken in approximately equal amounts by weight. Metal powder contains more than 20% powders of heavy metals such as tungsten. Additionally, wax is introduced into the composition as a binder.

Длительность вспышки при действии указанного состава не превышает 0,1 с, поэтому вероятность зажигания легковозгораемых материалов при взрыве этого состава невелика. The flash duration under the action of the specified composition does not exceed 0.1 s, therefore, the probability of ignition of flammable materials during the explosion of this composition is small.

По фугасному действию данная композиция приближается к параметрам взрыва мощных индивидуальных взрывчатых веществ, при общем содержании металлического горючего в смеси не более 20÷30%, так как в смесях мощных взрывчатых веществ с металлами химическая энергия металлических порошков в количестве 20% и менее способна трансформироваться в энергию ударных волн и осколков. According to the high-explosive effect, this composition approaches the parameters of the explosion of powerful individual explosives, with a total metal fuel content of not more than 20-30%, since in mixtures of powerful explosives with metals the chemical energy of metal powders in an amount of 20% or less is able to transform into the energy of shock waves and fragments.

Известен ряд пластичных взрывчатых веществ на основе жидких нитросоединений, например, по заявке 1371453, кл. С1 Д, Великобритания, 1974, включающих в состав не менее 40% индивидуальных взрывчатых веществ, таких как порошкообразные гетероциклические нитроамины, а также металлические порошки и загустители. A number of plastic explosives based on liquid nitro compounds are known, for example, according to application 1371453, class. C1 D, United Kingdom, 1974, comprising at least 40% of individual explosives, such as powdered heterocyclic nitroamines, as well as metal powders and thickeners.

По фугасности такие составы находятся на уровне стандартных взрывчатых веществ, уступая им по метательному действию. By explosiveness, such compositions are at the level of standard explosives, inferior to them in propellant action.

У подобных взрывчатых веществ зажигательное действие отсутствует. These explosives have no incendiary effect.

Наиболее близким техническим решением к заявляемым является жидкий взрывчатый состав для разрыва пластов (патент 3825452, США, кл. 149-38, 1974). Он состоит из жидкого мононитропарафина, например нитрометана, и гетероциклических нитроаминов. В его состав также может входить неорганический окислитель, металлические порошки, загустители. The closest technical solution to the claimed is a liquid explosive composition for fracturing (patent 3825452, USA, CL 149-38, 1974). It consists of liquid mononitroparaffin, such as nitromethane, and heterocyclic nitroamines. It may also include an inorganic oxidizing agent, metal powders, thickeners.

Данный взрывчатый состав обладает повышенным бризантным действием, однако уровень параметров фугасного и осколочного действия, полей температуры соответствует параметрам взрыва обычных индивидуальных взрывчатых веществ, при этом зажигательное действие практически отсутствует. По метательному действию композиция существенно уступает мощным взрывчатым веществам. This explosive composition has an increased brisant effect, however, the level of parameters of high-explosive and fragmentation effects, temperature fields corresponds to the explosion parameters of ordinary individual explosives, while the incendiary effect is practically absent. According to the propelling effect, the composition is significantly inferior to powerful explosives.

Задачей данного изобретения явилось создание мощной взрывчатой гетерогенной композиции многофакторного поражающего действия, составляющими которого являются фугасное, осколочное и тепловое воздействие. The objective of the invention was the creation of a powerful explosive heterogeneous composition of multifactorial damaging effects, the components of which are high-explosive, fragmentation and thermal effects.

Задача изобретения решается тем, что композиция, содержащая жидкий азотосодержащий органический окислитель, порошкообразный окислитель, горючие и загуститель, в качестве азотосодержащего органического окислителя содержит азотнокислый эфир одноатомного спирта с 1÷4 атомами углерода, в качестве порошкообразных окислителей неорганические соли аммония и/или гетероциклический нитроамин, в качестве горючего содержит алюминий, а в качестве загустителя содержит бутадиеновый, или бутадиеннитрильный, или бутадиеиметакриловый каучук при следующем содержании компонентов (в % по массе):
Азотнокислый эфир одноатомного спирта с 1÷4 атомами углерода - 3-40
Нитрат или перхлорат аммония и/или гетероциклический нитроамин - 15-65
Алюминий - 15-50
Бутадиеновый, или бутадиеннитрильный, или бутадиенметакриловый каучук - 0,5-7
Дополнительно взрывчатая композиция содержит в качестве горючего минеральное масло в количестве от 5 до 40% по массе, которое вводится за счет уменьшения содержания алюминия.The objective of the invention is solved in that the composition containing a liquid nitrogen-containing organic oxidizing agent, a powdery oxidizing agent, combustibles and a thickening agent, contains a nitric acid ester of a monohydric alcohol with 1 to 4 carbon atoms, inorganic ammonium salts and / or hetero-cyclic powders as a nitrogen-containing oxidizing agent , contains aluminum as a fuel, and contains butadiene or nitrile butadiene or methadiene butadiene rubber when thickened the content of the components (in% by weight):
Monohydric alcohol nitrate with 1 ÷ 4 carbon atoms - 3-40
Ammonium nitrate or perchlorate and / or heterocyclic nitroamine - 15-65
Aluminum - 15-50
Butadiene, or butadiene-nitrile, or butadiene-methacrylic rubber - 0.5-7
Additionally, the explosive composition contains as a fuel mineral oil in an amount of from 5 to 40% by weight, which is introduced by reducing the aluminum content.

Дополнительно взрывчатая композиция также содержит в качестве структурообразователя ароматическое нитрозосоединение или хиноловый эфир в количестве от 0,1 до 30% по массе. Additionally, the explosive composition also contains an aromatic nitroso compound or quinol ether as a builder in an amount of from 0.1 to 30% by weight.

Также дополнительно взрывчатая композиция содержит в качестве поверхностно-активных веществ жирные кислоты или их соли в количестве от 0,1 до 5% по массе. Additionally, the explosive composition contains, as surfactants, fatty acids or their salts in an amount of from 0.1 to 5% by weight.

В составе композиции используется комплексная окислительная система, состоящая из жидкого мононитрата и порошкообразных окислителей, например, нитрата или перхлората аммония и/или циклических нитроаминов. The composition uses a complex oxidizing system consisting of liquid mononitrate and powdered oxidizing agents, for example, ammonium nitrate or perchlorate and / or cyclic nitroamines.

Уникальное по химическим свойствам и агрегатному состоянию сочетание перечисленных окислителей и металлических и органических горючих в составе обеспечивает параллельное протекание различных типов химических реакций между окислительной системой и металлическими горючими, а также между окислительной системой и металлическим горючим с добавками к нему минерального масла. The combination of the listed oxidizing agents and metallic and organic fuels, unique in chemical properties and state of aggregation, in the composition ensures the parallel flow of various types of chemical reactions between the oxidizing system and metallic fuels, as well as between the oxidizing system and metallic fuels with the addition of mineral oil.

В результате одновременной реализации различных типов химических реакций металлические горючие и минеральное масло частично реагируют на детонационном фронте. Реакции между окислительной системой и металлическим и органическим горючим активизируются в волне разрежения за фронтом детонации. В процессе химического превращения на детонационном фронте и в расширяющихся продуктах детонации (ПД) формируются продукты реакции, способные реагировать в смеси с кислородом воздуха, такие как СО, Н₂, АlН₃ и другие. Горючие смеси с кислородом воздуха образуются после разрушения корпуса БЧ и реагирование смесей с воздухом протекает в режимах, близких к детонации.As a result of the simultaneous implementation of various types of chemical reactions, metallic fuels and mineral oil partially react at the detonation front. Reactions between the oxidizing system and metallic and organic fuel are activated in the rarefaction wave behind the detonation front. In the process of chemical transformation at the detonation front and in the expanding detonation products (PD), reaction products are formed that are capable of reacting in a mixture with atmospheric oxygen, such as CO, H ₂ , AlH ₃ and others. Combustible mixtures with air oxygen are formed after the destruction of the warhead housing and the reaction of mixtures with air proceeds in modes close to detonation.

Многофазное развитие процесса взрывчатого превращения заявленной композиции обеспечивает высокие степени химического превращения и, как следствие, повышение уровня энергетики реакции, более рациональное использование выделившейся энергии и возможность регулирования уровней выходных параметров. The multiphase development of the process of explosive conversion of the claimed composition provides high degrees of chemical conversion and, as a result, an increase in the level of energy of the reaction, a more rational use of the released energy and the ability to control the levels of output parameters.

Фаза разгона осколков не завершается в момент разрушения корпуса БЧ, они получают дополнительную энергию от расширяющихся и реагирующих продуктов и после разрушения корпуса боеприпаса. The phase of dispersal of fragments does not end at the moment of destruction of the warhead shell; they receive additional energy from expanding and reacting products and after the destruction of the shell of ammunition.

Значительный вклад в повышение амплитуды и длительности ударной волны вносят фазы процесса, протекающие после разрушения корпуса БЧ, а именно объемное реагирование продуктов первичной детонации в смеси с воздухом. A significant contribution to the increase in the amplitude and duration of the shock wave is made by the phases of the process that occur after the destruction of the warhead housing, namely, the volumetric reaction of the products of primary detonation in a mixture with air.

В результате объемного реагирования компонентов обеспечивается формирование высокотемпературной тепловой зоны в приземном слое с температурой, превышающей 1000^oС, и длительностью существования более 0,5 с. Такие тепловые поля обеспечивают зажигание различных видов горючих материалов, расположенных в поражаемых объектах.As a result of the volumetric response of the components, the formation of a high-temperature thermal zone in the surface layer with a temperature exceeding 1000 ^o C and a duration of more than 0.5 s is ensured. Such thermal fields provide ignition of various types of combustible materials located in the affected objects.

По уровню фугасного действия рассматриваемая композиция более чем в 1,5 раза превосходит состав прототипа и наиболее мощные известные индивидуальные и смесевые ВВ, по метательному действию композиция находится на уровне гексогена. In terms of high-explosive action, the composition under consideration is more than 1.5 times higher than the composition of the prototype and the most powerful known individual and mixed explosives, in terms of its propelling effect, the composition is at the level of RDX.

Изменением соотношений компонентов в пределах представленного выше диапазона можно регулировать уровень выходных параметров взрыва с учетом целевого назначения и специфики условий применения БЧ. By changing the ratios of the components within the range presented above, one can adjust the level of output parameters of the explosion taking into account the intended purpose and the specific conditions of the warhead.

Увеличение содержания в окислительной смеси порошкообразных компонентов обеспечивает увеличение до 30% метательного действия композиции. Повышением содержания в окислительной смеси органических нитроэфиров обеспечивается увеличение амплитуды ударной волны. An increase in the content of powder components in the oxidizing mixture provides an increase of up to 30% in the propellant action of the composition. An increase in the content of organic nitroesters in the oxidizing mixture provides an increase in the amplitude of the shock wave.

Напротив, увеличение общего содержания горючих элементов в смеси обеспечивает увеличение длительности фазы сжатия ударной волны, температуры и размеров тепловой зоны, способной зажигать горючие элементы. Введение в композицию минерального масла в качестве дополнительного горючего расширяет возможности варьирования параметрами действия композиции. On the contrary, an increase in the total content of combustible elements in the mixture provides an increase in the duration of the compression phase of the shock wave, the temperature and the size of the thermal zone capable of igniting combustible elements. Introduction to the composition of mineral oil as an additional fuel expands the possibilities of varying the parameters of the composition.

Используемые в смеси каучуки и структурообразователи обеспечивают возможность управления физико-механическими свойствами композиции. Изменение содержания каучука в смеси в пределах, указанных в материалах заявки, позволяет в широких пределах варьировать подвижность композиций, обеспечивая в результате изменения вязкости возможность заполнения изделий сложной формы и с различными диаметрами и формами заливочных отверстий. The rubbers and structure formers used in the mixture provide the ability to control the physicomechanical properties of the composition. A change in the rubber content in the mixture within the limits indicated in the application materials allows a wide variation in the mobility of the compositions, providing, as a result of a change in viscosity, the ability to fill products with complex shapes and with different diameters and shapes of filling holes.

Поверхностно-активные вещества обеспечивают возможность регулирования соотношения объемов твердой и жидкой фаз с учетом насыпной плотности порошкообразных компонентов и тем самым регулирования плотности смеси исходя из требований, предъявляемых к габаритно-массовым характеристикам БЧ. Surfactants provide the ability to control the ratio of volumes of solid and liquid phases, taking into account the bulk density of the powder components and thereby control the density of the mixture based on the requirements for the overall mass characteristics of warheads.

Ароматические нитрозосоединения или хиноловый эфир обеспечивают возможность управления агрегатным состоянием смеси. При введении указанных соединений в композицию она может быть переведена из вязкопластичного в резиноподобное или твердое состояние. Порошкообразные гетероциклические нитроамины до введения их в композицию, как правило, обрабатывают флегматизирующими добавками, такими как стеарин, парафин и другие. Aromatic nitroso compounds or quinol ether provide the ability to control the state of aggregation of the mixture. With the introduction of these compounds into the composition, it can be transferred from a visco-plastic to a rubber-like or solid state. Powdered heterocyclic nitroamines, before being introduced into the composition, are usually treated with phlegmatizing agents such as stearin, paraffin and others.

Для проверки параметров действия композиции были изготовлены образцы составов, представленные в таблице 1. В качестве азотнокислых эфиров в составе композиции использовали этилнитрат и бутилнитрат. To verify the parameters of the composition, samples of the compositions were prepared, which are presented in Table 1. Ethyl nitrate and butyl nitrate were used as nitric acid esters in the composition.

Эксперименты по определению параметров взрыва композиции предлагаемого изобретения и композиции прототипа произведены на экспериментальной базе института. Для замера давления на фронте ударной волны и длительности фазы сжатия использовались ножевые пьезодатчики. The experiments to determine the explosion parameters of the composition of the invention and the prototype composition were carried out at the institute's experimental base. To measure the pressure at the front of the shock wave and the duration of the compression phase, knife piezoelectric sensors were used.

Для замера скорости осколков использовали щитовую мишенную обстановку. Температуру тепловой зоны и время ее осуществления замеряли, используя тепловизо- и телевизионные системы регистрации. Композиции снаряжали в стальные цилиндрические макеты боеприпасов диаметром 130 мм. Толщина стенок макета составляла 2 мм, масса композиции в макетах равнялась 8 кг. To measure the speed of the fragments used shield target environment. The temperature of the thermal zone and the time of its implementation were measured using thermal imaging and television recording systems. The compositions were equipped in steel cylindrical munitions of ammunition with a diameter of 130 mm. The thickness of the walls of the layout was 2 mm, the mass of the composition in the mock-ups was 8 kg.

Как следует из представленных в таблице 2 данных, разработанные композиции обеспечивают получение при взрыве фугасного, осколочного и теплового действия, при этом по уровню каждого из перечисленных параметров они существенно превосходят композиции прототипа. As follows from the data presented in table 2, the developed compositions provide high-explosive, fragmentation, and thermal effects during the explosion, while in terms of the level of each of the listed parameters they significantly exceed the composition of the prototype.

Таким образом взрывное действие предложенной композиции отличается повышенной эффективностью вследствие комплексности воздействия на поражаемые объекты и повышенной мощностью составляющих такого воздействия. Кроме того, входящие в композицию ингредиенты обеспечивают возможность регулирования агрегатного состояния, физико-механических свойств и параметров действия композиции с учетом специфических требований, предъявляемых к вооружению. Thus, the explosive effect of the proposed composition is highly effective due to the complexity of the impact on the affected objects and the increased power of the components of this effect. In addition, the ingredients included in the composition provide the ability to control the state of aggregation, physico-mechanical properties and parameters of the composition, taking into account the specific requirements for weapons.

Claims

1. An explosive composition of multifactorial action, including a liquid nitrogen-containing organic oxidizing agent, a powdery oxidizing agent, fuel and a thickening agent, characterized in that it contains a nitric acid alcohol with 1-4 carbon atoms as a liquid nitrogen-containing organic oxidizer, and nitrate or a powdery oxidizing agent ammonium perchlorate and / or heterocyclic nitroamine, as fuel, aluminum, and as a thickener, butadiene, or butadiene nitrile, or butadiene methacr octylphenyl rubber with the following contents, wt. %:
Monohydric alcohol nitrate with 1-4 carbon atoms - 3-40
Ammonium nitrate or perchlorate and / or heterocyclic nitroamine - 15-65
Aluminum - 15-50
Butadiene, or butadiene-nitrile, or butadiene-methacrylic rubber - 0.5-7
2. An explosive composition according to claim 1, characterized in that it additionally contains mineral oil in the amount of fuel from 5 to 40 wt. %

3. An explosive composition according to claim 1, characterized in that it further comprises aromatic nitroso compounds or quinol ether in an amount of from 0.1 to 2 wt. %

4. An explosive composition according to claim 1, characterized in that it further comprises fatty acids or their salts in an amount of from 0.1 to 5 wt. %