Научная статья на тему 'РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ДЛЯ ПИРОСТРУЙНЫХ РЕЗАКОВ'

РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ДЛЯ ПИРОСТРУЙНЫХ РЕЗАКОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
126
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПИРОСТРУЙНЫЙ РЕЗАК / ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ / СТРУЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ / РЕЖУЩЕЕ ДЕЙ- СТВИЕ / ГЛУБИНА РЕЗА / PYRO-JET CUTTER / PYROTECHNIC COMPOSITION / JET OF COMBUSTION PRODUCTS / CUTTING ACTION / CUTTING DEPTH

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Павлов Борис Дмитриевич, Дудырев Анатолий Сергеевич

Разработаны специальные требования к пиротехниче- ским составам, предназначенным для снаряжения пи- роструйных резаков. Проведены экспериментальные исследования, выявившие необходимость оптимизации процесса горения заряда пиротехнического состава в пироструйном резаке с целью получения максимально- го режущего действия высокоскоростной струи продук- тов сгорания. Выработаны рекомендации по созданию специальных пиротехнических составов, позволяющих существенно повысить эффективность пироструйных резаков.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Павлов Борис Дмитриевич, Дудырев Анатолий Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF NEXT GENERATION PYROTECHNIC COMPOSITIONS FOR PYRO- JET CUTTERS

Special requirements to pyrotechnic compositions intended for equipment of pyro-jet cutters are developed. Experi- mental studies revealed the need for optimization of the combustion process of a charge of pyrotechnic composi- tion in pyro-jet the cutter with the aim of obtaining maxi- mum cutting action high-speed jet of combustion products. Recommendations for the creation of special pyrotechnic compositions that can significantly improve the efficiency of pyro-jet cutters are developed.

Текст научной работы на тему «РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ДЛЯ ПИРОСТРУЙНЫХ РЕЗАКОВ»

УДК 662.1

Boris D. Pavlov1, Anatoly S. Dudyrev2

DEVELOPMENT OF NEXT GENERATION PYROTECHNIC COMPOSITIONS FOR PYRO-JET CUTTERS

St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University), Moskovsky Pr., 26, St Petersburg, 190013, Russia. e-mail: hprocess@technolog.edu.ru

Special requrrements to pyrotechnic compostions nntended for equipment of pyro-jet cutters are developed. Experimental studies revealed the need for optimization of the combustion process of a charge of pyrotechnic composition in pyro-jet the cutter wtth the aim of obtaining maximum cutting action high-speed jet of combustion products. Recommendations for the creation of special pyrotechnic compositions that can significantly improve the efficiency ofpyro-jetcutters are developed.

Keywords: pyro-jet cutter, pyrotechnic composition, jet of combustion products, cutting action, cutting depth

Введение

Применение пиротехнических средств для перфорации и резки конструкционных материалов обусловлено сочетанием в них таких свойств как компактность, простота устройства и эксплуатации, высокая автономность, возможность достаточно эффективно работать в широком диапазоне изменения внешних воздействий (температуры, давления, радиации, перегрузок, вибраций и т.д.). Кроме того, при использовании пиротехнических средств не образуется ударных волн и осколков, что, при необходимости, позволяет производить работы в ручном режиме. Эти достоинства пиротехнических средств становятся особенно ощутимыми при проведении аварийно-спасательных работ в районах стихийных бедствий, крупных промышленных аварий, при кораблекрушениях, а также при использовании в труднодоступных местах (под водой, в горах и т.п.). Оснащение спасательных формирований МЧС и других оперативных подразделений подобными средствами позволит значительно ускорить проведение аварийно-спасательных работ, особенно в начальный, наиболее сложный период.

Общие положения

Применение для резки металла железоалюми-ниевого термита известно достаточно давно. Однако этот способ характеризуется весьма низкой эффективностью, большим расходом термита, невозможностью производить вертикальные и «потолочные» резы,

1. 2.

Дата поступления - 9 октября 2018 года

Б.Д. Павлов 1, А.С. Дудырев2

РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ДЛЯ ПИРОСТРУИНЫХ РЕЗАКОВ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр. 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия e-mail: hprocess@technolog.edu.ru

Разработаны/ специальны/в требования к пиротехническим составам, предназначенным для снаряжения пи-роструйны/х резаков. Проведены/ эксперименталыны/е исследования, выявившие необходимость оптимизации процесса горения заряда пиротехнического состава в пироструйном резаке с целью получения максимального режущего действия высокоскоростной струи продуктов сгорания. Вы/работаны/ рекомендации по созданию специальных пиротехнических составов, позволяющих существенно повысить эффективность пироструйны/х резаков.

Ключевые слова: пироструйный резак, пиротехнический состав, струя продуктов сгорания, режущее действие, глубина реза

большими техническими проблемами при подводных работах.

Значительно более эффективно применение пироструйных резаков (ПСР), принципиальное устройство которых приведено на рисунке 1. Принцип действия ПСР основан на сжигании специальных пиротехнических составов (ПС), продукты сгорания которых, истекая под достаточно высоким давлением через сопло, формируются в виде высокоскоростной струи малого диаметра с температурой 2600^3000 °С. Это позволяет производить резку конструкционных материалов независимо от пространственного расположения, как на воздухе, так и под водой. Как показали проведённые исследования, в случае подводной резки на относительно небольших глубинах (до 50^100 м) эффективность ПСР практически не изменяется. Тем не менее, экспериментально показана принципиальная возможность резки стальных конструкций при гидростатических давлениях 60 МПа.

Давление, возникающее внутри корпуса ПСР при горении заряда, будет зависеть от целого ряда факторов. Основными из них являются удельное газовыделение при температуре горения, состав газообразных продуктов, скорость горения ПС, а также степень диафрагмирования выходного отверстия сопла, которая определяется как отношение площади поперечного сечения камеры сжигания к площади поперечного сечения выходного отверстия сопла (на срезе или в критическом сечении).

Павлов Борис Дмитриевич, канд. техн. наук, доцент, каф. высокоэнергетических процессов, e- ma i l :hprocess@ lti-gti.ru Boris D. Pavlov, Ph. D (Eng.), Associate Professor, Department of high-energy processes Дудырев Анатолий Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. каф. высокоэнергетических процессов, e-mail: hprocess@technolog.edu.ru

Anatoly S. Dudyrev, Dr Sci. (Eng.), Professor, Head of Department of high-energy processes, SPbSIT(TU)

7

У ч IT

1-1 1-1

mm iJ Ш1

Л г

U-I-- ^ -г"

...................л

Рисунок 1. Принципиальное устройство пироструйного резака

для подводных работ: 1 - корпус; 2 - заряд ПС; 3 - жаропрочная футеровка; 4 - сопло; 5 - герметизирующая

мембрана; 6 - обтюратор-воспламенитель;

7- блок воспламенения

При встрече высокоскоростной струи продуктов сгорания ПС с преградой в точке торможения развиваются значительные тепловые и динамические нагрузки, под действием которых материал преграды начинает интенсивно разрушаться. Динамическое действие струи определяется в основном её скоростью и компактностью, а также плотностью продуктов сгорания. Скорость струи зависит, прежде всего, от давления внутри корпуса ПСР. С увеличением давления растёт скорость истечения продуктов сгорания и, соответственно, возрастает динамическое воздействие струи на преграду в точке торможения. Однако при очень высоких давлениях выходящая из сопла струя, состоящая из смеси жидких и газообразных продуктов, вследствие быстрого расширения распадается, и эффективность резания снижается.

В ходе проведённых исследований было установлено, что разрушение конструкционных материалов высокоскоростной струёй продуктов сгорания ПС в подавляющем большинстве случаев происходит через плавление этих материалов в точке торможения струи и вынос образующегося расплава из места реза отражённым потоком продуктов сгорания. Процесс протекает в условиях интенсивного обмена тепла между теплоносителем и материалом преграды. В этом случае глубина реза будет определяться не только общим количеством тепловой энергии, подведённой к преграде, но также и условиями теплопередачи, на которые оказывают влияние большое число факторов, включающих теплофизические и гидродинамические параметры струи и отражённого потока продуктов сгорания, теплофизические свойства материала преграды, характер окружающей среды и целый ряд других.

Количество тепла, подведённое продуктами сгорания к преграде, определяется в основном удельной теплотой сгорания пиротехнического состава и его массой. Как правило, потери тепла на нагрев корпуса и в окружающую среду до встречи струи с преградой не превышают 10 % из-за относительно малого времени работы ПСР (от 1^2 с до 10^15 с). Расход остального тепла будет определяться условиями теплопередачи. Из-за сложности протекающих процессов теоретический анализ позволяет дать лишь общую качественную оценку влияния теплофизических и гидродинами-

ческих параметров струи продуктов сгорания на разрушение материала преграды. Тем не менее, такой анализ позволяет установить, что для достижения максимально возможного эффекта необходимо образование при горении ПС преимущественно жидких маловязких продуктов сгорания с высокими значениями плотности, теплоёмкости и теплопроводности, относительно низкими температурами затвердевания и высокими температурами кипения или разложения, при этом скорость струи должна быть возможно выше. С целью реализации наиболее эффективного теплообмена температура продуктов сгорания в высокоскоростной струе также должна быть достаточно высокой.

Руководствуясь данными соображениями разработку ПС целесообразно производить на основе термитных составов, образующих при горении жидкие высокотемпературные шлаки. В качестве основных окислителей в этом случае наиболее подходящими являются оксиды железа, никеля, меди и кобальта, образующие при своём восстановлении жидкие металлы, обладающие высокой плотностью и теплопроводностью. В качестве горючих целесообразно применять высококалорийные алюминий и титан, которые при горении образуют жидкие высококипящие оксиды. При горении данных термитов развиваются достаточно высокие температуры, и выделяется относительно большое количество тепла. Однако процесс их горения сопровождается незначительным газообразованием, что не позволяет получить в корпусе ПСР высокое давление, необходимое для формирования высокоскоростной струи продуктов сгорания.

Увеличить газообразование до необходимого уровня можно различными способами. Однако наиболее приемлемым является введение в рецептуру состава дополнительного окислителя с высоким содержанием активного кислорода, что позволит не только получить необходимое количество газообразных продуктов, но и увеличить теплоту сгорания пиротехнического состава. В качестве таких окислителей могут найти применение нитраты щелочных и щелочноземельных металлов, перхлораты щелочных металлов, а также некоторые другие компоненты.

Экспериментальная часть

Для проведения экспериментальных исследований использовался ПСР со степенью диафрагмирования выходного отверстия сопла равным 40, снаряжаемый зарядом пиротехнического состава диаметром 23 мм и массой 40 г.

Для изготовления ПС использовались компоненты с дисперсностью не более 300 мк. Скорость горения составов регулировалась посредством изменения дисперсности металлического горючего. Подготовленные смеси гранулировались с помощью лака СКФ-26, вводимого в количестве 1/100, а затем запрессовывались в бумажные гильзы с внутренним диаметром 23 мм под удельным давлением 150 Мпа.

Поскольку одними из самых распространённых конструкционных материалов являются сталь различных марок и алюминиевые сплавы, то оценка эффективности режущего действия производилась по глубине лунки, образованной высокоскоростной струёй продуктов сгорания в образцах из углеродистой стали 45 и алюминиевого сплава Д16Т без сквозной перфорации. Выбор данных материалов обусловлен также тем, что они значительно отличаются друг от друга такими параметрами, как температура плавления и

теплопроводность, которые оказывают существенное влияние на режущее действие струи продуктов сгорания ПСР.

Одним из основных требований, предъявляемых к составам для снаряжения ПСР, является высокая теплота сгорания, в связи с чем соотношение компонентов в смесях подбиралось близким к стехиометри-ческому.

Эффективность режущего действия ПСР в значительной мере зависит от интенсивности подвода тепла к разрушаемой преграде, то есть, при прочих равных условиях, от скорости горения заряда пиротехнического состава. При фиксированной массе заряда скорость его горения пропорциональна времени работы ПСР, которую можно легко измерить.

На рисунке 2 приведены графики зависимости глубины реза преграды из стали 45 от времени работы ПСР для одного из исследуемых составов. Анализ полученных зависимостей показывает, что они, во-первых, имеют выраженный экстремальный характер и, во-вторых, максимальная глубина реза для разных масс заряда соответствует примерно одной и той же скорости горения зарядов. Обусловлено это тем, что при относительно медленном сжигании заряда интенсивность теплового потока и скорость струи в точке её торможения невелики, в связи с чем значительное количество тепла успевает отводиться от места реза за счёт относительно высокой теплопроводности стали. При более быстром сжигании заряда пиротехнического состава соответственно возрастает интенсивность подвода тепла к преграде и скорость струи, при этом, несмотря на то, что время работы ПСР уменьшается, глубина реза растёт до некоторого предельного значения.

30 Я 20 8 а 15 03 !ю Ю £ 5

-*-из

и ч

к

N

0 2 4 Время работы ПСР, с

Рисунок 2. Графики зависимости глубины реза в образце из стали 45 от времени работы/ ПСР для зарядов различной массы:: h1 - масса заряда 20г; h2 - масса заряда 40г;

¡¡3 - масса заряда 80г.

Таким образом, для получения максимального режущего действия скорость горения заряда должна быть оптимизирована.

В связи с этим для получения сравнительных данных все исследуемые рецептуры составов оптимизировали по скорости горения.

В таблице 1 приведены результаты экспериментальных исследований по влиянию на глубину реза в образце из стали 45 теплоты сгорания при сжигании в ПСР пиротехнических составов на основе смесей оксидов железа, никеля и меди с алюминием. В качестве дополнительного окислителя использовался перхлорат калия, который не только увеличивал теплоту сгорания термитных составов, но и образовывал при своём разложении хлорид калия, находящийся при температурах горения в парообразном состоянии.

Таблица 1. Результаты/ экспериментальных данных по влиянию на глубину реза в образцах из стали 45 и сплава Д16Т теплоты/ сгорания пиротехнических составов и количества

газообразных продуктов

№ п/п Содержание компонентов, % Теплота Газообраз- Глубина реза,м-10"3

Ре20з N¡0 СиО А1 КС104 сгорания, кДж/кг ные продукты, % Сталь 45 Сплав Д16Т

1 75 - - 25 - 3990 0 0 0

2 69 - - 26 5 4606 2,7 4 9

3 63 - - 27 10 5145 5,4 10 22

4 52 - - 28 20 6300 10,8 18 32

5 41 - - 29 30 7455 16,2 17 33

6 - 81 - 19 - 3394 0 0 0

7 - 74 - 21 5 4000 2,7 5 12

8 - 68 - 22 10 4635 5,4 13 29

9 - 57 - 23 20 5880 10,8 22 39

10 - 45 - 25 30 7125 16,2 23 37

11 - - 82 18 - 4116 0 0 0

12 - - 75 20 5 4726 2,7 6 11

13 - - 69 21 10 5255 5,4 11 29

14 - - 57 23 20 6390 10,8 24 42

15 - - 45 25 30 7535 16,2 21 38

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что с ростом теплоты сгорания пиротехнических составов и количества газообразных продуктов наблюдается существенное увеличение глубины реза. Однако в случае превышения содержания в продуктах сгорания газов (в данном случае паров хлорида калия) свыше 16 % по массе отмечается даже некоторое снижение эффективности процесса несмотря на продолжающийся рост теплоты сгорания. Объяснить это можно тем, что повышенное содержание газов в продуктах сгорания способствует росту давления в корпусе ПСР и, как следствие, более интенсивному их расширению по выходе из сопла. В конечном итоге это приводит к нарушению сплошности и ускоренному разрушению высокоскоростной струи. Кроме того, уменьшается относительное содержание жидких продуктов сгорания. Всё это приводит к ухудшению условий теплообмена в точке торможения струи на преграде и снижению эффективности процесса.

В ходе проведённых экспериментов было также установлено, что на образцах из сплава Д16Т при глубине реза свыше 30 мм наблюдается изменение формы образующейся лунки - из цилиндрической она начинает превращаться в грушевидную (рисунок 3). Данное явление обусловлено интенсивным охлаждением и затвердеванием жидких продуктов в отражённом потоке в виде «шейки» на стенках лунки вследствие их теплообмена с материалом преграды. Образование «шейки» препятствует отводу продуктов сгорания и расплава материала преграды от места реза и, в конечном итоге, может привести к прекращению процесса резания.

Таблица 2. Влияние на глубину реза в образцах из стали 45 и сплава Д16Т при введении в железо-алюминиевый термит дополнительных окислителей и газообразующих добавок

Рисунок 3. Формы/ лунок, образующихся при воздействии высокоскоростной струи продуктов сгорания на преграду: а) - неглубокий рез; б) - относительно глубокий рез с образованием «шейки» из затвердевших продуктов; в) - относительно глубокий рез без образования «шейки»; г) - сквозной рез (перфорация).

Замена оксида железа на оксиды никеля и меди позволяет увеличить глубину реза на 22^33 %, что обусловлено более высокой плотностью никеля и меди в жидком состоянии по сравнению с железом.

Следует отметить, что температура горения составов с оксидом меди не превышает 2б0о °С, тогда как у составов с оксидами железа и никеля она может доходить до 2800^2900 °С. Тем не менее, составы с оксидом меди показывают весьма высокую эффективность, что можно объяснить очень высокой теплопроводностью расплава меди, которая позволяет существенно увеличить интенсивность теплообмена струи продуктов сгорания с преградой.

Давление в корпусе ПСР, а, следовательно, формирование высокоскоростной струи продуктов сгорания и условия её теплообмена с разрушаемой преградой в точке торможения будут определяться не только количеством образующихся в процессе горения газов, но и их составом.

В таблице 2 приведены экспериментальные данные по влиянию на глубину реза при введении в железо-алюминиевый термит нитратов калия и бария, а также пироксилинового пороха, что позволяет получить в процессе горения различные по составу газообразные продукты.

Как показывает анализ данных, представленных в таблицах 1 и 2, просматривается определённое влияние состава газообразных продуктов на глубину получаемого реза. Использование в ПСР составов, при горении которых образуются газообразные продукты с относительно низкой молекулярной массой, позволяет, при прочих равных условиях, получать и несколько более глубокие резы.

Введение в железо-алюминиевый термит пироксилинового пороха практически не увеличивает теплоту сгорания состава. Тем не менее, образующиеся при горении пироксилина газы позволяют сформировать продукты сгорания термита на выходе из сопла ПСР в виде струи, производящей определённое режущее действие по преграде.

Как уже было отмечено ранее, в процессе взаимодействия струи продуктов сгорания ПСР с преградой происходит интенсивный теплообмен, в результате которого отходящий от точки торможения струи поток охлаждается. При выполнении глубоких резов в металлоконструкциях, обладающих высокой теплопроводностью, может происходить затвердевание жидких продуктов в отражённом потоке, в результате чего процесс резки может прекратиться. Поэтому весьма важно, чтобы жидкие продукты сгорания ПС помимо высокой температуры кипения имели бы и относительно низкую температуру затвердевания.

ю о ч

КШз

Ва(1\Юз)2

5 ^ о- £

о

П

ю о ч о

в

^ о

К

20

30

20

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

30

10

15

о

К

52

40

54

43

67

64

о

К

28

30

26

25

23

21

ч

о

ю о о

со ^

10,2

13,5

О ^

Ч О о £

15

* 3

5123

5668

4673

5014

3931

3902

ГО о

ю б

16

20

13

17

10

14

с

С

30

34

27

36

21

26

С этой точки зрения большой интерес представляет использование в качестве горючего такого металла как титан. Уступая алюминию по теплоте сгорания, титан образует диоксид с температурой затвердевания на 200 °С ниже, чем оксид алюминия. Кроме того, если использовать в качестве основного или дополнительного окислителя нитрат бария, то в отражённом потоке продуктов сгорания не исключено образование титанатов бария, обладающих ещё более низкими температурами затвердевания.

В таблице 3 приведены результаты испытаний по воздействию на образцы из стали 45 и сплава Д16Т высокоскоростной струи продуктов сгорания, полученной при сжигании в ПСР зарядов ПС на основе титана.

Анализ результатов, представленных в таблице 3, свидетельствует о том, что ПС на основе титана с нитратом бария действительно отличаются несколько более высокой эффективностью по сравнению с составами на алюминии в случае воздействия на преграду из алюминиевого сплава Д16Т. Это отличие начинает заметно проявляться только на сравнительно глубоких резах. Так, например, для сплава Д16Т, обладающего достаточно высокой теплопроводностью, затвердевание оксида алюминия в отражённом потоке продуктов сгорания начинает сказываться уже при глубинах реза порядка 30 мм.

Таблица 3. Глубина реза в образцах из стали 45 и сплава Д16Т при использовании ПС на основе титана

№ п/п Содержание компонентов, % Теплота сгорания, кДж/кг ш s ш * # Глубина реза, м-10"3

1 Fe2Ü3 Ti KNO3 О N го ш Газообраз! продукты 1 температу горения, Сталь 45 Сплав Д16Т

2 69 31 - - 2558 - 0 0

3 44 36 20 - 3714 11,0 (N2 и пары К) 12 26

4 49 31 - 20 3048 1,7 (N2) 6 17

5 39 31 - 30 3300 2,5 (N2) 11 30

6 - 31,3 - 68,7 4242 5,7 (N2) 15 42

В то же время ПС на основе смесей титана с нитратом бария, продукты сгорания которых характеризуются более низкими температурами затвердевания, этого явления не наблюдается даже на резах глубиной свыше 40 мм. В этом случае данные смеси оказываются более эффективными, чем исследованные составы с алюминием, несмотря на относительно низкую теплоту сгорания и меньшее количество газообразных продуктов.

Зная объём лунки, полученной в результате воздействия струи продуктов сгорания на преграду, можно оценить количество тепла, затраченного на нагрев и плавление удалённого из места реза материала. В таблице 4 приведены результаты оценочных расчётов для наиболее эффективных ПС из таблиц 1 и 3. Поскольку температура, до которой в реальности нагревается расплав материала, неизвестна, то проведение расчётов производили, исходя из минимальных и максимальных затрат. При минимальных затратах учитывался расход тепла только на нагрев и плавление материала преграды. Однако в этом случае следует ожидать, что расплав тут же затвердеет в отражённом потоке. Поэтому для удаления расплава материала из реза он должен быть нагрет до достаточно высокой температуры. При расчёте максимальных затрат тепла эта температура будет ограничена температурой горения ПС при резке стальной преграды и температурой кипения алюминия для сплава Д16Т.

Таблица 4. Результаты расчётов по оценке количе-

ства тепла, затраченного на нагрев и плавление материала, удалённого из места реза__

с Сталь 45 Сплав Д16Т

Шифр ПС, № табл./№ п/ Теплота сгорания заряда (40г), кДж Масса материала, кг-10"3 Затрат тепла, кДж min/max к.п.д. процес-са, % Масса материала, кг-10"3 Затраты тепла, кДж min/max к.п.д. процесса, % min/max

1/4 252 28,8 31,5/ 62,2 12,5/ 24,7 16,0 14,5/ 47,3 5,7/ 18,8

1/9 235 35,1 38,4/ 75,8 16,3/ 32,3 21,9 19,9/ 64,8 8,5/ 27,6

1/14 256 40,6 44,5/ 81,5 17,4/ 31,8 23,6 21,4/ 69,8 8,4/ 27,3

3/6 170 22,6 24,7/ 48,8 14,5/ 28,7 24,2 22,0/ 71,6 12,9/ 42,1

Анализ полученных результатов показывает, что минимальные и максимальные затраты тепла весьма сильно различаются: примерно в два раза при резке стали 45 и в три раза для сплава Д16Т. Следует ожидать, что реальные полезные затраты тепла на резку данных материалов будут находиться между этими величинами. Тем не менее, проведённые расчёты свидетельствуют о том, что оптимизированные по скорости горения ПС обладают достаточно высоким тепловым к.п.д.

Заключение

Проведённые исследования позволяют установить, что пиротехнические составы, предназначенные для использования в ПСР, должны обладать целым рядом специальных характеристик. Так, например, они должны обладать высокой теплотой сгорания и температурой горения, а образующиеся продукты сгорания должны быть преимущественно жидкими с относительно высокими значениями плотности и температуры кипения (диссоциации), а также иметь достаточно низкую температуру затвердевания. Скорость горения данных ПС и количество образующихся в процессе горения газообразных продуктов должны быть оптимизированы с целью достижения максимального режущего действия.

Пироструйные резаки, снаряженные специальными пиротехническими составами, являются достаточно простым и в тоже время весьма эффективным средством для проведения различного рода работ по резке разнообразных конструкционных материалов, а также в качестве исполнительных устройств в системах пироавтоматики [1-5]. Благодаря своей компактности, высокой автономности, возможности проводить работы в сложных условиях, в том числе и под водой, они могут найти применение при решении самого широкого круга задач.

Результаты длительных исследований и наличие большого экспериментального материала свидетельствуют о возможности не только целенаправленно подходить к разработке высокоэффективных пиротехнических составов для снаряжения пироструйных резаков в соответствии с поставленными задачами, но также определять условия их оптимального сжигания и формирования высокоскоростной струи продуктов сгорания с целью получения максимального эффекта.

Литература

1. Дудырев А.С., Демьяненко Д.Б., Ефанов ..Комплекс новых пиротехнических средств для обеспечения функционирования малых космических аппаратов // Известия СПб ГТИ (ТУ). 2007. №1(27). С. 5-9.

2. Иванов Д.А. Горение пиротехнических составов для устройств разрушающего воздействия на конструкционные материалы: автореф. дис...канд. техн. наук М., 2010. 24с.

3. Павлов Б.Д., Демьяненко ДБ, Андреева В.А, Дуды/рев А.С., [и др.]. Пиротехническое устройство для резки конструкционных материалов: пат. 2028889 Рос. Федерация. № 4880450/27; заявл. 25.09.1990; опубл. 20.02.1995.

4. Андреев Р.Б. [и др.].Ручной пиротехнический резак: пат. 2009030 Рос. Федерация. № 5055390/08; заявл. 20.07.1992; опубл. 15.03.1994.

5. ТУ 080-140-02-89. Составы пиротехнические режущие ПРС-1, ПРС-2.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.