english version   ☼ Наша продукция ☼    Home    Регулирование осадков    Противоградовые работы    Исследования    Контакты  
NEWS
18.11.2012  Тестирование наземных систем контроля осадков
 
08.11.2011  Всероссийская конференция по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы
 
22.11.2010  Наземный аэрозольный генератор
 
21.11.2010  Фильм:
"Час "Х". Избежать апокаллипсиса"
 
03.10.2010  Фильм:
"Жара, сделано вручную"
 
16.05.2010  Статья: studying an effect of salt powder seeding.....
 
12.04.2010  "Sky Clear 1" система увеличения осадков
 
12.04.2010  "Sky Clear 2" ракета малого радиуса действия
 
12.04.2010  "Sky Clear 3" наземный генератор
 
23.02.2010  "Sky Clear 5 (CP)" система контроля осадков
 
20.02.2010  "Sky Clear 6 (AH)" противоградовая ракета повышенной дальности
 

О перспективах разработки пиротехнических составов с малым содержанием соединений серебра

Дривотин О.И., Дрофа А.С., Савченко А.В., Шилин А.Г., Шилин В.А.
Государственный университет, г. Санкт-Петербург; ФГБУ «НПО «Тайфун», г. Обнинск

Статья редактируется, выложена предварительная версия

Сравнительная эффективность льдообразующих добавок В настоящее время, в связи с расширяющейся практикой проведения активных воздействий при одновременном росте цен на драгоценные металлы возросла актуальность поиска льдообразующих пиросмесей с малым и ультрамалым содержанием серебра. Так, например, за последние 10 лет цены на серебро выросли на порядок, приблизившись к рубежу 50 USD/oz ( 1.5 USD/грамм). Таким образом, проблема снижения содержания серебра в пиросоставе вновь становится актуальной.

Попытки внедрения в практику АВ таких составов предпринимались и ранее, однако поскольку существовала информация, что для срабатывания составов такого рода требуются нереализуемые в естественных условиях пересыщения водяного пара, разработка и внедрение таких составов было существенным образом ограничено. Тем не менее в мире такие составы используются, например в КНР.

При переходе на 2% по иодистому серебру рецептуры, ориентировочное снижение цен составит:

Изделие Ориентировочная стоимость для 12% ШАД Ориентировочная стоимость для 2% ШАД %
Ракеты 250 € (система "Лоза" 220 € ~ 9 %
Факела 42 € 28 € ~33 %
Наземные генераторы (ICE) 130 € 13 € ~ 80 %

В данной работе представлено обобщение существующего материала относительно возможностей повышения продуктивности составов с 2% содержанием иодистого серебра. Существуют следующие тенденции:

  • использование более эффективных иодирующих добавок в оптимальном диапазоне концентраций
  • оптимизация геометрии фронта горения льдообразующего пиросостава
  • использование более эффективных, чем иодистое серебро льдообразующих соединений

1. Использование более эффективных иодирующих добавок.

Применительно к составу с содержанием иодистого серебра на уровне 2%, что соответствует содержанию Ag3CuJ4 на уровне 2.5 %, произведены расчеты выхода AgJ в фазу пара. К сожалению непосредственно рассчитать переход в пар твердого раствора Ag3CuJ4 возможным не представляется, ввиду отсутствия необходимой термодинамической информации по этому соединению. Расчеты проводились для всех иодидов первой группы периодической системы и аммония в концентрациях 1-26 % (при содержании иодирующей добавки более 20% энергетика состава становится слишком низкой для поддержания устойчивого режима горения). Для более корректного сравнения содержание иодида пересчитано на абсолютное содержание иода, вносимого в пиросостав данным соединением, абстрагируясь от веса катиона.

Сравнительная эффективность льдообразующих добавок

Как видно из графика, после пересчета на содержание иода, вносимого иодидом, влияние всех иодидов первой группы периодической системы на выход AgJ в фазу пара (остальные компоненты паровой фазы Ag и Ag2O) практически одинаков и принципиально отличается от влияния NH4J, особенно по мере увеличения концентрации последнего. Таким образом, вопрос о составе иодирующей добавки решен в пользу NH4J и в дальнейшем моделирование и расчеты проводились только с этим соединением.

2. Оптимизация фронта горения льдообразующего пиросостава.

Хотя иодистый аммоний является самой эффективной из существующих иодирующей добавкой, переход иодистого серебра в паровую фазу для 2% составов относительно невелик. Так для рабочей рецептуры исследованного состава ( 2376 К ) на долю иодистого серебра в продуктах сгорания (моль/кг) приходится всего лишь чуть более 4%.


Ag 0,098222 = 95,69786 %
AgO 0,00000081135 = 0,00079 %
AgI 0,0044148 = 4,301347 %

Хотя состав при горении генерирует значительные количества элементарного иода и в дальнейшем возможна реакция образования иодистого серебра из элементарного серебра, на данный момент мы этот процесс не рассматриваем.

Дальнейшее увеличение содержания иодистого аммония в пиросоставе приводит к нарушению режима горения. Более того, в процессе экспериментов мы столкнулись с ситуацией, когда пиросотав даже при 20% добавке иодистого аммония горит неустойчиво. Таким образом существует противоречие: для увеличения процента перехода иодистого серебра в газовую фазу необходимо существенное увеличение концентрации иодистого аммония в пиросмеси (а также уменьшение температуры горения состава), однако в пределах монодисперсной пиросмеси этого сделать невозможно, поскольку данная рецептура уже находится на переделе горючести.

Между тем в реальных условиях пиросостав практически никогда не является монодисперсным: имеются дефекты структуры, неоднородности помола компонентов, локальные нарушения состава пиросмеси. Следствием этого является дифференцирование условий, при которых происходит горение отдельных фрагментов пиросмеси. Задачей работы было исследовать возможности повышения эффективности льдообразующих рецептур, намеренно усиливая фрагментированность рецептуры, а именно вводя соединения серебра только в состав только одной фракции рецептуры (в дальнейшем – льдообразующая композиция) с тем или иным количеством сопутствующих компонентов, причем состав второй фракции подбирался так, чтобы интегральная рецептура пиросмеси во всех случаях была одной и той же.

Как следует из проведенных расчетов, теоретически возможно создание температурных условий, при которых эффективность перехода льдообразующее активных соединений серебра в фазу пара приближается к 100%, однако в рамках гомогенной пиросмеси устойчивое горение при таких температурах невозможно. В случае реализации фрагментированного горения в системе, в зависимости от дисперсности возможно создать условия нахождения льдообразующей композиции в более оптимальных температурных условиях. Для этого необходимо рассчитать как состав так и дисперсность фрагментов пиросистемы. Данная задача подразумевает:

  • проведение моделирования распределения полей температур в зависимости от дисперсности и энергетических характеристик компонентов для осуществления стабильного горения
  • проведение моделирования процессов испарения льдообразующей композиции в полях температуры, созданных при горении термической смеси.

К сожалению, на данный момент точные расчеты провести невозможно из-за отсутствия термодинамических характеристик основных компонентов возгоняемой композиции, получение указанной информации будет являться целью последующих работ. На данный момент начата экспериментальная проверка сделанных предположений и расчетов.

Экспериментальная часть.

Составы льдообразующих композиций 1, 2, 3 гранулировались добавлением ацетона с последующим высушиванием и рассеивались на фракции 3-1 мм, 1-0,5 мм, менее 0,5 мм. Фракции перемешивались с сопряженной термической смесью на основе низкомолекулярного каучука в соотношении, приводящем к образованию базового интегрального состава композиции.

Из полученного пиросостава формировалась бескорпусная шашка, которая сжигалась в спутном потоке воздуха при скорости 25 м/сек. Льдообразующая активность определялась только для ситуации устойчивого горения шашки. На рисунке приведены активности образцов (выход ядер на грамм состава) при температуре минус 6oС. В результате эксперимента получено, что для одного и того же интегрального состава в зависимости от дисперсности и локальных рецептур фаз, выход активных ядер может меняться более чем на два порядка.

Илияние дисперсности на льдообразующую эффективность пирососотавов

Таким образом можно констатировать:

- экспериментально доказано наличие значительной зависимости выхода льдообразующего аэрозоля от фрагментированности исходной пиротехнической композиции, причем отсутствие фрагментирования дает не самый лучший результат как с точки зрения выхода ядер, так и с точки зрения устойчивости фронта горения пиротехнического генератора

- при температуре в диапазоне минус 6 ÷ минус 7оС пиротехнические 2% рецептуры фрагментированного горения дают выход льдообразующих ядер, сравнимый с 8% отечественными составами (АД-1)

Следует подчеркнуть, что вне зависимости от состава льдообразующей композиции интегральный состав шашки во всех случаях одинаков. Таким образом, экспериментально подтверждена существенная зависимость выхода льдообразующее активных ядер от фрагментирования и локального состава льдообразующей композиции.

Выводы:

  • льдообразующая активность составов с низким содержанием соединений серебра в значительной степени определяется дисперсным составом смеси. Поскольку на этот аспект производства до сих пор особенного внимания не обращалось, вариабельность результатов полученных в предыдущих работах может быть объяснена и этими причинами.
  • основная цель исследования заключалась в подтверждении обнаруженного эффекта и начале разработки математической модели, исследованные рецептуры не являются оптимальными. Однако даже на этой стадии работы для 2% составов получены результаты, сравнимые с эффективностью рецептуры АД-1 ( 8 % про AgJ). Дальнейшая работа в этом направлении позволяет рассчитывать на получение более активных рецептур.
  • поскольку ранее были неоднократно выявлены случаи неустойчивого действия составов с низким содержанием серебра, внедрение в практику составов этого типа требует всесторонней и тщательной дополнительной проверки результатов и условий срабатывания льдообразующего аэрозоля.