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烟火学原理 第八章 烟火药的声响,主讲 韦爱勇 E_mail :weiaiyong278126.com,http:/www.swust.edu.cn,第八章 烟火药的声响(一),从本章起,我们将讨论烟火药的声、光、烟、热、动力、延期等效应及其应用。 我们知道,声音是由物体振动而产生的,无论是固体、液体或气体,发生剧烈地振动时都会发出声音。能产生振动发声的物体称作声源。 爆炸产生声响,这是由于炸点周围气体分子产生扰动发出的声效应。只要发生爆炸(物理的或化学的)就会产生声响。 烟火药间断地、快速燃烧能使周围介质振动,会发声;烟火药快速燃烧,在一定条件下可以爆炸,产生声响。几乎所有的烟火药在燃烧时都伴随着发声,只是声音的强弱和音量的大小不同而已。,2,第八章 烟火药的声响(二),1 闪光声响 13世纪就有人为了模拟雷鸣和闪电而制造出闪光声响剂。这种药剂以较小密度装填时快速燃烧转爆燃,能产生耀眼的闪光和爆炸声,装在烟花制品中就可以制成能模拟闪电雷鸣效果的娱乐品冲天雷。通常这种药剂又称雷子药。 闪光声响剂,一般配成零氧平衡,同时应具有较好的火焰感度。 闪光声响剂根据使用的氧化剂不同分为氯酸钾系列和高氯酸钾系列。,3,1 闪光声响(二),一、氯酸钾系列 典型配方有: KClO3 :42;细A1粉:32;Sb2S3 :26。 由于KClO3和Al粉二元混合物的燃烧速度和燃烧热比较大,易产生火花现象,为此在药剂中应加入硫磺。这样一方面可增加亮度,另一方面所形成的硫化铝中间生成物,能促使铝燃尽,减少火花,从而提高效应。但硫磺和KClO3混合极为敏感,在烟火药剂中忌用。故采用Sb2S3代替硫磺,可以降低感度,其作用与硫磺相似。 配方 KClO3 :3070%;Mg-Al :7030 有更好的效果,它易引燃,点燃后会产生响亮的爆声和耀眼的闪光。用于礼花弹中闪光声响效果极好。 但是,后来的安全事故使人们付出了代价。,4,1 闪光声响(三),二、高氯酸钾系列 高氯酸钾较氯酸钾安全得多,典型的配方有: KClO4 :5070;Al粉 :2030;Sb2S3 :525 也有用硫磺代替三硫化二锑的,但贮存安定性还是用Sb2S3 的产品好。 美军在军队训练时,用闪光声响剂模拟机关枪射击声,它便是在一个废纸管内装2.5克4:1:1的KClO4-Al-Sb2S3混合物。 1975年,日本专利中提出闪光声响剂配方为: KClO4 :45%;KNO3: 5;苦味酸钾:28;水杨酸 :22 闪光声响剂可以模拟炮弹空爆、原子弹爆炸,地面爆炸以及制造各种烟火声响模拟器。 民品禁止用KClO3,而以KClO4 代之。,5,第八章 烟火药的声响(七),2 啸声 将一种快速间歇燃烧的烟火药,以一定的方式装填于纸壳中,点燃后就能发出啸声。这种烟火药通常称为啸声剂。 啸声剂又称笛音剂、哨声剂,俗称叫声药。啸声剂燃烧与一般烟火药不同,它是一种不连续的间断快速燃烧过程。正因为如此,便造成一瞬间燃烧产生大量气体,一瞬间停止燃烧又不产生气体,从而形成一伸一缩的振动,这振动就是啸声的声源。当啸声剂装在纸管中燃烧时,这一振动又引起纸管内空气柱振动,产生共鸣,从而使人们听到如同笛音或哨声的声响。,6,2 啸声(二),啸声剂断续燃烧机理被认为是:燃烧被传递和反射的结果。 当药面点燃时,燃烧波便压向管的下部,然后从开口端反射出稀疏波,稀疏波冲击药面(反射时不改变波相,而变成凝聚波),致使药剂的晶体爆炸。如果药剂不是装在合适的管中,晶体的爆炸将无规则,而药剂燃烧产物将会从药面以均匀速度流出,不会产生明显的声响。 当药剂装入合适的共振管中时,由于受到压缩波和反射稀疏波交变的影响,火焰就会被迫在药面处进进出出,而且时时逼进药剂表面,促使新的一层晶体爆炸。如此反反复复,就呈现出断续燃烧现象。,7,2 啸声(三),啸声剂通常由氧化剂和含有苯环结构的有机金属化合物组成:为了提高啸声效果和改善吸湿性,也可以加入少量添加剂。啸声剂的氧化剂以KClO3和KClO4为佳。但由于KClO3感度太高,不宜采用,因此,一般多采用KClO4。带有苯环的许多有机化合物,都能在燃烧时发出啸声,常用的有苦味酸钾、水杨酸钠、没食子酸、苯甲酸钾和苯二甲酸二氢钾等。 啸声剂的燃烧不能借用空气中的氧,因此配方应配成零氧平衡。 啸声剂在外界作用下,能够受生迅速的放热反应,因此,它具有较高的机械敏感度。 啸声剂的音质效果与装填密度、燃烧速度、气体多少、气柱长短、管壳质量及其直径大小等因素密切相关。图8-1表明燃速高,啸声频率也高。,8,9,图8-2 KClO4-苯甲酸钾啸声剂声输出 和燃速的关系,图8-2 给出KClO4-苯甲酸钾啸声剂在化学计算配比时有最大声输出。,2 啸声(五),近十年来,国内外相继研制的啸声剂配方如下: 一、美国通用的几种啸声剂配方:(1)高氯酸钾2030、苯甲酸钾8070;(2)氯酸钾2030、苯甲酸钾8070;(3)高氯酸钾72.5(或62、67)、水杨酸钾27.5(或37、28) (采用括号中配比时,则外加糊精1、石蜡5);(4)2,4二硝基酚钾30、碱金属70;,10,2 啸声(六),二、日本专利啸声剂配方: 苯甲酸钾2530、高氯酸钾6570; 三、我国1977年推广使用的配方: 苯甲酸钠30、高氯酸钾70; 四、我国1979年研制的最新配方: 苯二甲酸氢钾3228、高氯酸钾6470、酚醛树脂48。,11,第八章 烟火药的声响(十二),3 鸟声(或嗡子声) 产生这种声响的药剂一般都是黑火药,其药剂配方为: 硝酸钾7475、硫磺34、麻杆炭1623 将这种药剂装在纸管中,管两端堵上泥堵,管壁扎一侧孔(见图8-3),药剂被点燃后就会产生出鸟叫声或嗡子声。 鸟声和嗡声是由于药剂燃烧后产生气体从纸管侧孔中喷出,使管外空气受到振动,同时纸管在反作用力下旋转同空气摩擦而产生出声响。,12,图8-3 鸟声(嗡子声)制品 1-粘土;2-黑火药;3-喷气孔,第八章 烟火药的声响(十三),4 爆炮声响 爆炮声响的制品有:籽鞭和爆竹(二踢脚、双响)、拉线炮、摔炮、击炮,礼炮、铁道警告雷等。 一、籽鞭和爆竹(双响) 这类制品极为广泛,所用药剂古时均为黑火药。由于黑火药吸湿和响脆率差,后来民间发展用氯酸钾做氧化剂的称之为白药的配方。(现在的白火药用高氯酸钾,电光炮用高氯酸钾) 近年来,人们研制出代替氯酸钾的安全新配方,并且还研制出带香味的鞭炮药配方。,13,第八章 烟火药的声响(十四),二、拉线炮 拉线炮是一种一拉就响的声响器。所用药剂实为拉发火帽中的摩擦剂,其配比如下:,14,表8-1 拉线炮药剂配比,它的制造很简单。在封皮纸的一端抹上浆糊,将棉线折转两下放在封皮纸上,用软篾片粘取火柴头大的药滴,放在折转的棉线上(见图8-4),再把封皮纸翻转卷紧成园棒状。拉线炮生产目前大都手工操作。,第八章 烟火药的声响(十五),三、摔炮 摔炮在国外认为是有趣而无害的声响器。它是用香烟纸卷制,并拧成一个带尾巴的小球体。内装0.008克银化合物与0.18克碎沙石的混合物。当它被摔到硬地面上时,由于砂石与银化合物摩擦而产生急迅的爆炸声。 四、击炮 击炮通称发令纸,是体育竞赛和玩具手枪中长期流行的声响器。击炮所用药剂为摩擦剂。将少许摩擦剂(配成胶状)滴在击炮纸上,阴干后再覆盖上涂有浆糊的纸,然后用软橡胶轮或布滚轮压紧粘牢即成。 生产击炮的纸张,要有一定的厚度和强度,以保证贮放和运输中的安全。,15,第八章 烟火药的声响(十六),五、礼炮 礼炮是外交礼节上为欢迎贵宾而鸣放的空包弹。其声响效应是由装入空包弹中黑火药速燃而产生的。 六、铁道警告雷 铁路上为警告机车司机面临紧急情况而使用的一种声响器。它是由KClO3、S、砂(50与100目间)和白垩混合物制成,用防潮纸包装,再装上铅或铝的搭接片,以便使用时固定在铁路上。警告雷药剂也有采用KClO4-Sb2S3-S配制而成的,配比为6:5:1或12:9:3(质量比)。 白垩概述 矿物名称:白垩(方解石变种,英文为chalk ),16,
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