Давайте на время оставим в стороне печальные новости и обратим внимание на мирные, а порой и неожиданные, применения пороха. Под этим термином мы будем понимать все пиротехнические составы, способные к самостоятельному горению без доступа воздуха (за исключением динамита).
Порох как концентрированный источник энергии
Выражение «горит как порох» точно описывает его ключевое свойство: легкое и бурное воспламенение. Всё дело в том, что порох самодостаточен — он содержит и горючее вещество, и окислитель, который поставляет кислород для реакции. Поэтому для начала процесса достаточно искры, после чего сгорает весь объём. Меняя размер и форму гранул, можно немного регулировать скорость горения, но итог один: быстрое выделение огромного количества горячих газов. Именно эту энергию можно направить на полезную работу — например, привести в движение поршень или что-то нагреть. Скорость процесса позволяет получать колоссальную мощность.
Чтобы оценить энергетический потенциал, сравним его с обычным литий-ионным аккумулятором формата 18650. Такой элемент ёмкостью 2 А·ч хранит около 26 640 джоулей энергии при массе 46 граммов, что даёт плотность примерно 0,5 кДж/г. Один грамм бездымного пороха при сгорании выделяет около 3,4 кДж тепла. Удобной «упаковкой» для пороха служит патрон. Возьмём, к примеру, холостой патрон Д4 с 0,43 г пороха — в нём заключено около 1174 джоулей. Получается, энергия одного аккумулятора 18650 эквивалентна энергии примерно 22 таких патронов.
Однако прямое сравнение осложняется двумя важными факторами:
КПД теплового двигателя, работающего на пороховых газах, в лучшем случае достигает 30%, тогда как эффективность электромоторов с питанием от аккумулятора превышает 80%.
Аккумуляторы не способны на сверхбыстрый разряд. Даже в интенсивном режиме полная разрядка займёт минуты, сопровождаясь сильным нагревом. Порох же может высвободить всю энергию за тысячные доли секунды.
Таким образом, порох предстаёт перед нами как чрезвычайно компактный и мощный источник энергии для специальных задач.
Пороховой монтажный инструмент
Забивание гвоздя молотком — это процесс накопления и мгновенной передачи энергии. Даже самый сильный удар редко превышает 250 джоулей. А что если использовать для этого энергию пороха?
Монтажные пистолеты с пороховым приводом как раз решают эту задачу. Они предназначены для забивания крепежа в твёрдые материалы вроде бетона или кирпича. В устройстве используется специальный патрон. При спуске боёк воспламеняет порох, образующиеся газы толкают поршень, который и забивает дюбель или шпильку в стену.
На фото представлен советский строительно-монтажный пистолет ПК-84.
Существуют и автоматические модели с лентой патронов, что делает работу невероятно быстрой. Однако у таких инструментов есть и недостатки: пороховые газы оставляют сажу, требующую регулярной чистки, а стоимость каждого «выстрела» довольно высока.
Кроме того, энергия пороха применяется в специальных устройствах для обжима кабельных наконечников. Например, патрон Д-4 активирует микропресс, который формирует и пробивает отверстие в алюминиевом кабеле.
Пороховой демонтажный инструмент
Энергия пороховых газов используется и для разрушения. Специальные ножницы, приводимые в действие таким способом, способны мгновенно перекусывать массивные металлические элементы. Широкую известность в сети получили, например, бытовые ножницы НП-4 от «Сейф-тул». Они позволяют резать стальные прутья диаметром до 20 мм с интервалом всего в 5 секунд, что несравнимо быстрее работы с гидравлическим инструментом.
Военные и железнодорожники также оценили скорость: они используют пороховые рельсорезы и пробойники. Холостой патрон даёт энергию для быстрой резки и сверления рельсов, что значительно ускоряет аварийный ремонт путей.
Пороховые двигатели
Если направить пороховые газы через сопло, получится простейший ракетный двигатель. Именно такие двигатели поднимают в небо фейерверки.
Более мощные версии таких двигателей могут использоваться для помощи перегруженным самолётам при взлёте с коротких полос, например, с палубы авианосца.
Пороховой огнетушитель
Звучит парадоксально, но это реальность. Существуют огнетушители, в которых для создания давления используется не сжатый газ, а пиротехнический заряд. Специальный состав сгорает внутри, выделяя большое количество газа, который и выталкивает огнетушащее вещество.
Такое решение избавляет от необходимости поддерживать постоянное давление в баллоне, что увеличивает срок службы и снижает стоимость. Инженеры пошли дальше, создав в советское время устройство, похожее на гигантскую петарду, разбрасывающую огнетушащий порошок. Отдача у него была такой силы, что могла оставить синяки на ладонях. По схожему принципу работают и автоматические модули пожаротушения: при превышении температуры срабатывает заряд, распыляющий порошок в помещении.
Пороховое надувание
При сгорании одного литра бездымного пороха образуется около 1000 литров газа под огромным давлением (до 300 МПа). Это свойство используют пороховые газогенераторы для аварийной продувки балластных цистерн на подводных лодках. В критической ситуации, когда счёт идёт на секунды, такая система может спасти жизнь экипажа.
Подушки безопасности
Практически каждый современный автомобиль оснащён подушкой безопасности. В момент столкновения специальный пиротехнический заряд мгновенно генерирует газ, который наполняет подушку, смягчая удар головы о руль или панель. Процесс сопровождается громким хлопком, который может повредить слух, но это несравнимо лучше тяжёлых травм или гибели.
Кроме того, существует пороховой преднатяжитель ремня безопасности. При аварии заряд активирует механизм, который мгновенно выбирает слабину ремня, чтобы начать удерживать тело пассажира без опасной задержки.
Взрывные заклёпки
Установка обычной заклёпки требует доступа с двух сторон детали. Когда это невозможно, на помощь приходят вытяжные заклёпки. А в авиационной промышленности для таких случаев ещё раньше были изобретены взрывные заклёпки.
Это алюминиевая заклёпка с небольшим количеством пиротехнического состава внутри. При нагреве состав срабатывает, деформируя тыльную часть заклёпки и надёжно фиксируя её в материале.
Пироболты
В ракетно-космической технике для соединения ступеней часто используются специальные болты или шпильки. В нужный момент по электрическому сигналу срабатывает пиротехнический заряд внутри такого крепежа, разрушая его и позволяя ступеням разделиться.
Пороховое электричество
Горячие и быстро движущиеся пороховые газы можно использовать для прямого преобразования энергии в электричество. Если добавить в состав специальные присадки, повышающие электропроводность газа, то, пропуская этот поток через магнитное поле, можно создать магнитогидродинамический (МГД) генератор. В СССР был построен экспериментальный МГД-генератор «Сахалин» массой 50 тонн, который на короткое время мог выдавать мощность до 500 мегаватт.
Порох для нефтяников
В нефтедобыче применяются различные пиротехнические заряды для увеличения дебита скважин. Процесс называется «динамическим разрывом пласта»: давление газов от сгорания заряда создаёт в породе сеть микротрещин, облегчая приток нефти.
Фальшфейеры
Это классический пример мирного применения — сигнальные средства. Фальшфейер, при горении которого за счёт солей металлов создаётся яркое пламя определённого цвета, является надёжным источником света для подачи сигнала бедствия. В отличие от электронных фонарей, он может храниться десятилетиями, а его яркость достигает 15 000 кандел.
Надеюсь, этот обзор был интересен. Возможно, я что-то упустил — буду рад узнать о других мирных применениях пороха в ваших комментариях.
Больше интересных статей здесь: Гаджеты.
Источник статьи: Мирный порох.