Отвлечёмся от грустных новостей и поговорим о мирном применении пороха. А применений таких, местами неявных, мне удалось отыскать на целый пост. Причём под порохом мы будем понимать все пиротехнические составы, которые горят сами, без подвода воздуха. (и исключим взрывчатки)
Концепция пороха как концентрата энергии
«Горит как порох» — говорят, когда что-то очень легко и интенсивно загорается. Порох содержит в себе как топливо, так и окислитель — источник кислорода. Поэтому ему для горения нужно только помочь искрой, а дальше процесс горения вовлекает весь объём пороха. Меняя размер и форму гранул пороха, можно делать процесс горения чуть быстрее или медленнее. Но итог один — порох сгорает и выделяет огромное количество газов и тепла. Эти газы и можно заставить выполнять полезную работу — толкать поршень механизма или разогревать что-то. Так как процесс происходит очень быстро, то получается огромная мощность такого источника.
Для наглядности количества энергии воспользуемся аналогией с распространёнными аккумуляторами 18650. Один элемент 18650 с ёмкостью 2 А*ч запасает электрическую энергию (3,7*2 *3600 = 26640 Дж). При этом масса такого аккумулятора 46 грамм, получаем плотность энергии примерно 0,5 кдж/г.
Один грамм бездымного пороха при сгорании выделяет примерно 3,4 кДж тепла. Так уж сложилось, что удобной формой хранения пороха является патрон. Это стаканчик из металла, в который засыпан порох, и в донце есть капсюль-воспламенитель, активируемый ударом бойка по нему. Если этот стаканчик из металла закупорен без пули, то такой патрон называют холостым. Форма патрона позволяет хранить порох в готовности к работе десятки лет. Монтажный патрон Д4 содержит 0,43г пороха и хранит 1174 Дж энергии. Выходит, энергетически один аккумулятор 18650 2000 мАч эквивалентен примерно 22 монтажным патронам Д4.
Но взятые из сомнительных источников данные усугубляются следующим:
Если мы заставим пороховые газы толкать поршень, чтобы превратить энергию сгорания в механическую работу, мы получим тепловую машину с КПД в лучшем случае 30%. Аккумулятор лишён этой проблемы, так как КПД электромоторов более 80%
Аккумулятор не способен отдать энергию быстро. Даже если взять качественный аккумулятор и разряжать его в жёстких режимах, то запасённую энергию он отдаст минуты за 4, при этом не всю, безбожно нагреваясь. А патрон спокойно отдаст энергию за 0,001 сек.
Таким образом я подвожу к мысли о том, что порох — весьма компактный и мощный источник энергии.
▍ Пороховой монтажный инструмент
Удар молотком по гвоздю — процесс весьма занятный. Мы сначала накапливаем энергию, взмахивая молотком, а затем за доли секунды наносим удар — передаём энергию гвоздю, который от такой радости заглубляется в материал. Даже взяв кувалду побольше и замахнувшись посильнее, мы вряд ли сможем создать удар мощнее 250 Дж. А уж поддерживать темп 5-10 ударов в минуту на протяжении часа — подавно. А что, если для удара использовать энергию пороха?
Пороховой монтажный инструмент использует энергию пороха для забивания крепежа в стены из бетона, кирпича. Именно для него предназначены монтажные патроны, что на фото с аккумулятором. При спуске боёк бьёт по капсулю патрона, порох воспламеняется, выделяющиеся газы раскрывают гильзу и устремляются в ствол, где толкают поршень, который забивает дюбель в стену.
На фото советский монтажный пистолет ПЦ-84.
Существуют автоматические модели инструмента, с патронами и крепежом на ленте. Монтажник с таким инструментом обладает огромной производительностью, только и успевает делать пыщ-пыщ-пыщ. Но, как и у любой медали, есть обратная сторона. Пороховые газы содержат частички сажи, поэтому пороховой инструмент нуждается в регулярной чистке. Да и стоимость одного «выстрела» получается довольно дорогой.
Также существуют пороховые устройства для оконцевания кабеля — монтажный патрон Д-4 своими газами приводит в действие мини-пресс, который формует и пробивает отверстие на конце алюминиевого кабеля.
▍ Пороховой демонтажный инструмент
Энергию пороховых газов можно применить для привода ножниц, и за доли секунды разрезать массивные металлические изделия. В своё время по интернету вирусились отечественные пиротехнические ножницы НП-4 от save-tool.
Позволяют чикать до 20 мм стальной прут хоть каждые 5 секунд. По сравнению с медленными гидравлическими ножницами — просто какая-то фантастика.
Военные тоже хотят работать быстро, поэтому у них есть пороховые рельсоломы и дыропробиватели.
Они, используя энергию холостого патрона, позволяют быстро торцевать рельс, и делать в нём отверстия. Это очень сильно ускоряет ремонтные работы.
▍ Пороховые двигатели
Если газы, создаваемые при горении пороха, отводить через сопло, создавая струю, то получится простой пороховой ракетный двигатель. Такие двигатели поднимают фейерверки в воздух.
Пороховые двигатели покрупнее помогают взлететь перегруженным самолётам, либо если для разбега очень мало места, например с палубы.
▍ Пороховой огнетушитель
Да, звучит как оксюморон, но существуют огнетушители с пороховым газогенератором. Порох (точнее подобранный под задачи пиротехнический состав) горит внутри устройства и создаёт большое количество газов. Эти газы своим давлением выдавливают огнетушащий состав из огнетушителя.
Решение позволяет не делать сосуд, который постоянно находится под давлением, что благоприятно влияет на стоимость и срок хранения. Но инженеров было не остановить, и советская промышленность родила малыша…
Огромная хлопушка, в которой вместо конфетти огнетушащий порошок. Испытавшие его часто говорят о синяке на ладони от отдачи. Похожая идея заложена в самосрабатывающие огнетушители — в них при превышении температуры пороховые газы разрывают корпус и разбрасывают огнетушащий порошок.
▍ Пороховое надувательство
Один литр бездымного пороха при горении выделяет порядка 1000 л газа. Причём давление, которое могут создать пороховые газы, весьма велико, порядка 300 МПа. Столь полезные характеристики пороха применяются в пороховых генераторах газа для вытеснения балласта на подводных лодках. Обычно для этого используется воздух высокого давления, который заранее закачивается в баллоны хранения компрессорами. Но при аварийной ситуации иметь возможность продуть балласт — просто вопрос жизни и смерти.
▍ Подушки безопасности
Почти в каждом современном автомобиле есть подушка безопасности. При ДТП она надувается пороховыми газами за доли секунды и предотвращает тяжёлые травмы головы от удара об руль. Правда срабатывает она громко и частенько повреждает слух, но лучше быть тугоухим, чем мёртвым.
В пару подушкам безопасности придумали пороховые преднатяжители ремня безопасности. Пороховые газы приводят в действие механизм, который натягивает ремень, убирая зазор от излишней длины ремня, которым пристёгнут пассажир. Так ремень начнёт удерживать тело сразу при ударе в ДТП.
▍ Взрывные заклёпки
Чтобы расклепать заклёпку, нужен доступ с двух сторон детали. Но бывает так, что возможен доступ только с одной стороны, а заклёпку поставить нужно. Сейчас такую потребность перекрывают вытяжные заклёпки. А на заре становления авиации эту проблему решали, создав взрывную заклёпку.
Это алюминиевая заклёпка, внутрь которой поместили немного пороха (как я и сказал в начале статьи, мы в порохи нагло запишем все пиротехнические составы). При нагреве заклёпки состав взрывается и деформирует заклёпку.
▍ Пироболты
В космической технике применяются крепёжные устройства, которые прочно, без люфта соединяют ступени ракет, но при подаче напряжения на запал срабатывает пороховой заряд и крепление рассоединяется. Благодаря им электроника может сбросить отработанную ступень ракеты в точно рассчитанный момент.
▍ Пороховое электричество
Пороховые газы весьма горячие, и их можно заставить двигаться с большой скоростью в магнитном поле. Если в рецептуру пороха добавить присадки для лучшей электропроводности газов, то получится прекрасное рабочее тело для магнитогидродинамических (МГД)-генераторов. Такие изготавливали в СССР для нужд эксперимента по определению электропроводности земли. Так МГД генератор «Сахалин» при массе всего 50 тонн кратковременно развивал электрическую мощность 500 МВт.
▍ Порох для дебета
Для нужд нефтяников разработаны разные пороховые заряды для увеличения дебита скважин, например, пороховые генераторы давления и пороховые акустические генераторы. Процесс называется «газодинамический разрыв пласта» — давлением пороховых газов в породе формируется сеть трещин, которая облегчает выход нефти.
▍ Фальшфейеры
Применяются как источник света при подаче сигналов бедствия. Благодаря добавкам солей металлов, пламя может быть ярко окрашено. В отличие от фонарика на батарейке, может лежать в готовности десяток лет. Да и мало какой фонарик даст яркость в 15000 кандел.
Надеюсь, я что-то пропустил, и узнаю ещё о применении пороха в ваших комментариях.
