煙火學(xué)原理-chapter8-聲響課件

第八章煙火藥的聲響（一）從本章起，我們將討論煙火藥的聲、光、煙、熱、動力、延期等效應(yīng)及其應(yīng)用。我們知道，聲音是由物體振動而產(chǎn)生的，無論是固體、液體或氣體，發(fā)生劇烈地振動時都會發(fā)出聲音。能產(chǎn)生振動發(fā)聲的物體稱作聲源。爆炸產(chǎn)生聲響，這是由于炸點周圍氣體分子產(chǎn)生擾動發(fā)出的聲效應(yīng)。只要發(fā)生爆炸(物理的或化學(xué)的)就會產(chǎn)生聲響。煙火藥間斷地、快速燃燒能使周圍介質(zhì)振動，會發(fā)聲；煙火藥快速燃燒，在一定條件下可以爆炸，產(chǎn)生聲響。幾乎所有的煙火藥在燃燒時都伴隨著發(fā)聲，只是聲音的強弱和音量的大小不同而已。1第八章煙火藥的聲響（二）§1閃光聲響13世紀(jì)就有人為了模擬雷鳴和閃電而制造出閃光聲響劑。這種藥劑以較小密度裝填時快速燃燒轉(zhuǎn)爆燃，能產(chǎn)生耀眼的閃光和爆炸聲，裝在煙花制品中就可以制成能模擬閃電雷鳴效果的娛樂品—沖天雷。通常這種藥劑又稱雷子藥。閃光聲響劑，一般配成零氧平衡，同時應(yīng)具有較好的火焰感度。閃光聲響劑根據(jù)使用的氧化劑不同分為氯酸鉀系列和高氯酸鉀系列。2§1閃光聲響（二）一、氯酸鉀系列典型配方有：KClO3：42％；細A1粉：32％；Sb2S3：26％。由于KClO3和Al粉二元混合物的燃燒速度和燃燒熱比較大，易產(chǎn)生火花現(xiàn)象，為此在藥劑中應(yīng)加入硫磺。這樣一方面可增加亮度，另一方面所形成的硫化鋁中間生成物，能促使鋁燃盡，減少火花，從而提高效應(yīng)。但硫磺和KClO3混合極為敏感，在煙火藥劑中忌用。故采用Sb2S3代替硫磺，可以降低感度，其作用與硫磺相似。配方KClO3：30~70%；Mg-Al：70~30％有更好的效果，它易引燃，點燃后會產(chǎn)生響亮的爆聲和耀眼的閃光。用于禮花彈中閃光聲響效果極好。但是，后來的安全事故使人們付出了代價。3§1閃光聲響（三）二、高氯酸鉀系列高氯酸鉀較氯酸鉀安全得多，典型的配方有：KClO4：50~70％；Al粉：20~30％；Sb2S3：5～25％也有用硫磺代替三硫化二銻的，但貯存安定性還是用Sb2S3的產(chǎn)品好。美軍在軍隊訓(xùn)練時，用閃光聲響劑模擬機關(guān)槍射擊聲，它便是在一個廢紙管內(nèi)裝2.5克4：1：1的KClO4-Al-Sb2S3混合物。1975年，日本專利中提出閃光聲響劑配方為：KClO4：45%；KNO3：5％；苦味酸鉀：28％；水楊酸：22％閃光聲響劑可以模擬炮彈空爆、原子彈爆炸，地面爆炸以及制造各種煙火聲響模擬器。民品禁止用KClO3，而以KClO4代之。4第八章煙火藥的聲響（七）§2嘯聲將一種快速間歇燃燒的煙火藥，以一定的方式裝填于紙殼中，點燃后就能發(fā)出嘯聲。這種煙火藥通常稱為嘯聲劑。嘯聲劑又稱笛音劑、哨聲劑，俗稱叫聲藥。嘯聲劑燃燒與一般煙火藥不同，它是一種不連續(xù)的間斷快速燃燒過程。正因為如此，便造成一瞬間燃燒產(chǎn)生大量氣體，一瞬間停止燃燒又不產(chǎn)生氣體，從而形成一伸一縮的振動，這振動就是嘯聲的聲源。當(dāng)嘯聲劑裝在紙管中燃燒時，這一振動又引起紙管內(nèi)空氣柱振動，產(chǎn)生共鳴，從而使人們聽到如同笛音或哨聲的聲響。5§2嘯聲（二）嘯聲劑斷續(xù)燃燒機理被認(rèn)為是：燃燒被傳遞和反射的結(jié)果。當(dāng)藥面點燃時，燃燒波便壓向管的下部，然后從開口端反射出稀疏波，稀疏波沖擊藥面（反射時不改變波相，而變成凝聚波)，致使藥劑的晶體爆炸。如果藥劑不是裝在合適的管中，晶體的爆炸將無規(guī)則，而藥劑燃燒產(chǎn)物將會從藥面以均勻速度流出，不會產(chǎn)生明顯的聲響。當(dāng)藥劑裝入合適的共振管中時，由于受到壓縮波和反射稀疏波交變的影響，火焰就會被迫在藥面處進進出出，而且時時逼進藥劑表面，促使新的一層晶體爆炸。如此反反復(fù)復(fù)，就呈現(xiàn)出斷續(xù)燃燒現(xiàn)象。6§2嘯聲（三）嘯聲劑通常由氧化劑和含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機金屬化合物組成：為了提高嘯聲效果和改善吸濕性，也可以加入少量添加劑。嘯聲劑的氧化劑以KClO3和KClO4為佳。但由于KClO3感度太高，不宜采用，因此，一般多采用KClO4。帶有苯環(huán)的許多有機化合物，都能在燃燒時發(fā)出嘯聲，常用的有苦味酸鉀、水楊酸鈉、沒食子酸、苯甲酸鉀和苯二甲酸二氫鉀等。嘯聲劑的燃燒不能借用空氣中的氧，因此配方應(yīng)配成零氧平衡。嘯聲劑在外界作用下，能夠受生迅速的放熱反應(yīng)，因此，它具有較高的機械敏感度。嘯聲劑的音質(zhì)效果與裝填密度、燃燒速度、氣體多少、氣柱長短、管殼質(zhì)量及其直徑大小等因素密切相關(guān)。圖8-1表明燃速高，嘯聲頻率也高。78圖8-2KClO4-苯甲酸鉀嘯聲劑聲輸出和燃速的關(guān)系圖8-2給出KClO4-苯甲酸鉀嘯聲劑在化學(xué)計算配比時有最大聲輸出?！?嘯聲（五）近十年來，國內(nèi)外相繼研制的嘯聲劑配方如下：一、美國通用的幾種嘯聲劑配方：(1)高氯酸鉀20~30％、苯甲酸鉀80~70％；(2)氯酸鉀20～30％、苯甲酸鉀80~70％；(3)高氯酸鉀72.5％(或62％、67％)、水楊酸鉀27.5％(或37％、28％)(采用括號中配比時，則外加糊精1％、石蠟5％)；(4)2，4—二硝基酚鉀30％、堿金屬70％；9§2嘯聲（六）二、日本專利嘯聲劑配方：苯甲酸鉀25～30％、高氯酸鉀65～70％；三、我國1977年推廣使用的配方：苯甲酸鈉30％、高氯酸鉀70％；四、我國1979年研制的最新配方：苯二甲酸氫鉀32～28％、高氯酸鉀64～70％、酚醛樹脂4～8％。10第八章煙火藥的聲響（十二）§3鳥聲(或嗡子聲)產(chǎn)生這種聲響的藥劑一般都是黑火藥，其藥劑配方為：硝酸鉀74~75％、硫磺3～4％、麻桿炭16~23％將這種藥劑裝在紙管中，管兩端堵上泥堵，管壁扎一側(cè)孔(見圖8-3)，藥劑被點燃后就會產(chǎn)生出鳥叫聲或嗡子聲。鳥聲和嗡聲是由于藥劑燃燒后產(chǎn)生氣體從紙管側(cè)孔中噴出，使管外空氣受到振動，同時紙管在反作用力下旋轉(zhuǎn)同空氣摩擦而產(chǎn)生出聲響。11圖8-3鳥聲(嗡子聲)制品1-粘土；2-黑火藥；3-噴氣孔第八章煙火藥的聲響（十三）§4爆炮聲響爆炮聲響的制品有：籽鞭和爆竹(二踢腳、雙響)、拉線炮、摔炮、擊炮，禮炮、鐵道警告雷等。一、籽鞭和爆竹(雙響)這類制品極為廣泛，所用藥劑古時均為黑火藥。由于黑火藥吸濕和響脆率差，后來民間發(fā)展用氯酸鉀做氧化劑的稱之為白藥的配方。（現(xiàn)在的白火藥用高氯酸鉀，電光炮用高氯酸鉀）近年來，人們研制出代替氯酸鉀的安全新配方，并且還研制出帶香味的鞭炮藥配方。12第八章煙火藥的聲響（十四）二、拉線炮拉線炮是一種一拉就響的聲響器。所用藥劑實為拉發(fā)火帽中的摩擦劑，其配比如下：13表8-1拉線炮藥劑配比它的制造很簡單。在封皮紙的一端抹上漿糊，將棉線折轉(zhuǎn)兩下放在封皮紙上，用軟篾片粘取火柴頭大的藥滴，放在折轉(zhuǎn)的棉線上(見圖8-4)，再把封皮紙翻轉(zhuǎn)卷緊成園棒狀。拉線炮生產(chǎn)目前大都手工操作。第八章煙火藥的聲響（十五）三、摔炮摔炮在國外認(rèn)為是有趣而無害的聲響器。它是用香煙紙卷制，并擰成一個帶尾巴的小球體。內(nèi)裝0.008克銀化合物與0.18克碎沙石的混合物。當(dāng)它被摔到硬地面上時，由于砂石與銀化合物摩擦而產(chǎn)生急迅的爆炸聲。四、擊炮擊炮通稱發(fā)令紙，是體育競賽和玩具手槍中長期流行的聲響器。擊炮所用藥劑為摩擦劑。將少許摩擦劑(配成膠狀)滴在擊炮紙上，陰干后再覆蓋上涂有漿糊的紙，然后用軟橡膠輪或布滾輪壓緊粘牢即成。生產(chǎn)擊炮的紙張，要有一定的厚度和強度，以保證貯放和運輸中的安全。14第八章煙火藥的聲響（十六）五、禮炮禮炮是外交禮節(jié)上為歡迎貴賓而鳴放的空包彈。其聲響效應(yīng)是由裝入空包彈中黑火藥速燃而產(chǎn)生的。六、鐵道警告雷鐵路上為警告機車司機面