О ячеистом полиуретане в топливных баках для предотвращения пожаров
Причин, по которым техника, нередко вместе с экипажем, может быть безвозвратно потеряна в результате боевых повреждений, существует великое множество. Однако одной из основных является пожар, возникающий вслед за попаданием снаряда, пробившего броню. Его осколки вполне способны воспламенить как пороховые метательные заряды, так и топливо, запас которого зачастую исчисляется многими сотнями литров.
К сожалению, на сегодняшний день не существует средств, способных максимально эффективно потушить разгорающийся порох и уж тем более предотвратить детонацию снарядов, поэтому единственным выходом из сложившегося положения может быть только полная изоляция боеукладок от обитаемых отделений. А вот по топливу решений в целом совсем немало — они касаются не только совершенствования противопожарных автоматических систем и изготовления водотопливных эмульсий (об этом мы писали здесь), но и использования открытоячеистого полиуретана.
Последний метод отнюдь не нов — так или иначе он уже неоднократно применялся в самой разной технике, причём не только сухопутной. Поэтому поговорить о том, что он из себя представляет даже без привязки к конкретным машинам, в том числе об его эффективности и недостатках, было бы интересно. Это мы и сделаем.
Ячеистый пенополиуретан
Привычные виды горючего обладают очень неприятной с точки зрения пожароопасности особенностью, заключающейся в образовании паров. Они появляются в результате постепенного расхода топлива (опорожнения топливных баков), а их концентрация напрямую зависит от температуры — чем она выше, тем сильнее парообразование. Оно особенно сильно, если баки располагаются в моторно-трансмиссионном отделении, где температура нередко может достигать сотни градусов по Цельсию и более.
Смешиваясь с воздухом, топливные пары (бензин и керосин в парообразовании наиболее опасные, но и диз. топливо невоспламеняемым тоже не является) образуют весьма пожароопасную и порой даже взрывоопасную смесь, которая может воспламениться при пробитии топливного бака пулями и осколками, в том числе крупными фрагментами снарядов. Решить эту проблему можно несколькими способами, в список которых входит заполнение пустых объёмов баков инертным газом, а также их продувка воздухом и даже охлаждёнными выхлопными газами для снижения концентрации смеси.
Открытоячеистая структура полиуретана
Однако наиболее простым является использование открытоячеистого пенополиуретана, по внешнему виду напоминающего губку или поролон. Это лёгкий, пористый материал с сетчатой структурой, где 95-98 % объёма составляют открытые полости небольшого размера. Такая пена, изготовленная в виде блоков или пластин, заполняет почти весь внутренний объём бака, пропитываясь топливом, не мешая его циркуляции и уменьшая запас топлива не более чем на 5-7 %. Она устойчива к агрессивной среде топлива, вибрациям и высоким температурам, благодаря стабилизирующим добавкам.
Составы такого пенополиуретана бывают разными, как и, в общем-то, его пористость или «ячеистость». Но даже «поролон» в виде полиуретана ППУ-ЭО-100, который активно производится у нас сегодня для изготовления воздушных фильтров, а также фильтров топлива и сточных вод, уже показывает довольно неплохие результаты. Достаточно «забить» им 75 % от объёма топливного бака, и о воспламенении паровоздушной смеси в большинстве случаев можно забыть. А почему?
Первым важнейшим эффектом полиуретана является уменьшение объёма свободных паров топлива. Ведь чем больше объём пустоты в баке, тем выше шанс накопления паров в критической концентрации. Пенополиуретан, заполняя внутреннее пространство своими ячейками, оставляет значительно меньше места для их образования. Таким образом, вероятность возникновения горючей среды, способной вспыхнуть от воздействия осколков и прочих атакующих тел, снижается до минимума.
Вторая защитная функция связана с распространением пламени. В обычном баке огонь может распространиться мгновенно. Но полиуретан разделяет внутренний объём на множество микрополостей, и любое пламя вынуждено сталкиваться с барьерами из полиуретана. По сути, нарушается теплопередача продуктов сгорания, и процесс воспламенения прерывается. Такой эффект превращает потенциальный пожар в локальное затухающее горение.
Один из вариантов «пенистого» наполнителя топливных баков в виде сетчатой полимерной пены
Не менее важно, что полиуретан гасит и внутренние колебания топлива. При пробитии бака гидроудар может вызвать интенсивное образование аэрозоля — мельчайших капель, которые легко воспламеняются. Пенополиуретан же действует как губка: он удерживает топливо в своих ячейках, предотвращая массивный выброс топлива за пределы бака и тем самым снижая вероятность возникновения «топливного факела». Более того, полиуретановая пена сама по себе снижает энергию ударной волны, что уменьшает разрушения топливного бака.
К этому добавляется ещё одна особенность: частичная локализация пробоин. Конечно, ячеистый полиуретан не способен «запечатать» отверстие, оставленное пулей или осколком, однако он заметно снижает скорость вытекания топлива.
Эффективность и недостатки
Испытания, проводившиеся как в советское время, так и в современной России, наглядно показали: топливные баки, заполненные ячеистым полиуретаном, не склонны ни к воспламенению, ни тем более к взрыву даже при прямых попаданиях. Там, где при обычных условиях достаточно одной искры для воспламенения и крупного пожара, внутри такого бака не возникает условий для устойчивого горения.
Это касается многих калибров. Баки обстреливались и из крупнокалиберных пулемётов, в том числе с бронебойно-зажигательными пулями, и такой «стрелковки», как автоматы 5,45 и 7,62 мм. Более того, устойчивость полиуретановой начинки проявлялась и при попаданиях бронебойных снарядов 30-мм пушек. В подобных условиях повреждения корпуса бака были весьма серьёзными, но сам «взрывной эффект» или горение так и не возникали. Тот же результат достигался и при взрыве гранат в непосредственной близости от бака с топливом — осколки воспламенения не давали.
Такие топливные баки с полиуретановой начинкой могут применяться на любой боевой технике, вне зависимости от того, работает ли она на бензине, дизельном топливе или керосине. Более того, учитывая, что двигатели современных боевых машин чаще всего многотопливные, универсальность этой защиты приобретает особое значение. В конечном счёте полиуретан существенно снижает вероятность пожара при боевых повреждениях.
Разумеется, у ячеистого пенополиуретана имеются и слабые стороны. Главное из них — ограниченная эффективность при многократных повреждениях бака. Если, например, одного попадания он «не замечает», гася опасность воспламенения, то при серии пробоин из-за осколков, пуль или снарядов утечка топлива в любом случае становится причиной начала пожара. Эксперименты показали: при множественных попаданиях защита полностью теряет свою эффективность.
Поэтому сам по себе он не может считаться универсальным средством. На практике использование пенополиуретана всегда дополняется другими решениями. Чаще всего речь идёт о самозатягивающихся покрытиях на основе полиуретана или многокомпонентных составах, которые затягивают пробоины и снижают скорость утечки или полностью её ликвидируют. В этом случае пена играет роль внутреннего барьера, а наружный слой — герметизирующей оболочки.
Такая комбинация, безусловно, повышает эффективность, но имеет и оборотную сторону — усложнение конструкции и рост стоимости производства баков. Если простой металлический резервуар можно изготовить относительно легко, то топливный бак с полиуретановой пеной внутри и покрытием снаружи становится изделием более сложным и дорогим. Однако именно это усложнение и позволяет радикально повысить шансы машины уцелеть после попадания.
Есть и ещё один фактор, который нельзя сбрасывать со счетов: полиуретан не вечен. В агрессивной среде топлива он постепенно деградирует за несколько лет, а потому нуждается в периодической замене. Конструкторы должны учитывать это уже на стадии проектирования, закладывая возможность обслуживания и обновления наполнителя. Да, всё это требует затрат и повышает цену, но итог очевиден — выживаемость техники и, главное, её экипажа возрастает во много раз.
Информация