烟火学原理-chapter8-声响课件

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。1第八章烟火药的声响（一）从本章起，我们将讨论烟火药的1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。2第八章烟火药的声响（二）§1闪光声响22§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KClO3：30~70%；Mg-Al：70~30％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。3§1闪光声响（二）一、氯酸钾系列33§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：KClO4：50~70％；Al粉：20~30％；Sb2S3：5～25％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。4§1闪光声响（三）二、高氯酸钾系列44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。5第八章烟火药的声响（七）§2啸声55§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。6§2啸声（二）啸声剂断续燃烧机理被认为是：燃烧被传递6§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。7§2啸声（三）啸声剂通常由氧化剂和含有苯环结构的有机78图8-2KClO4-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。8图8-2KClO4-苯甲酸钾啸声剂声输出图8-28§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20~30％、苯甲酸钾80~70％；(2)氯酸钾20～30％、苯甲酸钾80~70％；(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％；9§2啸声（五）近十年来，国内外相继研制的啸声剂配方如9§2啸声（六）二、日本专利啸声剂配方：苯甲酸钾25～30％、高氯酸钾65～70％；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32～28％、高氯酸钾64～70％、酚醛树脂4～8％。10§2啸声（六）二、日本专利啸声剂配方：1010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74~75％、硫磺3～4％、麻杆炭16~23％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。11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（十二）§3鸟声(或嗡子声)111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。12第八章烟火药的声响（十三）§4爆炮声响1212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：13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（十四）二、拉线炮13表8-113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。14第八章烟火药的声响（十五）三、摔炮1414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）

15第八章烟火药的声响（十六）五、礼炮1515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。16第八章烟火药的声响（一）从本章起，我们将讨论烟火药的16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。17第八章烟火药的声响（二）§1闪光声响217§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KClO3：30~70%；Mg-Al：70~30％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。18§1闪光声响（二）一、氯酸钾系列318§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：KClO4：50~70％；Al粉：20~30％；Sb2S3：5～25％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。19§1闪光声响（三）二、高氯酸钾系列419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。20第八章烟火药的声响（七）§2啸声520§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。21§2啸声（二）啸声剂断续燃烧机理被认为是：燃烧被传递21§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。22§2啸声（三）啸声剂通常由氧化剂和含有苯环结构的有机2223图8-2KClO4-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。8图8-2KClO4-苯甲酸钾啸声剂声输出图8-223§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20~30％、苯甲酸钾80~70％；(2)氯酸钾20～30％、苯甲酸钾80~70％；(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％；24§2啸声（五）近十年来，国内外相继研制的啸声剂配方如24§2啸声（六）二、日本专利啸声剂配方：苯甲酸钾25～30％、高氯酸钾65～70％；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32～28％、高氯酸钾64～70％、酚醛树脂4～8％。25§2啸声（六）二、日本专利啸声剂配方：1025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74~75％、硫磺3～4％、麻杆炭16~23％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。26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（十二）§3鸟声(或嗡子声)126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。27第八章烟火药的声响（十三）§4爆炮声响