Materiały wysokoenergetyczne

podyplomowe

obowiązkowy

W 20/Zo, L 4/Z, razem: 24 godz./E,

Studia podyplomowe:

„PROCEDURY POZYSKIWANIA, WDRAŻANIA I EKSPLOATACJI SYSTEMÓW UZBROJENIA” edycja 2023

prof. dr hab. inż. Stanisław Cudziło

Aktywność / obciążenie słuchacza w godz.:

1. Udział w wykładach / 20

2. Udział w laboratoriach / 4

3. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 12

4. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 2

5. Udział w konsultacjach / 5

6. Przygotowanie do egzaminu / 15

7. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą słuchacza: 60 godz./ 2 ECTS.

Przedmiot obejmuje prezentację aktualnego stanu wiedzy z zakresu materiałów wysokoenergetycznych wykorzystywanych we współczesnej technice uzbrojenia. Po ogólnej charakterystyce wybuchu chemicznego i aktualnie używanych związków oraz mieszanin wybuchowych szczegółowo są omawiane: związki wybuchowe nowej generacji, inicjujące i kruszące materiały wybuchowe do małowrażliwej amunicji, nanostrukturalne materiały wybuchowe, termobaryczne materiały wybuchowe, prochy jedno-, dwu- i trójbazowe oraz prochy kompozytowe typu LOVA, stałe homogeniczne i modyfikowane paliwa rakietowe, stałe heterogeniczne paliwa rakietowe i tendencje rozwojowe tej grupy paliw, a także nowoczesne mieszaniny i wyroby pirotechniczne.

Wykłady - metoda werbalno-wizualna:

T1: Materiały wysokoenergetyczne i ich przemiany wybuchowe

– definicje i pojęcia podstawowe - 2 godz.

Wybuchy fizyczne, chemiczne i jądrowe. Pochodzenie i ilość energii uwalnianej podczas wybuchu chemicznego. Ogólna charakterystyka i cechy wybuchu chemicznego oraz warunki konieczne wybuchowości, na przykładzie wybuchu w roztworze wodoru i tlenu. Definicja użytecz-nego materiału wybuchowego. Omówienie wspólnych cech i różnić przebiegu procesów spalania, wybuchu i detonacji materiałów wybu-chowych.

T2: Współczesne związki i mieszaniny wybuchowe - 2 godz.

Podział i ogólna charakterystyka aktualnie użytkowanych związków i mieszanin wybuchowych. Właściwości materiałów wybuchowych ini-cjujących, kruszących i miotających (MWI, MWK i MWM). Kierunki po-szukiwań nowych MWI, MWK i MWM oraz charakterystyka kompozycji będących na etapie wdrażania do produkcji i wprowadzania na uzbroje-nie w Polsce oraz w innych krajach.

T3: Związki wysokoenergetyczne nowej generacji - 2 godz.

Ogólna charakterystyka nowoopracowanych wysokoenergetycznych związków wybuchowych. Wpływ składu pierwiastkowego i struktury cząsteczki na właściwości wybuchowe. Synteza i właściwości wybu-chowe pochodnych azoli, azyn, furazanów i furoksanów oraz połączeń poliazotowych (odmian alotropowych azotu).

T4: Nowe materiały wybuchowe do małowrażliwej amunicji - 2 godz.

Możliwe narażenia na współczesnym polu walki i wymagania stawiane amunicji małowrażliwej. Składniki mieszanin wybuchowych o obniżonej wrażliwości i ich właściwości. Metody wytwarzania mieszanin wybu-chowych i formowania z nich ładunków oraz ocena jakości ładunków i ich odporności na incydentalne bodźce inicjujące o charakterze ter-micznym i mechanicznym. Kruszące, małowrażliwe materiały wybu-chowe z topliwym składnikiem – rozwiązania francuskie, amerykańskie i polskie. Inicjujące materiały wybuchowe do małowrażliwej amunicji.

T5: Nanostrukturalne materiały wybuchowe - 2 godz.

Otrzymywanie, właściwości i potencjalne zastosowania nano-kompozytów planarnych, metastabilnych intermolekularnych mieszanin wybuchowych (supertermitów) oraz mieszaniny otrzymywanych meto-dą zol-żel. Charakterystyka wybuchowych nanokompozytów wytwarza-nych na drodze samoorganizacji nanoczastek. Otrzymywanie i właści-wości mieszanin wybuchowych z dodatkiem nanoporowatego krzemu lub nanorurek węglowych.

T6: Termobaryczne materiały wybuchowe - 2 godz.

Porównanie wybuchów paliwowo-powietrznych i termobarycznych. Przebieg i chemizmu wybuchu termobarycznego. Ogólna charaktery-styka współczesnych termobarycznych materiałów wybuchowych (TBX). Dodatkowe paliwa wykorzystywane w TBX – pierwiastki, stopy i związki międzymetaliczne oraz cząstki aktywowane. Lepiszcza w alu-minizowanych PBX i nowych TBX. Sposoby wytwarzania granulatów i formowania z nich ładunków TBX, Składy TBX i konstrukcje nowocze-snych ładunków TBX. Badania ładunków TBX wykonywane w WAT. Materiały reaktywne

i pianki wybuchowe.

T7: Prochy jedno-, dwu- i trójbazowe oraz prochy kompozytowe typu

LOVA - 2 godz.

Prochy strzelnicze, omówienie składów i sposobów produkcji prochu czarnego – rys historyczny i współczesne znaczenie prochu czarnego. Prochy bezdymne do amunicji strzeleckiej i artyleryjskiej – podanie ty-powych składów, pochodzenie surowców, charakterystyka właściwości oraz omówienie metod wytwarzania i zastosowań prochów jedno- dwu- i trójbazowych oraz prochów złożonych (wielobazowych) typu LOVA. Omówienie problemów z produkcją prochów w Polsce.

T8: Stałe homogeniczne i kompozytowo modyfikowane paliwa

rakietowe - 2 godz.

Silniki rakietowe na paliwo stałe. Liniowa prędkość spalania, zależność od ciśnienia i temperatury. Spalanie erozyjne i przy dużym przyśpie-szeniu. Ważne parametry pracy silnika na paliwo stałe i związki miedzy nimi. Kształty ładunków stałych paliw rakietowych i sposób ich monta-żu w silniku. Charakterystyka homogenicznych (dwubazowych, DB) stałych paliw rakietowych oraz modyfikowanych dwubazowych paliw rakietowych. Właściwości i produkcja głównych składników paliw DB.

T9: Stałe heterogeniczne paliwa rakietowe (SHPR) - 2 godz.

Podział i ogólna charakterystyka SHPR. Typowe składy SHPR i ich charakterystyki energetyczno-balistyczne. Składniki SHPR, pełniona funkcja, właściwości, otrzymywanie. Charakterystyka nieorganicznych utleniaczy, lepiszcz (polimerów i plastyfikatorów), proszków metali i dodatków energetyzujących, w tym związków wybuchowych. Modyfi-katory liniowej prędkości spalania oraz stabilizatory i antyutleniacze wykorzystywane w SHPR. Omówienie metod wytwarzania ładunków SHPR.

T10: Mieszaniny i wyroby pirotechniczne - 2 godz.

Klasyfikacja i przeznaczenie mieszanin pirotechnicznych. Najważniej-sze utleniacze, paliwa i wzmacniacze efektu pirotechnicznego wykorzy-stywane we współczesnych mieszaninach pirotechnicznych. Produkcja mieszanin pirotechnicznych i sposoby wytwarzania z nich ładunków. Omówienie mieszanin i środków (wyrobów) o działaniu oświetlającym, smugowym, sygnalizacyjnym dziennym i nocnym oraz maskującym i generujących cele pozorne w szerokim zakresie długości fal promie-niowania elektromagnetycznego.

Laboratorium - metoda praktyczna w formie pokazu w pracowni prepara-tyki materiałów wybuchowych oraz w laboratorium badań właściwości wy-buchowych:

T11: Wykonanie ładunków do pomiaru prędkości detonacji oraz

ładunków kumulacyjnych - 4 godz.

Obserwacja przez grupę studentów wykonania ładunków do pomiaru prędkości detonacji (metodą prasowania) i ładunków kumulacyjnych (z plastycznego materiału wybuchowego). Odstrzelenie ładunków z rejestracją prędkości detonacji i efektów oddziaływania strumienia kumulacyjnego na przegrody stalowe oraz omówienie wyników pomia-rów.

1. T. M. Klapötke, Chemistry of High-Energy Materials, Walter de Gruyter GmBH, Berlin/Boston 2022.

2. J. Leszczynski, ed., Energetic Materials, From Cradle to Grave, Springer International Publishing AG, Cham, Switzerland 2017.

W1 / zna cechy wybuchu chemicznego i podstawy termochemii przemiany wybuchowej, zna tendencje rozwoju materiałów wysokoenergetycznych / P_W07, P_W10.

W2 / zna teoretyczne i technologiczne podstawy otrzymywania związków wybuchowych, mieszanin wybuchowych, prochów i paliw rakietowych oraz środków inicjowania, palenia i detonacji / P_W08.

W3 / zna podstawowe metody badań i najważniejsze właściwości poszcze-gólnych grup materiałów wysokoenergetycznych / P_W09.

U1 / potrafi wskazać wymagania stawiane materiałom wysokoenergetycz-nym wykorzystywanym we współczesnej technice uzbrojenia / P_U09.

U2 / umie prezentować zagadnienia dotyczące materiałów wysokoenerge-tycznych i ich roli w technice uzbrojenia / P_U14.

K1 / ma świadomość zagrożeń podczas użytkowania materiałów wysokoenergetycznych i wyrobów je zawierających / P_K06.

Przedmiot zakończony jest egzaminem, który jest prowadzony w formie pisemno-ustnej. Warunkiem przystąpienia do części ustnej jest zaliczenia testu zawierającego pytania otwarte oraz zamknięte wielokrotnego wyboru.

Ćwiczenie laboratoryjne zaliczane jest na podstawie obecności.

Osiągnięcie efektów W1, W2, W3 oraz U1 i U2 weryfikowane jest podczas egzaminu pisemno-ustnego, a osiągnięcie efektu K1 sprawdzane jest także podczas ćwiczenia laboratoryjnego.

Słuchacz otrzymuje z egzaminu ocenę:

2 – poniżej 50% poprawnych odpowiedzi podczas egzaminu;

3 – 50 ÷ 60% poprawnych odpowiedzi podczas egzaminu;

3,5 – 61 ÷ 70% poprawnych odpowiedzi podczas egzaminu;

4 – 71 ÷ 80% poprawnych odpowiedzi podczas egzaminu;

4,5 – 81 ÷ 90% poprawnych odpowiedzi podczas egzaminu;

5 – powyżej 91% poprawnych odpowiedzi podczas egzaminu.

Na końcową ocenę składają się oceny uzyskane na egzaminie oraz ocena zaangażowania słuchacza podczas ćwiczenia laboratoryjnego i podejścia do nauki przedmiotu.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje słuchacz, który posiadł wiedzę, umiejętności i kompetencje przewidziane efektami uczenia się, a ponadto wykazu-je zainteresowanie przedmiotem, w sposób twórczy podchodzi do powierzonych zadań i wykazuje się samodzielnością w zdobywaniu wiedzy, jest wytrwały w pokonywaniu trudności oraz systematyczny w pracy.

Ocenę dobrą otrzymuje słuchacz, który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dobrym. Potrafi rozwiązywać zadania i problemy o średnim stopniu trudności.

Ocenę dostateczną otrzymuje słuchacz, który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dostatecznym. Samo-dzielnie rozwiązuje zadania i problemy o niskim stopniu trudności. W jego wiedzy i umiejętnościach zauważalne są luki, które potrafi jednak uzupełnić pod kierunkiem nauczyciela.

Ocenę niedostateczną otrzymuje słuchacz, który nie posiadł wiedzy, umiejętności i kompetencji w zakresie koniecznych wymagań.