2.4. Законы горения пороха
Чтобы горение пороха началось, необходимо нагреть хотя бы не- большую часть его до температуры воспламенения, т. е. зажечь его. После этого выделяется количество тепла, необходимое для поддержания горения.
Дымные пороха воспламеняются на открытом воздухе при температуре 270º—320ºС; бездымные – при температуре около 200ºС.
Момент, когда пороху сообщен такой начальный импульс, при котором он загорелся хотя бы в одной точке, называют зажжением.
Далее в горении выделяют момент воспламенения, когда пламя распространяется по поверхности зерна.
Р
аспространение
пламени вглубь зерна называют
собственно горением.
* Манометрическая бомба – прочный сосуд для снятия характеристик при подрыве ВВ.
При исследовании свойств бездымных порохов и условий их горения было установлено, что при одинаковых по форме и размеру зернах порохового заряда и при условии, что масса пороха однородна во всех направлениях, горение пороха происходит по так называемому геометрическому закону.
Положения этого закона горения следующие:
• воспламенение пороха в замкнутом объеме происходит мгновенно;
• горение бездымных порохов идет параллельными слоями с одинаковой со всех сторон скоростью.
Установление этих закономерностей позволило внутренней баллистике производить теоретически все расчеты, связанные с использованием порохов. Однако практика показала, что при высоких давлениях в современном оружии геометрический закон описывает процесс не достаточно полно.
Видный советский баллистик профессор М.Е. Серебряков установил действительный физический закон горения[30].
Этот закон можно свести к следующему:
• масса пороха неоднородна от слоя к слою и наружные слои горят
с большей скоростью, чем внутренние;
• характер зависит не только от формы пороховых зерен, но и от их взаиморасположения: чем ближе горящие поверхности расположены друг к другу, тем интенсивнее идет горение;
• в порохах с узкими и длинными каналами повышается давление газов и скорость горения увеличивается.
Вскрытие этих закономерностей и установление численных зависимостей скорости горения пороха и образования пороховых газов от различных факторов позволяет в настоящее время полностью прогнозировать явлением выстрела, т.е. строго рассчитывать, какой порох по физико-химическим и баллистическим качествам и в какой форме наиболее целесообразен для боевого заряда.
2.5. Форма и маркировка порохов
Законы горения порохов устанавливают, что количество пороховых газов и быстрота газообразования для одних и тех же порохов зависят от формы и размеров пороховых зерен. Основным фактором, влияющим на скорость нарастания давления газов при выстреле, является характер изменения площади поверхности порохового зерна.
Если при горении пороха в каждую последующую единицу времени горящая поверхность зерна уменьшается, то горение пороха называется дегрессивным. При его горении в каждую последующую долю времени образуется все меньшее количество газов. К таким порохам относятся заряды пистолетных, карабинных и винтовочных патронов, зерна которых имеют форму пластинок, а также пороха в форме лент, куба, прямоугольника, трубки (рис. 1 а), сферические (рис 1 в). Поэтому пороха подразделяются в зависимости от формы на дегрессивные и прогрессивные (многоканальные для увеличения площади горения).
Если при горении пороха в каждую последующую единицу времени горения поверхность зерна остается постоянной, то горение называют постоянным. В каждую последующую долю времени при этом образуется почти одинаковое количество газов. Примером такого пороха могут явиться зерна трубчатой формы с одним каналом (рис. 1 а).
2е1 2е1 2е1 2е1
а)
б) в)
Рис. 1. Формы порохов: а) дегрессивного горения, б) прогрессивного горения, в) сферические, где: 2е1 – толщина горящего свода.
Такую
форму имеет, например, порох 7,62-мм патрона
и зарядов многих пушечных систем. При
горении такого зерна внешняя поверхность
уменьшается, а внутренняя соответственно
увеличивается и приток газов получается
примерно постоянным (рис. 2 б).
Рис. 2. Схематическое изображение горения порохов: а) с семью каналами; б) с одним каналом.
Если при горении пороха в каждую последующую единицу времени горящая поверхность зерна увеличивается, то горение называется прогрессивным. В каждую последующую долю времени при этом образуется большее количество газов. Примером такого пороха может явиться зерно в форме многоканальной трубки (рис. 1 б). Такую форму имеет порох 14,5-мм патрона, гаубичных зарядов и зарядов некоторых пушек.
При горении такого зерна поверхность горения увеличивается до момента распада трубки на частицы неправильной формы, которые уже догорают дегрессивно (рис. 2 а).
Прогрессивно горящий порох обеспечивает наиболее рациональное использование энергии боевого заряда при выстреле, так как дает возможность получить наибольшую начальную скорость снаряда при наименьшем максимальном давлении газов в стволе.
Увеличение прогрессивности пороха может достигаться:
• рациональным подбором геометрической формы порохового зерна (трубка с 7-ю каналами дает, например, на 80% прогрессивное горение);
• флегматизацией пороха, т. е. введением в наружные слои зерна веществ, замедляющих горение и некоторыми другими мерами.
Применение той или иной формы пороха зависит от вида огнестрельного оружия и его конструктивных особенностей.
Форма порохов, применяемых для огнестрельного оружия, в большей мере зависит от длины ствола. Для длинноствольного оружия (пушки, винтовки, пулеметы) применяются флегматизированные пироксилиновые пороха цилиндрической формы с одним или несколькими каналами. Для короткоствольного оружия (пистолеты, пистолеты-пулеметы) применяются тонкие пластинки, обеспечивающие быстрое горение и создание в короткий промежуток времени резкого нарастания давления. Для минометов употребляют также пластинчатые нитроглицериновые пороха.
От формы и размеров пороховых зерен зависит такая важная характеристика боевых зарядов, как плотность заряжания.
Плотностью заряжания (Δ) называют отношение веса заряда к объему, в котором происходит горение[20]. Плотность заряжания при современных формах порохов доходит до 0,95 кг/дм³. При увеличении плотности заряжания повышается скорость горения пороха, вплоть до возникновения детонации. Т. е. давление Р становится функцией плотности заряжания. В таблице 2 приведены некоторые значения Δ.
Таблица 2.
Плотности заряжания[43]
ВИДЫ ОРУЖИЯ |
Δ КГ/ДМ³ |
Гранатомёты |
0,03...0,2 |
Гаубицы (уменьшенный заряд) |
0,2...0,5 |
Гаубицы (полный заряд) |
0,4...0,6 |
Танковые пушки |
0,3...0,6 |
Пушки (большой дальности стрельбы) |
0,6...0,8 |
Маркировка порохов. Порох, подобранный к определенному виду оружия, обозначают системой условных знаков—маркой. Марка пороха— условное обозначение, указывающее его баллистические свойства, состав, номер заводской партии, год изготовления и завод.
Состав порохов обозначается следующим образом:
• СВ—порох из свежего пироксилина;
• СТ—порох, обновленный введением стабилизатора, без переделки, путем пропитывания в спиртовом растворе;
• Пер—порох, переделанный из старых порохов;
• НГВ—нитроглицериновый порох с примесью вазелина;
• Н—нитроглицериновый порох последних лет изготовления;
• НБ—нитроглицериновый порох измененного состава;
• БСК—беспламенный порох с добавками;
• ПГП—пламегасящий порох.
Пороха пластинчатой формы обозначают буквами «Пл» и двумя числами, написанными через черточку. Первое число указывает толщину пластинки в сотых долях миллиметра, а второе—ширину ее в десятых долях миллиметра. Например, Пл-10-12, это означает, что порох пластинчатый, толщиной 0,1 мм и шириной 1,2 мм.
Винтовочные пороха обозначают буквой «В». Если порох предназначается под тяжелую пулю, то добавляется буква «Т» (ВТ); если под легкую— «Л» (ВЛ).
Порох для холостых зарядов обозначается буквой «Х».
Трубчатые пороха обозначаются простой дробью, например, 1/7; 4/1, 7/1, где числитель – толщина горящего свода (расстояние между каналами) в десятых долях миллиметра (0,1мм; 0,4мм; 0,7 мм); знаменатель—число каналов.
Партия пороха и год изготовления обозначаются дробью:
где
числитель—партия пороха; знаменатель—год
изготовления.
Название завода обозначается одной заглавной буквой.
Примеры маркировки пороха:
Вл
К—винтовочный для легкой пули, 14 партия,
1999 год изготовления, К-ский завод;
7/7
П - орудийный семиканальный порох с
толщиной свода 0,7 мм,
3 партия, 2002 года изготовления, П-ский завод.