§ 1.3. Горение пороха

Для того чтобы началось горение порохового зер.на, ему необ­ходимо в некоторой точке поверхности сообщить тепловой им­пульс, способный вызвать взрывчатое превращение пороха. Этот процесс называется зажжением. Зажжение бездымного пороха происходит при температуре около 200° С, а зажжение дымного пороха — при температуре около 270° С.

После зажжения происходит воспламенение, т. е. процесс рас­пространения реакции взрывчатого превращения по поверхности порохового зерна. Скорость воспламенения зависит от сорта по­роха и внешних условий, главным образом от наружного дав­ления. С увеличением давления скорость воспламенения возра­стает.

При атмосферном давлении скорость воспламенения бездым­ного пороха равна 1 мм/с, а дымного пороха достигает 3000 мм/с.

В орудии зажжение и воспламенение порохового заряда при выстреле производятся с помощью воспламенителя, состоящего обычно из дымного пороха, создающего при сгорании давление пороховых газов примерно 50-10⁵Н/м².

Горением пороха называется процесс распространения реак­ции взрывчатого превращения от поверхности в глубь порохового зерна.

Механизм горения пороха состоит в термическом разложении (газификации) нитроклетчатки в поверхностном слое 1 (рис. 1.4) и в химическом взаимодействии газообразных продуктов разло­жения в зоне 2 с образованием пламени и выделением большого количества тепла.

На рис. 1.4 показан график изменения темпе­ратуры в толщине пороха и в пороховых газах у поверхности зер­на от начальной температуры поро­ха То до температуры горения Т\. На­грев поверхностного слоя на глуби­ну х_гпроисходит за счет теплопередачи от раскаленных пороховых газов зо­ны 2, причем в поверхностном слое зерна толщиной х_р устанавливается температура Т_п, при которой идет про­цесс разложения нитроклетчатки. При сжигании пороха в открытом про­странстве получены следующие дан­ные: для пироксилинового пороха Т_п= = 525±48°К, для нитроглицеринового пороха Г_Д = 603±45°К; величина х_р составляет около 5% толщины прогре­того слоя х_г.

Горение пороха характеризуется величиной скорости горения.

Скоростью горения пороха «' называется скорость распростране­ния реакции взрывчатого превращения пороха по нормали к по­верхности порохового зерна:

где е — толщина слоя сгоревшего пороха, т. е. расстояние от по­верхности порохового зерна, на которое распространяется реакция взрывчатого превращения за время (.

Скорость горения пороха зависит от сорта пороха, наруж­ного давления, начальной температуры пороха, скорости обдува поверхности порохового зерна.

Зависимость скорости горения от давления р называется законом скорости горения и в общем случае выражается эмпири­ческой формулой

где а, Ь, V — эмпирические коэффициенты.

В артиллерийских орудиях при больших давлениях справед­лив линейный закон

Эмпирический коэффициент скорости горения и_и как следует из формулы (1.17), представляет собой скорость горения в м/с

при давлении, равном 1 Н/м², и имеет размерность Ве­

личина «_ь очевидно, должна зависеть от сорта, начальной тем­пературы и скорости обдува пороха.

В табл. 1.4 приведены увеличенные в 10^п раз значения u для различных сортов пороха при температуре пороха l₃=15°С и при отсутствии обдува пороха.

Величина и_х возрастает примерно на 28% при увеличении со­держания азота в порохе на 1% и уменьшается примерно на 13% с увеличением содержания влаги в порохе на 1%.

Для всех существующих бездымных порохов можно принять следующую опытную зависимость:

из которой следует, что с увеличением калорийности скорость го­рения пороха возрастает линейно.

Зависимость скорости горения пороха от его начальной темпе­ратуры l₃ имеет следующий вид:

где Б — эмпирический коэффициент, равный в среднем 320.

Для существующих бездымных порохов при увеличении на­чальной температуры на ГС скорость горения увеличивается примерно на 0,16%.

Зависимостью скорости горения пороха от скорости обдува при горении пороха в артиллерийском орудии, когда пороховые зерна перемещаются вместе с пороховыми газами, можно прене­бречь.

В основу изучения горения порохового заряда, состоящего из большого числа пороховых зерен, положены три основных поло­жения, полученных из многолетней артиллерийской практики:

• все пороховые зерна заряда имеют одинаковую форму и размеры;

• воспламенение всех пороховых зерен заряда происходит мгновенно;

горение всех пороховых зерен заряда происходит во всех точках поверхности с одинаковой скоростью, т. е. параллельными слоями

Эти положения составляют сущность так называемого геомет- ческого "закона горения пороха. В некоторых случаях (недостаточные воспламенителя, очень узкие каналы в пороховых зернах) геометрический закон горения может существенно отличаться от действительного, называемого физическим законом горения по­роха.