Вывод закономерностей геометрической формы порохового зерна прогрессивного горения

12. Закон образования пороховых газов ψ = ƒ(z). Прогрессивно и дегрессивно горящие пороха.

Чтобы горение пороха началось, необходимо нагреть хотя бы небольшую 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 270°C - 320°С; бездымные - при температуре около 200°С.

Момент, когда пороху сообщён 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.

Распространение пламени вглубь зерна называют собственно горением.

При исследовании свойств бездымных порохов и условий их горения было установлено, что при одинаковых по форме и размеру зёрнах порохового заряда и при условии, что масса пороха однородна во всех направлениях, горение пороха происходит по так называемому геометрическому закону.

Положения геометрического закона горения следующие: воспламенение пороха в замкнутом объёме происходит мгновенно   горение бездымных порохов идёт параллельными слоями с одинаковой со всех сторон скоростью.

Установление этих закономерностей позволило внутренней баллистике производить теоретически все расчёты, 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

Действительный физический закон горения 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.

13. Быстрота газообразования dψ / dt. Влияние формы пороха на быстроту газообразования.

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, зёрна 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).

Рис. 1. Формы порохов: а) дегрессивного горения, б) прогрессивного горения, в) сферические, где: 2е1 - толщина горящего свода.

Если при горении пороха в каждую последующую единицу времени горения поверхность зерна остается постоянной, тогорение называют постоянным.

В каждую последующую долю времени при этом образуется почти одинаковое количество газов. Примером такого пороха могут явиться зёрна трубчатой формы с одним каналом (рис. 1 а). 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, тогорение 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 даёт 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 даёт, 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, пулемёты) применяются флегматизированные пироксилиновые пороха цилиндрической формы с одним или несколькими каналами.

Для короткоствольного оружия (пистолеты, пистолеты-пулемёты) применяются тонкие пластинки, обеспечивающие быстрое горение и создание в короткий промежуток времени резкого нарастания давления.

Для миномётов употребляют также пластинчатые нитроглицериновые пороха.