1. Пороха и твердые ракетные топлива

Пороха - это группа взрывчатых веществ, применяющихся в артиллерии, главным образом, в качестве источников энергии движения снарядов, пуль, мин, реактивных снарядов. Кроме того, некоторые виды порохов используются в артиллерийских боеприпасах в качестве воспламенителей, средств передачи огня, замедлителей, дистанционных составов, вышибных зарядов и т. д.

Выстрел и явления, его сопровождающие

Выстрел – это сложный процесс выбрасывания снаряда (мины, гранаты, пули) из канала ствола артиллерийского ору­дия, миномета, гранатомета, стрелкового оружия за счет энергии газов, образующихся при горении метательного заря­да.

Выстрел включает в себя: воспламенение пороха; горение пороха, сопровождающееся выделением тепла и образованием пороховых газов; расширение пороховых газов; движение за снарядом пороховых газов и недогоревших элементов метательного заряда; теплоотдачу от пороховых газов к стенкам ствола; образование дульной волны, дульного пламени и ды­мового облака.

Процесс выстрела характеризуется кратковременностью (тысячными или сотыми долями секунды), развитием высо­ких температур (до 3800 К) и давлением пороховых газов до 400... 500 МПа. Процессы в канале ствола при выстреле изучает внутренняя баллистика. На выполнение главной ра­боты — сообщение снаряду поступательного движения — за­трачивается 25...35% энергии метательного заряда, остальная же часть ее идет на второстепенные работы (откат подвиж­ных частей, динамическое уравновешивание отдачи в безот­катных орудиях и гранатометах, обеспечение работы авто­матики в автоматическом оружии и др.) или теряется.

Выстрел сопровождают явления, которые могут отрицательно воздействовать на узлы и детали артиллерийского вооружения и оказывать существенное влияние на боевую работу. Рассмотрим их содержание и способы уменьшения их влияния.

Разгарно-эрозионное действие пороховых газов. В про­цессе проведения боевых стрельб из артиллерийского орудия происходит изменение баллистических свойств ствола - в результате уменьшается дальность стрельбы и увеличивается рассеивание снарядов.

Изменение баллистических данных ствола происходит вслед­ствие изменения внутренних размеров и формы канала ство­ла - увеличения объема зарядной каморы, изменения длины пути снаряда по каналу ствола и поперечного сечения канала ствола. Изменение геометрии канала ствола и состояние его по­верхности называют износом ствола.

Основными причинами износа являются:

— тепловое воздействие пороховых газов. Оно приводит к оплавлению поверхностного слоя канала ствола, что ухуд­шает его механические свойства. Периодическое быстрое нагревание и охлаждение вызы­вает термическое расширение и сжатие в поверхностном слое. Как следствие этого, на поверхности канала ствола образует­ся и развивается сетка мелких трещин.

— механическое воздействие ведущего пояска снаряда на нарезы канала ствола, которое приводит к изменению разме­ров и профиля нарезов.

— механическое воздействие газовой струи или эрозия. Большое давление пороховых газов и их высокая температура обуславливают интенсивный разгар канала ствола.

— химическое воздействие пороховых газов. Обогащение поверхностного слоя канала ствола углеродом (цементация) или же, наоборот, выгорание углерода. В результате нагрева и охлаждения происходит закалка поверхностного слоя канала ствола, уменьшение пластичности и повышение хруп­кости. Это способствует появлению трещин при растяжении ствола при выстреле.

Разгарно-эрозионное действие пороховых газов в каждом конкретном случае определяется природой пороха, темпера­турой его горения, величиной массы метательного заряда, а также конструкцией орудия и боеприпасов.

Пламенность выстрела из орудий обусловлена све­чением высоконагретых газов, водяных паров и конденсиро­ванных частиц. Интенсивность излучательной способности пла­мени может возрастать за счет догорания не полностью оки­сленных продуктов горения пороха (СО, Н₂, СН₄) при сме­шении с воздухом.

Пламя, образующееся вблизи дульного среза ствола при истечении пороховых газов из канала ствола в атмосферу, называется дульным пламенем. Вероятность и интенсивность образования пламени при вы­стреле зависит от конструкции орудия, состава продуктов горения метательного заряда, параметров окружающего воз­духа (температуры, влажности, направления ветра). Наличие оптимального содержания водяных паров в окру­жающем воздухе способствует образованию дульного пла­мени.

Дульное пламя при выстреле демаскирует огневые позиции стреляющих батарей, а обратное пламя может вызвать по­жары и ожоги боевого расчета в башне танка или самоход­ного артиллерийского орудия.

С целью уменьшения пламенности при выстреле для метательных зарядов используют беспламенные пороха или вводят в состав заряда различные пламегасители.

Дымность выстрела проявляется в образовании об­лака дыма перед дульным срезом орудия. Дымовое облако демаскирует стреляющее орудие и создает большие помехи при стрельбе прямой наводкой.

Истекающие из канала ствола пороховые газы образуют ударную волну, являющуюся источником звука и пылеобразования.

Большое влияние на образование пыле – дымового облака оказывают температура и влажность окружающего воздуха, а также состав грунта. В этом случае образуется аэрозоль­ное облако больших размеров и оптической плотности, дис­персная фаза такой дисперсной системы состоит из твердых частиц, образующихся при сгорании метательного заряда, частичек пыли, капелек воды и частиц, покрытых жидкостью.

Снижения пыле – дымовых помех при стрельбе орудий до­биваются за счет: применения малодымных порохов, введе­ния в состав метательного заряда веществ, уменьшающих количество водяных паров в продуктах горения; изменения конструкции ствола орудий; учета состава и свойств грунта при выборе огневых позиций артиллерийских батарей.

Волновое нарастание давления в зарядной ка­море в момент выстрела проявляется при малых плотностях заряжания. В случае относительно большого свободного объ­ема каморы (между метательным зарядом и дном снаряда) при воспламенении пороха в локальном объеме образуется область повышенного давления. Волна уплотненных газов, перемещаясь по длине зарядной каморы, ударившись о по­верхность дна снаряда, возвращается в направлении затвора. Давление во фронте отраженной волны уплотненных газов увеличивается примерно в два раза. Отраженная от поверхности затвора ударная волна уплот­ненных газов возвращается к донной части снаряда. Количе­ство таких циклов может быть несколько. Волновое нарастание давления может вызвать серьезные повреждения канала ствола орудия, вплоть до отрыва казен­ника ствола орудия

Для исключения волнового нарастания давления необхо­димо обеспечивать надежное крепление (фиксирование) пуч­ков и пакета метательного заряда, создавать условия для бы­строго и одновременного воспламенения пороховых элементов.

Таким образом, явлениями, сопровождающими выстрел можно управлять, применяя пороха с различными характеристиками, изменяя его компонентный состав.