Энергетические и баллистические характеристики порохов и ртт

Основными энергетическими и баллистическими характеристиками порохов (РТТ) являются: скорость горения, теплота горения, удельный объем газов, температура горения, «сила пороха», удельный импульс тяги (для РТТ).

Скорость горения различают линейную и массовую. Линейной скоростью горения называют скорость переме­щения горящей поверхности вглубь пороховых элементов по нормали и поверхности пороха. Обозначается и и измеряется обычно в мм/с. Массовая скорость горения пороха характеризуется ко­личеством пороха, сгорающего в единицу времени с единицы площади горящей поверхности. Массовая скорость горения связана с линейной скоростью следующим уравнением: u_m=u·ρ, где и_т - - массовая скорость горения пороха, г/см²·с, где и — линейная скорость горения пороха, см/с, ρ — плотность пороха, г/см³ .

Скорость горения является важнейшей баллистической характеристикой порохов и РТТ, так как ее величина в зна­чительной степени определяет баллистические характеристики зарядов.

Установлено, что скорость горения зависит от очень боль­шого числа факторов, основными из которых являются: природа и состав пороха, давление газов среды, в которой про­исходит горение, и начальная температура пороха.

С увеличением давления скорость горения порохов и РТТ увеличивается, что связано с сокращением ширины зон го­рения в газовой фазе и увеличением температур по ширине зон.

С повышением начальной температуры скорость горения порохов и РТТ увеличивается. Повышение температуры на один градус увеличивает ско­рость горения пороха Н (при сжигании на воздухе) на 1,3%. Сравнительно высокая температурная чувствительность скорости горения является весьма существенным недостатком порохов. Она обусловливает зависимость баллистиче­ских характеристик готовых зарядов от их начальной темпе­ратуры. При достаточно большом диапазоне температур эксплуатации (от — 50 до + 50°С) это усложняет условия боевого применения зарядов (необходимо вводить поправки на температуру заряда), а в отдельных случаях и конструк­цию РДТТ.

При строго определенных значениях начальной темпера­туры и давления величина скорости горения определяется в основном природой и составом пороха.

Теплотой горения (Q_w) называют количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг пороха в вакууме или в среде инертного газа (т.е. при сгорании за счет кислорода, содержащегося в порохе) и при условии охлаждения продуктов горения до 18-20^ºС.

Величина теплоты горения зависит от природы пороха и его состава. Она может быть рассчитана теоретически и определена экспериментально. Величина теплоты горения различных порохов колеблется в пределах 3000-5000 кДж/кг.

Удельным объемом газов (Wi) называется объем газообразных и парообразных продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг пороха (в вакууме или в инертной среде), приведенный к нормальным условиям (T=273 К, р=101325 Па). Удельный объем газов является важной характеристикой порохов, определяющей величину давления пороховых газов в канале ствола и в РДТТ, «силу пороха» и метательное действие заряда. Рассчитывается по формулам и определяется экспериментально.

Экспериментальное определение удельного объема газов основано на измерении объема газообразных и парообразных продуктов горения, образующихся при сгорании определенного количества пороха с последующим приведением полученного объема к нормальным условиям, а также пересчетом объема газов на 1 кг пороха.

Для большинства порохов значение удельного объема газов находится в пределах 800-1000 л/кг.

Температурой горения (Т₁) пороха называют максимальную температуру, которую имеют пороховые газы в момент образования.

Температура горения определяет работоспособность пороховых газов. Чем выше температура газов, тем больше энергией они обладают и тем большую работу при расширении они могут произвести.

Величина температуры горения порохов зависит от соста­ва пороха и состава продуктов горения. Рассчитывается приближенно по эмпирическим формулам.

Следует иметь в виду, что величина энергетических характеристик орудийных порохов ограничивается сверху температурой горения, которая не должна превышать приблизительно 3000 К. Это связано с тем, что с повышением температуры возрастает разгар ствола. Температура горения порохов и РТТ находится в преде­лах 2000-3500 К.

«Сила пороха» (ƒ) по своему физическому смыслу представляет собой работу, которую произвели бы газообразные продукты горения пороха в количестве 1 кг, расширяясь изобарно (при атмосферном давлении) при нагревании их от 0 до температуры горения Т₁. Сила пороха по формуле и определяется экспериментально. Экспериментально «сила» пороха определяется путем сжигания пороха в манометрической бомбе. Значение «силы пороха» для большинства порохов находится в пределах 300000 - 1200000 Дж/кг.

Удельным импульсом тяги РДТТ (І_уд) называют величину, пропорциональную тяге РДТТ (Р_T) и массовому расходу продуктов горения (т) следующее выражение (І_уд =Р_T / т). При заданных величинах давления продуктов горения в камере двигателя и на срезе сопла удельный импульс тяги является характеристикой РТТ и поэтому используется для сравнительной оценки различных РТТ. Находится экспериментально путем планиметрирования кривой тяги. Величина удельного импульса тяги (ДРТТ) твердых топлив различных составов колеблется в пределах от 2000 до 2450 Н·с/кг.

13