6.2. Характеристики взрывчатых веществ
Взрывчатые вещества представляют собой неустойчивые химические соединения или смеси, способные под влиянием незначительных внешних воздействий к очень быстрым химическим превращениям. Взрывчатые вещества отличаются от обычного горючего вещества тем, что процесс взрывчатого превращения в нем происходит за счет кислорода, содержащегося в самом взрывчатом веществе. При горении обычных горючих веществ кислород необходимо подводить извне (из атмосферы) с ограниченной скоростью. Взрывчатые вещества являются основными источниками энергии для выброса снаряда (пули) из канала ствола и для действия снаряда у цели (поражение и разрушение).
К взрывчатым веществам предъявляются следующие основные требования.
Достаточное содержание энергии и высокая мощность, обеспечивающие необходимое метательное действие или разрушительный эффект.
Жесткие границы чувствительности, обеспечивающие безопасность в обращении и одновременно легкость возбуждения взрыва.
Стойкость при хранении.
Низкая себестоимость производства.
Содержание энергии и мощность взрывчатого вещества определяется на основании совокупности их энергетических характеристик.
Теплота взрыва – это теплота, выделяющаяся, при взрыве 1 кг взрывчатого вещества Qв, Дж/кг.
Объем образующихся газообразных продуктов при взрыве 1 кг взрывчатого вещества Vв , м3/кг.
Температура взрывчатого превращения Тв , С.
Скорость детонации (взрывчатого превращения) ив , км/с.
Потенциальная энергия Аmax , Дж/кг – это наибольшая теоретически возможная работа, которая может быть совершена при взрыве 1 кг данного взрывчатого вещества; численно она совпадает с теплотой взрыва:
.
Мощность взрыва Рв , Вт – работа, совершаемая при взрыве 1 кг взрывчатого вещества в единицу времени.
, (6.1)
где tв – время действия взрыва.
Основные энергетические характеристики для наиболее распространенных взрывчатых веществ приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Энергетические характеристики некоторых взрывчатых веществ
Взрывчатое вещество |
Тв, 0С |
Qв, кДж/кг |
Vв, м3/кг |
ив, км/с |
Дымный порох |
2380 |
2784 |
0.280 |
– |
Пироксилиновый порох |
2400 |
3391 |
0.845 |
– |
Нитроглицерин |
4500 |
6238 |
0.715 |
9.0 |
Тротил |
3200 |
4187 |
0.685 |
6.9 |
ТЭН |
3900 |
5862 |
0.780 |
8.4 |
Гексоген |
3400 |
5443 |
0.908 |
8.38 |
Аммонал |
3380 |
6134 |
0.836 |
5.3 |
Гремучая ртуть |
4500 |
1721 |
0.315 |
4.5 |
Азид свинца |
3500 |
1537 |
0.308 |
5.0 |
В качестве примера определим потенциальную энергию и мощность боевого заряда 85-мм танковой пушки. Заряд – пироксилиновый порох массой М = 2.6 кг (Qв = 3391 Дж/кг, коэффициент полезного действия =0.3, время движения снаряда в стволе 0.01с). При сгорании заряда выделяется теплота, равная
МДж.
В соответствии с формулой (6.1), общая мощность равна
.
С учетом коэффициента полезного действия мощность боевого заряда 85-мм танковой пушки равна
.
Для наглядности переведем мощность заряда пушки в лошадиные силы (1 л.с. = 735.5 Вт):
Таким образом, при выстреле из 85-мм пушки развивается мощность, равная 360 тысяч лошадиных сил. Пока нет такой машины, которая была бы способна развить такую мощность.
Чувствительностью взрывчатого вещества называется его способность взрываться под влиянием внешних воздействий (нагревание, укол, удар, трение). Слишком чувствительные взрывчатые вещества опасны в обращении и в чистом виде применяются редко. Малочувствительные взрывчатые вещества невыгодны, так как для их инициирования требуется очень много энергии. Чувствительность взрывчатых веществ зависит, в первую очередь, от его состава, а также от других условий.
С увеличением влажности чувствительность понижается.
С увеличением температуры – увеличивается.
Порошкообразные взрывчатые вещества более чувствительны, чем литые или прессованные составы.
Для снижения чувствительности взрывчатых веществ в их состав вводят флегматизаторы (вазелин, парафин, камфара, различные масла и т.д.).
Стойкостью взрывчатого вещества называется его способность продолжительное время сохранять свои взрывчатые свойства, что важно при их хранении. При длительном хранении в неблагоприятных условиях (сырость, повышенная температура) взрывчатые вещества способны разлагаться и терять свои свойства, а в некоторых случаях самовоспламеняться и взрываться. Различают физическую и химическую стойкость.
Физическая стойкость – это способность взрывчатых веществ сохранять свое физическое состояние. Она зависит от физических свойств (гигроскопичность, механическая прочность, летучесть и т.д.). При высокой гигроскопичности взрывчатые вещества слеживаются и со временем разрушаются. При малой механической прочности заряды могут разрушаться или деформироваться при перевозке.
Химическая стойкость – это способность взрывчатых веществ сохранять неизменный химический состав и способность к взрывчатому превращению. Химическая стойкость взрывчатых веществ зависит от его химического состава и от входящих в него примесей. Для повышения химической стойкости применяют стабилизаторы – ацетон, этиловый спирт, углекислые соли натрия и калия.
Себестоимость производства важна при массовом использовании взрывчатых веществ (например, в военное время) и обеспечивается наличием отечественного сырья, развитой химической промышленностью и совершенством технологических процессов изготовления взрывчатых веществ.
Кроме основных требований, к взрывчатым веществам могут предъявляться и другие, специфичные для конкретных целей, требования (взрывобезопасность при простреле пулей, нетоксичность продуктов сгорания при стрельбе из ручного автоматического оружия, способность сохранять свои свойства при воздействии радиации, ионизирующих излучений и т.д.).