После вылета снаряда из орудия газы, вытекающие с большой ско­ ростью вслед за снарядом, продолжают на некотором расстоянии от дуль­ ного среза /п оказывать давление на дно снаряда и сообщать ему уско­ рение. Поэтому снаряд получает наибольшую скорость V0 не в момент прохождения дульного среза, а на расстоянии /„ от него. После этого под действием силы сопротивления воздуха скорость снаряда начинает убывать.

2.П О Р О Х А

2.1.Виды порохов и требования к ним

Пороха представляют группу метательных взрывчатых веществ. Ос­ новным видом взрывчатого превращения порохов является горение, не переходящее в детонацию. Пороха сравнительно легко воспламеняются и горят в орудии или ракетном двигателе закономерно, практически па­ раллельными слоями, что позволяет в широких пределах регулировать об­ разование пороховых газов при их горении и тем самым управлять явле­ нием выстрела.

Кпорохам предъявляются следующие основные требования:

-достаточная работоспособность (мощность), обеспечивающая

надлежащее метательное действие при приемлемых весах зарядов;

-определенные пределы чувствительности к механическим и теп­ ловым импульсам, что обеспечивает безотказность их действия в условиях использования и безопасность в обращении;

-физическая и химическая стойкость (стабильность), т.е. способ­

ность при длительном хранении в различных условиях не изменять

своих физико-химических, а следовательно, и баллистических свойств;

-достаточная механическая прочность пороховых элементов;

-способность устойчиво и закономерно гореть;

-однообразие физико-химических и баллистических свойств в большой массе пороховых элементов;

-беспламенность и бездымность при стрельбе;

-возможно меньшее коррозионное и эрозионное действие продук­ тов горения пороха на канал ствола, камеру и сопло реактивного дви­ гателя;

-широкая сырьевая база, простота и экономичность производства порохов и зарядов.

Стремление специалистов к максимальному удовлетворению предъявляемых требований привело к появлению достаточно большого многообразия порохов для различных видов оружия: орудийные пороха, минометные пороха, пороха для стрелкового оружия, ракетные топлива (твердые).

Разделяют пороха на дымные и бездымные. Дымные пороха приме­ няются со времени изобретения пороха, однако в настоящее время исполь­ зуются только в качестве воспламенителей, в капсульных втулках, в коль­ цах дистанционных трубок и т. п.

Средний состав дымного пороха: 75% селитры (большей частью ка­

Удовлетворительно приготовленный порох не пачкает рук, не оставляет пыли на бумаге и сопротивляется раздавливанию между пальцами. Со­ держание влаги (по ТУ) не более 1%, при влагосодержании более 2% по-

pox трудно воспламеняется. Попадание пули в ящик с порохом вызывает взрыв.

Скорость горения порохового зерна 4 мм/с, при давлении 3 МПа возрастает до 9 см/с. Скорость горения огнепроводного шнура 0,9 см/сек, при давлении 3 МПа возрастает до 2,4 см/с. Характер горения зависит от плотности. Порох с плотностью ниже 1,65г/см3 не горит параллельными слоями, при выстреле элементы рассыпаются, поэтому время сгорания равных зарядов из одинаковых элементов может сильно различаться.

Современные пороха принадлежат к классу бездымных порохов. Главной основой всех бездымных порохов является нитроцеллюлоза (НЦ). Для производства нитроцеллюлозы применяют целлюлозу, кото­ рая содержится в хлопке, древесине, льне, пеньке, соломе и т.п. в коли­ честве от 92 - 93% (хлопок) до 50 - 60% (древесина). Для изготовления высококачественной НЦ применяют чистую целлюлозу, получаемую из указанного растительного сырья специальной химической обработкой.

Молекула целлюлозы состоит из большого числа (от нескольких со­ тен до нескольких тысяч) одинаково построенных и связанных между со­ бой глюкозных остатков СбН|0О5. Каждый глюкозный остаток, находя­ щийся в середине полимерной молекулы целлюлозы, имеет три гидро­ ксильные группы, а концевые - четыре таких групп. Целлюлоза состоит не из одинаковых молекул определенной длины, а из смеси молекул с разным числом глюкозных остатков. Чтобы подчеркнуть наличие трех гидро­ ксильных групп формулу глюкозного остатка записывают СбН7Ог(ОН)з.

Нитрат целлюлозы - продукт химического взаимодействия с азотной кислотой. В результате реакции, называемой этерификацией, группы ОН замещаются группами ONO2, называемыми нитратными:

[С6Н70 2(0Н)з]л + п(т HN03) = [C6H70 2(0H)3.m(0N 02)m]n +

В зависимости от условий нитратными группами могут замещать­ ся не все гидроксильные группы, а только часть из них, т.е. получается несколько нитроцеллюлоз разной степени этерификации.

Взаимодействие целлюлозы с азотной кислотой сопровождается вы­ делением воды, которая, разбавляя азотную кислоту, ослабляет ее нит­ рующее действие. Поэтому нитрование ведут смесью азотной и серной ки­ слот, последняя связывает выделившуюся воду. Чем крепче кислотная смесь, т.е. чем меньше в ней воды, тем больше степень этерификации цел­ люлозы.

Неоднородность величин молекул целлюлозы и неоднородность их по степени этерификации не позволяют выразить строение НЦ определен­ ной формулой. Поэтому НЦ характеризуют по содержанию в ней азота, определяемому химическим анализом. Предельное содержание азота 14,4%.

Различают следующие виды НЦ:

1.Коллоксилин. Содержание азота 11,5 - 12%. Полностью раство­ рим в смесях спирта с эфиром.

2.Пироксилин N2. Содержание азота 12,05 - 12,4%. Растворяется в смеси спирта с эфиром не менее 90%.

3.Пироколлодий Д. И. Менделеева. Содержание азота 12,5 - 12,7%. Растворяется в смеси спирта с эфиром не менее 95%.

4.Пироксилин N1. Содержание азота 13,0 - 13,5%. Растворимость

всмеси спирта с эфиром 5 - 10%.

5.Смссевые пироксилины. Это смесь пироксилинов 1 и 2 с содер­ жанием азота 12,7 - 13,1%. Растворимость в смеси спирта и эфира 25 -50 %.

Формулу НЦ пишут в виде C6„Hi(b-/n05,H-2mNw, где т - число нитрат­ ных групп в молекуле НЦ.

Молекулярный вес НЦ можно вычислить по формуле А/=162л + 45т.

Состав и свойства НЦ могут быть выражены через степень нитрации

v:

=АМ00 = 14-100 - /72

М162п + 45т

Например, элементарный состав НЦ (в %) можно выразить так: N=y(no оп­ ределению); С=44,5 - 1,43у; Н=6,17 - 0,27у; 0=49,4 + 0,695v.

Производство НЦ состоит из следующих основных операций: нитро­ вание целлюлозы, промывка и стабилизация НЦ, составление общих пар­ тий.

Сама НЦ, представляющая собой рыхлую массу, легко воспламеняет­ ся и может гореть в инертной среде (в том числе и внутри по порам). Ско­ рость горения очень велика, горение легко переходит во взрыв. Для предот­ вращения нежелательных эффектов НЦ желатинируют, растворяя в соот­ ветствующих растворителях, число которых ограниченно: ацетон, спирто­ эфирная смесь, нитроглицерин, нитродигликоль, динитротолуол, дибутилфталат, диэтилфталат.

Таким образом, нитроцеллюлозные пороха представляют собой гомо­ генные системы, являющиеся пластифицированными и уплотненными нит­ ратами целлюлозы. В зависимости от летучести растворителей и особенно­ стей производства могут быть выделены следующие разновидности нитро­ целлюлозных порохов: на летучем, труднолетучем и нелетучем растворите­ лях, на смешанном растворителе и пороха эмульсионного приготовления.

В состав нитроцеллюлозных порохов могут входить следующие ве­ щества.

Нитроглицерин (глицеринтринитрат). Представляет собой бесцвет­ ную прозрачную маслообразную жидкость, легко взрывающуюся при уда­ ре или трении. Ее получают при взаимодействии глицерина с азотной ки­ слотой (смешанной с серной для удаления воды)

С3Н5(ОН)3 + 3HN03 = C3H5(0N 02)3 + ЗН20 . Нитроглицерин и отработанная кислота образуют эмульсию, постепенно расслаивающуюся. Процесс статического расслоения взрывоопасен, по­ этому применяют центрифугирование с добавлением деэмульгаторов (ва­ зелиновое масло и др.). НГ наилучшим образом растворяет НЦ, содержа­ щую 11-12% азота. Содержание НГ, как правило, не превышает 43% (пре­ дел совместимости).

Нитродиэтиленгликоль. Он лучше пластифицирует, чем НГ, но име­ ет отрицательный кислородный баланс (ухудшает энергетику) и меньший предел совместимости.

Нитрогуанидин. Горит при сравнительно высоких давлениях, для его применения необходимо вводить катализаторы горения.

Динитротолуол. Представляет собой темно-желтое кристалличе­ ское вещество, Тпл=70,5 С. Имеет неблагоприятный кислородный баланс. Вводится в расплавленном состоянии, может при хранении выкристалли­ зовываться. Снижает гигроскопичность топлива.

При длительном хранении порохов происходит разложение НЦ, окислы азота, которые при этом образуются, ускоряют дальнейшее разло­ жение и делают ее взрывоопасной. В качестве стабилизаторов применяют централиты (этилцентралит, метилцентралит) и дифениламин (ДФА). Ста­ билизирующее действие основано на взаимодействии с первичными про­

дуктами разложения НЦ - окислами азота, азотистой и азотной кислотами с образованием химически стойких нитрозо- и нитросоединений.

Централиты одновременно увеличивают пластичность НЦ, а в про­ цессе прессования выполняют роль смазки между топливом и прессом. Кроме того, централиты и ДФА являются катализаторами скорости горе­ ния.

В состав пороха могут входить флегматизаторы, предназначенные для уменьшения скорости горения поверхностных слоев пороховых эле­ ментов.

Многие нитроцеллюлозные пороха устойчиво и полно горят лишь при высоких давлениях (10 МПа и выше). При понижении давления сго­ рание происходит не полностью, образуются в больших количествах окис­ лы азота, в то время как атомы углерода и водорода остаются неокисленными. Энергетические показатели вследствие этого ухудшаются. Добавле­ ние катализаторов горения приводит к увеличению скорости горения, снижению минимального давления до 5...7 МПа, когда в пламени отсутст­ вуют окислы азота. В качестве катализаторов горения применяют окислы свинца и титана, сернокислый калий и барий, азотнокислый калий, а также централиты и ДФА.

Для уменьшения гигроскопичности вводят диэтил- и дибутилфталаты. Для повышения термопластичности вводят воск, вазелин, минеральное масло, трикрезилфосфат. Для устранения электризации и повышения гра­ виметрической плотности мелкозернистые и пластинчатые пороха покры­ вают тонким слоем графита.

Пороха на летучем растворителе называют пироксилиновыми (в за­ рубежной литературе - одноосновными). По форме они могут быть пла­ стинчатыми, ленточными, трубчатыми и зерненными (без канала, с одним

каналом и многими каналами). Составы пироксилиновых порохов пред­ ставлены в табл.1.

Таблица 2

Составы орудийных баллиститных порохов, %

Пороха на труднолетучем и нелетучем растворителе получили на­ звание баллиститов или двухосновных (табл. 2). Для изготовления баллиститов используется коллоксилин. Пороховые элементы изготовляются в виде пластинок, лент, трубок и сложных фигур.

Пороха на смешанном растворителе называют кордитами, для их из­ готовления применяют пироксилин (табл. 3). Пороха эмульсионного при­ готовления (для стрелкового оружия) получают обработкой НЦ эмульсией

нитрованием пергамента или вискозной нити.

Пироксилиновые пороха в большей мере, чем нитроглицериновые, способны изменять содержание влаги и терять часть остаточного раство­ рителя, что снижает баллистическую стабильность.

Длительность процесса изготовления пироксилиновых порохов от 6 суток до месяца из-за операций удаления растворителя, провялки и т.д.