3.4. Пороха прогрессивной формы

Порохами прогрессивной формы называют такие пороха, у которых поверхность по мере сгорания возрастает. Чтобы поверхность при горении возрастала, зерно достаточной длины должно иметь несколько каналов (три и более), каждый из которых горит с возрастанием поверхности.

Рассмотрим три наиболее типичные формы пороха: цилиндрическое зерно с семью каналами, зерно Уолша и порох Киснемского.

Цилиндрическое зерно с семью каналами (рис. 9). Практикой уста­ новлены следующие соотношения: диаметр канала выбирают равным толщине горящего свода d0 = тогда диаметр зерна Do=-3do + 8ei = 1 \e]t

Длина порохового зерна в 2,0.. .2,5 раза больше диаметра.

Рис. 9. Семиканальный пороховой элемент:

а - до начала горения, б - в момент распада

При горении порохового зерна со многими каналами наблюдается распад зерна, в нашем случае на шесть маленьких внутренних и шесть больших наружных секторов, которые горят с резким убыванием поверх­ ности. Основными характеристиками порохов, горящих с распадом, явля­

ются относительная поверхность в момент распада as, сгоревшая к этому моменту времени часть заряда vj/s и толщина элементов распада р.

Распад зерна наступает при z8 = e/ej = 1, а конец горения соответству­ ет концу горения элементов распада, когда ек = ei+p, т. е. zK> 1. Характе­ ристики семиканального зерна при стандартных размерах следующие:

08=58/51=1,37, \|/8=0,85, Zk=1,532, pB„=0,23ei, p„ap=0,532ei. Следовательно, горение порохового зерна с 7 каналами распадается на 2 фазы. Первая фаза - z меняется от 0 до 1, до распада зерна сгорает 85 % пороха, горение идет с возрастанием поверхности до os=l,37. Вторая фаза - z меняется от 1 до zk = 1,532, ц/ меняется от 0,85 до 1, поверхность убывает до ак=0.

При горении такого зерна в орудии конец горения переносится даль­ ше к дульному срезу, а иногда продукты распада даже выбрасываются не­ догоревшими.

Выражения для i|/=7(z) и o=J{z) по форме остаются теми же, что и для дегрессивных порохов: \|/ = x^l+^r+pz2), ст = 1+Az+pz2, но знаки и числен­ ные значения коэффициентов х Д и р будут иными: х<Ь ^>0 и р<0.

Распад порохового зерна и дегрессивное горение во второй фазе яв­ ляются недостатком, присущим всем порохам прогрессивной формы.

Зерно Уолша также имеет семь каналов db=^i, 2c=(2,0...2,5)do, но наружняя поверхность образуется шестью цилиндрическими поверхностями, описанными из центра каждого из шести наружных каналов радиусами r=(do/2)+2ei=5e\/2.

Распад порохового зерна наблюдается и здесь (в момент распада об­ разуется шесть внутренних и шесть наружных почти одинаковых призмочек), но относительный объем продуктов распада гораздо меньше - около 5%. Зерно Уолша характеризуется следующими величинами:

квадратного сечения с большим числом (до 36) квадратных каналов. По мнению Киснемского, такое зерно должно гореть без распада. Это осно­ вывается на неверном допущении, что горение из углов канала (по диаго­ нали) идет с большей скоростью, чем в остальных направлениях. На самом деле, горение из углов квадрата в направлении диагонали идет с той же скоростью, что и по нормалям к сторонам квадрата, образуя при каждом угле концентрические четверти окружностей. В результате в сечении обра­ зуется квадрат со скругленными углами, что приводит к образованию про­ дуктов распада и в этом зерне.

Для зерна с 36 каналами характерны следующие величины опреде­

ляющих параметров: \|/s= 0,9; р = 0,41е\; zk = 1,41; os = 2.

Таким образом, согласно геометрическому закону горения прогрес­ сивность формы увеличивается с возрастанием числа каналов, с уменьше­ нием диаметра каналов при той же толщине бруска и с увеличением дли­ ны бруска. Однако практика показала, что имеется расхождение между выводами, полученными на основе геометрического закона горения, и фактическим горением пороха с узкими длинными каналами.

4. Ф И З И Ч Е С К И Й З А К О Н Г О Р Е Н И Я

Геометрический закон горения сыграл большую роль в развитии теоретической и практической внутренней баллистики, позволив разрабо­ тать сравнительно простые методы решения ее самых разнообразных за­ дач. Но по мере внедрения в практику новых форм порохов (длинная трубка с каналами, зерна со многими узкими каналами, флегматизирован-

На основе анализа полученных результатов были установлены опре­ деленные закономерности горения порохов в разных условиях, объяснены причины отклонений горения пороха от геометрического закона, выясне­ ны причины неудовлетворительной прогрессивности горения порохов Киснемского и теоретически обосновано неравномерное горение порохов с узкими каналами.

Совокупность представлений о действительном законе горения порохов, полученных на основе обработки опытных кривых давления в манометрической бомбе и результатов стрельб, называют физиче­ ским законом горения.

Введена специальная опытная характеристика прогрессивности го­ рения Гоп, которая представляет собой относительную часть пороха, пре­ вращающуюся в газы в единицу времени при давлении 1 МПа. Все зна­

чения входящих в нее величин непосредственно снимаются с кривой

давления p(t), получаемой в результате опытов в манометрической бомбе. Порядок определения величины Гоп будет рассмотрен в главе «Полный баллистический анализ порохов по опытам в манометрической бомбе».

горящей поверхности при постепенном догорании все более толстых эле­ ментов пороха после сгорания элементов наименьшей толщины. Конец горения соответствует сгоранию наиболее толстого элемента в заряде. На вид этого участка влияет естественная разница в толщинах элементов за­ ряда, получающаяся в процессе фабрикации пороха.

Рассмотрим подробнее первые две фазы.

I ф а з а. Максимум Гоп соответствует полному воспламенению всей поверхности заряда. Чем меньше давление воспламенителя, тем с мень­ шей величины Гоп начинается кривая и к моменту Гоп тах сгорает значи­ тельная часть заряда.

Неодновременное воспламенение поверхности заряда и частичное начало горения одних элементов, пока другие еще не загорелись, вносит дополнительную разницу в толщину сводов к моменту полного вос­ пламенения, а это сказывается на увеличении разницы в толщинах элементов и в последней фазе горения.

Опыты в бомбе подтвердили, что по мере увеличения давления'вос­ пламенителя Гоп смещается к началу горения, а начало IV участка сдвига­ ется к концу горения, т. е. большая часть заряда горит однообразно. Под­ бирая ленты одинаковой толщины и применяя мощный воспламенитель, можно получить Гоп с очень малым IV участком догорания и Г0„, стремя­ щуюся не к нулю, а к конечной величине. Следовательно, с увеличением давления воспламенителя ускоряется воспламенение и кривая Гоп при­

ближается к Гт. Процесс воспламенения ускоряется, если поверхность по­ роха шероховатая, и замедляется, если поверхность полированная.

II ф а з а. Скачок на кривой Гоп наблюдается при горении пироксили­

новых порохов на летучем растворителе. Чем толще порох, тем выше и рез­ че скачок. При горении пороха на твердом растворителе (пироксилин + тротил) такого скачка не наблюдается. Для баллиститов характерен не­ большой скачок.

Одной из причин появления скачка кривой Гоп, свидетельствующего об ускоренном горении наружных слоев пироксилиновых порохов при срав­ нительно небольших давлениях (до р ~ 60 МПа) является образование пористости наружных слоев пороха при его вымочке. Чем толще пирокси­ линовый порох, тем больше время вымочки, тем больше разница в скоро­ стях горения наружных и внутренних слоев, тем резче скачок кривой Гоп.

Другой причиной появления скачка может быть ускоренное горение наружных слоев пороха при малых давлениях, когда при малой общей ско­ рости горения вступающие в реакцию горения наружные слои пороха ус­ певают прогреться на большую глубину и до более высокой температуры. В результате этого увеличивается толщина реагирующего слоя и единичная скорость горения и\, так как она зависит от этой толщины.

Применение функции Гоп при анализе горения позволило:

- обнаружить перераспределение нитроглицерина в порохах;