4. Пороха — механические смеси

К этому виду порохов относятся взрывчатые систе­мы, представляющие собой механическую смесь трех основных компонентов: окислителя, горючего и связую­щего вещества. В готовом порохе частицы компонентов химически не связаны друг с другом, а равномерно распределены по массе пороха и находятся в тесном контакте.

С учетом природы компонентов, назначения соста­вов и специфики их производства пороха — механические смеси можно разделить на четыре группы: дымные пороха; смесевые твердые ракетные топлива; твердые топлива для прямоточных воздушных реактивных дви­гателей; пиротехнические составы.

Дымный порох состоит из калиевой селитры (75%), древесного угля (15%) и серы (10%)¹. Селитра являет­ся окислителем, легко отдающим кислород при нагре­вании. Уголь — горючее вещество. Сера служит цемен-татором (связывающим селитру с углем) и одновремен­но горючим, облегчающим воспламенение пороха (сера загорается при более низкой температуре, чем уголь). Калорийность дымного пороха 660—700 ккал/кг, температура горения 2500—2600⁰C. При сгорании 1 кг дымного пороха образуется примерно 0,436 кг газов (занимающих при нормальных условиях объем 280 л) и 0,564 кг твердых продуктов. Значительное содержа­ние твердых частиц (более 50%) обусловливает низкую работоспособность пороховых газов. Стрельба зарядом из дымного пороха сопровождается большим дымооб-разованием и сильным износом канала ствола. По этим причинам дымный порох для метательных целей в сов­ременном огнестрельном оружии, кроме охотничьих ружей, не применяется.

В настоящее время дымный порох используется в военной технике для вспомогательных целей: для изго­товления воспламенителей пороховых зарядов к ору­диям, минометам и ракетам; для снаряжения различ­ных дистанционных устройств, служащих для передачи луча огня.

Дымный порох обладает рядом положительных свойств как воспламенитель: легко воспринимает луч огня от штатных средств воспламенения (капсюлей, капсюльных втулок), быстро сгорает, образуя большое количество газов и твердых раскаленных частиц, обла­дает хорошей воспламеняющей способностью.

Дымный порох отличается высокой химической стойкостью. Отрицательным его свойством является спо­собность поглощать воду. С увеличением количества влаги в порохе ухудшается его способность к воспламе­нению. Для нормального воспламенения содержание влаги в порохе не должно превышать 0,7—1,0%. При влажности более 2,0% дымный порох воспламеняется с трудом. При содержании влаги свыше 15% он не воспламеняется. Воспламенители из увлажненного дым­ного пороха могут стать причиной затяжных выстрелов, неполного сгорания порохового заряда и, как следствие этого, недолетов и повышенного рассеивания снарядов. Увлажненный дымный порох, входящий в замедлители, усилители, вышибные заряды, средства воспламенения, может стать причиной ненормального их действия.

Необходимо предохранять дымный порох и изделия из него от увлажнения. Достигается это герметизацией узлов и деталей, содержащих дымный порох, а также хранением их в герметической укупорке.

При обращении с дымными порохами следует соблю­дать меры предосторожности, так как они очень чувст­вительны к действию искры, пламени, а также к удару и трению.

Промышленность выпускает несколько сортов дым­ного пороха.

Для изготовления воспламенителей применяются: крупнозернистый дымный порох КЗДП и дымные ру­жейные пороха (ДРП) № 1, 2, 3 (чем больше номер сорта, тем меньше размер зерна).

Как дымные пороха в свое время не смогли удовлет­ворить возросших требований, предъявляемых к огне­стрельному оружию, и на их смену пришли нитроцел-люлозные пороха, так по мере развития ракетной техни­ки баллиститные пороха оказались не в состоянии полностью удовлетворить более высокие тактико-техни­ческие требования. У баллиститных порохов сравнитель­но невысокий единичный импульс I₁ (180—230 кгс • с/кг), для обеспечения их нормального горения необходимо давление 40—60 кгс/см², они обладают узким интерва­лом скоростей горения, значительной зависимостью ско­рости горения от давлений и начальной температуры заряда. Кроме того, технология производства балли­ститных порохов ограничивает возможности создания крупногабаритных зарядов, а сами заряды отличаются недостаточно высокой физической стабильностью.

В связи с этими недостатками баллиститных поро­хов было уделено большое внимание разработке и соз­данию для реактивных двигателей смесевых топлив.

Интересно отметить, что смесевые топлива разраба­тывались немцами еще во время второй мировой войны.

Разработка их в то время была вызвана главным обра­зом острой нехваткой сырья для нитроцеллюлозных по­рохов. В США разработкой смесевых топлив начали за­ниматься еще раньше, в 1933г., однако приемлемые составы были созданы только в пятидесятые годы.

В современных смесевых топливах функции горюче­го и связующего, как правило, выполняет одно вещест­во, называемое горюче-связующим веществом. От при­роды горюче-связующего вещества зависят физическая структура, механическая прочность и технологические качества топлив. В качестве горюче-связующих веществ применяются полимерные материалы: асфальтоуглево-дородные смолы, формальдегидная смола, каучуки и др. Их содержание в готовом продукте может быть от 15 до 25%.

В качестве окислителя наиболее широкое примене­ние получил перхлорат аммония. Его содержание ко­леблется от 60 до 80%. Применяются также перхлорат калия, нитрат аммония. Перечисленные вещества срав­нительно дешевы и доступны и в то же время имеют высокую плотность и удовлетворительные энергетиче­ские характеристики.

В целях увеличения энергетических характеристик смесевых топлив в их состав часто вводят металличе­ское горючее, главным образом алюминий, в виде мел­кодисперсного порошка. Количество алюминия в смесе-вом топливе может составлять 5—20%.

Для регулирования скорости и процесса горения смесевых топлив в их состав вводят специальные добав­ки в количестве 0,5—5%.

Для улучшения технологических свойств могут вво­диться технологические добавки.

Важной особенностью смесевых топлив, имеющей большое практическое значение, является то, что заря­ды из них могут быть получены методом отливки, при­чем состав может заливаться непосредственно в камеру двигателя. Это позволяет изготавливать из смесевого топлива шашки практически любых размеров.

Твердые топлива для прямоточных воздушных реак­тивных двигателей имеют запас собственного кислорода и других окислительных элементов, достаточный лишь для предварительного горения.

Полное окисление продуктов предварительного го­рения осуществляется за счет кислорода воздуха, подаваемого в камеру ракетного двигателя с помощью специальных устройств.

Смесевые топлива лишены многих недостатков, свой­ственных баллиститным порохам, однако им присущи свои недостатки: большая зависимость параметров го­рения от размеров частиц веществ, входящих в их со­став, гигроскопичность, взрывоопасность, высокая стои­мость.

Поэтому в современной ракетной технике в зависи­мости от назначения и типа ракетного оружия приме­няют как смесевые топлива, так и баллиститные по­роха.

Пиротехнические составы представляют собой меха­нические смеси различных компонентов, способные к закономерному горению как за счет собственного кисло­рода, так и за счет кислорода воздуха. Они предназна­чены для получения специального пиротехнического эффекта: светового, звукового, дымового, цветового и т. п.

Пиротехнические составы широко используются в военном деле, в народном хозяйстве, при проведении торжеств (фейерверки, салюты). Основными компонен­тами пиротехнических составов являются горючее, окис­литель и цементатор. При выборе компонентов и их количественного содержания руководствуются необхо­димостью получения требуемого пиротехнического эф­фекта.