§ 1.2. Параметры внутренней баллистики

Параметрами внутренней баллистики являются физические величины, характеризующие те или иные свойства артиллерийской системы, состоящей из орудия, снаряда и порохового заряда.

Совокупность параметров внутренней баллистики определяет пиродинамические кривые и отдельные их элементы. Например, начальная скорость снаряда будет зависеть от большого числа параметров внутренней баллистики; изменить величину начальной скорости можно только путем изменения одного или нескольких из этих параметров; если же известно, что величина начальной скорости изменилась, то можно утверждать, что произошло изменение одного или нескольких параметров внутренней баллистикй.

Следовательно, зная параметры внутренней баллистики и характер их влияния, можно сознательно воздействовать на движение снаряда или объяснить отмеченные в движении снаряда особенности, что очень важно для артиллерийской практики.

Параметры внутренней баллистики можно разделить на три группы: конструктивные параметры, параметры условий заряжания и характеристики пороха.

К конструктивным параметрам относятся:

• калибр орудия d;

• площадь поперечного сечения канала ствола s;

• объем каморы W₀-

— длина каморы l_кам;

• приведенная длина каморы lо:

• коэффициент уширения каморы

• полная длина пути снаряда l_д;

• длина канала ствола L_KH:

• объем канала ствола

Калибр орудия равен диаметру канала ствола по полям на­резов.

Площадь поперечного сечения канала ствола определяется с учетом нарезов по формуле

где к,— коэффициент, зависящий от устройства нарезной части канала ствола: K_s =0,79 при отсутствии нарезов;

_{Кч =} 0,81 при глубине нарезов 1% калибра;

к! = 0,83 при глубине нарезов 2% калибра.

Объемом каморы называется объем заонарядного пространства в момент начала движения снаряда. При патронном заряжании за объем каморы принимают внутренний объем гильзы, спатронированной со снарядом. При раздельном заряжании за объем каморы принимают объем заснарядного пространства при дослан­ном до упора в соединительный конус снаряде.

Длина каморы равна расстоянию от дна канала ствола до дна снаряда в момент начала движения. Практически длину каморы можно измерить линейкой от дна досланного снаряда до казен­ного среза трубы ствола. Необходимо отличать действительную длину каморы от условной длины каморы Х₀, которая измеряется с помощью прибора замера каморы (ПЗК). Условная длина бу­дет больше приблизительно на расстояние от передней кромки ведущего пояска до дна снаряда Х_Сн:

Приведенная длина каморы равна длине цилиндра с пло­щадью основания s и объемом W₀.

Полная длина пути снаряда равна расстоянию от дна снаряда до дульного среза ствола (без дульного тормоза) в момент на­чала движения. Обычно бывает известна длина нарезной части канала ствола l_н; зная ее, найдем

Иногда к длине нарезной части канала ствола добавляют одну треть длины дульного тормоза.

Длина ствола отличается от длины канала ствола на длину затвора (1-2) d.

К параметрам условий заряжания относятся:

• масса снаряда q

• масса порохового заряда со;

• плотность заряжания

• давление форсирования р₀

• коэффициент фиктивности ср;

• параметр заряжания проф. Н. Ф. Дроздова В.

Плотность заряжания А определяется путем деления величины

массы заряда в кг на величину объема каморы в дм³ (т. е. в л) и характеризует степень заполнения каморы порохом.

Существует наивыгоднейшее значение плотности заряжания А_н, при котором дульная скорость снаряда для данной артиллерий­ской системы будет наибольшей при условии сохранения постоян­ной величины наибольшего давления пороховых газов. Наивыгод­нейшая плотность заряжания зависит в основном от наибольшего Давления пороховых газов р_т, давления форсирования р₀ и кало-

ПараметрыВ являются сложными параметрами, завися­

щими от других параметров внутренней баллистики. В дальней­шем будут даны определения этих параметров.

К характеристикам пороха относятся:

• калорийность пороха Q_w

• температура горения пороха Т,

• удельный объем пороховых газов W

• плотность пороха 5;

• сила пороха f

• коволюм пороховых газов а;

• толщина горящего свода порохового зерна 2е

• коэффициент скорости горения пороха u

• конечный импульс давления пороховых газов l_к;

• коэффициенты формы порохового зерна х, X;

• параметр расширения пороховых газов 9.

В настоящее время в артиллерии применяются следующие сорта порохов: дымный, пироксилиновый, нитроглицериновый, нитродигликолевый, нитрогуанидиновый и нитроксилитановый. Каж­дый порох является метательным взрывчатым веществом, состоя­щим из горючего, окислителя, связующего и добавок.

Дымный порох представляет собой механическую смесь калиевой селитры K2SO4 (окислитель, 75%), древесного угля С (горючее, 15%) и серы S (связующее, Ю°/₀). При горении дымного пороха выделяется большое количество твердых остатков (до 56%), | образующих дым. Дымный порох употребляется в основном на изготовление воспламенителей зарядов.

Остальные пороха являются бездымными порохами коллоидного типа. Основной частью бездымных порохов является пиро­ксилин—продукт, полученный в результате обработки клетчатки азотной кислотой, с содержанием азота от 11 до 13,5%. С помощью растворителей: спирто-эфирной смеси, нитроглицерина, ацетона, нитродигликоля—производится желатинизация пироксилина и получаются бездымные пороха.

При горении бездымные пороха почти полностью превращаются в пороховые газы. Состав пороховых газов зависит от состава пороха и давления пороховых газов. В табл. 1.2 приведен объемный процентный состав газов, образующихся при сгорании пироксилинового пороха с содержанием 11% азота.

Отметим, что пороховые газы содержат окись углерода СО, водород Нг и метан СН₄, которые при истечении пороховых газов из канала ствола способны соединяться с кислородом воздуха (гореть), образуя дульное или обратное пламя во время стрельбы.

Калорийностью пороха, называется количество тепла,

которое выделяется пороховыми газами, образовавшимися при сго­рании 1 кг пороха, при охлаждении их до 18° С. Величинуоп­ределяют путем сжигания навески пороха в калориметрической бомбе.

В пороховых газах содержатся водяные пары, которые при их охлаждении конденсируются. Будем считать калорийностьпри воде газообразной.

Величинау существующих бездымных порохов изменяется

в пределах от

Пороха, калорийность которых ближе к нижнему пределу, на­зываются условно холодными, а пороха с калорийностью, близкой к верхнему пределу, — горячими.

Калорийность порохаявляется одной из главных его ха­рактеристик, непосредственно влияющих на результаты стрельбы и на качества артиллерийской системы. Например, пороха с калорийностью,меньшей,дают, как правило, беспламен­

ный выстрел.

Температурой горения пороханазывается температура,

которую имеют пороховые газы в момент их образования. Непо­средственное определение величиныв бомбе не обеспечивает достаточной точности, поэтому обычно величинувычисляют по опытной величине, предполагая, что все выделившееся при го­рении пороха тепло расходуется на нагрев продуктов взрывчатого превращения. У существующих порохов температура горения из­меняется в пределах от 2100 до 3800° К.

Удельным объемом пороховых газов, называется объем,

занимаемый образовавшимися при сгорании 1 кг пороха порохо­выми газами после расширения и охлаждения их до состояния,

определяемого температурой 0°С и давлением 760 мм рт.ст. Удельный объем определяется с помощью газометра. У сущест­вующих бездымных порохов удельный объем пороховых газов изменяется в пределах от 750 до 1100

Плотностью пороха, называется масса пороха, заклю­ченного в единице объема, при температуре 15° С и давлении 750 мм рт. ст.

Плотность дымного пороха зависит от давления прессования и изменяется в пределах от 1,5 до 1,9. Плотность бездым­

ных порохов изменяется в пределах от 1,54 до 1,64

Силой пороха, называется величина, равная произведе­нию удельной газовой постояннойна температуру горения по­роха:

Сила пороха может определяться экспериментально путем сжигания навески пороха в манометрической бомбе. Она выра­жает работу, которую мог бы совершить 1 кг пороховых газов, расширяясь при нагревании от нуля градусов до температуры го­рения при постоянном атмосферном давлении.

Удельная газовая постоянная R зависит от молекулярного веса пороховых газов р,:

Среднее значение R для пороховых газов равно 370

Величина силы пороха в основном зависит от калорийности пороха. Для всех существующих бездымных порохов можно при­нять следующую опытную зависимость:

У существующих порохов сила пороха изменяется в пределах от 500-10³ до 1200• 10³

Коволюмом пороховых газов, называется объем, харак­теризующий объем молекул пороховых газов, образовавшихся при сгорании 1 кг пороха. Коволюм может определяться экспе­риментально путем сжигания навески пороха в манометрической бомбе.

Величина коволюма входит в уравнение состояния реальных газов, например в уравнение вида

и учитывает объем сфер действия молекул, который обычно при­нимают равным учетверенному объему самих молекул. Учет ково-

люма производится только при высоких давлениях, какие имеют место в артиллерийских орудиях. В ракетных двигателях коволюм газов не учитывается.

Во внутренней баллистике для определения коволюма исполь­зуется соотношение

Для всех существующих бездымных порохов можно принять следующую опытную зависимость коволюма от калорийности пороха:

У существующих бездымных порохов коволюм изменяется в пределах от 0,8 до 1,2 дм³/кг.

В табл.1.3 приведены средние значения рассмотренных харак­теристик для различных порохов.

В артиллерии употребляются пороха, разнообразные по форме и размерам пороховых зерен. На рис. 1.3 изображены пороховые зерна различной формы: а) трубка; б) пруток; в) лента; г) пла­стинка; д) куб; е) кольцо; ж) спираль; з) семинакальное зерно. Пороха, имеющие форму цилиндрических зерен с каналами или без каналов, длина которых в два-три раза больше диаметра, на­зываются зернеными порохами.

Толщиной горящего свода порохового зерна 2е_х называется наи­меньший линейный размер порохового зерна. Чем больше толщина горящего свода, тем дольше при прочих равных условиях горит пороховое зерно. Толщина горящего свода обычно увеличивается с увеличением калибра орудия.

У существующих артиллерийских порохов толщина горящего свода изменяется в пределах от 0,1 до 5 мм. У порохов реактив-

ной артиллерии толщина горящего свода достигает нескольких сантиметров.

Остальные характеристики пороха и_и 1 к, х, X, б будут рассмот­рены ниже.