ОСНОВИ БУДОВИ АРТИЛЕРІЙСЬКИХ

го випливає, що тиск тим більший, чим більша сила пороху і питомий коволюм.

си порохового заряду до об’єму зарядної камори. Чим більша густина заряджання, тим більший тиск порохових газів, що утворюються, і тим більша початкова швидкість снаряда. Для сучасних артилерійських гармат густина за-

міщення фронту горіння вглиб порохового елемента; вона залежить від природи і фізичної структури пороху, зовнішнього тиску і від його початкової температури.

Розрізняють 3 стадії горіння пороху: збудження процесу (запалювання); поширення полум’я вздовж поверхні порохового зерна (розпалювання); поширення полум’я вглиб пороху (власне горіння).

Швидкість розпалювання залежить від хімічної структури, стану поверхні порохового зерна і особливо від тиску. Горіння починається з випарювання пороху. Пари, що утворилися на поверхні, відтікають від неї і нагріваються за рахунок тепла від горіння попередніх частин; біля температури горіння самі вступають в екзотермічну хімічну реакцію. Тепло цієї реакції йде на випарювання пороху, нагрівання наступної порції газів з конденсованою фазою від початкової температури до температури випарювання.

Процес горіння пороху – це поширення реакції розкладу від поверхневих шарів пороху вглиб порохового елемента, причому продукти горіння рухаються в протилежному напрямку. У замкненому об’ємі порох розпалюється практично миттєво і горить паралельними шарами з однаковою швидкістю. Це положення називають геометричним законом горіння пороху.

91

l, см t, с 0

Рисунок 2.7 - Стадії горіння пороху

Зона І – відповідає нагрітому, але не розпаленому по-

роху.

Зона ІІ – відповідає термічному розкладу твердого пороху, в основі якого лежить HЦ, з утворенням газоподібних продуктів і твердих частинок.

Зона ІІІ – зона горіння, що супроводжується взаємодією газоподібних продуктів і твердих частин при високій температурі.

Зона IV – зона горіння газоподібних продуктів реакції

горіння (СО, СО2, Н2О, Н2).

Швидкість горіння визначає час згоряння порохових зарядів, інтенсивність газоутворення, характер зміни тиску порохових газів у процесі пострілу і залежить від природи та складу пороху (калорійності), від початкової температури і тиску.

Зі збільшенням калорійності і початкової температури швидкість горіння збільшується, а зі збільшенням густини – зменшується.

Для звичайної гармати швидкість горіння пороху

92

де V1 – коефіцієнт швидкості горіння, тобто швидкість горіння пороху за умов тиску 1атм V1=5 - 7,5;

Р – тиск газів у каналі ствола гармати.

Величезний вплив на швидкість газоутворення і на початкову швидкість снаряда має форма порохового елемента – зерна .

Залежно від характеру зміни поверхні, що горить, і швидкості газоутворення розрізняють:

1. Порохи депресивної форми, поверхня горіння яких при згорянні зменшується, тобто

Sг < 0,

S0

де Sо – початкова поверхня порохового елемента; Sг – поверхня горіння порохового елемента.

До депресивних порохів належать порохи, що мають форму кулі, куба або пластини.

2. Порохи прогресивної форми горіння Sг 1, пове-

S0

рхня горіння яких збільшується, і, отже збільшується швидкість газоутворення. До прогресивної форми належать порохи, зерна яких мають циліндричну форму із 7 каналами.

3. Порохи з постійною поверхнею горіння Sг = 1 –

S0

до них належать трубчасті порохи з броньованими торцями.

2.2.3. Горіння твердого ракетного палива

Ракета приводиться в рух реактивною силою, що виникає при згорянні заряду ТРП, при цьому теплова енергія продуктів згоряння переходить у кінетичну енергію руху. Гази, що утворюються при згорянні заряду, стиснені до

93

високого тиску (1 - 2,5 107Па), мають високу температуру (2700 - 3000К) і рухаються зі швидкістю 100 - 200 м/с до сопла 1. Рухаючись по соплу, вони розганяються у звуженій частині до швидкості звуку, а в розширеній – до надзвукової, створюючи реактивну тягу двигуна. Тяга двигуна залежить від тиску продуктів згоряння у камері 5, від величини мінімального критичного перерізу, від його форми, а також від тиску навколишнього середовища (повітря).

Рисунок 2.8 - Реактивний снаряд:

1 – сопло; 2 – діафрагма; 3 – ракетний двигун твердого палива РДТП; 4 – запалювальний склад; 5 – камера згоряння; 6 – бойова частина

ТРП, як і порох, горить паралельними шарами. Швидкість горіння – найважливіша характеристика – визначає величину поверхні горіння, необхідної для одержання заданої тяги РДТП, залежно від призначення РДТП лежить у межах 1 - 70 мм/с.

Для підвищення швидкості горіння використовують каталізатори горіння – елементоорганічні (сполуки) похідні фероцену, хелати перехідних металів та ін., перехлорат свинцю, графіт тощо.

Сажа і графіт до того ж використовуються для запобігання нестабільності горіння. Швидкість горіння має бути досить великою (з огляду на відповідну тягу і швидкість польоту ракети) і в той самий час по можливості малою, щоб забезпечити найбільшу довжину активної ділянки траєкторії, що регулюється введенням різних добавок.

94

Тиск газів впливає на швидкість горіння ТРП

палива, наявності каталізатора, розміру частинок і інших властивостей палива.

Для більшості сучасних РДТП тиск у камері згоряння досягає 3 - 10 107 Па (максимальний, відразу після запалювання – 3 107 Па).

Оскільки тиск у камері РДТП порівняно невисокий, стінки реактивних снарядів (ракет) виготовляють значно тоншими, ніж стінки стволів артилерійських гармат.

Форма поверхні горіння регулюється бронюваннямнанесенням на поверхню заряду малогорючого складу, наприклад, пластмаси, швидкість горіння якої в 10 разів менша швидкості горіння заряду ТРП.

Зміна тиску в камері РДТП, а також швидкості горіння і тяги двигуна залежить від форми поверхні горіння заряду ТРП.

При різних порушеннях режиму роботи РДТП виникає аномальне горіння. До таких належать:

резонансне горіння – небезпечне для міцності двигуна, може призвести до вибуху; спосіб боротьби – введення добавок з негорючих матеріалів;

ерозійне горіння – різке підвищення тиску у початковий період, коли переріз каналу заряду дорівнює перерізу сопла. Для його усунення збільшують початковий вільний переріз у паливному заряді;

переривчасте горіння – викликане неповним згорянням палива, коли потік газів, що йдуть вздовж поверхні заряду, виносить продукти, що згоріли неповністю, із сопла. Для усунення переривчастого горіння («чмихання»)

95

підвищують початковий тиск, вводячи каталізатори горіння.

Для швидкого запалювання заряду ТРП застосовують спеціальні запалювачі від електрозапалу і легкозапалювального піротехнічного складу, який містить у собі метали (титан, алюміній, магній тощо).

У сопло РДТП вміщують мембрану, яка розкривається при досягненні пускового тиску. Пусковий тиск у РДТП значно більший за робочий тиск.

2.2.4. Маркування піроксилінових порохів

Сучасні умовні позначення порохів вміщують такі характеристики: марка і склад пороху; якість нітроцелюлози; номер партії пороху; рік виготовлення; назва заводу – виробника; характеристика способу виробництва.

Під маркою пороху зашифровані склад, форма, розміри порохового елемента, а також товщина шару горіння

(т.ш.г.)

Щодо піроксилінових порохів, то жодної вказівки на те, що це піроксиліновий порох, не дається, тобто природа піроксилінового пороху не шифрується.

Пластинчасті порохи позначаються Пл, поряд з літерами ставлять два числа, поділених рискою – розміри порохового елемента: перше число дає товщину квадратної пластинки у сотих частках міліметра 0,00 (товщину шару горіння), друга – ширину пластинки у десятих частках міліметра.

Наприклад, Пл 50-50 – порох пластинчастий з товщиною шару горіння 0,5 мм і шириною пластинки 5,0 мм

Зернисті порохи з одним каналом (окрім гвинтівочних) або з кількома каналами позначаються дробом: чисельник вказує на товщину шару горіння у десятих частках міліметра, а знаменник - на число каналів у зерні. Наприклад, 4/1 означає порох зернистий з товщиною шару горін-

96

ня 0,4 мм, одноканальний; 12/7 порох зернистий з товщиною шару горіння 1,2 мм, одноканальний.

Зернисті піроксилінові гвинтівочні і кулеметні порохи виготовляються у формі короткого циліндра з одним каналом, а для крупнокаліберних кулеметів – з кількома каналами. Ці порохи обов’язково флегматизуються камфорою з метою одержання пороху, що горить зі змінною швидкістю – найменшою у зовнішніх шарах і нормальною у внутрішніх. Флегматизація камфорою і графітування не шифруються у випадку гвинтівочних порохів:

ВТ – гвинтівочний піроксиліновий, флегматизований і графітований порох під важку кулю у формі циліндра з одним каналом, з т.ш.г. = 0,32 мм.

ВУ – гвинтівочний піроксиліновий, флегматизований, графітований порох до уніфікованого патрона зразка 1943 р., у формі циліндра з одним каналом, з т.ш.г. = 0,32 мм.

ВЛ – гвинтівочний піроксиліновий, флегматизований, графітований під легку кулю у формі циліндра з одним каналом, т.ш.г. = 0,32 мм.

За технологією виготовлення зерен піроксилінових порохів під важку кулю, тобто таких, які мають форму циліндра з одним каналом і товщиною шару горіння 0,32 мм, готовлять полум’ягасні порохи типу:

ВТХ-10 – піроксиліновий полум’ягасний порох виготовлений за технологією ВТ(гвинтівочний під важку кулю), що містить 20% полум’ягасних добавок (дихлорвінілова смола).

Полум’ягасні піроксилінові порохи виготовлені у вигляді зерна з різною товщиною шару горіння і різною кількістю каналів; позначається так:

5/6х-25 – піроксиліновий полум’ягасний порох з т.ш.г.=0,5 мм, шестиканальний має 25% полум’ягасної хлорорганічної смоли.

Трубчасті піроксилінові порохи позначаються дробом, де чисельник вказує на т.ш.г. у десятих частках мі-

97

ліметра, а знаменник – наявність каналу; після дробу ставлять літери ТР. Наприклад, 12/1 ТР.

ТР – піроксиліновий трубчастий порох з т.ш.г.= 1,2 мм, є здебільшого гарматним порохом.

Пористі порохи (циліндр без каналу або з каналом), які швидко згоряють, позначаються літерою П, після якої ставлять число – кількість ваги калійної селітри, яка надає пороху пористості. Чим більше число, тим більше пористість пороху. Наприклад, П-85 означає, що порох пористий, швидкозгоряючий, при його виготовленні застосовано 85 часток ваги калійної селітри на 100 часток піроксиліну.

Вихідною сировиною для виробництва піроксилінових порохів є целюлоза або бавовна (маркірується «сі»), або деревина (маркірується «ЦГ», «ЦА», «Рп», «РБ»).

При маркіруванні піроксилінових порохів вводять ще додаткові індекси, що ставляться після марки пороху.

Наприклад:

«ПЕР» – порох перероблений зі старих паперів; «ФЛ» – флегматизований (крім гвинтівочних); «СТ» – стабілізований (з додаванням стабілізатора –

дифеніламіну); «ПГ»

ВП

ВМ

Для холостої стрільби порох маркірується «Х».

98

2.2.5. Маркірування баліститних порохів

Склад і природа баліститних порохів позначається індексами, що вказують на орієнтовний склад пороху. Так, нітрогліцеринові баліститні порохи, у яких розчинник – пластифікатор нітрогліцерін, маркіруються Н, НБ – високої калорійності;

НТ – охолоджувальна добавка травелін (динітротолуол);

НДТ – охолоджувальна добавка дибутилфталату і травеліну;

НЦ – підвищена кількість центроліту як охолоджувальної добавки.

Нариклад. НДТ-3 22/1 – порох баліститний, нітрогліцериновий, дибутилфталат і травелін – охолоджувальні добавки, 3-тя група калорійності, т.ш.г.=2,2 мм, одноканальний.

Марки реактивного палива (пороху)

НМг – нітрогліцериновий, що вміщує стабілізатор хімічної стійкості та горіння (оксид магнію MgO – 2%).

РН – нітрогліцериновий ракетний порох із крейдою (вапном) як стабілізатором горіння.

РСН – нітрогліцериновий ракетний порох з оксидом свинцю як каталізатором горіння; крейдою як стабілізатором горіння.

РНДСН – ракетний нітрогліцериновий порох (додатковий пластифікатор нітродигліколь, каталізатор горіння – оксид свинцю, стабілізатор горіння – крейда (вапно).

КДСН – нітроксилітановий порох (те саме, що у РНДСН).

Літерна позначка додаткового металевого палива, що вводиться до складу ТРП: А – алюмінізоване ракетне паливо.

99

2.2.6. Позначення форм порохових елементів

Гарматні трубчасті баліститні порохи: після літер,

що вказують на природу пороху, через тире ставлять цифру, що відображає групу калорійності даного пороху; а потім дріб – у чисельнику товщина шару горіння трубки у десятих частках міліметра, а в знаменнику – наявність каналів.

Позначення «ТР» для трубчастих баліститних порохів не застосовується, оскільки останні не виготовляються у вигляді зерен циліндричної форми. Наприклад, НДТ-3 22/1 означає порох баліститний, нітрогліцериновий, гарматний, що вміщує охолоджувальні добавки дибутилфторат і травелін, третя група калорійності, трубчастий, з т.ш.г.=2,2 мм.

Мінометні баліститні порохи виготовляються у фо-

рмі стрілок, пластинок, кілець та спіралей.

Порохові елементи у формі стрічки позначаються літерою Л, поряд з якою ставиться число, що вказує на товщину стрічки (т.ш.г.) у сотих частках міліметра. Наприклад, НБЛ 95 означає: порох баліститний, нітрогліцериновий, високої калорійності, мінометний, у формі стрічки, з

т.ш.г=0,05мм.

Порохові елементи у формі пластинки позначаються буквами ПЛ і цифрами, розділеними рискою. Наприклад, НБПЛ10-10 – порох нітрогліцериновий, баліститний, мінометний, високої калорійності, пластинчастий т.ш.г.=0,1мм, ширина пластини 1,0 мм.

Порохові елементи у формі кільця позначаються літерою К, після якої ставиться дробове число: чисельник – внутрішній діаметр кільця, мм, знаменник – зовнішній діаметр кільця в мм, а через тире ставлять число, що означає т.ш.г. у сотих частках, мм. Наприклад, НБК 32/64-14 – порох нітрогліцериновий, баліститний, мінометний, високої калорійності, у формі кільця із внутрішнім діаметром 0,32 мм, зовнішнім 0,64 мм, т.ш.г.=0,14 мм.

100