ОСНОВИ БУДОВИ АРТИЛЕРІЙСЬКИХ

A-IX-2 (76% гексоген + 4% флегматизатора + 20% алюмінієвої пудри). Він використовується для спорядження бронебійних, осколково-запалювальних снарядів, а також боєприпасів фугасної дії (авіабомб, торпед та ін.);

ТГА (тротил 20 - 60%, гексоген 25 - 30%, алюміній 15 - 20%). Використовується для спорядження великогабаритних боєприпасів фугасної дії (боєголовки ракет, торпед і т.д.);

ТА – алюмінізований тротил має більшу фугасну дію, ніж тротил, і має запалювальні властивості; використовується в осколкових та осколково-фугасних боєприпасах;

ТГ (20 - 80% гексогену +80 - 20% тротилу) за потужністю перевищує тротил, але менш чутливий, ніж чистий гексоген, хімічно стійкий.

Перспективними є рідинні та газоподібні ВР, які перевищують за потужністю звичайні БВР типу тротилу. Рідинні ВР – це суміш пального (вуглеводні нітросполуки, спирти) з окиснювачем (тетранітрометан, окис азоту тощо). На основі рідинних ВР створені боєприпаси «об’ємного вибуху» фугасної дії, призначені для знищення площинних цілей.

2.2. Порохи та тверде ракетне паливо

2.2.1. Класифікація порохів

Порохи – це багатокомпонентні тверді вибухові суміші, здатні до горіння за певним законом за рахунок власних окиснювальних елементів з виділенням тепла і утворенням газоподібних продуктів. Порохи використовуються як джерела енергії метання снарядів, мін, куль, ракет.

Основна форма вибухового перетворення – горіння, що не переходить у детонацію навіть у замкнутому об’ємі при тиску до 3000 атм.

81

Вимоги, що ставляться до порохів: достатня могутність, яка забезпечує метальну та запальну дію; певні межі чутливості до механічних та теплових імпульсів, що забезпечує безвідмовність дії в умовах безпеки використання; здатність при зберіганні не змінювати фізико-хімічні властивості; здатність стало та закономірно горіти; достатня механічна міцність порохових елементів; безполум’яність та бездимність при пострілі; менша корозійна та ерозійна дія на канал ствола гармати; широка та дешева сировинна база.

Порохи поділяються на дві групи: порохи – механічні суміші та порохи колоїдного типу.

До порохів механічних сумішей належить димний порох, який складається з калієвої селітри (окиснювач), деревного вугілля (пальне), сірки (цементатор).

Порохи колоїдного типу або бездимні – порохи, основою яких є нітрат целюлози.

Сучасні бездимні порохи одержують з нітроцелюлози (НЦ). НЦ – високомолекулярна речовина, яку одержують від взаємодії азотної кислоти з дуже чистою целюлозою, яка знаходиться у бавовні, льоні, деревині. Процентний вміст азоту в НЦ називається ступенем нітрації. Теоретично НЦ повинен вміщувати 14,14% азоту. НЦ, що використовується в порохах, вміщує 10,7 - 13,5% азоту.

Залежно від ступеня нітрації НЦ поділяється на: пі-

роксилін (12 - 13,5%), колоксилін (10,7 - 12%).

Чим більше азоту, тим більший запас потенціальної енергії в НЦ.

Піроксилін – це легкозапальна ВР. Під час вибуху піроксиліну виділяється значна кількість газів за дуже короткий проміжок часу. Тому піроксилін піддають пластифікації, внаслідок чого він перетворюється в тверду непористу масу, здатну горіти без вибуху з виділенням такої ж кількості газоподібних продуктів. Пластифікований піроксилін набуває властивостей метальної ВР – пороху.

82

Залежно від вмісту азоту піроксилін поділяється на: сумішевий піроксилін (12,5 - 13% азоту), піроксилін №2 (12 - 12,5% азоту).

Колоксилін – це вогненебезпечна, але не вибухова речовина. Застосовується для виробництва баліститних порохів і твердих ракетних палив (ТРП) у суміші з вибуховим розчинником (нітрогліцерином, нітрогліколем), а також динамітів тощо, у виробництві нітролаків і нітроклеїв. На основі колоксиліну одержують целулоїд – тверду пружну пластмасу, пластифіковану камфорою.

Універсальним розчинником для всіх видів технічної нітроцелюлози є ацетон. У процесі виробництва порохів нітроцелюлозу пластифікують, обробляючи її різними розчинниками, а потім ущільнюють і формують з них порохові елементи певної форми і розмірів.

Розчинники – пластифікатори НЦ поділяються на дві групи:

1.Легколетючі пластифікатори – енергетично інертні, знижують калорійність пороху і тому їх вміст в порохах 1 - 5% (спиртовоефірна суміш С2Н5ООН : С2Н2ОСОН5 = 1 : 1,5; ацетон СН3 – СО – СН3). Після формування порохової маси леткий розчинник усувається з пороху до мінімуму, оскільки його надлишок може стати причиною фізичної нестабільності внаслідок високої леткості розчинника; порох стає однорідним нітроцелюлозним і називається піроксиліновим.

2.Важколеткі розчинники – пластифікатори, що сприяють підвищенню калорійності порохів, оскільки є ВР. До них належать: нітрогліцерин ONOCH2 – CH(ONO2)

–CH2ONO2 – потужна ВР, і порох на її базі називається нітрогліцериновим; нітродигліколь O(CH2CH2ONO2)2 – ви- бухово-енергетичні характеристики нижчі, ніж у нітрогліцерину, але він краще розчиняє і пластифікує колоксилін, назва порохів – нітродигліколеві; нітроксилітан CH2 – (CH2ONO2)2CHCH2ONO2 – ВР середньої потужності; назва порохів – нітроксилітанові.

83

Ці розчинники застосовуються до пластифікації низькоазотних НЦ – колоксилінів, і вміст їх у готовому пороху залишається незмінним. Готовий порох складається з двох компонентів – НЦ і вибухового розчинника - і називається двоосновним.

Залежно від природи розчинника-пластифікатора НЦ порохи поділяються на 4 групи: порохи на інертному леткому розчиннику, що усувається в процесі виробництва – піроксилінові порохи; порохи на вибуховому важколеткому розчиннику, що не усуваються в процесі виробництва, – баліститні порохи; порохи на змішаному розчиннику – кордитні порохи; порохи без розчинника – віскозні порохи.

Піроксилінові порохи

Кожний піроксиліновий порох містить у собі піроксилін, дифеніламін (стабілізатор, тобто речовина, що підвищує хімічну стійкість (С6Н5)2Н –1 - 2%), а також летку речовину. Крім них, до складу пороху вводяться добавки для одержання порохів з певними властивостями.

Піроксилінові порохи залежно від добавок поділяються на: малоерозійні порохи, що вміщують протиерозійні добавки (парафін, церезин, вазелін), які знижують роз- гарно-ерозійну дію порохових газів у каналі ствола; безполум’яний порох, який вміщує 3 - 5% полум’ягасних речовин (сульфат калію, каніфоль, смоли тощо) – для гасіння дульного і зворотного полум’я; полум’ягасний порох (ПГ або ПГП), який вміщує 45 - 50% полум’ягасних речовин і застосовується як добавка 10 - 25% до основного заряду для гасіння полум’я; малогігроскопічні піроксилінові порохи (МГ або МГП), які вміщують гідрофобні добавки: дибутилфталат, динітротолуол, тротилове масло (у порохах, позначених ТМ), знижують гігроскопічність у 1,5 - 2 рази; кольоровий піроксиліновий порох (КПП), що вміщує велику кількість органічних фарбників, при згорянні яких утворюється дим різних кольорів.

84

Піроксилінові порохи, при згорянні яких утворюється невеликий розжар каналу ствола, застосовуються в дрібнокаліберній артилерії з дуже високим темпом вогню (наприклад, зенітній), а також в артилерії високої потужності з малою живучістю ствола.

Рисунок 2.5 - Розподіл піроксилінових порохів за формою:

а – пластинні; б, в – зернисті; г – трубчасті

Для запобігання електризації, яка може привести до запалювання порохів при терті, піроксиліновий зернистий порох піддають флегматизації і графітуванню (покриттю тонким шаром графіту).

З метою запобігання випаровуванню розчинника з порохового елемента і захисту від атмосферної вологи піроксилінові порохи зберігають у герметичній укупорці.

Баліститні порохи

Баліститні порохи – це пластифіковані концентровані тверді розчини НЦ (колоксиліну) у важколеткому розчиннику. В деяких порохах, здебільшого в ракетних, застосовуються суміші з двох важколетких розчинників, наприклад, на нітрогліцерині та нітродигліколі.

Баліститний порох практично не дає усадки, оскільки розчинник-пластифікатор залишається у пороху як його компонент.

За призначенням баліститні порохи поділяються на: гарматні (трубки різної довжини); мінометні (пластинки, стрічки, спіралі, кільця); ракетні (шашки ТРП).

85

б

Рисунок 2.6 - Форми і розміри порохових елементів баліститних порохів:

а– трубки різної довжини; б – пластинки; в – шашки ТРП; г – стрічки;

д– кільця, спіралі

На відміну від піроксилінових баліститні порохи мають високі енергетичні характеристики, горять при високій температурі, що сприяє швидкому розжаренню каналу ствола артилерійської гармати.

Вони мають властивість, що полягає у можливості змінювати у широкому діапазоні їх енергетичні характеристики за рахунок зміни кількості важколетких розчинників і введення різних добавок.

Трубчасті баліститні гарматні порохи маркіруються групою калорійності – чим вищий номер групи, тим більша калорійність пороху.

Низькокалорійні порохи часто називаються холодними порохами і застосовуються в зарядах потужних гармат для зниження розжароерозійної дії.

Кордитні порохи

Ці порохи виготовляються з високоазотного піроксиліну, а також леткого (ацетону) і важколеткого (нітрогліцерину) розчинників. Процентний склад: 52 - 73% піроксиліну, 10 - 12% нітрогліцерину, 3 - 5% динітротолуолу,

86

додатковий пластифікатор, 3 - 5% стабілізатора хімічної стійкості і 0,5 - 2% спиртоацетонового розчинника.

Віскозні порохи

Виготовляються без розчинників. Застосовуються для гвинтівочних та пістолетних патронів, а також для виготовлення мінометних зарядів.

2.2.2. Фізико-хімічні властивості нітроцелюлозних порохів

Особливостями нітроцелюлозних (НЦ) порохів є залежність швидкості горіння від їх густини, невисока механічна міцність та залежність крихкості від температури.

Для піроксилінових порохів густина становить 1,56 - 16,4 г/см3, а для баліститних – 1,54 - 1,6 г/см3. Гравіметрична (насипна) густина застосовується для визначення вмісту даного типу пороху, до гільзи або камори гармати. Це відношення маси пороху, вільнонасипаного до судини, до об’єму цієї судини.

Механічна міцність порохових елементів і паливних шашок не дуже висока.

При зниженні температури збільшується крихкість, що призводить до утворення тріщин, які роблять порох непридатним, оскільки під час пострілу з таким порохом за рахунок різкого підвищення тиску порохових газів можливе розривання ствола гармати, а також зменшується розчинність НЦ у різному розчиннику і через деякий час на поверхні пороху з’являються краплі рідини розчинника (явище ексудації). При підвищених температурах НЦ порохи і ТРП стають пластичними, а при тривалому зберіганні спостерігається звітрювання розчинника, що супроводжуються зниженням балістичних і енергетичних характеристик пороху. Стійкість до звітрювання (властивість зберігати стабільність балістичних характеристик) називається балістичною стабільністю.

87

Гігроскопічність НЦ порохів (палив) становить 1,5 - 2% (кількість вологи у складі пороху). Збільшення вологості пороху призводить до зменшення енергетичних і балістичних характеристик пороху (від 1% вологи – на 10 - 15% зменшується тиск порохових газів). Для зменшення гігроскопічності порохів до них додають спеціальні гідрофобні добавки, а також зберігають у герметичній металічній укупорці.

Хімічна стійкість визначає термін зберігання пороху (більше 20 років), однак при тривалому зберіганні порохи поступово втрачають хімічну стійкість і, отже, енергетичні і балістичні характеристики. Найважливіші ознаки: зміна запаху, зміна зовнішнього вигляду, зелений наліт на гільзах, порушення механічної міцності тощо. Придатність пороху визначається засобом лакмусової проби.

Характеристики порохів

Властивості порохів оцінюють енергетичними та балістичними характеристиками, які залежать від природи та складу пороху.

Теплота горіння, або калорійність пороху,

кДж

Qдж – кількість теплоти, що виділилася при згорян-

кг

ні у постійному об’ємі 1 кг пороху з урахуванням теплоти конденсації води, що утворилася при цьому.

Між кількістю теплоти, що виділилась при згорянні пороху, і початковою швидкістю снаряда існує пряма залежність.

Енергія порохових газів, що утворилася при пострілі:

де Qдж – калорійність пороху;

– маса порохового заряду.

На підставі закону про збереження енергії

88

де n – кількість молей порохових газів, що утворюються при згорянні 1кг пороху;

T1 – температура горіння пороху;

P0 – атмосферний тиск, Па;

W1 – об’єм газоподібних продуктів горіння 1 кг

пороху.

Тиск порохових газів у каналі ствола під час пострілу можна обчислювати за спрощеним рівнянням Ван-дер- Ваальса для реальних газів:

де – питомий коволюм порохових газів (власний об’єм молекул порохових газів 1 кг пороху)

кг

V– об’єм судини, у якій спалюється порох;

– маса пороху;

T – температура порохових газів.

Враховуючи, що n R T1=f – сила пороху, – гу-

V

стина заряджання, то максимальний тиск порохових газів у замкненому об’ємі в момент повного згоряння пороху дорівнюватиме:

Це основне рівняння внутрішньої балістики, що описує рух снаряда в стволі гармати під дією порохових газів. З ньо-

90