Огневой процесс в стволе

Пороховой заряд винтовочного патрона весом 3,25 г при выстреле сгорает примерно за 0,0012 с. При сгорании заряда выделяется около 3 калорий тепла и образуется около 3 л газов, температура которых в момент выстрела равна 2400-2900°С. Газы, будучи сильно нагретыми, оказывают высокое давление (до 2900 кг/см²) и выбрасывают пулю из ствола со скоростью свыше 800 м/с. Общий объем раскаленных пороховых газов от сгорания порохового заряда винтовочного патрона примерно в 1200 раз больше по объему, чем было пороха до выстрела.

Выстрел из стрелкового оружия происходит в следующем порядке, от удара бойка по капсюлю боевого патрона, запертого в патроннике, его инициирующее вещество, зажатое между жалом ударника и наковальней гильзы, воспламеняется, это пламя через затравочные отверстия выбрасывается к пороховому заряду и охватывает зерна пороха. Весь заряд пороха загорается почти одновременно. Образующееся при сгорании пороха большое количество газов создает высокое давление на дно пули и стенки гильзы. Это давление газов создает растяжение в ширину стенок гильзы (при сохранении их упругой деформации), и гильза плотно прижимается к стенкам патронника, препятствуя, как обтюратор, прорыву пороховых газов назад к затвору.

В результате давления газов на дно пули она сдвигается с места и врезается в нарезы. Вращаясь по нарезам, пуля продвигается по каналу ствола с непрерывно возрастающей скоростью и выбрасывается по направлению оси канала ствола.

Давление газов на противоположные стенки ствола и патронника также вызывает их незначительную упругую деформацию и взаимно уравновешивается. Давление газов на дно гильзы запертого затвором патрона вызывает движение оружия назад. Это явление называется отдачей. Согласно законам механики отдача возрастает с увеличением порохового заряда, веса пули и с уменьшением собственного веса оружия.

Во всех странах боеприпасы стараются делать очень высокого качества. Несмотря на это время от времени имеет место производственный брак или боеприпасы портятся от неправильного хранения. Иногда после удара бойком по капсюлю выстрела не последует или он происходит с некоторым запозданием. В первом случае имеет место осечка, во втором - затяжной выстрел. Причиной осечки чаще всего бывает отсыревание ударного состава капсюля или порохового заряда, а также слабый удар бойка по капсюлю. Поэтому необходимо оберегать боеприпасы от влаги и содержать оружие в исправном состоянии.

Затяжной выстрел является следствием медленного развития процесса воспламенения порохового заряда. Поэтому после осечки не следует сразу же открывать затвор. Обычно после осечки отсчитывают пять-шесть секунд и только после этого открывают затвор.

При сгорании порохового заряда только 25-30% выделяемой энергии затрачивается в качестве полезной работы на выброс пули. На совершение второстепенных работ - врезание в нарезы и преодоление трения пули при движении по каналу ствола, нагревание стенок ствола, гильзы и пули, перемещение подвижных частей в автоматическом оружии, выброс газообразной и несгоревшей части пороха - используется до 20% энергии порохового заряда. Около 40% энергии не используется и теряется после вылета пули из канала ствола.

Задача порохового заряда и ствола - разогнать пулю до необходимой полетной скорости и придать ей убойную боевую энергию. Процесс этот имеет свои особенности и происходит в несколько периодов.

Предварительный период длится от начала горения порохового заряда до полного врезания оболочки пули в нарезы ствола. В течение этого периода в канале ствола создается давление газов, необходимое для того, чтобы сдвинуть пулю с места и преодолеть сопротивление ее оболочки врезанию в нарезы ствола. Это давление называется давлением форсирования, оно достигает 250-500 кг/см² в зависимости от геометрии нарезов, веса пули и твердости ее оболочки. Горение порохового заряда в этом периоде происходит в постоянном объеме, оболочка врезается в нарезы мгновенно, а движение пули по стволу начинается сразу же при достижении в канале ствола давления форсирования. Порох в это время еще продолжает гореть.

Первый, или основной, период длится от начала движения пули до момента полного сгорания порохового заряда. В этот период сгорание пороха происходит в быстро изменяющемся объеме. В начале периода, когда скорость движения пули по каналу ствола еще не велика, количество газов растет быстрее, чем объем пространства между дном пули и дном гильзы (запульного пространства), давление газов быстро повышается и достигает наибольшей величины - 2800-3000 кг/см² (см. схемы 111, 112). Это давление называется максимальным давлением. Оно создается у стрелкового оружия при прохождении пулей 4-6 см пути. Затем, вследствие быстрого увеличения скорости движения пули, объем запульного пространства увеличивается быстрее притока новых газов, давление в стволе начинает падать и к концу периода оно достигает примерно 3/4 искомой начальной скорости пули. Пороховой заряд сгорает незадолго до того, как пуля вылетит из канала ствола.

Схема 111. Изменение давления газов и нарастание скорости пули в стволе винтовки образца 1891-1930 гг.

Схема 112. Изменение давления газов и скорости пули в стволе малокалиберной винтовки

Второй период длится от момента полного сгорания порохового заряда до момента вылета пули из канала ствола. С началом этого периода приток пороховых газов прекращается, однако сильно сжатые и нагретые газы продолжают расширяться и, продолжая оказывать давление на пулю, увеличивают скорость ее движения. Спад давления во втором периоде происходит довольно быстро и у дульного среза составляет у винтовки 570-600 кг/см².

Третий период, или период последействия газов, длится от момента вылета пули из канала ствола до момента прекращения действия пороховых газов на пулю. В течение этого периода пороховые газы, истекающие из канала ствола со скоростью 1200-2000 м/с, продолжают действовать на пулю и сообщают ей дополнительную скорость. Наибольшей, максимальной, скорости пуля достигает в конце третьего периода на удалении нескольких десятков сантиметров от дульного среза ствола. Этот период заканчивается в тот момент, когда давление пороховых газов на дно пули будет уравновешено сопротивлением воздуха.

Какое практическое значение имеет все вышеизложенное? Посмотрите на схему-график 111 по винтовке калибра 7,62 мм. Исходя из данных этого графика, становится понятным, почему длину винтовочного ствола практически не имеет смысла делать более 65 см. Если его делать длиннее, скорость пули возрастает очень незначительно, а габариты оружия бессмысленно увеличиваются. Становится понятно, почему трехлинейный карабин с длиной ствола 47 см и скоростью пули 820 м/с имеет практически такие же боевые качества, как и трехлинейная винтовка с длиной ствола 67 см и начальной скоростью пули 865 м/с.

Аналогичная картина наблюдается и у малокалиберных винтовок (схема-график 112) и особенно у оружия под 7,62-миллиметровый автоматический патрон образца 1943 года.

Длина нарезной части ствола автомата АКМ составляет всего 37 см при начальной скорости пули 715 м/с. Длина нарезной части ствола ручного пулемета Калашникова, стреляющего теми же патронами, - 54 см, на 17 см больше, а пуля разгоняется незначительно - начальная скорость пули 745 м/с. Но у винтовок и пулеметов ствол приходится делать удлиненным для большей кучности боя и для удлинения прицельной линии. Эти параметры обеспечивают повышенную точность стрельбы.