-определить влияние соприкосновения горящих поверхностей по­ роха на увеличение интенсивности газообразования;

-исследовать процессы флегматизации пороховых элементов;

-исследовать процессы старения порохов и прогнозировать сроки технической пригодности зарядов в различных условиях хранения и экс­ плуатации.

4.2. Особенности горения порохов с узкими каналами

Особый характер горения порохов с узкими каналами был замечен в

двадцатых годах, когда при стрельбах порох Киснемского с большим чис­

дал ожидаемых результатов, но даже не показал преимуществ перед порохами с семью каналами.

Анализ показывает, что опытные характеристики Гоп порохов с узки­ ми каналами отличаются от теоретических значительно больше, чем Гоп порохов простой формы (лента, короткая трубка), у которых на участке vp от 0,3 до 0,8...0,9 опытные и теоретические кривые удельной интенсивности газообразования Г совпадают. У порохов с узкими каналами такого совпа­ дения нет (рис. 11).

На приведенных (см. рис. 11) графиках нет участков совпадения опытных и теоретических кривых газообразования. Резко расходясь в начале горения после воспламенения, кривые Гоп идут, все время убывая, тогда как теоретические кривые Гт непрерывно растут до момента распада. Опытные кривые Гоп, совершенно не имеют участка прогрессивного горе­ ния, несмотря на прогрессивность формы. Кроме того, на опытных кривых, в отличие от теоретических, отсутствует угловая точка в момент распада. Также было отмечено, что порох прогрессивной формы с узкими каналами горит тем дегрессивнее, чем прогрессивнее его форма.

Рис. 11. Опытные и теоретические кривые удельной

интенсивности газообразования порохов

прогрессивной формы

Таким образом, действительное горение таких порохов имеет обрат­ ный характер по сравнению с тем, каким оно должно быть по геометриче­ скому закону горения.

Рассмотрим следующие опытные данные.

Если на открытом воздухе зажечь две ленты пороха, то каждая в от­ дельности горит спокойно. Но если их сблизить, чтобы их горящие поверх­ ности соприкасались, то интенсивность горения резко возрастает, а газы с силой выбиваются из щели между горящими плоскостями. Это показыва­ ет, что между близко соприкасающимися горящими поверхностями созда­ ется повышенное давление газов.

Опыты в манометрической бомбе подтвердили, что при одинаковой форме пороховых элементов интенсивность горения зависит от взаимного расположения горящих поверхностей. Классическим примером вышеска­ занного может служить совместное горение пороховых элементов, имею­ щих форму трубки и прута, причем диаметр прута должен быть незначи­ тельно меньше диаметра канала трубки. Если прут поместить в трубку, то ордината Гоп увеличится, а время горения сократится по сравнению с раз­ дельным горением этих элементов. Поверхность горения в обоих вышерас­ смотренных случаях одна и та же, внешние условия - те же, материал один и тот же. Разница в геометрии, т. е. скорость горения в узкой щели, уве­ личивается в результате повышения в этой щели давления. По мере разгара каналов горящие поверхности удаляются одна от другой, интенсивность газообразования падает, величина Гоп убывает.

Геометрический закон предполагает, что горение на всей пороха происходил настолько медленно, что малейшие различия в давлении в разных местах заряда успевали бы выравняться.

Рассмотрим условия увеличения интенсивности газообразования.

Введем обозначения: S *- наружная поверхность горящего зерна; 5" - по­

верхность всех каналов. Формула быстроты газообразования в этом случае примет вид:

S' \ S " ^ рн

Неравномерное горение пороха под разными давлениями происходит так, как будто поверхность его каналов увеличивается в /?в„ /ртр раз (в действи­ тельности увеличивается скорость горения).

Другой причиной отклонения от геометрического закона является ис­ течение газов, которое направлено на выравнивание давлений внутри кана­ ла и на наружной поверхности. Чем уже и длиннее канал, тем больше пе­ репад давлений Рт^Ртр и скорость истечения. При чрезмерно большой длине канала перепад давлений может привести к разрушению зерна, что наблюдалось на практике, или к скоростям газового потока, значительно превышающим Vnр, при которых наблюдается эрозионное горение. Таким образом, узкие и длинные каналы создают условия неравномерности горе­ ния на различных поверхностях.

На основании вышеизложенного становится ясно, почему при горе­ нии пороха с узкими каналами (прогрессивного по форме) приведенная быстрота газообразования в начале горения будет значительно больше

предусмотренной геометрическим законом горения. Кривая Гоп(у) будет расположена много выше теоретической кривой Гт. По мере горения эта разница сглаживается, приведенная быстрота газообразования будет меньше отличаться от теоретической, и в общем в течение всего процесса горения пороха, прогрессивного по форме, величина Г может убывать. Следовательно, горение пороха прогрессивной формы будет иметь дегрессивный характер.

Чем уже и длиннее каналы, чем больше их число в зерне, тем больше отношение поверхности всех каналов SKк общей поверхности S, тем резче сказывается неравномерность горения, тем больше отклонение от геометрического закона.

4.3. Анализ горения флегматизированных порохов

на основе применения функции Гоп

Процесс пропитки пороха веществом, замедляющим скорость горе­ ния, есть процесс флегматизации пороха. К флегматизирующим вещест­ вам относят камфару, ДНТ и другие. Так как процесс пропитки идет с на­ ружной поверхности в глубь пороховых зерен, то, естественно, в наруж­ ных слоях концентрация флегматизатора выше, а скорость горения щ меньше, чем во внутренних. Флегматизация должна проводиться так, что­ бы флегматизатор не проникал во внутренние слои, которые должны го­ реть с нормальной скоростью (рис. 12).

Чем больше концентрация флегматизатора С, тем меньше скорость горения И]. Получается искусственное изменение скорости горения щ от наименьшей в наружных слоях до нормальной (присущей данной природе пороха) во внутренних. Изменяя природу пороха по слоя1^ можно создать прогрессивно горящий порох даже при дегрессивной его форме.

г

а

Рис. 12. Зависимости Гоп,\|/ нефлегматизированных (а)

и флегматизированных (б) порохов дегрессивной формы

Обработка результатов опытов, проводимых в бомбе, и построение графиков Гоп, для обычного и флегматизированного порохов позволяют об­ наружить не только влияние флегматизации на изменение характеристики прогрессивности Гоп, но и определить закон изменения щ от слоя к слою и глубину проникновения флегматизатора в толщу пороха.

Кривые Го п флегматизированного пороха не имеют скачков. В пер­ вой половине процесса наблюдается прогрессивное горение, во второй по­ ловине не проявляется явление флегматизации. Начало совпадения кривых - глубина проникновения флегматизатора.

Применение флегматизированного пороха дает ряд преимуществ при стрельбе. Прогрессивность горения позволяет, не повышая величины мак­ симального давления в канале ствола ртах, увеличить общее количество энергии пороховых газов и за этот счет увеличить дульную скорость снаря-

да Уд. Кинетическая энергия снаряда на дульном срезе W = mVl- опре­

деляется работой пороховых газов над снарядом, выражение для которой можно получить следующим образом. Запишем известное из курса физики выражение для элемента работы dA = Fdl = pSdl. Здесь р - давление в ка­ нале ствола (зависит от координаты снаряда /), S - площадь дна снаряда. Работа производится на участке от 0 до /д, тогда можем записать

о

Таким образом, кинетическая энергия снаряда определяется площа­ дью под кривой р на графике. На рис. 13 приведены кривые зависимости

р(Г) для зарядов из флегматизированного и нефлегматизированного порохов. Из рисунка видно, что площадь под кривой давления для флегмати­ зированного пороха больше.

р

Рис. 13. Индикаторные диаграммы зарядов из нефлегматизированного (а)

и флегматизированного (б) порохов

Следует иметь в виду, что флегматизация приводит к уменьшению скорости горения, т. е. к уменьшению удельной интенсивности газообразо­ вания. Поэтому для получения заданной величины максимального давления в канале ствола вес заряда из флегматизированного пороха должен быть больше веса заряда из нефлегматизированного пороха.

Рассмотрим конкретный пример применения зарядов из нефлегмати­ зированного и флегматизированного порохов для винтовочного выстрела калибра 7,62 мм. Вес заряда из нефлегматизированного пороха составлял 2,4 грамма и обеспечивал максимальное давление 300 МПа. Вес заряда из флегматизированного пороха в 3,25 грамма обеспечил это же максимальное давление. При этом дульная скорость Уд увеличилась с 720 до 870 м/с.

5 ПОЛНЫЙ БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОРОХОВ

ПО ОПЫТАМ В МАНОМЕТРИЧЕСКОЙ БОМБЕ

Установка для экспериментального исследования горения порохов в постоянном объеме включает в себя манометрическую бомбу и устройст­ во, обеспечивающее регистрацию изменения давления газообразных про­ дуктов в процессе горения пороха. Манометрическая бомба состоит из тол­ стостенного стального корпуса 1 цилиндрической формы, рассчитанного на внутренние давления до 300 МПа, и двух ввинчивающихся в него втулок - запальной 2 и измерительной 3 (рис. 14).

Внутрь корпуса помещается навеска пороха 4 и воспламенитель 5.

Вес заряда пороха и вес воспламенителя рассчитываются из цели опыта и известного объема бомбы, но плотность заряжания не должна превышать 0,25 для пироксилиновых и 0,22 для баллиститных порохов (см. п. 5.1).