Баллистические характеристики пороха

Баллистическими характеристиками пороха называют величины, от которых зависит наибольшее давление - Р_m и скорость нарастания давления  при сгорании пороха в постоянном объеме. Они зависят от физико-химических характеристик пороха, технологии его изготовления и геометрических размеров порохового зерна.

1. Сила пороха ƒ, кгдм/кг – представляет собой работу, которую могли бы совершить газообразные продукты горения 1 кг пороха, расширяясь изобарически под атмосферным давлением при нагревании их от 0 до температуры горения Т₁ К. Сила пороха вычисляется по формуле

ƒ =

       где: R – газовая постоянная пороховых газов

         Рa = 103,3 кг/дм² - атмосферное давление (760 мм рт. ст.)

Сила пороха изменяется для нитроцеллюлозных порохов от 800000 до 1250000 кгдм/кг. Сила пороха находится из обработки опытных данных.

2. Коволюм – α, в дм³/кг. Эта поправка, характерная для данного сорта пороха пропорциональная собственному объему газовых молекул и оказывающая влияние на величину давления. Строго говоря, коволюм уменьшается с увеличением давления. Находится он из обработки опытных данных и до 4000 атм., принимается постоянным. Г.П. Киснемский дает выражение для коволюма α = 0,00108 ω₁. Значение коволюма уменьшается с увеличением температуры горения пороха Т₁. Например, для американских пироксилиновых порохов при постоянной плотности заряжания Δ =0,3 кг/дм³ имеются следующие данные расчета Т₁ = 2400 К, α = 0,93 дм³/кг; при Т₁ = 2800 К, α = 0,89 дм³/кг; Т₁ = 3620 К, α = 0,86 дм³/кг.

Точность определения значения коволюма невелика и его абсолютная ошибка равна Δα = 0,02 дм³/кг при тщательном эксперименте.

3. Коэффициент при скорости горения – U₁ , является как ƒ и α производной от физико-химических свойств пороха, его состава, из которого он изготовлен и технологии его изготовления. U₁ зависит также от условий хранения и температуры, при которой он был выдержан. В американской литературе для U₁ пироксилиновых порохов дается эмпирическая формула

U₁ =  

где: ε = 694000(N – 6,37) – энергия пороха в кгдм/кг;

  tº - температура пороха;

  h – процентное содержание летучих веществ, удаляемых шестичасовой сушкой (влага);

  h^' – процентное содержание остаточного растворителя не удаляемого шестичасовой сушкой;

       N – процентное содержание азота.

Для наших пироксилиновых порохов лучше подходит более удобная для расчетов аналогичная формула

U₁ =     ,

где: 220 – температура воспламенения пороха

Его энергия ε = 700000(N – 6,37) кгдм/кг

Эти формулы показывают влияние отдельных факторов на коэффициент скорости горения. Наибольшее влияние оказывает начальная температура пороха – tº. Для обычного орудийного пороха повышение температуры от +15 ºС до +40 ºС приводит к увеличению максимального давления газов в орудии на 15 – 20 %. Темперацией порохового заряда на 40 ºС готовят «усиленный» заряд для баллистических испытаний.

В настоящее время за счет различных добавок изготовляются так называемые «безградиентные» пороха, в которых начальная температура заряда практически не влияет на баллистику выстрела.

Необходимо отметить влияние других факторов, которые трудно поддаются расчетам. К таким факторам относятся, например, микротрещины в исходном сырье, микротрещины, размеры которых зависят от скорости протяжки пороховой массы через фильеры, влияние толщины порохового зерна, от которой зависит степень прогревания зерна.

О влиянии скорости протяжки пороховой массы через фильеры известен такой факт: с целью увеличения скорости прохождения массы через фильеры было предложено смазать инструменты индустриальным маслом. Действительно производительность увеличивалась примерно на 10 %. Опытные стрельбы показали, что максимальное давление пороховых газов увеличилось на 3 %, по сравнению с порохом, изготовленным без смазки инструмента.

Значения ƒ, α и U₁ для различных порохов приведены в таблице 6.

Таблица 6

Порох	ƒ, кг*дм2 /кг	α, дм3/кг/кг	U1
Пироксилиновые	770000 – 950000	0,90 – 1,1	0,000006 – 0,000009
Нитроглицериновые	900000 –1200000	0,75 – 0,85	0,000007 – 0,000015
Дымные	280000 – 300000	~ 0,5	-

4. Баллистические коэффициенты формы пороха – χ, λ, μ, характеризуют относительные размеры и форму порохового зерна. Эти величины, совместно с начальной толщиной горящего свода – 2е, определяют закон образования газов и скорость нарастания давления при горении пороха.

Кроме баллистических характеристик пороха на величину и характер нарастания давления влияет плотность заряжания Δ, которая является одним из параметров заряжания.

Плотность заряжания есть отношение веса заряда ω к начальному объему W₀, в котором происходит горение пороха.

                   кг/дм³

В пределе, если заполнить весь объем W₀ порохом, плотность заряжания – Δ достигнет значение гравиметрической плотности – Δ_г.

Таким образом, диапазон изменения Δ:

                   0 < Δ ≤ Δ_г

В некоторых случаях для достижения сверх высоких давлений (более 10000 кг/см²) в орудии использовали подпрессовывание порохового заряда, и плотность заряжания была больше гравиметрической плотности и достигала 1,1 – 1,2 кг/дм³. Имеются данные об использовании монолитных зарядов с каналом в виде звездочки для стрелкового оружия, плотность заряжания также достигает значений 1,0 – 1,1 кг/дм³.

Оптимальная плотность заряжания в орудии, при которой достигается высокая стабильность выстрела, как показывают стрельбы, находится в пределах Δ = 0,6 – 0,7 кг/дм³.

Классификация пороховых зарядов, в зависимости от характера применения заряда, делятся на три группы:

1. Боевые заряды, которые применяются при боевых стрельбах;

2. Практические заряды, которые применяются для испытания материальной части артиллерии и боеприпасов (усиленные заряды), для практических занятий при обучении стрельбе;

3. Холостые заряды, которые применяются во время маневров и для производства салютов.

Как правило, пороховой заряд к орудиям крупного и среднего калибра является комбинированным, состоящий из двух марок порохов, не считая навеску воспламенителя.