Нитроцеллюлозные пороха.

Пороха являются метательными взрывчатыми веществами. Основной вид взрывчатого превращения – горение, не переходящее в детонацию. Пороха легко воспламеняются и горят параллельными слоями, что позволяет в широких приделах регулировать образование пороховых газов и управлять явлением выстрела.

Нитроцеллюлозные пороха – официально принятое во внутренней баллистике название, они же бездымные, они же коллоидные. Пороха это пластифицированные нитраты целлюлозы разного происхождения от хлопковой ваты, первичной целлюлозы из древесины, измельченного пергамента и вискозной нити до резаной макулатуры. Это основная причина различного качества пороха от разных производителей.

Нитраты целлюлозы получают обработкой целлюлозы азотной кислотой и характеризуются средним содержанием азота. Нитраты целлюлозы со средним содержание азота выше 12% называются пироксилинами, именно они являются основой порохов для стрелкового оружия.Появились технологии переработки армейских порохов на охотничьи пороха.

Пироксилины очень хрупкие, и из них нельзя получить одинаковые по форме и размеру, относительно стойкие к механически воздействиям зерна. Поэтому из них в начале получают пластичные и термопластичные массы путем добавления растворителей (пластификаторов). По типу растворителя делятся на одноосновные (Single base powders) и двухосновные (Double base powders).

Одноосновные пороха - это пороха на летучих растворителях, эфирноспиртовых смесях.
Излишки, которых после формирования зерна, удаляются сушкой.
Двухосновные пороха это пороха на труднолетучих и не летучих расточителях, это либо нитраты многоатомных спиртов (нитроглицерин, ниродигликоль и др.), либо ароматические соединения ( ди- и тринитротолуол и др.).

Есть еще пороха эмульсионного приготовления, на эмульсии смешанных растворителей в воде.
Во время работы над этой статьей появилась перепроверенная на баллистическом комплексе информация.

Патроны, снаряженные одноосновным порохом G3000/32A в прошлом году и хранившиеся в помещении при влажности порядка 30% показали максимальное давление более чем на 200 бар выше по сравнению со свежими (786-862 против 596-628 бар). Что уже не допустимо для ружей с патронниками 70 и 65 мм т.к. это выше среднего максимального эксплуатационного давления. О получении качественной дробовой осыпи при таком максимально давлении и речи быть не может.

По мнению специалистов это объясняется требованиями ТУ по хранению патронов и порохов именно одноосновных. Влажность в помещении хранения должна быть не ниже 62%, нижняя граница мне не известна и требует уточнения. Рекомендуют перед использованием выдержать такие патроны 2 недели в помещении с влажностью порядка 60%.

Патроны, снаряженные двухосновным порохом M92S, никакой разницы при отстреле не показали. Свойства этих порохов меньше зависят от условий хранения.

http://forum.guns.ru/forummessage/11/1070113-58.html (От редакции: на момент публикации статьи ссылки не работали, это связано с техническими проблемами на guns.ru, длящиеся порядка недели)

Свойства порохов.

Плотность (удельный вес) для стрелкового оружия находится в пределах 1,3 -1,64 г/см3, в расчетах практически не применяется и производителями не сообщается.

Форма и размеры зерна. Это главный показатель определяющий скорость горения и газообразования. Определяющим размером является наименьшая толщина горящего слоя.
Зерна прямоугольной формы горят быстрей, чем сферические.

Прогрессивность – свойство пороха увеличивать скорость горения и газообразования с увеличением заснарядного пространства. В порохах для стрелкового оружия прогрессивность регулируется размерами зерна, глубиной пропитки и составом флегматизаторов. В артиллерийских порохах - за счет конструкции зерна, наличия трех и более каналов, покрытия поверхности негорючими веществами - зерно горит со средины и поверхность горения постоянно увеличивается.

Горение сопровождается значительным выделением газообразных продуктов и тепла.
При нормальном режиме горения в продуктах горения содержится в основном углекислый газ, угарный газ, водород, азот и пары воды.

Если в продуктах горения появляются окислы азота в большом количестве, то это признак аномального горения. При этом мощность пороха уменьшается в два раза.

Порох переходит в такой режим горения при давлении ниже 40-50 бар по одним источникам и 150 бар по другим. При этом порох может даже прекратить горение в стволе. Это могут часто наблюдать владельцы полуавтоматических ружей при чистке ударно спускового механизма.

Полагаю, что величина 150 бар относится к порохам для стрелкового оружия. Этим объясняется требование поддержания максимального давления на максимально допустимом уровне и рекомендации использовать пороха с номинальными для них весами снарядов. Так считается, что 35 граммовый порох Сокол следует применять со снарядами не легче 28 г, далее срыв в аномальный режим горения и потеря постоянства боя.

Энергетические характеристики порохов.

Объем газообразный продуктов горения 1 кг пороха. Зависит от природы, состава пороха и условий горения. Для ниторопорохов, предназначенных для стрелкового оружия, объем продуктов горения приведенный к нормальным условиям (0 градусов Цельсия, 760 мм рт. ст. при парообразной воде) составляет 910-920 л/кг. Для дымного пороха эта величина в 3 раза меньше.

Тепловой эффект, или количество тепла выделяемого при сгорании 1 кг пороха.
Для порохов, предназначенных для стрелкового оружия, - 8000-9000 ккал/кг.
Температура горения 2800-2900 градусов Кельвина.

Сила пороха.

Это работа, которую могли бы совершить газообразные продукты горения 1 кг пороха расширившись про атмосферным давление (760 мм рт.ст.) при нагревании их от ноля до температуры горения в градусах Кельвина. Для порохов, предназначенных для стрелкового оружия 1 000 000 Дж.

Коволюм. Это величина, характерная для определенного типа пороха, пропорциональная объему газовых молекул, и оказывающая влияния на величину давления. При относительно низких давлениях, как в гладкоствольном ружье, им можно пренебречь.

Скорость горения пороха при Р=1 бар. Зависит от химического состава пороха.
Эта скорость горения зависит от содержания летучих веществ.
Сила пороха при сгорании в постоянном объеме влияет на величину давления и скорость его нарастания, скорости горения при Р=1 бар – только на скорости нарастания давления.
Они являются баллистическими характеристиками пороха.

Кроме баллистических характеристик на величину и характер нарастания давления влияет плотность заряжания, которая является характеристикой условий заряжания. Плотность заряжания представляет собой отношение веса заряда к объему, в котором горит порох.

Гравиметрическая плотность. Она характеризует степень компактности заряда при данной плотности пороха, она больше у пороха, зерна которого имеют скругленные края и меньше у пороха с прямоугольными краями и выступающими ребрами. Наибольшую гравиметрическую плотность имеет порох с шаровой и прутковой формой зерна.

Гравиметрическая плотность (объемный, насыпной вес) принято измерять в г/дм3 (г/л), в порохах для гладкоствольного оружия находится в пределах 450-650. В линейке порохов одного производителя, чем больше гравиметрическая плотность, тем меньше скорость горения и выше прогрессивность.

В патроне для гладкоствольного ружья, при плотных способах снаряжения и поджатием пороха гравиметрическая плотность остается неизменной и не зависит о величины первичного сжатия и поджатия усилием завальцовки, что на конечные параметры выстрела не влияет.

Таким образом, имеются три баллистические характеристики:

Сила пороха.
Скорость горения при Р= 1 бар
Размеры и форма зерна.

И характеристику условий заряжания – плотность заряжания.

Основные фазы процесса горения. Скорость горения.

В процессе горения различают три фазы: зажжение, воспламенение и горение.

Зажжение – процесс начала горения под действием внешнего импульса, взрыва КВ. После того как порох загорится хотя бы в одной точке, реакция горения идет сама собой за счет выделенного при этом тепла. Началу горения предшествует нагрев и появление горючих газов. При зажжении порох должен нагреваться быстро, так как при медленном нагревании горючие газы разлагаются, и порох быстро теряет свои баллистические свойства.

Для этого создаваемое капсюлем давление в каморе должно быть не ниже некоторого предела, который зависит от состава ВВ капсюля, природы пороха, плотности заряжания, калибра ружья. Капсюля для воспламенения спортивных и охотничьих нитропорохов делятся на три класса: мощные, средние и слабые. Универсальными считаются мощные капсюли.

Вопрос применения различных по мощности капсюлей в зависимости от типа пороха, калибра и условий заряжания требует отдельного рассмотрения.

Если мощность воспламеняющего импульса не достаточна, и давление его мало, то воспламенение может не произойти, или получится затяжной выстрел. Этим обосновываются рекомендации подсыпки дымного пороха при снаряжении с нитропорохом и маломощным капсюлем ЦБО, который предназначен для дымного пороха.

Бездымный порох загорается при температуре 200 градусов Цельсия, дымный при 300.
После зажжения одновременно идут два процесса - воспламенение и собственно горение.

Воспламенение – процесс распространения горения по поверхности пороховых зерен. Скорость воспламенения главным образом зависит от давления, состояния поверхности зерна пороха (гладкая, шероховатая, пористая), от его природы, формы, от состава газов и продуктов горения КВ.

Горение пороха – процесс распространения реакции горения вглубь порохового зерна перпендикулярно к поверхности пороха. Скорость горения также зависит от давления окружающих порох газов, его природы и температуры горения.

На открытом воздухе скорость воспламенения бездымных порохов в 2-3 раза выше, чем скорость горения.
Дымный порох воспламеняется в сотни раз быстрее, чем бездымный 1-3 м/с и 10 мм/с, соответственно.

Анализируя формулу Закона горения, с достаточной точностью можно принять, что скорость горения порохов для стрелкового оружия прямо пропорционально давлению.

Понятие о теории горения пороха.

С тридцатых годов прошлого столетия во внутренней баллистике принята теория горения Беляева – Зельдовича. Считается, что сначала происходит разложение твердого пороха и образование газов, которые вступают в горение при сильном повышении температуры в газовой фазе. На поверхности пороха температура относительно не высока и соответствует первичному разложению клетчатки.
Относительно поверхности зерна пороха с каждой из двух его сторон есть три зоны.

В зоне непосредственно на поверхности зерна происходит реакция разложения и газообразования. Толщина этой зоны зависит от толщины зерна, чем оно толще, тем меньше эта зона, и меньше скорость горения. Над ним газообразный слой и только в последнем третьем слое происходит реакция горения. Между твердой поверхностью зерна и горящим слоем всегда есть не горящий газовый слой.

Т.к. все зерна заряда воспламенились одновременно, то время горения всего заряда будет определяться времени горения самого толстого зерна, в идеале все зерна должны быть одинаковые и горение закончится одновременно.