Воспламенение и горение порохов | Большая охота
Характеристики воспламенения и горения пороха
На страницах нашего сайта мы не только говорим об охоте, о повадках диких животных (тут вы можете прочесть о повадках волка), которые становятся добычей охотников, но и об охотничьем снаряжении и оружии, а также, о снаряжении патронов. Для того, чтобы правильно их снарядить, не помешает прежде изучить характеристики самого пороха. И, именно этому, воспламенению и горению разных видов порохов, их особенностям и характеристикам мы предлагаем вам уделить внимание в нашей сегодняшней публикации…
Свойства порохов
Экспериментально установлено, что охотничьи пороха при отсутствии давления совершенно не воспламеняются и не горят. Воспламенение и горение порохов начинается только при давлениях, которые равны примерно 0,1 атм. При атмосферном давлении на открытом воздухе пороха способны воспламеняться от источника пламени, но горят они с очень малой скоростью (около 0,2-0,4 сантиметра в секунду). С повышением давления возрастает и скорость горения.
На рисунке №1 приведены скорости горения (в зависимости от давления) порохов Сокол и нитроглицеринового.
Наиболее надежное воспламенение и устойчивое горение охотничьих порохов начинается только при давлениях в камере патрона, равных 25-40 килограмма на квадратный сантиметр. На величину скорости горения большое влияние оказывает и температура заряда самого пороха. При этом, температура заряда, как правило, равна температуре окружающей среды, поэтому, даже при одном и том же давлении в камере сгорания скорость горения пороха зимой и летом колеблется в довольно широком диапазоне – смотрите рисунок №2.
Таким образом, для воспламенения охотничьих порохов в патроне будет недостаточно только одного источника пламени. Для надежного воспламенения и горения порохов с необходимой скоростью для ружейного выстрела в камере сгорания необходимо предварительно создать давление 25-40 килограммов на квадратный сантиметр и повышенную температуру
. Для этих целей и необходим капсюль.вернуться к содержанию ↑
Роль капсюля в воспламенении пороха
Капсюль является не только источником пламени для воспламенения пороха, но он служит, главным образом для того, чтобы повысить давление и температуру в кармане сгорания патрона, при которых и начинается устойчивое горение пороха с большими скоростями. Недостаточно мощный капсюль может привести к очень медленному воспламенению и горению пороха – и к затяжному выстрелу в итоге.
Казалось бы, во все случаях мощность капсюля полезно увеличивать, но в действительности такое увеличение полезно только до определенного предела. Чрезмерно мощный капсюль может явится причиной перехода горения пороха в детонацию – мгновенное сгорание, при котором происходит резкое повышение давления, что может привести к опасным последствиям.
Выпускаемый в настоящее время капсюль Жевело-мощный для порохов Сокол и нитроглицеринованного при правильном снаряжении патрона (подробнее о снаряжении охотничьих патронов) обеспечивает вполне надежные условия воспламенения и сгорания. Поэтому, добавлять в капсюль Жевело дымный порох не стоит.
На рисунке №3 показа зависимость скорости горения порохов Сокол и нитроглицериннового от давлений, развиваемых в канале ствола. Как видно из рисунка, скорость горения нитроглицеринованного пороха приблизительно в 2 раза больше, чем пороха Сокол. Исходя из этого, как увидим в дальнейшем, значительно изменяются и показатели внутренней и внешней баллистики дробового выстрела.
вернуться к содержанию ↑
Факторы влияния на характеристики пороха
На характер горения пороха и процесс нарастания давления в канале ствола при выстреле большое влияние оказывают также такие факторы, как форма и размер пороховых зерен.
Пиродинамиками уже сравнительно давно было установлено, что пороха горят только с поверхностями параллельными и концентрическими слоями. Это означает, что в процессе горения каждое пороховое зерно, сгорая с поверхности, постепенно уменьшает свой объем, но сохраняет свою первоначальную форму. Процесс постепенного сгорания порохового зерна Сокол хорошо показан на рисунке №4. При капсюлях воспламенителях, создающих давление в камере сгорания около 25-40 килограммов на квадратный сантиметр, порох Сокол загорается почти одновременно по всей поверхности.
Если по условиям зарядки патрона при воспламенении капсюля не раскрывается закрученная часть гильзы, то процесс сгорания пороха идёт до конца и выстрел по своим показателями будет хорошим. Следовательно, для создания хороших условий процессам воспламенения и горения пороха достаточно иметь плотный, толщиной 1,8-2 миллиметра, пороховой картонный пыж, досланный до порохового заряда, с усилием сжатия пороха в 8-10 килограммов, и правильную фиксацию заряда и снаряда в патроне закруткой дульца гильзы.
вернуться к содержанию ↑
Основные периоды воспламенения и горения порохов
Рассматривая процессы воспламенения и горения порохов в явлении выстрела в целом, можно отметить ряд протекающих друг за другом периодов.
Первый период воспламенения и горения порохов
При выстреле, после воспламенения, сгорание пороха происходит сначала в постоянном объеме до тех пор, пока давление газов не достигнет величины достаточной для того, чтобы преодолеть сопротивление раскрытия завальцованного дульца гильзы, силы трения пыжей и снаряда в гильзе. Усилие, необходимое для раскрытия дульца гильзы и преодоления сил трения пыжей и снаряда, отнесенное к площади поперечного сечения канала гильзы, называется давлением форсирования и обозначается Рф.
Математически давление форсирования выражается следующей формулой:
Где F – сила раскрытия дульца гильзы и преодоления трения пыжей и снаряда в килограммах; S – площадь поперечного сечения гильзы в квадратных сантиметрах.
Величина давления форсирования в явлении выстрела играет весьма важную роль. На рисунке 5а показано изменение давления газов, и скорости движения снаряда в канале ствола по времени.
На этом рисунке давление Ро соответствует давлению, создаваемому капсюлем в камере сгорания. Давление Рф соответствует давлению форсирования, при котором должно начинаться движение пыжей снаряда и раскрытие закрученной части гильзы.
На рисунке 5б показано изменение давления газов и скорости движения снаряда по длине ствола. На этом рисунке видно, что при давлениях газов, превышающих давление форсирования, начинается смещение снаряда и в дальнейшем процесс горения пороха происходит при изменяющемся объёме камеры сгорания.
Расчеты и эксперименты показывают, что повышение давления форсирования увеличивает часть заряда, сгорающую до начала смещения снаряда в гильзе, повышает начальное давление и начальную скорость. Для достижения хорошего выстрела с возможно большей начальной скоростью снаряда необходимо соблюдать следующее условие: давление форсирования Рф должно быть всегда больше давления, создаваемого капсюлем в камере сгорания Ро.
Величина давления форсирования для дробового выстрела (при одном и том же порохе и капсюлях) зависит от способа снаряжения патронов (подробнее о снаряжении патронов пулей) и поэтому, она может изменяться в широких пределах.
Так, для различных способов снаряжения для пороха Сокол давление форсирования имеет величины, показанные в таблице. Из неё видно, что наибольшее давление форсирования получается при плотном картонном пороховом пыже увеличенного по сравнению с гильзой диаметра на 0,2-0,25 миллиметра, толщиной в 1,6-1,8 миллиметра и усилии при закрутке, равной 40 килограммам. Для этого случая форма и размеры заделки дульца гильзы приведены на рисунке №9.
Дробовой пыж должен быть изготовлен из плотного картона по диаметру гильзы, толщиной 0,9-1 миллиметра. При тонком или рыхлом дробовом пыже при даже меньших давлениях в камере сгорания, чем при давлениях, создаваемых капсюлем, дробовой пыж может выдавиться и выскочить преждевременно, не раскрывая закрученные края гильзы. Подробнее о бое охотничьего ружья и выборе пыжа.
При низких давлениях форсирования Рф во время воспламенения капсюля происходит раскрытие закрученной части гильзы. При этом, увеличивается объем камеры сгорания и горение пороха начинается в большем объеме.
Низкое давление форсирования дает очень большой процент несгорающего пороха при выстреле (в тепловом балансе указано 5-20%), доходящий до 18-20. Несгоревший порох частично остаётся в стволе, а главным образом выбрасывается вместе с газами из ствола. Всё это ведёт к значительному снижению начальной скорости снаряда и не дает стабильности дробового выстрела.
При давлениях форсирования Рф=60-62 килограммам на квадратный сантиметр, не сгорает только 4-5% пороха. При этом, наблюдается однообразие выстрелов и значительное увеличение начальной скорости снаряда без заметного повышения максимального давления в канале ствола.
При снаряжении патронов многие стрелки и охотники мало придают значения таким вопросам, как подбор картонного порохового пыжа по диаметру и толщине; создание определенного усилия сжатия пороха в камере сгорания гильзы пыжами; упругость и толщина дробового пыжа; создание необходимого усилия на матрицу при закрутке дульца гильзы; подбор рациональной формы матрицы для заделки дульца гильзы. Между тем, качество дробового выстрела существенным образом зависит от решения именно этих вопросов.
вернуться к содержанию ↑
Второй период воспламенения и горения порохов
В этом периоде горение пороха и образование газов происходит в увеличивающемся объеме камеры сгорания. Условно этот период начинается с момента начала движения снаряда и заканчивается в конце горения пороха (точка К на рисунке №5). Пороховые газы за счет заключенной в них энергии совершают полезную работу, сообщая снаряду скорость и преодолевая ряд сопротивлений. При горении пороха приток газов повышает давление внутри канала ствола, но при этом одновременно происходит и непрерывное нарастание скорости снаряда и связанное с этим увеличение объема, в котором происходит горение пороха.
В самом начале этого периода, когда скорость движения снаряда ещё невелика, образование газов растет быстрее, чем объем заснарядного пространства, за счет чего и происходит повышение давления до максимального. Величина этого давления является одной из основных баллистических характеристик пороха, которая используется при расчете показателей оружия на прочность.
Увеличение давления газа в канале ствола и нарастание скорости движения снаряда могло бы продолжаться и дальше, но оказывается, что объем заснарядного пространства растёт по времени быстрее, чем происходит нарастание давления. Поэтому, несмотря на продолжающееся горение пороха и газообразование, давление начинает падать. Условно окончание этого периода можно считать тем моментом, когда прекращается горение пороха – точка К на рисунке №5.
вернуться к содержанию ↑
Третий период воспламенения и горения порохов
Чем больше величина отношения давлений Рк/Рд, где Рк – давление газа в конце горения, а Рд – дульное давление, тем больше начальная скорость снаряда. Другими словами, начальная скорость снаряда тем больше, чем больше степень расширения газа.
вернуться к содержанию ↑
Период последствия газов
Давление газов на выходе из канала ствола Рд всегда выше атмосферного. Некоторые авторы считают, что это давление должно составлять 80-90 килограммов на квадратный сантиметр. Эти давления при хорошем порохе могут получаться при следующих условиях: слабый капсюль воспламенитель – к примеру, при использовании капсюля Центробой для бездымных порохов; пороховые пыжи только досылают до пороха без какого-либо усилия сжатия; плохое качество порохового картонного пыжа; плохая закрутка дульца бумажной гильзы.
При хорошем снаряжении патрона, когда от выстрела добиваются оптимальных показателей, дульное давление Рд составляет только 50-55 килограммов на квадратный сантиметр. Величина дульного давления при вылете снаряда из канала ствола может оказывать некоторое воздействие на полет дроби, но этот вопрос будет целесообразнее рассматривать уже в разделе внешней баллистики, в одной из наших следующих публикаций.
Сегодня мы с вами рассмотрели основные характеристики и параметры воспламенения и горения порохов, и узнали, как эти показатели влияют на точность выстрела. Надеемся, что данная информация будет полезной для вас.
А, каким порохом – дымным или бездымным пользуетесь вы? Каким капсюлям отдаёте предпочтение при снаряжении патронов? Поделитесь с нами своим выбором, опытом и историями. Ждём ваших комментариев.
Статья подготовлена по материалам инженера А. Можарова, взятым из свободных источников.
Читайте также о горохообразных раздутиях ствола и их причинах.
Ждем ваших отзывов и комментариев, присоединяйтесь к нашей группе ВКонтакте!
Сказать «Cпасибо»:
На нашем сайте:
bighunting.ru
Скорость — горение — порох
Скорость — горение — порох
Cтраница 1
Скорость горения пороха при постоянной температуре и давлении зависит в первую очередь от его состава. [1]
Изменение скорости горения пороха при изменении его начальной температуры сравнительно мало — обычно меньше 0 5 % на градус, а часто и еще меньше. Попытка связать этот малый температурный коэффициент с энергией активации ведущей реакции приводит или к неправдоподобно малым значениям энергии активации, или к слишком высоким значениям температуры поверхности. Однако, по-видимому, такое простое рассмотрение температурной зависимости неприменимо в данном случае. Реакция идет не изотермически, а в области очень большого градиента температуры, где точное приложение концепции энергии активации становится затруднительным. Определяющей скорость горения является скорость поступления энергии к пороху; температура в реакционной зоне подстраивается так, чтобы поддерживать соответствующую скорость. [2]
Следовательно, скорость горения пороха в общем случае зависит не только от давления, начальной температуры, скорости газового потока, но и от деформации, что учитывается при проведении внутрибаллистического расчета двигателя с зарядом, прочно скрепленным с корпусом. [4]
Глазковой [118] скорость горения пороха Н была определена при постоянном давлении в атмосфере азота в интервале давлений от 12 до 1000 ат. [6]
Зависимость между скоростью горения порохов и давлением р является предметом многочисленных исследований. [7]
Недожженные угли повышают воспламеняемость и скорость горения порохов; но вместе с тем они обладают менее постоянным элементарным составом, что нежелательно, поскольку такие пороха, как, например, порох для гранатных дистанционных трубок, должны обладать равномерной и не меняющейся скоростью горения. В тех случаях, когда необходимо знать элементарный состав древесного угля, определяют углерод и водород обычным способом в трубке для сожжения, причем разность ( до Ю0 / 0) после вычитания количества золы дает содержание азота и кислорода. [8]
Для приближенных расчетов полагаем, что скорости горения пороха внутри и снаруяш одинаковы. [9]
В связи с тем, что давление и скорость горения пороха взаимосвязаны, изменение времени горения производилось за счет изменения давления в камере. [11]
Именно тепловыделение в этой зоне играет важную роль в определении скорости горения пороха. [12]
Обращает на себя внимание сильное и резкое увеличение температурного коэффициента скорости горения пороха, происходящее при температуре около 20 С. [13]
При горении под переменным давлением, что имеет место в канале орудия, скорость горения пороха является также величиной переменной. Согласно работам Вьеля можно считать, что бездымные пороха горят концентрич. [14]
Расчет параметров процессов, происходящих при ТГХВ, включает решение следующих задач с допущением постоянства скорости горения пороха при изменении давления, стационарности характера процесса горения, идеальности реакции соляной кислоты с породой, образовании одной вертикальной трещины высотой 0, 5 вскрытой мощности пласта. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
2.4. Горение порохов
Необходимость рассмотрения закономерностей горения порохов связана с широким применением их во взрывных пакерах, пороховых генераторах давления (ПГД-БК) и других системах и устройствах.
2.4.1 Факторы, влияющие на скорость горения порохов
Для метательных ВВ – порохов горение является типичным взрывчатым превращением. Как при низких, так и при высоких давлениях вплоть до 500 – 600 МПа горение осуществляется параллельными концентрическими слоями, что и определяет устойчивость процесса.
В горении порохов различают следующие три фазы:
1) зажжение или местное возбуждение самораспространяющейся реакции;
2) воспламенение или распространение возбуждённого процесса по поверхности вещества;
3) собственно горение или распространение реакции в глубь вещества.
Деление процесса на три стадии является чисто условным, но имеет смысл по причине различия скоростей указанных фаз.
Зажжение есть начальная стадия воспламенения, как правило, под влиянием местного нагрева.
Скорость воспламенения порохов зависит от природы пороха, состояния его поверхности, окружающей среды и давления. По способности к воспламенению дымные пороха стоят на первом месте.
Скорость воспламенения при прочих равных условиях возрастает с увеличением удельной поверхности пороха.
С возрастанием давления скорость воспламенения увеличивается. Это объясняется тем, что при повышении давления затрудняется удаление горячих газообразных продуктов горения от поверхности пороха.
Рис.№2.8. Образование конуса вследствие различия в скоростях воспламенения и горения.
α
Скорость
воспламенения нитроцеллюлозных порохов
на открытом воздухе по данным Левковича
и Арша колеблется в пределах 20 – 40см/
с. При горении порохов на воздухе скорость
распространения по поверхности вещества
(воспламенения) значительно больше
скорости горения. Если вертикально
подвешенный пороховой стержень зажечь
в верхнем конце, то через некоторое
время поверхность горения стержня,
вследствие различия в скоростях
воспламенения и горения, примет форму
правильного конуса рис.№2.8. Соотношение
между этими скоростями может быть
определено по углу 
у вершины конуса:
,
(2.16)
где 
—
скорость горения ,
—
скорость воспламенения.
При горении порохового стержня в атмосфере инертного газа обе эти скорости равны и вместо конуса образуется неглубокий кратер.
И
α
з этих опытов следует, что большая скорость воспламенения на открытом воздухе связана с догоранием продуктов реакции за счёт кислорода воздуха.Скорость горения зависит, при прочих равных условиях, от калорийности пороха, начальной температуры пороховых элементов и внешнего давления или давления в продуктах горения, если процесс протекает в замкнутом пространстве.
С увеличением калорийности пороха скорость горения его возрастает. Так например, скорость горения пироксилиновых порохов возрастает с увеличением содержания в них азота.
Влияние плотности и температуры. Плотность зёрен очень сильно влияет на скорость. При увеличении плотности зёрен всего на 15 –17 % скорость горения пороха уменьшается в 10 – 20 раз . Такое сильное влияние объясняется ростом препятствий проникновению горячих продуктов горения в глубь зёрен.
С увеличением начальной температуры пороха скорость горения его увеличивается. Так отношение скоростей горения для нитроглицеринового пороха при 1000С и 00С составляет 2,9.
Влияние давления. Чувствительность к давлению различных порохов не одинакова. Если дымные пороха при атмосферном давлении горят в 10 раз быстрее чем пироксилиновые ружейные пороха, то при больших давлениях наблюдается обратная картина: скорость горения пироксилиновых порохов значительно больше чем дымных.
Для описания
зависимости скорости горения от давления
существует много различных формул, но
каждая из них отражает зависимость
только в ограниченном диапазоне давлений
и не одна из них не в состоянии описать
зависимость 
в широком диапазоне давлений. Препятствием
к такому обобщению является зависимость
самого механизма горения и теплового
эффекта реакции от давления. Так
эксперименты показали, что тепловой
эффект при сгорании нитроглицеринового
пороха при давлениях меньших 4 МПа
составляет всего лишь около 53% теплоты
сгорания пороха при р≥7МПа.
Зависимость 
,
согласно Вьелю соответствует уравнению
,
(2.17)
где А и ν зависят от природы пороха и величины давления.
Для дымных порохов ν меняется с возрастанием давления, как это указано в таблице №2.5.
Таблица №2.5
Р/p0 | 0,4 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 500 |
ν | 1,00 | 0,63 | 0,49 | 0,40 | 0,33 |
Для нитроцеллюлозных порохов может быть принята более простая зависимость для скорости горения :
(2.18)
Эта формула является частным случаем формулы (2.17), при условии ν = 1.
Однако формула (2.18) работает лишь при достаточно высоких давлениях (p≥ 100 МПа). Для более низких давлений (p≤25МПа) ν=0,7, что говорит о том, что и для нитроцеллюлозных порохов значение ν не остаётся постоянным.
По Андрееву, зависимость скорости горения для нитроцеллюлозных порохов в достаточно широком интервале давлений может быть описана при помощи двухчленной формулы
, (2.19)
где ν принимает различные значения для разных порохов , но вообще близко к единице.
Коэффициент А в формулах (2.17) и (2.18) фактически равен 0,7 –1,0 мм/c при давлении 0.1 МПа. Следовательно, при 10МПа, скорость горения достигнет величины 100 мм/c.
studfiles.net
§ 1.3. Горение пороха
Для того чтобы началось горение порохового зер.на, ему необходимо в некоторой точке поверхности сообщить тепловой импульс, способный вызвать взрывчатое превращение пороха. Этот процесс называется зажжением. Зажжение бездымного пороха происходит при температуре около 200° С, а зажжение дымного пороха — при температуре около 270° С.
После зажжения происходит воспламенение, т. е. процесс распространения реакции взрывчатого превращения по поверхности порохового зерна. Скорость воспламенения зависит от сорта пороха и внешних условий, главным образом от наружного давления. С увеличением давления скорость воспламенения возрастает.
При атмосферном давлении скорость воспламенения бездымного пороха равна 1 мм/с, а дымного пороха достигает 3000 мм/с.
В орудии зажжение и воспламенение порохового заряда при выстреле производятся с помощью воспламенителя, состоящего обычно из дымного пороха, создающего при сгорании давление пороховых газов примерно 50-105Н/м2.
Горением пороха называется процесс распространения реакции взрывчатого превращения от поверхности в глубь порохового зерна.
Механизм горения пороха состоит в термическом разложении (газификации) нитроклетчатки в поверхностном слое 1 (рис. 1.4) и в химическом взаимодействии газообразных продуктов разложения в зоне 2 с образованием пламени и выделением большого количества тепла.
На рис. 1.4 показан график изменения температуры в толщине пороха и в пороховых газах у поверхности зерна от начальной температуры пороха То до температуры горения Т\. Нагрев поверхностного слоя на глубину хгпроисходит за счет теплопередачи от раскаленных пороховых газов зоны 2, причем в поверхностном слое зерна толщиной хр устанавливается температура Тп, при которой идет процесс разложения нитроклетчатки. При сжигании пороха в открытом пространстве получены следующие данные: для пироксилинового пороха Тп= = 525±48°К, для нитроглицеринового пороха ГД = 603±45°К; величина хр составляет около 5% толщины прогретого слоя хг.
Горение пороха характеризуется величиной скорости горения.
Скоростью горения пороха «’ называется скорость распространения реакции взрывчатого превращения пороха по нормали к поверхности порохового зерна:
где е — толщина слоя сгоревшего пороха, т. е. расстояние от поверхности порохового зерна, на которое распространяется реакция взрывчатого превращения за время (.
Скорость горения пороха зависит от сорта пороха, наружного давления, начальной температуры пороха, скорости обдува поверхности порохового зерна.
Зависимость скорости горения от давления р называется законом скорости горения и в общем случае выражается эмпирической формулой
где а, Ь, V — эмпирические коэффициенты.
В артиллерийских орудиях при больших давлениях справедлив линейный закон
Эмпирический коэффициент скорости горения ии как следует из формулы (1.17), представляет собой скорость горения в м/с
при давлении, равном 1 Н/м2, и имеет размерность Ве
личина «ь очевидно, должна зависеть от сорта, начальной температуры и скорости обдува пороха.
В табл. 1.4 приведены увеличенные в 10п раз значения u для различных сортов пороха при температуре пороха l3=15°С и при отсутствии обдува пороха.
Величина их возрастает примерно на 28% при увеличении содержания азота в порохе на 1% и уменьшается примерно на 13% с увеличением содержания влаги в порохе на 1%.
Для всех существующих бездымных порохов можно принять следующую опытную зависимость:
из которой следует, что с увеличением калорийности скорость горения пороха возрастает линейно.
Зависимость скорости горения пороха от его начальной температуры l3 имеет следующий вид:
где Б — эмпирический коэффициент, равный в среднем 320.
Для существующих бездымных порохов при увеличении начальной температуры на ГС скорость горения увеличивается примерно на 0,16%.
Зависимостью скорости горения пороха от скорости обдува при горении пороха в артиллерийском орудии, когда пороховые зерна перемещаются вместе с пороховыми газами, можно пренебречь.
В основу изучения горения порохового заряда, состоящего из большого числа пороховых зерен, положены три основных положения, полученных из многолетней артиллерийской практики:
все пороховые зерна заряда имеют одинаковую форму и размеры;
воспламенение всех пороховых зерен заряда происходит мгновенно;
горение всех пороховых зерен заряда происходит во всех точках поверхности с одинаковой скоростью, т. е. параллельными слоями
Эти положения составляют сущность так называемого геомет- ческого «закона горения пороха. В некоторых случаях (недостаточные воспламенителя, очень узкие каналы в пороховых зернах) геометрический закон горения может существенно отличаться от действительного, называемого физическим законом горения пороха.
studfiles.net
Факторы, влияющие на скорость горения порохов
Для метательных ВВ – порохов горение является типичным взрывчатым превращением. Как при низких, так и при высоких давлениях вплоть до 500 – 600 МПа горение осуществляется параллельными концентрическими слоями, что и определяет устойчивость процесса.
В горении порохов различают следующие три фазы:
1) зажжение или местное возбуждение самораспространяющейся реакции;
2) воспламенение или распространение возбуждённого процесса по поверхности вещества;
3) собственно горение или распространение реакции в глубь вещества.
Деление процесса на три стадии является чисто условным, но имеет смысл по причине различия скоростей указанных фаз.
Зажжение есть начальная стадия воспламенения, как правило, под влиянием местного нагрева.
Скорость воспламенения порохов зависит от природы пороха, состояния его поверхности, окружающей среды и давления. По способности к воспламенению дымные пороха стоят на первом месте.
Скорость воспламенения при прочих равных условиях возрастает с увеличением удельной поверхности пороха.
С возрастанием давления скорость воспламенения увеличивается. Это объясняется тем, что при повышении давления затрудняется удаление горячих газообразных продуктов горения от поверхности пороха.
Скорость воспламенения нитроцеллюлозных порохов на открытом воздухе по данным Левковича и Арша колеблется в пределах 20 – 40см/ с. При горении порохов на воздухе скорость распространения по поверхности вещества (воспламенения) значительно больше скорости горения. Если вертикально подвешенный пороховой стержень зажечь в верхнем конце, то через некоторое время поверхность горения стержня, вследствие различия в скоростях воспламенения и горения, примет форму правильного конуса рис.№2.8. Соотношение между этими скоростями может быть определено по углу у вершины конуса:
, (2.16)
где — скорость горения , — скорость воспламенения.
При горении порохового стержня в атмосфере инертного газа обе эти скорости равны и вместо конуса образуется неглубокий кратер.
Из этих опытов следует, что большая скорость воспламенения на открытом воздухе связана с догоранием продуктов реакции за счёт кислорода воздуха.Скорость горения зависит, при прочих равных условиях, от калорийности пороха, начальной температуры пороховых элементов и внешнего давления или давления в продуктах горения, если процесс протекает в замкнутом пространстве.
С увеличением калорийности пороха скорость горения его возрастает. Так например, скорость горения пироксилиновых порохов возрастает с увеличением содержания в них азота.
Влияние плотности и температуры. Плотность зёрен очень сильно влияет на скорость. При увеличении плотности зёрен всего на 15 –17 % скорость горения пороха уменьшается в 10 – 20 раз . Такое сильное влияние объясняется ростом препятствий проникновению горячих продуктов горения в глубь зёрен.
С увеличением начальной температуры пороха скорость горения его увеличивается. Так отношение скоростей горения для нитроглицеринового пороха при 1000С и 00С составляет 2,9.
Влияние давления. Чувствительность к давлению различных порохов не одинакова. Если дымные пороха при атмосферном давлении горят в 10 раз быстрее чем пироксилиновые ружейные пороха, то при больших давлениях наблюдается обратная картина: скорость горения пироксилиновых порохов значительно больше чем дымных.
Для описания зависимости скорости горения от давления существует много различных формул, но каждая из них отражает зависимость только в ограниченном диапазоне давлений и не одна из них не в состоянии описать зависимость в широком диапазоне давлений. Препятствием к такому обобщению является зависимость самого механизма горения и теплового эффекта реакции от давления. Так эксперименты показали, что тепловой эффект при сгорании нитроглицеринового пороха при давлениях меньших 4 МПа составляет всего лишь около 53% теплоты сгорания пороха при р≥7МПа.
Зависимость , согласно Вьелю соответствует уравнению
, (2.17)
где А и ν зависят от природы пороха и величины давления.
Для дымных порохов ν меняется с возрастанием давления, как это указано в таблице №2.5.
Таблица №2.5
| Р/p0 | 0,4 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | |
| ν | 1,00 | 0,63 | 0,49 | 0,40 | 0,33 |
Для нитроцеллюлозных порохов может быть принята более простая зависимость для скорости горения :
(2.18)
Эта формула является частным случаем формулы (2.17), при условии ν = 1.
Однако формула (2.18) работает лишь при достаточно высоких давлениях (p≥ 100 МПа). Для более низких давлений (p≤25МПа) ν=0,7, что говорит о том, что и для нитроцеллюлозных порохов значение ν не остаётся постоянным.
По Андрееву, зависимость скорости горения для нитроцеллюлозных порохов в достаточно широком интервале давлений может быть описана при помощи двухчленной формулы
, (2.19)
где ν принимает различные значения для разных порохов , но вообще близко к единице.
Коэффициент А в формулах (2.17) и (2.18) фактически равен 0,7 –1,0 мм/c при давлении 0.1 МПа. Следовательно, при 10МПа, скорость горения достигнет величины 100 мм/c.
pdnr.ru
Нитроцеллюлозные пороха. — Оружие — Охотники.ру
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.
фото: fotolia.com
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.
Михаил Багдашкин 2 апреля 2013 в 19:49
www.ohotniki.ru
Скорость — горение — порох
Скорость — горение — порох
Cтраница 2
В перфораторах с горизонтальными стволами при росте гидростатического давления увеличивается давление форсирования и вместе с тем растет скорость горения пороха. Пуля набирает максимальную скорость на все более коротком пути, и при дальнейшем ее движении в стволе скорость и, следовательно, кинетическая энергия пули несколько снижаются. Поэтому при высоком гидростатическом давлении выгоднее применять медленно горящий крупнозернистый порох, увеличив массу заряда. [16]
Установлено, например, что большие изменения, в 10 — 100 раз, скорости пиролиза полистиролыюй связки не влияют на скорость горения соответствующего пороха на аммиачной селитре. Это говорит за то, что поверхность частиц окислителя получает тепло преимущественно из тонкой зоны газофазной реакции между Nh4 и HNOs, а диффузионное пламя возникает слишком далеко, чтобы влиять на скорость горения. Такой вывод подтверждается и тем фактом, что сама аммиачная селитра ( с катализатором) горит с той же скоростью, с какой горят и многие пороха на ее основе. [18]
Для упрощения решения общей задачи о движении снаряда в канале орудия предполагают, что: 1) воспламенение всего заряда происходит одновременно, 2) скорость горения пороха в течение всего процесса пропорциональна давлению, 3) горение зерен происходит концентрич. Интегрировать в общем виде эти ур-ия не представляется возможным, а потому прибегают к приближенным методам решения. В основе всех этих методов лежит классич. [19]
Подставив L вместо в уравнение ( 109), получим квадратное уравнение относительно W-L, из которого определяется Wi в функции давления, размеров щели и скорости горения пороха. [20]
Из изложенного выше следует, что скорости горения, определяемые для небольших исследовательских ракет, лишь немного меньше скоростей горения в больших военных ракетах при условии, что все факторы, воздействующие на скорость горения порохов, кроме излучения, остаются постоянными. [21]
Скорость распространения пламени в углевоздушпой смеси составляет от 10 до 50 см / сек, что соответствует скорости потребления угля 3 3 — 11 мг / сек-см 2, а в пересчете на скорость горения пороха 0 015 — 0 05 см / сек. Эта величина значительно меньше, чем скорость горения черного пороха ( 1 см / сек), однако различие все же не превосходит 1 — 2 порядков. [22]
При высоких давлениях протекают все три стадии горения одновременно. Скорость горения пороха целиком определяется реакциями, протекающими в реакционном слое конденсированной фазы и в дымо-газовой зоне. [23]
Новым по сравнению с теорией скорости нормального горения газов здесь является наличие теплового слоя пороха с размером и временем релаксации, превышающими газовые. Зависимость скорости горения пороха отражает зависимость скорости газовых реакций от давления и температуры газов. [24]
Нет оснований, однако, ожидать, что указанные зависимости окажутся справедливыми для низких и промежуточных ( ниже 150 ат) давлений, где пламени либо нет, либо оно находится на значительном расстоянии от горящей поверхности. В таких условиях скорость горения порохов с близкими теплотами горения может различаться больше чем вдвое. В этой области низких давлений влияние различных компонентов может быть значительным. [25]
Они исходят из двухтемпера-турного постулата Шулице и Деккера, согласно которому разложения твердого окислителя и связки являются в микроскопическом масштабе независимыми процессами. Линейные скорости пиролиза окислителя и горючего равны друг другу и скорости горения пороха. [27]
Из смесей, не содержащих в себе металлических горючих, быстро горят многие хлоратные смеси и дымный порох. В работах А. Ф. Беляева рассматривается влияние серы на скорость горения дымного пороха [11]; имеется также работа Бентура и др. о влиянии на скорость горения пороха различных органических добавок. [29]
Определялся минимальный диаметр воспламеняющего заряда, иначе говоря диаметр горячего пятна, создаваемого на торце воспламеняемого заряда, при котором происходит воспламенение последнего. При повышении давления скорость горения разных порохов увеличивается неодинаково; соответственно и соотношение критических диаметров может быть при повышенных давлениях иным, чем при атмосферном давлении. [30]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru