Ракетная мастерская / Энциклопедия / Пороха

    - метательные взрывчатые вещества, твердые многокомпонентные системы, характеризующиеся способностью устойчиво гореть без доступа воздуха с образованием больших количеств нагретых газообразных продуктов. П. используются преим. в военной технике как источник энергии для метания снарядов и для приведения в движение ракет, а также в небольших количествах для приготовления воспламенителей, огнепроводного шнура, замедлителей, фейерверочных устройств, генераторов газа высокого давления и для др. целей. П. для ракетных двигателей часто называют твердыми ракетными топливами.
   Возможность горения П. без доступа воздуха обеспечивается содержанием в их составе не только горючего, но и окислителя в виде неорганич. (напр., соли азотной или хлорной к-т) или органич. (нитратоэфиры, нитросоединения) кислородсодержащих веществ. Устойчивость горения П., т.е. способность их к относительно медленному горению паралельными слоями, не сопровождающемуся переходом во взрыв или детонацию, достигается гл. обр. изготовлением их в виде монолитных, лишенных трещин и пор зерен или шашек. Чтобы выдерживать без нарушения монолитности действие значительных нагрузок, возникающих в стволе орудия или ракетной камере (давление пороховых газов, инерционные и центробежные силы, ультразвуковые колебания и т.п.), пороховые зерна и шашки должны обладать достаточной прочностью, к-рая придается им введением в состав П. в качестве основных компонентов высокомолекулярных веществ.
   Скорость газообразования при горении П. пропорциональна величине поверхности заряда S и скорости горения u. Величина S задается размерами и формой пороховых зерен и шашек, изготовляемых в виде цилиндров (обычно с одним или несколькими каналами), призм, пластин, лент, шариков и т.п.
   В зависимости от формы зерен величина S при горении меняется по-разному. Если при горении П. S уменьшается то обычно уменьшается и скорость газообразования. Такое горение называется дегрессивным; если поверхность зерен возрастает, - прогрессивным. В том случае, если поверхность горения постоянна или растет, давление в стволе орудия или ракетной камеры м.б. достаточно высоким в течение большей части периода горения заряда, чем при дегрессивном горении. Обычно при этом больше и энергия, передаваемая пороховыми газами метаемому объекту. Для получения постоянной скорости газообразования шашки ракетных П. нередко бронируют, покрывая поверхность или отдельные участки ее слоем негорючей пластмассы. Винтовочные П., обычно горящие прогрессивно, иногда подвергают флегматизации, пропитывая наружные слои зерна веществами, снижающими скорость горения (напр., камфорой).
   Скорость горения П. зависит от давления (p) и начальной темп-ры (T0), обычно увеличиваясь при их возрастании по закону:

   u = Bp^ /(1 - A*T0) см/сек

   где A, B и - константы, зависящие от состава и структуры П., причем 0 1. Чем меньше зависимость скорости горения П. от давления и темп-ры, тем, в частности, устойчивее может гореть П. в ракетном двигателе. Скорость горения большинства П. в ракетной камере, обычно работающей при давлении не выше 100 ат, порядка 1 см/сек; в артиллерийских орудиях, где давление составляет 2-3 тыс. ат, скорость горения на 1-2 порядка выше.
   Время горения заряда определяется скоростью горения и наименьшим размером (толщиной горящего свода) зерна и шашки. В артиллерийских орудиях и стрелковом оружии заряд сгорает за сотые и тысячные доли секунды; П. в ракетном двигателе могут гореть десятки секунд. Соответственно толщина горящего свода меняется от долей миллиметра (напр., для пистолетных П.) до нескольких дециметров (для пороховых зарядов ракет дальнего действия). Длина шашки в последнем случае может достигать нескольких метров, а вес 10-20 т.
   Основными энергетич. характеристиками П. являются теплота сгорания Q, обычно определяемая при постоянном объеме и воде жидкой (Qж), и приведенный к нормальным условиям объем газообразных продуктов горения V0. Работоспособность П. характеризуют силой пороха ?f=p0*v0*Tг/273 , где p0 - атмосферное давление, а Tг - максимальная темп-ра газов ( К) (Tг обычно тем выше, чем больше Q). Важной характеристикой ракетных П. является единичный импульс Jед. = 0,1*uэ кг.сек/кг, где uэ - эффективная скорость истечения продуктов горения из сопла ракетной камеры (м/сек). Jед. показывает, какую тягу может развить ракетный двигатель при сгорании в нем 1 кг П. в 1 сек, и обычно тем больше, чем выше Q и v0.
   Основные виды современных П. - нитроцеллюлозные, смесевые П. и дымный (черный) порох. П. на основе нитроцеллюлозы (бездымные П., ранее назывались коллоидными, или коллоидальными) представляют собой высокомолекулярное взрывчатое вещество - нитроцеллюлозу, пластифицированную тем или иным низкомолекулярным органич. растворителем. При этом получается твердое, прочное, роговидное вещество. Различают 3 основных вида нитроцеллюлозных П.: пироксилиновые (на легколетучем растворителе), баллиститные (на труднолетучем растворителе) и кордитные (на смешанном растворителе). Два последних вида называют также нитроглицериновыми П. Известны П. без растворителя - нитрованные вискоза или пергамент.
   Пироксилиновые П. изготавливают желатинизацией пироксилина легколетучим органич. растворителем, чаще всего смесью этилового спирта и диэтилового эфира, и продавливанием полученной массы через матрицу нужного сечения на гидравлич. прессе. Полученную пороховую ленту или шнур режут на куски определенной длины, освобождают от части спирто-эфирной смеси подсушкой теплым воздухом, вымачивают в воде для удаления остатков растворителя, снова сушат и иногда флегматизируют и графитуют (обрабатывая камфарой и порошкообразным графитом). Для изготовления баллиститных П. (см. Баллиститы) обычно применяют коллоксилин, к-рый пластифицируют нитроглицерином, диэтиленгликольдинитратом или др. нитроэфирами. После пластификации растворитель остается в составе П., что значительно сокращает время его изготовления и позволяет получать шашки больших размеров. При изготовлении кордитов в качестве пластификаторов нитроцеллюлозы (в основном высокоазотной) применяют нитроглицерин и легколетучий растворитель (ацетон, стирто-эфирную смесь и т.п.); объем произ-ва кордитов невелик.
   Кроме нитроцеллюлозы труднолетучего (а также остатков легколетучего) растворителя, П. обычно содержат ряд добавок. Так, для облегчения пластификации в них вводят дибутилфталат, динитротолуол и др.; чтобы избежать разложения и самовоспламенения П. при их произ-ве и хранении применяют стабилизаторы - дифениламин, диэтил- или диметилдифенилмочевину (централит) и т. д. Для уменьшения образования пламени, ослепляющего расчет и демаскирующего орудие при выстреле, в П. вводят пламегасящие добавки, в частности K2SO4; чтобы уменьшить износ (разгар) ствола орудия, в П. добавляют вещества, уменьшающие теплоту сгорания, напр. динитротолуол. Зависимость скорости горения ракетных П. от давления и темп-ры регулируют, вводя в них катализаторы, напр. соли свинца и др. металлов. Составы нек-рых нитроцеллюлозных П. приведены в табл. 1 и 2. Помимо обычных П., применяют разного рода специальные составы: беспламенные, пламегасящие, малогигроскопичные, пористые, флегматизированные и т.д.
   Для стрелкового оружия и артиллерийских орудий могут быть применены все 3 вида нитроцеллюлозных П. При изготовлении шашек больших размеров для ракетных двигателей используются баллиститные П. Qж ракетных П., как правило, выше, чем артиллерийских (900-1300, вместо 700-900 ккал/кг). Jед. обычно составляет 180 - 230 кг.сек/кг.

Таблица 1. Состав и некоторые свойства пироксилиновых П.

Состав, %:
Пироксилин	81	95
Спиртоэфирный растворитель	2	1
Ди V фениламин	1	1
Динитротолуол	10	-
Камфара	-	2
Дибутилфталат	4	-
K2SO4	1	1
Прочее	1	-
Свойства:
Qж, ккал/кг	700	900
V0, л/кг	1010	910
f, кг.дм/кг	880000	1020000

Таблица 2. Состав и некоторые свойства балиститных и кордитных П.

Состав, %	Баллиститы		Кордит
Нитроцеллюлоза	57	56	73
Нитроглицерин	40	28	18
Спирто-ацетоновый растворитель	-	-	2
Динитротолуол	-	11	-
Централит	1	7	3
Вазелин	-	-	3
Прочее	2	1	1
Свойства:
Qж, ккал/кг	1200	880	850
V0, л/кг			990
f, кг.дм/кг			1030000
Jед., кг.сек/кг	220	200	-

Смесевые П. представляют собой твердые монолитные смеси порошкообразного окислителя и высокомолекулярного горючего; окислителями обычно служат неорганические вещества (NH4ClO4, KClO4, NH4NO3 и др.). В качестве связующих в смесевых П., появившихся во время второй мировой войны, применяли битум и асфальт, в современных - используют в основном синтетич. каучуки и смолы, напр. полиуретановые, эпоксидные, полиэфирные и др.
Изготовление смесевых П. заключается в тщательном смешении окислителя с горючим и добавками (катализаторами, стабилизаторами, инициаторами полимеризации, порошкообразными высококалорийными металлами, напр. алюминием, и др.) и заполнении получившейся пластичной массой соотвествуующей изложницы или непосредственно ракетной камеры. Формирование заряда производят заливкой (часто с виброусадкой), прессованием на шнекпрессах и др. методами. Если в качестве связки применен термопластичный высокополимер, смешение массы и формирование заряда производят при нагревании. Необходимые твердость и прочность П. приобретают после охлаждения. Смесевые П. используются почти исключительно как твердое ракетное топливо. Такие П. обладают рядом преимуществ перед баллиститными: из них легче получать заряды больших размеров, теплота сгорания и уд. импульс их обычно больше, а зависимость скорости горения от темп-ры и давления меньше. Состав и свойства нек-рых смесевых П. приведены в табл. 3.

Таблица 3. Состав и некоторые свойства смесевых П.

Состав,%
Перхлорат аммония	74	70
Полистирол	18	-
Бутадиеновый каучцк	-	19
Полиэфирные смолы	7	-
Алюминий	-	10
Прочее	1	1
Свойства
Qж, ккал/кг	1100	1400
Jед., кг.сек/кг	220	240

   Своеобразной разновидностью смесевых П. является дымный (черный) порох, в к-ром цементатором служит сера. В качестве окислителя в дымных П. применяют, как правило, KNO3, а основного горючего - древесный уголь. Обычный состав дымного П.: 75% KNO3, 10% S и 15% угля.
   Qж 700 ккал/кг, V0 300л/кг. Изготовляют дымный П. смешением тонкоизмельченных компонентов и обработкой полученной смеси (т. наз. пороховой мякоти) на прессах, зернильных и др. машинах до получения плотных округлых зерен определенного размера ( для различных типов П. от 0,1 до нескольких мм). Вследствие малой прочности порохового зерна, относительно низких теплоты и объема газообразных продуктов горения, образования при горении большого количества твердых веществ ( большое количество дыма, нагар на стенках ствола) дымный П. почти совершенно вытеснен бездымными. Небольшие количества его применяют лишь для изготовления средств воспламенения, для стрельбы из охотничьих ружей и др. целей.
   Лит.:
   Будников М.А.[и др.], Взрывчатые вещества и пороха. М., 1955; Жидкие и твердые ракетные топлива. Сб. переводов, М., 1962; Паушкин Я.М., Химия реактивных топлив, М., 1962; Серебряков М.Е., Внутренняя баллистика ствольных систем и порховых рекет, 3 изд., М., 1962; Уимпресс Р.Н., Внутренняя баллистика пороховых ракет, пер. с англ., М., 1952; Горст А.Г., Пороха и взрывчатые вещества, М., 1957; Зельдович Я.Б. [и др.], Импульс ракетной силы пороховых рекет, М., 1963; Davis T.L., The chemistry of powder and explosives, v. 1-2, N.Y.-L., 1941-43. А.С.Бакаев, И.В.Тишунин, Б.Н.Кондриков.