Общие сведения о порохах

Порохами называют твердые многокомпонентные системы, способные к устойчивому закономерному горению без доступа извне кислорода воздуха или других окислителей с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов [37].

Возможность горения порохов без доступа окислителей извне обеспечивается содержанием в их составе одновременно как горючего, так и окислителя в виде органических веществ (например, соли азотной или хлорной кислот) или органических соединений, содержащих кислород (нитроэфиры, нитросоединения), а также соединений, содержащих кроме кислорода атомы галогенов.

Пороха используются в качестве источника энергии для метания снарядов и для приведения в движение ракет, а также в генераторах газа высокого давления, воспламенителях, огнепроводных шнурах, фейерверочных устройствах и для других целей. Используют их в виде зарядов, состоящих из элементов различных размеров и геометрической формы (пластина, зерно или трубка с одним или несколькими каналами, одноканальная или многоканальная шашка и т.д.). Масса заряда пороха в стрелковом оружии исчисляется несколькими граммами, в артиллерийском орудии она может составлять несколько килограммов, а в ракетных двигателях масса твердого ракетного топлива колеблется от десятых долей грамма (микродвигатели) до нескольких десятков или даже сотен тонн (межконтинентальные ракеты).

Пороха являются метательными ВВ и способны к устойчивому горению без перехода во взрыв и детонацию. Устойчивость горения порохов, т.е. способность к сгоранию в большинстве случаев параллельными слоями без перехода во взрыв, достигается главным образом за счет монолитности пороховых зерен или шашек (т.е. за счет отсутствия в них пор, трещин, раковин) и достаточной их прочности, обеспечивающей горение без разрушения заряда под действием давления пороховых газов, инерционных и центробежных сил, ультразвуковых колебаний и других нагрузок, возникающих в стволе орудия или ракетной камере. Скорость горения порохов зависит от давления Р и начальной температуры заряда Т₀, обычно возрастая с их увеличением по тому или иному закону.

Для ракетных порохов очень важно, чтобы скорость их горения не зависела от температуры и давления в диапазоне температур и давлений работы двигателя. Скорость горения большинства ракетных порохов в интервале давления 4−15 МПа лежит в пределах от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров в секунду. При высоких давлениях (сотни мегапаскалей) артиллерийские пороха горят со скоростью 100−400 мм/с.

Порох должен иметь высокую химическую и физическую стабильность, малую гигроскопичность, низкую чувствительность к механическим, тепловым и прочим импульсам, определенный комплекс физико-механических характеристик.

Основными энергетическими характеристиками являются удельная теплота их сгорания и удельное количество газообразных продуктов горения, приведенное к нормальным условиям.

Работоспособность порохов, используемых в артиллерии и стрелковом оружии, оценивают силой пороха и его потенциалом.

Сила пороха – это работа, которую могли бы совершить продукты горения одного килограмма пороха, свободно расширяясь при атмосферном давлении в результате нагревания их от 273 К до температуры горения.

Потенциал пороха – это предельно возможная работа одного килограмма пороха, которую могли бы совершить газы, охлаждаясь от температуры горения (взрывчатого превращения) до абсолютного нуля.

Энергетика ракетных порохов характеризуется величиной единичного импульса, показывающего, какую тягу может развить ракетный двигатель при сгорании в нем 1 кг пороха в 1 секунду.