Горения пороха температура: дымный, черный, охотничий и алюминиевый, история, технология производства и формула горения, виды: Сокол, Ирбис, Сунар

Бездымный порох: применение, температура горения и условия хранения

Кроме того, что бездымный порох классифицируют по форме, его можно так же разделить на группы в зависимости от применения, основываясь на скорости горения и свойствах. Существуют пороха для короткоствольного оружия, дробового оружия и винтовок. Но, иногда, эти группы между собой пересекаются. Многие пороха для дробового оружия с успехом применяют и для пистолетов (и наоборот), а некоторые быстросгораемые пороха для винтовок используют так же и в крупнокалиберных патронах короткоствольного оружия.Во многих справочниках по переснаряжению указан список скорости горения пороха. Для общего сравнения эта информация может быть интересна, но запомните, что все данные приблизительны. Степень плотности заряжения значительно влияет на скорость горения бездымного пороха. Определенный порох может «медленно» гореть, заряженный в один патрон и «быстро» - в другой. Те пороха, которые рекомендуют различные справочники по переснаряжению, подходят для того или иного применения.Температура так же влияет на скорость горения бездымного

пороха. Те патроны, которые в холодном климате абсолютно безопасны, в жарком климате могут представлять определенную опасность.Жара – это проблема во время охоты в африканских странах. Она объясняет, почему многие известные британские патроны для охоты на опасных хищников имеют настолько крупные гильзы, а все же их заряжают под относительно низким давлением. Максимальное давление этих патронов и их конструкция должна быть безопасной даже в неблагоприятном африканском климате. Патроны меньшего размера, которые заряжают под высоким давлением для нормальных или улучшенных баллистических характеристик (сравните, на пример, патрон .416 Ремингтон Магнум с патроном .416 Ригби) могут неадекватно сработать, когда на улице очень жарко, что может привести к непредсказуемым последствиям и закупорке затворного механизма. Можно даже и не говорить о том, что это очень нежелательно, если перед вами опасный зверь! Любой, кто планирует охотиться в жарком климате, должен заряжать свое снаряжение при среднем уровне давления. Надежное снаряжение намного важнее, чем максимальная скорость. Порох должен храниться в относительно прохладном, сухом месте. Не подвергайте бездымный порох действию прямых солнечных лучей. Порох может испортиться и стать хуже, если он хранится долгое время при температуре выше 90 градусов по Фаренгейту. Согласно данным компании «Ходгдон Паудер», испортившийся порох имеет кислотный запах (а не привычный запах растворителя алкоголя или ацетона). На таком порохе может образоваться красная пыль или слой какого-то вязкого вещества. Такое ухудшение пороха может привести к самопроизвольному возгоранию. Само собой, порох должен храниться вдали от огня, электрических искр и источников тепла.

Не извлекайте порох из емкости, в которой он продавался. Такие емкости разработаны во избежание возгорания и они так же препятствуют образованию опасного высокого давления. Помните, бездымный порох становится опасным, если он находится в ограниченном, замкнутом пространстве. Если коробки с порохом стоят у Вас в шкафу или столе, убедитесь, что дверцы можно легко открыть в любой момент. Пожар, случившийся в результате возгорания пороха – вещь опасная; Вы должны следить за тем, чтобы не образовывалось лишнее давление, способное привести, в последствии, к взрыву.Когда бездымный порох воспламенился, он будет гореть до конца. У него есть свой собственный кислород, и поэтому, путем ограничения доступа кислорода, Вы не остановите его возгорание.

Бездымный порох – это один из самых великих прорывов в истории развития огнестрельного оружия. Относитесь к этому с уважением. Пользуйтесь им с умом.

Проблема порохового огнестрельного оружия. Внутренняя баллистика. Теория горения пороха.: makulaturoman — LiveJournal


Являясь неспециалистом, а любителем я заинтересовался одной проблемой, которую пытались решить еще в далекие 40-е. Летом 1942 г. в поселке Билимбае группа инженеров авиазавода, эвакуированного из Москвы, пыталась (приватно) найти средство значительного увеличения дульных скоростей, а следовательно, бронебойности пуль и снарядов...

Для наглядности, существует такой вот график для патрона 5.56 мм НАТО, где показано давление, время, скорость (ускорение):

Даже неспециалисту ясно видны недостатки, обусловленные горением пороха.Но почему до сих пор используют именно его в качестве метательного заряда? Дело в его "мягких" и "гибких" свойствах по отношению к камере сгорания, стволу, снаряду. Благодаря этим свойствам можно управлять скоростью горения, газообразования, а следовательно и начальной скоростью снаряда. Но у пороховой артиллерии есть свои ограничения, скорости выше, чем скорость горения пороха невозможны (2000 м\с), а на практике лишь 1800 м\с.

Желаемый график, к которому следует стремится выглядит приблизительно так для патрона 5.56 (с некоторой ошибкой):

Требуются принять меры для управления процессом газообразования в заряде, которые позволят управлять величиной максимального давления выстрела на протяжении всего времени передачи кинетической энергии пуле. Повысить прогрессивность горения существующих порохов и увеличить скорость метания при неизменном уровне максимального давления выстрела, которое не превышает штатное.

[Приведу также таблицы скоростей-энергий пуль в зависимости от расстояния и стойкости траектории:]
Правая таблица это отклоняемость ветром от заданной траектории (м\с)


Скорость пули и баллистика калибра 7.62х39


Скорость пули и баллистика калибра 7.62Х54


5.45Х39

Если увеличить начанульную скорость на 200-400 м\с, то улучшение показателей на излете однозначно произойдет (экстраполировать не буду)
Прошу обратить внимание на патрон 7.62Х54 и численные значения на 1000 м. Дозвуковая скорость 300+ м\с, а энергия 500 Дж (скачок снижения воздушного сопротивления) только появляется.
Для сохраняемости начальной скорости и кинетической энергии, сообщенной пороховыми газами используют различные аэродинамические формы от "каплеобразных" до "иглообразных", каждая имеет свои свойства на разных дальностях: одна лучшее останавливающее действие имеет, другая настильность траектории и точность на больших и средних дистанциях.

Вот баллистические коэффициенты (скачок сопротивления при приближении к скорости звука):

Наибольшее сопротивление на графике у 7.62Х54

самая нижняя кривая - с наименьшим сопротивлением это 5.45Х39 наш патрон
А посередине видоизмененный 7.62Х54 пулю которого я слегка изменил (удлинил и заострил немного)

Решение данной проблемы было предложено Германом Герлихом еще раньше, но немного другим способом - механическим:

[Конический ствол и пуля Герлиха.]

Еще до Первой мировой войны – первым патент на ружье с коническим каналом ствола получил немец Карл Руфф в 1903 году. Проводились опыты с коническим каналом ствола и в России. В 1905 году инженер М.Друганов и генерал Н.Роговцев предложили патент на ружье с коническим каналом ствола. А в 1940 году в конструкторском бюро артиллерийского завода № 92 в Горьком были испытаны опытные образцы стволов с коническим каналом.

В ходе экспериментов удалось получить начальную скорость 965 м/с. Однако В.Г.Грабину не удалось справиться с рядом технологических трудностей, связанных с деформацией снаряда во время прохождения канала ствол, и добиться нужного качества обработки канала. Поэтому еще до начала Великой Отечественной войны Главное артиллерийское управление приказало прекратить опыты со стволами с коническим каналом.

Конический ствол и пуля Герлиха.

В 1930 году немецкий оружейник Герман Герлих, инженер оружейного завода фирмы «Хальгер» в г. Киле, заявил, что стреляя из винтовки своей конструкции калибра 7 мм, он получил скорость пули в 1400 м/с, и может получить скорость пули выше 1650 м/с. Ведущие оружейные специалисты того времени усомнились в возможности получения скоростей, заявленных Герлихом.

Но на испытаниях в Ванзее на германской испытательной станции винтовка Герлиха калибра 7 мм, в присутствии официальной комиссии придала пуле конструкции Герлиха массой 6,5 г скорость в 1475 м/с. Затем винтовка дала скорость пули 1600 м/с, и при некотором увеличении порохового заряда даже фантастическую в то время скорость в 1700 м/с.

Оппоненты Герлиха были опровергнуты. Сам же Герлих считал возможным придать винтовочной пуле скорость и в 2000 м/с.

Уже на скоростях 1450—1470 м/с, пуля винтовки Герлиха массой 6,5 г, действующим диаметром всего 6,35 мм, со свинцовым сердечником на расстоянии 50 м, проламывала (а не пробивала) в стальном броневом листе толщиной 12 мм дыру диаметром 15 мм, а в толстой броне делала воронку в 15 мм глубины и диаметром 25 мм. Обычная пуля боевой винтовки «Маузер» калибра 7,92 мм оставляла на такой броне лишь небольшое углубление в 2—3 мм.

Конические стволы применялись для увеличения начальной скорости снаряда (пули). Принцип увеличения скорости снаряда в конических стволах есть сложный видоизменённый принцип «пробки и иглы». В начале движения снаряда давление пороховых газов действует на большую площадь дна снаряда. При движении снаряда по коническому стволу давление пороховых газов начинает падать, но это падение компенсируется уменьшением объёма ствола сравнительно с обычным цилиндрическим. При этом уменьшается и площадь снаряда, но при обжимании в стволе ведущих поясков снаряда сохраняется высокая степень обтюрации пороховых газов, снижающая их потери.

[Немецкая многокамерная пушка]
Немецкая многокамерная пушка

Основным отличием от стандартных орудий, использующих для разгона в стволе единственный заряд, в многоканальной пушке применялся метод многоступенчатого разгона выстрела. Он заключался в следующем: через расчётно-равные отрезки очень длинного ствола были выполнены дополнительные каморы для размещения зарядов. Они выполнялись под тупым углом к дульному срезу ствола. Снаряд закладывался в казенной части пушки и первоначальное движение ему сообщалось пороховым зарядом, также закладываемым в казенную часть.

Далее снаряду, двигающемуся по каналу ствола, подрывы зарядов в дополнительных каморах, сообщали дополнительную скорость. Подрыв дополнительных пороховых зарядов производился с помощью электрики. В итоге, снаряд покидал канал ствола со скорость не менее 1500 м/с, что делало возможным достижения выстрелом расстояний в 160-170 километров. Для артиллерийского снаряда калибра 150 мм это была невиданная дальность.

Устройство и конструкция

Основой конструкции был ствол. Он представлял собой конструкцию из 32 элементов. Элементы – части ствола и дополнительные каморы. Все элементы собирались в бетонной шахте, готовый ствол устанавливался под расчётным углом возвышения в 55 градусов. Ствол заканчивался с одной стороны казенником, с другой стороны дульной частью. Общая длина пушки равнялась 124 метрам. Получившаяся конструкция должная была весить 62 тонны, но вследствие потребности усиления надежности элементов ствола, общий вес увеличился на 14 тонн. Ствол не имел нарезов, характерных для современных пушек.

Специально для этих пушек был разработан необычный снаряд – его длина была чуть больше 3 метров, вес 140 кг, из которых 25 кг отводилось на заряд ВВ. Хотя калибр орудия был 150 мм, конструкторы выполнили снаряд в подкалиберном исполнении 110 мм.
Из-за отсутствия нарезов в стволе, которые в обычной пушке придают выстрелу вращение необходимое для стабилизации полета, стабилизация полета обеспечивалась оперением хвоста снаряда многоканальной пушки. Оперение должно было раскрываться после выхода из канала ствола от срабатывания пружины.

Были и другие версии подкалиберных снарядов от 110 до 80 мм. Вес таких снарядов варьировался от 127 до 80 килограмм. Они имели 4-6 откидных стабилизаторов.

Трудности «V-3»

Хотя рабочая модель показала удовлетворительный результат, испытания серийного прототипа в начале весны 1944 года проходили с большими трудностями. Разработанные снаряды не приобретали в полете требуемую стабилизацию. Хотя испытания, в принципе, показали, что орудие можно использовать по назначению – по удаленным реальным целям. Из проблемы стабилизации снаряда вытекала следующая трудность – снаряды для пушки уже изготавливали в большом количестве, снаряды которые теперь имели конструкционный недостаток. На время проведения испытаний уже было изготовлено более 25 тысяч снарядов.

Мощность производства снарядов составляла 10 тысяч снарядов за месяц. Такое количество было не случайным, так как скорострельность пушки «HDP» была 1 выстрел в 5 минут. 50 пушек за час могли производить 600 выстрелов. За 24 часа они могли произвести 14400 выстрелов. Согласно планов Гитлера пушки должны были круглосуточно обстреливать столицу Англии с безопасного расстояния.

В данном просчете конечно виноваты конструкторы компании «Rochling». Как стало позже известно, они провели недостаточный объем аэродинамических исследований новых снарядов, что привело к конструкционной ошибке в выборе оперения стабилизации снаряда. В дальнейшем выяснился еще один просчет – при установки фиксированного угла возвышения и направления не была учтена поправка вращения земли. Но разработчикам и руководителям проекта повезло в том, что им не пришлось об выявленных недостатках пушки докладывать Гитлеру, ведь в этом случае их скорее всего ждал расстрел, британские самолеты практически сравняла с землей построенные огневые позиции для 50 орудий. Чуть позже район расположения огневых позиций попал под контроль канадских пехотинцев.

Была еще одна проблема, которая была в ходе работ решена – недостаточная начальная скорость снаряда и как следствие малая дальность пор

Нитроцеллюлозные пороха - Статьи об оружии и боеприпасах


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.

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
Охотники.ру

§ 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.

§ 1.2. Параметры внутренней баллистики

Параметрами внутренней баллистики являются физические величины, характеризующие те или иные свойства артиллерийской системы, состоящей из орудия, снаряда и порохового заряда.

Совокупность параметров внутренней баллистики определяет пиродинамические кривые и отдельные их элементы. Например, начальная скорость снаряда будет зависеть от большого числа параметров внутренней баллистики; изменить величину начальной скорости можно только путем изменения одного или нескольких из этих параметров; если же известно, что величина начальной скорости изменилась, то можно утверждать, что произошло изменение одного или нескольких параметров внутренней баллистикй.

Следовательно, зная параметры внутренней баллистики и характер их влияния, можно сознательно воздействовать на движение снаряда или объяснить отмеченные в движении снаряда особенности, что очень важно для артиллерийской практики.

Параметры внутренней баллистики можно разделить на три группы: конструктивные параметры, параметры условий заряжания и характеристики пороха.

К конструктивным параметрам относятся:

  • калибр орудия d;

  • площадь поперечного сечения канала ствола s;

  • объем каморы W0-

— длина каморы lкам;

Калибр орудия равен диаметру канала ствола по полям на­резов.

Площадь поперечного сечения канала ствола определяется с учетом нарезов по формуле

где к,— коэффициент, зависящий от устройства нарезной части канала ствола: Ks =0,79 при отсутствии нарезов;

Кч = 0,81 при глубине нарезов 1% калибра;

к! = 0,83 при глубине нарезов 2% калибра.

Объемом каморы называется объем заонарядного пространства в момент начала движения снаряда. При патронном заряжании за объем каморы принимают внутренний объем гильзы, спатронированной со снарядом. При раздельном заряжании за объем каморы принимают объем заснарядного пространства при дослан­ном до упора в соединительный конус снаряде.

Длина каморы равна расстоянию от дна канала ствола до дна снаряда в момент начала движения. Практически длину каморы можно измерить линейкой от дна досланного снаряда до казен­ного среза трубы ствола. Необходимо отличать действительную длину каморы от условной длины каморы Х0, которая измеряется с помощью прибора замера каморы (ПЗК). Условная длина бу­дет больше приблизительно на расстояние от передней кромки ведущего пояска до дна снаряда ХСн:

Приведенная длина каморы равна длине цилиндра с пло­щадью основания s и объемом W0.

Полная длина пути снаряда равна расстоянию от дна снаряда до дульного среза ствола (без дульного тормоза) в момент на­чала движения. Обычно бывает известна длина нарезной части канала ствола lн; зная ее, найдем

Иногда к длине нарезной части канала ствола добавляют одну треть длины дульного тормоза.

Длина ствола отличается от длины канала ствола на длину затвора (1-2) d.

К параметрам условий заряжания относятся:

  • масса снаряда q

  • масса порохового заряда со;

  • плотность заряжания

  • давление форсирования р0

  • коэффициент фиктивности ср;

  • параметр заряжания проф. Н. Ф. Дроздова В.

Плотность заряжания А определяется путем деления величины

массы заряда в кг на величину объема каморы в дм3 (т. е. в л) и характеризует степень заполнения каморы порохом.

Существует наивыгоднейшее значение плотности заряжания Ан, при котором дульная скорость снаряда для данной артиллерий­ской системы будет наибольшей при условии сохранения постоян­ной величины наибольшего давления пороховых газов. Наивыгод­нейшая плотность заряжания зависит в основном от наибольшего Давления пороховых газов рт, давления форсирования р0 и кало-

ПараметрыВ являются сложными параметрами, завися­

щими от других параметров внутренней баллистики. В дальней­шем будут даны определения этих параметров.

К характеристикам пороха относятся:

  • калорийность пороха Qw

  • температура горения пороха Т,

  • удельный объем пороховых газов W

  • плотность пороха 5;

  • сила пороха f

  • коволюм пороховых газов а;

  • толщина горящего свода порохового зерна

  • коэффициент скорости горения пороха u

  • конечный импульс давления пороховых газов lк;

  • коэффициенты формы порохового зерна х, X;

  • параметр расширения пороховых газов 9.

В настоящее время в артиллерии применяются следующие сорта порохов: дымный, пироксилиновый, нитроглицериновый, нитродигликолевый, нитрогуанидиновый и нитроксилитановый. Каж­дый порох является метательным взрывчатым веществом, состоя­щим из горючего, окислителя, связующего и добавок.

Дымный порох представляет собой механическую смесь калиевой селитры K2SO4 (окислитель, 75%), древесного угля С (горючее, 15%) и серы S (связующее, Ю°/0). При горении дымного пороха выделяется большое количество твердых остатков (до 56%), | образующих дым. Дымный порох употребляется в основном на изготовление воспламенителей зарядов.

Остальные пороха являются бездымными порохами коллоидного типа. Основной частью бездымных порохов является пиро­ксилин—продукт, полученный в результате обработки клетчатки азотной кислотой, с содержанием азота от 11 до 13,5%. С помощью растворителей: спирто-эфирной смеси, нитроглицерина, ацетона, нитродигликоля—производится желатинизация пироксилина и получаются бездымные пороха.

При горении бездымные пороха почти полностью превращаются в пороховые газы. Состав пороховых газов зависит от состава пороха и давления пороховых газов. В табл. 1.2 приведен объемный процентный состав газов, образующихся при сгорании пироксилинового пороха с содержанием 11% азота.

Отметим, что пороховые газы содержат окись углерода СО, водород Нг и метан СН4, которые при истечении пороховых газов из канала ствола способны соединяться с кислородом воздуха (гореть), образуя дульное или обратное пламя во время стрельбы.

Калорийностью пороха, называется количество тепла,

которое выделяется пороховыми газами, образовавшимися при сго­рании 1 кг пороха, при охлаждении их до 18° С. Величинуоп­ределяют путем сжигания навески пороха в калориметрической бомбе.

В пороховых газах содержатся водяные пары, которые при их охлаждении конденсируются. Будем считать калорийностьпри воде газообразной.

Величинау существующих бездымных порохов изменяется

в пределах от

Пороха, калорийность которых ближе к нижнему пределу, на­зываются условно холодными, а пороха с калорийностью, близкой к верхнему пределу, — горячими.

Калорийность порохаявляется одной из главных его ха­рактеристик, непосредственно влияющих на результаты стрельбы и на качества артиллерийской системы. Например, пороха с калорийностью,меньшей,дают, как правило, беспламен­

ный выстрел.

Температурой горения пороханазывается температура,

которую имеют пороховые газы в момент их образования. Непо­средственное определение величиныв бомбе не обеспечивает достаточной точности, поэтому обычно величинувычисляют по опытной величине, предполагая, что все выделившееся при го­рении пороха тепло расходуется на нагрев продуктов взрывчатого превращения. У существующих порохов температура горения из­меняется в пределах от 2100 до 3800° К.

Удельным объемом пороховых газов, называется объем,

занимаемый образовавшимися при сгорании 1 кг пороха порохо­выми газами после расширения и охлаждения их до состояния,

определяемого температурой 0°С и давлением 760 мм рт.ст. Удельный объем определяется с помощью газометра. У сущест­вующих бездымных порохов удельный объем пороховых газов изменяется в пределах от 750 до 1100

Плотностью пороха, называется масса пороха, заклю­ченного в единице объема, при температуре 15° С и давлении 750 мм рт. ст.

Плотность дымного пороха зависит от давления прессования и изменяется в пределах от 1,5 до 1,9. Плотность бездым­

ных порохов изменяется в пределах от 1,54 до 1,64

Силой пороха, называется величина, равная произведе­нию удельной газовой постояннойна температуру горения по­роха:

Сила пороха может определяться экспериментально путем сжигания навески пороха в манометрической бомбе. Она выра­жает работу, которую мог бы совершить 1 кг пороховых газов, расширяясь при нагревании от нуля градусов до температуры го­рения при постоянном атмосферном давлении.

Удельная газовая постоянная R зависит от молекулярного веса пороховых газов р,:

Среднее значение R для пороховых газов равно 370

Величина силы пороха в основном зависит от калорийности пороха. Для всех существующих бездымных порохов можно при­нять следующую опытную зависимость:

У существующих порохов сила пороха изменяется в пределах от 500-103 до 1200• 103

Коволюмом пороховых газов, называется объем, харак­теризующий объем молекул пороховых газов, образовавшихся при сгорании 1 кг пороха. Коволюм может определяться экспе­риментально путем сжигания навески пороха в манометрической бомбе.

Величина коволюма входит в уравнение состояния реальных газов, например в уравнение вида

и учитывает объем сфер действия молекул, который обычно при­нимают равным учетверенному объему самих молекул. Учет ково-

люма производится только при высоких давлениях, какие имеют место в артиллерийских орудиях. В ракетных двигателях коволюм газов не учитывается.

Во внутренней баллистике для определения коволюма исполь­зуется соотношение

Для всех существующих бездымных порохов можно принять следующую опытную зависимость коволюма от калорийности пороха:

У существующих бездымных порохов коволюм изменяется в пределах от 0,8 до 1,2 дм3/кг.

В табл.1.3 приведены средние значения рассмотренных харак­теристик для различных порохов.

В артиллерии употребляются пороха, разнообразные по форме и размерам пороховых зерен. На рис. 1.3 изображены пороховые зерна различной формы: а) трубка; б) пруток; в) лента; г) пла­стинка; д) куб; е) кольцо; ж) спираль; з) семинакальное зерно. Пороха, имеющие форму цилиндрических зерен с каналами или без каналов, длина которых в два-три раза больше диаметра, на­зываются зернеными порохами.

Толщиной горящего свода порохового зернах называется наи­меньший линейный размер порохового зерна. Чем больше толщина горящего свода, тем дольше при прочих равных условиях горит пороховое зерно. Толщина горящего свода обычно увеличивается с увеличением калибра орудия.

У существующих артиллерийских порохов толщина горящего свода изменяется в пределах от 0,1 до 5 мм. У порохов реактив-

ной артиллерии толщина горящего свода достигает нескольких сантиметров.

Остальные характеристики пороха ии 1 к, х, X, б будут рассмот­рены ниже.

Пороха Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Порох (значения). Нитроцеллюлозный бездымный порох N110 Патрон с бездымным порохом. Сверху вниз: пуля, порох, гильза, капсюль

По́рох — многокомпонентная твёрдая «взрывчатая» (бризантным веществом не являющаяся) смесь, способная к закономерному горению параллельными слоями, без доступа кислорода извне, с выделением большого количества тепловой энергии и газообразных продуктов, используемых для метания снарядов, движения ракет и в других целях[1]. Его относят к классу метательных взрывчатых веществ.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Виды порохов
    • 2.1 Смесевые пороха
      • 2.1.1 Дымный (чёрный) порох
      • 2.1.2 Алюминиевый порох
    • 2.2 Нитроцеллюлозные пороха
      • 2.2.1 Пироксилиновые
      • 2.2.2 Баллиститные
      • 2.2.3 Кордитные
      • 2.2.4 Твёрдое ракетное топливо
  • 3 Горение пороха и его регулирование
  • 4 Характеристики пороха
  • 5 Невоенное применение
  • 6 См. также
  • 7 Примечания
  • 8 Литература
  • 9 Ссылки

История[ | ]

Фитильное огнестрельное оружие, Китай, династия Мин (1368—1644)

Таблицы сгорания топлива

КАРТЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА

Жидкий кислород и жидкий водород
Жидкий кислород и жидкий метан
Жидкий кислород и этиловый спирт
Жидкий кислород и керосин
Жидкий кислород и НДМГ
Краснодымящая азотная кислота и керосин
Красная дымящая азотная кислота и MMH
Краснодымящаяся азотная кислота и НДМГ
Тетроксид азота и MMH
Тетроксид азота и НДМГ
Тетроксид азота и аэрозин 50
Перекись водорода и керосин
Как использовать эти диаграммы

Для каждой из комбинаций топлива, показанных выше, предоставлено четыре графика.Эти графики можно использовать для оценки (1) оптимального соотношения реагентов горения в смеси, (2) адиабатической температуры пламени реакции горения, (3) средней молекулярной массы продуктов горения и (4) удельной теплоемкости соотношение продуктов сгорания. Эти данные необходимы для определения скорости выхлопных газов, выбрасываемых из ракетного двигателя, которая, в свою очередь, определяет его тягу. Температура адиабатического пламени и молекулярный вес газа были рассчитаны с помощью бесплатной программы STANJAN.

Оптимальное соотношение смеси

Соотношение смеси - это отношение массы окислителя к массе топлива. Мы определяем оптимальное соотношение смеси как такое, при котором будет произведен самый высокий удельный импульс для данных реагентов. Оптимальное соотношение смеси ракетного топлива зависит от давления, при котором будет работать ракетный двигатель. Двигатель с высоким давлением в камере сгорания и низким давлением на выходе из сопла, то есть с большим соотношением сечений, будет иметь наивысшее оптимальное соотношение компонентов смеси.

Ниже мы видим график зависимости оптимального соотношения компонентов смеси от давления в камере сгорания для жидкого кислорода и керосина при двух разных давлениях на выходе из сопла (Pe).Чтобы использовать этот график, выберите желаемое давление в камере по нижней оси графика и проведите вертикальную линию. Когда вертикальная линия пересекает кривую желаемого давления на выходе, проведите горизонтальную линию слева и прочтите соответствующее соотношение смеси на вертикальной оси графика. Если требуется давление на выходе, отличное от показанного, оцените положение кривой давления на выходе путем интерполяции между приведенными. Например, кривая для Pe = 0,7 атмосферы лежит примерно на одной трети расстояния от Pe = 1.0 на кривую Pe = 0,1. В данном примере мы выбрали давление в камере сгорания 75 атмосфер и давление на выходе из сопла 1 атмосферу, что дает нам оптимальное соотношение смеси 2,30.

Температура адиабатического пламени

Температура адиабатического пламени - это температура, достигаемая в результате реакции горения, которая протекает адиабатически, то есть без тепла, поступающего и выходящего из системы. Это максимальная температура, которая может быть достигнута для данных реагентов, и используется для оценки температуры камеры сгорания (Tc) в ракетном двигателе.

Ниже мы видим график адиабатической температуры пламени в зависимости от давления в камере сгорания для жидкого кислорода и керосина при трех различных соотношениях смеси. Чтобы использовать этот график, выберите желаемое давление на нижней оси графика и проведите вертикальную линию. Когда вертикальная линия пересекает кривую для желаемого соотношения компонентов смеси, проведите горизонтальную линию влево и снимите соответствующую адиабатическую температуру пламени с вертикальной оси графика. Если используется соотношение смеси, отличное от указанного, оцените положение кривой соотношения компонентов смеси путем интерполяции между приведенными.Например, кривая для отношения смеси 2,25 находится примерно посередине между кривыми 2,20 и 2,30. В данном примере мы выбрали давление 75 атмосфер и соотношение смеси 2,30, что дает нам адиабатическую температуру пламени примерно 3545 Кельвинов.

Молекулярный вес газа

Молекулярная масса выхлопных газов - это средняя молярная масса продуктов сгорания, то есть масса выхлопных газов, деленная на количество молей.

Ниже приведен график зависимости молекулярной массы газа от давления в камере сгорания для жидкого кислорода и керосина при трех различных соотношениях смеси. Чтобы использовать этот график, выберите желаемое давление на нижней оси графика и проведите вертикальную линию. Когда вертикальная линия пересечет кривую для желаемого соотношения в смеси, проведите горизонтальную линию влево и снимите соответствующую молекулярную массу газа с вертикальной оси графика. Для соотношений смесей, отличных от указанных, оцените путем интерполяции между приведенными кривыми.В приведенном примере мы выбрали давление 75 атмосфер и соотношение смеси 2,30, что дает нам средний молекулярный вес газа около 21,65.

Указанные ниже молекулярные массы газа получены в камере сгорания. Молекулярная масса будет немного увеличиваться по мере расширения и охлаждения газа по мере продвижения к выходу из сопла.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость - это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия.Коэффициент удельной теплоемкости - это отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме.

Ниже приведен график зависимости удельной теплоемкости от давления в камере сгорания для жидкого кислорода и керосина при трех различных соотношениях смеси. Чтобы использовать этот график, выберите желаемое давление на нижней оси графика и проведите вертикальную линию. Когда вертикальная линия пересечет кривую для желаемого соотношения компонентов смеси, проведите горизонтальную линию влево и прочтите соответствующий удельный коэффициент теплоемкости по вертикальной оси графика.Для соотношений смесей, отличных от указанных, оцените путем интерполяции между приведенными кривыми. В приведенном примере мы выбрали давление 75 атмосфер и соотношение смеси 2,30, что дает нам коэффициент удельной теплоемкости около 1,219.

Указанные ниже удельные теплоемкости получены в камере сгорания. По мере того, как газ движется к выходу из сопла, он расширяется и охлаждается, тем самым немного увеличивая удельную теплоемкость. На практике при расчете скорости выхлопных газов используется среднее значение удельной теплоемкости.


Автор Роберт А. Брауниг, авторское право 2005 г.

.

ВИНТА

ВИНТА 6. ВВЕДЕНИЕ A. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Ракетных ВВ

Обычные химические топлива обеспечивают удельные значения импульса в диапазоне от примерно 175 до примерно 300 секунд. Самый энергичный химические топлива теоретически способны давать удельные импульсы до примерно до 400 секунд.

Высокие значения удельного импульса достигаются за счет высоких выхлопных газов. температура, и выхлопные газы, имеющие очень низкий (молекулярный) вес.Следовательно, чтобы быть эффективным, топливо должно иметь большую теплоту сгорание приводит к высоким температурам и должно вызывать горение продукты, содержащие простые, легкие молекулы, содержащие такие элементы, как водород (самый легкий), углерод, кислород, фтор и более легкий металлы (алюминий, бериллий, литий).

Другой важный фактор - плотность пороха. Заданный вес плотного пороха может перевозиться в меньшем и более легком баке, чем такой же вес пороха низкой плотности.Жидкий водород, например, энергичен, а дымовые газы легкие. Однако это очень громоздкое вещество, требующее больших резервуаров. Собственный вес этих танков частично компенсирует высокий удельный импульс водородного топлива.

При выборе ракетного топлива необходимо учитывать и другие критерии. Некоторые химические вещества, которые дают отличный удельный импульс, создают проблемы в работа двигателя. Некоторые из них не подходят в качестве охлаждающих жидкостей для горячих тяги стенки камеры.Другие проявляют особенности горения, которые делают их использование затруднительным или невозможным. Некоторые нестабильны к изменению градусов, и их нельзя безопасно хранить или обрабатывать. Такие особенности препятствуют их использование для ракетных двигателей.

К сожалению, почти любое топливо с хорошими характеристиками подходит для быть очень активным химическим веществом; следовательно, большинство порохов едкие, легковоспламеняющиеся или токсичные, и часто все три. Один из самых послушных жидкое топливо - бензин.Но пока сравнительно просто использования, бензин, конечно, легко воспламеняется, и с ним необходимо обращаться с забота. Многие пропелленты высокотоксичны, даже в большей степени, чем большинство боевых газов; некоторые из них настолько едкие, что только несколько специальных для их содержания могут использоваться вещества; некоторые могут гореть самопроизвольно при контакте с воздухом, или при контакте с любым органическим веществом, или в определенные случаи при контакте с наиболее распространенными металлами.

Также важным при выборе ракетного топлива является его доступность.В некоторых случаях для получения достаточного количества топлива, необходимо построить новый химический завод. И потому что некоторые горючие вещества используются в очень больших количествах, наличие сырье необходимо учитывать.

42
АСТРОНАВТИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ 43B. ТВЕРДОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ДВИГАТЕЛЬ

Используются два основных типа твердого топлива. Первый, так называемый двухосновный пропеллент, состоит из нитроцеллюлозы и нитроглицерина, а также добавок в небольшом количестве.Нет раздельного топлива и окислителя. Молекулы нестабильны и при воспламенении распадаются и перестраиваются, выделяя большое количество тепла. Это топливо хорошо подходит для ракетных двигателей меньшего размера. Их часто обрабатывают и формуют методами экструзии, хотя применялось и литье.

Другой тип твердого топлива - это композит. Здесь используется отдельное топливо и окисленные химикаты, тесно смешанные в твердом зерне.Окислителем обычно является нитрат аммония, хлорат калия или хлорат аммония, и он часто составляет до четырех пятых или более всей топливной смеси. В качестве топлива используются углеводороды, такие как соединения асфальтового типа или пластмассы. Поскольку окислитель не имеет значительной структурной прочности, топливо должно не только хорошо работать, но также обеспечивать зерну необходимую форму и жесткость. Большая часть исследований твердого топлива посвящена улучшению физических, а также химических свойств топлива.

Обычно при переработке твердого топлива компоненты топлива и окислителя готовятся для смешивания отдельно, причем окислитель является порошком, а топливо - текучей средой различной консистенции. Затем их смешивают в тщательно контролируемых условиях и выливают в подготовленный корпус ракеты в виде вязкого полутвердого вещества. Затем их заставляют застывать в камерах отверждения при контролируемой температуре и давлении.

Преимущество твердого ракетного топлива заключается в минимальном техническом обслуживании и мгновенной готовности.Однако для более энергичных твердых веществ могут потребоваться тщательно контролируемые условия хранения и могут возникнуть проблемы с обращением с ними при очень больших размерах, поскольку ракету необходимо всегда перевозить полностью загруженной. Очень важна защита от механических ударов или резких перепадов температуры, которые могут привести к растрескиванию зерна.

C. ЖИДКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ДВОЙНЫЕ ЧАСТНИКИ

В большинстве жидких химических ракет используется два отдельных топлива: горючее и окислитель. Типичные виды топлива включают керосин, спирт, гидразин и его производные, а также жидкий водород.Многие другие были протестированы и использованы. Окислители включают азотную кислоту, четырехокись азота, жидкий кислород и жидкий фтор. Одними из лучших окислителей являются сжиженные газы, такие как кислород и фтор, которые существуют в жидком виде только при очень низких температурах; это значительно усложняет их использование в ракетах. Большинство видов топлива, за исключением водорода, являются жидкостями при обычных температурах.

Определенные комбинации порохов гиперголичны ; то есть они самовоспламеняются при контакте топлива и окислителя.Другим требуется воспламенитель, чтобы начать их горение, хотя они будут продолжать гореть при попадании в пламя камеры сгорания.

Обычно жидкое топливо обычно дает удельные импульсы, превосходящие импульсы имеющихся твердых частиц. С другой стороны, они требуют более сложных систем двигателя для передачи жидкого топлива

87162 ° -59-4


44 АСТРОНАВТИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

в камеру сгорания.Список характеристик твердого и жидкого ракетного топлива приведен в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1. - Удельный импульс некоторых типичных химических ракетных топлив 1
    Комбинации ракетного топлива: Isp Range
      Монотопливо (жидкое): (сек)
        Монотопливо с низким энергопотреблением __________________________ 160-190.
          Гидразин
          Оксид этилена
          Пероксид водорода
        Высокоэнергетические монотопливы:
          Нитрометан _______________________________ 190-230
      Бипропелленты (жидкие):
        Низкоэнергетические бипропелленты ___________________________ 200-230.-

        Перхлорилфторид
        Аналитический фторид
        JP-4-Acid
        Перекись водорода-JP-4
      Бипропелленты средней энергии ________________________ 230–260.
        Гидразин-кислота
        Аммиак-четырехокись азота
      Двухкомпонентные топлива высокой энергии ___________________________ 250–270.
        Жидкий кислород-JP-4
        Жидкий кислород-спирт
        Гидразин-трифторид хлора
      Бипропелленты очень высокой энергии _______________________ 270–330.
        Жидкий кислород и фтор-JP-4
        Жидкий кислород и озон-JP-4
        Жидкий кислород -Гидразин
      Сверхвысокие энергетические двухкомпонентные топлива _______________________ от 300 до 385.
        Фтор-водород
        Фтор-аммиак
        Озон-водород
        Фтор-диборан
    Комбинации окислителя и связующего (твердые): 17045
      Перхлорат калия: 900lt45 или асфальт до 210.
    Перхлорат аммония:
      Тиокол ​​_____________________________________ от 170 до 210.
      Резина _____________________________________ от 170 до 210.
      Полиуретан ______________________________________________ 210 до 250.
      Нитрополимер _________________________________ 210 до 250.
    Нитрат аммония:
      Полиэстер ____________________________________ 170 до 21045.
      Резина _____________________________________ 170 до 210. Нитрополимер _________________________________ 210-250.
    Двойное основание _______________________________________ от 170 до 250.
    Металлический бор и окислитель ____________________ от 200 до 250.
    Металлический литий и окислитель ___________________ от 200 до 250.
    Металлический алюминий и окислитель _________________ от 200 до 250.
    Компоненты металлического магния и окислитель ________________ от 200 до 250.
    Пропелленты перфторированного типа ____________________________ 250 и выше.
1 Некоторые соображения, касающиеся космической навигации, Aerojet-General Corp.. Специальный представитель. № 1460, май 1958 г.

Жидкий кислород - стандартный окислитель, используемый в крупнейших ракетных двигателях США. Он химически стабилен и не вызывает коррозии, но его чрезвычайно низкая температура затрудняет перекачку, регулировку клапанов и хранение. При контакте с органическими материалами это может вызвать пожар или взрыв.

Азотная кислота и четырехокись азота - обычные промышленные химические вещества. Хотя они вызывают коррозию некоторых веществ, существуют материалы, которые безопасно содержат эти жидкости.Четырехокись азота, поскольку она кипит при довольно низких температурах, должна быть в некоторой степени защищена.


АСТРОНАВТИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ 45

Жидкий фтор - это очень низкотемпературное вещество, сравнимое с жидким кислородом, а также очень токсичное и коррозионное вещество. Кроме того, его продукты сгорания чрезвычайно агрессивны и опасны; следовательно, использование фтора создает проблемы при испытании и эксплуатации ракетных двигателей.

Большинство жидких видов топлива, за исключением водорода, очень похожи по характеристикам и обращению.Обычно это довольно послушные вещества. Однако водород существует в жидком виде только при очень низких температурах, даже более низких, чем жидкий кислород; следовательно, с ним очень трудно обращаться и хранить. Кроме того, если дать ему уйти в воздух, он может образовать взрывоопасную смесь. Это очень объемное вещество, примерно в одну четырнадцатую от плотности воды. Тем не менее, он предлагает лучшие характеристики среди всех жидких видов топлива.

D. ЖИДКО-ХИМИЧЕСКИЕ МОНОДВИГАТЕЛИ

Некоторые нестабильные жидкие химические вещества, которые при определенных условиях будут разлагаться и выделять энергию, были опробованы в качестве ракетного топлива.Однако их характеристики уступают характеристикам двухкомпонентного топлива или современного твердого топлива, и они представляют наибольший интерес в довольно специализированных приложениях, таких как небольшие управляющие ракеты. Яркими примерами этого типа пропеллента являются перекись водорода и окись этилена. 1

E. КОМБИНАЦИИ ТРЕХ ИЛИ БОЛЕЕ ХИМИЧЕСКИХ ВОДИТЕЛЕЙ

Использование более двух химических веществ в качестве ракетного топлива никогда не привлекало особого внимания и в настоящее время не считается выгодным.Иногда для работы газогенератора используется отдельный пропеллент, который подает газ для привода турбонасосов жидкостных ракет. В Фау-2, например, перекись водорода разлагалась для подачи горячего газа для основных турбонасосов, хотя основным ракетным топливом были спирт и жидкий кислород.

F. ДВИГАТЕЛЬ СО СВОБОДНЫМ РАДИКАЛОМ

Если определенные молекулы разорваны, они будут отдавать большое количество энергии при рекомбинации. Было предложено использовать такие нестабильные фрагменты, называемые свободными радикалами, в качестве ракетного топлива.Однако трудность состоит в том, что эти виды склонны к рекомбинации, как только они образуются; следовательно, центральной проблемой при их использовании является разработка метода стабилизации. Атомарный водород - наиболее перспективное из этих веществ. Использование атомарного водорода может дать удельный импульс длительностью от 1200 до 1400 секунд. 2

G. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ДЛЯ НЕХИМИЧЕСКИХ РАКЕТ

Такие устройства, как ядерная ракета, должны использовать какое-то химическое вещество в качестве рабочего тела или топлива, хотя никакая энергия не передается ракете в результате какой-либо химической реакции.Все тепло исходит от реактора. Поскольку первоочередное внимание уделяется минимизации молекулярной массы выхлопных газов, жидкий водород является лучшим из рассмотренных на данный момент веществ


1 North American Aviation, Inc., пресс-релиз NL-45, 15 октября 1958 г.

2 Движение в космическом пространстве с использованием ядерной энергии, слушания в подкомитетах Объединенного комитета по атомной энергии, Конгресс США 85-й Конгресс., 2-е заседание, 22, 23 января и 6 февраля 1958 г., подполковник П. Аткинсон, стр. 145.


46 АСТРОНАВТИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

, и маловероятно, что можно будет найти какое-либо вещество с превосходными характеристиками. Проблемы обращения с жидким водородом для ядерной ракеты такие же, как и для химической ракеты.

Еще одно вещество, упомянутое для использования в качестве топлива в ядерной ракете, - это аммиак. Предлагая только половину удельного импульса водорода при той же температуре в реакторе из-за его большей молекулярной массы, он является жидкостью при разумных температурах и с ним легко обращаться.Его плотность также намного больше, чем у водорода, примерно такая же, как у бензина.

Топливо, которое можно было бы использовать в электрических двигательных установках, представляет собой легко ионизируемые металлы. Наиболее широко считается цезий; на втором месте рубидий, калий, натрий и литий.

H. НЕТРАДИЦИОННАЯ УПАКОВКА ЗАРЯДА

Некоторые нетрадиционные подходы в области ракетного топлива включают следующее:

    Использование жидкого окислителя с твердым топливом, окислитель прокачивается через перфорацию твердого зерна для сжигания.

    Запечатывание жидкого ракетного топлива в небольшие капсулы, чтобы жидкий груз можно было обрабатывать и хранить в виде массы сухих «таблеток ракетного топлива». 3


3 Начато исследование инкапсулированного жидкого топлива, Авиационная неделя, т. 69, No. 19, 10 ноября 1958 г., стр. 29.


ПРЕДЫДУЩИЙ | СЛЕДУЮЩИЙ | ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ССЫЛКИ | ПРИЛОЖЕНИЕ.

Моделирование горения твердого топлива | Блог FLOW-3D

Сжигание твердого топлива - традиционный метод извлечения энергии из твердых предметов. Однако важным относительно новым применением сжигания твердого топлива является ракетное движение. Разработка новой модели горючих объектов в FLOW-3D v11.1 была мотивирована сжиганием твердого топлива в ракетах. Модель описывает преобразование твердого ракетного топлива в газ с помощью источника тепла, имитируя процесс горения в твердотопливных ракетах.

Физика модели

Предполагается, что массовый источник горючего газа является застойным, то есть начальная скорость отработанного газа равна нулю. В результате в уравнениях импульса отсутствует дополнительный истоковый член. Скорость горения определяется приведенным ниже уравнением. дм / дт - скорость горения или, проще говоря, скорость изменения массы твердого топлива, P - давление горючего газа, а a и b - эмпирические параметры.{b}} \)

Как настроить модель

Модель требует, чтобы была активирована модель сжимаемого потока. Твердое топливо определяется как особый тип геометрического компонента - горение, и необходимо определить параметры реакции (a и b). Даны значения по умолчанию для множителя и коэффициентов мощности, но эти значения могут быть изменены пользователем. Значения по умолчанию для коэффициентов умножения и мощности равны 1e-05 и 0,5 соответственно. Эти значения могут быть изменены пользователем.

Пример моделирования с результатами

Номер Куранта

Более высокие значения числа Куранта указывают на то, что размер временного шага может быть слишком большим для точного определения локальных параметров потока. На рисунке 4 число Куранта остается низким внутри камеры зажигания, но увеличивается по мере перехода потока из камеры в сопло. Поскольку основной целью изучения этого случая было моделирование поведения горючего объекта, до камеры зажигания число Куранта там низкое, что обеспечивает точное решение.Это может быть не так в сопле, но пользователь может уменьшить временной шаг, чтобы запустить моделирование с меньшим числом Куранта, если требуется.

Явное и неявное

К настоящему времени вы, возможно, уже подумали о численных сложностях, связанных с этим моделированием. Общий размер временного шага ограничен скоростью адвекции в сопле, что может привести к большому времени вычислений. Для ускорения вычислений можно использовать неявную схему переноса.Однако необходимо тщательно контролировать размер временного шага, чтобы минимизировать ошибки, связанные с неявной схемой.

Пути и обращение

Pathlines - отличные математические функции и инструменты визуализации для понимания истории жидкой частицы в вычислительной области. Сильный инструмент визуализации, такой как FlowSight, вычисляет траектории в зависимости от требований пользователя с точки зрения длины, количества и т. Д. На рисунке 3 горючая часть показана снизу (в продольном направлении) в верхнем левом окне просмотра.Контуры рассчитываются и визуализируются в главном окне просмотра (рисунок в центре). С первого взгляда можно увидеть, что происходит значительная локальная циркуляция, наряду с глобальной циркуляцией на периферии. Такая физика может быть важна для понимания при программировании траектории полета ракеты.

Деформация горючего компонента и изменение давления во времени.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *