Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Декабрь » 26 » Дальность артиллерии. Порох и начальная скорость снаряда. ч.2
11:36
Дальность артиллерии. Порох и начальная скорость снаряда. ч.2

    В прошлый раз мы пришли к выводу, что главными факторами, определяющими дальность стрельбы ствольной артиллерии, являются начальная скорость снаряда и темпы потери этой скорости в полете. То есть, важно сообщить снаряду максимальную скорость в стволе, а затем, позаботиться о минимизации потерь этой скорость (энергии) в полете.
    Возвращаясь к задачам внутренней баллистики, стоит отметить, что первая задача сводится к увеличению энергии порохового заряда, и оптимизации КПД передачи этой энергии снаряду в процессе выстрела. Так как, около 99% всей энергии снаряд получает при движении по каналу ствола (вклад последействия пороховых газов весьма мал), то сведем задачу до процессов в стволе орудия.
    Первое, на что обращают внимание при проектировании дальнобойной артиллерии, это марка и сорт пороха. Разумеется, порох должен отличаться максимальным качеством и однообразием пороховых элементов, это необходимо для обеспечения устойчивого горения и стабильной точности стрельбы. Что касается рецептуры, то здесь доминируют баллиститные пороха. Как мы уже знаем, баллиститные пороха включают пироксилиновую полимерную матрицу, пластифицирующие добавки и специальные компоненты.
    Нитроцеллюлозы, образующие полимерную матрицу пороха, должны отличатся равномерным размещением нитратных групп, что необходимо для высокой однородности структуры пороха на молекулярном уровне. Это условие минимизирует разрушение пороховых элементов при движении по каналу ствола, а так же, уменьшает вклад неравномерного по объему старения пороха при хранении. Однородное размещение нитратных групп в макромолекулах нитроцеллюлоз, можно добиться, или более точным и аккуратным соблюдением параметров процессов нитрации и стабилизации продукта, или нитрованием в органическом растворителе, например, четыреххлористом углероде. Второй метод почти никогда не применялся в связи с высокой стоимостью и технологической нецелесообразностью.
    Кроме однородности размещения нитратных групп, нитроцеллюлоза должна иметь минимальную ширину молекулярно-массового распределения, то есть, доля ММ с очень маленькой и очень большой молекулярной массой, должна быть минимальна. Если будет много коротких молекул, тогда пороховая масса будет отличаться малой когезией (прочностью вещества), и станет нестабильна при хранении (экссудация пластификаторов и релаксационные искажения). Если в нитроцеллюлозе окажется много длинных ММ, тогда масса менее эластична при формовании пороховых элементов, как следствие, много остаточных напряжений в материале пороховых элементов и неоднородность структуры за счет низкого содержания пластификаторов в областях, насыщенных высокомолекулярной НЦ (своего рода, наноразмерные “комочки” из ММ).
    К используемым пластификаторам, обычно не предъявляется особых требований. Основными пластификаторами медленно горящих баллиститов являются: НГЦ, динитротолуол (ДНТ), жидкий вазелин, реже динитрат диэтиленгликоля. Применяемый для повышения химической стойкости централит №2, так же, обладает некоторым пластифицирующим действием. Другие стабилизаторы обычно не применяются, оксид магния или известь, хотя и более дешевы и доступны, но, дают твердый остаток, что исключает их из состава порохов для высокоимпульсной артиллерии. Используемый для повышения однородности структуры стеарат цинка (ПАВ), так же, немного способен пластифицировать нитроцеллюлозы, и даже повышает химическую стойкость, но, он дает при сгорании оксид цинка, что почти 100% исключает его из состава данных порохов. Оксиды свинца (катализатор горения и хим. стаб.), хотя и нашли некоторое применение для ракетных баллиститов, но, никогда не применяются для высокоимпульсных (сгорающих при высоких давлениях) порохов.
    Обычный состав баллиститных порохов для дальнобойной артиллерии включает: нитроцеллюлоза 60-67%, НГЦ 24-30%, ДНТ 0-7%, динитрат диэтиленгликоля 0-6%, централит №2 0,5-2%, вазелин 1-2%. Самые высокоэнергетические баллиститы включают минимальное содержание НГЦ, при максимальном содержании ДНТ, централита и вазелина. Этот состав соблюдается с времен ВМВ, все современные медленно горящие баллиститы имеют примерно тот же состав.
    Визуально, порох для дальнобойной артиллерии, чаще всего, представляет собой прочные трубки или семиканальные гранулы солидного размера, очень прочные, и на ощупь как полистирол (твердый пластик, аналогичный стеклотекстолиту). Внешний диаметр трубок (гранул) может достигать 15-25 мм и более, толщина стенки до 8-12 мм. При определенной сноровке, такой трубкой можно заколотить в сосновую доску небольшой гвоздь, и при этом не сломать трубку. Что касается горения, то наш преподаватель “технологии термопластов” (баллиститов), сказал по этому поводу следующее: “этот порох можно с краю поджечь, и ходить с ним, как с лучиной…”. От небольшой искры или кратковременного касания пламени зажигалки, данный порох почти наверняка не загорится, ему нужен заметный локальный нагрев. Хотя, предварительный разогрев порохового элемента в термостате до 60-70*С заметно повышает, как легкость воспламенения, так и скорость горения.
    Для обеспечения максимальной работоспособности при минимальной длине ствола и давлении в нем, закон горения для пороха должен быть близок к прогрессивному горению. То есть, по мере сгорания пороховых элементов, удельная поверхность пороховых элементов должна повышаться. Это нужно исходя из площади поверхности ограниченной кривой давление-время. Лишь приближение вида кривой к прямоугольнику, позволит получить максимальную дульную энергию при данной длине ствола и давлении в нем. Максимально прогрессивное горение обеспечивается при использовании семиканальных пороховых трубок из пороха высокой прочности.
    В качестве перспективных разработок в данном направлении, предложено использование композитных порохов (полимерное горюче-связующее и твердый беззольный окислитель). Такие пороха отличаются привередливостью к условиям хранения и высокой стоимостью, поэтому, несмотря на возраст некоторых патентов в данном направлении, более 30-40 лет, пока нигде не применяются. Более совершенный вариант порохового заряда для длинноствольных систем, это использование порохового заряда в виде литой шашки. В этом случае заряд можно оформить как одно- или семиканальную шашку с бронированными торцами, или даже шашку со звездообразным каналом. Сравнительно малая начальная поверхность позволит иметь минимальный приток газов в начале выстрела, когда давление максимальное, а последующее горение увеличит площадь поверхности горения ближе к дульному срезу, когда давление в канале ствола резко падает. Это позволит максимально приблизить баллистическую кривую к прямоугольнику. К сожалению, такие пороховые заряды требуют высочайшей точности при изготовлении и мало технологичны, особенно, при малотиражном производстве, следовательно, пока не применяются. Хотя, в своих проектах сверхдальнобойных (в том числе, “космических”) пушек, Дж. Бюлль и другие конструкторы артиллеристы, предлагают цельные заряды из медленно горящих порохов.
    Кроме классических пороховых зарядов, инженеры предлагают использовать и новаторские решения. Примеры вроде электромагнитной пушки мы пока рассматривать не будем, а вот пушки на легком газе заслуживают нашего внимания. Первые варианты орудий на легком газе отталкиваются от теории, что при достижении высоких давлений и скоростей в канале ствола, сопротивление внутреннего трения в газопаровой среде рабочих газов орудия, достигает высочайших значений, что приводит к резкому повышению давления в канале ствола, баз заметного повышения скорости снаряда. Решением данной проблемы могут стать легкие газы в качестве рабочего тела.
    Первый проект подобного орудия включал массивную камору большого диаметра, в которой помещается тяжелый поршень. За поршнем располагают заряд обычного быстрогорящего пороха. Перед поршнем закачан легкий газ (гелий или водород), впереди газ ограничен снарядом, закрывающим канал ствола. При воспламенении пороха, он сгорает, пороховые газы давят на поршень, который разгоняется и резко сдавливает легкий газ. Разгон снаряда по стволу осуществляет легкий газ, находящийся под очень высоким давлением (3-8 тыс. атм. при температуре 300-500*С). В связи с малым размером и полярностью молекул гелия или водорода, сопротивление трения и инерции в газе минимальное, и снаряд разгоняется до очень высоких скоростей. Экспериментальная установка массой в 15 тонн, разгоняла 100-200 гр. снаряд до 4-5 км в секунду. Ниже упрощенная схема подобного орудия.
       
    Другой вариант представлен внизу, там энергию газу сообщает вольтова дуга между электродами. Разогрев газа повышает его давление до 4-6 тыс. атм., снаряд в этом случае получает скорость до 12-14 км в секунду. При этом масса установки для разгона 5 гр. снаряда, переваливает за 10 тонн, а орудию требуется отдельный электрогенератор мощностью порядка 500-1000 кВт, плюс батарея конденсаторов.
     Далее мы коснемся других конструктивных ухищрений повышения начальной скорости снарядов.

Категория: Баллистика | Просмотров: 627 | Добавил: Chemadm | Рейтинг: 4.0/6
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]