Взрыв и взрывчатые вещества

Рис. 8. Схема устройства реактивного снаряда.

На основе реактивного принципа во время второй мировой войны в Германии были сконструированы и применялись сверхдальнобойные снаряды. Одним из наиболее эффективных была ракета Фау-2. Общий вес этой ракеты составлял 13,5 тонны, длина 14,5 метра, диаметр корпуса около двух метров. Заряд взрывчатого вещества в боевой головке составлял 900 килограммов для стрельбы на дальние расстояния; для стрельбы же на малые дистанции, за счет уменьшения количества горючего этот заряд увеличивали до 4500 килограммов.

В качестве горючего, приводящего снаряд в движение, в этой ракете использовался не порох, а жидкое топливо (спирт и жидкий кислород), которое дает больше энергии; общее количество топлива около 8 тонн. При выстреле ракета сначала поднимается вертикально вверх, затем под действием автоматического управления начинает двигаться наклонно, достигая максимальной высоты свыше 100 километров, и после этого переходит на горизонтальный полет. Благодаря этому ракета большую часть пути летит в сильно разреженном пространстве, где сопротивление воздуха полету очень мало. Приближаясь к месту назначения, ракета резко опускается вниз и падает на цель. Максимальная дальность полета — около 400 километров.

Большим преимуществом реактивной артиллерии является легкость и обусловленная ею подвижность. Не требуется ни длинного тяжелого ствола, ни лафета. Имеется только одно направляющее устройство того или иного типа (рис. 9). При этом направляющее устройство может быть легким, так как отдача целиком используется для метания снаряда.

Рис. 9. Советская реактивная установка.

Благодаря отсутствию отдачи стало возможным применение и ручного реактивного оружия довольно крупного калибра, например, для борьбы с танками. Ствольные орудия такого калибра были бы непомерно тяжелы и давали бы слишком большую отдачу.

Чем же отличаются пороха от инициирующих и вторичных взрывчатых веществ?

Горение пороха при выстреле должно быть безусловно устойчивым, то есть никогда не должно переходить во взрыв. Если произойдет взрыв, то давление настолько увеличится, что ствол будет разорван.

Отсюда ясно, что инициирующие взрывчатые вещества не могут быть использованы как метательные: их горение неизбежно перешло бы во взрыв.

Однако и вторичные взрывчатые вещества в обычном их виде также нельзя применять как пороха. Горение этих взрывчатых веществ устойчиво не при всех условия в частности, если горение идет при быстро возрастающем давлении, как это происходит при выстреле на начальной его стадии, то оно может перейти во взрыв. Большую роль при этом играют физическая структура и свойства взрывчатого вещества. Так, если применить вместо пороха пироксилин, имеющий структуру измельченной ваты, то горение его тотчас переходит во взрыв. Но если тот же пироксилин растворить в соответствующем растворителе, то после испарения последнего мы получим пироксилиновый бездымный порох — массу, напоминающую целлулоид. Этот порох устойчиво горит при любых условиях.

Нитроглицерин — взрывчатое вещество, имеющее вид вязкой маслообразной жидкости, — также легко дает взрыв при горении в условиях выстрела, то есть при возрастающем давлении. В сочетании же с пироксилином он образует нитроглицериновый бездымный порох, напоминающий по своим физическим свойствам рог; в отличие от нитроглицерина горение пороха во взрыв уже не переходит.

От порохов требуется, чтобы они в условиях выстрела не только горели без перехода во взрыв, но и давали возможность надежно и точно регулировать быстроту сгорания порохового заряда во время выстрела.

Зачем это нужно?

А вот зачем. Скорость, с которой снаряд вылетает из ствола, зависит от количества энергии, сообщаемой пороховыми газами снаряду.

Эта энергия в свою очередь зависит от длины ствола и силы давления пороховых газов в нем, которая заставляет снаряд двигаться.

Наибольшее допустимое давление газов определяется прочностью ствола. Изобразим на графике ствол пушки и изменение давления в нем при движении снаряда. Если бы был такой порох, при котором давление во все время движения снаряда в стволе не менялось (рис. 10 а), то энергия, сообщенная снаряду, была бы равна, как известно из физики, произведению силы на путь, то есть на длину ствола. Это произведение, как видно из графика, равно площади заштрихованного прямоугольника.

Если при горении пороха давление в стволе не остается постоянным, а изменяется, например, так, как показано на рисунке 10 б или 10 в, то энергия снаряда при вылете его из ствола опять-таки изображается заштрихованными площадями на этих рисунках.

Рис. 10 а, б, в. Изменение давления в стволе пушки при выстреле.

Мы видим, что наибольшая площадь, то есть энергия снаряда, получается, если давление при выстреле постоянно, наименьшая — в третьем случае, когда давление быстро падает. Поэтому порох, дающий такую кривую, применять было бы невыгодно — дальность стрельбы сократилась бы.

По этой причине стремятся применять такие пороховые заряды, при горении которых давление падало бы возможно медленнее, кривая была бы наиболее пологой.

Почему же изменение давления в стволе при выстреле зависит от порохового заряда и как на него можно влиять?

Во время выстрела снаряд в стволе движется все быстрее и быстрее, и объем той части канала ствола, в которой находятся пороховые газы, становится все больше. Понятно, что если бы количество газов, образующихся при горении порохового заряда, было постоянным, то давление стало бы быстро падать. Для того чтобы давление не падало или, по крайней мере, падало возможно медленнее, нужно чтобы газов при горении порохового заряда образовывалось в каждый последующий момент больше, чем в предыдущий.

Как это достигается?

Горение современных порохов происходит только на поверхности их частиц, быстро охватываемой пламенем при воспламенении. Но частицам пороха можно придать такую форму, чтобы поверхность их при горении возрастала, например форму многоканальных трубок. Каждая такая трубка горит и по своей наружной поверхности к по внутренней поверхности каналов. Из рисунка 11 а видно, что при этом общая величина горящей поверхности будет возрастать и количество газов соответственно будет все время увеличиваться.

Иногда целесообразно придавать пороху такую форму, чтобы величина поверхности горения оставалась постоянной. Для этого порох изготовляют в виде длинных одноканальных трубок или тонких лент. Если проследить за последовательным состоянием такой трубки или ленты при горении со всех сторон, то можно убедиться (рис. 11 б), что в ходе горения величина поверхности будет оставаться почти постоянной.

Рис. 11. Одноканальный и многоканальный трубчатый порох.

Наименее благоприятной формой пороховых частиц является кубик или шарик, так как в этом случае поверхность при горении будет уменьшаться быстрее, чем при частицах, имеющих форму трубок, лент или пластинок.

Помимо формы частиц пороха, важное значение имеет их толщина, например толщина ленты, пластинки, стенки трубки и т. п. Эта толщина имеет определенную величину для пороха, предназначенного для того или иного вида оружия, и подбирается на основе следующих соображений. Положим, что имеются винтовка и пистолет с одинаковой толщиной ствола, рассчитанной на определенное давление, и что ствол пистолета в 7 раз короче, чем ствол винтовки. Соответственно меньше и время движения пули в стволе пистолета. Поэтому толщина пороховых частиц для пистолета должна быть гораздо меньше, чем для винтовки, иначе порох в нем при выстреле не успеет сгореть.