Александр Волков - Артиллерия

Почему же порох горит и даже взрывается без доступа воздуха?

Потому что в самом порохе содержится кислород, за счет которого и происходит горение.

В замкнутом пространстве порох сгорает чрезвычайно быстро, газов выделяется очень много, и температура их весьма высока. В этом сущность взрыва; в этом отличие взрыва от обыкновенного горения.

Итак, чтобы получить взрыв бездымного пороха, нужно его зажечь непременно в замкнутом пространстве. Пламя тогда очень быстро, почти мгновенно, распространится по всей поверхности пороха, – произойдет его воспламенение. Порох быстро сгорит и превратится в газы.

Так протекает взрыв. Он возможен только при наличии кислорода в самом взрывчатом веществе.

В этом именно и заключается особенность пороха и почти всех других взрывчатых веществ: в них самих имеется кислород, и при горении они не нуждаются в притоке кислорода извне.

Возьмем, например, порох, который применяется в военном деле с давних времен: дымный, черный порох. В нем смешаны уголь, селитра и сера. Горючим здесь является уголь. В селитре содержится кислород. А сера введена для того, чтобы порох легче зажегся; кроме того, сера служит скрепляющим веществом, она соединяет уголь с селитрой. При взрыве этот порох далеко не весь обращается в газы. Значительная часть сгоревшего пороха в виде мельчайших твердых частиц осаждается на стенках канала ствола (нагар) и в виде дыма выбрасывается в воздух. Поэтому такой порох и называется дымным.

В современных орудиях применяют обычно бездымные, пироксилиновые или нитроглицериновые пороха.

В бездымном порохе, как и в дымном, содержится кислород. При взрыве этот кислород выделяется, и за ,его счет происходит сгорание пороха. Бездымный порох при сгорании весь превращается в газы и не дает дыма.

Итак, порох заменить бензином нельзя: в порохе есть все, что нужно для его горения, а в бензине нет кислорода. Поэтому, когда нужно добиться быстрого сгорания бензина в закрытом пространстве, например в цилиндре автомобильного мотора, приходится устраивать специальные сложные приспособления, чтобы предварительно смешать бензин с воздухом – приготовить горючую смесь.

Произведем несложный расчет.

Мы уже сказали, что 1 килограмм бензина при сгорании дает 10000 больших калорий тепла. Но, оказывается, для сгорания каждого килограмма бензина нужно к нему присоединить 15,5 килограмма воздуха. Значит, 10.000 калорий приходится не на 1 килограмм бензина, а на 16,5 килограмма горючей смеси. Один же ее килограмм выделяет при горении всего около 610 калорий. Это меньше, чем дает 1 килограмм пороха.

Как видим, смесь бензина с воздухом уступает пороху и в калорийности.

Однако главное все же не в этом. Главное в том, что при взрыве пороха образуется очень много газов. Объем газов, образующихся при сгорании одного литра смеси бензина с воздухом, а также одного литра дымного и одного литра бездымного пироксилинового пороха, показан на рис. 34.

Рис. 34. При горении пороха образуется гораздо больше газов, чем при горении бензина

Такой объем газы заняли бы при охлаждении их до нуля градусов и при давлении в одну атмосферу, то есть при нормальном давлении. А объем пороховых газов при температуре взрыва (опять–таки при давлении в одну атмосферу) будет еще во много раз больше.

Из рис. 34 видно, что пироксилиновый порох выделяет газов в 4 с лишним раза больше, чем дымный порох при равных количествах по весу. Поэтому пироксилиновый порох сильнее дымного.

Но и этим еще не исчерпываются преимущества пороха перед обычным горючим, каким, например, является бензин. Громадное значение имеет скорость превращения пороха в газы.

Взрывчатое превращение порохового заряда при выстреле длится всего несколько тысячных долей секунды. Бензиновая смесь в цилиндре мотора горит раз в 10 медленнее.

Пороховой заряд 76–миллиметровой пушки целиком превращается в газы меньше чем за 6 тысячных (0,006) секунды.

Такой малый промежуток времени даже трудно себе представить. Ведь "миг" – мигание века человеческого глаза – длится около трети секунды. Пороховой заряд взрывается в 50 раз быстрее.

Взрыв заряда бездымного пороха создает в стволе орудия огромное давление: до 3000–3500 атмосфер, то есть 3000–3500 килограммов на каждый квадратный сантиметр.

При высоком давлении пороховых газов и очень малом времени взрывчатого превращения и создается огромная мощность, которой обладает стреляющее орудие. Такой мощности в тех же условиях не создает ни одно из других горючих.

На открытом воздухе бездымный порох горит спокойно, а не взрывается. Поэтому при горении трубки бездымного пороха (рис. 35) на открытом воздухе можно по часам проследить за временем ее горения: между тем даже самым точным секундомером нельзя измерить времени взрывчатого превращения того же пороха в орудии. Чем это объяснить?

Рис. 35. На . открытом воздухе порох горит спокойно. В замкнутом пространствепорох взрывается

Оказывается, все дело в условиях, при которых происходит образование газов.

При горении пороха на открытом воздухе образующиеся газы быстро рассеиваются: их ничто не удерживает. Давление вокруг горящего пороха почти не повышается, и скорость горения сравнительно невелика.

В замкнутом пространстве образующиеся газы не имеют выхода. Они заполняют все пространство. Их давление быстро повышается. Под действием этого давления взрывчатое превращение идет весьма энергично, то есть весь порох с чрезвычайной быстротой превращается в газы. Получается уже не обыкновенное горение, а взрыв (см. рис. 35).

Чем больше давление вокруг горящего пороха, тем больше скорость взрыва. Увеличивая это давление, мы можем получить очень большую скорость взрыва. Такой взрыв, протекающий с огромной скоростью, в десятки и даже сотни раз большей, чем скорость обычного взрыва, называется детонацией. При таком взрыве воспламенение и взрывчатое превращение как бы сливаются, происходят почти одновременно, в течение нескольких стотысячных долей секунды.

Скорость взрыва зависит не только от давления. Можно иногда получить детонацию, не применяя большого давления.

Что лучше для стрельбы – обыкновенный взрыв или детонация?

Скорость’ детонации намного больше скорости обыкновенного взрыва. Может быть, и работа, совершаемая газами при детонации, будет больше?

Попробуем заменить взрыв детонацией: создадим для этого в стволе более высокое давление, чем то, которое получается обычно при воспламенении пороха.