Константин Андреев - Взрыв и взрывчатые вещества

Вторым важным недостатком дымного пороха является малая прочность его зерен. Это существенно по следующей причине. Мы видели, что толщина пороховых зерен делается различной для разных орудий. Для орудий с большой длиной ствола зерна делаются толще, для короткоствольных — тоньше с тем расчетом, чтобы порох горел на возможно большей части пути движения снаряда в стволе. В этом случае снаряд получает наибольшую скорость при наименьшем максимальном давлении. Если же взять, например, для пушки порох с малой толщиной зерен, то давление в начале движения снаряда в стволе получится очень большим, так что ствол может даже разорваться. Затем давление будет резко падать и скорость снаряд получит меньшую, чем при нормальном заряде.

В свое время пытались делать из дымного пороха зерна [4] В давние времена порох изготовлялся в виде мелких округлых частиц; отсюда и возникло название частицы — зерно. По мере развития артиллерии, особенно же после изобретения бездымного пороха, пороху стали придавать форму лент, трубок, больших шашек и т. д., вес которых иногда превосходит сто килограммов. В силу известной консервативности языка даже такие огромные шашки в пороходелии попрежнему называют зернами. Да и само название «порох», то есть порошок, тоже, применительно ко многим видам современных порохов, утратило свой первоначальный смысл. Это же относится и к слову «стрелять» и к другим словам, имеющим тот же корень и возникшим в тот исторический, давно прошедший период, когда стреляли только стрелами. больших размеров — до 20 миллиметров толщиною, но без успеха. Из-за малой прочности пороха большие зерна, предназначенные для стрельбы из орудий крупных калибров, рассыпались в момент выстрела на мелкие зерна и получалось нежелательное резкое повышение давления.

В противоположность дымному пороху бездымный пироксилиновый порох обладает большой прочностью и частицы его сохраняют свою форму при горении в стволе оружия. Изменение давления во времени получается соответствующим ожидаемому, и скорость снаряда оказывается гораздо бóльшей.

В итоге переход на бездымный порох позволил существенно повысить скорость снаряда. Так, например, в 90- миллиметровой французской пушке, начальная скорость снаряда которой составляла 460 метров в секунду, вес за ряда дымного пороха был равен 1,9 килограмма и максимальное давление равнялось 2360 атмосфер. При переходе на бездымный порох для получения той же скорости снаряда достаточен был заряд 0,72 килограмма, причем максимальное давление снизилось до 1750 атмосфер. В некоторых случаях оказалось возможным путем перехода от дымного пороха к бездымному при том же максимальном давлении и меньшем заряде вдвое увеличить начальную скорость снаряда, иными словами — увеличить энергию, с которой он вылетает из ствола орудия, в четыре раза,

Мы видели, что основным отличием трех классов взрывчатых веществ друг от друга, отличием, на котором основано их техническое использование, является различная степень устойчивости их горения: наименьшая у инициирующих взрывчатых веществ, наибольшая у порохов; вторичные взрывчатые вещества занимают в этом отношении промежуточное положение.

Что же определяет устойчивость горения взрывчатых веществ и почему различаются в этом отношении взрывчатые вещества разных классов?

Вернемся к заряду из тротила и представим себе, что мы зажгли его с поверхности. При горении образуются газы; давление у горящей поверхности от этого возрастает подобно тому, как повышается давление в чайнике, когда в нем кипит вода и образуется пар, подбрасывающий крышку. За счет повышения давления над горящим взрывчатым веществом газы и расширяются, оттекают от поверхности тротила. Давление у поверхности, складывающееся из атмосферного давления и повышения давления за счет образования газов, определяет и скорость оттока образующихся газов, и скорость горения, то есть, иначе говоря, скорость образования газов.

Скорость оттока газов практически не зависит от того, какое взрывчатое вещество горит. Скорость же горения различных взрывчатых веществ, напротив, по-разному зависит от давления: у одних она нарастает сильнее, у других слабее.

Если скорость горения растет с давлением сильнее, чем скорость оттока газов, то давление будет возрастать и горение, ускоряясь, перейдет во взрыв.

Если, наоборот, скорость горения увеличивается при повышении давления медленнее, чем скорость оттока газов, то образующиеся газы будут успевать расширяться, давление перестанет повышаться, и горение пойдет устойчиво при постоянном давлении, лишь немного превышающем атмосферное.

Именно так это и происходит при горении тротила, а также всех других вторичных взрывчатых веществ. Скорость их горения мала и слабо зависит от давления; поэтому горение их является устойчивым.

Инициирующие же взрывчатые вещества имеют большую скорость горения, и она так быстро растет с давлением, что горение ускоряется и переходит во взрыв.

Однако и горение вторичных взрывчатых веществ, как мы видели на примере пироксилина и нитроглицерина, может переходить во взрыв. Это возможно в тех случаях, если взрывчатое вещество рыхлое, пористое или жидкое. При горении пористого взрывчатого вещества нагрев его от слоя к слою может происходить не только медленным путем теплопроводности, но и иначе: под влиянием некоторого повышения давления, возникающего у горящей поверхности, газы горения проникают по порам вглубь взрывчатого вещества и поджигают его там (рис. 12). В результате этого скорость горения возрастает и может стать такой большой, что образующиеся при горении газы не будут успевать оттекать; давление будет расти, и горение перейдет во взрыв. Сходным, но более сложным путем происходит ускорение горения и переход во взрыв и жидких взрывчатых веществ.

Рис. 12. Горение сплошного и пористого взрывчатого вещества.

Вот почему, когда надо получить большую устойчивость горения, необходимую при применении взрывчатого вещества для метательных целей, то у твердого взрывчатого вещества устраняют его пористость. В этом и заключается сущность процесса изготовления пироксилинового пороха из пироксилина.

Если же взрывчатое вещество жидкое, как, например, нитроглицерин, то его надо лишить подвижности, текучести, свойственной жидкости. Этого достигают, растворяя в нитроглицерине нитроклетчатку. Такой раствор при правильно выбранном составе имеет рогообразную структуру. В нем отсутствуют и поры, имеющиеся в нитроклетчатке, и текучесть, характерная для жидкости; его горение не переходит поэтому во взрыв.