Горение порохов в стволах

Так происходит горение пороха в постоянном объеме, но в оружии дело обстоит иначе. Там объем, занятый зарядом и продуктами его горения, постепенно увеличивается по мере того, как начавшие выделяться газы толкают снаряд вперед, и дно его освобождает все большую часть канала ствола для наполнения продуктами горения. Имея для заполнения большее пространство, газы меньше уплотняются, отчего понижаются их упругость и производимое ими давление.

Кроме того, сравнительно свободное расширение газов по общему физическому закону понижает их температуру, что в свою очередь также понижает их упругость и давление.

Bce сорта пороха обладают тем свойством, что горение распространяется во много раз быстрее по поверхности порошинок, чем проникает в глубину их. Поэтому огонь очень быстро охватывает все порошинки заряда и затем сравнительно медленно подвигается от поверхности до центра каждой из них, сжитая постепенно слой за слоем. Прямое следствие отсюда, что чем больше поверхность зерен пороха сравнительно с массой его, тем больше газов выделяется в первые моменты горения и тем скорее оно заканчивается. Другими словами, чем мельче порох, тем больше давления он дает в первые моменты горения, пока снаряд мало успел продвинуться вперед, и для газов имеется еще небольшое пространство в стволе, и быстрее сгорает, успевая придать снаряду большую скорость. Крупный же порох в первые моменты дает меньшее количество газов и поэтому меньшее их давление, но горит дольше и дает большие прибавки газов, когда снаряд успел уже продвинуться по стволу далеко вперед, поэтому может давать несколько большие давления в средних и передних частях ствола.

Поэтому иногда говорят, что мелкий, быстро горящий порох сильнее. Но на самом деле наибольшее давление, которое может дать порох в помещении определенной неизменной величины, зависит только от состава пороха и от степени заполнения помещения, а не от величины зерен (конечно, в этом случае мы оставляем без внимания то обстоятельство, что в ту же камеру можно было бы вместить несколько больший вес пороха при мелких зернах). Наилучшим же метательным действием, т. е. способностью придать снаряду наибольшую скорость полета, обладает не самый мелкий порох, а тот, размер зерен, а стало быть, и скорость горения которого наиболее подходит к калибру, длине ствола и характеру снаряда.

Приводим один числовой пример. Положим, мы имеем порох в виде правильных кубиков с ребром в 1 см. Один такой кубик будет, очевидно, весить 1,6 г (принимая удельный вес пороха в 1,6), а на заряд в 8 г их понадобится 5 шт. Боковая поверхность такого кубика, т. е. все 6 плоскостей его будут равны 6 см², а во всем заряде, т. е. в 5 кубиках, 30 см². При выстреле огонь охватит эту поверхность очень быстро, но до центра таких крупных зерен будет проникать медленно: весь заряд сгорит не скоро. Но возьмем порох такой же кубической формы, но вдвое мельче, т. е. с ребром кубиков по 0,5 см. Один такой кубик будет иметь объем уже не в 1 см3, а только в 0,125 см3, а следовательно, и весить будет 0,2 г (удельный вес черного пороха—1,6), и на заряд в 8 г таких кубиков пойдет уже не 5, а 40 шт. Боковая поверхность, т, е. 6 сторон одного такого кубика, равна не 6, а 1,5 см², но для 40 кубиков всего заряда она равна 60 см², т. е. вдвое больше, чем общая поверхность первых кубиков.

При очень большой скорости распространения огня по поверхности порошинок это увеличение поверхности ничем существенно не отразится на вспышке, но вдвое большая поверхность, конечно, будет давать с первых же моментов горения вдвое большее количество газов, а следовательно, и значительно большее давление в задней части ствола, пока снаряд мало двинулся вперед. Но в этих мелких порошинках центр каждой из них лежит вдвое ближе к поверхности, чем в прежних более крупных. Следовательно, горение проникнет до центра порошинок (другими словами, сожжет их целиком) вдвое скорее, чем при более крупных порошинках. Поэтому при дальнейшем продвижении снаряда и расширении газов температура их будет быстрее понижаться, так как они не будут более подогреваться продолжающимся горением, и давления в передней половине ствола будут меньше, чем при более крупном порохе. Общая же масса выделившихся газов будет одинакова, так как вес обоих зарядов одинаков.

Скорость горения пороха зависит и от того давления, под которым происходит горение, или от сопротивления, оказываемого снарядом расширению пороховых газов. Особенно сильно влияет это на нитропороха. Поэтому в винтовках, с их более сильным сопротивлением нарезного ствола движению снаряда, приходится употреблять гораздо более медленно горящие сорта нитропорохов, чем в гладкостволках, а для артиллерийских орудий с их тяжелыми снарядами и черный порох приходилось брать с особо крупным зерном. Понятие о сопротивлении снаряда охотничьего ружья дают такие цифры. В дробовике 12 калибра нормальный снаряд весит 32 г, для того же, чтобы сдвинуть его с места и протолкнуть из гильзы в ствол, нужна нагрузка от 57 до 78 кг, в зависимости от плотности картона и степени закрутки конца гильзы, для дальнейшего же продвижения этого снаряда при калиберных пыжах и цилиндрическом чистом стволе требуется нагрузка около 5—8 кг (т. е. все-таки в полтораста—двести с лишком раз больше веса снаряда с пыжами). Здесь имеется в виду медленное проталкивание, взрыв же заряда приближается скорее к сильному удару, при котором смятие и взаимное расклинивание дробин увеличивают сопротивление (однако не на 500 проц., как высчитывали некоторые инженеры, а, приблизительно, от 2 до 29 проц.).

Для проталкивания по нарезному стволу свинцовой пули калибром около 11 мм почти такого же веса, как снаряд дроби 12 калибра (31,1 г), требуется нагрузка не в 5—8, а 27—45 кг, а для вдавливания в нарезы оболочечной пули около 7,7 мм калибра требуется уже нагрузка между 200 и 300 кг.