Явление выстрела - [2]
На первый взгляд решение проблемы полноты сгорания можно решить просто задержав снаряд с помощью каких-то дополнительных устройств. Но это кажущаяся простота. Если задержать сильно, то скорость нарастания давления может стать критической и превратить горение во взрыв. Добавлю, что задавая необходимую скорость воспламенения, конструктор патрона с помощью амортизатора пыжа искусственно уменьшает плотность заряжания, (очень похоже на розжиг печки соломой) чтобы избежать чрезмерного повышения давления в заснарядном пространстве.
При задержке снаряда максимальная величина давления была бы намного больше номинальной. На графике это могло бы выглядеть как кривая давления 2 (на графике показана красным цветом). Вот почему пороха для лёгких снарядов, например для спортивных патронов, категорически нельзя применять в патронах типа «магнум». Наоборот сделать можно, однако при этом не удастся получить желаемых характеристик патрона, давление будет низким, соответственно и скорость высокой не будет. Понятно, солома ведь горит интенсивнее дров, но зато и сгорает быстро.
Вернёмся в точку 3 графика. С неё начинается движение снаряда и наступает период форсирования. Он очень краток. Начинается с момента страгивания снаряда с места и заканчивается окончанием входа снаряда в ствол. Давление в канале ствола в этот момент называется давлением форсирования Рф. Оно будет определять скорость горения пороха и его уже почувствует стрелок. Чем выше давление форсирования, тем быстрее разгорается порох, тем быстрее растёт объём пороховых гадов и нарастает скорость снаряда, но тем больше импульс отдачи, тем сильнее толчок в плечо стрелка. Замкнутая до этого момента система сил «гильза-снаряд» разомкнулась и превратилась в систему сил «стрелок-оружие-снаряд».
Следом за периодом форсирования идет пиродинамический период – от окончания входа снаряда в ствол до окончания горения порохового заряда. На графике это основная часть кривой давления от точки 3 до, примерно, третьей части её нисходящей ветви. В этом периоде пороховые газы, сгорая, совершают основную работу по разгону снаряда.
Горение, как таковое, представляет собой действие, когда твёрдое вещество – порох – посредством физических и химических процессов превращается в газообразное и выделяет при этом большое количество энергии в виде расширяющихся раскалённых газов. Скорость горения, кроме давления, зависит о многих факторов. Вот только некоторые из них.
1. Температура воспламенения. При изменении температуры пороха от -40 до +40 градусов, время воспламенения уменьшается в 3-10 раз (!) в зависимости от марки пороха. Но в любом случае выстрел на морозе и в жару – совершенно разные веши. Здесь же следует упомянуть влажность. При повышенной влажности скорость уменьшается. Вот поэтому патроны нужно хранить в сухом помещении. Подмокшие лучше просто уничтожить, чем пытаться высушить. Вместе с влагой испарятся и необходимые летучие вещества.
2. Химический состав. Чем выше калорийность пороха, тем выше скорость его горения. Путём введения в порох различных добавок её можно регулировать. Чаше приходится снижать, ведь современные пороха высококалорийны, поэтому пороха флегматизируют. Огромное значение имеет присутствие летучих веществ. Если патрон хранится долго, то они уходят из пороха и скорость его горения резко возрастает до опасной величины! Патрон сильно «дерётся». На этом с темой химического состава пороха закончим, поскольку она слишком велика и сложна и не является предметом нашего рассмотрения в этом материале.
3. Форма и размер порохового элемента. Главное здесь – толщина горящего свода. Это наименьшая толщина стенки порохового зерна. Для более быстрого и полного сгорания пороха делают многоканальными. В этом случае процесс идёт как снаружи, так и изнутри. Таким образом площадь горения сохраняется примерно постоянной. Ведь снаружи она уменьшается, тогда как изнутри увеличивается. Если сделать толщину горящего свода слишком малой, то скорость горения резко возрастёт! Но при этом пороховое зерно быстро разрушится и горение если не прекратится, то очень сильно замедлится. Снова два взаимоисключающих момента!
4. Температура горения. Эта штука тесно связана с калорийностью и для современных бездымных порохов превышает 1500 градусов.
Работу пороховых газов при разгоне снаряда можно представить как площадь под кривой давления в зависимости от пути снаряда. В идеале это был бы прямоугольник, показанный на графике Р(l) красной пунктирной линией. Но только с точки зрения количества работы. А вот эксплуатационные свойства оружия очень бы пострадали. Ещё бы! Ведь в этом случае максимальное давление будет сохраняться с момента накола капсюля до вылета снаряда из канала ствола, следовательно, ствол но всей длине нужно делать толстым, а значит и тяжёлым. И это не все «прелести»: обратите внимание на перепад давлений на дульном срезе в момент, кода снаряд покидает ствол. Представляете, какой грохот раздавался бы при выстреле? Про отдачу оружия даже не говорю. А перегрузки в узле запирания!
График зависимости давления в канале ствола при выстреле от пути снаряда. Снаряд начинает двигаться при некотором давлении Р
