Влияние формы пороховых элементов на процесс горения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 652.352

Е. И. Староверова, А. Р. Имамиева, С. М. Абдулкаюмова,

А. И. Хацринов, Р. Ф. Гатина, Ю. М. Михайлов

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ПОРОХОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ

Ключевые слова: порох дискообразной формы, поверхность горения, быстрота газообразования.

Проведены исследования влияния формы порохового зерна на процесс горения. Установлено, что пороха дискообразной формы имеют прогрессивность горения близкую к пластинчатым порохам.

Keywords: the disk form powder, burning surface, speed gas formation.

Researches influence of the form ofpowder grain on burning process were conducted. It is established that the disk form powder has progressive burning close to lamellar powder.

Размеры и форма пороховых элементов - один из главных факторов, определяющих закон образования газов при горении пороха. На скорость нарастания давления от времени влияют размеры, форма и скорость горения пороховых элементов. Масса пороха, получаемая при его фабрикации не вполне однородна. Размеры отдельных зерен отклоняются от средних: горение заряда, состоящего из десятков тысяч зерен, протекает несколько иначе, чем горение среднего зерна.

Скорость горения пороха - это скорость перемещения фронта горящей поверхности по нормали вглубь порохового элемента [1]. Она измеряется изменением толщины пороха в единицу времени t:

de

u = dT (1)

и зависит от природы пороха, его температуры и давления газов, окружающих порох.

Для управления процессом выстрела надо уметь регулировать приток пороховых газов при горении заряда; при этом имеет значение как количество образовавшихся газов, так и их секундный приток, интенсивность и быстрота их образования (ф) [2].

Быстротой газообразования или объемной скоростью горения называют величину -dp,

представляющую собой относительную часть объема или веса пороха, сгоревшего и превратившегося в газы в единицу времени. Изменение формы пороховых элементов позволяет в достаточно широких пределах регулировать характеристики горения пороховых элементов. При выборе формы зерна пороха необходимо учитывать соотношение S/Si и S1/V1 (S и /Si -текущая и начальная поверхности частицы, Vi - начальный объем частицы).

Обозначим:

2ei - толщина горящего свода (главный фактор, влияющий на величину So/Vo);

2е - толщина горящего свода, сгоревшего к данному моменту времени;

z 2ei

z = —— - относительная толщина сгоревшего пороха;

ф - относительная часть сгоревшего пороха (объемная);

О - относительная поверхность пороха, характеризующая изменение поверхности пороха во время горения.

Если начальная удельная поверхность зависит от размеров зерна и формы, то относительная поверхность зависит только от формы зерна.

Используя основные положения геометрического закона горения, выведем зависимости:

Ф = fi(z);

а = Г2(2); а = Гэ(ф).

Для всех форм порохов, данные зависимости вычисляются по следующим формулам: о = 1 + 2^г + Эдг2 (2)

V = хг(1 + 1г + дг2)

где X, А, ^ - коэффициенты, характеризующие форму пороха.

Для построения кривых а= ^г), ф = ^г), представленных на рис. 1, 2, использовали характеристики известных форм вращения - пластинка, шар, пироксилиновый порох с одним каналом и изготовленный порох дискообразной формы.

На рис. 1 представлено изменение поверхности горения а, г для вышеуказанных форм порохов, где г - относительная толщина сгоревшего пороха.

Поверхность горения шара изменяется наиболее резко: по мере уменьшения толщины горящего свода поверхность убывает медленнее, что свидетельствует о его дегрессивности; поверхность пластины убывает на 33%, пироксилинового одноканального пороха на 47%; кривая пороха дискообразной формы лежит в промежутке между сферой, имеющей дегрес-сивную форму горения и одноканальным пироксилиновым порохом, имеющим прогрессивную форму горения, причем кривая расположена ближе к более прогрессивно горящему пироксилиновому пороху.

На рис. 2 представлено влияние формы зерна на приток пороховых газов ф = ^г).

Рис. 1 - Изменение поверхности при горении а=

Из графика видно, что у пластины при сгорании как первой половины толщины от 0 до г = 0,5, так и второй от г = 0,5 до 1 сгорают почти одинаковые части заряда; у шара же - зерна наиболее дегрессивной формы, поэтому сгорает, соответственно, 88% и 12% объема.

Иначе говоря, шар имеет большую интенсивность газообразования в начале горения, которая резко снижается к концу горения; пластина же имеет почти одинаковую интенсивность газообразования в течение всего процесса горения.

Рис. 2 - Влияние формы зерна на приток пороховых газов

Пироксилиновый одноканальный порох имеет характер горения близкий к горению пластины, в начальной стадии при сгорании первой половины толщины от 0 до ъ = 0,5 сгорают 58% части заряда, в порохе дискообразной формы - 63% части заряда, что свидетельствует о почти одинаковой интенсивности образования газов в течение всего процесса горения.

Проведенный анализ показывает, что прогрессивность горения порохов дискообразной формы близка к прогрессивности горения пластинчатых и пироксилиновых канальных порохов и, следовательно, они смогут обеспечить баллистические характеристики близкие к характеристикам пластинчатых и пироксилиновых канальных порохов.

Учитывая, что водно-дисперсионная технология на сегодняшний день является наименее опасной, целесообразно получение порохов дискообразной формы по воднодисперсионной технологии.

Выводы

1. Изучено влияние формы порохового зерна на интенсивность газообразования.

2. На основании проведенных расчетов показано, что разработанные пороха дискообразной формы имеют прогрессивную поверхность горения, близкую к пластинчатым и пироксилиновым канальным порохам.

Литература

1. Серебряков, М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. Третье издание дополненное и переработанное. / М.Е. Серебряков - М.: Оборонгиз, 1949.-698с.

2. Андреев, К.К Термическое разложение и горение взрывчатых веществ./ К.К.Андреев - М, 1966.-708 с.

© Е. И. Староверова - канд. техн. наук, нач. лаб. 1054 Технологического центра, ФКП «ГосНИИХП»; [email protected]; А. Р. Имамиева - асп. КНИТУ, вед. инж.-технолог той же лаборатории; С. М. Аб-дулкаюмова - гл. спец. той же лаборатории; А. И. Хацринов - д-р техн. наук, зав. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ, Р. Ф. Гатина - д-р хим. наук, директор ФКП «ГосНИИХП»; Ю. М. Михайлов - д-р хим. наук, член-корр. РАН, ВПК при правительстве РФ.