Взрыв и взрывчатые вещества

2. Три класса взрывчатых веществ

История открытия взрывчатых веществ — героические страницы в летописи химии. Часто химик, получая новое соединение, не подозревал о том, что оно способно взрываться, и дорого — потерей пальцев, глаз, а иногда и жизни — оплачивал свое открытие.

Некоторые взрывчатые вещества, открытые химиками, настолько чувствительны, что взрываются от малейшего прикосновения.

Примером такого вещества может служить йодистый азот — порошок черного цвета, образующийся при взаимодействии йода с раствором аммиака. Во влажном виде этот порошок не взрывается, но если дать ему высохнуть, то он становится таким чувствительным, что взрывается от самого слабого воздействия, например от прикосновения бородки птичьего пера. Йодистый азот взрывается даже от сильного света, например от вспышки магниевого состава, применяемого при фотографировании.

Понятно, что такие сверхчувствительные взрывчатые вещества не могут иметь практического значения, так как опасность взрыва при обращении с ними чрезмерно велика. И если бы химия знала только взрывчатые соединения типа йодистого азота, то взрывчатые вещества не получили бы того применения, какое они имеют в наше время.

Следует указать, что нет прямой связи между количеством энергии, которую нужно затратить для возбуждения взрыва взрывчатого вещества, и количеством энергии, которую оно дает при взрыве. Это относится не только к взрывчатым веществам. Зажечь дрова, например, легче, чем каменный уголь, хотя при горении угля тепла выделяется вдвое больше.

Представим себе камень, лежащий на возвышении. Если столкнуть его с этого возвышения, то он будет падать, приобретая все большую и большую скорость. Очевидно, что усилие, которое нужно, чтобы вызвать падение камня, не зависит от того, на какой высоте он находится. Скорость же и кинетическая энергия, которые приобретает падающий камень, тем больше, чем больше высота падения.

Учеными были открыты взрывчатые вещества, превосходящие йодистый азот по силе действия и в то же время обладающие несравненно меньшей чувствительностью. Возбудить взрыв таких взрывчатых веществ теплом и ударом настолько трудно, что некоторые из них долгое время после их открытия даже не считались взрывчатыми. Так, пикриновая кислота, которая была открыта в 1788 году, в течение почти ста лет использовалась только как желтая краска. И лишь в 1873 году было установлено, что эта краска является сильнейшим взрывчатым веществом; вскоре после этого ее начали применять для снаряжения артиллерийских снарядов.

Тротиловый заряд не взрывается от удара при падении на землю с любой высоты. Тротил не взрывается даже при простреле обычной винтовочной пулей. Чтобы вызвать его взрыв, требуется удар еще большей резкости. Добавим, что и зажигаются такие взрывчатые вещества, как тротил или пикриновая кислота, с трудом; например, зажечь тротил гораздо труднее, чем бумагу или керосин. А некоторые взрывчатые вещества от спички вообще не загораются.

Относительно малая чувствительность современных взрывчатых веществ к удару и к трению очень важна для безопасности их применения как в горном деле, так и в военной технике.

При горных взрывных работах патроны взрывчатого вещества вводят в выбуренный в породе шпур (цилиндрическое углубление); при этом взрывчатое вещество может подвергаться трению о стенки шпура.

Далее обычно одновременно взрывают несколько шпуров; если заряд в одном из них по тем или иным причинам не взорвался, то взрывчатое вещество попадает в отколотую взрывом породу и при разборке и погрузке ее может подвергаться ударам.

Если порода не разрушена, там, где находился невзорвавшийся заряд, то для его ликвидации, ввиду того, что разряжать шпур сложно, обычно бурят рядом новый шпур, направляя его так, чтобы конец находился около невзорвавшегося заряда; в новый шпур вводят новый заряд, при взрыве которого взрывается и отказавший заряд. Бывает, однако, что направление нового шпура установлено неточно и бур попадает в отказавший заряд.

Во всех этих случаях, если взрывчатое вещество обладает большой чувствительностью к трению и к удару, возможно возникновение взрыва, обычно приводящее к ранению или гибели горняка. Такие случаи — нередкое явление при применении нитроглицериновых или хлоратных взрывчатых веществ. Именно по этой причине взрывчатые вещества этих типов были сняты с применения в горной промышленности в нашей стране.

Еще меньше должна быть чувствительность взрывчатых веществ при их применении в военном деле. Так, например, для разрывного заряда артиллерийского снаряда не могут быть применены взрывчатые вещества значительной чувствительности, взрывающиеся от толчка при выстреле.

Каждый знает, что если поезд или автомашина резко трогается, то пассажир испытывает толчок в обратном направлении. Происходит это потому, что любое тело обладает инерцией и стремится сохранить то состояние движения или в данном случае покоя, в котором оно находилось.

Когда при выстреле из орудия снаряд под действием пороховых газов, давящих на его дно, начинает двигаться, то заложенный в нем заряд взрывчатого вещества, подобно пассажиру, испытывает толчок. Многие взрывчатые вещества не могут выдержать такого толчка и взрываются от него. В этом случае снаряд разрывается не у цели, а в стволе орудия или сразу же как только вылетит из него. В результате выходит из строя орудие, поражается орудийный расчет. Понятно, что такие случаи совершенно недопустимы.

Еще меньше должна быть чувствительность взрывчатого вещества к толчкам и ударам, чтобы его можно было применять для снаряжения бронебойных снарядов обычного типа, которые имеют большую скорость встречи с броней.

Разрывной заряд такого снаряда, помимо толчка при выстреле, испытывает еще более сильный толчок при ударе о броню. Если взрывчатое вещество чувствительно, то оно может взорваться от этого удара прежде, чем снаряд пробьет броню. В этом случае поражения, наносимые взрывом, будут гораздо меньшими. В одном из крупнейших морских сражений первой мировой войны — Ютландском — английские снаряды, попадая в немецкие корабли, наносили им относительно малый ущерб. Эти снаряды были снаряжены пикриновой кислотой, чувствительность которой к удару слишком высока для ее применения в бронебойных снарядах, и они взрывались, не успев проникнуть в корпус корабля.

По этим причинам для снаряжения снарядов не применяются такие взрывчатые вещества, как нитроглицерин или динамиты на его основе, хотя по энергии взрыва нитроглицерин в полтора раза превосходит тротил и с точки зрения получения наибольшего разрушительного действия применение нитроглицерина было бы желательно.

Чувствительность взрывчатого вещества к удару ограничивает его применение и для снаряжения авиабомб. Заряд авиабомбы не должен взрываться от удара падающей бомбы о грунт или иную преграду. В зависимости от установки взрывателя этот взрыв производится обычно с тем или иным замедлением, в течение которого авиабомба успевает проникнуть на достаточную глубину в то сооружение (здание, блиндаж и т. п.), которое она должна разрушить.

По всем этим причинам в боеприпасах, как правило применяют относительно малочувствительные взрывчатые вещества.

Чувствительность некоторых взрывчатых веществ к внешним воздействиям настолько мала, что это иногда и в наше время приводило к недооценке возможности взрыва, имевшей катастрофические последствия. На немецком химическом заводе в Оппау в числе других продуктов производилась удобрительная смесь, состоящая из аммиачной селитры и сернокислого аммония. Завод работал круглый год, но смесь вывозилась в сельские районы только осенью. Готовый продукт ссыпали в заводские склады. При длительном хранении рыхлый порошок слеживался в сплошную камнеобразную массу. Дробление этой массы обычными механическими способами при разгрузке складов было затруднительным, и на заводе применили для этой цели взрывной способ. Предварительно обычными испытаниями установили, что смесь не взрывается. Было произведено около двадцати тысяч подрывов слежавшейся смеси, и вдруг при очередном подрыве, утром 21 сентября 1921 года, склад, а вместе с ним и весь завод взлетели на воздух. На месте взорвавшегося склада образовалось озеро длиной 165, шириной около 100 и глубиной около 20 метров (рис. 3). Взрывом были вызваны большие разрушения и в городе. Число убитых при взрыве превысило 500 человек.

Рис. 3. После взрыва на химическом заводе в Оппау.

Последующие широкие исследования, проведенные в разных странах, показали, что в известных условиях, которые, очевидно, и имели место при взрыве в Оппау, данная смесь способна взрываться. После этого случая взрывное рыхление подобных смесей было запрещено, и теперь допускается только механическое дробление, которое не может вызвать их взрыва.

Число взрывчатых веществ, подобных тротилу или пикриновой кислоте, не взрывающихся от зажигания или слабого удара, велико.

Все такие вещества составляют основной класс взрывчатых веществ: они называются дробящими или вторичными взрывчатыми веществами. Первое название — дробящие — обусловлено тем, что эти взрывчатые вещества используются для целей дробления; смысл второго названия будет пояснен ниже.

То, что вторичные взрывчатые вещества не взрываются в обычных условиях от пламени, а также от ударов умеренной силы, очень важно для безопасности их производства и применения. В процессе производства взрывчатое вещество приходится иногда нагревать, и при недосмотре возможны перегрев и самовоспламенение. В ряде случаев взрывчатые вещества подвергаются механической обработке. При применении взрывчатых веществ тоже нельзя полностью избежать толчков и ударов. Наконец, возможны пожары при производстве и хранении взрывчатых веществ, и бывает, что они загораются.

Если бы взрывчатое вещество во всех этих случаях не просто сгорало, а давало взрыв, то каждое его воспламенение приводило бы к разрушительной катастрофе.

Примерами таких катастроф могут служить те пожары на заводах взрывчатых веществ, при которых горение взрывчатого вещества по некоторым не всегда установленным причинам переходило во взрыв.

В конце прошлого столетия в испанской гавани Сантандере возник пожар на пароходе, груз которого состоял из 2000 тонн железа и нескольких сот ящиков динамита. Часть ящиков была спешно переброшена на берег. Пожар тем временем продолжал разрастаться, а на набережной собралась, как это в таких случаях обычно бывает, большая толпа зрителей. Представитель пароходства по ошибке заявил, что на пароходе не осталось больше динамита. Через два часа после начала пожара внезапно произошел сильнейший взрыв; полкорабля взлетело в воздух, и разбросанными осколками было убито пятьсот и тяжело ранено более тысячи человек.

В 1935 г., в период усиленной подготовки гитлеровской Германии к войне, на заводе взрывчатых веществ в Рейнсдорфе по неизвестной причине загорелся тротил в мастерской переработки отходов производства. Необходимых устройств для тушения горения не было, оно усилилось и перешло во взрыв. В результате разлета осколков аппаратов, раздробленных взрывом, он передался в другие мастерские завода и вызвал в них пожары и взрывы, разрушившие почти весь завод. Общее число пострадавших превысило 800, из них 80 человек были найдены убитыми или вообще не были найдены.

Если бы воспламенение взрывчатого вещества всякий раз приводило ко взрыву подобно тому, как это было в описанных случаях, то это сделало бы производство и широкое применение взрывчатых веществ практически невозможным. Однако, к счастью, это не так. Известно много случаев, когда при пожарах на заводах и складах порохов и взрывчатых веществ большие их количества, достигающие десятков тонн, сгорали без взрыва.

Однако посмотрим на этот вопрос с другой стороны. Если взрывчатое вещество не взрывается от поджигания, а только от сильного удара, то спрашивается: как же вызывать его взрыв в реальных условиях применения? Представим себе, например, заряд взрывчатого вещества, помещенный в узком и длинном углублении, выбуренном в горной породе. Чтобы произвести по этому заряду сильный механический удар, достаточный для возбуждения взрыва, потребовалось бы сложное устройство, приводимое в действие на расстоянии и уничтожающееся при каждом взрыве. Это было бы слишком дорого и поэтому практически нецелесообразно, а в условиях военного применения, как правило, и неосуществимо. Значит, нужен какой-то другой, более простой, способ производить удар по заряду взрывчатого вещества.

Именно такая задача и стояла перед техникой взрывного дела сто лет назад, когда надо было внедрить в горное дело взамен слабого по действию, но взрывающегося от пламени дымного пороха открытые к тому времени первые вторичные взрывчатые вещества — пироксилин и нитроглицерин. Пионерами в решении этого вопроса были русские исследователи, знаменитый химик проф. Н. Н. Зинин и военный инженер В. Ф. Петрушевский. В 1854 году они предложили применять нитроглицерин для снаряжения снарядов и мин и разрабатывали практические способы возбуждения его взрыва.

В царской России работы Зинина и Петрушевского не получили развития; однако они стали известны энергичному и инициативному шведскому предпринимателю и инженеру А. Нобелю. Последний заимствовал идеи русских ученых, разработал на их основе способ применения нитроглицерина для взрывных работ и широко внедрил его в практику горного дела.

Задача надежного возбуждения взрыва вторичных взрывчатых веществ была окончательно разрешена применением для этой цели взрывчатых веществ другого класса — инициирующих взрывчатых веществ: гремучей ртути, азида свинца и др. Основной особенностью этих взрывчатых веществ является то, что горение их, вызванное поджиганием, очень быстро, иногда практически мгновенно, переходит во взрыв.

Если крупинку инициирующего взрывчатого вещества — азида свинца — положить на лист жести или на стеклянную пластинку и поджечь, то происходит взрыв, пробивающий в жести или в стекле отверстие. Действие взрыва настолько местное, резкое, что сама стеклянная пластинка остается целой, и трещин обычно не образуется (рис. 4).

Рис. 4. Действие инициирующих взрывчатых веществ. Слева — крупинка азида свинца, поджигаемая на стеклянной пластинке; справа — отверстие, пробитое в стеклянной пластинке взрывом азида.

Если немного азида свинца поместить на заряд вторичного взрывчатого вещества и поджечь, то взрыв азида производит такой сильный удар по вторичному взрывчатому веществу, что взрывается и оно.

На практике возбуждение взрыва на основе этого принципа осуществляется при помощи капсюля-детонатора. В простейшем своем виде он представляет собой гильзочку (рис. 5), металлическую или бумажную, диаметром 6–7 миллиметров, в которую запрессовано небольшое количество (1–2 грамма) инициирующего взрывчатого вещества. Капсюль-детонатор помещается в заряде вторичного взрывчатого вещества (рис. 6); при поджигании (тем или иным способом) инициирующее взрывчатое вещество в капсюле-детонаторе взрывается и вызывает взрыв вторичного взрывчатого вещества.

Рис. 5. Устройство капсюля-детонатора.

Рис. 6. Заряд взрывчатого вещества с введенным в него капсюлем-детонатором.

Поэтому взрывчатые вещества этого класса и называются инициирующими, то есть «начинающими», взрывчатыми веществами (от латинского слова «инициаре» — начинать).

В отличие от них взрывчатые вещества типа тротила, взрыв которых в условиях практического применения возникает вторично — от взрыва инициирующего взрывчатого вещества в капсюле-детонаторе, называются вторичными.

Так как инициирующие взрывчатые вещества взрываются от пламени, искры и т. п., производство их более опасно. Опасность усугубляется тем, что взрывчатые вещества этого класса обладают и большой чувствительностью к удару и трению. При этом удар всегда приводит не к горению, а к взрыву.

Однако инициирующих взрывчатых веществ требуется по сравнению с вторичными очень мало, и при соблюдении жестких мер предосторожности опасность случайного взрыва при их изготовлении может быть практически предотвращена. К тому же некоторые из инициирующих взрывчатых веществ, как, например, старейшее из них и применяемое до сих пор — гремучая ртуть, большую часть производственного процесса проходят во влажном состоянии, в котором они утрачивают как свою чувствительность к механическим воздействиям, так и способность взрываться от пламени.

Некоторые вторичные взрывчатые вещества, например тротил, в литом виде обладают такой малой чувствительностью, что не взрываются даже от капсюля-детонатора.

В этих случаях используется «ступенчатое» возбуждение взрыва, широко применяемое в различного рода боеприпасах. В основной заряд помещается промежуточный детонатор — небольшой заряд вторичного взрывчатого вещества, обладающего более высокой чувствительностью, например того же тротила, но не в литом, а в прессованном виде, еще лучше — более сильного: тетрила, тэна и т. п. При взрыве капсюль-детонатор вызывает взрыв промежуточного детонатора, от которого в свою очередь происходит взрыв основного заряда.

При возбуждении взрыва капсюлем-детонатором поджигание капсюля должно производиться на расстоянии, так, чтобы от взрыва не пострадал взрывник. Это достигается применением электрического способа возбуждения взрыва. В капсюль-детонатор (рис. 7) введены проводники. Концы этих проводников соединены короткой тонкой проволочкой, окруженной легко воспламеняющимся составом. При пропускании тока проволочка накаливается, состав воспламеняется и зажигает инициирующее взрывчатое вещество в капсюле-детонаторе.

Рис. 7. Схема устройства электродетонатора.

Такой капсюль-детонатор с вмонтированным в его гильзу электровоспламенителем называется электродетонатором.

Другой способ безопасного поджигания капсюля-детонатора основан на применении огнепроводного (бикфордова) шнура. Этот шнур представляет собой прочную нитяную оболочку, внутри которой находится дымный порох. Оболочка пропитывается влагоизоляционным материалом. При зажигании шнур (точнее — его пороховая сердцевина) горит со скоростью 1 сантиметра в секунду.

Взрывник прочно вставляет отрезок шнура нужной длины в капсюль-детонатор и после того, как подготовка взрыва полностью закончена, поджигает другой его конец. Шнур горит столько секунд, сколько сантиметров было в отрезке. За это время человек удаляется на безопасное расстояние. Когда шнур догорает до конца, вставленного в капсюль-детонатор, воспламеняется и взрывается инициирующее взрывчатое вещество, вызывая взрыв вторичного взрывчатого вещества.

Итак, вторичные взрывчатые вещества применяются для получения разрушительного действия взрыва; инициирующие взрывчатые вещества служат для возбуждения взрыва вторичных взрывчатых веществ. Кроме этого, взрывчатые вещества применяются, как указывалось выше, еще и в качестве метательного средства. Для этих целей используются взрывчатые вещества третьего класса — метательные взрывчатые вещества, или порохá.

Многие из нас увлекаются охотой. Вот охотник, затаив дыхание, высматривает поющего свою весеннюю песню токующего глухаря, смутно заметного сквозь ветви сосны на бледном фоне предрассветного неба. Наведя едва еще видимую мушку на темное пятно, охотник нажимает спуск, раздается выстрел, и огромная птица, ломая сучья, с шумом падает на землю.

Как происходит выстрел? В гильзе находится пороховой заряд, закрытый войлочным пыжом, выше — снаряд (дробь или пуля). В головку гильзы вставлен капсюль-воспламенитель. При спуске курка по капсюлю ударяет боек; состав, находящийся в капсюле-воспламенителе, загорается и поджигает порох. Так как образующимся пороховым газам уходить некуда, то давление их быстро растет. С ростом давления увеличивается и скорость горения (величина скорости горения бездымного пороха приблизительно пропорциональна давлению). Когда давление достигает определенной величины, снаряд начинает двигаться по стволу со все возрастающей скоростью, вылетает из него и летит по направлению к цели. Чем больше скорость, с которой вылетает из ствола снаряд, тем больше дальность его полета. Сходным образом происходит выстрел из пушки, миномета, боевой винтовки и других видов ствольного огнестрельного оружия военного назначения.

Описанный способ метания снаряда не является единственным. Наряду со ствольным огнестрельным оружием во время Великой Отечественной войны Советской Армией с большим успехом была применена реактивная артиллерия («Катюша» и другие конструкции). Под влиянием этого успеха реактивные системы были затем введены на вооружение в других армиях.

Научные основы реактивного движения были разработаны знаменитым русским ученым К. Э. Циолковским.

Принцип действия реактивной артиллерии в известной мере противоположен принципу действия ствольной артиллерии. Реактивный снаряд (рис. 8) имеет камеру, представляющую собой как бы небольшой тонкостенный ствол, снабженный узким отверстием — соплом, направленным назад. При сгорании порохового заряда образующиеся газы с очень большой скоростью вытекают назад. При этом получается, как и при выстреле из ствольного орудия, сильная отдача. В ствольном орудии отдача движет орудие назад и является обычно нежелательным явлением. В реактивном же оружии назад летят газы из сопла, а отдача заставляет двигаться снаряд вперед. Так как скорость движения газов очень велика и время истечения также значительно, то дальность полета получается большой. Снаряд имеет боевую головку, в которой помещен заряд взрывчатого вещества, взрывающийся при достижении цели.

Рис. 8. Схема устройства реактивного снаряда.

На основе реактивного принципа во время второй мировой войны в Германии были сконструированы и применялись сверхдальнобойные снаряды. Одним из наиболее эффективных была ракета Фау-2. Общий вес этой ракеты составлял 13,5 тонны, длина 14,5 метра, диаметр корпуса около двух метров. Заряд взрывчатого вещества в боевой головке составлял 900 килограммов для стрельбы на дальние расстояния; для стрельбы же на малые дистанции, за счет уменьшения количества горючего этот заряд увеличивали до 4500 килограммов.

В качестве горючего, приводящего снаряд в движение, в этой ракете использовался не порох, а жидкое топливо (спирт и жидкий кислород), которое дает больше энергии; общее количество топлива около 8 тонн. При выстреле ракета сначала поднимается вертикально вверх, затем под действием автоматического управления начинает двигаться наклонно, достигая максимальной высоты свыше 100 километров, и после этого переходит на горизонтальный полет. Благодаря этому ракета большую часть пути летит в сильно разреженном пространстве, где сопротивление воздуха полету очень мало. Приближаясь к месту назначения, ракета резко опускается вниз и падает на цель. Максимальная дальность полета — около 400 километров.

Большим преимуществом реактивной артиллерии является легкость и обусловленная ею подвижность. Не требуется ни длинного тяжелого ствола, ни лафета. Имеется только одно направляющее устройство того или иного типа (рис. 9). При этом направляющее устройство может быть легким, так как отдача целиком используется для метания снаряда.

Рис. 9. Советская реактивная установка.

Благодаря отсутствию отдачи стало возможным применение и ручного реактивного оружия довольно крупного калибра, например, для борьбы с танками. Ствольные орудия такого калибра были бы непомерно тяжелы и давали бы слишком большую отдачу.

Чем же отличаются пороха от инициирующих и вторичных взрывчатых веществ?

Горение пороха при выстреле должно быть безусловно устойчивым, то есть никогда не должно переходить во взрыв. Если произойдет взрыв, то давление настолько увеличится, что ствол будет разорван.

Отсюда ясно, что инициирующие взрывчатые вещества не могут быть использованы как метательные: их горение неизбежно перешло бы во взрыв.

Однако и вторичные взрывчатые вещества в обычном их виде также нельзя применять как пороха. Горение этих взрывчатых веществ устойчиво не при всех условия в частности, если горение идет при быстро возрастающем давлении, как это происходит при выстреле на начальной его стадии, то оно может перейти во взрыв. Большую роль при этом играют физическая структура и свойства взрывчатого вещества. Так, если применить вместо пороха пироксилин, имеющий структуру измельченной ваты, то горение его тотчас переходит во взрыв. Но если тот же пироксилин растворить в соответствующем растворителе, то после испарения последнего мы получим пироксилиновый бездымный порох — массу, напоминающую целлулоид. Этот порох устойчиво горит при любых условиях.

Нитроглицерин — взрывчатое вещество, имеющее вид вязкой маслообразной жидкости, — также легко дает взрыв при горении в условиях выстрела, то есть при возрастающем давлении. В сочетании же с пироксилином он образует нитроглицериновый бездымный порох, напоминающий по своим физическим свойствам рог; в отличие от нитроглицерина горение пороха во взрыв уже не переходит.

От порохов требуется, чтобы они в условиях выстрела не только горели без перехода во взрыв, но и давали возможность надежно и точно регулировать быстроту сгорания порохового заряда во время выстрела.

Зачем это нужно?

А вот зачем. Скорость, с которой снаряд вылетает из ствола, зависит от количества энергии, сообщаемой пороховыми газами снаряду.

Эта энергия в свою очередь зависит от длины ствола и силы давления пороховых газов в нем, которая заставляет снаряд двигаться.

Наибольшее допустимое давление газов определяется прочностью ствола. Изобразим на графике ствол пушки и изменение давления в нем при движении снаряда. Если бы был такой порох, при котором давление во все время движения снаряда в стволе не менялось (рис. 10 а), то энергия, сообщенная снаряду, была бы равна, как известно из физики, произведению силы на путь, то есть на длину ствола. Это произведение, как видно из графика, равно площади заштрихованного прямоугольника.

Если при горении пороха давление в стволе не остается постоянным, а изменяется, например, так, как показано на рисунке 10 б или 10 в, то энергия снаряда при вылете его из ствола опять-таки изображается заштрихованными площадями на этих рисунках.

Рис. 10 а, б, в. Изменение давления в стволе пушки при выстреле.

Мы видим, что наибольшая площадь, то есть энергия снаряда, получается, если давление при выстреле постоянно, наименьшая — в третьем случае, когда давление быстро падает. Поэтому порох, дающий такую кривую, применять было бы невыгодно — дальность стрельбы сократилась бы.

По этой причине стремятся применять такие пороховые заряды, при горении которых давление падало бы возможно медленнее, кривая была бы наиболее пологой.

Почему же изменение давления в стволе при выстреле зависит от порохового заряда и как на него можно влиять?

Во время выстрела снаряд в стволе движется все быстрее и быстрее, и объем той части канала ствола, в которой находятся пороховые газы, становится все больше. Понятно, что если бы количество газов, образующихся при горении порохового заряда, было постоянным, то давление стало бы быстро падать. Для того чтобы давление не падало или, по крайней мере, падало возможно медленнее, нужно чтобы газов при горении порохового заряда образовывалось в каждый последующий момент больше, чем в предыдущий.

Как это достигается?

Горение современных порохов происходит только на поверхности их частиц, быстро охватываемой пламенем при воспламенении. Но частицам пороха можно придать такую форму, чтобы поверхность их при горении возрастала, например форму многоканальных трубок. Каждая такая трубка горит и по своей наружной поверхности к по внутренней поверхности каналов. Из рисунка 11 а видно, что при этом общая величина горящей поверхности будет возрастать и количество газов соответственно будет все время увеличиваться.

Иногда целесообразно придавать пороху такую форму, чтобы величина поверхности горения оставалась постоянной. Для этого порох изготовляют в виде длинных одноканальных трубок или тонких лент. Если проследить за последовательным состоянием такой трубки или ленты при горении со всех сторон, то можно убедиться (рис. 11 б), что в ходе горения величина поверхности будет оставаться почти постоянной.

Рис. 11. Одноканальный и многоканальный трубчатый порох.

Наименее благоприятной формой пороховых частиц является кубик или шарик, так как в этом случае поверхность при горении будет уменьшаться быстрее, чем при частицах, имеющих форму трубок, лент или пластинок.

Помимо формы частиц пороха, важное значение имеет их толщина, например толщина ленты, пластинки, стенки трубки и т. п. Эта толщина имеет определенную величину для пороха, предназначенного для того или иного вида оружия, и подбирается на основе следующих соображений. Положим, что имеются винтовка и пистолет с одинаковой толщиной ствола, рассчитанной на определенное давление, и что ствол пистолета в 7 раз короче, чем ствол винтовки. Соответственно меньше и время движения пули в стволе пистолета. Поэтому толщина пороховых частиц для пистолета должна быть гораздо меньше, чем для винтовки, иначе порох в нем при выстреле не успеет сгореть.

Порох в виде особенно тонких частиц применяется для тех видов огнестрельного оружия, в которых ствол не только короткий, но и тонкостенный и горение идет при низких давлениях,^[3] например в охотничьих ружьях и в минометах. Пластинки пороха для охотничьих ружей имеют толщину 0,1 миллиметра, для пушек же, имеющих длинный и толстостенный ствол, толщина лент доходит до 5 миллиметров.

Чтобы горение протекало закономерно и было устойчивым, порох должен удовлетворять еще одному требованию: он должен быть прочным. При выстреле давление за тысячные доли секунды может возрастать до 2000–3000 атмосфер. Частицы пороха должны выдерживать такой резкий подъем давления не разрушаясь.

Необходимая прочность пороха достигается применением для его изготовления нитроклетчатки (пироксилина). Нитроклетчатка соответствующей обработкой может быть превращена в пластическую массу, из которой можно легко получать частицы любой формы и любых размеров, обладающие большой прочностью. По своему внешнему виду и физическим свойствам такой порох напоминает, как уже указывалось, целлулоид (который, кстати сказать, сам содержит значительное количество нитроклетчатки).

Переход в конце прошлого столетия от дымного пороха к бездымному означал большой успех в развитии огнестрельного оружия.

Дымный порох имеет только два преимущества перед бездымным. Во-первых, скорость его горения сравнительно с бездымным порохом очень мало возрастает при повышении давления и температуры. Поэтому величина давления, развиваемого при горении в оружии, слабо по сравнению с бездымным порохом зависит от величины и температуры заряда и других условий. Во-вторых, дымный порох практически не изменяется при хранении (в сухих помещениях), сколько бы времени оно ни продолжалось.

Наряду с этим дымный порох имеет очень серьезные недостатки. Главные из них два. Во-первых, при горении дымного пороха газов образуется не более 300 литров на килограмм, в то время как бездымный порох дает 800 литров. Так как при выстреле именно нагретые газы приводят в движение снаряд, то эффективность дымного пороха значительно ниже, чем бездымного. Около 60 проц. от веса пороха получается твердых веществ, которые образуют густой белый дым и черный нагар в стволе. Дым сильно мешает стрельбе, особенно если выстрелы следуют быстро один за другим. Нагар загрязняет ствол и затвор, что затрудняет работу автоматического оружия.

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] 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,