Перебіг газу у стовбурі під час пострілу (у піродинамічний період)

3.1. Перебіг газу у стовбурі під час пострілу (у піродинамічний період)

У існуючих зразках вогнепальної зброї снаряд або куля набувають швидкості під дією порохових газів, що утворюються внаслідок вибухового розкладання порохового заряду.

У вогнепальній зброї є три основні елементи: стовбур, заряд, куля.

Вогнепальна зброя є термодинамічною машиною, в якій енергія порохового заряду майже миттєво трансформується спочатку в теплову, а потім в кінетичну енергію руху всієї системи: снаряд-заряд-ствол. Енергія, що виділяється порохом, перетворюється, головним чином, на кінетичну енергію руху снаряда або кулі.

Явлення, що відбуваються в каналі вогнепальної зброї під час пострілу, характеризуються:

• високими тисками, що розвиваються пороховими газами (150-300 МПа), в окремих випадках - і вище;
• значною температурою порохових газів, близько 2000-3000 ° С;
• короткими проміжками часу протікання процесу (0,01-0,001 с). [83, 84].

Явище пострілу, зазвичай, протікає так.

Дією деякого механічного або електричного імпульсу викликається вибухове розкладання запалювача - спеціального заряду, призначеного для займання порохового заряду.

За займанням слідує горіння заряду, яке викликає подальше утворення порохових газів, що призводить до збільшення тиску в камері.

Коли буде досягнуто тиску, достатній для подолання опору врізанню провідноїчастини кулі в нарізи ствола вогнепальної зброї, куля почне свій рух уздовж каналу ствола.

Горіння пороху до моменту руху снаряда відбувається у незміненому обсязі. Цей період називається піростатичним, або попереднім періодом.

Коли тиск досягає рівня, достатнього для подолання опору врізання, починається рух кулі, і водночас – рух незгорілої частини заряду.

Мал. 3.2. Зміна тиску та швидкості звуку при пострілі

На рис. 3.2 наведено графіки зміни тиску в каналі стовбура та швидкості кулі, у загальному випадку при пострілі [83].

Момент досягнення тиску P0 відповідає початку руху кулі у стовбурі. «Заснарядний» простір зростає швидше за приплив порохових газів, і в деякий момент тиск, досягнувши в точці Pm максимальної величини, починає падати.

У початкові моменти руху снаряда особливо, а згодом – меншою мірою порохові гази з заснарядного простору можуть проникати вперед через зазори між кулею і стволом.

Температура порохових газів падає внаслідок роботи, що виконується ними, горіння заряду, пов'язане з утворенням порохових газів, триває при падінні їх тиску. У точці, що позначена на рис. 3.2 P k , заряд згорить.

Процес пострілу від початку руху снаряда до закінчення горіння заряду називається першим пиродинамическим періодом (першим періодом).

Після закінчення горіння заряду рух кулі під дією порохових газів, що розширюються, триває за відсутності утворення нових порцій газу.

Явлення в заснарядному просторі, пов'язані з рухом порохових газів, падінням температури та тиску, продовжуються до моменту вильоту снаряда з каналу ствола зброї (Pd та Vdна рис. 3.2).

Період процесу від моменту закінчення горіння заряду до моменту вильоту кулі називають другим піродинамічним періодом (другим періодом).

Після вильоту кулі з каналу ствола зброї деякий час порохові гази продовжуватимуть діяти на кулю.

Період від моменту вильоту снаряда до моменту припинення на нього порохових газів називається періодом післядії порохових газів.

Гази, що вилітають слідом за кулею, продовжують на деякій відстані від дульного зрізу тиснути на її донну частину, повідомляючи пулі додаткове прискорення.

Тому снаряд отримує найбільшу швидкість Vmax не в момент виходу з дульного зрізу, а на деякій відстані від нього (20-40 калібрів), збільшення швидкості становить 0,5-2%, після чого під дією сили опору повітря швидкість снаряда починає зменшуватися.

Таким чином, у явищі пострілу розрізняють такі періоди [85]:

1. попередній від початку горіння заряду до початку руху снаряда;
2. перший чи основний – період горіння пороху та руху кулі в каналі ствола (до повного згоряння заряду);
3. другий - після згоряння заряду до вильоту снаряда з каналу ствола;
4. третій - період післядії газів на снаряд після вильоту його з каналу ствола.

Для проектування надульних пристроїв найбільш значущі другий та третій періоди [88-102].

У процесі пострілу продукти горіння пороху, крім основного дії – повідомлення снаряду руху, призводять до ряду супроводжуючих постріл фізико-хімічних явищ.

До цих побічних явищ, що супроводжують постріл, відносяться: звук пострілу, полум'я, дим та розпал каналу стовбура.

Полум'я при пострілі утворюється головним чином завдяки догоранню в кисніповітря горючих газів СО, Н2 та СН4, що містяться в газовій хмарі. Полум'я з'являється на деякій відстані від дульного зрізу і зароджується в передній частині газової хмари. Тривалість полум'я вимірюється сотими та тисячними частками секунди.

Полум'я і дим при пострілі – взаємопов'язані явища: зі збільшенням полум'я пострілу зменшується його димність.

Дим при пострілі є дрібнодисперговані тверді частинки, зважені в порохових газах. Головним джерелом цих твердих частинок є запалювач з димного пороху, що виділяє при горінні більше 50% твердих продуктів, пламегасящие добавки, частинки вуглецю, частинки металу стовбура, струменем порохових газів, що виносять і ін [86].

Основним завданням при проектуванні вогнепальної зброї є повідомлення снаряду максимально можливої ​​швидкості в момент вильоту його зі стовбура за інших рівних умов. На роботу, що забезпечує поступальний рух снаряда, витрачається найбільше енергії, виділеної при вибуховому розкладанні пороху.

[84] наведена наступна спрощена формула для визначення початкової швидкості снаряда:

де γ – показник адіабати; η – термічний коефіцієнт корисної дії; m – маса снаряда (кулі); R – універсальна газова постійна; маса пороху.

З формули видно, що початкова швидкість кулі залежить від енергетичної характеристики пороху RT0, від відношення ω/m і коефіцієнта корисної дії η.

Для звичайної вогнепальної зброї значення η коливається в межах 0,25÷0,35, що відповідає ККД двигуна внутрішнього згоряння.

Більшість енергії порохового заряду не використовується, і до моменту вильоту снаряда гази мають високий тиск іздатні виконати значну роботу. Використання цієї енергії вимагає значного подовження стовбура, що призводить до обтяження зброї.

Збільшення початкової швидкості снаряда в процесі розвитку вогнепальної зброї досягалося, переважно, за рахунок підвищення енергетичних властивостей пороху (RT0), тиску в стовбурі (Pm), зниження коефіцієнта і збільшення довжини стовбура lcm .

---