Гори, гори ясно

Обязательным и в то же время наименее известным компонентом патрона является порох. Порох - источник энергии, обеспечивающий метание пули или снаряда, поэтому пороховой заряд, размещённый в гильзе, специалисты называют метательным зарядом. Для того, чтобы в дальнейшем легче было понять необходимость применения тех или иных марок порохов в различных патронах стрелкового оружия, рассмотрим, что собой представляет процесс выстрела, а также основные виды порохов.

Выстрел из огнестрельного оружия - чрезвычайно быстропротекающий, сложный и в то же время управляемый процесс. Во время выстрела происходит превращение химической энергии пороха в тепловую (собственно горение пороха) и превращение тепловой энергии пороха в кинетическую энергию движения пули и подвижных частей оружия (процесс расширения продуктов горения, при этом один килограмм пороха при горении образует до 1000 литров пороховых газов).

На рисунке представлены кривые изменения давления пороховых газов и скорости пули по длине канала ствола оружия при выстреле. Из кривых видно, что изменение давления пороховых газов в стволе имеет экстремальный характер (имеет максимум), а скорость пули постоянно нарастает.

Процесс выстрела условно можно разделить на четыре периода.

Первый период - от начала горения порохового заряда до начала движения пули. В этот период после накалывания капсюля воспламеняется капсюльный состав, который, в свою очередь, воспламеняет метательный заряд. По мере горения пороха давление пороховых газов в стволе возрастает и пуля, преодолев силу инерции и усилие врезания в нарезы, начинает движение по каналу ствола. Давление пороховых газов, при котором пуля начинает движение, называется давлением форсирования (Рф).

Второй период - от начала движения пули до момента окончания горения пороха. Пока скорость пули невелика, а массовая скорость горения пороха высокая, объём пороховых газов, образующихся в процессе горения метательного заряда, увеличивается значительно быстрее, чем объём запульного пространства, поэтому давление пороховых газов быстро возрастает, достигая максимального значения. Вместе с тем выгорание пороховых элементов приводит к уменьшению их поверхности горения и соответственно к снижению массовой скорости горения. С увеличением скорости пули объём образующихся пороховых газов возрастает медленнее, чем объём запульного пространства и давление пороховых газов начинает снижаться.

Третий период - процесс адиабатического расширения образовавшихся пороховых газов, в результате чего скорость пули продолжит нарастать.

Четвёртый период - период последействия пороховых газов на пулю. В это время пуля на некотором удалении от дульного среза ствола приобретает максимальную скорость.

Кривые зависимости давления пороховых газов (1)
и скорости снаряда (2) от пути

Начальная скорость полёта пули и максимальное давление пороховых газов являются наиболее важными баллистическими характеристиками выстрела, определяющими его эффективность и безопасность. Указанные параметры выстрела зависят от многих факторов, например, от массы метательного заряда, массы пули, рецептуры и геометрических размеров пороховых элементов, начальной температуры заряда и т.д.

Энергетическую основу всех современных порохов, применяемых для снаряжения патронов к стрелковому оружию, составляют нитраты целлюлозы (НЦ), представляющие собой продукт нитрации древесной или хлопковой целлюлозы азотной кислотой. В зависимости от глубины нитрации НЦ подразделяются на пироксилины или коллоксилины. В порохах для стрелкового оружия используют, как правило, более высокоэнергетический компонент -пироксилин.

НЦ представляют собой волокнистую массу с чрезвычайно высокой скоростью горения, управлять которой практически невозможно. Поэтому в процессе производства порохов пироксилин пластифицируют растворителями и затем формируют пороховые элементы определённой формы и геометрических размеров. В случае использования инертных растворителей их затем удаляют сушкой, поэтому обязательным компонентом пороха является остаточный растворитель: этиловые спирт и эфир для порохов цилиндрической и пластинчатой формы; этилацетат - для порохов сферической формы. Содержание пироксилина в порохе составляет 90-98 %, а остаточного растворителя - до 0,6 %.

Внешний вид порохов серии «Сунар» (М 4:1)

В процессе длительного хранения порохов нитраты целлюлозы разлагаются, что может привести даже к самовоспламенению пороха, поэтому для обеспечения химической стойкости и баллистической стабильности в состав пороха вводят стабилизатор химической стойкости - дифениламин в количестве 0,5-1,5 %. Этот компонент позволяет хранить порох в герметичной упаковке до 50 лет.

Неизбежным компонентом любого пороха является влага, содержание которой в зависимости от марки пороха составляет 0,5-1,5 %. Для устранения электризации, слипания зёрен, улучшения сыпучести, необходимой для обеспечения точного дозирования пороха в гильзы, поверхность пороха обрабатывается графитом (0,2-0,9 %).

И, наконец, для замедления скорости горения в поверхностные слои некоторых марок порохов, в основном используемых в нарезном оружии, вводятся вещества, называемые флегматизаторами горения: камфара, дибутилфталат и др.

Пороха описанной рецептуры называются пироксилиновыми или одноосновными. Другой разновидностью порохов являются двухосновные пороха, в состав которых для увеличения энергетики вводится до 30 % нитроглицерина - высокоэнергетической добавки, которая одновременно является пластификатором НЦ. Для обеспечения химической стойкости двухосновные пороха дополнительно содержат централит (0,5 %).

Введение нитроглицерина повышает температуру горения пороха и, соответственно, температуру образующихся пороховых газов, что увеличивает степень их расширения и приводит к увеличению скорости полёта пули.

Несмотря на всё многообразие порохов для стрелкового оружия, а только в России их изготавливается более 60 марок, мы указали практически все компоненты, используемые для изготовления порохов как у нас, так и за рубежом.

Порох «Сунар СВ». Справа разрез порохового зерна пороха «Сунар СВ»

В России и за рубежом выпускаются пороха самых разнообразных форм: цилиндр, цилиндр с каналом, диск, пластинка, сфера. Следует заметить, что ни одна из форм пороховых элементов в составе патронов стрелкового оружия не обладает преимуществом, поэтому в разных странах различия в формах порохов связаны в основном со сложившимися традициями в технологии их изготовления. Следует отметить, что пороха в виде цилиндра с каналом и сферы, обладают большей вместимостью и поэтому используются для снаряжения винтовочных патронов, где для достижения высоких скоростей полёта пуль очень важно разместить максимальную массу заряда в минимальном объёме. В России пороха, изготовленные в виде цилиндра, цилиндра с каналом и пластинки, являются одноосновными, а пороха сферической формы могут быть как одно-, так и двухосновными.

Порох «Сунар СВ». Хорошо видна пористая структура
пороха и канал. Толщина горящего свода
равна половине толщины стенки

Важной характеристикой порохов являются геометрические размеры пороховых элементов. Особенно это относится к толщине горящего свода, которая определяет время горения порохового заряда, а также скорость нарастания давления пороховых газов. Под толщиной горящего свода понимают половину толщины пластинки, диска, сферы или стенки порохового элемента и в литературе обычно обозначают ер. Чем меньше толщина горящего свода, тем быстрее сгорает порох в канале ствола. Аналогичное действие оказывает и плотность пороха: чем меньше плотность пороха, т. е. чем больше в пороховом элементе микропустот, которые увеличивают поверхность горения пороха, тем выше скорость его горения. Варьируя этими параметрами (толщиной горящего свода и пористостью), независимо от рецептуры и формы пороха можно обеспечить требуемую скорость горения. Как в России, так и за рубежом существует множество порохов с одинаковой рецептурой, но с различными значениями плотности или толщины горящего свода. Поэтому определить марку пороха по внешнему виду весьма затруднительно даже специалисту.

Если рассматривать пороха для патронов к гладкоствольному оружию, то в мире их насчитывается более 200 марок. Прежде всего, это связано с разнообразием патронов, существующих для этого вида оружия. Так, например, в России выпускаются следующие типы патронов 12-го калибра:

• спортивные, для стендовой стрельбы с 24 г (олимпийские упражнения);
• патроны для "стортинга" с 28 г дроби;
• охотничьи с навесками дроби 30-33 г, с 34-36 г и с 40-42 г;
• охотничьи "магнум" с длиной гильзы 76 и 89 мм и массой дроби 47-60 г;
• охотничьи пулевые;
• нелетального действия (с резиновыми картечью и пулей);
• испытательные, для проверки ружей на прочность.

Кроме того, за рубежом выпускаются патроны со слезоточивым газом, а также специальные пулевые и дробовые патроны, предназначенные для оснащения спецподразделений войск и полиции.

Характеристики порохов отечественного производства:

В таблице представлены некоторые характеристики наиболее распространённых порохов для патронов к гладкоствольному оружию. Значения средних скоростей полёта дробового снаряда приведены на расстоянии 10 м от дульного среза ствола. При проведении приёмосдаточных испытаний с целью сравнительной оценки порохов спортивные патроны снаряжаются дробью № 7 или № 7,5, а охотничьи -дробью № 6. Если дробь будет крупнее, то скорость дробового снаряда, из-за меньших потерь, затраченных на преодоление сопротивления воздуха, будет выше. В литературе могут приводиться значения начальных скоростей, замеренные на дульном срезе или на расстоянии 0,5 м от дульного среза, которые, например, для дроби № 6 и 7 на 60-80 м/с больше, чем на расстоянии 10 м.

Выстрел из гладкоствольного оружия характеризуется низким, по сравнению с нарезным оружием, уровнем давления пороховых газов в патроннике. Поэтому в боеприпасах к гладкоствольному оружию необходимо использовать порох с высокой скоростью горения. Это обеспечит полное сгорание метательного заряда в канале.

Пороха для патронов к гладкоствольному оружию условно можно разделить по скорости горения на группы: быстрогорящие, со средней Н скоростью горения и медленногорящие. Каждая группа порохов предназначена для использования в определённом типе патронов. Так, например, быстрогорящие пороха "Сунар СВС" и "Сунар СВ" применяются для снаряжения спортивных патронов для стендовой стрельбы и спортинга, в которых используются лёгкие дробовые снаряды массами 24 и 28 г. Высокая скорость горения порохов "Сунар СВ" и "Сунар СВС" достигается за счёт создания высокопористой структуры порохового зерна, а порох "Сунар СВС" содержит ещё и 20 % нитроглицерина, что также увеличивает скорость горения пороха.

Чем выше масса дробового снаряда, тем медленнее должен гореть порох, применяемый в этих патронах. Также и при переходе от 12-го калибра к 16, 20 и далее к калибру .410 скорость горения пороха, которым снаряжаются соответствующие патроны, должна снижаться.

Порох Hi Scor 700-х (США). При большом увеличении
хорошо видна структура порохового зерна

Охотничьи пороха "Сунар", "Су-нар СФ", "Сунар Н", предназначенные для снаряжения патронов 12-го калибра с массами дробового снаряда 32-36 г, относятся к порохам со средней скоростью горения. Пороха "Сунар", "Сунар СФ" имеют классическую рецептуру, которая включает нитроцеллюлозу (энергетическая основа пороха), дифениламин (стабилизатор химической стойкости), графит, остаточные растворитель и воду. Требуемые характеристики пороха обеспечиваются оптимальным сочетанием геометрических размеров и пористости пороховых зёрен.

Пороха "Сунар" и "Сунар СФ" по комплексу характеристик (масса заряда, скорость дроби, давление пороховых газов в канале ствола) находятся на уровне зарубежных аналогов. По сравнению с популярным среди охотников порохом "Сокол" в патронах, снаряжённых порохами "Сунар" и "Сунар СФ", используется меньшая масса метательного заряда. При этом требуемая скорость полёта дроби обеспечивается более полным сгоранием порохового заряда в канале ствола, что связано с большей скоростью горения порохов "Сунар" и "Сунар СФ". Однако для реализации своих преимуществ подобные пороха требуют качественной и плотной сборки патрона, в противном случае выстрел получается "слабый".

Порох Hi Scor 700-х. Диск непористый. Требуемая
скорость горения достигается за счёт
минимальной толщины горящего
свода 0,08 мм

Самыми плотными из охотничьих порохов являются пороха "Сунар Н" или аналогичный ему "Супербарс" - двухосновные пороха с содержанием нитроглицерина 20 %. Их использование наиболее оправдано там, где нужно разместить заряд в малом объёме.

Кроме включённых в таблицу порохов "Сунар", "Сунар Сф" и "Сунар Н", также получил распространение порох "Салют", который по своим параметрам близок к пороху "Сунар".

Пороха "Сунар-Магнум" и "Сунар 410" появились на российском рынке сравнительно недавно. Порох "Сунар-Магнум" используется в патронах 12,16 и 20-го калибров с увеличенными массами дробового снаряда, а порох "Су нар 410" для снаряжения патронов .410-го калибра. Как мы уже говорили, при переходе к высоким массам дробового снаряда или к меньшим калибрам необходимо использовать медленногорящие пороха. Замедление скорости горения порохов достигается введением в порох инертных веществ - флегматизаторов. Флегматизатор замедляет скорость горения поверхностных слоев порохового зерна и тем самым позволяет регулировать газоприход пороховых газов в начальный момент выстрела. В качестве флегматизатора в порохах "Сунар-Магнум" и "Сунар 410" используется камфара.

Порохом "Сунар-Магнум" снаряжаются патроны, которые за рубежом называют "мини-магнум" или "средний магнум", занимающие промежуточное положение между обычными охотничьими патронами и патронами "магнум". Использование пороха "Сунар-Магнум" в патроне 12-го калибра с длиной гильзы 70 мм позволяет увеличить массу дроби до 40-42 г при сохранении уровня давления пороховых газов характерного для обычных охотничьих ружей. Естественно, отдача при выстреле такими патронами несколько выше и стрельба ими - удел любителей "тяжёлого" выстрела. По-нашему мнению, порохом "Сунар-Магнум" наиболее целесообразно снаряжать патроны 16 и 20-го калибров с массой дроби, увеличенной приблизительно на 10 %. Это позволит увеличить эффективность выстрела. Кроме того, порох "Сунар-Магнум" используется для снаряжения пулевых патронов 12, 16 и 20-го калибров, скорость пули которых, по сравнению с патронами, снаряжёнными порохами "Сунар" и "Сокол", увеличена на 10-15 %.

Порох "Сунар 410" - самый медленногорящий среди охотничьих порохов для патронов к гладкоствольному оружию. По скорости горения он приближается к порохам для винтовочных патронов, но тем не менее его использование в них недопустимо.

Несмотря на небольшую толщину пластинки, порох "Сокол" имеет скорость горения ниже, чем пороха "Сунар" и "Сунар СФ", что связано с его низкой пористостью. Поэтому в охотничьих патронах 12-го калибра порох "Сокол" из-за неполного сгорания обеспечивает требуемые характеристики при большой массе заряда - более 2 г, что приводит к высокому уровню отдачи и звука при выстреле. А вот в патронах 16 и 20-го калибров, где уровень давления пороховых газов выше, он горит с большей скоростью и сгорает гораздо полнее. С этой точки зрения использование пороха "Сокол" предпочтительнее в патронах именно 16 и 20-го калибров.

Французский порох, производства фирмы SNPI. Справа пористая пластина
пороха при 50-кратном увеличении

Если сравнивать отечественные пороха с иностранными, то их рецептуры практически одинаковы. Разница заключается в том, что за рубежом большее распространение получили пороха в форме пластинок и дисков, а в России в виде цилиндра с каналом и сферы, но, как показывают исследования, на качестве порохов это не сказывается. Недостатком отечественных порохов является широкий диапазон рецептурных и баллистических характеристик, заложенных в одной марке пороха. Например, для патронов 12-го калибра порох "Сунар" выпускается со средней массой метательного заряда 1,9 г. Однако отдельные партии порохов могут иметь массу заряда как 1,7 г, так и 2,0 г. С порохом, имеющим небольшую массу метательного заряда, весьма проблематично собрать качественные патроны 16 и 20-го калибра, а при стрельбе патронами 12-го калибра из самозарядных ружей в отдельных случаях из-за малого количества пороховых газов наблюдаются сбои в работе автоматики. В то же время стрельба такими патронами характеризуется меньшим уровнем звукового давления, отдачей и пламенностью. Порох с массой заряда - 2 г является более универсальным.

В настоящее время проводится работа по оптимизации номенклатуры порохов. В результате количество марок порохов должно увеличиться, но при этом потребитель будет иметь более точное представление о применимости приобретённого пороха.

В следующей статье мы расскажем о порохах, используемых для снаряжения патронов к нарезному оружию.

Андрей Арутюнян, Вадим Чистюхин
Калашников 05-2001