Выстрел. Взрыв

Выстрелом называется выбрасывание пули (снаряда) из канала ствола огнестрельного оружия давлением газов, образующихся при сгорании порохового заряда. Заряд пороха, сгорая, превращается в газы с очень высоким давлением и высокой температурой. Когда давление достигает определенной величины, пуля начинает свое движение со все возрастающей скоростью. Попадая в воздушную среду при вылете из канала ствола, пуля по инерции сохраняет полученное ею движение.

Наука, изучающая движение пули (снаряда), называется баллистикой. По характеру сил, действующих на пулю, баллистика делится на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя баллистика изучает движение пули в канале ствола под действием пороховых газов и все явления, вызывающие и сопровождающие это движение. Она призвана решать задачу: как пуле придать наибольшую скорость, не превышая допустимого давления пороховых газов в канале ствола оружия. Внешняя баллистика изучает движение пули после прекращения действия на нее пороховых газов после вылета пули из канала ствола. Она решает задачу: под каким углом к горизонту и с какой начальной скоростью нужно бросать пулю определенного веса и формы, чтобы она достигла цели.

ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЯВЛЕНИЕ ВЗРЫВА.  Взрывчатыми веществами (ВВ) называются неустойчивые системы и химические соединения, способные под влиянием незначительных внешних воздействий (удар, трение, укол, нагревание и т. д.) совершать быстрое превращение в газообразное состояние. Процесс этого очень быстрого химического превращения ВВ в другие, более устойчивые вещества, сопровождается выделением тепла и большого количества сильно нагретых упругих газов, значительно превосходящих по своей плотности атмосферный воздух. Раскаленные газы - продукты распада взрывчатого вещества, расширяясь, способны в короткий срок произвести большую механическую работу.

Взрывом называется явление чрезвычайно быстрого физического или химического изменения вещества, сопровождающееся таким же быстрым превращением его потенциальной (скрытой) энергии в механическую работу.

Эта работа производится отбрасывающимися газами, стремящимися к расширению и этим создающими резкое повышение давления в среде, окружающей место взрыва. Очень резкое повышение давления и является характерной чертой взрыва. Сопутствующий признак взрыва - сильный звук.

Химическая реакция, сопровождающаяся взрывом, называется взрывчатым превращением.

ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ ВЗРЫВА.  Кратковременность процесса - быстрота перехода взрывчатых веществ из твердого или жидкого состояния в газообразное, т. е. в конечную систему продуктов превращения.

В зависимости от химического состава взрывчатых веществ и условий, при которых происходит взрыв, взрывчатые превращения протекают с различными скоростями - от сотых до миллионных долей секунды. Так, заряд бездымного пороха сгорает в винтовке за 0,002 сек, 1 кг динамита взрывается в течение 0,00002 сек. Этой быстротечностью процесса взрывчатого превращения и объясняется огромная, по сравнению с другими источниками энергии, мощность взрывчатых веществ, несмотря на то, что запас энергии на единицу веса у ВВ обычно меньше, чем у других горючих веществ (нефть, бензин, уголь и т. д.). О мощности взрывчатых веществ можно получить представление, например, из того, что взрыв 1 кг такого слабого ВВ, как дымный порох, способен произвести работу в 20 млн лошадиных сил, а 1 кг тротила - около 55 млн лошадиных сил (в предположении, что вся выделяемая при этом теплота превратится в механическую работу).

Образование газов - наличие большого количества газообразных продуктов взрыва, способных к расширению и превращению тепловой энергии в механическую.

Количество выделяющихся при взрыве газообразных продуктов при нормальном атмосферном давлении выражается приблизительно следующими цифрами: 1 литр пироксилина дает 994 л газообразных продуктов взрыва; 1 литр нитроглицерина - 1121 л газообразных продуктов взрыва; 1 литр тротила - 1104 л газообразных продуктов взрыва.

Из этих цифр видно, что в среднем при взрыве 1 литр взрывчатых веществ дает около 1000 литров газопродуктов.

ВИДЫ ВЗРЫВЧАТЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ. В зависимости от химического состава взрывчатых веществ и условий взрыва взрывчатые превращения протекают с различными скоростями, при которых может происходить: быстрое сгорание, собственно взрыв, детонация.

Быстрым сгоранием взрывчатых веществ называют процесс взрывчатого превращения, распространяющийся по всей массе ВВ со скоростью не более нескольких метров в секунду. Если этот процесс протекает на открытом воздухе, то он обычно не сопровождается даже каким-либо звуковым эффектом. Примером этому может служить сгорание на открытом воздухе, скажем, зерен дымного пороха, которое протекает со скоростью 10-13 мм/сек.

В закрытом же объеме сгорание взрывчатых веществ протекает более энергично, чем на воздухе; причем горение в этом случае сопровождается резким звуком. Типичным примером такого взрывчатого превращения является горение боевого заряда бездымного пороха в канале ствола (скорость примерно до 10 м/сек). Последовательное быстрое сгорание взрывчатых веществ сопровождается более или менее быстрым нарастанием давления газов в канале ствола, которые по мере образования распространяются в сторону наименьшего сопротивления, выполняя при этом работу по перемещению, выталкиванию из канала ствола пули или снаряда.

Собственно взрыв - процесс разложения взрывчатых веществ, который протекает с огромной скоростью, измеряемой сотнями метров в секунду. Такой взрыв сопровождается резким нарастанием давления газов в месте взрыва, ударом газов по окружающей среде, что влечет за собой раскалывание и дробление окружающих предметов, находящихся в непосредственной близости от места взрыва. Примером такой формы взрывчатого превращения может служить взрыв динамита или прессованного пироксилина, протекающий со скоростью нескольких сотен метров в секунду.

Детонацией называют процесс, распространяющийся по взрывчатым веществам с максимально возможной для него скоростью взрывчатого превращения, измеряемой обычно тысячами метров в секунду. Например, скорость детонации пироксилина доходит до 6800 м/сек, нитроглицерина - 8 200 м/сек. К концу взрыва, т. е. к тому моменту, когда разложится весь заряд, газы еще не успевают расшириться и занимают первоначальный объем взрывчатых веществ. Из-за этого сразу развивается громадное давление газов во все стороны. Такой резкий скачок давления и удар газов приводят к дроблению преграды на мельчайшие куски. Вследствие того, что при детонации давление газов достигает громадной величины раньше, чем газы начнут распространяться по линии наименьшего сопротивления, разрушительный эффект получается и в том случае, когда заряд взрывчатых веществ помещен не внутри взрываемого предмета, а снаружи. Этим свойством детонации широко пользуются в подрывном деле для разрушения мостов, инженерных сооружений, железнодорожных путей и т. д.

Если обыкновенный взрыв происходит, как правило, от нагревания взрывчатых веществ, то детонация в большинстве случаев наступает при условии, если в непосредственной близости от основного заряда (или даже на некотором расстоянии от него) взрывается то же самое или другое ВВ. Взрывчатое вещество, которое способно вызвать детонацию в другом взрывчатом веществе, называется детонатором.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ПО ИХ ПРИМЕНЕНИЮ. В зависимости от применения взрывчатые вещества разделяются на три большие группы: инициирующие, бризантные (или дробящие), метательные (или пороха).

Инициирующие взрывчатые вещества отличаются тем, что обычной формой их взрывчатого превращения является полная детонация. Для того чтобы поджечь пороховой заряд в патроне, необходимо специальное взрывчатое вещество, называемое инициирующим, которое бы давало начальный импульс в виде луча от какого-либо внешнего воздействия: удара, трения, накала нити электричеством и т. п. Поэтому инициирующие взрывчатые вещества наиболее чувствительны к внешним воздействиям и легко взрываются от незначительного удара, накола, луча пламени и т. д. Они идут преимущественно на изготовление всевозможных воспламенителей и снаряжение капсюлей, применяемых для инициирования взрывчатых превращений других взрывчатых веществ.

В патронах стрелкового оружия для снаряжения патронных капсюлей-воспламенителей практически применяется ударный состав, состоящий из инициирующих веществ - смеси гремучей ртути, бертолетовой соли и антимония, которые воспламеняются от удара. Они помещаются в специальное устройство - капсюль-воспламенитель или непосредственно в донную часть гильзы.

Патронные капсюли снаряжаются ударным составом в определенной дозировке. Это вызвано следующим: с одной стороны, чрезмерно сильный заряд детонатора из гремучей ртути делать нельзя, так как можно вызвать детонацию не только дробящих взрывчатых веществ, но и бездымных порохов и, как следствие, возникновение несчастного случая; с другой стороны, капсюли-воспламенители должны быть достаточно мощными, чтобы обеспечить безотказное действие боевого заряда.

Бризантными, или дробящими, взрывчатыми веществами называются такие, которые при относительной безопасности в обращении безотказно детонируют. Взрывают их обычно капсюлями инициирующих взрывчатых веществ. Скорость взрывчатого превращения бризантных взрывчатых веществ достигает нескольких сотен метров в секунду. Применяются они в качестве разрывных зарядов снарядов, авиационных бомб, мин и гранат. К бризантным взрывчатым веществам относятся пироксилин, нитроглицерин, нитрогликоль, динамит, тротил, гексоген и др.

Метательными взрывчатыми веществами, или порохами, называются такие взрывчатые вещества, превращения которых носят характер быстрого горения, протекающего большей частью со скоростью нескольких метров в секунду. Пороха используются во всех видах огнестрельного оружия в качестве источника энергии, необходимой для сообщения пуле (снаряду) движения. Поэтому из всех видов взрывчатых веществ пороха представляют для стрельбы наибольший интерес, что требует хотя бы в общих чертах ознакомления с их свойствами и особенностями.

Пороха по их составу, физическим и химическим свойствам подразделяются на два вида: дымные пороха (механические смеси) и бездымные пороха (коллоидные).

Дымный, или черный, порох по сравнению с другими видами известных в настоящее время метательных взрывчатых веществ в баллистическом отношении невыгоден и в отношении работы малопродуктивен: после взрыва его пороховые газы увеличивают свой объем лишь в 280-300 раз больше первоначального объема заряда.

Поэтому дымные пороха как метательное средство при стрельбе из автоматического стрелкового оружия, а также при пулевой стрельбе из винтовок в настоящее время не применяются: они полностью вытеснены бездымными порохами.

БЕЗДЫМНЫЕ ПОРОХА (КОЛЛОИДНЫЕ). К концу XIX столетия дымный порох из-за своей небольшой силы уже не мог удовлетворять требованиям, предъявляемым к огнестрельному оружию в отношении дальнобойности. Для военных специалистов стало совершенно очевидным, что дальнейшего увеличения дальнобойности оружия можно достичь уменьшением его калибра при значительном увеличении начальной скорости пули (снаряда). Для этого требовалось применение более сильных метательных взрывчатых веществ.

Применение известных в то время бризантных взрывчатых веществ для метательных целей было невозможным из-за чрезвычайно больших скоростей их взрывчатых превращений. Поиски новых метательных взрывчатых веществ привели к тому, что была изыскана возможность обработки нитроклетчатки (пироксилина) определенными растворителями, которые позволили регулировать скорость сгорания этого сильного взрывчатого вещества.

Химической основой бездымных порохов являются бризантные взрывчатые вещества - пироксилин и нитроглицерин.

Пироксилин изготавливается из веществ, богатых клетчаткой или целлюлозой - хлопка, древесины, льна, пеньки и т. д., соответствующим образом обработанных азотной и серной кислотами. Пироксилин представляет собой почти белую массу и внешне не отличается от материала, из которого изготовлен.

Нитроглицерин изготавливается из смеси чистого обезвоженного глицерина с азотной и серной кислотами. Он представляет собой светлую жидкость без запаха. Нитроглицерин способен растворять в себе некоторые виды нитроклетчатки.

Превращение бризантного взрывчатого вещества - пироксилина в метательное ВВ - порох достигается желатинизацией. Процесс желатинизации заключается в том, что пироксилин обрабатывается некоторыми растворителями, в связи с чем резко меняет свою физическую основу, превращаясь в однообразную пластическую, а затем, при застывании, в роговидную массу (твердый коллоид). Благодаря большей плотности и вязкости взрывчатое превращение этой массы протекает в виде быстрого горения, так как она становится метательным взрывчатым веществом.

В зависимости от природы растворителя, применяемого для желатинизации пироксилина, бездымные пороха делятся на две группы:
- бездымные пироксилиновые пороха, в которых растворители (по своему характеру - летучие) взрывчатыми свойствами не обладают и имеют назначение лишь желатинизировать пироксилин, после чего они из пороховой массы почти полностью удаляются;
- бездымные нитроглицериновые пороха, в которых растворителем является нитроглицерин, после желатинизации полностью остающийся в составе пороховой массы и образующий с пироксилином прочное соединение.

Бездымные пироксилиновые пороха изготовляются из смеси двух сортов пироксилина: № 1 и 2, обладающих различными взрывчатыми свойствами. Изменением соотношения этих двух сортов пироксилина подбирают нужную силу бездымного пороха и скорость его горения. Так, для винтовочных порохов применяют смесь из одной части пироксилина № 1 и одной части № 1 и 2.

Технология получения пироксилиновых порохов заключается в следующем. Растительную клетчатку (целлюлозу) обрабатывают определенное время и при заданной температуре смесью азотной и серной кислоты. Затем проводят так называемую стабилизацию - удаление примесей - путем нескольких горячих промывок. Полученные при этом партии нитроцеллюлозы (пироксилина) имеют различные свойства. Для придания пороху более однородных свойств смешивают несколько партий пироксилина, которые затем обрабатывают спиртоэфирным (летучим) растворителем. Под действием спиртоэфирной смеси пироксилин № 2 растворяется, образуя клейкую плотную жидкость (коллодиум), а пироксилин № 1 набухает.

Набухшую смесь продавливают через матрицы, получая различные виды пороха: трубки, ленты, многоканальные цилиндры. Выходящий из матриц порох еще содержит до 40% растворителя, поэтому его перед резкой провяливают при температуре 20-30 °C в течение 24-48 часов. После резки проводят сортировку пороха, второе провяливание и сушку. При тщательном перемешивании образуется пластическая масса, которая легко поддается механической обработке и изготовлению пороховых зерен требуемой формы и размеров.

Для повышения быстроты сгорания пороха, что особенно важно для короткоствольного оружия, его делают пористым. С этой целью зерна пороха могут иметь форму пластинки, ленты, одноканальной, многоканальной трубок, цилиндра. Форма зерен порохового заряда в патронах стрелкового оружия применяется пластинчатая, трубчатая с одним каналом и зерненная с семью каналами.

Пороха, поверхность зерен которых уменьшается по мере их сгорания, называются порохами дегрессивной формы. Это, например, пластинка и лента.

Пороха, поверхность зерен которых при горении остается постоянной, называются порохами с постоянной поверхностью горения (например, трубка с одним каналом, цилиндр с одним каналом). Зерна такого пороха горят одновременно и внутри, и с внешней поверхности. Уменьшение наружной поверхности горения возмещается увеличением внутренней поверхности. Так что общая поверхность остается постоянной на все время горения, если не принимать во внимание горение трубки с торцов.

Пороха, поверхность зерен которых по мере их сгорания увеличивается, называются порохами прогрессивной формы (например, трубка с несколькими каналами, цилиндр с несколькими каналами). При горении зерна такого пороха поверхность каналов увеличивается. Это создает общее увеличение горящей поверхности зерна до момента распада его на части, после чего процесс происходит по типу горения пороха дегрессивной формы.

Преимущество пироксилиновых порохов по сравнению с нитроглицериновыми состоит в относительной безопасности в производстве, более низкой температуре горения (2400° С), что удлиняет сроки службы канала ствола, большей стойкости при длительном хранении.

Бездымные нитроглицериновые пороха. При изготовлении этих видов порохов сущность желатинизации остается той же, что и для пироксилиновых порохов. В данном случае растворителем для пироксилина служит нитроглицерин, причем оба эти взрывчатые вещества в желатинизированном состоянии очень тесно связаны между собой.

Преимущества нитроглицериновых порохов, по сравнению с пироксилиновыми, состоят в следующем: быстрота изготовления (несколько часов вместо суток); дешевизна в производстве; более мощное действие; большая физическая стойкость; большая приспособляемость к различным условиям, в которых происходит сгорание.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЗДЫМНЫХ ПОРОХОВ. По своему внешнему виду бездымные пороха похожи на рог или столярный клей. Хорошо желатинизированный порох в тонких пластинках и листах почти прозрачен. Цвет порохов бывает различен: от светло-желтого до темно-бурого. Мелкозернистые пороха при тщательной обработке их графитом (что делается с целью повышения их плотности и предотвращения слипания зерен) имеют темно-серый цвет и блестящую поверхность.

Бездымные пороха не растворимы в воде. Гигроскопичность их незначительна. Однако при хранении бездымных порохов в сыром месте их влажность повышается (до 2%), что снижает их баллистические свойства, так как вода способна вытеснить нитроглицерин из состава пороха.

Удельный вес разных сортов бездымных порохов колеблется в пределах 1,55-1,63.

При горении пороха различают три фазы: зажжение, воспламенение, горение.

Зажжение - это возбуждение процесса горения в какой-либо части порохового заряда путем быстрого нагрева этой части до температуры зажжения, которая для дымных порохов составляет 270-320°, для бездымных - колеблется от 180 до 200°. С повышением температуры заряда скорость горения пороха повышается, так как уменьшается расход тепла, необходимый для нагревания.

Воспламенение - это распространение пламени по поверхности заряда.

Горение - это проникновение пламени в глубину каждого зерна пороха.

Изменение количества газов, образующихся при горении пороха в единицу времени, оказывает влияние на характер изменения давления газов и скорости движения пули по каналу ствола. Поэтому для каждого вида патронов и оружия подбирается пороховой заряд определенного состава, формы и веса.

Пороховой заряд винтовочного патрона массой 3,25 г при выстреле сгорает примерно за 0,0012 с. При сгорании заряда выделяется около 3 больших калорий тепла и образуется около 3 л газов, температура которых в момент выстрела равна 2400-2900°. Газы, будучи сильно нагретыми, оказывают высокое давление (до 290 Па) и выбрасывают пулю из канала ствола со скоростью до 900 м/с.

В пироксилин добавляют определенное количество калиевой селитры, которую после резки пороха вымывают горячей водой. Растворяясь, она оставляет в зернах пороха поры. В зависимости от требуемых характеристик пороха на 100 весовых частей пироксилина вносят 45-220 весовых частей селитры.

Бездымные пороха обладают большой производительной способностью. Так, 1 кг пороха дает при взрыве около 900 литров пороховых газов, что позволяет развивать давление в канале ствола винтовки до 3200 атм.

Бездымные пороха обладают значительной прочностью и упругостью. Качество бездымного пороха определяется тем, насколько правильны и одинаковы по форме и размерам пороховые зерна - от этого в значительной степени зависит однообразное и закономерное образование пороховых газов при выстреле, а следовательно, и точность стрельбы.

Пороховые (боевые) заряды, используемые в гильзах патронов отечественного стрелкового оружия, состоят в основном из бездымных пироксилиновых порохов. Все данные о порохах вносят в паспорт, который прикладывается к каждой партии. Условные обозначения состоят из букв и цифр. Буквами обозначаются зерно пороха, технология изготовления, назначение, а цифрами - размеры пороха, партия, год изготовления, толщина пороха в десятых миллиметра, число каналов. Например, П45 СВ 1/75 К обозначает, что порох пористый (на 100 весовых частей пироксилина введено 45 весовых частей селитры), свежий, первой партии, 1975 года изготовления, завод К.

Сергей Монетчиков
Фото Владимира Николайчука
Братишка 05-2009