Глава четвертая
МОЖНО ЛИ УПРАВЛЯТЬ ВЗРЫВОМ?

«

КАК ВОСПЛАМЕНЯЕТСЯ ПОРОХОВОЙ ЗАРЯД

Мы уже говорили, что для зажигания заряда чаще всего применяют капсюль. Взрыв капсюля дает вспышку, короткий луч огня. Заряды современных орудий составляются из довольно крупных зерен бездымного пороха — пороха плотного, с гладкой поверхностью. Если мы попробуем зажечь заряд такого пороха при помощи только одного капсюля, то выстрел вряд ли последует.

Почему?

Потому же, почему нельзя зажечь спичкой крупные дрова в печке, особенно если поверхность у них гладкая.

Недаром мы обычно разжигаем дрова лучинками. А если вместо дров взять полированные доски и бруски, то даже лучинками разжечь их будет трудно.

Пламя капсюля слишком слабо, чтобы зажечь крупные, гладкие зерна заряда; оно лишь скользнет по гладкой поверхности зерен, но не зажжет их.

Рис. 71. Капсюльная втулка, ввинчиваемая в дно гильзы

А сделать капсюль сильнее, положить в него больше взрывчатого вещества нельзя. Ведь капсюль снаряжается ударным составом, в который входит гремучая ртуть. Взрыв большего количества гремучей ртути может повредить гильзу и вызвать другие разрушения.

Как же все-таки зажечь заряд?  {119} 

Воспользуемся «лучинками», то-есть возьмем небольшое количество мелкозернистого пороха. Такой порох легко зажжется от капсюля. Лучше взять дымный порох, так как поверхность его зерен более шероховатая, чем у зерен бездымного пороха, и такое зерно загорится скорее. Кроме того, дымный мелкозернистый порох даже при нормальном

Рис. 72. Как происходит выстрел из орудия

давлении горит очень быстро, гораздо быстрее бездымного,

Лепешки из прессованного мелкозернистого пороха помещают за капсюлем, в капсюльной втулке (рис. 71).

Дымный порох располагают, как мы уже видели, и вокруг электрозапала в электрической втулке (см. рис. 56), и в вытяжной трубке (см. рис. 54). А иногда мелкозернистый порох, кроме того, помещают на дне гильзы, в особом мешочке, как это показано на рис. 72. Порция такого мелкозернистого дымного пороха называется воспламенителем.

Образовавшиеся при сгорании воспламенителя газы быстро повышают давление в зарядной каморе. При повышенном давлении скорость воспламенения основного заряда увеличивается. Пламя почти мгновенно охватывает поверхность всех зерен основного заряда, и он быстро сгорает.

В этом основное назначение воспламенителя. Итак, выстрел представляет собой ряд явлений (см. рис. 72).  {120} 

Боек ударяет по капсюлю.

От удара бойка взрывается ударный состав, и пламя капсюля зажигает воспламенитель (мелкозернистый дымный порох).

Воспламенитель вспыхивает и превращается в газы.

Раскаленные газы проникают в промежутки между зернами основного порохового заряда и воспламеняют его.

Воспламенившиеся зерна порохового заряда начинают гореть и в свою очередь превращаются в сильно нагретые газы, которые с огромной силой толкают снаряд. Снаряд движется по каналу ствола и вылетает из него.

Вот сколько событий происходит меньше чем за сотую долю секунды!

КАК ГОРЯТ ЗЕРНА ПОРОХА В ОРУДИИ

Почему нельзя сделать весь пороховой заряд из мелкого пороха?

Казалось бы, в этом случае не потребовалось бы никакого специального воспламенителя.

Рис. 73. Слишком мелкий порох: заряд сгорел, и приток газов, толкающих снаряд, прекратился задолго до вылета снаряда из дула

Почему же основной заряд всегда составляется из более крупных зерен?

Потому что мелкие зерна пороха, так же как и мелкие поленья, сгорают очень быстро.

Заряд мгновенно сгорит и превратится в газы. Сразу получится весьма большое количество газов, и в каморе создастся очень высокое давление, под действием которого снаряд начнет стремительно двигаться по каналу ствола.

Но чем дальше будет двигаться снаряд в стволе, тем больше места будет освобождаться для газов за снарядом, тем слабее станет их давление; порох весь сгорит, и притока новых газов не будет.

В начале движения получится очень высокое давление, а к концу оно резко упадет (рис. 73).

Очень резкое повышение давления газов, которое создастся в первый момент, причинит большой вред металлу ствола, сильно сократит «жизнь» орудия и может стать причиной его разрыва.

В то же время ускорение снаряда в конце движения его по стволу будет ничтожным.

Поэтому для заряда и не берут очень мелких зерен.

Но и слишком крупные зерна тоже не годятся для заряда: они не успеют сгореть за время выстрела. Снаряд вылетит из дула, а вслед за ним вылетят и несгоревшие зерна (рис. 74). Порох не будет использован полностью.

Размер зерен нужно подбирать так, чтобы пороховой заряд сгорел целиком незадолго до вылета снаряда из дула.  {121} 

Тогда приток газов будет происходить почти в течение всего времени движения снаряда по стволу, и резкого скачка давления не произойдет.

Но орудия бывают разной длины. Чем длиннее ствол орудия, тем дольше движется снаряд по стволу и тем дольше должен гореть порох.

Рис. 74. Слишком крупный порох: снаряд уже вылетел, а заряд еще не весь сгорел

Поэтому нельзя заряжать все орудия одинаковым порохом: для более длинных орудий заряд нужно составлять из зерен более крупных, с большей толщиной горящего слоя, так как продолжительность горения зерна зависит, как мы вскоре увидим, именно от толщины горящего слоя пороха.

Итак, оказывается горением пороха в стволе можно до некоторой степени управлять. Изменяя толщину зерен, мы меняем и продолжительность их горения. Мы можем добиться притока газов в течение почти всего времени движения снаряда в стволе.

КАКАЯ ФОРМА ПОРОХА ЛУЧШЕ?

Недостаточно, чтобы при выстреле газы давили на снаряд в стволе все время; нужно еще, чтобы они давили, по возможности, с одинаковой силой.

Казалось бы, для этого необходимо только получить равномерный приток газов; тогда и давление будет держаться все время на одном уровне.

На самом деле это неверно.

Чтобы давление было более или менее постоянным, пока снаряд еще не вылетел из ствола, должны поступать не одинаковые, а все большие и большие порции пороховых газов.

Каждую следующую тысячную долю секунды приток газов должен возрастать.

Ведь снаряд движется в стволе все быстрее и быстрее. И заснарядное пространство, где образуются газы, также увеличивается. Значит, чтобы заполнить это все увеличивающееся пространство, порох должен давать с каждой долей секунды все больше и больше газов.

Но получить непрерывно возрастающий приток газов совсем не легко. В чем тут трудность, вы поймете, взглянув на рис. 75.  {122} 

Здесь изображено цилиндрическое зерно пороха: слева — в начале горения, в середине — спустя несколько тысячных секунды, справа — в конце горения.

Вы видите: горит только поверхностный слой зерна, и именно он превращается в газы.

Вначале зерно большое, поверхность его велика, и, значит, сразу Выделяется много пороховых газов.

Но вот зерно наполовину сгорело: поверхность его уменьшилась, а значит, и газов выделяется теперь уже меньше.

В конце горения поверхность уменьшается до предела, и образование газов становится ничтожным.

То, что происходит с этим пороховым зерном, произойдет и со всеми остальными зернами заряда.

Выходит, что чем дольше горит пороховой заряд из таких зерен, тем меньше прибывает газов.

Давление на снаряд ослабевает.

Такое горение нас совсем не устраивает. Нужно, чтобы приток газов не убывал, а возрастал. Для этого поверхность горения зерен должна не уменьшаться, а увеличиваться. А этого можно добиться только в том случае, если будет выбрана соответствующая форма пороховых зерен заряда.

На рис. 75, 76, 77 и 78 показаны различные зерна пороха, применяемые в артиллерии.

Все эти зерна состоят из однородного плотного бездымного пороха; разница только в размерах и форме зерен.

Какая форма самая лучшая? При какой форме зерна мы получим не убывающий, а, наоборот, возрастающий приток газов?

Цилиндрическое зерно, как мы видели, удовлетворить нас не может.

Не удовлетворяет нас и зерно ленточной формы: как видно из рис. 76, его поверхность тоже уменьшается при горении, хотя и не так быстро, как поверхность цилиндрического зерна.

Рис. 75. Цилиндрическое зерно пороха; его поверхность горения резко

Рис. 76. Лента пороха; ее поверхность горения уменьшается незначительно

Значительно лучше трубчатая форма (рис. 77).

При горении зерна такого пороха его общая поверхность почти не изменяется, так как трубка горит одновременно изнутри и снаружи. Насколько уменьшится поверхность трубки снаружи, настолько же за это время она увеличится изнутри.

Правда, трубка горит еще с концов, и длина ее уменьшается. Но этим уменьшением можно пренебречь, так-как длина пороховых «макарон» во много раз больше их толщины.

Значит, можно считать, что изменения величины горящей поверхности здесь почти не происходит. Горение трубчатого пороха дает почти равномерный приток газов. Но этого еще недостаточно: нужен возрастающий приток.

Возьмем цилиндрический порох с несколькими продольными каналами внутри каждого зерна (рис. 78).

Снаружи поверхность цилиндрика при горении уменьшается.

А так как каналов несколько, то увеличение внутренней поверхности происходит быстрее, чем уменьшение наружной.

Стало быть, общая поверхность горения возрастает. А это означает, что приток газов увеличивается. Давление как будто не должно падать.

Рис. 77. Трубчатый порох; его поверхность горения почти не уменьшается

Рис. 78. Зерно пороха с семью каналами; его поверхность горения увеличивается до момента распада зерна

На самом деле это не так.

Посмотрим на рис. 78. Когда стенка зерна прогорит, оно распадется на несколько кусков. Поверхность этих кусков по мере горения неизбежно уменьшается, и давление резко падает.

Выходит, что и при этой форме зерна мы не получим постоянного увеличения притока газов по мере горения.

Приток газов будет увеличиваться только до распада зерен.

Вернемся к трубчатому, «макаронному» пороху. Покроем наружную поверхность зерна таким составом, который сделал бы ее негорючей (рис. 79).

Тогда зерна будут гореть только изнутри, по внутренней поверхности, которая при горении увеличивается. Значит, и приток газов будет увеличиваться с самого начала горения и до конца.

Здесь распада зерен не может быть.

Такой порох называется «бронированным». Его наружная поверхность как бы забронирована от воспламенения.

Рис. 79. Трубчатый „бронированный” порох; его поверхность горения непрерывно увеличивается до конца горения

До некоторой степени это можно осуществить, например, с помощью камфоры, понижающей горючесть пороха. Вообще же бронирование пороха — дело нелегкое, и полного успеха здесь еще не достигнуто.

При горении бронированного пороха можно добиться постоянного давления в канале ствола орудия.

Горение, при котором приток газов увеличивается, называется прогрессивным, а горящие таким образом пороха — прогрессивными.

Из рассмотренных нами порохов действительно прогрессивным является только бронированный порох.

Однако это отнюдь не умаляет достоинств применяемых ныне цилиндрических порохов с несколькими каналами. Нужно лишь умело подбирать их состав и размеры зерен.

Можно добиться прогрессивного горения и другим путем, например путем постепенного увеличения скорости горения пороха.

Таким образом, имеет значение не только форма, но и состав и скорость горения зерен пороха.

Подбирая их, мы управляем процессом горения и распределением давления в канале ствола артиллерийского орудия.

При выборе зерен соответствующего размера, состава и формы можно избежать резкого скачка давления и более равномерно распределить давление в стволе; при этом снаряд будет вылетать из ствола с наибольшей скоростью и с наименьшим вредом для орудия.

Правильно подобрать состав, форму и размеры зерен нелегко. Эти вопросы рассматриваются в специальных разделах артиллерийской науки: в теории взрывчатых веществ и внутренней баллистике.

Исследованием горения порохов занимались великие сыны нашей Родины — ученые М. В. Ломоносов и Д. И. Менделеев.

Ценный вклад в это дело внесли наши соотечественники А. В. Гадолин, Н. В. Маиевский и др. (о чем уже говорилось в главе первой).

Советская артиллерия располагает первоклассными порохами, в разработке которых большие заслуга принадлежат Артиллерийской академии им. Ф. Э. Дзержинского,

КАК ПОГАСИТЬ ПЛАМЯ ВЫСТРЕЛА

Мы уже говорили, что наряду со многими достоинствами бездымный порох имеет и недостатки.

К таким недостаткам бездымного пороха относится образование пламени при выстреле. Пламя вырывается из ствола и ярким блеском демаскирует скрытое от врага орудие (рис. 80). При быстром открывании затвора после выстрела, особенно в скорострельных орудиях, пламя  {126}  может вырваться и назад, что будет представлять опасность для орудийного расчета.

Поэтому нужно уметь погасить пламя выстрела, особенно во время стрельбы ночью.

Постараемся выяснить, почему образуется пламя при стрельбе бездымным порохом.

Когда кончает топиться печка и в ней остаются раскаленные угли, над ними некоторое время колеблется синеватое пламя. Это горит выделяемый углями угарный газ, или окись углерода. Печку закрывать еще рано — можно угореть. Хотя дров в печке уже и нет (они обратились в угли), но газ, выделяемый углями, еще горит. Нельзя забывать, что горение в печке продолжается до тех пор, пока в ней остается горючий газ.

Рис. 80. Пламя демаскирует орудие

Примерно то же происходит и при горении бездымного пороха. Хотя он и сгорит полностью, но образовавшиеся газы еще сами могут гореть. И когда пороховые газы вырываются из ствола, они соединяются с кислородом воздуха, то-есть загораются и дают яркое пламя.

Как погасить это пламя?

Существует несколько способов.

Можно предотвратить образование пламени, заставив пороховые газы сгореть еще в стволе, до того как они вырвутся на воздух. Для этого нужно ввести в порох вещества, богатые кислородом, так называемые окислители.  {127} 

Рис. 81. Гильза с боевым зарядом и пакетами пламегасителя, вкладываемыми при стрельбе ночью

Рис. 82. Патрон для стрельбы ночью

Можно понизить температуру вырывающихся из ствола газов так, чтобы она была ниже температуры их воспламенения; для этого нужно ввести в боевой заряд пламегасящие соли.

К сожалению, в результате введения подобных примесей получаются твердые остатки при выстреле, то-есть дым. Правда, дым образуется в значительно меньшем количестве, чем при стрельбе дымным порохом. Однако и в этом случае стреляющее орудие может быть обнаружено по дыму, если стрельба ведется днем. Поэтому пламегасящие примеси можно применять только во время стрельбы ночью. При дневном свете они не нужны, так как днем пламени обычно почти не видно.

В тех орудиях, где снаряд и заряд вкладываются в ствол отдельно, пламегасители в особых мешочках или картузах прибавляются к заряду при заряжании (рис. 81).

У орудий, заряжаемых патроном, для стрельбы днем применяются патроны без пламегасителя, а для стрельбы ночью — с пламегасителем (рис. 82).

Можно погасить пламя и без прибавления примесей.

Иногда на дульную часть надевают металлический раструб. Газы, вырывающиеся из ствола, соприкасаются с холодными стенками такого раструба, их температура опускается ниже точки воспламенения, и пламя не образуется. Такие раструбы тоже называются пламегасителями.

Сильно уменьшается пламя при стрельбе с дульным тормозом, так как газы, проходя через дульный тормоз, охлаждаются от соприкосновения с его стенками.  {128} 

МОЖНО ЛИ УПРАВЛЯТЬ ДЕТОНАЦИЕЙ?

Подбирая размеры и форму пороховых зерен, можно, как мы видели, добиться нужной продолжительности и прогрессивности взрывчатого превращения пороха.

Превращение пороха в газы совершается очень быстро, но все же время горения измеряется тысячными и даже сотыми долями секунды. Детонация, как известно, протекает значительно быстрее — в стотысячные и даже миллионные доли секунды.

Детонируют бризантные взрывчатые вещества. Нам уже известно, что они применяются главным образом для наполнения, или, как говорят артиллеристы, — для снаряжения снарядов.

Нужно ли вообще управлять детонацией при взрыве снаряда?

Оказывается, иногда это бывает нужно.

Рис. 83. Обыкновенная и направленная детонация

Когда разрывается снаряд, наполненный бризантным взрывчатым веществом, газы действуют во все стороны с одинаковой силой. Так же действует шашка бризантного вещества. Действие рассредоточивается во всех направлениях. Это не всегда выгодно. Иногда требуется, чтобы силы газов при детонации были сосредоточены в одном направлении. Ведь в этом случае действие их будет значительно сильнее.

Посмотрим, как действует детонация на броню. При обычном взрывчатом превращении бризантного взрывчатого вещества около брони лишь незначительная часть образующихся газов будет действовать на броню, остальные газы произведут удар по окружающему воздуху (рис. 83, слева). Броня не будет пробита взрывом.

Использовать детонацию для разрушения прочной преграды пытались уже давно. Еще в прошлом столетии иногда вместо обычных подрывных шашек применяли подрывные шашки особого устройства: в шашке бризантного взрывчатого вещества делали воронкообразную выемку. Если такую шашку положить выемкой на преграду и взорвать,  {129}  действие детонации на преграду будет значительно сильнее, чем при взрыве той же шашки без выемки (без воронки).

На первый взгляд это кажется странным: шашка с выемкой весит меньше, чем шашка без выемки, а действует на преграду сильнее. Оказывается, выемка сосредоточивает силы детонации в одном направлении, подобно тому, как вогнутое зеркало прожектора направляет световые лучи. Получается сосредоточенное, направленное действие газов взрывчатого вещества (см. рис. 83, справа).

Значит, до некоторой степени можно управлять и детонацией. Эта возможность использована в артиллерии в так называемых кумулятивных снарядах. С устройством и действием кумулятивных и других снарядов мы подробно познакомимся в следующей главе.