МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра химии и технологии высокомолекулярных соединений

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОРОХОВ И ТВЕРДЫХ
РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ

Учебное пособие

Н. Г. Рогов

, Ю.А. Груздев

Росой ЛИЙ	j

униберииге’ им. >' И

Санкт-Петербург
2005 г
УДК 662.62; 662.311.

Рогов Н.Г., Груздев Ю.А.

Физико-химические свойства порохов и твердых ра-
кетных топлив: Учебное пособие. - СПб.: СПбГТИ(ТУ),
2005.-200 с.

Рассмотрены физико-химические свойства порохов и топ-
лив: энергетические, физико-механические, физическая и хими-
ческая стабильности, чувствительность к различным начальным
импульсам, гигроскопичность, электризуемость и др. Способы
регулирования основных характеристик, допустимые условия их
изменения.

Предназначено для студентов 4+6 курсов, обучающихся по
специальности 25.12.00 и соответствует рабочим программам по
дисциплинам “Физико-химические свойства взрывчатых ве-
ществ, порохов и твердых ракетных топлив”, “Эксплуатационные
свойства порохов и ТРТ”.

Рис. - 47, табл. - 58, библиогр. - 16 назв.

Рецензенты:

А. В. Косточка, д-р хим. наук, заслуженный деятель науки и техники
РФ и Республики Татарстан, заведующий кафедрой
химии и технологии высокомолекулярных соединений
Казанского государственного технологического универ-
ситета.

И. В. Крауклиш, д-р хим. наук, профессор, директор-главный
конструктор ФГУП СКТБ “Технолог”.

Рекомендовано к изданию УМО по образованию в области хи-
мических технологий и биотехнологии Федерального агентст-
ва по образованию Министерства образования

Российской Федерации

ISBN 5-98408-036-2
ПРЕДИСЛОВИЕ

Поддержание необходимого уровня обороны страны, достижение кон-
курентоспособности продукции ВПК на мировом рынке вооружений,
обеспечение технологической и экологической безопасности населения
при производстве и эксплуатации порохов и смесевых ракетных твердых
топлив (СРТТ), внедрение в оборонные отрасли энерго- и ресурсосбере-
гающих технологий невозможны без подготовки специалистов высокой
квалификации.

В настоящем пособии рассмотрены физико-химические свойства поро-
хов и СРТТ: энергетические, физико-механические, баллистические, фи-
зическая и химическая стабильности, чувствительность к различного вида
начальным импульсам, гигроскопичность, электризуемость, явления со-
провождающие выстрел и предназначено для студентов специальности
“Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых
ракетных топлив”.

Задача пособия - обобщить имеющийся обширный материал по составу
и свойствам применяющихся гомогенных и гетерогенных композиций,
рассмотреть общие закономерности и отличительные особенности их фи-
зико-химических и эксплуатационных характеристик.

Данное учебное пособие написано на основе материалов лекций, читае-
мых студентам кафедры XT ВМС. В декабре 2005 года Николаю Григорь-
евичу Рогову исполнилось бы 75 лет. Выход в свет учебного пособия, под-
готовленного с его участием, является и выполнением нашего долга перед
настоящим патриотом специальности.

Авторы выражают благодарность рецензентам - директору-главному кон-
структору ФГУП СКТБ “Технолог”, профессору И.В. Крауклишу и заслу-
женному деятелю науки и техники РФ и Республики Татарстан, заведующе-
му кафедрой химии и технологии высокомолекулярных соединений Казан-
ского государственного технологического университета, профессору
А.В Косточко за труд ознакомления с рукописью учебного пособия.

Особую благодарность авторы выражают ректору Санкт-
Петербургского государственного технологического института (техниче-
ского университета) А.С. Дудыреву, генеральному директору ФГУП
«НИИПМ» (г. Пермь) А.П. Талалаеву и выпускнику кафедры химической
энергетики СПбГТИ (ТУ) И.А. Филиппову за финансовую помощь, свя-
занную с изданием книги.

Доцент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соеди-
нений СПбГТИ (ТУ)

Ю.А.Груздев
ВВЕДЕНИЕ

К числу важнейших физико-химических характеристик порохов и то-
плив относятся: энергетические, физико-механические свойства, физиче-
ская и химическая стабильность, чувствительность к различным началь-
ным импульсам, а также такие, как форма и размеры элементов, теплофи-
зические свойства, плотность, гигроскопичность, электризуемость и др.
Важное значение имеют свойства порохов и топлив, определяющие их
влияние на такие процессы как разгар и эрозия материальной части, обра-
зование дыма и пламени при выстреле. Комплекс перечисленных свойств
характеризует эксплуатационные достоинства порохов и топлив, допусти-
мые условия их применения, баллистическую эффективность, степень
опасности и т.п. Отсюда очевидна необходимость изучения физико-
химических свойств, рассмотрения их во взаимосвязи с составом порохов
и топлив и свойствами входящих в них компонентов. Целесообразно также
рассмотрение путей и способов регулирования основных свойств. Как из-
вестно, основой порохов и топлив служат высокомолекулярные соедине-
ния (ВМС) различной природы. Основу пироксилиновых (ПП) и балли-
ститных (БП) порохов составляют нитраты целлюлозы, а полимерной ос-
новой смесевых ракетных твердых топлив (СРТТ) являются различные
синтетические каучуки. При этом в основе ПП лежит практически не пла-
стифицированная высокоазотная нитроцеллюлоза, в связи с чем они пред-
ставляют собой системы с сильно развитым межмолекулярным взаимо-
действием, не проявляющие свойства термопластичности. БП представля-
ют собой системы на основе пластифицированной низкоазотной
нитроцеллюлозы (коллоксилина) с выраженными термопластичными
свойствами. Температура стеклования НЦ находится в пределах
185-*-215°С, а каучуков - (Н-100°С. Вследствие этого ПП и БП находятся и
эксплуатируются в стеклообразном, а СРТТ в высоко-эластическом со-
стоянии. Существенное различие ряда свойств порохов и СРТТ в боль-
шинстве своем предопределяется различием в свойствах полимерной ос-
новы. Именно с учетом этого обстоятельства представляется целесообраз-
ным сравнительное рассмотрение физико-химических свойств порохов и
топлив и их особенностей. Физико-химические свойства порохов и топлив
широко используются специалистами на практике и обязательно вносятся
в различную техническую документацию. Часть характеристик вносится в
технологический регламент на изготовление пороха. При применении
данного пороха или ракетного топлива в конкретной системе ряд его
свойств вносится в чертеж на заряд. Основным же документом, в котором
отражены практически все физико-химические свойства, является так на-
зываемый нормативно-технический паспорт (НТП). В настоящее время
принято разработку нового пороха или топлива завершать выпуском НТП.
Только при наличии этого документа разрешается отработка зарядов и
применение пороха в конкретных опытно-конструкторских работах.

Таким образом, знание физико-химических свойств порохов и топлив
необходимо пороховикам - технологам, научным работникам и конструк-
торам, работающим в области разработки составов, проектирования заря-
дов и технологического оборудования, а также конструкторам стрелково-
го, артиллерийского и ракетного оружия.
1	КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОХОВ

Пороха относятся к метательным взрывчатым веществам. Для ве-
ществ этой группы характерным видом превращения является послойное
горение по так называемому "геометрическому" закону без перехода в де-
тонацию. Пороха - многокомпонентные системы на основе высокомоле-
кулярных соединений, способные к закономерному горению и применяе-
мые в качестве источника энергии для метания или сообщения движения
снаряду.

Возможность использования порохов для метания снарядов как в
ствольной артиллерии и стрелковом оружии, так и в ракетной технике оп-
ределяется их способностью образовывать при горении значительное ко-
личество высокотемпературных газообразных продуктов. Закономерное
горение порохов обеспечивается их химическим составом, плотностью,
механической прочностью, а также формой элементов.

До 1958г. пороха классифицировались на дымные, или пороха-
механические смеси, и на бездымные - пороха на основе нитроцеллюлозы.
С 50-х годов, наряду с термином “порох”, широко используется термин
“смесевое твердое топливо”, которым обозначают ракетные пороха смесе-
вого типа. Строго говоря, и эту разновидность метательных веществ мож-
но называть “смесевой порох”. Однако в литературу прочно вошел и ши-
роко применяется термин “смесевое твердое топливо” (СТТ) или
“смесевое ракетное твердое топливо” (СРТТ). Ракетные пороха баллистит-
ного типа также иногда называют “баллиститное ракетное топливо” (БРТ).

В настоящее время различают в основном три класса метательных
ВВ:

1-	дымные пороха

2-	нитроцеллюлозные пороха

3-	смесевые ракетные твердые топлива.

Дымный порох, представляющий собой уплотненную механическую
смесь из калиевой селитры, угля и серы, в настоящее время как метатель-
ное ВВ значение потерял и применяется главным образом в различного
рода воспламенительных устройствах. Поэтому его физико-химические
свойства нами не рассматриваются.

Разновидностью СРТТ являются твердые топлива пиротехнического
типа, применяемые в прямоточно-воздушных реактивных двигателях
(ПВРД). Эти топлива получают методом глухого прессования либо по тех-
нологии свободного литья. Пиротехнические ракетные топлива состоят из
10-5-40% связующего, 30-5-70% металлического горючего и 20+40% окисли-
теля. То есть особенностью их состава является высокое содержание ме-
таллического горючего и низкое содержание окислителя. Такое количест-
во окислителя обеспечивает лишь начальный этап горения. Для обеспече-
ния же нормального полноценного процесса горения в качестве окислите-
ля, связующего и металлического горючего используются либо кислород
атмосферы, если топливо применяется в прямоточно-воздушных реактив-
ных двигателях, либо кислород забортной воды. В последнем случае топ-
ливо называют гидрореагирующим (ГРТ). Физико-химические свойства
топлив пиротехнического типа здесь также не рассматриваются. Ниже бу-
дут рассматриваться только нитроцеллюлозные пороха и СРТТ.

1.1	Нитроцеллюлозные пороха

Нитроцеллюлозные пороха (НЦП) представляют собой взрывчатые
композиции, получаемые на основе высокомолекулярного ВВ - нитроцел-
люлозы (НЦ). Технология НЦП связана с применением тех или иных рас-
творителей, выполняющих роль пластификаторов НЦ, которые либо уда-
ляются из состава пороха в процессе производства, либо остаются в нем в
качестве основного компонента. В зависимости от вида растворителя (уда-
ляемого или не удаляемого) НЦП подразделяются на следующие группы:

-	пороха на легколетучем растворителе, удаляемом в основном из со-
става пороха. Это так называемые пироксилиновые пороха. Содержание
остаточного растворителя в ПП, как правило, спирто-эфирного, составляет
0.3-5%;

-	пороха на труднолетучем растворителе, остающимся в составе в ка-
честве основного компонента. Это так называемые баллиститные пороха.
Содержание труднолетучего растворителя (пластификатора) в БП достига-
ет 45%. В зависимости от вида пластификатора различают БП нитроглице-
риновые (на основе тринитрата глицерина), нитродигликолевые (на основе
динитрата диэтиленгликоля), нитроксилитановые. В БП применяется и
смесевой пластификатор, состоящий из нитроглицерина и динитрата ди-
этиленгликоля. В последние годы в качестве пластификаторов применяют-
ся, или исследуются различные органические азидосоединения, динитро-
диазапентан ("димер"), тройная смесь (ТС) и их смеси с традиционными
пластификаторами;

-	пороха на смешанном растворителе. Это так называемые кордитные
пороха (КП), или кордиты. При получении КП для пластификации НЦ
применяют труднолетучий и летучий растворители. Первый из них, на-
пример, нитроглицерин, остается в составе, а последний - обычно ацетон
или спирто-ацетоновая смесь, удаляется и его содержание в готовом поро-
хе не превышает 1-3%;

-	пороха эмульсионного приготовления. Это так называемые сфериче-
ские пороха (СФП). Являются разновидностью порохов, получаемых с
применением труднолетучего (НГЦ, ДБФ, ДБС) и легколетучего раствори-
теля (этилацетат). Труднолетучий растворитель остается в составе пороха,
а легколетучий удаляется и его содержание в готовом порохе не превыша-
ет 0.5-^1.5%.

Приведенная выше классификация НЦП базируется на общем призна-
ке - высокомолекулярной основой всех рассмотренных порохов является
НЦ, а в качестве отличительного признака принят вид растворителя. При-
знаком классификации, широко используемым на практике, является и
назначение НЦП. Различают пороха для стрелкового оружия, минометные
пороха, орудийные пороха, ракетные пороха, плазмообразующие и пороха
для МГД- генераторов.

1.2	Смесевые твердые ракетные топлива

Смесевые твердые ракетные топлива представляют собой взрывчатые
материалы на основе синтетических высокомолекулярных каучукоподоб-
ных полимеров, наполненных кристаллическим окислителем, порошкооб-
разным металлическим горючим и различного рода специальными добав-
ками. Классификация СРТТ носит менее строгий характер. Это связано с
интенсивным развитием топлив и их многообразием по составу, свойствам
и назначению. В настоящее время в качестве отличительных признаков
для классификации СРТТ используются характерные компоненты, экс-
плуатационные свойства, назначение топлива. Так некоторые группы топ-
лив классифицируются по названию полимерного связующего. Различают
топлива тиокольные, полиуретановые, бутилкаучуковые, нитрильные, бу-
тадиеновые. В ряде случаев за отличительный признак принимается вид
окислителя, и топлива относят к перхлоратным, если в них применяется
перхлорат аммония, или к селитренным, если окислителем является нитрат
аммония и т.д. Различают топлива и по виду горючего, если это не алюми-
ний. Например, гидридное, бериллийсодержащее топливо и др. Топлива
можно классифицировать по уровню единичного импульса реактивной
силы: низкоимпульсные - 200+220 кгс/кг, со средним уровнем единичного
импульса 240+250 кгс/кг, высокоимпульсные более 260 кгс/кг и по уровню
скорости горения: медленногорящие (от 1 до 5 мм/с), со средней скоро-
стью (8+12 мм/с), быстрогорящие (30+100 мм/с и более).

Как и в случае НЦП, смесевые топлива различают по назначению: то-
плива для стартовых ускорителей, для маршевых двигателей, для газоге-
нераторов, для пороховых аккумуляторов давления и т.п. То есть класси-
фикация СРТТ требует специальной систематизации.
2	ПРИНЦИПИАЛЬНЫЙ состав
ПОРОХОВ И СРТТ

ПИРОКСИЛИНОВЫЕ ПОРОХА "классические" состоят из нитро-
целлюллозы, чаще всего из смеси пироксилинов №1 и №2, В А, С А
(90-5-98%), остаточного спирто-эфирного растворителя (0.2-5-5%), стабили-
затора химической стойкости - дифениламина (ДФА), нитрозодифенила-
мина (1-5-2%) и влаги (0.8-5-1.5%). Пироксилиновые пороха содержат и дру-
гие компоненты, которые вводятся в состав для придания пороху тех или
иных свойств. В этих случаях названия порохов отражают их специфиче-
ские свойства.

Беспламенный ПП, применяемый в зарядах для получения беспла-
менного выстрела, содержит 1-5-5% пламягасящих веществ, например, сер-
нокислый калий, тетразолы.

Пламягасящий ПП содержит в своем составе 45-5-50% пламягасящих
веществ, например, канифоль. Этот порох применяется в качестве добавки
к основному заряду для гашения обратного пламени.

Малоэрозионные ПП содержат добавки, снижающие разгарно-
эрозионное действие продуктов сгорания на канал ствола, например, нит-
рогуанидин, диоксид титана, др.

Флегматизированные и графитованные пороха содержат камфору и
графит соответственно.

В последние годы для повышения энергетических характеристик в
ПП вводят ВВ, такие как гексоген, октоген. Это так называемые мощные
артиллерийские пороха (МАП).

БАЛЛИСТИТНЫЕ ПОРОХА содержат, как правило, низкоазотную
НЦ (коллоксилин) 45-5-60%, труднолетучий растворитель (нитроглицерин,
динитратдиэтиленгликоля или их смесь) 25-5-45%, стабилизатор химиче-
ской стойкости (централит или смесь его с дифениламином) 1-5-3%, влагу в
количестве О.5-г-О.8%.

Для придания тех или иных свойств в БП вводят и другие компонен-
ты. Так для снижения разгарно-эрозионного действия в состав вводят ди-
бутилфталат, динитротолуол, нитрогуанидин. Для регулирования уровня
скорости горения и зависимости её от давления вводят катализаторы.
Обычно это соли, оксиды металлов переменной валентности с недостро-
енными d-оболочками и их смеси. БП содержат технологические, пламяга-
сящие и другие добавки. Для повышения энергетических характеристик
артиллерийских и ракетных БП в состав вводят мощные взрывчатые веще-
ства (гексоген, октоген). С этой же целью в ракетные пороха вводят метал-
лическое горючее, в основном алюминиево-магниевый сплав (ПАМ). В
последнее время разрабатываются БП с улучшенными физико-
механическими свойствами, которые содержат в составе высокоазотную
НЦ и синтетический полимер - поливинилнитрат, а также пластификато-
ры с повышенной пластифицирующей способностью, такие как динитро-
диазапентан, различные органические азидосоединения, применяемые в
смеси с нитроглицерином.

КОРДИТНЫЕ ПОРОХА содержат до 70% высокоазотной НЦ, обычно
это пироксилин №1, 20+40% - НГЦ или другого труднолетучего раство-
рителя, 3% - стабилизатора химической стойкости, 1+2% - остаточного
спирто-ацетонового растворителя и до 0.8% - влаги. В состав КП могут
вводится охлаждающие, пламягасящие и другие добавки.

СФЕРИЧЕСКИЕ ПОРОХА содержат 75+88% высокоазотной НЦ (пи-
роксилин №1 или №2), 9+20% нитроглицерина, 2+3% - стабилизатора
химической стойкости (централит №1 и дифениламин), 0.5+1.5% - оста-
точного растворителя - этилацетата и 0.5+1% - влаги. Как и в другие по-
роха, в СФП вводятся регуляторы скорости горения, вещества, снижаю-
щие температуру горения, пламягасящие добавки, взрывчатые вещества.
Применяемая для получения СФП эмульсионная технология, позволяет
без серьезных трудностей вводить в их состав различные компоненты.

СМЕСЕВЫЕ РАКЕТНЫЕ ТВЕРДЫЕ ТОПЛИВА в отличие от рас-
смотренных выше ПП, БП, КП и СФП, представляющих собой достаточно
гомогенные системы (за исключением порохов, содержащих кристалличе-
ские и металлические наполнители) на основе пластифицированной нит-
роцеллюлозы, в которых окисляющий элемент - кислород входит в состав
молекулы пластификатора и НЦ, представляют собой гетерогенные систе-
мы, в которых окислитель и горючее являются самостоятельными компо-
нентами. Лишь в случае применения так называемых "активных" поли-
мерных связующих и пластификаторов активный кислород частично вно-
сится в топливо в виде нитро, нитратных и нитраминных групп, входящих
в состав их молекул. Поэтому типовая композиция СРТТ включает в себя
высокомолекулярное горючее-связующее (10+25%), роль которого выпол-
няют различные каучуки: полибутадиеновые, полиуретановые, полисуль-
фидные (тиоколы), нитрильные и др., кристаллический окислитель
(50+75%), обычно это перхлораты или нитраты аммония, калия и др. и
металлическое горючее (5+10%), например, в виде порошкообразного
алюминия, гидрида алюминия и т.п. Помимо этих основных компонентов,
СРТТ могут содержать пластификаторы (5+10%), регуляторы скорости
горения и зависимости её от давления (0.5+2%), антислеживающие добав-
ки, антиоксиданты, поверхностноактивные вещества и другие компоненты
специального назначения.

Так высокоимпульсные СРТТ содержат высокоэнтальпийные энерге-
тически выгодные ВВ - гексоген, октоген и т.п. (20-5-35%). Плазмообра-
зующие топлива содержат в своём составе нитраты калия, цезия и другие
соли щелочных металлов.

Изложенное выше показывает, что нитроцеллюлозные пороха и СРТТ
существенно различны по компонентному составу и принципиально отли-
чаются по физическому состоянию. Основу первых, условно гомогенных,
составляет пластифицированная (БП) или практически не пластифициро-
ванная (ПП) нитроцеллюлоза, а вторых - гетерогенных - наполненные
каучукоподобные полимеры. В условиях хранения и применения нитро-
целлюлоза и пороха на её основе находятся в стеклообразном состоянии, а
каучуки и СРТТ на их основе в высокоэластическом состоянии.

Эти различия в физическом состоянии и компонентном составе пре-
допределяют различия физико-механических, энергетических, теплофизи-
ческих, взрывчатых и других свойств, а также отличия в поведении тех и
других порохов при изменении условий и особенности предъявляемых к
ним требований.
3	ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ПОРОХОВ И ТОПЛИВ

ПИРОКСИЛИНОВЫЕ ПОРОХА применяются главным образом в
стрелковом оружии и артиллерии. В стрелковом оружии (пистолет, кара-
бин, пулемёт) преимущественно применяются пороха мелких марок ВТ,
ВУ, Сокол и др., а также пластинчатые и пористые пороха. Винтовочные
пороха представляют собой одноканальные зерна с толщиной горящего
свода 0.23-5-0.32 мм. В орудиях малых калибров применяются зернение
многоканальные (преимущественно семиканальные) пороха марок 4/7,
5/7, 6/7, а в орудиях средних калибров марок 7/7, 9/7, 12/7, 14/7. В оруди-
ях крупных калибров применяются трубчатые пороха, либо трубчатые и
зерненые пороха (комбинированный заряд). Возможности применения
ПП в виде толстосводных пороховых шашек в ракетных двигателях ог-
раничиваются трудностями удаления легколетучего растворителя из
толщи пороха.

БАЛЛИСТИТНЫЕ ПОРОХА применяются в минометах (лента, пла-
стина, кольцо), в артиллерии и ракетных системах (трубчатые элементы и
толстосводные пороховые шашки). Размер шашек для ракетных двигате-
лей достигает по диаметру 800 мм. Возможность изготовления более
крупных шашек ограничивается трудностями обеспечения необходимых
физико-механических свойств, плотности и термостабильности.

КОРДИТНЫЕ ПОРОХА применяются главным образом в артиллерии
и миномётах. Пороха этого типа отечественной промышленностью не
производятся.

СФЕРИЧЕСКИЕ ПОРОХА применяются в стрелковом и спортивном
оружии. Они представляют интерес и как наполнители в топливах смесе-
вого типа.

СМЕСЕВЫЕ ТВЕРДЫЕ ТОПЛИВА применяются в настоящее время
только в ракетных двигателях, как основного, так и вспомогательного на-
значения. Заряды СРТТ обычно представляют собой элементы цилиндри-
ческой формы, либо с каналами различного профиля, либо с каналом и так
называемыми щелями (канально-щелевые), либо бесканальные. Из СРТТ
можно изготавливать заряды любого необходимого габарита. Применяют-
ся заряды с диаметром от десятков миллиметров до двух и более метров и
соответственно с массой от сотен граммов до десятков (30+70) тонн.

Пироксилиновые и баллиститные пороха для стрелкового оружия и
артиллерии применяются в виде зарядов, элементы которых горят по всей
12
поверхности (наружной, торцевой, канала). Ракетные БП и СРТТ чаще
всего применяются в виде зарядов с частично забронированной поверхно-
стью: бронируются торцы, частично или полностью наружная поверх-
ность. В последнем случае горение осуществляется по поверхности канала
или канала и щелевой части. Заряды, прочноскрепленные с корпусом дви-
гателя, всегда горят по каналу или по каналу и щелевой части.


4	УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ПОРОХОВ И ТОПЛИВ

4.1	Пироксилиновые пороха

Условное обозначение порохов чаще всего состоит из букв и цифр,
отражающих размеры, элементы состава, технологии. Мелкозерненные
одноканальные пороха, применяемые в патронах к винтовкам и малокали-
берным пулеметам, обозначаются буквой В и буквами Л, Т или У, что оз-
начает:

ВТ - винтовочный порох под тяжелую пулю;

ВЛ и ВУ - винтовочный порох под легкую и укороченную пули соот-
ветственно.

ВТ и ВЛ имеют толщину горящего свода около 0.32, а ВУ около 0.23
мм. Зерненые пороха одноканальные, кроме винтовочных, и многоканаль-
ные обозначаются дробью, в которой числитель - толщина горящего свода
в десятых долях миллиметра, и знаменатель - число каналов в зерне. На-
пример, 4/1 - зерненный ПП с толщиной горящего свода 0.4 мм и одним
каналом; 9/7 - зерненный ПП с толщиной горящего свода 0.9 мм и семью
каналами.

Трубчатые ПП также обозначаются дробью, в которой числитель -
толщина горящего свода в десятых долях миллиметра, а в знаменателе
число каналов. Чтобы отличить трубчатый порох от зерненого в марки-
ровке после дроби ставится индекс Тр. Например, 22/1 Тр означает трубча-
тый ПП с толщиной горящего свода 2.2 мм и одним каналом. Маркировка
ПП, применяемых в морских системах, содержит в себе технические ха-
рактеристики орудия. Так, индекс 305/52 означает, что это трубчатый пи-
роксилиновый порох для орудия калибра 305 мм и длиной ствола в 52 ка-
либра. Флегматизированные пороха содержат в условном обозначении
индекс "фл". Исключение составляет флегматизированный порох ВТ, в
маркировке которого этот индекс не используется. Пористые пороха обо-
значают буквой "П" и цифрой, указывающей количество селитры, введен-
ной при получении пороха. Например, П-45 означает пористый ПП, при
изготовлении которого в пороховую массу было введено 45% селитры (на
сухой вес). Беспламенные пороха содержат в обозначении индекс БП.

Пламягасяшие ПП, содержащие сернокислый калий (до 48%) обозна-
чаются буквами УГ (универсальный гаситель), и содержащие хлороргани-
ческие соединения буквой X. Например, ВТХ-10 означает, что это винто-
вочный ПП, содержащий 10% перхлорвиниловой смолы.

Малогигроскопичные пороха маркируются буквами М или МГ с до-
бавлением букв, обозначающих вид гидрофобного вещества. Так, индекс
14
9/7 МГТМ означает, что это малогигроскопичный ПП с толщиной горяще-
го свода 0.9 мм, семью каналами, содержащий в качестве гидрофобной
добавки тротиловое масло.

4.2	Баллиститные пороха

Условные обозначения БП отличаются в зависимости от назначения
пороха (орудийный, ракетный, минометный). Чаще всего при их марки-
ровке используются индексы, обозначающие вид труднолетучего раство-
рителя, геометрические размеры, форму и некоторые другие признаки.
Орудийные БП, как правило, содержат в обозначении символы, соответст-
вующие виду растворителя и геометрические размеры. Кроме того, в связи
с имеющейся градацией порохов по калорийности, в обозначение часто
вводятся цифры, отражающие уровень калорийности. Так цифре 2 соот-
ветствует калорийность 710 ккал/кг (2975 Дж/кг), цифре 3 — 765 ккал/кг
(3205.3 Дж/кг), а цифре 4 - 820 ккал/кг (3435.8 Дж/кг). Геометрические
размеры порохового элемента обозначаются дробью, числитель которой
указывает на толщину горящего свода в десятых долях миллиметра, а зна-
менатель на число каналов. Например, марка пороха НДТ-3 19/1 расшиф-
ровывается так: нитроглицериновый порох, содержащий в составе динит-
ротолуол и дибутилфталат, имеющий калорийность 765 ккал/кг (3205.3
Дж/кг) и форму в виде одноканальной трубки с толщиной свода 1.9 мм.
Марка пороха ДГ-2 18/1 означает порох на основе динитратадиэтиленгли-
коля с калорийностью 710 ккал/кг (2974.9 Дж/кг) в виде одноканальной
трубки с толщиной свода 1.8 мм.

Обозначения ракетных БП часто содержат в индексе букву - Р, а также
индексы, отражающие вид труднолетучего растворителя, наличие в составе
различных компонентов, характерных добавок, вводимых для придания поро-
ху тех или иных свойств. Например, индексы Н и НД означают, что пороха
получены с применением нитроглицерина и смеси нитроглицерина с динит-
ратдиэтиленгликолем. Для обозначения добавок наиболее широко применя-
ются буквы М - оксид магния, С - оксид свинца, Г - графит, Т - оксид титана,
ФС - фталат свинца, Д - дибутилфталат, АМ - алюминиево-магниевый по-
рошок и некоторые другие. Цифры часто обозначают порядковый номер ре-
цептуры. буква К показывает, что это порох полученный корректировкой ка-
кого-то базового состава. Например, РСИ-12 и РСИ-12К. Для иллюстрации
изложенного рассмотрим некоторые обозначения:

НМФ-2 - нитроглицериновый порох, содержащий оксид магния и ди-
бутилфталат, второй рецептуры.

РСИ-12К — нитроглицериновый порох, содержащий оксид свинца и
мел, рецептура 12я скорректированная.
РАМ-10 - нитроглицериновый порох, содержащий 10% порошка
алюминиево-магниевого ПАМ-4.

РНДСИ-5К - порох ракетный, полученный с применением смеси нит-
роглицерина с динитратомдиэтиленгликоля, содержащий оксид свинца,
мел, рецептура 5-" скорректированная.

Для обозначения не только вида пороха, но и размеров заряда после
индекса марки пороха приводят цифры, характеризующие диаметр шашки
и канала и длину шашки (заряда). Обычно они записываются в виде дроби
и числа. Например, применительно к цилиндрической одноканальной
шашке запись 40/10 - 100 означает, что она имеет наружный диаметр 40
мм, диаметр канала 10 мм и длину 100 мм. В случае крупногабаритных
зарядов геометрические размеры шашек обычно в обозначения не вносят-
ся, а ставится условный шифр заряда ракетной системы.

4.3	Минометные пороха

Обозначаются буквами НБ (нитроглицериновый баллиститный) и
имеют практически один и тот же состав, содержащий 40% нитроглицери-
на, но различаются разнообразием форм. Форма пороховых элементов
обозначается буквами: Пл - пластинчатая. Л - ленточная, К - кольцевая,
СП - спиральная, которые ставятся после индекса НБ. Кроме того, в обо-
значения вносятся цифры, характеризующие размеры элементов, которые
записываются после буквенных индексов. У пластинчатых порохов первое
число обозначает толщину пластины в сотых долях миллиметра, а второе -
размер стороны пластины в десятых долях миллиметра. Например, обо-
значение пороха НБПл 14-10 расшифровывается так - нитроглицериновый
баллиститный пластинчатый с толщиной горящего свода 0.14 мм и разме-
ром стороны пластины 1 мм.

В случае ленточных порохов рядом с индексом Л ставится число, ука-
зывающее на толщину ленты в десятых, если число из одной цифры, или в
сотых, если число состоит из двух цифр, долях миллиметра. Например,
обозначение пороха НБЛ -3 расшифровывается так: нитроглицериновый
баллиститный ленточный с толщиной ленты 0.3 мм, НБЛ -35 то же, но с
толщиной ленты 0.35 мм.

В случае пороха кольцевой формы после индекса “К” ставится дробь
и через черточку число. Числитель дроби означает внутренний, а знамена-
тель наружный диаметр кольца в миллиметрах. Число после дроби означа-
ет толщину кольца в миллиметрах. Например, обозначение пороха НБК
32/65 - 14 расшифровывается так: нитроглицериновый баллиститный в
форме кольца с внутренним диаметром 32 мм, наружным диаметром 65 мм
и толщиной горящего свода 0.14 мм.
4.4	Смесевые твердые топлива

Условные обозначения этого вида порохов носят более произвольный
характер и не подчиняются какому-либо общему принципу. Они включают
в себя буквенные и цифровые индексы, которые могут соответствовать
начальным буквам названия полимерного связующего, количеству того
или иного компонента в топливе, отражать шифр организации - разработ-
чика топлива, уровень единичного импульса реактивной силы компози-
ции. Топливо может обозначаться просто каким-либо словом, не содержа-
щим никакой информации об особенностях его состава или свойств. Наи-
большее распространение получили такие обозначения компонентов: П -
полиэфир, Т - тиокол, А - алюминий, БК - бутилкаучук, Г - гексоген, О -
октоген. Рассмотрим отдельные примеры обозначения различных топлив и
расшифровку индексов.

ПАЛ-18/7 - топливо, содержащее полимер (18%), алюминий (7%) и
фтористый литий (ингибитор горения). ТФА-53К - топливо на основе тио-
кола, содержащее дибутилфталат (пластификатор), алюминий. 53% пер-
хлората аммония и бихромат калия (катализатор горения). Т-9БК-8 - топ-
ливо, разработанное НИИ №9, на основе бутилкаучука, восьмая рецептура.
ПЭК А-18-ТГ-20 - топливо на основе полибутадиенового связующего, со-
держащее эпоксидную смолу (отвердитель), поверхностноактивное веще-
ство катионат-7, алюминий (18%) и гексоген (20%). АП-65 - топливо, со-
держащее смесь окислителей А и П, с единичным импульсом 265 кгс/кг
(2599,6 нс/кг).

Как уже отмечалось, топлива обозначаются и словами, не несущими
информации о количественном составе и свойствах, например. Рубин,
Аметист.
5 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ПОРОХАМ И ТОПЛИВАМ
КАПИТАЛИСТИЧЕСКИХ СТРАН

Пороха и топлива капиталистических стран принципиально не отли-
чаются от отечественных. В настоящее время для различных систем воо-
ружения за рубежом находят применение пороха: одноосновные (пирок-
силиновые), двухосновные (нитроглицериновые), трехосновные (нтрогуа-
нидиновые), сферические, смесевые твердые топлива. Компоненты,
входящие в состав этих порохов, в основном аналогичны применяемым у
нас, в связи с чем, физико-химические свойства и области их применения
также близки. Вместе с тем зарубежные пороха имеют и некоторые осо-
бенности по составу и свойствам.

5.1	Одноосновные (пироксилиновые) пороха

В большинстве стран: Германия, Италия, Франция, Япония для ору-
дий среднего и крупного калибров применяются пороха с близкими свой-
ствами. Они содержат 83+99% высокоазотной НЦ (среднее содержание
азота 13.1 + 13.15%) и имеют достаточно высокий уровень силы (94-5-104
тм/кг), калорийности (740-5-982 ккал/кг или 3100 = 4125 Кдж/кг) и плотности
(1570-5-1620 кг/м3). Пороха США этого же назначения отличаются от поро-
хов других стран тем, что они готовятся из НЦ с Ncp.=12.6+13.15%, содер-
жание которой в порохе несколько ниже (76+97.7%). Кроме того, в их со-
став могут входить динитротолуол (ДНТ) от 8 до 23% (чаще 10%), дибу-
тилфталат (ДБФ) 2+5% и дифениламин (ДФА) 0.7+1.0%, содержание
остаточного растворителя в порохе 0.7+1.0%, влаги 0.25+0.7%. Разница в
составе приводит к тому, что энергетические характеристики порохов
США: сила (87+99 тм/кг), калорийность (637+860 ккал/кг или 2675+3700
Кдж/кг) и плотность (1570+1620 кг/м3) несколько ниже.

Пороха для авиационного оружия во всех странах близки по свойст-
вам. Они характеризуются повышенным содержанием (86.5+96%) высоко-
азотной (в основном N=13.13%) НЦ и, как следствие, повышенной мощно-
стью (f=99+105 тм/кг).

Пороха для стрелкового оружия по составу и свойствам близки к
лучшим порохам для авиационного оружия. В этом случае также применя-
ется высокоазотная НЦ (14=13.1 + 13.15%) в количестве 89+99% в связи с
чем сила пороха, как правило, превышает 100 тм/кг и достигает уровня 106
тм/кг, а калорийность равна 867+915 ккал/кг или 3641+3840 Кдж/кг.

Таким образом, особенностями зарубежных пироксилиновых порохов
являются:
-	использование в большинстве случаев высокоазотной НЦ;

-	применение в некоторых составах ДНТ и ДБФ.

Кроме того, для авиационного оружия применяются многоканальные
пороха, в частности 19 и 33-х канальные, отличающиеся повышенной про-
грессивностью характера горения.

5.2	Двухосновные (нитроглицериновые) пороха

По компонентному составу эти пороха в основном аналогичны отече-
ственным. Применяются пороха двух топлив: баллиститы, полученные из
низкоазотной НЦ, нитроэфиров, ДБФ и специальных добавок по обычной
- баллиститной технологии, и кордиты, получаемые по кордитной техно-
логии с использованием смеси легко- и труднолетучих растворителей. В
последнем случае применяется высокоазотная НЦ (N=l 3.15+13.25%), со-
держание которой в различных порохах колеблется от 50 до 80%. Это по-
зволяет получать пороха с повышенным уровнем силы (от 108 до 112
тм/кг). В целом орудийные и ракетные пороха баллиститного типа по ос-
новным свойствам близки к отечественным.

Особенностями зарубежных БП являются:

-	повышенный уровень силы кордитов, обусловленный применением
в их составах высокоазотной НЦ;

-	отсутствие в составах БП некоторых стран, в частности США, таких
компонентов как ДНТ и ДБФ, широко применяемых в отечественных по-
рохах этого типа.

Кроме того, можно отметить широкое применение кордитов.

5.3	Трехосновные (нитрогуанидиновые) пороха (НГУП)

Особенностью этих порохов, получаемых по обычной баллиститной
технологии, является то, что в их состав, наряду с НЦ и нитроэфирами,
вводится нитрогуанидин. Содержание НГУ колеблется в разных составах
от 20 до 60%. Стабилизаторы химической стойкости и специальные до-
бавки такие же, как и в обычных БП. Достоинством НГУП является то,
что по силе они находятся на уровне мощных НГП (f=95+l 13 тм/кг), но
оказывают меньшее разгарно-эрозионное действие на канал ствола. Объ-
ем газов НГУП выше, чем у обычных БП (1000 л/кг и более), а темпера-
тура горения умеренная. НГУП производятся практически во всех капи-
талистических странах и широко применяются в орудиях среднего и
крупного калибров. У нас тоже разработаны НГУП, однако применение
весьма ограниченное.
5.4	Сферические пороха (СФП)

Впервые были разработаны в 1933 г. фирмой Winchester - Western. На
вооружение приняты в 1960 году. В настоящее время широко применяют-
ся в США, Германии, Бельгии, Японии и др. странах для стрелкового ору-
жия - в карабинах, винтовках, пистолетах. В патронах стран НАТО калиб-
ра 7,62 мм применяются исключительно сферические пороха. Это обу-
словлено тем, что технология СФП позволяет безопасно вводить в их
состав ВВ, окислители, металлы и др. компоненты и, следовательно, ши-
роко варьировать их свойства. Высокая гравиметрическая плотность и хо-
рошая сыпучесть позволяет автоматизировать процесс снаряжения. Со-
временные СФП содержат в составе 75-5-89% высокоазотной НЦ
(N=13,15-s-13.2%), нитроглицерин от 9 до 20%, ДБФ (в качестве флегмати-
затора) от 3 до 9%, и специальные добавки. Сила таких порохов достаточ-
но высока (95-5-106 тм/кг). В связи с этим и повышенной гравиметрической
плотностью начальная скорость (Vo) полета пули выше по сравнению с V(),
достигаемой при применении обычных зерненых порохов. В настоящее
время в некоторых странах, в частности в Японии, разрабатываются низ-
кокалорийные и низкотемпературные СФП, содержащие в составе до 8%
нитрогуанидина. Наши пороха аналогичны по составу и свойствам и при-
меняются для стрелкового и спортивного оружия.

5.5	Смесевые ракетные твердые топлива (СРТТ)

Широко применяются всеми странами, особенно США, практически в
ракетах всех типов и назначений. Во всех составах в качестве металличе-
ского горючего применяется порошкообразный алюминий, и в качестве
окислителя перхлорат аммония (ПХА). Лишь в отдельных частных случа-
ях в качестве горючего рассматривались бериллий, гидрид алюминия,
цирконий, а в качестве окислителя - нитрат аммония и перхлорат калия.
Топлива содержат также различные добавки специального назначения:
пластификаторы, катализаторы, поверхностно-активные вещества и т.п.. В
качестве горючего-связующего применяются каучуки и олигомеры: поли-
сульфидные, нитрильные, полиуретановые, полибутадиеновые с функцио-
нальными гидроксильными или карбоксильными группами и т.д.. Послед-
ние получили наиболее широкое применение. Освоено производство заря-
дов как малогабаритных, весом несколько килограммов, так и
крупногабаритных - весом десятки и сотни тонн с диаметром до 2-х мет-
ров, а в опытных условиях до 4-5-6 м. Наиболее распространенная техноло-
гическая схема базируется на принципе заливки топливной массы в корпус
двигателя под вакуумом. Метод литья под давлением применяется ограни-
ченно. Топлива характеризуются удельным импульсом от 230 до 255
кгс/кг (2254^-2500 нс/кг), а содержащие Be до 265 кгс/кг (2607 нс/кг), и
широким набором скоростей горения от нескольких до сотен мм/с и более.
Особенностью топлив, разрабатываемых в последние годы США, является
введение в их состав ВВ, в частности октогена, и повышенное (до 20%)
содержание металлического горючего - алюминия. Кроме того, наряду с
"классическими" вариантами топлив, связующими в которых являются
каучуки (полибутадиеновые с гидроксильными или карбоксильными
функциональными группами), все шире начинают применяться связую-
щие, основой которых является пластифицированная НЦ. В качестве типо-
вого топлива этого вида можно привести топливо ХЬДВ, применяемое на
3 ступени ракеты "MX" ив 1,2 и 3 ступенях ДУ ракеты "Трайдент-2". Ори-
ентировочный состав:

-	связующее - НЦ, пластифицированная смесью нитроэфиров типа
НГЦ и флегматизирующие добавки - 25% (тринитратбутантриола);

-	окислитель - 8+10% ПХА и 45+47% октогена;

-	металлическое горючее -20% алюминия.

Удельный импульс такого топлива составляет 256+257 кгс/кг (2515
нс/кг) удельный вес - 1880+890 кг/м3 и Тк=3700+3800 К. Таким образом,
особенностями новейших видов СТТ США являются:

-	применение пластифицированной НЦ в сочетании с ПХА и октоге-
ном;

-	повышенное содержание октогена в составах от 20 до 48%;

-	повышенное содержание алюминия до 20%;

-	высокий уровень температуры горения.

Топлива указанного типа, ранее разработанные для получения мало-
габаритных зарядов, теперь предназначаются для получения крупногаба-
ритных зарядов.

По компонентному составу и комплексу физико-химических, энерге-
тических, баллистических, физико-механических и других свойств зару-
бежные СТТ принципиальных отличий и преимуществ по сравнению с
отечественными не имеют.
6 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ПОРОХАМ И СРТТ

В процессе хранения и эксплуатации пороха и СРТТ могут нахо-
диться в достаточно жестких условиях и подвергаться воздействию
различных факторов. Температурный диапазон применения и хранения
в большинстве случаев охватывает область +50°С и даже +75 + -60°С. В
условиях кинетического нагрева ракетного двигателя и разогрева ство-
ла при стрельбе из автоматических пушек и автоматов температура по-
верхностного слоя порохов и топлив может повышаться до 180+300°С.
Заряды из ракетных порохов и топлив испытывают перегрузки до де-
сятков и сотен "q" и воздействие вибрации при транспортировке и в
полете. Они могут подвергаться воздействию радиации, пули, осколка,
взрывной волны. Относительная влажность при хранении может дости-
гать 100%. При разгрузочно-погрузочных работах, транспортировке
зарядов и снаряженных двигательных установок возможны падения на
жесткие основания и т.д.

Во всех этих условиях свойства порохов и топлив должны обеспечи-
вать безопасность для обслуживающего персонала, а в большинстве слу-
чаев и нормальное функционирование зарядов. Поэтому к порохам и ТРТ
предъявляются требования, которые укрупненно можно подразделить на:
эксплуатационно-технические, технико-экономические и экологические.

6.1	Эксплуатационно-технические требования

Это наиболее многочисленная группа требований, которые можно
подразделить на требования к физико-химическим, энергетическим, бал-
листическим, физико-механическим, тактико-техническим свойствам и к
свойствам по безопасной эксплуатации.

6.2	Требования к физико-химическим
свойствам (ФХС)

Они предусматривают постоянство характеристик в процессе дли-
тельного хранения и эксплуатации, либо допускают изменение ФХС в
пределах установленных норм, не снижающих существенно надежность и
баллистическую эффективность зарядов.

Основными ФХС порохов и топлив являются: плотность, гигроско-
пичность, физическая, химическая и термическая стабильность, гравимет-
рическая плотность и некоторые другие. С точки зрения эффективности
пороха и топлива должны удовлетворять следующим требованиям:

1.	Плотность топлива и гравиметрическая плотность пороха должны
быть возможно большими, так как при прочих равных условиях это позво-
лит разместить в данном объеме (гильзы, ракетного двигателя) заряд
большей массы.

2.	Гигроскопичность порохов и топлив должна быть минимальной.
Наличие и колебания содержания гигроскопической влаги влияет на уро-
вень и постоянство энергетических и баллистических свойств, на физиче-
скую и химическую стабильность порохов и топлив, на уровень и постоян-
ство физико-механических характеристик.

3.	Пороха и топлива должны иметь высокую химическую и физиче-
скую стабильность. В процессе их хранения не допускается выделения
жидких, твердых или газообразных продуктов, так как изменение состава
и структуры порохов приведет к изменению их энергетических, баллисти-
ческих, прочностных и других характеристик.

4.	Пороха и топлива должны иметь необходимую термостабильность.
При хранении и эксплуатации в заданных условиях они не должны изме-
нять свою форму и самопроизвольно растрескиваться. Нарушение сплош-
ности (появление микро и макро трещин) и изменение формы приведет к
их незакономерному горению.

6.3	Требования к энергетическим характеристикам

Энергетические характеристики относятся к важнейшим, определяю-
щим возможность достижения заданного эффекта при применении пороха
или топлива в конкретном оружии. Основными энергетическими характе-
ристиками артиллерийских порохов для стрелкового оружия являются те-
плота сгорания (калорийность), "сила" и потенциал пороха, температура
горения и объем газов, образующихся при его сгорании, а ракетных топлив
- единичный импульс реактивной силы, температура в камере сгорания и
объем газообразных продуктов. Наиболее эффективны пороха и топлива
соответственно с большей силой и единичным импульсом, большим объе-
мом газов при некотором оптимальном уровне температуры горения.

Поэтому основными требованиями являются следующие:

-	пороха и топлива должны иметь возможно более высокий уровень
энергетических характеристик;

-	пороха и топлива должны сгорать в заданных условиях с достаточ-
ной полнотой;

-	в течение всего периода хранения энергетические характеристики не
должны изменяться. Изменение этих характеристик, неполная реализация
энергии при горении неизбежно приведут к изменению баллистических
свойств порохов и топлив и к снижению их эффективности.

-	эффективность СРТТ и порохов зависит и от их плотности. Чем
выше плотность, тем большую массу заряда можно разместить в дан-
ном объеме, тем, следовательно, они при прочих равных условиях, эф-
фективнее.

Отсюда требование: пороха и топлива должны иметь возможно более
высокий уровень плотности.

6.4	Требования к баллистическим
характеристикам

Основными баллистическими характеристиками порохов и топлив яв-
ляются: скорость горения и зависимость её от давления и температуры,
устойчивость процесса горения в заданном диапазоне температур и давле-
ний, надежность воспламенения.

Общими для всех видов порохов и топлив являются следующие тре-
бования:

-	пороха и топлива должны устойчиво (нормально) гореть по опреде-
ленному закону во всем заданном диапазоне температур и давлений;

-	зависимость скорости горения и температуры должна быть мини-
мальной, то есть они должны быть малоградиентными (только в некото-
рых частных случаях требуется высокая зависимость скорости горения от
давления);

-	пороха и топлива должны легко и безотказно воспламеняться при
всех условиях их применения, время воспламенения и выхода на нормаль-
ный режим горения должно быть возможно малым;

-	эрозия ракетных порохов и топлив при горении должна быть мини-
мальной.

Перечисленные требования являются важнейшими, в значительной мере
определяющими эффективность выстрела. В процессе хранения и эксплуатации
баллистические характеристики не должны существенно изменяться и их зна-
чения должны сохраняться в пределах установленных норм.

6.5	Требования к техническим
характеристикам

Под техническими имеются в виду характеристики, влияющие на яв-
ления, сопровождающие выстрел: дымность, пламенность, разгарно-
эрозионное действие (РЭД) продуктов сгорания на канал ствола стрелко-
24
вого оружия и орудий или на элементы конструкции ракетного двигателя
(камера сгорания, сопловой блок). Дымность, пламенность выстрела и
РЭД продуктов сгорания явления нежелательные.

Поэтому при разработке порохов и топлив стремятся к выполнению
следующих требований, имеющих значение для большого числа видов
орудия:

-	пороха и топлива при сгорании должны образовывать минимальное
количество дыма;

-	пороха и топлива должны обеспечивать беспламенный или мало-
пламенный выстрел;

-	продукты сгорания порохов и топлив должны оказывать минималь-
но возможное РЭД на материальную часть.

Наличие дыма при артиллерийской стрельбе демаскирует пози-
цию, затрудняет ведение огня, например, при стрельбе прямой навод-
кой и применении оптических средств управления ракетой. Дульное и
обратное пламя при стрельбе из орудий также демаскирует позицию и
создает опасные условия для обслуживающего персонала, особенно
при стрельбе из танков и самоходных орудий. Наличие пламени не-
желательно и в ряде частных случаев ракетного выстрела. Например,
пламя в шлейфе продуктов сгорания за соплом авиационных ракет,
применяемых на малых высотах, приводит к их догоранию за счет
кислорода воздуха в зоне воздухозаборника двигателя самолета, из-
менению содержания кислорода в этой зоне и, как следствие, к нару-
шению нормального режима работы двигателя самолета или времен-
ному его отключению (так называемое "заглохание" двигателя). РЭД
продуктов сгорания вызывает износ канала ствола, то есть изменение
его геометрических размеров и. как следствие, снижение начальной
скорости снаряда или пули и увеличение их рассеивания по дальности
и боковым отклонениям. Повышение длительности "жизни" оружия
влияет, таким образом, на его эффективность и имеет большое эконо-
мическое значение. В случае РД малое РЭД на элементы конструкции
ДУ позволяет уменьшить толщину теплоизоляции и, следовательно,
снизить пассивный вес ракеты. Снижение разгара сопла в процессе
работы ДУ также позволяет снизить его вес и, главное, обеспечить
постоянство баллистических характеристик ракеты (постоянство тя-
ги). Малое РЭД продуктов сгорания облегчает задачу выбора конст-
рукционных материалов для оружия с точки зрения их жаростойко-
сти.

Одновременное удовлетворение всем перечисленным требованиям
представляет сложную научно-техническую задачу. Поэтому в каждом
конкретном случае стремятся наиболее полно удовлетворить требованию,
имеющему главное значение для данного вида оружия.
6.6	Требования к физико-
механическим характеристикам

Основными физико-механическими характеристиками порохов и топлив
являются: прочность (о), эластичность или вынужденная эластичность (е),
удельная ударная вязкость (Ак), долговечность (6), модуль упругости (Е), тем-
пература стеклования (Тс). В зависимости от вида пороха, способа снаряжения
(для ракетных топлив вкладной или прочноскрепленный с корпусом заряд) и
условий применения заряда решающее значение имеют различные характери-
стики. Так для ПП определяющими являются: Е (при сжатии) и Ак, для БП -
овэ е, Е (при сжатии и растяжении), Ак, Тс, а для СРТТ - е, о, Е, Ак, 6, Тс, при-
чем в зависимости от способа снаряжения ДУ (вкладной или прочноскреп-
ленный заряд) определяющими могут быть различные характеристики при
различных видах нагружения (сжатие, растяжение). То есть определяющие
характеристики зависят от особенностей свойств и физического состояния
высокомолекулярной основы порохов и условий их применения.

Отсюда вытекают основные требования:

-	пороха и топлива должны иметь уровень деформационно-
прочностных свойств, необходимый для применения их в данной системе
с обеспечением некоторого запаса прочности;

-	при всех условиях эксплуатации в заданном диапазоне температур
и давлений, под действием массовых сил и перегрузок, при падении и
транспортировке, при вибрации и резком изменении внешних условий
(относительная влажность, перепад температур и т.д.) пороховые элемен-
ты должны сохранять форму и сплошность и обеспечивать горение заряда
по заданному закону. То есть пороха и топлива должны сохранять свои
физико-механические свойства в пределах требуемых норм прочности,
обеспечивающих надежное функционирование заряда;

-	пороха и топлива должны иметь малую зависимость деформацион-
но-прочностных свойств от температуры и скорости нагружения. То есть
зависимость модуля упругости (Е) от температуры должна быть мини-
мально возможной, так как резкое увеличение Е сопровождается сильным
снижением эластичности топлива и, как следствие, увеличением отрывных
напряжений на границе заряд - корпус в случае прочноскрепленных заря-
дов. Прочность топлива (о) также должна слабо зависеть от температуры.
Темп изменения модуля и прочности при изменении температуры является
мерой температурной чувствительности механических свойств топлив;

-	зависимость деформации (€), прочности и модуля от времени, осо-
бенно в области гарантийных сроков хранения (lO-s-20 лет) должна быть
слабой. Сильная зависимость этих характеристик от времени свидетельст-
вует об интенсивном развитии деструктивных процессов в топливе, при-
водящих к изменению прочностных свойств;
-	температура стеклования нитроцеллюлозных порохов должна быть
выше верхнего уровня положительной температуры их применения, а Тс
смесевых топлив, должна быть ниже нижнего уровня отрицательной тем-
пературы их применения.

Любое нарушение сплошности порохового элемента или заряда при-
водит к появлению дополнительных поверхностей горения, к нерасчетно-
му подъему давления и, следовательно, к ненормальной работе заряда и
даже к разрушению системы. К ненормальному функционированию заряда
приводит и изменение его геометрической формы: деформирование заряда
из БП при повышенных температурах в силу их термопластичности, изме-
нение профиля канала под действием постоянной нагрузки, например, под
действием собственной массы заряда при нахождении его в стартовом по-
ложении, особенно в случае крупногабаритных зарядов из СРТТ и т.п..
Комплекс физико-механических свойств должен обеспечивать сплошность
и сохранность формы.

6.7	Требования к эксплуатационным свойствам

Под эксплуатационными свойствами имеются в виду свойства, обес-
печивающие безопасное обращение с порохами и топливами, а именно:
чувствительность к механическим воздействиям (удар, трение), к простре-
лу пулей, осколком, детонационной волне, при падении. Действие этих
факторов возможно как в процессе производства, так и при эксплуатации в
войсках и в условиях боевого применения.

В указанном смысле к порохам и топливам предъявляются следую-
щие требования:

-	пороха и топлива должны иметь уровень чувствительности к удару и
трению, позволяющий обеспечить технологическую и эксплуатационную
безопасность;

-	горение порохов и топлив не должно переходить во взрыв или дето-
нацию;

-	пороха и топлива не должны детонировать при падении на твердое
основание, при простреле пулей или осколком, под воздействием детона-
ционной волны или других импульсов.

6.8	Технико-экономические требования

Комплекс технико-экономических требований определяет возмож-
ность организации многотоннажного производства порохов и топлив на
отечественном сырье и энергоресурсах.
Основными требованиями являются:

-	наличие широкой и дешевой отечественной сырьевой базы и мощно-
стей для производства исходных компонентов;

-	рентабельность производства исходных компонентов, порохов и то-
плив. Возможность организации высокомеханизированного и автоматизи-
рованного управляемого технологического процесса, в том числе непре-
рывного;

-	быстрый и надежный контроль производства, позволяющий предот-
вратить выпуск брака и способствующий сокращению длительности тех-
нологического цикла;

-	безаварийность производства исходных компонентов, порохов и то-
плив;

-	ассимиляция производства.

6.9	Экологические и токсикологические
требования

Эти требования направлены на обеспечение безвредных условий про-
изводства, испытаний и применения порохов и топлив и на сохранение
чистоты земли, водоемов и атмосферы.

В указанном смысле основными требованиями являются следующие:

-	компоненты, пороха и топлива и продукты их сгорания должны быть
нетоксичными или малотоксичными;

-	технологический процесс производства компонентов, порохов и то-
плив должен обеспечивать содержание токсичных продуктов в производ-
ственных помещениях, в сточных водах и в выбросах в атмосферу в коли-
чествах, не превышающих предельно-допустимые концентрации;

-	при огневых стендовых испытаниях должно обеспечиваться обез-
вреживание или локализация продуктов сгорания порохов и топлив.

Удовлетворение перечисленных требований задача сложная, требую-
щая постоянного совершенствования производства и организации стендо-
вых испытаний порохов и топлив.

Рассмотренным выше требованиям пороха и топлива должны
удовлетворять в течение определенного времени - гарантийного срока
служебной пригодности. Гарантийный срок устанавливается на первом
этапе на основании изучения кинетики изменения свойств в форсиро-
ванных условиях, имитирующих воздействие различных факторов
(температура, влага и т.д.), а на втором этапе уточняется на основании
опыта хранения и эксплуатации в реальных условиях путем периодиче-
ской опенки всех свойств на соответствие их предъявляемым требова-
ниям. Степень удовлетворения предъявляемым требованиям учитыва-
ется, как важнейшая составляющая, при тактико-технико-
экономической оценке и выборе топлива или пороха для применения в
конкретной системе.
7 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОХОВ И ТОПЛИВ

7.1	Внешний вид

Внешний вид порохов и топлив характеризуется цветом и состоянием
поверхности. Нитроцеллюлозные пороха на основе жесткоцепного поли-
мера представляют собой твердые роговидные материалы. Их цвет разно-
образен и зависит главным образом от состава.

ПП имеют преимущественно светло-желтый или серо-желтый цвет, а
графитованные ПП имеют цвет от серебристо-серого до блестящего чер-
ного. Эти пороха непрозрачны и имеют матовую поверхность.

БП имеют цвет в основном от светло- до темно-коричневого. В тон-
ком слое они прозрачны, если не содержат наполнителей, характеризуются
гладкой блестящей поверхностью.

СРТТ аналогичны твердой резине. Их цвет разнообразен и зависит от
цвета связующего, наличия в составе алюминия, от цвета добавок, вводи-
мых в топливо. Они могут быть темно-коричневого цвета (тиокольные),
темно-серые (полиуретановые), серые (бутилкаучуковые) и т.п. Алюми-
ниевый порошок придает топливам серый цвет металла, наличие в составе,
например, оксида железа — катализатора горения придает коричневый
цвет. Поверхность топлива, прилегавшая к прессинструмеиту обычно
гладкая, глянцевая. После механической обработки глянец теряется и по-
верхность становится шероховатой.

7.2	Форма и размеры пороховых элементов

Форма и размеры пороховых элементов являются важнейшими харак-
теристиками, которым уделяется большое внимание при проектировании и
оптимизации зарядов. Выбор формы и размеров зависит от требований,
предъявляемых к конкретным видам оружия, в части обеспечения времени
горения и характера изменения давления, связанного с величиной и харак-
тером газоприхода. В стрелковом оружии и артиллерии форма и размеры
элементов определяют при прочих равных условиях характер изменения
давления в канале ствола, уровень максимального и дульного давления и,
следовательно, уровень начальной скорости снаряда, а в ракетном двига-
теле величину и характер изменения тяги, давления и время работы двига-
теля. В свою очередь выбор формы и размеров зависит от свойств порохов
и топлив, а именно от уровня скорости горения и зависимости её от давле-
ния и температуры, от уровня энергетических характеристик и физико-
механических свойств. В соответствии с геометрическим законом горения
порохов скорость газообразования выражается формулой:
d'P/dt = S|/A, S/Sr UP

где 'P - сгоревшая часть заряда к моменту времени t;

d'H/dt - скорость газообразования;

Х| - начальный объем порохового элемента;

S| - начальная поверхность горения;

S - поверхность горения в данный момент времени;

U - скорость горения (зависит от природы пороха и давления - Р);

S,/Xl - удельная начальная поверхность или оголенность порохово-
го элемента. Характеризует начальные условия горения и
для данной формы элемента является величиной постоянной;

S/S1 - относительная величина поверхности горения в данный мо-
мент времени.

В зависимости от характера изменения этой величины пороха делят
на три группы: пороха дегрессивной формы, пороха прогрессивной фор-
мы, и пороха с постоянной поверхностью горения, отличающиеся по ско-
рости газообразования и характеру изменения давления в стволе при их
сгорании.

К порохам дегрессивной формы относятся такие, поверхность кото-
рых в процессе горения убывает, то есть отношение S/S, всегда меньше 1.
Это многочисленная группа порохов в виде шара, куба, пластины, кольца,
ленты, одноканального зерна. При горении этой группы давление в стволе
убывает во времени.

К порохам прогрессивной формы относятся такие, поверхность кото-
рых в процессе горения возрастает, то есть отношение S/S( всегда больше
1. В эту группу входят все многоканальные пороха: с 7-ю, 19-ю и более
каналами, а также зерна Уолша и Киснемского. При горении этих порохов
давление в стволе возрастает во времени до момента распада порохового
зерна в конце горения на элементы, сгорающие дегрессивно. В настоящее
время зерна Уолша - Киснемского практически не применяются. Наи-
большее распространение получили семиканальные пороха. В качестве
перспективных рассматриваются 19 и 33 х канальные зерна с повышенной
прогрессивностью.

К порохам с постоянной поверхностью горения относятся такие, в
процессе горения которых S=S,, то есть S/S(=l. Идеальным представите-
лем этой группы мог бы быть порох трубчатой формы с бронированными
торцами и бронированный порох торцевого горения. Поверхность горения,
близкую к постоянной, имеют артиллерийские трубчатые пороха с боль-
шим отношением длины к диаметру. Пороха и заряды, применяемые в ра-
кетной технике, также отличаются разнообразием форм. Здесь во многих
случаях стремятся получить постоянную поверхность горения, обеспечи-
вающую постоянный газоприход и постоянное давление в двигателе и,
соответственно, постоянную тягу. В отдельных случаях применяются за-
ряды дегрессивной или прогрессивной формы. Это достигается как за счет
собственно формы порохового элемента, так и за счет изменения поверх-
ности горения путем бронирования (защиты) части поверхности. Напри-
мер, заряд цилиндрической формы с каналом дает дегрессивный характер
горения в соответствии с рисунком 1, кривая 1. Если торцы такого заряда
забронировать, то при горении он даст кривую давления типа 2. отвечаю-
щую постоянной поверхности горения. При прогрессивном горении (горе-
ние с канала) имеем зависимость P=f(t) типа 3, свидетельствующую об
увеличении поверхности горения.

Рисунок /- Характер горения порохов в зависимости от формы заряда

Все многообразие форм ракетных зарядов классифицируют по распо-
ложению горящей поверхности относительно оси заряда на 3 типа:

1.	Заряды, поверхность горения которых расположена не параллельно
продольной оси. К ним относятся забронированные заряды, горящие с
торца.

A\\\\VXWAV\V

дегрессивно

постоянно

Рисунок 2 — Риды поверхноси горения порохов



прогрессивно

2.	Заряды, поверхность горения которых расположена параллельно
продольной оси. Это многочисленная группа одно- и многошашечных за-
рядов с бронированными торцами, телескопические заряды и заряды с
профилированным каналом и забронированными торцами и наружной по-
верхностью, когда горение идет со стороны канала.

Рисунок 3 - Заряды с поверхностью горения параллельной оси заряда

3.	Заряды, поверхность горения которых частично не параллельна
продольной оси. К ним относятся заряды канально-щелевой формы, ци-
линдроконические. За счет изменения формы можно создать заряды, обес-

Рисупок 4 - Заряды, поверхность горения которых
частично не параллельна оси заряда

печивающие многорежимный характер изменения давления и тяги двига-
теля. Например, заряд торцевого горения "бутылочной" формы с изме-
няющейся поверхностью горения позволяет получить двухрежимный, а со
сложным профилем канала - трехрежимный характер горения.

Размеры пороховых элементов и зарядов изменяются в широких пре-
делах. ПП и БП, применяемые в стрелковом оружии и артиллерии, имеют
толщину свода от долей до нескольких миллиметров (0.07+6 мм). Трубча-
тые артиллерийские пороха имеют диаметр до 30 мм и длину до 800 мм.
Ракетные пороха баллиститного типа имеют существенно более крупные
размеры: диаметр зарядов достигает 800 мм, толщина свода 120 мм и дли-
на 2000^-3000 мм.

Ракетные пороха смесевого типа имеют размеры от малых — десятки
миллиметров по диаметру - до очень больших. Так, заряды к первой сту-
пени межконтинентальных ракет имеют диаметр около двух и длину около
10 м. Судя по информационным данным, в США в опытных условиях по-
лучали заряды диаметром 4^-6 м. Соответственно размерам масса порохо-
вых элементов и зарядов составляет от граммов до десятков и сотен тонн.

7.3 Плотность порохов и ракетных топливов

Плотность относится к важнейшим эксплуатационным характеристи-
кам порохов и топлив, влияющим на баллистическую эффективность вы-
стрела. Чем выше плотность пороха, тем больше, при прочих равных усло-
виях, масса заряда, размещенного в данном обьеме гильзы, каморы орудия,
камеры сгорания ракетного двигателя. Как правило, более высокой плот-
ности пороха отвечает и более высокая его гравиметрическая плотность,
что позволяет повысить плотность заряжания и получить максимальные
баллистические показатели. Рассмотрение формулы Циолковского пока-
зывает, что плотность топлива влияет на максимальную скорость и, следо-
вательно, и на дальность полета ракеты.

W

UMax. = I| gLn(l + q).

где 1| - единичный импульс реактивной силы;

W - масса заряда;

g - ускорение силы тяжести;

q - масса конструкции двигателя (пассивная масса ракеты).

Действительно, чем выше плотность топлива, тем больше масса за-
ряда (W), размещаемого в двигателе данного объема с данной пассив-
ной массой, тем больше величина W/q, и соответственно больше UMax..
Если масса заряда задана постоянной, то при большей плотности она
займет меньший объем. Для его размещения потребуется двигатель
меньшего объема, то есть с меньшей пассивной массой q, что также
благоприятно для повышения скорости полета ракеты. Значимость и
место плотности среди характеристик, влияющих на дальность полета
ракеты, хорошо видны из данных таблицы 1. В этой таблице даны част-
ные производные дальности по единичному импульсу (dl/dl|), по плот-
ности (dl/dp), по показателю в законе скорости горения (dl/dv) и по пас-
сивной массе ДУ (dl/dq) на примере МБР, состоящей из трех ступеней,
со стартовой массой около 100 т.
Таблица 1- Факторы, влияющие на дальность полета ракеты

Производная	Единица измерения	Ступени			Суммарное приращение дальности, км
		1	2	3	
(dl/dl,) 1	км/с	32	46	67	145
(dl/dp)0.01	км м/кг	43.6	21.8	14.3	79.7
(dl/dv)0.1	км	50.8	24.4	19.1	94.3
(dl/dq)	км/кг	-0.11	-0.5	-2.8	-3.41

Анализ частных производных показывает, что наибольшее влияние на
приращение дальности оказывает изменение единичного импульса топли-
ва, особенно на третьей ступени. Однако и плотность топлива оказывает
сильное влияние на баллистическую эффективность МБР. Наиболее суще-
ственно её влияние на первой ступени, где изменение плотности на 0.01
дает приращение дальности, эквивалентное и даже большее, чем единица
единичного импульса топлива. Можно в целом отметить, что по влиянию
на эффективность плотность имеет большее значение для нижних ступе-
ней многоступенчатых ракет и ракет, работающих в наземных условиях, а
единичный импульс имеет большее значение для верхних ступеней ракет.

Анализ показывает, что в случае ракет залпового огня (Град, Ураган),
а также тактических и оперативно-тактических увеличение плотности топ-
лива на 10% по эффективности эквивалентно повышению единичного им-
пульса на 8-ь9% и 7^-8% соответственно. В связи с такой существенной
ролью плотности выбор и сравнительная оценка эффективности различ-
ных топлив проводятся с учетом её величины.

На первом этапе сравнительной оценки топлив критерием их эффек-
тивности служит уровень единичного импульса - 1Ь на втором этапе - так
называемый литровый импульс, равный произведению 1( р, и на третьем
этапе - эффективный единичный импульс 1Эфф= 1| рга, где р - плотность
топлива, ат- показатель степени, зависящий от высотности работы ДУ,
от основных характеристик топлива, ДУ и ракеты в целом. В случае трех-
ступенчатой ракеты m принимает значения для 1 ступени от I до 0, для 2
ступени 0.3*0.5 и для третьей ступени 0.24-0.1. Следовательно, одну и ту
же баллистическую эффективность ракеты можно получить при различ-
ных сочетаниях единичного импульса и плотности. Возможность повыше-
ния эффективности топлива не только за счет единичного импульса, но к
за счет плотности важна потому, что повышение единичного импульса,
как правило, связано с применением новых компонентов, не всегда удов-
летворяющих предъявляемым требованиям, не имеющих достаточной
сырьевой базы и не выпускаемых промышленностью, по крайней мере, на
начальных этапах их использования, что приводит к удорожанию топлива.
Таким образом, при выборе или разработке новых топлив и порохов,
необходимо при прочих равных условиях, выбирать пороха, топлива и
компоненты с учетом влияния их плотности на баллистическую эффек-
тивность. Плотность порохов и топлив - величина близкая к аддитивной.
Она зависит от плотности компонентов, входящих в их состав, и от техно-
логии. Плотность современных порохов и топлив охватывает диапазон от
1500 до 2000 кг/м3, таблица 2.

Таблица 2 - Плотность порохов и топлив

Пороха и топлива	Плотность, кг/м3
Пироксилиновые	1560+1620
Баллиститные	1560+1640
Баллиститные, содержащие ВВ, металлы	1650+1700
Смесевые топлива	1640+1780
Смесевые топлива, содержащие ВВ, уменьшенное количество связующего, активное связующе, гид- риды тяжелых металлов	1790+2000

Плотность "классических" штатных ПП и БП близка. Развитие НЦП в
направлении дальнейшего повышения эффективности привело к примене-
нию в их составах ВВ, металлических горючих и, как следствие, к повы-
шению плотности. Так уровень плотности ракетных БП, содержащих ВВ
(гексоген, октоген), металлические порошки (алюминиево-магниевый)
поднялся с 1640 до 1700 кг/м3. СРТТ, содержащие такие компоненты как
перхлорат аммония (р=1950 кг/м3), алюминий (р=2500 кг/м3), отличаются,
естественно, более высоким уровнем плотности, в основном от 1750 до
1780 кг/м3. Лишь СРТТ, содержащие в составе легкие металлические го-
рючие (гидрид алюминия, бериллий), имеют пониженную плотность на
уровне 1640+1650 кг/м3. Уменьшение содержания связующего до 8+10%
масс., применение активных связующих, отличающихся, как правило, бо-
лее высокой плотностью (1300+1350 кг/м3 - против 1000+1100 кг/м3 для
обычных связующих), использование ВВ, повышенное содержание алю-
миния (20+22%), гидридов тяжелых металлов (титана, циркония) позволя-
ет повысить плотность СРТТ до 1900+2000 кг/м3 . Таким образом, приме-
няя компоненты с различной плотностью и изменяя их соотношение, мож-
но в некоторых пределах направленно регулировать уровень плотности
порохов и топлив. На начальном этапе отработки, теоретическое значение
плотности порохов и топлив может быть вычисленно, исходя из их состава
и плотности компонентов, по формуле:
p, =l/ZAi/ 100 Pi

где p, - теоретическая плотность;

Ai - содержание данного компонента;

Pi - плотность данного компонента.

Плотность зависит не только от состава, но и от технологии. В связи с
отмеченным выше влиянием плотности на эффективность выстрела, необ-
ходимо в процессе изготовления порохов и топлив обеспечивать постоян-
ство состава и технологических режимов, как главных условий, гаранти-
рующих требуемую воспроизводимость плотности. Например, плотность
ПП в зависимости от содержания летучих растворителей изменяется в со-
ответствии с эмпирической зависимостью Киснемского:

р= 1.654 - 0.0124 Н ,

где Н - содержание летучих, %.

В связи с влиянием степени уплотнения порохов и топлив на такие
важные их свойства как скорость горения и зависимость её от температуры
и давления, характер горения, воспламеняемость, возможность перехода
нормального горения в объемное (при высокой пористости), физико-
механические, необходимо строгое соблюдение технологических режимов
на всех основных операциях производства. Главными из них являются:

-	в производстве ПП операции провялки, вымочки, сушки и прессова-
ния;

-	в производстве БП - вальцевания и прессования;

-	в производстве СРТТ операции сушки компонентов, вакуумирова-
ния связующего, пасты, топливной массы, отверждения заряда.

Требует также строгого соблюдения уровень относительной влажно-
сти и температуры в производственных помещениях. Несоблюдение усло-
вий по степени вакуумирования и содержанию влаги в компонентах и по-
мещениях приводит при изготовлении СРТТ, например, полиуретанового
типа к получению топлива с пониженной плотностью и пористой структу-
рой, с неудовлетворительными физико-механическими свойствами и неус-
тойчивым характером горения, в том числе за счет реакции диизоцианатов
(отвердителей) с влагой, сопровождающейся выделением углекислого га-
за. Практическая (опытная) плотность, как правило, ниже теоретической,
так как всем порохам и топливам свойственны пористость той или иной
степени. Пористость - П определяется по формуле:

П = 1- роп./рт

Отношение опытной (роп.) и теоретической (рт) плотностей характери-
зует степень уплотнения массы, то есть
' ..

КУ Роп/рт»

где Ку - коэффициент уплотнения.

Следовательно, пористость можно представить как

П=100 - 100 Ку,%. Плотность порохов и топлив не должна существенно
изменяться и в процессе их длительного хранения. Принципиально харак-
тер и глубина изменения плотности могут служить в качестве критическо-
го параметра стабильности. Вместе с тем исследования этого вопроса по-
казали, что плотность СРТТ при длительном хранении существенно не
изменяется, и что более глубокие изменения плотности показывают НЦП.
Это объясняется тем, что основные компоненты СРТТ - полимерное свя-
зующее, перхлорат аммония, алюминий — вещества термостойкие, нелету-
чие. Полимерная основа НЦП - нитроцеллюлоза — менее устойчива, спо-
собна к термическому и гидролитическому разложению, а растворители,
как легколетучие (в случае ПП), так и труднолетучие (в случае БП), посте-
пенно в процессе хранения теряются. Происходящие изменения плотно-
сти, как уже отмечалось, влияют на постоянство эксплуатационных
свойств порохов и топлив. Например, повышение плотности сопровожда-
ется ухудшением воспламеняемости и снижением скорости горения, а
также изменением физико-механических характеристик.

7.4	Гравиметрическая плотность

Гравиметрическая плотность - это отношение массы пороха, сво-
бодно насыпанного в цилиндрический сосуд определенного объёма (гра-
виметр), к объёму этого сосуда. Она характеризует вместимость пороха в
гильзу или камору орудия и имеет значение для зерненых порохов, при-
меняемых в стрелковом оружии и артиллерии. Обычно стремятся к воз-
можно большей гравиметрической плотности, так как чем она выше, тем
больше пороха можно разместить в заданном объеме. При постоянной
заданной массе заряда это дает возможность уменьшить габариты казен-
ной части, гильзы и, следовательно, снижать вес оружия и боекомплекта.
Гравиметрическая плотность зависит от формы и размеров пороховых
элементов, от собственной плотности пороха и от состояния поверхно-
сти. Наибольшую гравиметрическую плотность имеют сферические по-
роха, а затем она убывает в последовательности: бесканальные короткие
цилиндрические зерна, элементы в форме куба, пластины, семиканаль-
ные и одноканальные зерна. Влияние размеров сказывается таким обра-
зом, что наибольшую гравиметрическую плотность имеют сферические
элементы и элементы с высотой, равной диаметру. Увеличение диаметра
каналов в семи и одноканальных элементах приводит к уменьшению гра-
виметрической плотности. Чем выше собственная плотность пороха, тем
выше и его гравиметрическая плотность. Графитовка порохов, дающая
гладкую полированную поверхность, приводит к повышению гравимет-
рической плотности на 5-5-7%. Для современного оружия гравиметриче-
ская плотность находится в пределах 0.5^0.9 кг/дм3. Трубчатые пороха
характеризуются не гравиметрической плотностью, а так называемой
вместимостью заряда. Предельной вместимостью называется наибольшая
масса одного или нескольких пучков пороховых трубок, которые без
усилия помещаются в гильзу или камору данного объема. Максимальное
значение вместимости составляет 0.8 кг/дм3. Гравиметрическая плот-
ность и предельная вместимость пороха определяют предельную плот-
ность заряжания и, следовательно, при прочих равных условиях, пре-
дельные баллистические возможности данного пороха в данном оружии.
Одним из путей повышения плотности заряжания в стрелковом оружии и
малокалиберных пушках является применение заряда в виде моноблока
определенной степени пористости или получаемого, например, путем
склеивания в блок мелкозерненых порохов. Направление разработки мо-
ноблоков с некоторым оптимальным уровнем прогрессивности горения
является перспективным, в том числе и для создания так называемого
безгильзового выстрела, когда капсюль-воспламенитель и пуля крепятся
к пороховому блоку.

Ракетные двигатели характеризуются плотностью заполнения объема
камеры топливом (Ew), которая выражается коэффициентом использования
объема камеры, представляющим собой отношение обьема заряда к объе-
му камеры:

Ew = W1/Wk

где Wr - объём топлива;

WK- объём камеры.

Для оценки плотности заполнения двигателя пользуются также ко-
эффициентом заполнения поперечного сечения камеры (ЕД представ-
ляющим собой отношение площади поперечного сечения заряда (FT) к
площади поперечного сечения камеры (FK):

Е/ = F,/FK

Однако эту характеристику с некоторым приближением можно при-
менять лишь для зарядов бесканальных и с каналами цилиндрической
формы и для камер с плоскими днищами. В случае зарядов сложной фор-
мы, например, канально-щелевой и камер со сферическими днищами, ко-
эффициент Е/ не дает правильной оценки степени заполнения камеры топ-
ливом. Обычно стремятся к возможно большей плотности заполнения ка-
меры, то есть к Е» и Е/ близким к 1. Максимальная плотность заполнения
достигается при применении бесканальных зарядов торцевого горения,
прочноскрепленных с корпусом. Плотность заполнения камеры зависит
существенно от конструкции заряда, от того насколько рационально он
сконструирован. В свою очередь конструкция заряда в значительной мере
зависит от физико-механических свойств топлива, от величины скорости
горения и зависимости её от давления и температуры. Чем выше, напри-
мер, деформация топлива, используемого в варианте скрепленного с кор-
пусом заряда, тем меньше может быть диаметр канала. Высокая скорость
горения топлива позволяет, при заданном времени работы ДУ, увеличить
толщину горящего свода или реализовать заряд торцевого горения и т.д.
Уровень физико-механических свойств топлива определяется в основном
свойствами его полимерной основы. На основе высокоэластичных поли-
меров, применяемых в СРТТ, можно получить и получают топлива в вы-
сокоэластическом состоянии с уровнем деформационно-прочностных
свойств, необходимым для осуществления наиболее выгодного, с точки
зрения полноты использования объема камеры, варианта заряда, прочно-
скрепленного с корпусом двигателя. В случае баллиститных ракетных по-
рохов, полимерная основа которых - нитроцеллюлоза и они сами находят-
ся в стеклообразном состоянии, возможен только вкладной вариант заряда,
вследствие чего коэффициент использования объема камеры ниже, чем в
случае СРТТ. О высоком коэффициенте использования объема камеры при
применении СРТТ свидетельствует то, что достигнутый уровень коэффи-
циента массового совершенства ДУ современных МБР составляет для ДУ
первых ступеней 0.09, а для ДУ второй и третьей ступеней 0.07^-0.075.
Данные по плотности вносятся в НТП.

7.5	Гигроскопичность порохов и топлив

Гигроскопичность порохов и топлив, как и любых других веществ
и материалов, характеризует способность их удерживать определенное
количество влаги в сорбционном равновесии с окружающей средой.
Гигроскопичность оценивается величиной гигроскопической точки, то
есть отношением упругости паров над насыщенным раствором данного
вещества к упругости водяных паров, насыщающих воздух при той же
температуре. Гигроскопическая точка выражается в процентах относи-
тельной влажности и характеризует такое состояние вещества, при ко-
тором оно не подсыхает и не увлажняется. Чем выше гигроскопическая
точка вещества, тем оно менее гигроскопично, тем меньшее содержа-
ние гигроскопической влаги в нем отвечает равновесному состоянию.
Равновесное содержание влаги - гигроскопичность зависит от природы
вещества, температуры и относительной влажности окружающей сре-
ды. Гигроскопичность - это свойство порохов и топлив. Она зависит от
их природы и является при данной температуре и относительной влаж-
ности величиной постоянной, не зависящей от времени хранения. Со-
держание влаги в порохе в данный момент может быть меньше, больше
или равно гигроскопической влаге. Так, если для установления равно-
весного состояния требуется 5 суток, то через, например, 3 суток оно
будет меньше, а через 5 суток равно гигроскопичности. При изменении
условий хранения содержание влаги в порохе изменяется: если количе-
ство влаги в порохе меньше его гигроскопичности при данных услови-
ях, то он будет увлажняться, а если больше, то порох будет терять вла-
гу. Изменение содержания влаги влияет на важнейшие эксплуатацион-
ные характеристики порохов и топлив и в этом смысле
гигроскопичность является их отрицательным свойством. Так, напри-
мер, в случае порохов пироксилинового типа изменение содержания
влаги на 1% приводит к изменению Рыах на 12% и Vo на 4%. В свою
очередь, каждому проценту изменения Vo соответствует изменение
дальности полета снаряда на 2.5%. С увеличением содержания влаги
ускоряется процесс гидролитического распада НЦ, снижает химическая
и физическая стабильность НЦП. Влага сильно влияет на физико-
механические свойства СРТТ: с увеличением её содержания понижает-
ся прочность и модуль упругости, повышается деформация, снижается
прочность адгезии на границе полимер-наполнитель, снижается долго-
временная прочность. Влага влияет на уровень скорости горения и вос-
пламеняемость порохов и топлив. Гигроскопичность равновесная
обычно определяется при 65-5-70% и при 90% относительной влажности
и при температуре 20-5-25°С. Она зависит, прежде всего, от гигроско-
пичности полимерной основы, а в случае СРТТ в значительной степени
и от гигроскопичности окислителя. Наиболее гигроскопичны ПП, менее
гигроскопичны БП и наименее гигроскопичны СРТТ. Равновесное со-
держание гигроскопической влаги в них, например при 65-5-70% относи-
тельной влажности составляет около 1.7% (ПП), 0.7% (БП) и О-5-О.З%
(СРТТ). Гигроскопичность НЦП определяется главным образом гигро-
скопичностью НЦ, которая, в свою очередь зависит от степени нитра-
ции целлюлозы (от содержания азота). Это обусловлено тем, что вода
связывается с гидроксильными группами целлюлозы по схеме:

R-O-H
С повышением степени нитрации количество гидроксильных групп
уменьшается и соответственно уменьшается количество влаги, удержи-
ваемой НЦ. Гигроскопичность порохов пироксилинового типа, получен-
ных на НЦ разной степени нитрации, приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Влияние степени нитрации НЦ на гигроскопичность ПП

Содержание азота, %	Гигроскопичность, %	
	при (р =65+70%	при <р =90%
12.74	1.30	2.19
13.01	1.14	1.95
13.20	1.05	1.71

По существу гигроскопичность ПП, не содержащих каких-либо компо-
нентов со специфическими свойствами, близка к гигроскопичности НЦ.
Тишуниным И.В. дана эмпирическая зависимость гигроскопичности ПП от
содержания азота в НЦ (%N) и относительной влажности воздуха (ср).

h = (15-N)/100cp

Гигроскопичность ПП зависит и от гидрофильности остаточного рас-
творителя (от содержания неудаляемых), с увеличением их содержания
гигроскопичность повышается, таблица 4.

Таблица 4 - Влияние остаточного растворителя на гигроскопичность ПП

Содержание неуда- ляемых,%	Гигроскопичость,%	
	При ф =75%	при ф =90%
0.22	1.30	1.95
0.51	1.48	2.40

Гигроскопичность ПП может быть уменьшена за счет введения в них
гидрофобных добавок. Применение динитротолуола, тротилового масла,
дибутилфталата и некоторых других веществ в количестве до 5% приводит
к снижению гигроскопичности в 1.5-*-2.0 раза. Гигроскопичность БП в
2+2.5 раза ниже гигроскопичности ПП, что обусловлено меньшим содер-
жанием нитроцеллюлозы в порохе, а также меньшей гигроскопичностью
труднолетучих растворителей и других компонентов. Данные по гигро-
скопичности некоторых БП приведены в таблице 5.

Изменение относительной влажности воздуха сильно влияет на гигро-
скопичность НЦП. Повышение относительной влажности с 50 до 90%
приводит к повышению содержания гигроскопической влаги в ПП на 1%,
а в БП на 0.4+0.8%. Как отмечалось выше, такие колебания по содержанию
влаги будут отрицательно влиять на баллистические, физико-
механические свойства порохов и ракетных топлив, а также на их химиче-
скую и физическую стабильность.

Таблица 5- Гигроскопичность некоторых БП

Марка БП	Г игроскопичность,%	
	при (р =65%	при ф =90%
Н	0.35	0.60
НДТ-3	0.62	0.85
РСИ- 12К	0.52	0.92

Гигроскопичность смесевых топлив зависит от гигроскопичности ос-
новных компонентов: полимерного связующего и окислителя.

Гигроскопичность топлив на одном и том же окислителе определяется
главным образом различием гигроскопичности связующего. Например, в
ряду связующих: полиэфируретаны, полидиенэпоксиуретаны, тиоколы,
бутилкаучук гигроскопичность понижается от полиэфируретанов к бутил-
каучуку. Соответственно этому отличается и гигроскопичность топлив на
основе, например, перхлората аммония и перечисленных связующих. В
таблице 6 приведены усредненные данные по гигроскопичности этих раз-
новидностей СРТТ.

Таблица 6 - Гигроскопичность СРТТ на различных связующих и ПХА

Связующее	Гигроскопичность,% при ф =65%
Полиэфируретановое	0.20 = 0.30
Полидиенэпоксиуретановое	0.13 = 0.19
Тиокольное	0.06 = 0.15
Бутилкаучуковое	0 = 0Ю2

Практически близкую к нулю гигроскопичность имеют топлива на
бутилкаучуке. Это связано с тем, что по природе своей полимер негигро-
скопичен, поэтому, капсюлируя частицы окислителя, он обеспечивает не-
гигроскопичность и топлив на его основе. Исследования бутилкаучуковых
топлив на основе штатного по дисперсности окислителя и на смеси его с
ультрадисперсным перхлоратом аммония показали, что на гигроскопич-
ность бутилкаучуковых топлив изменение степени дисперсности окисли-
теля не повлияло, она сохраняется на уровне, близком к 0.0%, т.к. эффект
капсюляции сохраняется. В ещё большей степени гигроскопичность СРТТ
зависит от гигроскопичности окислителя, содержание которого в топливе
•11'1	'( •

достигает 75%. Гигроскопичность применяемых бесхлорных окислителей
и перхлоратов отличается достаточно сильно, что приводит к соответст-
вующей существенной разнице в гигроскопичности топлив. Наиболее гиг-
роскопичны бесхлорные окислители. Гигроскопическая точка, например,
нитрата аммония равна 62.7%, а гигроскопичность топлив на его основе
достигает даже при 65% относительной влажности воздуха более 0.55%.
Менее гигроскопичен перхлорат аммония. Его гигроскопическая точка
равна 78.5%, а гигроскопичность топлив на его основе в зависимости от
природы связующего при 65% относительной влажности воздуха колеб-
лется от 0 до 0.3%. Наименее гигроскопичен перхлорат калия, гигроскопи-
ческая точка которого равна 83.4%. Гигроскопичность топлив на его осно-
ве также соответственно наименьшая и составляет в этих же условиях
О-г-О.12% в зависимости от природы связующего. Сорбция влаги за счет
гигроскопичности приводит к образованию на поверхности компонентов
полислоев воды, ослабляющих адгезию, например, связующего к окисли-
телю, что сопровождается существенными изменениями физико-механи-
ческих свойств топлива. Эти изменения тем больше, чем выше гигроско-
пичность компонентов и чем выше относительная влажность окружающей
среды. Характер изменения прочности смесевых топлив, например, на ос-
нове гигроскопичного бесхлорного окислителя, в зависимости от относи-
тельной влажности, показан на рисуноке 5.

где Qo = о<р/оф25%  относительная прочность.

Рисунок 5 — Зависимость прочности от относительной влажности

При относительной влажности более 25-5-30% прочность топлива
сильно снижается (Qo - 0.82).

Из изложенного очевидно, что при выборе компонентов порохов и
топлив необходимо ориентироваться, при прочих равных условиях, на
наименее гигроскопичные вещества. Данные по гигроскопичности компо-
нентов, порохов и топлив вносятся в нормативно-технический паспорт.
Для снижения увлажняемое™ за счет гигроскопической влаги в процессе
подготовки компонентов и непосредственно при изготовлении порохов и
топлив в производственных помещениях устанавливаются и соблюдаются
определенные условия по относительной влажности и температуре, учи-
тывающие гигроскопические свойства перерабатываемых веществ и ком-
позиций. Допустимая относительная влажность в производственных по-
мещениях назначается с учетом гигроскопичности самого гигроскопично-
го компонента. С этой же целью пороха и заряды хранят в герметичной
(условно герметичной) укупорке. В случае снаряженных ракетных двига-
телей постоянство содержания влаги в топливе также обеспечивается за
счет герметичности двигателей.
8 ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОРОХОВ И ТОПЛИВ

Теплофизические свойства порохов и топлив характеризуются удель-
ной теплоемкостью (С) и коэффициентами теплопроводности (А) и темпе-
ратуропроводности (а), которые связаны между собой зависимостью:

а = А/ср,

где р - плотность материала;

Ср - объемная теплоемкость.

Целесообразно рассмотреть здесь же и такие свойства как темпера-
турные коэффициенты линейного (cq) и объемного расширения (Pt). Теп-
лофизические характеристики широко используются в теории и практике
пороходелия: при расчетах процессов сушки, отверждения, нагревания и
охлаждения зарядов, при изучении и расчетах температурных полей, воз-
никающих в зарядах в процессе их хранения в условиях переменных тем-
ператур, и оценке напряженного состояния зарядов, при исследовании
процессов воспламенения и горения, а также условий возникновения теп-
лового взрыва, при проектировании технологических аппаратов и в других
случаях.

Теплоемкость полимеров - количество теплоты, затраченное для из-
менения температуры тела на один градус. Удельная теплоемкость поро-
хов и топлив, как и других веществ, представляет собой величину, равную
отношению теплоемкости тела к его массе, и имеет размерность -
Дж/(кгК) - джоуль на килограмм-кельвин или Кдж/(кгК) - килоджоуль
на килограмм-кельвин.

Джоуль на килограмм-кельвин равен удельной теплоемкости вещест-
ва, имеющего при массе I кг теплоемкость 1 Дж/К.

Теплопроводность полимеров - это способность полимерных тел пе-
реносить тепло от более нагретых элементов к менее нагретым. Количест-
венной характеристикой теплопроводности является коэффициент тепло-
проводности - А.

Коэффициент теплопроводности представляет собой величину, рав-
ную отношению количества теплоты, перенесенного через единичную
плоскую поверхность, нормальную вектору градиента температуры, при
градиенте температуры, равном единице, ко времени, в течение которого
эта теплота перенесена, и имеет размерность - Вт/м К - ватт на метр-
кельвин. Ватт на метр-кельвин равен теплопроводности вещества, в кото-
ром при стационарном режиме с поверхностной плотностью теплового
потока 1Вт/м~ устанавливается температурный градиент 1К/м. Температу-
ропроводность вещества характеризует скорость выравнивания темпера-
туры в среде при нестационарной теплопроводности и численно равна от-
ношению теплопроводности к объемной теплоемкости. Единица темпера-
туропроводности квадратный метр на секунду - равна температуропро-
водности вещества с теплопроводностью 1 Вт/(м К), удельной теплоемко-
стью (при постоянном давлении) 1 ДЖ/(кгК) и плотностью 1 кг/м3 .

1 Вт/(мК)

{а} =----------= 1м2/с

1Дж/(кг'К)'1кг/м3

В настоящее время разработаны экспериментальные методы опреде-
ления теплофизических характеристик, базирующиеся на теории регуляр-
ного теплового режима, разработанной Г.М. Кондратьевым. Величины X, а
и С определяются для всех порохов и топлив, рекомендуемых для приме-
нения в ОКР, и вносятся в нормативно-технический паспорт. Теплофизи-
ческие свойства многокомпонентных систем, к которым относятся пороха
и топлива, зависят от теплофизических свойств компонентов, их содержа-
ния в системе, от температуры, плотности и ряда других факторов. Обоб-
щенные данные по теплофизическим свойствам приведены в таблице 7.
Как следует из приведенных данных, теплофизические свойства НЦП и
СРТТ отличаются достаточно сильно, что в значительной мере обусловле-
но различием в свойствах полимерной основы и теплофизических свойств
составляющих их компонентов. Теплоемкость порохов может быть рас-
считана по принципу аддитивности по формуле:

к

Суд =ЕСуд; г,,

1=0

где Судj - удельная теплоемкость i-ro компонента;

г, - массовая доля i-ro компонента в составе.

Таблица 7 - Теплофизические свойства порохов и топлив

Вид пороха	С		X		аЮ4, см2/с
	Кдж/кгК	Ккал/кгиС	Вт/мК	Ккал/мчиС	
ПП	1.13*1.25	0.27*0.32	0.21	0.18	12.0*12.5
БП	1.46*1.67	0.35*0.40	0.18-0.21	0.16-0.18	8.5*9.5
СРТТ	1.13*1.46	0.27*0.35	0.35-0.75	0.30*0.65	14*18
ДП	0.88*1.08	0.21-0.26	—	—	—

В таблице 8 приведены данные по теплоемкости основных компонен-
тов порохов и топлив. Существенное различие в теплоемкости основных
компонентов предопределяет и различие в теплоемкости порохов. Таким
образом, пользуясь справочными данными по теплоемкости компонентов,
можно рассчитать теплоемкость любого многокомпонентного состава по-
роха. Теплоемкость порохов зависит от температуры и может быть рассчи-
тана по формуле:

СуЯТ!=Суд.о + в(Т; —То)

где СУдо - удельная теплоемкость при ТО=273К;

Т; - температура, при которой определяется Суд.

В - температурный коэффициент, определяемый эксперимен
тально.

Большее различие в теплоемкости компонентов, применяемых в СРТТ, и
многокомпонентность является причиной более широких пределов изменения
их теплоемкости. На теплоемкость влияют и другие факторы, в частности
структура. Например, в случае СРТТ увеличение степени сшивания связую-
щего приводит к повышению теплоемкости. Зависимость теплоемкости от
различных факторов может быть использована при необходимости для на-
правленного регулирования её величины. Так, изменение содержания свя-
зующего в топливах типа ПД от 13 до 19% приводит к изменению теплоемко-
сти от 1.31 до 1.46 кДж/(кг К), т.е. на 11%. Теплопроводность и температуро-
проводность порохов и топлив зависят от свойств компонентов, от состава,
плотности. В отличие от теплоемкости, теплопроводность порохов не являет-
ся аддитивной величиной. Теплопроводность и температуропроводность по-
рохов и топлив зависят от температуры.

Поскольку высокомолекулярной основой СРТТ и баллиститных поро-
хов являются аморфные полимеры, а пироксилиновых порохов - аморфно-
кристаллическая нитроцеллюлоза с невысокой степенью кристалличности
(на уровне 30%), то зависимость X и а от температуры аналогична зависи-
мости для аморфных полимеров.

Таблица 8 - Теплоемкость основных компонентов

Компонент	Теплоемкость, С	
	Кдж/(кгК)	Ккал/(кгиС)
Нитроглицерин	1.490	0.356
Нитроцеллюлоза	1.340	0.320
Каучуки	2.093	0.500
Перхлорат аммония	1.101	0.263
Перхлорат калия	0.800	0.191
Алюминий	0.904	0.216
Гексоген	0.980	0.234
Октоген	0.990	0.234
То есть выше температуры стеклования повышение температуры со-
провождается уменьшением Лиа. Согласно теории Айермана, у аморфных
полимеров выше температуры стеклования существенно возрастает тепло-
вое расширение и увеличивается свободный объем. Это приводит к увели-
чению расстояния между соседними цепями, росту теплового сопротивле-
ния и соответствующему снижению теплопроводности. В зависимости от
состава и других свойств при изменении температуры от -50 до +50°С в
случае, например, СРТТ теплопроводность изменяется на 6+25%, а темпе-
ратуропроводность на 20+60%.

Теплопроводность и температуропроводность порохов и топлив
сильно зависят от теплофизических свойств компонентов. Как следует
из данных таблицы 9, теплопроводность компонентов отличается на
2+3 порядка.

Таблица 9 - Теплопроводность некоторых компонентов

Компонент	Теплопроводность, X	
	Вт/(мК)	Ккал/(мч иС)
Каучуки,резина	0.167	0.144
Перхлорат аммония	0.470	0.404
Нитрат аммония	0.415	0.357
Алюминий	210	172

Значительное влияние на Л могут оказывать наполнители. При этом Л
зависит от формы и размера частиц, от их концентрации и распределения в
полимерной матрице, а также от взаимодействия наполнителя с полимер-
ной основой порохов и топлив. При повышенных концентрациях наполни-
теля справедливо уравнение Дульнева:

Х/Х() = С2 + v (1 -С)2 + 2 v С (1 -С) / С v + (1 -С),

где Хо - теплопроводность не наполненного полимера;

С - переменная, зависящая от концентрации наполнителя - 6;

8 = 2С3-ЗС2+1

В случае химического или физического взаимодействия наполнителя
с полимером экспериментальные данные существенно отличаются от рас-
четных, поэтому устанавливают эмпирические зависимости типа

X = Хо + к/т,

где к?. - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств
наполнителя;

m - массовая доля наполнителя.
Особенно сильное влияние на Л и а оказывают металлические добав-
ки. Введение в пороха и топлива алюминия, магния, алюминиево-
магниевого сплава приводит к повышению Л и а в 1.5-5-3 раза.

Именно поэтому СРТТ, в большинстве своем содержащие в составе
металлические горючие, имеют Л и а в 1.5-5-3 раза более высокие, чем ПП и
БП составов, не содержащих металлов. Такая сильная зависимость позво-
ляет целенаправленно регулировать теплофизические свойства порохов и
топлив за счет вида, количества и теплофизических свойств компонентов.

Теплопроводность и температуропроводность зависят и от плотности
порохов и топлив. Чем последняя выше, тем выше эти характеристики.
Известно, например, что Лиа топлива одного и того же состава получен-
ного из вакуумированной массы, на 20-5-25% выше, чем у полученного без
вакуумирования. Это связано с уменьшением теплового сопротивления за
счет снижения содержания газовоздушных включений в топливе при ва-
куумировании.

Важными эксплуатационными характеристиками порохов и топлив
являются температурные коэффициенты линейного (а,) и объемного (Pt)
расширения и сжатия, вызываемого тем, что при понижении температу-
ры топливо испытывает растягивающую, а при повышении сжимающую
нагрузку. Температурный диапазон хранения и применения порохов и
топлив в большинстве случаев составляет Т=±50°С, в отдельных случаях
-60 -5- +75°С и 15 + 10°С, а в авиационных ракетах за счет кинетического
нагрева небольшой слой топлива, прилегающего к корпусу двигателя,
может нагреваться до 200°С и более. В этих условиях пороха и топлива,
как и другие материалы, проявляют температурные усадки и расшире-
ния, приводящие к изменению линейных и объемных размеров элемен-
тов. Это обстоятельство имеет значение и для вкладных и для прочно-
скрепленных с корпусом зарядов. В случае вкладных зарядов темпера-
турные изменения должны учитываться при проектировании размеров
зарядов, камеры сгорания РД, элементов системы крепления зарядов,
выборе бронировки. В случае прочноскрепленных с корпусом зарядов
температурные усадки должны учитываться при оценке напряженно-
деформированного состояния (НДС) системы. Тепловое расширение
представляет собой изменение размеров и формы тел, обусловленное
изменением температуры. Любое повышение температуры приводит к
увеличению амплитуды колебаний атомов около положения равновесия.
Причиной теплового расширения твердых тел является ангармонический
(несинусоидальный) характер колебания атомов, среднее смещение ко-
торых от положения равновесия и определяет изменение размеров тела
при изменении температуры. При повышении температуры амплитуда
колебаний атомов, а, следовательно, и их среднее смещение от положе-
ния равновесия, увеличиваются. При этом изменение размеров тела бу-
дет происходить до тех пор, пока его объем не станет таким, что ему бу-
дет соответствовать минимум потенциальной энергии. Эти нагрузки
приводят к появлению отрывных напряжений на границе заряд-корпус и
к напряжениям на канале, следствием которых может быть отслоение
заряда от корпуса и появление в заряде трещин. Возможность таких по-
следствий усугубляется и тем, что термические коэффициенты топлив на
порядок больше, чем материалов корпуса (сталь, стеклопластик). При
такой разнице в cq при охлаждении заряда, например, диаметром 1000 мм
температурные усадки корпуса составят 1 мм, а заряда 10 мм, что и при-
водит к большим отрывным напряжениям. Разница в температурных из-
менениях размеров заряда и корпуса при охлаждении или нагревании
крупногабаритных зарядов приводит к обратимым изменениям сечения
продольных каналов на 10% и более, что может повлиять на процесс и ха-
рактеристики горения. Желательно иметь cq топлива и корпуса близкими.
Температурный коэффициент линейного расширения (cq) есть величина,
равная отношению относительного удлинения тела к изменению темпера-
туры, вызвавшему это удлинение. Если начальная длина образцов - Lo, а
при данной температуре - Lt, то

L, = L() (1+ cq ДТ), отсюда

а, = (L, - Lo)/(Lo AT) pt =(Vt - V0)/(V0- AT)

To есть cq - это изменение, которое получает единица длины образца
при изменении температуры на один градус. Размерность cq - градус в ми-
нус первой степени (град ').

Аналогично, температурный коэффициент объемного расширения
(PJ есть величина, равная отношению относительного увеличения объ-
ема тела к изменению температуры, вызвавшему это увеличение объе-
ма. Выражение и размерность для pt также аналогичны приведенным
выше для at. Для порохов и топлив Pt =3cq. Величина температуря’их
коэффициентов порохов и топлив определяется температурными коэф-
фициентами составляющих их компонентов и зависит, следовательно,
от состава, физического состояния и структуры пороха. В интервале
температур, в котором порох или топливо находятся в одном и том же
физическом состоянии (стеклообразное, высокоэластическое), темпера-
турные коэффициенты практически не зависят или весьма незначитель-
но зависят от температуры. В диапазоне температур ±50°С cq и 0t пи-
роксилиновых порохов не изменяется, так как во всем этом диапазоне
ПП находятся в одном и том же физическом состоянии - в стеклооб-
разном.

В случае СРТТ, температура стеклования которых лежит ниже -50°С,
то есть находящихся во всем диапазоне +50°С в высокоэластическом со-
стоянии, cq изменяется несущественно. Практически не зависит от темпе-


ратуры а, БП в диапазоне температур от Тс до Тхр. (например +90-5- -20°С).
При температуре перехода порохов и топлив из одного физического со-
стояния в другое, например, из высокоэластического в стеклообразное,
имеет место резкое (в 1.5-5-2.0 раза) изменение а,. В этом случае на кривой
зависимости а, от температуры появляется излом. На эффекте резкого из-
менения cq и pt при температурах перехода основаны дилатометрические
методы определения Тс.

Таблица 10 - Значения температурных коэффициентов

Вид пороха	ott lO^K'1 при температуре,°C			PtT04,K’' при Т = 20°С
	+50	+20	-50	
ПП	—	0.8-5-1.2	—	2.4 - 3.6
БП	—	1.0 - 2.0	—	3.0 4- 6.0
СРТТ:				
ОПАЛ-С	1.0	1.0	1.0	3.0
ПАЛ - 18/7	—	1.12	—	3.36
ПД- 17/18	0.99	0.99	0.99	2.97
ТФА - 53 КД	0.93	0.91	0.80	2.73
МГТ-2	0.94	1.12	0.80	3.36
БК - 15 МФ	—	1.21	—	3.63

Пороха и топлива представляют собой материалы, отличающиеся по
виду, количеству и температурным коэффициентам составляющих их
компонентов. При этом а, компонентов может отличаться в 2-5-3 раза. На-
пример, входящие в состав СРТТ, каучуки и алюминий имеют а, =0.7+0.8
10'4 К'1 и 0.22 10‘4 К-1 соответственно. Это приводит к различию темпера-
турных коэффициентов порохов и топлив. В таблице 10 приведены значе-
ния а, для ПП и БП в обобщенном виде и для отдельных представителей
СРТТ.

Данные по температурным коэффициентам линейного и объемного
расширения порохов и топлив вносятся в нормативно-технический пас-
порт.
9 ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ПОРОХОВ И ТОПЛИВ

Одной из причин аварий в пороховых производствах является возник-
новение и накопление зарядов статического электричества на поверхности
или в объеме обрабатываемого продукта, которые могут реализоваться в
виде разрядов того или иного типа. Разряд статического электричества
способен вызвать воспламенение порохов, пороховой пыли, топлив и ком-
понентов за счет совокупного воздействия теплового и механического
(ударная волна) импульсов, сопровождающих электрический разряд в воз-
духе. Нитроцеллюлозные пороха - пироксилиновые и баллиститные явля-
ются типичными диэлектриками, а смесевого типа по своим свойствам
стоят ближе к полупроводникам. То есть в определенных условиях все они
могут электризоваться. Накопление значительного количества зарядов и
возможность разрядов связаны с диэлектрическими свойствами компонен-
тов и порохов, а также с такими интенсивными технологическими опера-
циями как транспортировка (особенно пневмотранспорт), течение, пере-
сыпание, размол, смешение, механическая обработка изделий и др., в про-
цессе которых увеличивается число контактов и последующих разделений
контактирующих поверхностей. Из возможных видов электризации в про-
изводстве порохов могут иметь место следующие:

1.	Электролитическая электризация - образование зарядов на поверх-
ности контакта жидкой среды с твердым материалом. Этот вид электриза-
ции реализуется при движении жидких компонентов в аппаратах и трубо-
проводах, например, нитроглицерина, раствора дифениламина в эфире,
исходных связующих и др.

2.	Электризация адсорбцией ионов из воздуха мельчайшими частица-
ми (5 мкм и менее) порошков, пыли в циклонах, пыль при механической
обработке.

3.	Контактная электризация, связанная с переходом электронов с по-
верхности одного материала на поверхность другого из-за разницы энерге-
тических уровней поверхностей.

В основе всех перечисленных видов электризации лежит механизм
образования двойного электрического слоя. Рассмотрим этот процесс на
примере контактной электризации. При тесном соприкосновении двух тел
диэлектрика с диэлектриком или диэлектрика с металлом за счет разницы
в энергетических уровнях поверхностей происходит переход носителей
зарядов (электронов или ионов) через поверхность контакта с одной по-
верхности на другую. Переход осуществляется из тела с меньшей работой
выхода электронов. Переход осуществляется до тех пор, пока уровни энер-
гии обоих тел не достигнут одинаковой величины. Вследствие этого, по-
верхность одного тела заряжается положительно, а другого отрицательно и
на границе контакта образуется двойной электрический слой, рисунок 6а.
а	б

Рисунок 6 - Электризация порохов

Заряды двойного слоя взаимно уравновешиваются. Если тела раздви-
нуть, то на каждом из них окажется заряд того или иного знака (рисунок
б6). Возникает разность потенциалов. За счет взаимодействия разноимен-
ных зарядов происходит ионизация воздушного пространства между тела-
ми и разряд той или иной энергии, сопровождающийся световым и звуко-
вым эффектами.

Например, при пересыпании зерненого пороха в шахтных аппаратах
постоянно слышны потрескивания и щелчки с различным уровнем звука,
при снятии с заряда РТ полиэтиленового чехла и т. п.

Разряды статического электричества подразделяются на:

коронные, проявляющиеся в виде слабого свечения пространства,
в котором находится продукт;

искровые, сопровождающиеся появлением между диэлектриками
искры;

скользящие, представляющие собой разновидность искрового
разряда;

дуговые разряды типа вольтовой дуги.

Коронные и скользящие разряды относятся к категории тихих разря-
дов и опасности не представляют. Возникновение дуговых разрядов в ус-
ловиях пороховых производств мало вероятно. Наибольшую опасность
представляют искровые разряды. За энергию возможного искрового разря-
да может быть принята энергия всех зарядов, накопленных на продукте. В
действительности она ниже, так как зависит от объемного и поверхностно-
го сопротивления электризующихся материалов. Одним из выражений для
энергии разряда является:

WP=1/2QPH

где Wp - энергия разряда (возможная);

Qp - величина заряда, реализуемого при разряде;

И - потенциал заряженной поверхности до разряда.

В производстве всех видов порохов и топлив на различных стадиях
процесса возможна электризация продуктов. Так в производстве ПП элек-
тризация возможна при чистке аппаратов от приставшей пороховой короч-
ки, при заливке эфирного раствора дифениламина, при движении шнуров
от пресса к резательному станку, а также при пересыпании и перемещении
пороха на операциях сушки, мешки частных и общих партий, графитовки,
транспортировки. В производстве БП опасны аналогичные операции, а
также такие как механическая обработка и дефектоскопия ракетных заря-
дов. Возникающий на поверхности потенциал достигает больших значе-
ний: на операции сушки, мешки, транспортировки до 30000 В, при графи-
товке до 20000 В, при обточке БП, например PCT- 4К, до 90000 В и т.д.

В производстве СРТТ на операциях подготовки компонентов, перера-
ботки топливной массы, обработки готового топлива также имеет место
электризация материалов. Так на операциях загрузки, просейки, сушки
ПХА в зависимости от материала сит, рукавов и относительной влажности
в помещениях возникающий потенциал на рукавах, ситах и на частицах
ПХА может колебаться от 0 до 20000 В и более, а возможная энергия раз-
ряда от 1 I0'2 до 1.5 10‘5 Дж. Наибольшие значения этих параметров дости-
гаются в условиях низкой относительной влажности (30%) при примене-
нии брезентовых рукавов и течек (П >20000 В., Wp=l 10’2 Дж), шелковых и
капроновых сит (П=5000 ... 8000 В, Wp=1.5 10‘5 ... 2.5 10 4 Дж). При отно-
сительной влажности около 60% и применении электропроводных мате-
риалов для рукавов, течек, трубопроводов потенциал и энергия возникаю-
щего заряда существенно снижаются вплоть до нулевого значения. Воз-
никновение и накопление зарядов статического электричества имеет место
и при формовании зарядов. Например, при выходе массы состава ПЭКА-
18Д из стравливающих дюз зафиксирован потенциал 500 В, а возможная
(расчетная) энергия заряда составляет 2.5 10‘6 Дж. Электризация имеет
место и при работе с готовыми изделиями, таблица! 1. Чувствительность
компонентов, порохов и топлив к электрической искре зависит от уровня
их чувствительности к удару и нагреву, от состояния материалов: монолит,
стружка, насыпное, взвесь в воздухе и т.п.. Так ПХА в насыпном виде вос-
пламеняется от электрической искры с энергией более 25 Дж, а в виде воз-
душной взвеси при 20 Дж. Чувствительность ПХА к разряду резко повы-
шается при смешении с органическими добавками. Например, рабочая
смесь порошков (РСП) для топлива ТФА-53КД, содержащая парахинонди-
оксим (1.5%), дифенилгуанидин (0.45%) и сажу (0.75%) в виде взвеси вос-
пламеняется от электрической искры с энергией 8 Дж, а в насыпном с
энергией 0.57 Дж. РСП для топлива ПЭКА-18Д, содержащая коптакс и
тиурам, воспламеняется в насыпном виде от искры с энергией 0.89 Дж, а в
виде воздушной взвеси с энергией 10.1 Дж. Эти примеры показывают, что
если для чистого ПХА электризация опасности не представляет, то в слу-
чае его смесей с органическими компонентами, в условиях низкой относи-
тельной влажности и применении неэлектропроводных материалов, уро-
вень возникающего потенциала и возможной энергии разряда создает ре-
альную возможность воспламенения. Пороха и топлива в зависимости от
состояния и состава достаточно сильно отличаются по чувствительности к
искровому разряду. Как правило, чем выше их чувствительность к меха-
ническим воздействиям и нагреву, тем выше и чувствительность к элек-
трической искре. Например, быстрогорящие топлива типа БК-15МФ, С-
2М-1, характеризующиеся повышенной чувствительностью, воспламеня-
ются от искрового разряда с энергией 3+3.5 Дж, а менее чувствительные
топлива ПАЛ-18/7, ПД-19/15А от разряда с энергией 200 и 115 Дж соот-
ветственно.

Таблица 11 - Чувствительность композиций к электризации на операциях

Операция	Место замера	Потенциал, В	Энергия разряда, Дж
Распрессовка изделий	Различные условия	< 1000	2.5 Ю'4
Вращение изделий при дефекто- скопии, обмере, механической обработке со скоростью 0.18см/с изПЭКА-18-МК из ПЭК А-18-20	Изделие Изделие	8500  >2000	ЗЮ'2 9Ю'2
Обточка изделий из ТПКМ с разной скоростью	Изделие	—	< ПО'5
Извлечение изделий из плотно облегающего мешка	Изделие	> 20000	ЗЮ'5

Пороха и топлива в виде стружки воспламеняются при существенно
меньшей энергии разряда, чем в случае монолитного состояния. Так, топ-
ливо ПАЛ-18/7 в виде монолита воспламеняется от разряда с энергией 200
Дж, а в виде стружки с энергией 1.85 Дж, ЛТс стружка - 2.5 Дж, БГ струж-
ка 0.57+2.0 Дж.

Высокая чувствительность к электрическому разряду характерна для
тиокольных топлив. Например, для топлива ТФА-53КД опасны разряды с
энергией 0.57 Дж. При вращении изделий на диэлектрических опорах в
процессе дефектоскопирования происходит значительная электризация с
возможной энергией разряда более 0.9 Дж, что превышает безопасный
уровень для топлив этого типа. Пироксилиновые и баллиститные пороха
способны воспламеняться от искрового разряда с энергией 4.5+12 Дж. Из-
мельченный ПП воспламеняется при разряде с энергией 3.4 Дж в насып-
ном виде и с энергией 0.09 Дж во взвешенном состоянии. Различие поро-
хов и топлив по чувствительности к искровому разряду определяется
уровнем термической и химической стойкости, плотности, характером
структуры, диэлектрическими свойствами. Таким образом, возможный
уровень электризации создает реальную опасность возникновения искро-
вого разряда с энергией достаточной для воспламенения компонентов, по-
рохов и топлив. Для обеспечения безопасности технологических операций
должно соблюдаться следующее условие:

W,, < Кб' WB

где W,, - энергия возможного искрового разряда;

Wo - минимальная энергия разряда, необходимая для воспламене
продукта;

К6 - коэффициент безопасности. Для различных производств при-
нятая величина Кб составляет от 0.1 до 0.25.

Для соблюдения этого условия в производствах применяются специ-
альные меры, важнейшими из которых являются следующие:

I.	Поддержание в производственных помещениях относительной
влажности на уровне 55^60%. При 70% относительной влажности элек-
тризация снижается практически до нуля. Эта мера не всегда допустима
из-за гигроскопичности компонентов и порохов.

2.	Заземление всех аппаратов, где возможна электризация.

3.	Назначение наиболее благоприятных, с точки зрения уменьшения
электризуемости, режимов работы. В частности, снижение скорости вра-
щения изделий при дефектоскопии, снижение температуры пороха и ско-
рости на операциях перемешивания и транспортировки и др.

4.	Применение обслуживающим персоналом антистатичной одежды.

5.	Применение электропроводящих материалов для изготовления гиб-
ких течек, рукавов, трубопроводов, крышек, настилов полов, приводных
ремней и т.п.

Это одна из достаточно эффективных мер защиты от статического
электричества, позволяющая создать условия быстрого растекания и отво-
да зарядов статического электричества. Электропроводные материалы
должны обладать определенным уровнем физико-механических свойств и
химической стойкости, не должны взаимодействовать с компонентами,
порохами и топливами и должны обеспечивать выполнение условия отво-
да статического электричества, согласно которых время утечки зарядов (ty)
должно быть меньше или равно времени их образования (to), то есть ty< to-

Такими материалами являются: электропроводная резина на основе
каучуков СКС-30 АРКМ-15 или СКС-30 АРМ-15, применяемая в произ-
водстве БП и СРТТ для рукавов, течек, настилов; электропроводная транс-
портная лента с двухсторонней сплошной электропроводной обкладкой из
резиновой композиции, применяемая на операции механизированной
мешки ПП; электропроводные клиновые ремни, применяемые на варочных
аппаратах, шнек-прессах и других аппаратах; электропроводные резино-
вые шнуры для совков и прокладок; электропроводный материал ПП-15 на
основе полипропилена, устойчивый ко всем компонентам производств
порохов, СРТТ и нитроэфиров и применяемый для покрытия рабочих сто-
лов, стеллажей, изготовления труб и крышек для аппаратов; электропро-
водная пленка из полиэтилена высокого давления со специальными добав-
ками, применяемая для рукавов, течек, мешков, чехлов.

Перечисленные меры позволяют существенно снизить энергию по-
верхностных и объемных зарядов и обезопасить производство. Вместе с
тем опыт работы заводов показывает, что при анализе причин тех или
иных аварий, необходимо учитывать возможность возникновения и накоп-
ления зарядов статического электричества и реализации их в виде разрядов
с опасным уровнем энергии.

№ '

-.Ййь
10 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЛИМЕРОВ

Высокомолекулярной основой порохов и СРТТ являются различные
по природе и свойствам полимеры. Основой ПП являются практически не
пластифицированная уплотненная нитроцеллюлоза, относящаяся к уме-
ренно жестким линейным полимерам. Основой БП является пластифици-
рованная НЦ, а основой СРТТ чаще всего являются трехмерные простран-
ственно сшитые эластомеры. Механические свойства и механическое по-
ведение порохов и топлив в значительной мере предопределяются
химическим строением, фазовым и физическим состоянием полимерной
основы. В связи с этим рассмотрим кратко указанные свойства полимеров,
применяемых в пороходелии.

Исходя из структурных понятий фазы, различают, как известно, три
фазовых состояния: кристаллическое, жидкое и газообразное, которые от-
личаются порядком во взаимном расположении молекул. Кристаллическое
фазовое состояние характеризуется наличием дальнего порядка, наличием
кристаллической решетки. В жидком фазовом состоянии имеет место
ближний порядок, кристаллическая решетка отсутствует, поэтому его час-
то называют аморфным.

Применяемые в топливах каучуки в исходном и пластифицированном
виде находятся, как правило, в жидком (аморфном) фазовом состоянии.
НЦ характеризуется как вещество в основном аморфное с невысокой сте-
пенью кристалличности.

Полимеры характеризуются и физическим состоянием. Известны три
физических состояния полимеров: стеклообразное, высокоэластическое и
вязко-текучее. При изменении температуры полимер может переходить из
одного состояния в другое, что наглядно представляют так называемой
термомеханической кривой, характеризующей температурную зависи-
Возможность нахождения в том или ином физическом состоянии за-
висит не только от химического строения и фазового состояния полимера,
но и от его химической устойчивости при различных температурах. Так,
если температура химического разложения полимера лежит выше темпе-
ратур его стеклования (Тс) и текучести (Тт), то он может находиться во
всех трех физических состояниях. Если же Тс и Тт полимера лежат выше
температуры его разложения, то во всей реальной области температур су-
ществования такого полимера он находится в стеклообразном состоянии и
не может быть переведен в эластичный или текучий материал. Если тем-
пература разложения лежит между Тс и Тт, то полимер может быть в двух
физических состояниях: стеклообразном и высокоэластическом и вплоть
до разложения не может стать текучим. Применяемые в порохах и топли-
вах полимеры - НЦ и каучуки - относятся к различным группам. НЦ, явля-
ясь линейным аморфно-кристаллическим полимером, Тс которого
(200-5-215°С) и Тт лежит выше температуры её разложения (~185°С), в ус-
ловиях реальных температур может находиться только в стеклообразном
состоянии. "Чистая" НЦ обладает большим сопротивлением деформациям
даже при температуре 90°С, ещё допустимой по соображениям химиче-
ской стойкости. Чтобы вызвать пластическую деформацию НЦ при этой
температуре, потребовались бы огромные усилия порядка тысяч атмосфер.

Каучуки линейного строения могут находиться во всех трех физичес-
ких состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязко-текучем, так
как температура их разложения (2ОО-5-ЗОО°С) лежит выше Тс и Тт. Про-
странственно сшитые каучуки могут находиться в двух физических со-
стояниях: стеклообразном и высокоэластическом и не могут стать текучи-
ми вплоть до температуры разложения. Соответственно изложенному вы-
ше, готовые ПП не обладают термопластичностью и могут быть только в
стеклообразном состоянии. Находясь в стеклообразном состоянии, ПП
могут проявлять слабые высокоэластические свойства в виде вынужденно-
эластической деформации. БП, основу которых составляет пластифициро-
ванная НЦ, могут находиться во всех трёх физических состояниях: стекло-
образном, вязко-текучем и высокоэластическом. Последнее проявляется в
виде вынужденноэластической деформации, то есть деформации, разви-
вающейся при больших нагрузках.

СРТТ на основе линейных полимеров могут быть во всех трех физи-
ческих состояниях, а на основе сшитых полимеров только в высокоэлас-
тическом и стеклообразном. Большинство СРТТ относится к последнему
типу.

В процессе эксплуатации, при хранении, транспортировании, в усло-
виях выстрела и старта, при нахождении в вертикальном положении и т.п.
на заряд действуют различные по длительности и интенсивности нагрузки,
вызывающие в пороховых элементах и топливных блоках разнообразные
напряжения и деформации, которые могут привести к нарушению их це-
лостности, а, следовательно, и к нарушению нормального функционирова-
ния. Нагрузки, действующие на заряд, можно разделить на следующие
основные группы: температурные нагрузки, массовые силы и внешние
силовые воздействия. Значимость этих видов нагрузки для вкладных заря-
дов и зарядов, прочноскрепленных с корпусом, различна. Развивающиеся в
заряде напряжения и деформации, учитываются при проведении прочно-
стных расчетов заряда, оценке его эксплуатационной надежности и допус-
тимых условий применения.

В случае вкладного заряда необходимо учитывать следующие виды
напряжений:

-	нестационарные термические напряжения. Они обусловлены измене-
нием температуры окружающей среды и возникновением в заряде неста-
ционарного поля температур. Эти напряжения на наружной поверхности и
на канале, как правило, невелики - 2.5-М.5 кгс/см2 и определяются по
формуле

о°= Еа(Тк-Т0)/(1-ц) Е6

где Е - модуль упругости топлива при среднеобъемной температуре
заряда, соответствующей времени достижения наибольших
напряжений;

аир- коэффициенты линейного расширения и Пуассона топли-
ва;

То и Тк - начальная температура заряда и температура окружаю-
щей среды;

ЕО - безразмерное напряжение, определяемое по таблицам в зави-
симости от относительного радиуса заряда m = а/в

(а - наружный радиус заряда; в - внутренний радиус заряда) и
условий теплообмена с окружающей средой.

Время, при котором достигается стмах, характеризуется безразмерным
критерием Фурье т = F, в7а, который находится по таблицам в зависимо-
сти от критерия Био.

-	стационарные термические напряжения, возникающие в брониро-
ванном заряде. При хранении заряда, в связи с различием коэффициентов
линейного расширения топлива и бронепокрытия, на границе топливо -
бронепокрытие возникает отрывное усилие. В результате создается на-
пряженное состояние, при котором наиболее опасны контактные напряже-
ния и тангенциальные напряжения на канале. Величина напряжений (а) и
деформаций (е) достигает соответственно 5 кгс/см2 и 0.5%.

-	напряжения, возникающие на опорной поверхности заряда. При хра-
нении и нахождении в вертикальном положении, при транспортировке и в
полете на заряд действует осевая нагрузка, которая вызывает соответст-
вующие напряжения. При хранении возникают напряжения от собствен-
ной массы и их величина зависит от массы заряда и от опорной поверхно-
сти. Уровень напряжений при транспортировке по шоссе, бездорожью, на
судах и по железной дороге зависит от частоты вибраций и перегрузок и
достигает 4+6 кгс/см2. При полете ракеты в зависимости от действующих
перегрузок, вызывающих напряжения за счет прижатия по торцу или
опорному уступу к решетке и перепада давления по длине заряда в про-
цессе работы двигательной установки, удельное давление, действующее на
опорную поверхность, может изменяться от нескольких (3+5) до несколь-
ких десятков (20+40) килограммов на квадратный сантиметр.

-	напряжения, возникающие при выходе двигателя на режим. При
срабатывании воспламенителя передний торец заряда подвергается дина-
мическому воздействию газов, которое также вызывает определенные на-
пряжения и деформации в заряде. При этом напряженное состояние заряда
при выходе двигателя на режим зависит также и от перепада давления ме-
жду застойной зоной и каналом. При перепаде давления 1+2 кгс/см2, воз-
никающие деформации и напряжения достигают 1.0% и 2 кгс/см2 соответ-
ственно.

Таким образом, вкладной заряд находится в сложном напряженном
состоянии, а возникающие в нем деформации и напряжения достигают
высоких значений. Наиболее напряженным элементом вкладного заряда
является торец или опорный уступ, в котором под действием ускорений,
развиваются особенно высокие напряжения сжатия. Поэтому порох дол-
жен иметь определенный уровень прочности, деформации, модуля упруго-
сти и удельной ударной вязкости.

В заряде, прочноскрепленном с корпусом двигателя, напряженно-
деформированное состояние (НДС) имеет ещё более сложный характер.

В этом случае наиболее опасны следующие виды нагрузок:

-	температурные нагрузки, обусловленные наличием температурной
или полимеризационной усадки, либо резко изменяющимся по своду или
длине заряда температурным полем в связи с изменением температуры
окружающей среды. Температурный диапазон применения зарядов охва-
тывает интервал ±50°С, а для авиационных ракет (с учетом кинетического
нагрева) от +200+250сС до -50+ -60°С. Температура отверждения СРТТ
обычно не превышает +60++80°С. Таким образом, перепад температуры от
температуры отверждения заряда (+70°С) до температуры его применения
(-50°С) составляет более 100°С. В этих условиях температурные напряже-
ния в заряде обусловлены различием примерно на порядок в температур-
ных коэффициентах линейного расширения (00 материалов корпуса и за-
ряда. При наличии полимеризационной усадки топлива уровень напря-
женности заряда дополнительно повышается пропорционально объемной
усадке. Таким образом, возникающая температурная нагрузка воздейству-
ет на заряд с момента его изготовления до конца работы

ДУ на траектории, изменяясь в соответствии с колебаниями температуры
эксплуатации. При указанной разнице в cq, который для стали и стеклопласти-
ка равен 10'5 град.1, а для топлива 104 град.1, охлаждение заряда, например,
диаметром 1000 мм приводит к уменьшению диаметра заряда на 10 мм, а кор-
пуса на 1 мм и, как следствие, к появлению отрывных напряжений, под дейст-
вием которых заряд стремится оторваться от корпуса рисунок 8а. При этом на
канале возникают растягивающие напряжения рисунок 8е, так как темпера-
турная усадка идет за счет сжатия топлива со стороны канала к центру свода
шашки. При охлаждении заряда возникают и продольные сдвиговые напря-
жения рисунок 8", так как заряд имеет температурную усадку и по длине. При
аэродинамическом нагреве корпус двигателя нагревается до 20СН300°С, а тон-
кий слой прилегающего к нему топлива до 160180°С. По своду заряда возни-
кает градиент температуры без существенного изменения его среднеобъемной
температуры, и корпус, нагретый до указанной температуры, стремится ото-
рваться от заряда, размеры которого почти не изменяются. Так как корпус и
заряд скреплены, то возникает НДС, опасность которого особенно велика для
границ корпус - защитно-крепящий слой и защитно-крепящий слой — заряд,
так как повышение температуры приводит к снижению адгезионной прочно-
сти на этих границах.

Рисунок 8 — Виды напряжений при температурных нагрузках

Рисунок 9 -Действие изменения рабочего давления на корпус ДУ

- на прочно скрепленный заряд действуют и внешние силовые нагрузки,
из которых наиболее опасны нагрузки от внутреннего давления продуктов
сгорания топлива в начальный момент работы ДУ. Время действия давления
на заряд равно времени его полного выгорания. Наиболее опасный момент
реализуется на начальном участке работы ДУ после или во время выхода на
режим (т<0.25с). При рабочих давлениях 30150 кгс/см2 заряд берет на себя
1015% всей нагрузки, а остальное усилие воспринимается корпусом. Вслед-
ствие этого тонкостенный (1.02.0 мм) корпус будет "раздуваться" и тянуть
топливо. При этом на канале топливо будет растягиваться, рисунок 9. При
раздувании корпуса заряд растягивается по радиусу (выгибается), торцы
сближаются, вследствие чего возникают сдвиговые напряжения.

Опасная продолжительность действия этой нагрузки составляет не-
сколько десятков секунд. Нагрузки от ускорений, наиболее опасные для
вкладных зарядов, в прочноскрепленном заряде вызывают незначительные
напряжения, так как площадь скрепления его с корпусом очень большая.
Таким образом, в прочно скрепленном заряде действуют суммарные де-
формации,

Е*0 = ет0 + е° э6 + ер6,

где е’0 - тепловые деформации;

Еа а0 - деформации от аэродинамического нагрева;

Е₽0 - деформации от внутреннего давления газов.

Кроме того, заряд испытывает и такие внешние силовые нагрузки как
сосредоточенные силовые нагрузки от ложементов при хранении и транс-
портировке. На поверхностях заряда появляются касательные или нор-
мальные напряжения при технологических операциях извлечения иглы и
отрыва крышек. Технологические нагрузки большой опасности не пред-
ставляют, но при неблагоприятном сочетании они могут привести к недо-
пустимому накоплению повреждений.

- на заряд действуют и массовые силы - силы тяжести и силы инерции,
которые по направленности действия делятся на поперечные (боковые) и про-
дольные (осевые). Силы тяжести при транспортировке и погрузочных рабо-
тах, при хранении снаряженного ДУ в горизонтальном положении и силы
инерции при маневрировании на траектории относятся к поперечным, а силы
тяжести и инерции, действующие на заряд при нахождении ДУ в предстарто-
вом положении, осевом ускорении в полете, транспортировке в вертикальном
положении, относятся к продольным. Массовые и инерционные силы могут
привести к осадке заряда и сужению канала, а также к разрушению заряда или
отслаиванию его от корпуса. На заряд действуют перегрузки и ударные воз-
действия при транспортировке. При хранении заряда постоянно действуют
малоинтенсивные массовые силы, а при транспортировке, например, балли-
стических крупногабаритных ракет имеют место нагрузки с частотой от 0.8 до
60 Гц, перегрузки до 4g, а число циклов нагружения достигает 107. Например,
на корабле заряд испытывает перегрузки до 3g, которые действуют на него
7-5-10 лет. Всё это приводит к явлению усталости в материале заряда и адгези-
онном слое на границе заряд — корпус.

Большой вклад в долю накопленных повреждений на границе заряд -
корпус вносят осевые перегрузки, возникающие в заряде при полете на актив-
ном участке траектории. Перегрузки действуют на заряд и в автономном по-
лете и при движении совместно с носителем. При этом они достигают значи-
тельных величин. Для большинства ДУ перегрузки в основном не превышают
10g, а в случае, например, перспективных видов ПТУ PC могут достигать
300+400g. Полет изделия сопровож-дается также вибрационными нагрузками
с частотой вибрации 1050Гц и виброуско-рениями 5-s-50g. Диаграмма осевых
перегрузок в случае 3х ступенчатой ракеты имеет вид, представленный на ри-
сунок 10, где максимумы отвечают моменту разделения ступеней, когда воз-
никающие перегрузки могут достигать 20g. Это может привести к деформи-
рованию заряда и нарушениям сплошности.

пх

и

45	т	225

Г,сек

Рисунок 10 -Диаграмма
осевых перегрузок 3х
ступенчатой ракеты

Заряды, прочноскрепленные с корпусом, являются неравнопрочными
конструкциями, находятся в сложном напряженном состоянии и характе-
ризуются наличием достаточно локальных зон наибольшей напряжен-
ности, рисунок 11.

Рисунок 11 - Зоны напряженности
заряда, прочноскрепленного с корпусом

Наиболее опасны с точки зрения концентрации напряжений и прочности
заряда вершины и основания щелевых участков (поз.2 и 3), поверхность кана-
ла вдали от торцов (поз.5) и края скрепленной с корпусом поверхности заряда
(поз. 1.4), особенно у переднего торца (поз.4). Поэтому для обеспечения на-
дежной работоспособности создаются определенные запасы прочности для
каждой конкретной конструкции заряда. Для этого при расчете заряда на
прочность вводятся коэффициенты безопасности на напряжения и деформа-
ции. Вводимый при расчете на прочность заряда коэффициент безопасности
представляет собой произведение трех сомножителей

Л = IN 2N'fP3N>

где Р = о или Е. то есть коэффициент безопасности по а или по Е соот-
ветственно f° или

/P|N - коэффициент, учитывающий разброс физико-механических
характеристик, входящих в расчетные формулы;

f^2N- коэффициент, учитывающий погрешность методов расчета;
fPjN- коэффициент, учитывающий другие факторы, влияющие на
напряжения и деформации (технологические, влажность и
т.п.).

Анализ расчетных методов показывает, что коэффициент f$2N f учиты-
вающий неточность этих методов, находится в пределах 1.10+1.25. Другие
неизвестные факто-ры учитываются в расчете на прочность введением коэф-
фициента fP3N =1.1. Коэффици-ент fP|N рассчитывается. Если в расчетных
формулах используются математические ожидания механических характери-
стик, то за величину коэффициента можно принять отношение

fP IN = XCT/XmlI,

где Хст - среднее значение предельной механической характеристики
(ст или Е), определяемой в контрольных испытаниях;

Xmin. - минимальное значение этой же характеристики в наиболее
напряженной точке заряда.

Хст. и Xmin. определяются путем разрезки зарядов и их спутников на
образцы и оценки механических характеристик топлива на этих образцах.
Например, значения fp1N для некоторых зарядов из конкретных топлив при
доверительной вероятности а =0.95 равны:

Топливо	Масса заряда, т	Наружный диаметр, м	Диаметр канала, м	Дли- на, м	f° IN	IN
ПЭКА-18ТГ-20	7.7	1.4	0.4	2.8	1.20	1.30
ПЭКА-18МК-НОК	18.0	1.6	0.5	6.0	1.45	1.60

Следовательно, коэффициент безопасности для некоторого случая
по напряжению, например, для f*'|N =1.20, равен
A =1.2 1.1 1.2=1.58

Коэффициент безопасности учитывается затем при определении запа-
са прочности заряда - Г), который рассчитывается по специальной про-
грамме на ЭВМ.

Суммарные деформации, возникающие в прочноскреплённом заря-
де, достигают величины 20-^40%. Поэтому для обеспечения эксплуата-
ционной надежности заряда необходимы топлива с деформацией на
уровне 50 и даже 100%. При данном уровне физико-механических
свойств топлива, напряженно-деформированное состояние заряда мо-
жет быть ослаблено за счет конструктивных элементов, размещаемых в
местах наибольшей концентрации напряжений. Для этого применяются
эластичные прокладки (рисунок 12а), делаются кольцевые выточки, ри-
сунок 12°, вставляют резиновые манжеты (рисунок 12в), оптимизируют
форму выточки, рисунок 12г.

Рисунок 12 - Места наибольшей концентрации напряжений

Основным способом обеспечения надежности является применение топли-
ва с необходимым уровнем физико-механических свойств. Топлива баллистит-
ного и смесевого типа, применяемые во вкладном варианте, должны иметь вы-
сокие прочность, модуль упругости, удельную ударную вязкость, низкую тем-
пературу хрупкости. Топливо для прочно скрепленного варианта должно иметь
высокую эластичность и выдерживать некоторые виды нагружения без разру-
шения в течение гарантийного срока хранения. В условиях эксплуатации оно
должно быть в высокоэластическом состоянии, то есть температура его струк-
турного стеклования должна быть ниже нижней температуры применения заря-
да. Желательно, чтобы топливо не имело полимеризационной усадки, а темпе-
ратурный коэффициент линейного расширения (ц) топлива должен как можно
меньше отличаться от а, материала корпуса. Адгезионные свойства топлива и
бронепокрытия должны обеспечивать надежное скрепление заряда с корпусом
при всех условиях нагружения. В зависимости от условий эксплуатации и кон-
структивных особенностей пороховых элементов и зарядов к порохам и топли-
вам предъявляются определенные требования по физико-механическим свойст-
вам и температуре стеклования.

10.1	Температура стеклования

Температура стеклования (Тс) разделяет температурные области раз-
личного физического состояния и является важнейшей характеристикой
порохов и СРТТ, определяющей температурный интервал их эксплуата-
ции, а в случае БП и температурные условия переработки на операциях
вальцевания и прессования. Температура стеклования определяется обыч-
но как температура, при которой становится заметной высокоэластическая
деформация, то есть ниже Тс - область стеклообразного, а выше Тс область
высокоэластического или вязко-текучего состояния. Переход от твердого
стеклообразного состояния к высокоэластическому или вязко-текучему
совершается в некоторой области температур, поэтому говорить о Тс, как о
константе, неточно, то есть её величина носит в некоторой степени услов-
ный характер. В связи с этим Тс определяется как некоторая точка внутри
температурного интервала перехода.

Тс пироксилиновых порохов определяется Тс нитроцеллюлозы и равна
215-^235°С, то есть во всем температурном диапазоне применения ПП на-
ходятся в стеклообразном состоянии. В случае БП Тс определяет темпера-
туру применения и технологическую температуру переработки, так как
она разграничивает области вязко-текучего и вынужденно-эластического
состояния пороха. С точки зрения требований технологии БП необходимо,
чтобы Тс была не выше 100°С. Так как перерабатывать БП можно при тем-
пературе, превышающей температуру стеклования, когда система нахо-
дится в вязко-текучем состоянии, то обработка её при температурах более
100°С может привести к термическому разложению и потере запаса хими-
ческой стойкости. С другой стороны необходимо, чтобы Тс была не ниже
+55 + +65°С, так как заряды из БП эксплуатируются при температурах до
+50°С, а иногда и выше. Поэтому заряды из порохов с Тс менее указанного
значения, при +50°С могут деформироваться даже под собственной мас-
сой, то есть потеряют служебную пригодность.

Важное значение Тс имеет и для СРТТ, так как она определяет темпе-
ратурный диапазон высокоэластического состояния и, следовательно, тем-
пературную область применения СРТТ в прочноскрепленном варианте
снаряжения.
В связи с тем, что Тс разделяет важные для эксплуатации температур-
ные области физического состояния порохов и топлив, её определяют для
всех вновь разрабаты-ваемых составов и вносят в научно-технический
паспорт на состав. Для этой цели разработаны расчетные и эксперимен-
тальные методы. Применительно к БП экспериментальный метод опреде-
ления Тс разработан Д.И.Гальпериным. В основе лежит механический ме-
тод, предложенный Лазуркиным для полимеров. Сущность метода заклю-
чается в следующем:

1.	На машинах типа Александрова-Лазуркина подвергают растяжению
образцы пороха в виде двухсторонних лопаточек определенного размера
при постоянной скорости, но при различных температурах и получают
кривые o=f(E), рисунок 13.

Рисунок 13 - Кривые зависимости cf=f(E)

2.	Проводя касательные к пологому и крутому участкам кривой рас-
тяжения. в точке пересечения получают значение ств (предел вынужденной
эластичности).

3.	По полученным значениям а„ строят зависимость предела вынуж-
денной эластичности от температуры, рисунок 14.

4.	Кривую =f(T) продолжают до пересечения с осью температур,
то есть до значения <тв= 0. Точка пересечения отвечает Тс данного пороха.
Для различных порохов можно получить семейство кривых, по которым
можно судить о Тс порохов, отличающихся по составу, рисунок 15.
Рисунок 14 - Зависимость предела вынужденной эластичности от температуры

Рисунок 15 - Температуры стеклования для различных порохов

На основании обработки результатов исследований большого числа
порохов по указанной методике, Д.И. Гальперин предложил эмпири-
ческую формулу для определения Тс в виде

Тс = 215 - 3.55 Со6+В + Д

или

Тс = 215 - 3.55 EVj П! / (EV2n2 + 0.606 m) + В + Д,

где 215 - стандартная величина Тс коллоксилина,°C;

Со6. - содержание всех растворителей, % масс;

Д - поправка, учитывающая дополнительное влияние природы
растворителя;

В - поправка, учитывающая влияние специальных добавок;

П] ,п2 - содержание в порохе отдельных растворителей, % масс;
Vi ,V2 - удельные объемы соответствующих растворителей;
0.606 - удельный объем коллоксилина;

m - содержание коллоксилина, % масс.

Тс баллисгитных порохов лежит в области положительных температур
и может быть от +50°С (например, порох КС-3 на основе нитроксилитана)
до +90°С (порох РСИ-60). В отличие от ПП и БП температура стеклования
СРТТ, как правило, лежит в области отрицательных температур. Лишь в
случае "активных" высокомолекулярных связующих, содержащих в моле-
куле - NO2, -ONOi , - NF2 группы Тс может лежать в области положитель-
ных температур 0 +15°С (например, СРТТ на основе нитро-, нитратопо-
лиэфиров). Принципиально Тс СРТТ можно с некоторым приближением
определять по вышеописанному способу путем снятия кривых а =/(е) при
различных температурах. Только в этом случае диапазон температур охва-
тывает более широкую область от положительных до низких (-ЗО-^-8О°С)
отрицательных температур. Анализируя ход кривых, можно по резкому
изменению их характера (резкое повышение модуля, прочности и сниже-
ние деформации) примерно судить о Тс (в случае, приведенном на рисунке
16, Тс лежит в интервале -30 -s- -40°С).

Рисунок 16- Зависимость прочности от деформации
при различных температурах

Наряду с этим, есть прямые методы определения температуры меха-
нического стеклования, например, на приборе А.И.Марея. Сущность мето-
да заключается в регистрации изменения деформации образца под данной
нагрузкой при изменении температуры. Принципиально метод заключает-
ся в следующем.
Рисунок 17 - Прибор А. И. Марен

Образец топлива (1) в виде цилиндра с высотой близкой к диаметру
(6-*-7мм) помещается на площадку. Сверху на него упирается ходовой
стержень (2), поджимаемый пружиной (3), которая обеспечивает сжи-
мающую нагрузку 5 ± 0.5 кгс. Под прибором устанавливают сосуд Дьюа-
ра. Медленно поднимая сосуд, охлаждают образец со скоростью 4+5°С в
минуту до температуры на 1(Н20°С ниже предполагаемой Тс и выдержи-
вают нижнюю часть прибора при этой температуре в течение 10 минут.
Стрелку индикатора (4) устанавливают на нуль. Затем образец нагревают
со скоростью около 1°С в минуту и периодически - 1 раз в минуту заме-
ряют прирост деформации (е) образца и температуру.

Сначала прирост Е нулевой, затем при некоторой температуре появля-
ется прирост 0.1; 0.2; 0.5 мм и т.д.. Наступает такое состояние образца,
когда величина прироста начинает систематически увеличиваться с по-
вышением температуры, например:

Т,°С	-73 -72 -71 -70 -69 -68

Ле, мм	0.3 0.7 0.7 1.0 1.2 1.3

За Тс принимают температуру, выше которой величина прироста Е
систематически увеличивается. В нашем случае это температура —71 °C.
Тс определяется как среднее арифметическое из результатов испытаний
двух образцов.

Для оценки структурной Тс применяются методы, основанные на кон-
троле характера изменения таких свойств как коэффициент линейного
расширения, удельный объем, теплофизические характеристики и т.п. При
температуре стеклования наблюдается скачкообразное изменение величи-
ны и хода температурной зависимости, как это показано на рисунке 18.
Рисунок 18 Изменение хода температурной зависимости

Диапазон значений Тс для различных видов порохов приведен в таб-
лице 12. Значения Тс для некоторых конкретных составов приведены в
таблице 13. Таким образом, ПП во всем диапазоне температур применения
находятся в стеклообразном состоянии. БП в диапазоне температур от
+55-+90нС вплоть до Тхр находятся в стеклообразном, а выше +55-+90°С в
вязко-текучем состоянии. Большинство наиболее широко применяемых
СРТТ на основе различных полибутадиеновых связующих во всем диапа-
зоне температур применения ±50°С находятся в высокоэластическом со-
стоянии.

Таблица 12 - Температуры стеклования для различных видов порохов

Вид пороха	ПП	БП	СРТТ		
			На основе высокопо- лярных ГС	На основе ГС средней полярности	На основе неполярных ГС
Тс,°С	+215-+230	+55-Н-90	+15--5	-10- -30	-40 - -80

Таблица 13 - Температуры стеклования некоторых составов

Вид пороха	БП				СРТТ			
	КС-3	НМ-2	ФСГ-2	РСИ-60	НАП- 24/20 не пласт	НАП- 24/20 пласт.	ПАЛ- 18/7	Т9-БК
те,ис	+56	+60	+63	+85-+90	+10	0 + +5	-22	-70
Такая колоссальная разница в уровне Тс различных порохов объясня-
ется различием в свойствах и физическом состоянии полимеров, состав-
ляющих их основу.

Как уже отмечалось, основой ПП является практически непластифи-
цированная НЦ с ярко выраженным межмолекулярным взаимодействием,
энергия которого выше энергии теплового движения во всей области по-
ложительных температур вплоть до температуры разложения. Основу БП
составляет пластифицированная НЦ с менее выраженным, чем в случае
ПП, межмолекулярным взаимодействием. Наличие пластификатора сме-
щает Тс в область более низких (+55-s-+9O°C) температур, что обусловлено
большей подвижностью и большими возможностями для преодоления
энергетического барьера.

Основу СРТТ составляют эластомеры, то есть полимеры с большой
подвижностью и гибкостью макромолекул. Поэтому в отличие от ПП и
БП, находящихся в стеклообразном состоянии, СРТТ находятся в высоко-
эластическом состоянии не только при положительных, но и при низких
(вплоть до -80°С) отрицательных температурах.

Уровень Тс можно регулировать в некоторых пределах. Тс баллистит-
ных порохов можно регулировать в достаточно широких пределах от +50
до +90°С за счет вида и количества пластификатора, а в отдельных случа-
ях, например, при применении в качестве пластификаторов органических
азидосоединений. Тс может быть понижена до +25°С.

Тс смесевых топлив можно изменять в широких пределах за счет вида
и количества пластификатора, природы полимерного связующего, струк-
туры (степени сшитости и свойств сшивающего агента) полимера, вида и
количества наполнителя и т.д.

Важно, чтобы в случае нитроцеллюлозных порохов Тс лежала выше
верхней положительной температуры их хранения и применения, а в слу-
чае СРТТ - ниже нижней температуры хранения и применения, если СРТТ
предназначено для использования в зарядах, прочноскрепленных с корпу-
сом двигателя.
11 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОРОХОВ И ТОПЛИВ

Наиболее распространенными видами деформации, испытываемыми
порохами и топливами в процессе эксплуатации, являются: одноосное и
двухосное растяжение и сжатие, всестороннее сжатие, изгиб, сдвиг, а наи-
более распространенные режимы нагружения - постоянная нагрузка, на-
грузка, обеспечивающая линейный рост деформации, циклическая и удар-
ная нагрузка. Для оценки эксплуатационных свойств порохов и СРТТ ос-
новное значение имеют следующие характеристики:

-	прочность при растяжении или сжатии. Прочность — свойство мате-
риала сохранять целостность при действии нагрузки. Обычно характеризу-
ется пределом прочности, то есть величиной напряжения, при котором
происходит разрушение пороха (а„р., МПа, кгс/см2);

-	высокоэластичность - способность материала восстанавливать
форму и размеры после снятия нагрузки. Характеризуется предельной де-
формацией. развивающейся к моменту разрушения (е, %);

-	вынужденная высокоэластичность - это высокоэластическая де-
формация, проявляющаяся у порохов, находящихся в стеклообразном или
кристаллическом состоянии. Характеризуется пределом вынужденной эла-
стичности (ст„,, кгс/см2, МПа), и соответствующей ему деформации (е, %).

-	ударная вязкость -- свойство пороха сопротивляться кратковремен-
ным ударным нагрузкам. Измеряется отношением работы, затраченной на
разрушение образца, к площади поверхности, образовавшейся при разру-
шении (Ак. кДж/м2, кгссм/см2);

-	упругость - способность порохов восстанавливать форму и размеры
после снятия напряжения. Характеризуется модулем упругости (Е, кгс/см2,
МПа), являющимся мерой жесткости материала, характеризующей сопро-
тивление развитию упругих (обратимых) деформаций;

-	долговечность - прочностное свойство порохов, характеризующее
продолжительность времени от момента приложения нагрузки до момента
их разрушения при сохранении постоянного напряжения;

-	ползучесть - свойство порохов накапливать деформации и повреж-
дения при воздействии постоянных напряжений. Характеризуется отно-
шением деформации (е), развившейся к данному моменту времени (t), к
действующему постоянному напряжению (ст);

-	хрупкость - свойство порохов разрушаться при малых упругих де-
формациях. Характеризуется прочностью, отвечающей хрупкому разру-
шению (ахр, кгс/см', МПа).

В зависимости от свойств и условий применения порохов и топлив ре-
шающее значение приобретают те или иные деформационно-прочностные
характеристики. Для ПП, особенно зерненого типа, основными являются
прочностные и деформационные свойства при сжатии, хрупкость и ударная
вязкость. Для БП и СРТТ, применяемых во вкладном варианте, имеет значе-
ние почти весь комплекс перечисленных выше физико-механических свойств
за исключением долговечности и ползучести (крупногабаритные заряды
большой массы не имеются в виду). В случае СРТТ, применяемых в прочно-
скрепленном варианте, прочностные и деформационные свойства при сжатии,
вынужденно-эластические свойства, хрупкость и ударная вязкость не имеют
решающего значения, но становится существенной роль ст, Е и Е при растяже-
нии, долговечности и ползучести.

11.1	Характер разрушения порохов
в стеклообразном состоянии

ПОРОХА БАЛЛИСТИТНОГО ТИПА

В широком температурном интервале Тс -г Тхр. баллиститные пороха
находятся в стеклообразном состоянии и при приложении нагрузки прояв-
ляют вынужденно-эластические свойства. Физико-механические свойства
порохов в стеклообразном состоянии, как и свойства стеклообразных по-
лимеров вообще, имеют следующие особенности:

- при растяжении (сжатии) с определенной скоростью после дости-
жения некоторого предельного напряжения ств. возникает не истинное те-
чение, а вынужденно-эластическая деформация. Внешне она сходна с пла-
стической деформацией, так как после снятия нагрузки она полностью не
восстанавливается, посколько при снятии нагрузки мгновенно сильно воз-
растает микровязкость (1)) или что то же - период запаздывания т = Т)/Е.
Полное восстановление формы и размеров наступает только после нагрева
образца до температуры выше Тс, при которой т уменьшается до величи-
ны, отвечающей длительности эксперимента. Как уже отмечалось, вынуж-
денно-эластическая деформация по природе своей является высокоэласти-
ческой, но возникающей в условиях вынужденных, при сильном механи-
ческом воздействии.

-	при деформации стеклообразных порохов модуль упругости непо-
стоянен, а уменьшается по мере деформации от модуля истинной упругости
Е, до равновесного вынужденно-эластического модуля Е2(Е2 ~ 0.01 Е().

-	предел вынужденной эластичности порохов сильно зависит от отно-
сительной скорости деформации (VOTH. = ds/dt). Изменение V в 100 раз
приводит к росту ст„ п ст11р на 200-5-250%.

-	механические свойства стеклообразных порохов сильно зависят от
температуры. Повышение её в области вынужденной эластичности
(Тсч-Тхр ) на 10°С уменьшает ст в 1.2-5-1.5 раза.
В общем виде кривая деформации стеклообразных полимеров при
растяжении имеет вид, представленный на рисунке 19.

Рисунок 19- Кривая деформации полимеров

Участок а - в основном линейный, напряжение резко возрастает с де-
формацией. Участок в - характеризуется максимумом, незадолго до кото-
рого наклон кривой начинает уменьшаться. В образце начинает развивать-
ся вынужденно-эластическая деформация. Высота максимума характери-
зует величину предела вынужденно-эластичности. В момент прохождения
через максимум начинает образовываться шейка.

Участок с - напряжение падает, что связано с быстрым уменьшением
сечения шейки, либо с неоднородностью микроструктуры материала, с
образованием микроразрывов.

Участок d - напряжение практически постоянное, а удлинение проис-
ходит за счет вынужденно-эластической деформации у границ шейки. Ма-
териал переходит из толстой недеформированной части в тонкую шейку.
Когда весь материал переходит в шейку и она начинает деформироваться
как единое целое, напряжение снова начинает возрастать (участок е). До
этого имеет место холодная вытяжка материала, сопровождающаяся ори-
ентационным упрочнением.

Указанным закономерностям в основном подчиняются и БП. Однако
они растягиваются без образования шейки и на кривых растяжения (рису-
нок 20) нет максимумов. Для кривых характерен плавный переход от уп-
ругого (крутого) участка к вынужденно-эластическому без максимума.
Шейки перед разрывом не образуется, но в рабочей части образца появля-
ется сетка трещин с довольно быстрым их прорастанием. Это объясняется
тем, что скорость ориентационного упрочнения в случае БП велика, стаби-
лизация шейки происходит быстро практически без вытяжки.

ПИРОКСИЛИНОВЫЕ ПОРОХА

Характерная кривая деформации при растяжении ПП представлена на
рисунке 21.
Рисунок 20 - Кривые растяжения баллиститных порохов

Рисунок 21 - Кривая деформации при растяжении пироксилиновых порохов

Как видно, ПП ведут себя не так как БП. На кривой растяжения нет
плавного перехода от упругого участка к вынужденно-эластическому.

По достижении предела вынужденной эластичности (точка а) наблю-
дается некоторый подъём напряжения до максимума, а затем наступает
разрушение образца (точка в) без образования участка ориентационного
упрочнения. Такое поведение объясняется тем, что ПП представляет собой
систему на основе умеренно жесткого полимера в стеклообразном состоя-
нии с сильно развитым межмолекулярным взаимодействием. Это затруд-
няет ориентацию полимера при растяжении. Напряжение, необходимое
для ориентации и деформации, превышает разрушающее напряжение.

Поэтому порох разрушается в момент начала процесса удлинения за счет
вынужденно-эластической деформации. Этим и объясняются малые деформа-
ции ПП при растяжении. Характер разрушения ПП при сжатии аналогичен
78
характеру разрушения пластмасс. За разрушающее напряжение ПП при сжа-
тии условно принято напряжение, отвечающее 30% деформации образца.

11.2 Зависимость физико-механических свойств
пироксилиновых порохов от различных факторов

Физико-механические свойства ПП зависят от состава, температуры,
технологических и ряда других факторов. В отличие от БП механические
свойства ПП в значительной меньшей мере зависят от скорости нагруже-
ния. При изменении последней на порядок (от 5 до 85 мм/мин.) прочност-
ные свойства ПП остаются практически постоянными, что важно с точки
зрения их эксплуатационной надежности.

11.2.	1 Влияние температуры

Поведение ПП при сжатии и растяжении в широком ±60°С диапазоне
температур иллюстрируется данными таблиц 14 и 15 соответственно. Ха-
рактер кривых растяжения о = f(e) при различных температурах приведен
на рисунке 22.

Рисунок 22 - Зависимость механических свойств ПП от температуры

Как следует из приведенных данных, при повышении температуры
прочность ПП понижается, а деформация при растяжении несколько по-
вышается. Вид кривых растяжения показывает, что при температуре +20°С
и выше (до+60°С) ПП проявляют слабовыражениое свойство вынужденной
высоко-эластичности, а при температурах ниже +20°С разрушение носит
хрупкий характер.
Таблица 14- Физико-механические свойства ПП при сжатии

Температура,"С	о„,. кгс/см2	асж , кгс/см2	г-	/2  Е, кгс/см
-60	797	1060	9668
+ 20	591	821	9271
+ 60	436	636	7864

Важной для практики особенностью ПП является то, что механиче-
ские свойства их в значительно меньшей степени зависят от температуры.

При изменении температуры от -60°С до +60°С механическая проч-
ность изменяется менее чем в два раза, тогда как в случае БП они изменя-
ются в этих условиях в 8+10 раз. Эта особенность, как уже отмечалось
выше, обусловлена тем, что мы имеем дело с практически не пластифици-
рованным жестким полимером, сохраняющим во всем диапазоне ука-
занных температур (±60°С) одно и то же физическое состояние - сте-
клообразное состояние.

Существенно меньше, чем у БП, и зависимость механических свойств
ПП к нагрузкам ударного характера, что можно видеть из данных, приве-
денных в таблице 15.

Таблица 15 - Удельная ударная вязкость ПП

Температура, °C	60°С	40°С	30°С	20°С	0иС	-20°С	-40°С	-60иС
Ак, кгс см/см2	30	24	21	19.6	18.6	14	18	13

В диапазоне температур ±60°С ударная вязкость ПП изменяется в
2+2.5 раза, а БП в 8+10 раз, что также практически важно, так как обеспе-
чивает более надежную работоспособность ПП в условиях низких темпе-
ратур и динамических нагрузок различного характера.

11.2.	2 Влияние состава

Наиболее сильное влияние на физико-механические свойства ПП ока-
зывает содежание летучих, что можно видеть из данных, приведенных в
таблице 16. С увеличением содержания летучих механическая прочность
ПП при сжатии снижается. Особенно сильная зависимость имеет место
при содержании общих летучих более 4+5%. При содержании летучих ме-
нее 4% механические свойства изменяются незначительно. Эти данные
показывают необходимость строгого контроля и поддержания заданного
уровня содержания летучих в готовом порохе.
Таблица 16 - Влияние летучих на физико-механические свойства ПП

Содержание летуч их,%			Физико-механ. свойства при сжа- тии		
Удаляе- мые	Неуда- ляемые	Общие	^В.ЭЛ кгс/см2	^СЖ.» кгс/см2	Е, кгс/см2
13.63	—	13.63	173	188	—
2.94	4.84	7.78	320	320	8045
1.93	2.95	4.88	456	623	6842
1.50	1.75	3.25	583	885	15430
0.67	1.11	1.78	598	813	12470

На уровень механических свойств влияет и содержание в порохе вы-
сокоазотного пироксилина №1. С увеличением его содержания прочност-
ные свойства ПП во всем диапазоне температур ±60°С несколько пони-
жаются. Это обусловлено тем, что пироксилин №1 хуже пластифицируется
спирто-эфирным растворителем, вследствие чего ухудшается макро- и
микрооднородность структуры ПП, так как частицы его фактически вы-
полняют роль наполнителя.

11.2.	3 Влияние технологических факторов

На физико-механические свойства влияют давление прессования,
время обработки массы в мешателе и некоторые другие факторы. Влияние
давления прессования для случая периодической технологии можно ви-
деть из данных таблицы 17.

Таблица 17 - Влияние давления прессования на физико-механические
свойства ПП

Давление, кгс/см2		Сумма	^В.ЭЛ кгс/см2	Осж.» кгс/см2
при фильтрации	при получении шнура			
100	130	3.6	567	706
170	280	3.3	566	791
380	380	3.13	580	786

То есть повышение давления прессования до величины более 200
кгс/см2 приводит к некоторому повышению прочностных свойств. Уве-
личение времени обработки массы в мешателе также способствует по-
вышению прочности. К эффекту некоторого повышения прочности
приводит и ввод в состав до 25% мягкого брака. Повышение давления
прессования приводит к большому ориентационному упрочнению, а
увеличение времени перемешивания массы и ввод массы, уже подвер-
гавшейся обработке в смесителе, обеспечивают большую гомогенность,
большую макро и микрооднородность структуры пороха и соответст-
венно более высокие значения прочностных характеристик. Всё это
свидетельствует о необходимости выбора оптимальных технологиче-
ских режимов, обеспечивающих наилучшие прочностные свойства ПП
и о возможности направленного влияния на них в определенных преде-
лах.

11.3	Вынужденная высокоэластичность
баллиститных порохов

Деформация БП носит резко выраженный релаксационный характер, в
связи с чем им свойственна большая чувствительность к температурному и
временному режимам нагружения. На законы деформации БП, как и на их
механические свойства в целом, распространяются общие зависимости,
установленные современной физико-химией полимеров для линейных
аморфных полимерных систем. Механическое поведение БП можно рас-
сматривать во взаимосвязи с температурой, в частности с Тс, Тхр и обла-
стью Тс-5-Тхр.. Для БП, как и для обычных полимеров, Тхр - это температу-
ра, ниже которой приложение больших напряжений вызывает хрупкое
разрушение, то есть такое разрушение, которому предшествуют только
истинно-упругие деформации.

Рисунок 23 - Температура хрупкости для пороха марки РСИ-12К
Тхр - это максимальная температура, при которой кривая растя-
жения практически не дает загиба, например, как это показано на ри-
сунке 23 для пороха РСИ-12К при -30°С), и обрывается на крутом
участке. При Тхр. прочность овэ соответствует по величине хрупкой
прочности - охр, а деформация пороха составляет = 2%. Тс - это тем-
пература, выше которой имеет место вязко-текучее состояние. Об-
ласть Тс-Тхр определяет температурный диапазон, в котором БП про-
являют вынужденно-высокоэластические свойства. Особенностью БП
является то, что этот диапазон (Тс+Тхр.) для них достаточно широк и
составляет для разных порохов 95-1 10°С, что видно из данных, при-
веденных в таблице 18.

Таблица 18 - Температурный диапазон вынужденной эластичности БП

Порох	Тс,°С	тхр,°с	Тс-Тхр,°С
РСИ - 60	85-90	-30	95
НМ-2	60	-35	95

Температурный диапазон вынужденной эластичности зависит от
состава БП, вида нитроэфира. Для всех нитродигликолевых порохов
интервал Тс-Тхр достаточно постоянен и равен около 100°С (95- 105°С).
Для нитроглицериновых порохов без дополнительных растворителей
(ДНТ, централит) он равен 100-110°С, а в присутствии их сужается до
90-95°С, так как Тчр несколько повышается, что приводит к уменьше-
нию области вынужденной эластичности. Для нитроксилитановых по-
рохов интервал Тс-Тхр наименьший и составляет около 85°С, так как
Тхр этих порохов на 10-20°С выше, чем у других порохов с такой же
Тс. Характер изменения предела вынужденной высокоэластической
прочности в интервале Тс-Тхр виден из рисунка 24. Кривая авэ = /(Т\
ограничиваемая температурами Тс и Тхр, характеризует механические
свойства БП в вынужденно-эластической температурной области. Уро-
вень овэ определяется температурным ходом кривой, который может
быть более крутым или более пологим. Предел вынужденной высоко-
эластичности - oBJ БП изменяется от величины, близкой к нулю при
Т=ТС, до 300 кгс/см2 при Т=Тхр, то есть по уровню отвечает охр. При
одной и той же температуре авэ зависит от скорости относительной
деформации V, возрастая с увеличении её. Для БП применима зависи-
мость, справедливая для многих пластиков:

ds\dt = V = К! овэ. или IgV = lgK| + n, igoB3.
Рисунок 24 - Температурный диапазон вынужденной эластичности.

Здесь П] и К| константы для данного пороха и температуры, которые
можно определить экспериментально. Они зависят от Тс пороха и особен-
ностей его состава.

При растяжении БП с постоянной скоростью деформация их колеб-
лется в пределах от 2% при ТХ|, до 20-^25% при температуре, близкой к Тс.
При одной и той же температуре е тем больше, чем ниже Тс пороха. Вели-
чина деформации при прочих равных условиях (Т, Тс) зависит от состава
пороха и вида пластификатора. Деформация нитроксилитанового пороха
выше, чем БП на нитроглицерине и динитратедиэтиленгликоле. Наличие в
составе БП ДНТ и централита повышает е, вазелин уменьшает её, а мине-
ральные добавки влияют мало. Предел вынужденной высокоэластичности
является основным критерием прочности БП. Для нормальной работы за-
ряда опасными являются не критические предельные напряжения, приво-
дящие к разрушению, а критические напряжения и деформации вынуж-
денно-эластического характера, вызывающие изменения формы заряда
(сплющивание), которые хотя и предшествуют разрушению, но уже недо-
пустимы по условиям заряжания. Поэтому овэ оценивается для каждого
баллиститного пороха.

11.4	Влияние различных факторов
на физико-механические свойства

БАЛЛИСТИТНЫХ ПОРОХОВ

Обобщение данных по прочностным свойствам различных БП пока-
зывает, что они изменяются в достаточно широких пределах, таблицы 19 и
20. Для некоторых конкретных БП прочностные свойства приведены в
таблице 21.
Таблица 19 - Прочностные свойства БП при деформации сжатия

Температура,иС	+50	+20	-50
осж, кгс/см2	25+60	100-250	910+1100
Ов, кгс/см2	50+150	250+350	1200+1800
е,%	40-50	35+40	10+15

Таблица 20 - Прочностные свойства БП при деформации растяжения

Температура,иС	+50	+20	-50
oD, кгс/см2	15+25	60+150	300+400
е,%	19+24	10+15	1+2
Е, кгс/см2	300+500	2000+3000	20000+30000
Ак, кгс см/см2	—	10+20	3+5

Таблица 21 - Прочностные свойства некоторых марок порохов

Марка пороха	РНДСИ-5К	РСИ-60	РАМ-ЮК	НМФ-2
oD., кгс/см2	89	157	74	85
Е , %	10.5	8.1	11	14.8

Это обусловлено тем, что прочностные свойства БП зависят от ряда
факторов: вида и количества нитроэфира, вида и свойств НЦ, содержания
влаги и т.п..

11.4.1 Влияние влаги

Влияние содержания влаги на предел вынужденной эластичности и
деформацию при растяжении можно видеть из данных для БП состава
ФСГ-2, приведенных в таблице 22. С увеличением содержания влаги проч-
ность БП понижается.

Таблица 22 - Влияние содержания влаги на прочностные характеристики

Свойство	Содержание влаги 0.2%			Содержание влаги 1.0%		
	+30иС	+ 10иС	0°С	+зоис	+10иС	0°С
ов э, кгс/см2	32	91	130	23	68	102
Е,%	16	8	7.8	14	9	7.5

В рассматриваемом случае изменение содержания влаги от 0.2 до1.0%
сопровождается снижением прочности в 1.5 раза. Деформация менее чув-
ствительна к этому фактору и остается на примерно одинаковом уровне,
проявляя лишь некоторую тенденцию к снижению. Такой характер влия-
ния влаги объясняется тем, что с повышением её содержания понижается
прочность адгезии и аутогезии и повышается “рыхлость” структуры. Адге-
зия - связь между приведенными в контакт разнородными поверхностями,
например, пластифицированная НЦ и наполнители.

Аутогезия - связь между поверхностями одинаковой природы, на-
пример, пластифицированная НЦ.

11.4.2	Влияние степени полимеризации
нитроцеллюлозы

На примере прочностных свойств порохов одного и того же состава,
но полученных на основе коллоксилина Н (вязкость 2.1°Е, степень поли-
меризации 530) и на основе низковязкого коллоксилина (вязкость !.1°Е,
степень полимеризации 280) можно видеть влияние степени полимериза-
ции НЦ. Как видно из данных рисунка 25 и таблицы 23, при всех темпера-
турах испытания разрывные прочность и деформация пороха с понижени-
ем степени полимеризации существенно понижаются.

на коллоксилине Н
на низковязком
коллоксилине

Рисунок 25 - Влияние степени
полимеризации НЦ
на прочностные свойства порохов

Таблица 23 - Влияние степени полимеризации полимера
на прочностные свойства БП

Свой- ство	Коллоксилин Н				Низковязкий коллоксилин			
	+50иС	+30°С	+20°С	0иС	+50°С	+ЗО°С	+20°С	о°с
ОР„ кгс/см	20	55	80	150	12	45	70	120
е0., %	12	7.5	6.0	4.5	5.5	2.5	2.5	3.0

Такое влияние данного фактора можно объяснить тем, что с пониже-
нием степени полимеризации эффект упрочнения за счет ориентационной
вытяжки уменьшается.
11.4.3	Влияние степени нитрации целлюлозы

Исследованиями выявлено сильное влияние степени нитрации целлю-
лозы на деформационные и прочностные свойства БП, что можно видеть
из приведенных данных в таблице 24 для порохов одного состава на осно-
ве различных видов НЦ.

Таблица 24 - Влияние степени нитрации целлюлозы на деформационные
и прочностные свойства БП

Содержание азота вНЦ	Относительная деформация, % при Т°С					
	+50иС	+40иС	+30°С	0иС	-10иС	-15°С
Целлулоидный N=11.13%	17	12	12	9	9	12
“Н”	N= 11.95%'	13	13	12	7	5	4
Пироксилин №2 N=12.40%	8	8	8	4	3	3
Смесь пироксилинов №1и“Н” № 13.30%	15	11	11	7	5	3

Как следует из этих данных, чем ниже степень нитрации, тем выше
относительная деформация пороха при растяжении. Предел вынужденно-
эластической прочности овэ с понижением степени нитрации также по-
вышается. В таблице 25 приведены значения овэ для пороха РСИ-60, изго-
товленного на коллоксилине Н (N=I2%) и РСИ-бОц, изготовленного на
целлулоидном коллоксилине (N=I 1.13%).

Таблица 25 - Прочности при растяжения БП на основе различных кол-
локсилинов

Порох	овэ., кгс/см2 при растяжении				
	+20"С	+30иС	+40°С	+50иС	+60"С
РСИ-60	80	55	40	25	15
РСИ-60Ц	120	95	70	40	25

Более высокие прочностные свойства пороха на целлулоидном коллокси-
лине проявляются и при деформации сжатия, так овэ при +50°С пороха РСИ-60
равна 60 кгс/см2, а РСИ-бОц равна 145 кгс/см2. Полученные зависимости объяс-
няются тем, что с понижением степени нитрации межмолекулярное взаимодей-
ствие усиливается за счет увеличения концентрации водородных связей, что
приводит к повышению прочности пороха и к соответствующему увеличению
деформации, отвечающей моменту его разрушения.
11.4.4	Влияние наполнителей

В качестве наполнителей применяются металлические порошки, ВВ,
соли. Как правило, введение твердых наполнителей сопровождается ухуд-
шением физико-механических свойств: снижаются прочностные и особен-
но деформационные характеристики. Это объясняется уменьшением доли
полимера, способного к деформации, ослаблением межмолекулярного
взаимодействия, гетерогенностью и, следовательно, выраженной макроне-
однородностью структуры, а также слабой (в большинстве случаев) адге-
зионной связью между полимером и наполнителем. Введение наполните-
лей приводит к ухудшению технологических свойств пороховой массы, к
трудностям переработки её на стадиях вальцевания и прессования, а также
к повышению чувствительности. В связи с изложенным, содержание твер-
дых наполнителей обычно не превышает 20^-30%.

В целом рассмотренные зависимости прочностных свойств порохов
от свойств компонентов и состава дают некоторые возможности для их
направленного регулирования. Особенно остро вопрос обеспечения меха-
нических характеристик стоит для порохов, применяемых в активно-
реактивных системах (АРС). В АРС изделие испытывает растягивающие
напряжения под действием центробежных сил до 15000g и сжимающие
осевые нагрузки до 15000g. При применении в диапазоне температур
±50°С требуется БП с высокими показателями по всем характеристикам: о,
Е и е. Задача трудно решаемая, так как с повышением е —» Е понижается.
Необходимо иметь о = 200-5-220 кгс/см2 и Е =18-5-20%.

Возможные способы повышения прочностных характеристик:
применение низкоазотной НЦ, позволяющей за счет более высо-
кой концентрации ОН - групп повысить межмолекулярное взаимодейст-
вие (водородная связь). На обычных НЦ типа коллоксилина достигнута о
от 100 до 150 кг/см2 и Е ~ 8%. что недостаточно.

- применение сопластификатора НГЛ, в частности ДНП (динитродиаза-
пентана), повышающего степень пластификации, гомогенность структуры и,
как следствие, прочности >ые свойства. Получено о до 180 кгс/см2, но Е ~ 8%.

применение фторпласта в качестве армирующего компонента, ко-
торый под действием температуры и механических сил при вальцевании
образует структурирующую сетку и упрочняет порох. Однако требуется
длительная обработка массы, эквивалентная 60+120 прокаткам на вальцах,
что при непрерывной технологии не обеспечивается, так как время обра-
ботки меньше. Получено е=4О50%, но о и Е по уровню ниже требуемых.

применение в качестве армирующего материала НЦ волокон. Дос-
тигается 0=150-5180 кгс/см2 и Е до 15%. Однако необходимо отмет ить, что
промышленного производства НЦ волокон (нитей) нет.
применение биполимерной основы БП (НЦ + полимер). Способ
заключается в частичной замене =30% НЦ на другой энергетически выгод-
ный полимер, например поливинил нитрат ПВН. С его использованием
достигается о = 200^220 кгс/см2 и е =18%, термодинамически несовмести-
мые (П№1 + ПВН) образуют систему полимер в полимере. Это наиболее
перспективный вариант.

11.4.5	Временная зависимость прочности (долговечность)

На БП распространяется временная зависимость прочности. Для них
справедлива зависимость разрывной прочности опр. от времени 6 действия
напряжения

e = Ao-dnp.

Ig6 = IgA - d Igonp.

где опр - приложенное напряжение, вызывающее разрушение, кг/см2;

6 - долговечность или время с момента приложения нагрузки до
момента разрушения, с;

Аид- константы для данного пороха и топлива.

Эта формула предполагает линейную зависимость между логарифмом
долговечности и напряжением. Она справедлива для вынужденно-
эластического состояния пороха, то есть в положительной области до темпе-
ратур, близких к Тс. С понижением температуры 0 возрастает. В области
хрупкого состояния (отрицательные температуры) временная зависимость
прочности практически аннулируется. Вид кривых Ig0 - Iga, например, для
пороха РСИ-60, рисунок 26, показывает зависимость при положительных
температурах и практически отсутствует при отрицательных температурах.

Рисунок 26 — Зависимость долговечности от приложенного напряжения
В вынужденно-эластической области положительных температур дол-
говечность при одном и том же напряжении закономерно возрастает с по-
нижением температуры.

При одних и тех же а и температуре 0 увеличивается с ростом Тс
БП. Повышение Тс на 20-25°С увеличивает долговечность в 10 раз и бо-
лее. Критерий долговечности для БП проливает свет на роль фактора
времени в явлении самопроизвольного растрескивания крупных шашек.
Дискуссии привели к мнению, что самопроизвольное разрушение явля-
ется следствием действия внутренних напряжений. Происхождение их
связано с закалочным эффектом, замораживанием эластических напря-
жений, а во многих случаях с течением в толще материала химических
реакций с выделением газообразных продуктов. Эти напряжения могут с
течением времени спадать (релаксировать), перераспределяться с лока-
лизацией в отдельных участках, а иногда и возрастать (химические про-
цессы). Если условно принять напряжение неизменным, то оно, в соот-
ветствии с общим законом способно вызвать в области положительных
температур разрыв в материале пороха только через определенный про-
межуток времени 0.

0 = С ехр(Т - бо)/Т,

где C,Y и б константы, зависящие от свойств вещества

Этот промежуток зависит от величины о, от температуры и механиче-
ской прочности пороха (опр). Чем меньше внутреннее напряжение, ниже
температура и больше общая и локальная прочность пороха, тем большей
долговечностью (так называемой термостабильностью) он обладает. Если
взять однотипные по качественному составу пороха, но отличающиеся по
Тс, например, за счет изменения содержания коллоксилина, то видна тож-
дественность термостабильности и долговечности. Чем выше Тс, тем
больше термостабиЛьность, то есть время до начала самопроизвольного
растрескивания монолита пороха под действием внутренних напряжений
(шашки одного размера), например, для пороха типа РСИ, как это приве-
дено ниже.

Такое положительное влияние роста Тс справедливо до известного
предела (=90°С). Шашки 49/8 - 200; температура испытания 75°С.

Порох	Содержание кол- локсилина, %	Тс,иС	Термостабильность, сутки
РСИ-54	54	62	5-7
РСИ-12	56	70	12
Рси-60	60	88	24
11.5 Разрушение порохов в высокоэластическом состоянии
(характер деформации СРТТ)

Полимерную основу СРТТ составляют линейные или пространственно
сшитые каучуки и олигомеры, способные под действием небольших нагрузок
к большим обратимым деформациям. В первом случае СРТТ проявляют свой-
ства термопластов и могут находиться в стеклообразном, высокоэластическом
и вязкотекучем состоянии. В большинстве же случаев СРТТ являются термо-
реактивными системами и могут быть в двух состояниях: высокоэластическом
и стеклообразном. При этом температурный диапазон высокоэластического
состояния может составлять 250^-300°С. Так Тс топлив на неполярных свя-
зующих равна -50 ч- -80°С, а температура термического разложения
20(Н240°С. Во всем диапазоне -50 ч- -80°С — 200Т240°С СРТТ проявляют вы-
сокоэластические свойства. Температура хрупкости СРТТ лежит на 10ч-20°С
ниже Тс. В интервале Тс+Тхр СРТТ способно к вынужденно-эластической де-
формации. Основным видом деформации СРТТ является высокоэластическая
деформация. Таким образом, полимерная каучукоподобная основа СРТТ пре-
допределяет резкую разницу в механическом поведении и механических ха-
рактеристиках СРТТ и нитроцеллюлозных порохов. Наибольшее значение для
СРТТ имеют деформационные и прочностные свойства при растяжении, так
как в большинстве случаев они применяются в варианте прочного скрепления
заряда с корпусом ДУ. В тех случаях, когда СРТТ применяется в виде зарядов
вкладного варианта, важное значение приобретают его механические свойства
при деформации сжатия. Чаще всего процесс разрушения СРТТ представляют
как процесс, протекающий в следующие три основные стадии:

-------------------6. %

Рисунок 27— Кривые деформации при растяжении


I.	Распад (разрыв) перенапряженных связей структуры СРТТ, не со-
провождающийся изменением объема.

2.	Возникновение и накопление микроскопических разрывов сплош-
ности (микропор) материала.

3.	Локализация разрушения, образование макротрещины и её рост.
Общая деформация материала реализуется за счет деформирования свя-
зующего и накопления микропор.

Рисунок 28 - Кривые деформации при растяжении

Вклад микропор может достигать 2030% общей деформации мате-
риала. Характерные кривые деформации СРТТ при растяжении представ-
лены на рисунках 27 и 28.

Кривые деформации могут быть без максимума (кривая 2) и с макси-
мумом (кривая 1). Наличие такого максимума или "горба" отвечает момен-
ту начала расслоения наполнителя и связующего с нарушением структуры
наполнителя. Максимум на кривой растяжения появляется тогда, когда
прочность адгезии между полимером и наполнителем слабая, вследствие
чего отслоение происходит при напряжениях меньших, чем напряжения,
отвечающие разрушению топлива. После максимума деформирует собст-
венно связующее (пористая резина). Эксплуатационными характеристика-
ми топлива 1 являются о и е, отвечающие точке максимума (а'), а топливу
2 о и е, отвечающие моменту разрушения (точка а"). Очевидно, что топ-
ливо 2 существенно превосходит топливо 1. На практике для смещения
максимума вправо, в область более высоких деформаций, часто прибегаю!
к применению в составе топлива компонентов, усиливающих прочность
адгезии полимера к наполнителю. Ход температурной зависимости меха-
нических свойств СРТТ аналогичен ходу для нитроцеллюлозных порохов.
В области положительных температур с повышением температуры проч-
ность и модуль упругости понижаются, а деформация повышается. При
понижении температуры растут ст и Е, и Е уменьшается. Ниже Тс по мере
приближения к Тхр, Е и о резко возрастают, а е составляет всего несколько
процентов. Физико-механические свойства СРТТ зависят от температуры,
скорости нагружения и времени действия напряжения. Обобщение физи-
ко-механических свойств СРТТ, применяемых в прочноскрепленном и
вкладном вариантах снаряжения ДУ, показывает, что они охватывают
очень широкий диапазон по всем показателям - о, Е и е, как это видно из
данных таблицы 26.

Таблица 26 - Физико-механические характеристики СРТТ различных ва-
риантов снаряжения

Характери- стики	Вариант снаряжения	
	Прочноскрепленный не- посредственное заполн.	Вкладной
ст, кгс/см2	5-12	20-100
Е,%	30-100	5-15
Е2, кгс/см2	30-120	300-800
Ак, кгс см/см2	—	не менее 2.5 при крайней отрицательной температуре

Механические характеристики СРТТ, применяемых в прочноскреп-
ленном варианте, осуществляемом путем вклеивания готового заряда в
корпус ДУ, имеют промежуточное значение. Такой широкий диапазон
механических свойств СРТТ обусловлен тем, что они зависят и поддаются
регулированию за счет большого числа факторов и в этом отношении вы-
годно отличается от нитроцеллюлозных порохов. Важнейшими из этих
факторов являются:

природа и свойства полимерного связующего;

При применении связующего одной природы физико-
механические свойства СРТТ на его основе можно регулировать за
счет его полидисперсности и молекулярной массы. Повышение моле-
кулярной массы до некоторого предела сопровождается повышением
е и снижением о и Е, дальнейшее увеличение молекулярной массы на
уровень е, ст и Е практически не влияет. Обычно полимер характери-
зуют средней молекулярной массой Мср. Однако, как правило, любой
полимер в той или иной степени неоднороден по молекулярной массе
молекул, то есть полимолекулярен. Полимолекулярность или поли-
дисперсность исходного полимера характеризуют коэффициентом
полидисперсности
К = Mw/Mn,

где Mw иМл- среднемассовый и среднечисловой молекулярный вес
соответственно.

Опыт показывает, что если использовать в качестве связующего СРТТ
полимер с Мср=1400, но с К равным 1.26; 1.38; 1.49 и 1.70, то при одной и
той же степени сетчатости полимера механические свойства топлива будут
изменяться в следующих пределах: Е от 200 до 130 кгс/см2, а е от 19 до
30%.

Применение связующих различной природы, при прочих равных ус-
ловиях, также позволяет получить топливо с различным уровнем физико-
механических свойств, что иллюстрируется приведенными в таблице 27
данными для топлив на основе полярных связующих НПЭ-3 (нитрополи-
эфир) и АХП-3 (азидополиэфир) и слабо полярного связующего
ПДИ-1 (полидивинил изопрендиол).

Таблица 27 - Физико-механические характеристики СРТТ со связующими
различной природы

Связующее	а, кгс/см2	Е,%	г-	/	2  Е2, кгс/см	Тс,иС
НПЭ-3	11.0	30	111	-10
АХП-3	10.4	8	201	-15
ПДИ-1	10.0	60	70	-60

Такое различие в физико-механических свойствах и Тс обусловлено
различной гибкостью межузловых отрезков цепей молекул и разной сте-
пенью межмолекулярного взаимодействия.

-	пластификация и введение в состав топлива поверхностно-активных
веществ.

Физико-механические свойства СРТТ можно регулировать как за счет
вида, так и за счет количества пластификатора. В таблице 28 приведены
данные для топлива на связующем нитрополиэфире с различными пласти-
фикаторами.

Таблица 28 - Влияние природы пластификатора на физико-механические
свойства

Пластификатор	о, кгс/см2	Е, %	Е2, кгс/см2	Тс,иС
Без пластификатора	30.5	19.5	395	0
Нитрил динитровале- риановой кислоты	18.5	12.2	250	-12
Дибутилфталат	11.3	12.2	100	-14
В таблице 29 показано влияние количества пластификатора ЛТИ-1
(эвтектический сплав динитротолуола и динитроксилола 1:1) на механиче-
ские свойства СРТТ на основе нитрополиэфира НПЭ-3.

С увеличением содержания пластификатора прочность, модуль упру-
гости и Тс топлива понижается, а деформация повышается. Такой характер
влияния количества пластификатора на физико-механические свойства
СРТТ является общим для различных полимеров и пластификаторов.

-	вид и количество отвердителей, сшивающих агентов и удлинителей
цепи.

Таблица 29 - Влияние количества пластификатора на физико-
механические свойства

Содержание пла- стификатора, %	о, кгс/см2	е, %	е2, кгс/см2	Тс,иС
0	30.5	19.5	395	0
15	25.6	15.2	300	-8
20	22.6	16.3	275	-10
25	13.5	20.0	175	-15
30	9.4	21.0	75	-15

За счет этих факторов также можно регулировать физико-механичес-
кие свойства в достаточно широких пределах. Так в случае полиуре-
танового связующего, изменяя соотношение отвердителей, в частности,
алифатического гексаметилендиизоционата (ГМДИЦ) и ароматического

НзС

Толу иле ндиизо цианат

O=C=N-(CH2)6-N=C=O

Гексаметилендиизоцианат

толуилендиизоцианата (ТДИЦ), можно изменить о и Е в два и более раз,
таблица 30.

Таблица 30-Влияние природы отвердителя на физико-механические
свойства СРТТ

Диизоцианат	о, кгс/см2	е,%	Е2, кгс/см2
ГМДИЦ:ТДИЦ=90:10	13	12	175
ГМДИЦ:ТДИЦ=50:50	32	13	432
К существенному эффекту приводит и изменение содержания
сшивающего агента, как это видно на примере топлива на основе ази-
дополиэфира АХП-3 и пентаэритрита с(сн2он)4 , приведенном в таб-
лице 31.

Таблица 31 - Влияние содержания сшивающего агента на физико-
механические свойства

Содержание пентаэритрита,%	о, кгс/см2	е, %	Е, кгс/см2
0.1	9.0	10.6	130
0.2	13.5	8.8	269

Определенные возможности для регулирования свойств дает изме-
нение соотношения удлинителя цепи и сшивающего агента, что под-
тверждается на примере топлива на основе полидиендиола (ПДИ-1),
удлинителя - диэтиленгликоля и сшивающего агента - глицерина, таб-
лица 32.

Таблица 32 — Влияние соотношение удлинителя и сшивающего агента
на физико-механические свойства

Соотношение ДЭГ/глицерин	о, кгс/см2	е, %	Е, кгс/см2
50:50	10.4	51	75
33:67	11.4	75	135

Из других факторов, влияющих на физико-механические свойства
СРТТ и широко применяемых для их регулирования, следует отметить
такие как:

-	изменение соотношения между связующим и наполнителем;

-	регулирование степени сетчатости полимера за счет системы отвер-
ждения и концентрации функциональных групп и связей, что частично
было показано выше;

-	введение компонентов, влияющих на прочность адгезии полимера к
наполнителю и др.

В большинстве случаев влияние рассмотренных факторов на физико-
механические свойства топлив обусловлено изменением концентрации
химических и физических поперечных связей, подвижности и гибкости
межузловых отрезков цепей. В этом смысле СРТТ в основном подчиняют-
ся общим закономерностям, установленным для не наполненных и напол-
ненных полимеров. Повышение степени сетчатости сопровождается по-
вышением о и Е и понижением е, как это видно из таблицы 33 на примере
нитрополиуретанового связующего.
Таблица 33 - Влияние концентрации поперечных связей на физико-
механические свойства

Концентрация поперечных связей (v/v0)104 моль/см	о, кгс/см2	Е, %	Е, кгс/см2	Тс,°C
5.55	21.6	15	275	-1
4.50	18.9	18	218	-4
3.00	16.0	28	143	-7

Факторы, повышающие подвижность и гибкость (молекулярная мас-
са, пластификация, вид удлинителя цепи, свойства сшивающего агента и
т.п.), приводят к увеличению Е и к снижению о и Е.

Физико-механические свойства зависят также от степени наполнения,
гранулометрического состава наполнителей и от адгезии полимера к на-
полнителю. Выяснению пределов регулирования прочностных харак-
теристик за счет этих факторов и их использованию при отработке топлив
уделяется очень большое внимание.

11.5.1	Влияние степени наполнения на прочность, модуль
упругости и критическую деформацию топлива

Влияние степени наполнения (концентрации наполнителя) на проч-
ность топлива проявляется, прежде всего, через такие факторы как проч-
ность адгезии и собственная прочность вулканизата, и, в зависимости от
их уровня, изменение концетрации наполнителя может приводить к раз-
личным эффектам. Если адгезия слабая, то увеличение концентрации на-
полнителя, приводящее к увеличению поверхности такого слабого контак-
та между наполнителем и полимером, может сопровождаться снижением
прочности. Например, для топлива на полиуретановом связующем имеем:

<р,% наполнителя	0	21	32	42	52
о, кгс/см2	12.5	8.2	6.5	5.0	4.0

где <р - объемная концентрация наполнителя;

а - прочность при растяжении (V0TH=1.2 10"3c ').

Если прочность топлива определяется преимущественно прочностью
вулканизата, то с увеличением <р она будет либо несколько возрастать, ли-
бо останется на одном уровне. Например, в случае топлива на полиурета-
новом связующем имеем:
ф, %	70	74 80

о, кгс/см2	7.0	7.7 9.4

о, Мпа	0.70	0.77 0.94

Влияние степени наполнения на модуль упругости связано с тем, что
с повышением её доля эластичной прослойки между частицами наполни-
теля уменьшается. В свою очередь, это приводит к тому, что при одной и
той же макро деформации топлива микродеформация эластомера выше.
Следовательно, напряжения, соответствующие данной макродеформации,
выше и модуль упругости выше. Модуль не наполненной системы равен
модулю вулканизата. Зависимость модуля топлива Ет, учитывающая влия-
ние наполнителя и модуля вулканизата Ев, для области малых деформаций
имеет вид:

Ет = Ев((1+(Кф/фм)/(1-ф/фм))2

где ф - практически применяемая объемная доля наполнителя;

фм - предельно возможная объемная доля наполнителя;

ф/фы - относительная объемная концентрация наполнителя, то
есть параметр, характеризующий степень удаленности
системы от предельного заполнения объема, при котором
частицы касаются друг друга, а ек—> 0;

К - коэффициент усиления, зависящий от ф и ф/фм.

При объемной доле наполнителя, равной нулю, модуль системы равен
модулю вулканизата (Ев). Поэтому связь Ет с Ео может быть представлена
в виде зависимости ЕТ=КЕ„, которая имеет линейный характер, что под-
тверждено экспериментально, рисунок 29.

Рисунок 29 — Зависимость модуля топлива от модуля вулканизата
Графическая зависимость относительного модуля Е^ЕВ от ф/фм имеет

вид

Рисунок 30 - Зависимость относительного модуля
от относительной объемной концентрации наполнителя

То есть при ф/фы—>1, когда степень наполнения равна предельно-
возможной, Ег/Ев—На самом деле в этом случае уже при малых дефор-
мациях возникают поры в виде отслоений и разрывов внутри вулканизата,
что приводит к снижению макромодуля системы. Зависимость Ет от ф
можно проиллюстрировать имеющимися опытными данными:

Ф, %	70 74 78

Ет, кгс/см2 24 35 60

То есть с увеличением степени наполнения Ет растет. Необходимо от-
метить, что величины модуля, полученные расчетом по формуле, обычно
выше, чем на концентрационной кривой. Это связано с тем, что при высо-
ком наполнении микроповреждения в топливе развиваются на более ран-
них стадиях, чем при низком наполнении. При этом отставание роста Ет
экспериментального от Ет расчетного тем больше, чем выше степень на-
полнения.

Степень наполнения топлива влияет и на величину его критической
деформации (ек). Обычно деформацию наполнителя принимают равной
нулю. Поэтому предельная деформация топлива определяется деформаци-
ей эластомерной прослойки между частицами наполнителя. При этом мик-
родеформация эластомера в объемах должна быть во много раз больше
макродеформации топлива. Толщина прослойки эластомера зависит от
степени наполнения: чем меньше объемная доля наполнителя, тем в сред-
нем толще прослойка эластомера между частицами, тем в среднем ниже
перенапряжение в микроскопических областях, следовательно, выше ек.
В общем виде зависимость Ек от степени наполнения ср имеет вид,
представленный на рисунке 31. То есть с увеличением ср критическая де-
формация топлива снижается. Для многих типов связующих Ек топлива,
например, при <р =0.75 составляет 3+5% от разрывной деформации не на-
полненного вулканизата. Имеется в виду случай, когда адгезия между на-
полнителем и вулканизатом высокая и разрушение идет за счет разрывов
внутри вулканизата. На зависимость ек от ср влияют плотность вулканизата
и форма частиц.

Рисунок 31 — Зависимость критической деформации
от степени наполнения

Так, например, вокруг частиц шаровой (круглой) формы концентра-
ция микронапряжений ниже, чем вокруг частиц с острыми углами и гра-
нями, что способствует повышению ек.

11.5.2	Влияние гранулометрического состава наполнителя

Модуль упругости топлива зависит от гранулометрического состава
наполнителя, который в значительной мере влияет на плотность упаковки
частиц в дисперсной системе. Если рм предельная плотность упаковки, а <р
- практически применяемая объемная доля наполнения, то чем выше рм,
тем ниже соотношение <р/рм, характеризующее относительную объемную
концентрацию наполнителя при данном наполнении. Чем ниже это соот-
ношение, тем толще (в среднем) прослойки связующего между частицами
наполнителя и их неоднородность при данной макродеформации топлива
и, следовательно, тем ниже модуль упругости топлива. Таким образом,
изменяя гранулометрический состав наполнителя путем применения смеси
двух, трех и более фракций, можно регулировать уровень Е,. Высокая
плотность упаковки достигается, например, при применении двухфракци-
онного окислителя, в котором размер частиц отличается в 10 раз и более.

Деформация топлива определяется деформационными свойствами
эластомерной прослойки между частицами наполнителя, которые, в свою
очередь, зависят от природы полимера и от толщины прослойки. При дан-
ной природе связующего толщина прослойки зависит от гранулометриче-
ского состава наполнителя, который в значительной мере определяет уро-
вень предельного наполнения и плотность упаковки. В общем виде, чем
выше предельная плотность упаковки рм, тем, при данном наполнении <р,
ниже отношение <р/рм, и соответственно средняя толщина прослоек эла-
стомера. Это приводит к меньшей неоднородности микродеформации в
прослойках при данной макродеформации, вследствие чего критическая
деформация (ек) выше. В случае наполнителя в виде частиц шаровой фор-
мы одинакового диаметра максимальная плотность упаковки (рм) такой
системы составляет 64%. Если промежутки между частицами заполнить
эластомером и скрепить его с поверхностью частиц, то ек такой системы
будет близка к нулю, так как при самой незначительной макродеформации
произойдет разрыв сплошности в точках соприкосновения частиц. Если же
взять двухфракционный наполнитель, например перхлорат аммония, с
размером частиц отличающихся в 10 раз и более, и соотношение фракций,
отвечающее максимальной упаковке, то предельное наполнение — рм воз-
растает с 64 до 86%. При этом относительная объемная доля наполнителя
ср/рм уменьшается от 1 до 0.74 (<р/рм =64/64=1 и <р/рм =64/86=0.74). Частицы
окислителя оказываются разделенными прослойками эластомера, что при-
водит к существенному увеличению ек по сравнению с первым случаем,
когда имеет место точечный контакт непосредственно между частицами.
Таким образом, за счет изменения гранулометрического состава можно
изменять уровень наполнения и плотность упаковки и в определенных
пределах регулировать величину деформации топлива.

На величину разрывной деформации влияет и форма частиц наполни-
теля. Наличие остроугольных частиц, частиц неправильной формы уси-
ливает концентрацию и неоднородность микронапряжений, что должно
приводить к преждевременному разрушению. Для исключения таких кон-
центраторов напряжений наиболее целесообразно применение наполните-
лей (окислитель, металлические и другие порошки) с шаровой или близкой
к ней формой частиц.

Влияние на прочность топлива гранулометрического состава напол-
нителя проявляется опосредованно через такие свойства как прочность
частиц наполнителя и вулканизата и прочность адгезии между ними. Так,
если наполнитель представляет собой смесь крупных и мелких частиц,
вулканизат имеет достаточно высокую эластичность, а прочность адгезии
невелика, то при растяжении происходит отслоение вулканизата не равно-
мерно от всех частиц, а прежде всего от наиболее крупных частиц напол-
нителя. Процесс отслоения приводит к сложному виду зависимости проч-
ности от деформации, обусловленному развитием пористости в системе,
для которой характерно появление на кривой растяжения так называемого

Рисунок 32- Отслоение вулканизата от крупных частиц наполнителя

Так, в случае полиуретанового топлива типа ПАЛ-18/7 (на основе
полидиэтиленгликольадипината), горб образуется уже при растяжении на
10-=-15%, после чего прочность существенно снижается. Следовательно,
потенциальные деформационно-прочностные свойства топлива нельзя
реализовать, в частности в зарядах, прочно-скрепленных с корпусом дви-
гателя, так как "рабочими" характеристиками топлива, используемыми
при прочностных расчетах, становятся не разрывные ор и Ер и о и £’, со-
ответствующие максимому на горбе. Поэтому при разработке СРТТ не-
обходимо обеспечивать максимально возможную прочность связи на
границе полимер - наполнитель как за счет оптимизации гранулометри-
ческого состава, так и за счет введения в состав топлива специальных
добавок, например, эпоксидных и других смол, адсорбирующихся на по-
верхности частиц наполнителя и усиливающих эту связь. При данном
гранулометрическом составе наполнителя прочность топлива в основном
будет определяться прочностью вулканизата. Необходимо отметить, что
адгезия связующего к наполнителю влияет и на модуль упругости топли-
ва. Дело в том, что при низкой прочности адгезии при растяжении в сис-
теме происходят разрывы сплошности, которые уменьшают микрона-
пряжения в связующем, вследствие чего модуль понижается. Деформи-
рование такой расслоенной системы аналогично деформированию
пористого эластомера, в ячейках которого находятся частицы наполни-
теля, несвязанные или частично связанные с полимерной матрицей и,
вследствие этого, мало влияющие на жесткость эластомера.

11.6 Сравнительная оценка физико-механических
свойств нитроцеллюлозных порохов и СРТТ

В таблице 34 приведены данные по физико-механическим свойствам
порохов и СРТТ при нормальной температуре.

Таблица 34 - Сравнительная таблица

Вид пороха	Физико-механические характеристики при 20°С			
	о, кгс/см2	Е, кгс/см2	Е, %	Тс,°С
ПП	500*800	7000	5*6	+215**230
БП	60*120	2000*3000	10-25	*55**95
СРТТ для прочноскреп- ленного заряда	5*12	30*120	30*100	От+15 до -80
для вкладного заряда	20*100	300*800	5*15	

Как видно из приведенных данных, НЦП и СРТТ резко отличаются по
физико-механическим свойствам. ПП на основе практически не пластифи-
цированной НЦ характеризуются весьма высокой прочностью, в 5*10 раз
превышающей прочность БП и в 5^-150 раз прочность СРТТ. Модуль уп-
ругости ПП выше модуля БП и СРТТ в 3*4 раза и в 10*200 раз соответст-
венно. ПП проявляют незначительную вынужденную высокоэластическую
деформацию, а Тс их лежит выше температуры разложения НЦ.

БП на основе пластифицированной НЦ имеют более низкие значения
прочности, модуля и Тс и более высокие значения деформации.

СРТТ на основе эластомеров резко отличаются от НЦП. При сущест-
венно меньших прочности и модуле, они характеризуются высокими де-
формациями. Тс СРТТ охватывает широкий диапазон положительных и
отрицательных температур. Только СРТТ, предназначенные для примене-
ния во вкладном варианте, приближаются по некоторым характеристикам
(о,Е) к БП.

Как уже отмечалось выше, это различие обусловлено, главным обра-
зом, различием в природе и свойствах полимеров, лежащих в их основе.
12 АНИЗОТРОПИЯ СВОЙСТВ ПОРОХОВ и топлив

При оценке эксплуатационных характеристик зарядов, в частности при
прочностных и баллистических расчетах, используются некоторые средние
величины скорости горения, теплофизических, физико-механических и дру-
гих свойств порохов и топлив и принимается, что они отражают свойства за-
ряда в любой его точке. На самом деле пороха и топлива являются анизотроп-
ными материалами, свойства которых в различных направлениях относитель-
но продольной оси заряда значительно отличаются.

12.1	Физико-механические свойства

Определение физико-механических свойств баллиститных и смесевых
топлив на образцах, вырезанных параллельно и перпендикулярно оси за-
ряда, показывает, что в разных направлениях они различны. Так в случае
баллиститных порохов прочность вдоль оси прессования при всех темпе-
ратурах выше прочности образцов, вырезанных в радиальном направле-
нии, рисунок 33.

___И оси прессования
— ± оси прессования

Рисунок 33 — Физико-механические свойства порохов и СРТТ

При этом чем ниже температура, тем больше разница в прочности.
При 0°С + -10°С она составляет 25-^40%, а при температурах выше 20°С
разница снижается до 10-5-15%. Это сближение о„ при высоких температу-
рах связано, видимо, с выравниванием их свойств за счет частичной релак-
сации напряжений в процессе темперирования перед опытом. По степени
растяжения до разрыва наблюдается обратная картина, то есть в радиаль-
ном направлении она выше, чем в продольном.
В случае СРТТ, полученных методом литья под давлением, также
выявлена анизотропия прочности, модуля упругости и предельной де-
формации. Все эти характеристики в осевом направлении выше, чем в
радиальном, таблица 35. Анизотропия физико-механических свойств
связана с анизотропией структуры порохов и топлив. Явление анизо-
тропии в БП обусловлено тем, что в процессе их прессования имеет
место ориентация макромолекул НЦ в направлении прессования. Из-
вестно, что степень ориентации макромолекул полимеров оказывает
значительное влияние на механические характеристики материалов на
их основе. Это связано с изменением расстояния между структурными
элементами и соответствующим изменением энергии межмолекулярно-
го взаимодействия. В большинстве случаев ориентация способствует
упрочнению таких материалов при их деформации вдоль направления
вытяжки и к уменьшению прочности в поперечном направлении, таб-
лица 35.

Таблица 35 — Анизотропия физико-механических характеристик СРТТ

СРТТ	а, кгс/см2			Е, кгс/см2			Е, %		
	о||	ol	До,%	Е ||	Е1	ДЕ,%	ell	el	Де,%
БК-6	13.5	12.1	11.5	65.4	56.1	16.5	38.1	33.2	14.7
БК-8	9.7	8.9	8.9	49.6	44.0	12.7	24.3	21.9	10.9

Анизотропия в СРТТ также, видимо, обусловлена ориентацией мак-
ромолекул связующего, а также частиц наполнителя при литье топлив-
ной массы. Однако, в связи с существенно более низким уровнем давле-
ния (30-J-50 кгс/см2 в технологии литья под давлением и около 1 кгс/см2 в
технологии свободного литья) процессы ориентации и сближения мак-
ромолекул развиваются в меньшей степени, чем и объясняется меньшая
разница в физико-механических свойствах в продольном и радиальном
направлениях.

12.2	Теплофизические свойства

Наличие анизотропии теплофизических свойств подтверждается
определением теплоемкости (С), температуропроводности (А), тепло-
проводности (Л) и температурного коэффициента линейного расшире-
ния (at), что можно показать на примере образцов СРТТ на основе
бутилкаучука, отобранных в осевом и радиальном направлениях, таб-
лица 36.
Таблица 36 - Анизотропия теплофизических свойств СРТТ

с, кал/гград		А10’,см2/с			ХЮ3, кал/(смстрад)			а(10б, град'		
с 11	cl	all	al	Аа, %	All	XI	АХ,%	ccd 1	at±	Aat,%
0.28	0.28	2.3	2.1	8.7	1.16	1.06	8.6	116	103	12.6

Таким образом, и теплофизические свойства имеют большие значения
в осевом направлении по сравнению с радиальным. Это связано с преиму-
щественной ориентацией анизометрических (вытянутых) частиц окислите-
ля вдоль оси прессования.

12.3	Скорость горения

Исследования скорости горения пороховых шашек показывают, что ее
уровень в осевом направлении систематически превышает скорость горе-
ния в радиальном направлении. Интервал различий в скорости горения для
разных составов СРТТ колеблется в основном от 1.5 до 4%.

Разрезка крупногабаритного блока с толщиной свода около 600 мм и
изучение скорости горения по толщине свода в осевом и радиальном на-
правлении показала, что локальная скорость горения периферийных слоев
со стороны наружного диаметра превышает скорость горения центральных
слоев на 5*6%. Средне интегральная анизотропия скорости горения по
своду заряда, определенная как разница средних скоростей горения топ-
лива в осевом и радиальном направлении, равна 1.4%. Анизотропия скоро-
сти горения приводит к анизотропии и зависимости ее от давления. На
примере бутилкаучуковых топлив установлено, что величина v в законах
скорости горения образцов, отобранных в продольном направлении, выше,
чем для образцов радиального направления. При этом разница (Av) дости-
гает 6*12%. Анизотропия v приводит к тому, что с увеличением давления
в камере, исходная анизотропия скорости горения должна возрастать, при-
чем в тем большей степени, чем больше анизотропия показателя степени.
Поэтому в случае крупных зарядов, например, канально-щелевой формы,
это будет увеличивать отклонение опытной кривой давления от расчетной,
полученной по геометрическому закону горения топлива.

Исследование распределения скорости горения по своду для других
видов топлив также показало, что оно носит неслучайный криволинейный
характер с экстремумом в средине свода: увеличение скорости горения в
радиальном направлении в середине свода в среднем равно 5%, а умень-
шение скорости в осевом направлении к середине свода в среднем равно
6%. Это обуславливает анизотропию полей скорости горения в заряде:
средние скорости горения в осевом и тангенциальном направлениях пре-
вышают среднюю скорость горения в радиальном направлении на 2+2.5%.
Распределение скорости горения в зависимости от свода имеет вид, пред-
ставленный на рисунке 34.

Анизотропия скорости горения, также как и анизотропия физико-
механических и теплофизических свойств, обусловлена различной ориен-
тацией анизометрических частиц окислителя по своду заряда в процессе
течения массы при формовании заряда.

Исследования шлифов топлива в плоскостях, перпендикулярных вы-
бранным направлениям измерения скорости горения, показали, что общее
количество частиц окислителя в плоскости шлифа, их средний размер и
занимаемая относительная площадь в различных направлениях различны.
То есть различие в ориентации частиц окислителя приводит к различию
параметров структуры топлива и, как следствие, к различию в скорости
горения и зависимости ее от давления. Очевидно, что применение окисли-
теля с частицами сферической формы и уменьшение доли вытянутых час-
тиц окислителя должно привести к существенному уменьшению анизо-
тропии скорости горения. В случае нитроцеллюлозных порохов, при прес-
совании которых ориентация макромолекул нитроцеллюлозы неизбежна,
исключить или уменьшить анизотропию скорости горения вряд ли воз-
можно.

а - в радиальном направлении б - в осевом направлении
Рисунок 34 — Распределение уровня скорости горения по своду
13 ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПОРОХОВ И ТРТ к
ВНЕШНИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

13.1	Виды начальных импульсов

Под чувствительностью порохов и топлив к внешним воздействиям
понимают их способность к взрывчатому превращению в форме горения,
взрыва или детонации под влиянием того или иного начального импульса.
Для возбуждения и развития взрывчатого превращения порохов и топлив
различного класса требуются начальные импульсы, существенно отли-
чающиеся по интенсивности. Причем, чем меньше воздействие, необхо-
димое для возбуждения взрывчатого превращения, тем выше его чувст-
вительность. Обычно чувствительность порохов и топлив характеризуется
минимальной величиной начального импульса, необходимой для возбуж-
дения взрывчатого превращения.

Самыми распространенными начальными импульсами являются теп-
ловой, механический и взрывной. Все эти виды импульсов могут иметь
место в условиях производства и при эксплуатации порохов и топлив. Так,
при производстве баллиститных порохов опасными являются операции
вальцевания, сушки таблетки, прессования, на которых порох подвер-
гается тепловому и термомеханическому воздействию. В производстве
СРТТ опасными являются операции получения топливной массы в аппа-
ратах типа СНД, операции отрыва технологических крышек и извлечении
иглы. Опасна также механическая обработка крупных изделий из топлив
смесевого и баллиститного типа.

При погрузке и транспортировке зарядов и снаряженных двигатель-
ных установок возможно падение их на бетонные площадки, рельсы и т.п.,
что также может явиться причиной горения, взрыва или детонации. В бое-
вых условиях источниками начальных импульсов могут быть осколки и
пули.

Вид начального импульса существенно влияет на характер взрывчато-
го превращения. Так при воспламенении лучом огня баллиститного топли-
ва в камере ракетного двигателя оно закономерно сгорает, а при действии
на него взрывчатого импульса возможен процесс детонации. Если для
штатных взрывчатых веществ к настоящему времени сложился опорный
ряд, характеризующий их чувствительность к внешним воздействиям, то
для порохов и топлив можно говорить лишь о сравнительном ряде чувст-
вительности к тому или иному импульсу. Это связано с относительно ко-
ротким, по сравнения со штатными взрывчатыми веществами, сроком их
эксплуатации, а также обусловлено большим количеством марок порохов
и топлив. Для обеспечения безопасного ведения технологического процес-
са и безопасной эксплуатации порохов и топлив необходимо знать их чув-
ствительность к различным внешним воздействиям. Как правило, изучает-
ся чувствительность исходных компонентов, полуфабрикатов и готовых
изделий на всех стадиях производства. Данные по чувствительности вно-
сятся в технологический регламент, нормативно-технический паспорт и
учитываются при организации производства, назначении технологических
режимов и составлении рабочих инструкций. Таким образом, чувстви-
тельность к внешним воздействиям одно из самых важнейших свойств
порохов и топлив, определяющих возможность и условия их безопасного
получения, хранения и применения. Следовательно, необходимо количест-
венно характеризовать чувствительность порохов и топлив к различным
внешним воздействиям.

13.2	Чувствительность порохов и топлив
к тепловому импульсу

Данные по чувствительности порохов и топлив к тепловому импульсу
в основном используются для оценки их химической стойкости и безопас-
ности в процессе производства, хранения и эксплуатации. Экзотермиче-
ская реакция в порохах и топливах в зависимости от условий может идти
двумя путями. Может протекать в стационарном режиме с малой скоро-
стью и с небольшим разогревом. Но при изменении условий (повышение
начальной температуры, увеличение массы заряда) возможен переход от
такого стационарного режима к нестационарному, когда тепловое равно-
весие между системой и окружающей средой становится невозможным.
Резкий переход от одного режима к другому может происходить при ма-
лом изменении внешних условий. Условия, в которых осуществляется этот
переход, называются критическими. Определение критических условий и
времени задержки воспламенения составляет основное содержание теории
воспламенения. Кратко рассмотрим простейшую модель теплового вос-
пламенения, так называемую элементарную модель теплового взрыва. Ос-
новными допущениями данной модели являются:

-	в системе имеется единственный источник тепловыделения - хими-
ческая реакция нулевого порядка;

-	температура во всех точках реагирующего вещества одинакова;

-	теплофизические и кинетические характеристики вещества, геомет-
рия заряда и условия теплообмена не меняются в ходе процесса вплоть до
момента возникновения взрыва. Тогда дифференциальное уравнение, опи-
сывающее элементарную модель теплового взрыва, можно представить в
следующем виде:
С р  и • dT/dt = Q V  Ко exp(-EZRT) -aS (Т-То) (1)

где Т - температура реагирующего вещества, К;

То - начальная температура вещества, К;

U - объем, м3;

S - поверхность теплоотдачи, м2;

a - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К);

Е - энергия активации, Дж/моль;

Q - тепловой эффект реакции, Дж/м3;

Ко- предэкспоненциальный фактор, с'1;

С - теплоемкость вещества, Дж/К;

р - плотность, кг/м3;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К)

В левой части уравнения определяется скорость накопления тепла
в веществе. Первый член правой части характеризует скорость выде-
ления тепла за счет химической реакции, второй член - скорость теп-
лоотвода в окружающую среду. Математический анализ уравнения
теплового баланса (I) был впервые проведен академиком
Н.Н.Семеновым.

Анализ зависимости скорости теплоприхода (q+) и теплоотвода (q.) от
температуры показывает, что если начальная температура равна То', то
саморазогрев системы идет до температуры Т, т.к. при Т > Т' скорость те-
плоотвода больше скорости теплоприхода.

Рисунок 35 — Зависимость скорости теплоприхода
и теплоотвода от температуры

При температуре Т имеет место стационарный режим, для которого
характерно тепловое равновесие — сколько тепла выделяется в веществе.
столько его и отводится в окружающую среду. Если начальная темпера-
тура теплоносителя равна То", то саморазогрев вещества происходит бес-
предельно вплоть до взрыва. В этом случае при любой температуре ско-
рость тепловыделения больше скорости теплоотвода, что и приводит к
тепловому взрыву. На рисунке 35 область теплового взрыва отделяется
от области стационарного режима прямой теплоотвода при начальной
температуре То”, которая касается кривой тепловыделения. Точка каса-
ния соответствует некоторому критическому значению температуры са-
моразогрева — Ткр., при превышении которой тепловой взрыв неизбежен.
Из условия равенства скоростей теповыделения и теплоотвода и их про-
изводных по температуре в точке касания Н.Н.Семенов получил сле-
дующее выражение для Ткр.:

TKp. = T0 + RT02/E (2)

Выражение (2) определяет максимальную температуру, которую мо-
жет иметь вещество в невзрывном режиме. Для взрывчатых веществ, поро-
хов и ракетных топлив эта температура (Ткр.) отличается от температуры
среды (То) на 2О-С5ОК. Обычно за температуру воспламенения принимают
ту наименьшую температуру окружающей среды, при которой происходит
самовоспламенение. Следует отметить, что каждому значению температу-
ры выше критической отвечает соответствующая задержка воспламенения.
При значительном превышении критической температуры задержка вос-
пламенения близка к адиабатическому периоду индукции самовоспламе-
нения. Зависимость адиабатического периода индукции самовоспламене-
ния (1ад.) от температуры дана в работе О.М.Тодеса.

U =(С R To2/Q ' Ко Е) exp(E/RT0) (3)

где С - постоянная величина, которую находят, исходя из начального
условия t=0, Т=Т0.

Перечисленные выше характеристики самовоспламенения дают опре-
деленную информацию о чувствительности взрывчатых систем, в ча-
стности, порохов и топлив к тепловому импульсу. Однако их значение су-
щественно зависит от условий проведения опыта и только при фиксиро-
ванных параметрах испытаний они в значительной степени определяются
теплокинетическими параметрами термораспада вещества. На практике
для оценки чувствительности взрывчатых систем к тепловому импульсу
определяют или зависимость времени задержки вспышки от температуры,
или 5-секундную (или 5-минутную) температуру вспышки. За 5-
секундную (5-минутную) температуру вспышки условно принимают ту
температуру разогрева теплоносителя прибора вспышки, при которой
вспышка происходит с задержкой в 5 секунд (5 минут). Эксперименталь-
ные значения температуры вспышки некоторых взрывчатых систем приве-
дены в таблице 37.

Таблица 37 - Температуры вспышки некоторых взрывчатых систем

Взрывчатая система	Температура вспышки при 5- секундной задержке, °C
Гексоген	260
Тротил	475
НГЦ	220
Пироксилин №1	200
Баллиститные пороха и топлива	170 - 220
СРТТ на основе инертных ГСВ	250 + 350
СРТТ на основе активных ГСВ	210-270
Дымный порох	310-315

Приведенные данные позволяют провести относительное сравнение
взрывчатых систем по их чувствительности к равномерному прогреву в
условиях малых навесок. Однако эти данные не позволяют сделать вывод
о критических параметрах самовоспламенения реальных зарядов ТРТ в
условиях их эксплуатации и хранения.

Выше отмечалось, что тепловое самовоспламенение определяется
скоростью тепловыделения в результате химического превращения, а так-
же условиями теплоотвода из зоны реакций. Для математического описа-
ния процесса теплового самовоспламенения зарядов ТРТ следует рассмат-
ривать дифференциальное уравнение теплопроводности слоев изделия и
уравнение скорости реакции термического разложения топлива. Так для
зарядов ТРТ в форме бесконечно длинного цилиндра (с радиусом основа-
ния - г) система уравнений для описания процесса теплового самовоспла-
менения будет иметь вид:

С р dT/dt = Л d^/dr2 + X/r dT/dr + Q dT]/dt (4)

dT]/dt = Ко exp(-EZRT) <р(т])	(5)

Начальные условия: при t=0, Т=То и т)=0.

Термическое разложение порохов и топлив вполне удовлетворительно
описывается простейшими зависимостями вида:

dT]/dt = (1-Т1)"’ К0'л' exp(-EZRT) (6)

dT]/dt = (Т] + По'”) (1-Т1)"’ • Ко ‘ exp(-E/RT)	(7)

где т] - глубина превращения;
m - порядок реакции;

Т)о - критерий автокаталитичности (отношение констант скорости
молекулярной и автокаталитической реакции).

Данные выражения представляют собой формально кинетические за-
висимости и не отражают механизма протекания реакций. Но в тепловой
теории воспламенения химическая реакция рассматривается лишь как ис-
точник тепловыделения. Поэтому в данном случае достаточно знания
формальной зависимости скорости реакции от глубины превращения и от
температуры. Выбор того или иного кинетического уравнения скорости
термического разложения ТРТ определяется условиями эксплуатации. При
свободном удалении газообразных продуктов разложения используются
кинетические параметры, полученные в условиях открытого объема. При
отсутствии газоотвода из зоны реакции используются кинетические пара-
метры, полученные в условиях замкнутого объема. Решение системы диф-
ференциальных уравнений осуществляется с использованием компьютер-
ной техники. В результате определяют температуру, глубину термического
разложения ТРТ в расчетных точках заряда и при этом фиксируют наличие
или отсутствие самовоспламенения. Тепловое самовоспламенение опреде-
ляют как достижение в какой-либо точке заряда температуры 500°С. Для
расчета критических параметров теплового самовоспламенения заряда
ТРТ необходимо решить несколько вариантов данной задачи при различ-
ных температурах поверхности. В первом варианте за температуру по-
верхности принимают температуру начала интенсивного разложения топ-
лива. В последующих вариантах температура задается в зависимости от
результатов решения - методом подбора.

Для расчета кинетических параметров самовоспламенения при любых
диаметрах заряда находят расчетные значения критических температур и
индукционного периода (1инд.) самовоспламенения не менее чем для трех
диаметров топлива и получают экстраполяционные формулы:

dKp. = 2Ткр. Lexp(E/2RTKp.)	(8)

t„M. = A exp(E/RTKp.)	(9)

где L и А - постоянные величины.

В таблице 38 приведены критические параметры самовоспламенения
некоторых ТРТ при различных диаметрах заряда и экстраполяционные
формулы для их расчета. Как видно из данных таблицы 38, для исследо-
ванного топлива время задержки теплового взрыва существенно зависит от
температуры и габаритов изделия. Так, с повышением температуры время
задержки уменьшается. С увеличением диаметра заряда ТРТ снижается
критическая температура самовоспламенения и увеличивается задержка
воспламенения. Приведенные данные показывают необходимость диффе-
ренцированной оценки параметров теплового взрыва для каждого кон-
кретного вида топлива.

Таблица 38 - Критические параметры самовоспламенения топлива НМФ - 2

Критическая температура,°C	Критический диаметр, мм	Время задержки воспламенения, мин.	Примечание
125	33,8	125	Тепловой взрыв
132	25,5	72	в
138	19,7	37	
160	11,85	37	и

Формулы 8 и 9 могут быть получены и при проведении эксперимен-
тов на малых зарядах с последующей экстраполяцией полученных данных
в области больших диаметров изделий. Термографический метод является
основным методом экспериментального исследования теплового взрыва
конденсированных веществ. Опыты проводятся в герметичных сосудах
при полном заполнении их объема топливом. Предварительно определяет-
ся коэффициент теплоотдачи из теплоносителя в топливо (а) и вычисляет-
ся значение критерия Био (Bi).

Bi = ar/Л

где г - радиус заряда; Л - теплопроводность.

Критерий Bi является величиной, характеризующей соотношение ме-
жду скоростями внешнего и внутреннего теплообмена. Для более точного
моделирования теплового взрыва крупногабаритных изделий опыты сле-
дует проводить при критерии Bi» 1, тогда на поверхности заряда будет
поддерживаться постоянная температура. Меняя температуру теп-
лоносителя, можно осуществить как надкритические, так и критические
режимы теплового взрыва. Для проведения экстраполяционных расчетов
по экспериментальным данным необходимо провести ряд опытов в сосу-
дах разного диаметра и определить критические условия. В таблице 38
приведены экспериментальные данные по критическим параметрам само-
воспламенения для топлива НМФ-2. Эмпирические зависимости критиче-
ских параметров теплового взрыва от температуры по данным таблицы 39
имеют следующий вид:

dKp. = 0.688' 10'9 2- TKp.exp(28400/2RTKp.)	(11)

tKp. = 1.32 1015 .exp(31000/RTKp.)	(12)
Таблица 39 - Критические параметры самовоспламенения СРТТ

Критические условия для зарядов	1000 мм	Ткр’С	1	116	06	102
	8 1 мп S	о © н'	Г4  Os	сч  СП •—ч	so о —ч	мп —-Ч
	S о о т—<	о ©  сх  &	Os сч —<	СМ  •-4	OS  1—-<	ч—4
Время задержки самовоспламенения  Ткр^С			ё- § О о ОО \о (N & О О'  О ds сп  т—4	3- § о о о о СП X  X о  О' о —4  (N СП О	3-  о о  мп CN X  X О со  О  6о vn  О	3- ё о сп \о  СП  X  о  о SO  О
Критический диаметр см.			fi- fe СЧ О О оо \о гч I о О'  О  3 о  & н сч	Э-  см  о о о о  X  X 0)  О' о  QS  о  6.  н сч	2Ткр.0.377 10’8ехр(25100/2RT,<p.)	Э- Й  о ОО ОО мп  'q' X  о ——4  о ОО ^g- н С1
Марка топлива			< л  с\  О'  С	мп »“4  ОО  ё S с	е S о  мп  ца	ОО  мп 1 с
Формулы 11 и 12 могут быть использованы для расчета критических
параметров самовоспламенения крупногабаритных изделий топлива
НМФ-2. Сравнение экспериментальных данных, приведенных в таблицах
38 и 39, позволяет сделать вывод о том, что критические параметры само-
воспламенения баллиститного пороха значительно ниже, чем для СРТТ на
неактивном горючем-связующем.

13.3 Чувствительность порохов и топлив к механическим
воздействиям

В основе современных представлений о чувствительности взрывчатых
систем к механическим воздействиям лежат работы Ю.Б.Харитона, А.Ф. Бе-
ляева, Н.А.Холево, К.К.Андреева, а также зарубежных ученых Ф.Ф.Боудена и
А.Д.Иоффе. Было установлено, что возбуждение взрыва при механических
воздействиях имеет тепловую природу и носит локальный характер. Тепловая
теория, опирающаяся на локальные разогревы получила название теории "го-
рячих точек". По оценкам Ф.Ф. Боудена и А.Д. Иоффе размер горячих точек
составляет 10'3-Н0'5 см, а температура - 700+900 К. Однако сам характер фор-
мирования горячего очага в различных взрывчатых системах существенно
отличается. Основными причинами возникновения "горячих точек" являются:

-	трение на поверхности сдвига при прочностном разрушении ло-
кального объема;

-	трение между твердыми компонентами взрывчатых систем;

-	адиабатическое сжатие газовых включений.

Применительно к индивидуальным твердым ВВ Г.Т. Афанасьевым и
В.К. Боболевым были сформулированы и экспериментально подтвержде-
ны критические условия возбуждения взрыва, заключающиеся в совмест-
ном выполнении условия прочности:

Рпр-= onp. (1 + Д/З^З h) (13)

и условия критических напряжений в заряде ВВ:

Рпр > Ркр	(14)

Эти зависимости связывают физико-механические свойства (предел
прочности опр, повышение температуры плавления ВВ до критического
очага воспламенения за счет давления - Ркр) и геометрические размеры
образца с чувствительностью ВВ.

Однако метод измерения критических напряжений возбуждения
взрыва можно применять для взрывчатых систем, если разрушение их за-
116
ряда носит хрупкий характер. Если же взрывчатая система испытывает
большие относительные деформации до момента прочного разрушения
или деформируется вязкопластически, то данный метод не применим. Для
баллиститных порохов и топлив основной причиной локальных разогревов
при механических воздействиях является “течение” вещества, возникаю-
щее при неупругой его деформации.

В отличие от гомогенных баллиститных порохов, условия образо-
вания горячего очага при механических воздействиях в СРТТ более
сложны. Они определяются как индивидуальным поведением компо-
нентов, так и взаимодействием компонентов между собой. Вначале, при
механических воздействиях, происходит разогрев топлива на контакт-
ных поверхностях трения до температуры начала разложения окислите-
ля. Образующиеся активные продукты низкотемпературного распада
окислителя вступают в химическое взаимодействие с находящимися в
непосредственном контакте горючим-связующим или продуктами его
распада.

При механических воздействиях в СРТТ возможно протекание
такого процесса, как механодеструкция связующего, который сопро-
вождается образованием макрорадикалов. Тепло, необходимое для
инициирования взрывчатого превращения, выделяется в результате
химического взаимодействия окислителя и макрорадикалов связую-
щего.

Для экспериментальной оценки чувствительности порохов и топ-
лив к механическим воздействиям используются копры. Наиболее ши-
рокое распространение для оценки чувствительности к удару получило
испытание на вертикальном копре K-44-II. Навеску испытуемого веще-
ства 0.05 г помещают между роликами штемпельного приборчика с
кольцевой канавкой (приборчик №2) и сбрасывают на него груз массой
10, 5 или 2 кг с высоты 250 мм. Взрыв при ударе фиксируют по нали-
чию звука или пламени. Мерой чувствительности в этих испытаниях
является процент (частость) взрыва из 25 определений. Этот вид испы-
таний рекомендуется для предварительной оценки чувствительности к
удару на стадии отработки рецептур порохов и топлив. В случае низкой
чувствительности в приборчике №2 определяют процент взрывов в
стандартном приборчике №1. Основной же характеристикой чувстви-
тельности к удару на копре K-44-II является нижний предел чувстви-
тельности, определенный в приборчике №2 и выраженный максималь-
ной высотой падения груза (Но) массой 10, 5 или 2 кг, при которой от-
сутствует взрывчатое превращение или происходит одно из 25
определений (ОСТ В 84-892-83).

В качестве основного метода оценки чувствительности к удару го-
товых изделий рекомендуется определять нижний предел чувствитель-


ности (Но) на большом копре (БК-6) при падении груза 24 кг на таблет-
ку диаметром 20 мм и массой 3 г (ОСТ В 84-893-74). Чувствительность
порохов и топлив к трению ударного характера определяется на копре
K-44-IIL Характеристикой чувствительности служит нижний предел,
выраженный максимальным давлением прижатия двух взаимно пере-
мещающихся роликов, между которыми помешается навеска (0.02 г),
или частотность взрывов при определении давления прижатия (ОСТ В
84-895-83).

Определение чувствительности порохов и топлив к трению неударно-
го характера проводится на приборе И-6-2 или И-6-3. Определяются те же
характеристики, что и на копре K-44-III, но в условиях истирания навески
(0.03 г) в течение 3 секунд между двумя стальными поверхностями, одна
из которых вращается (ОСТ В 84-894-83).

Накопленный в отрасли опыт применения стандартных методик
для оценки чувствительности к механическим воздействиям показыва-
ет, что в целом они позволяют правильно оценить относительную чув-
ствительность большинства порохов и ракетных топлив. Однако, спо-
соб определения чувствительности к трению на приборе K-44-III во
многих случаях, особенно для составов с металлическим горючим, не
всегда выявляет действительную чувствительность при трении. Оценка
чувствительности к трению на приборе И-6-2 или И-6-3 оказалась наи-
более подходящей для определения относительной чувствительности и
опасности при производственных механических воздействиях.

В таблице 40 приведены обобщенные данные по чувствительности к
механическим воздействиям некоторых ВВ, порохов и топлив.

Приведенные данные показывают, что наибольшую чувствительность
к механическим воздействиям из класса порохов и топлив имеют пирокси-
линовые и дымные пороха, а также СРТТ с “активными” горючими-
связующими. Чувствительность СРТТ на неактивном связующем, а также
баллиститных топлив несколько ниже и находится между уровнем чувст-
вительности ТЭНа и тротила. Чувствительность к механическим воздейст-
виям порохов и топлив зависит от их природы. Но и внутри каждой груп-
пы порохов и топлив чувствительность существенно различается. Для бал-
листитных порохов она сильно зависит от содержания и вида нитроэфира,
а для СРТТ существенное влияние оказывает вид полимера и свойства
окислителя.

Рассмотрим влияние некоторых факторов на чувствительность порохов и
топлив к механическим воздействиям. В таблицах 41 и 42 представлены данные
по чувствительности порохов и топлив в зависимости от температуры зарядов.

Как видно из данных таблицы 41, у нитроглицериновых баллиститных поро-
хов, как правило, чувствительность повышается при температуре выше 40®С и
ниже 0°С. В интервале между температурой хрупкости и температурой стекло-
Таблица 40 - Чувствительность порохов, топлив и ВВ к удару и трению

Наименование взрывчатой системы	Чувствитель- ность к удару на копре K-44-II, ОСТ В 84-892-83  (т=10кг) Но, мм	Чувстви- тельность к удару на копре БК-6, ОСТ В 84-983-74, Но, мм	Чувствительность к трению, выраженная давлением прижатия, Мпа	
			Неударное трение, ОСТ В 84-894-83	Ударный сдвиг, ОСТ В 84-895-83
СРТТ на неак- тивном связую- щем (ЛТС, ТПКМ, ТФА)	50-100	800-1100	>300	170-220
СРТТ на актив- ном связующем (ПЭКА,СКВИ)	50 и <50	500 и <500	100-300	150-180
СРТТ, содер- жащие ВВ	50 и <50	600 и <700	300	140-150
Баллиститные ТРТ (типа РСМ, НМФ)	100-150	1100-1200	300	120-140
Баллиститные  ТРТ (типа РАМ)	50	—	220-250	80-100
Пироксилино- вый порох СА	50	—	180	—
Дымный порох	<50	—	—	—
Тротил	>500	2000	>300	660
ТЭН	50	500	135	170
Гексоген	70-100	500	140-300	250
Октоген	60-80	—	200-240	170

вания наблюдается область пониженной чувствительности к удару. В этом ин-
теовале температур в БП при механических воздействиях возникает вынужден-
но-эластическая деформация и энергия удара более равномерно распределяется
по всему образцу. При повышении температуры выше Тс “горячие точки” об-
разуются за счет трения при пластической деформации и вязком течении поро-
ха. При отрицательных температурах создаются условия для неравномерного
поглощения энергии в результате хрупкого разрушения. Следует отметить, что
нитродигликолевые пороха менее чувствительны к удару, чем нитроглицерино-
вые, что можно объяснить повышенной их пластичностью. Нитроксилитановые
пороха дают большую частость взрывов при ударе, чем нитроглицериновые, так
как они при одинаковом содержании пластификатора имеют повышенную
хрупкость. Чувствительность ПП к удару с увеличением температуры несколь-
ко возрастает, таблица 43. С ростом температуры увеличивается скорость хими-
ческих реакций, а физико-механические свойства ПП остаются практически
неизменными, так как во всем температурном диапазоне испытаний они нахо-
дятся в стеклообразном состоянии.

Таблица 41 - Чувствительность к удару баллиститных порохов в зависи-
мости от температуры

Марка баллистит- ного пороха	т • ст» °C	Тхр, °C	Чувствительность к удару на копре БК-6,% взрывов (при Н= 1500мм) при температурах,°C					
			60	40	20	0	-20	-60
НМ-2	62	-20	100	80	40	50	90	100
ФСГ-2	62	-15	35	35	40	65	85	100
РСИ-12К	72	-5	100	100	65	60	100	100
РСИ-60	93	+ 10	90	100	55	100	100	100
ДСИ	89	+5	100	70	40	75	70	90
КДСИ	56	0	100	95	65	90	95	100

Таблица 42 - Чувствительность к удару баллиститных порохов и топлив
в зависимости от температуры

Индекс топ- лива	Чувствительность к удару на копре K-44-II, % взрывов (Н=200мм, прибор.№2) при температуре, °C				
	-100	-50	20	50	100
ТФА-20/15	40	40	25	5	10
ТФА-53КД	100	100	85	60	30
Т-9-БК-2	0	15	75	45	35
ПДИ-18/10А	100	100	65	40	20
ПДК-18/15	0	5	55	20	5
ПДМ-18/15	0	5	60	40	25
ПД-14/18	80	60	40	35	45
10-БК	60	60	60	70	100
Таблица 43 - Чувствительность ПП к удару при различных температурах

Содержание азота в пироксилине (%N)	% взрывов (т=10кг, Н=250мм, приборчик №1) при температуре		
	+50иС	+ 18иС	-50иС
13.2	100	80	75
12.9	92	68	64
12.7	88	76	60

Неоднозначную зависимость чувствительности к удару от темпе-
ратуры для СРТТ, таблица 42, можно объяснить различным ее влия-
нием на два конкурирующих процесса. При увеличении начальной
температуры возрастает скорость химической реакции и тем самым
повышается вероятность возникновения взрывчатого превращения.
Физико-химические свойства СРТТ, наоборот, с повышением темпе-
ратуры изменяются в направлении снижения вероятности возбужде-
ния взрыва, так как увеличивается пластичность составов, и деформа-
ция образца происходит при невысоких напряжениях. Уровень чувст-
вительности порохов и топлив к механическим воздействиям
существенно зависит от их физико-механических свойств. Так, на-
пример, в ряду нитроглицериновых баллиститных порохов с увеличе-
нием прочности на разрыв и уменьшением эластичности возрастает
частость взрывов. В случае СРТТ на основе различных горючих-
связующих строгой зависимости чувствительности от их физико-
механических свойств не наблюдается.

Индекс топлива	Тс,°C	Чувствительность к удару на Копре БК-6, (% взрывов при Н=1000мм)
ПВНХ-342/2	40	100
ТПКМ-53	35	10
ЛТС-27	0	90
ЛТД-2-124	-10	10
ПАЛ-18/7	-20	10

Из приведенных данных видно, что топлива ПВНХ-342/2 и ТПКМ-
53 при близких значениях температур стеклования резко отличаются по
чувствительности. Видимо существенную роль в формировании уровня
чувствительности СРТТ играет химический состав. Топливо ПВНХ в
качестве горючего-связующего содержит поливинилнитрат с высокой
собственной чувствительностью к механическим воздействиям. Резуль-
тэты исследований чувствительности к удару смесевых топлив одина-
кового состава, но отличающихся по физико-механическим свойствам,
показывают, что имеется определенная зависимость между уровнем
чувствительности и модулем упругости. Так для полиуретанового топ-
лива ПАЛ-18/7 с широким набором физико-механических свойств, по-
лученных путем изменения системы отверждения, чувствительность к
удару понижается по мере увеличения эластичности топлив. Жесткое
топливо (Е=650кг/см2) имеет наибольшую чувствительность, а эластич-
ное (Е=200кг/см2) - наименьшую. Введение в состав СРТТ мощных ВВ
приводит к повышению их чувствительности к механическим воздейст-
виям. Так введение 20% гексогена в состав ПЭКА-18Д приводит к уве-
личению его чувствительности к удару с 10 до 36%. Повышение чувст-
вительности имеет место и при введении мощных ВВ в пороха балли-
ститного типа. При введении октогена и гексогена в состав ПП их
чувствительность к механическим воздействиям изменяется незначи-
тельно, таблица 44.

Таблица 44 — Чувствительность ПП к механическим воздействиям

Индекс пороха	Чувствительность к удару ОСТ В 84-892-83, Но,мм	Чувствительность к трению ОСТ В 84-895-83, Рп„,МПа	Примечание
Пироксилиновый порох (на СА)	50	180	—
ПГ-20ТС	70	220	20% гексогена
ПО-20ТС	50	160	20% октогена

Приведенные экспериментальные данные показывают, что гексоген и
октоген во всех составах ведут себя как индивидуальные ВВ, проявляя
свою собственную чувствительность. Поскольку чувствительность балли-
ститных топлив и СРТТ на неактивном горючем-связующем ниже, чем у
октогена и гексогена, то введение их в составы приводит к увеличению
уровня чувствительности. Чувствительность ПП и мощных ВВ (типа гек-
согена) находится примерно на одном уровне и введение их в состав ПП
практически не изменяет взрывчатые характеристики. Особо чувствитель-
ную к механическим воздействиям группу топлив составляют быстрого-
рящие СРТТ, таблица 45.
Таблица 45 - Чувствительность СРТТ к механическим воздействиям

Индекс СРТТ	Чувствительность к удару, т=2кг		Чувствительность к . трению, давление прижатия, Мпа		Скорость горения, мм/с при Р=4Мпа
	Н=25см, % взрывов	Но, мм	K-44-II1	И-6-2	
Д-18/15	75	75	—	125	56.0
С-2	60-68	75-100	50-100	135	53.0
С-2М	60-72	75-100	50-100	135	53.0
БК-15/10МФ	40-50	150	100-125	165	32.0
ПД-17/18М	24-32	150-200	175-200	300	27.0
ТФА-53 КД	20-28	175-200	100-1500	290	19.0
ПАЛ-18/7	4-12	200-250	—	—	8.0

Из данных таблицы 45 видно, что быстрогорящие СРТТ отличаются
от обычных топлив типа ПАЛ-18/7 повышенной чувствительностью к ме-
ханическим воздействиям. Топлива, в которых используются бороргани-
ческие соединения (С-2, С-2М, Д-18/15), обладают наибольшей чувстви-
тельностью. Особенно высока чувствиительность топлива Д-18/15, полу-
ченного на основе борорганического связующего (Д-20) в сочетании с
борорганическим пластификатором (Д-16). Это можно объяснить тем, что
топливо Д-18/15 по сравнению с составами С-2 и С-2М является более же-
стким и менее термостойким. Сравнение уровней чувствительности и ско-
ростей горения быстрогорящих топлив позволяет говорить о наличии не-
которой взаимосвязи между ними. Чем больше скорость горения топлива,
тем выше чувствительность к механическим воздействиям при близких
физико-механических свойствах и термостойкости.

Существование такой взаимосвязи можно объяснить тем, что уровень
чувствительности и скорости горения определяется одним и тем же факто-
ром - скоростью взаимодействия компонентов в конденсированной фазе.

Наиболее важной характеристикой чувствительности СРТТ к механиче-
ским воздействиям является их чувствительность к трению. Трение имеет место
практически во всех операциях при изготовлении топлив, а удар реализуется
лишь в аварийных ситуациях. Особо остро стоит вопрос об изучении чувстви-
тельности к трению быстрогорящих топлив. Однако данные, полученные на
копрах К-44-Ш и И-6-2, не позволяют в достаточной мере дифференцировать
быстрогорящие топлива. Так для различных по опасности составов С-2М и БК-
15/10 МФ отличие в чувствительности к трению на приборе К-44-Ш составляет
всего лишь шаг изменения давления. Одним из существенных недостатков вы-
шеуказанных приборов является использование в качестве характеристики чув-
ствительности только параметров инициирования. Задача определения чувстви-
тельности к трению с учетом распространения взрывчатого превращения реше-
на С.М.Муратовым с сотрудниками. Ими разработан прибор К-15-3 с поворо-
том воздействующего тела вокруг своей оси на 20 градусов. Основной характе-
ристикой чувствительности на данном приборе является нижний предел часто-
сти распространения горения (максимальное давление прижатия при котором
все из 10 испытаний дают отказы или одно распространение горения). Допол-
нительной характеристикой служит нижний предел частости возбуждения
взрыва (максимальное давление прижатия, при котором отсутствуют очаги
взрывчатого превращения под пуансоном).

Целесообразность такой комплексной характеристики чувствительно-
сти СРТТ (по нескольким параметрам) наглядно прослеживается по ре-
зультатам испытаний топливных масс и отвержденных составов различ-
ных классов, приведенных в таблице 46.

Из приведенных данных видно, что несмотря на то, что основной характе-
ристикой чувствительности взрывчатых систем является нижний предел рас-
пространения горения, привлечение еще нижнего предела возбуждения взрыв-
чатого превращения дает дополнительную информацию о ширине интервала
усилий, от необходимых для инициирования “горячей” точки до воздействий,
формирующих очаг, способный к неограниченному распространению. Для раз-
работки высокочувствительных СРТТ целесообразно иметь как можно боль-
шую информацию о потенциальной взрывоопасности составов.

Таблица 46 - Чувствительность топливных масс и отверждённых составов
при быстром сдвиге на приборах К-44-Ш и К-15-3

СРТТ	Физиче- ское состоя- ние	Давление, отвечающее нижнему пределу частости распространения горения, Мпа		
		Прибор K-44-III	Прибор К-15-3	
			возбуждение	Распространение
Бк-15/10МФс  УДП	масса	75-100	190	205 (10%)
БКМ-15/10 МФ	масса	75-100	265	295 (10%)
БКМ-15/10  МФ 15К	масса	100-125	280	325 (10%)
ОПАЛ-55	масса	160-180	560	725 (20%)
ПЭКА-18 ТВ	масса	160-180	355	785 (40%)
ПД-17/18	масса	175-200	460	930 (40%)
БК-15/ЮМФс  УДП	отвержд.	75-100	295	310(10%)
БКМ-15/10  МФ 15К	отвержд.	100-125	370	415 (10%)
ОПАЛ-55	отвержд.	160ч-180	520	545 (30%)
Сопоставление данных, полученных на приборах K-44-III и К-15-3,
свидетельствует о большей дифференцирующей способности метода оп-
ределения чувствительности с учетом распространения горения. Действи-
тельно, прибор К-15-3 позволяет определить параметры чувствительности
каждого из исследованных топлив, в то время как по результатам испыта-
ний на приборе К-44-Ш все исследованные составы делятся только на две
большие группы. При производстве зарядов из СРТТ достаточно часто
применяется механическая обработка их на токарных, фрезерных и реза-
тельных станках. Эта операция проводится в случаях, когда необходимо
получить сложный профиль заряда при доводке его геометрических раз-
меров. при отрезании дисков топлива и т.д. Опыт промышленности под-
тверждает возможность аварии на операции механической обработки, в
связи с чем изучается чувствительность топлива к механическим воздей-
ствиям при резании и определяются безопасные режимы его обработки.

Применяемые методы оценки безопасности режимов резания принци-
пиально сводятся к следующему:

-	находится режим резания, при котором имеет место загорание топ-
лива и затем назначается в качестве допустимой скорость резания в 2-^3
раза меньшая, чем критическая;

-	определяется температура вспышки топлива или температура начала
его интенсивного разложения, и эта температура принимается за критиче-
скую температуру резца;

- определяется температура и сила трения, развивающаяся при реза-
нии на различных режимах (по скорости резания и глубине подачи резца),
и оценивается степень опасности этих режимов для данного топлива.

Методика заключается в том, что к вращающемуся диску из пороха
поджимается текстолитовый ползун и при различных режимах вращения
замеряется малоинерционной хромель-копелевой термопарой температура
на поверхности трения. Развитие процесса разогрева при резании происхо-
дит по следующей схеме. Работа сил резания при обработке СРТТ затра-
чивается в основном на преодоление сил внешнего трения. В случае доста-
точно крупных зарядов имеет место нестационарное распределение темпе-
ратуры по толщине образца и взрывчатое превращение топлива может
происходить не в виде теплового взрыва, а в виде локального зажигания.
Условием зажигания является равенство скорости теплоприхода от внеш-
него источника и скорости выделения тепла от химической реакции в про-
гретом слое испытуемого образца. Зависимость времени задержки зажига-
ния СРТТ от температуры с учетом нестационарного распределения тем-
пературы дана А.Г.Мержановым:

t3 = (Тп-То)2 С'р'Е/л Q Ко R Т,2 exp E/RT0 (15)

где Т„ - температура поверхности образца, К;

То - начальная температура образца, К;
Q - тепловой эффект реакции разложения, Дж/м2;

С - теплоемкость топлива, Дж/К;

р - плотность топлива, кг/м3;

Е - энергия активации, Дж/моль;

Ко - предэкспоненциальный множитель, С'1;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК).

Формула (15) не учитывает многостадийности процесса, фазовые пре-
вращения, но с достаточной для практики точностью позволяет рассчитать
критические параметры теплового зажигания. При больших скоростях ре-
зания, вследствие малой теплопроводности материала, на поверхности
заряда образуется жидкий слой, обусловленный либо плавлением, в случае
термопластичного баллиститного топлива, либо деструкцией связующего,
в случае СРТТ. Сухое трение переходит в жидкое, и нагрев резца прекра-
щается. Поэтому зависимость температуры поверхности трения (Т„) от
скорости скольжения ползуна (для описанного выше метода) имеет вид,
представленный на рисунке 36.

Зажигание топлив происходит при определенной температуре. На-
пример, РСИ-12К при 220°С, ТФА-53П - 236°С, ТФА-53КД при 272°С,
ПФМ-18/15 - 308°С, ПАЛ-18/7 - 345°С. Для СРТТ на основе линейных
полимеров эта температура близка к температуре перехода поверхностно-
го слоя топлива в расплавленное состояние, а в случае топлив на основе
сшитых полимеров - к температуре разложения. Максимальная же темпе-
ратура поверхностного трения при различных скоростях и нагрузках со-
ставляет для РСИ-12К - 220°С, ТФА-53П и ТФА-53КД - 280°С, ПФМ-
18/15 - 230°С и ПАЛ-18/7 - 308°С, то есть в ряде случаев (топлива РСИ-
12К, ТФА) она достигает значений, достаточных для их воспламенения.
Уровень развивающейся температуры зависит от физико-химических, фи-
зико-механических свойств топлив и от режимов резания.

W (JO loo 150 К %..

Рисунок 36 — Зависимость температуры поверхности трения
от скорости скольжения ползуна
Так с повышением модуля упругости топлива растет температура по-
верхности, независимо от состава топлива. При одинаковом уровне модуля
упругости для различных СРТТ имеет место один и тот же уровень темпера-
туры поверхности трения. Изменение глубины поперечной подачи резца от
0.25 до 3.0 мм приводит к незначительному (на 25-г-50°С) повышению темпе-
ратуры поверхности различных топлив. Скорость резания влияет более суще-
ственно: при изменении ее от 20 до 500 м/мин. температура поверхности рас-
тет от 80 до 320°С. На практике скорость резания обычно не превышает
200-г-250 м/мин. Это обеспечивает уровень температуры поверхности ниже
температуры загорания топлива и исключает аварийную ситуацию. Имеющие
же место аварии на операции механической обработки изделий обусловлены
созданием опасных режимов за счет превышения скорости резания, за счет
наличия взрывов на режущих гранях резца или неправильной заточки его, при
плохом креплении резца или изделия, при наличии в заряде металлических
включений, то есть за счет различного рода отклонений и нарушений техно-
логии. Указанные ситуации определяют и меры, исключающие аварии при
механической обработке зарядов из СРТТ. Для оценки эксплуатационной
безопасности проверяется также возможность загорания или взрыва зарядов и
снаряженных двигательных установок при случайном падении, которое мо-
жет иметь место при разгрузочно-погрузочных работах, установке ракеты на
пусковой площадке и т.д. Методика заключается в том, что снаряженный дви-
гатель или заряд термостатируется при определенной температуре в диапазо-
не ±50°С (чаще всего при отрицательной температуре, как наиболее опасной)
и затем сбрасывается на бетонную площадку или на швеллер №10, установ-
ленный на бетонном основании ребрами вверх. Высота сбрасывания может
изменяться от миллиметров до нескольких метров. Возможными исходами
испытаний при сбросе двигательной установки могут быть: отсутствие вос-
пламенения, воспламенение без разрыва корпуса, воспламенение с разрывом
корпуса, взрыв, детонация.

Чувствительность топлив при падении зависит от состава, физическо-
го и фазового состояния, от чувствительности к механическим импульсам.
Чем выше уровень чувствительности топлива, тем вероятнее его загора-
ние. Топливо в стеклообразном или закристаллизованном состоянии мо-
жет загореться или проявить взрывной характер горения с разрывом дви-
гательной установки, так как при падении происходит растрескивание за-
ряда, увеличение поверхности горения и соответствующий рост давления.
В эластичном состоянии топливо при сбрасывании снаряженного двигате-
ля либо не воспламеняется вообще, либо воспламеняется и сгорает без
разрушения корпуса двигательной установки. При сбросе с высоты 5-5-7 м
двигателей, снаряженных баллиститным или смесевым топливом массой
до 200 кг, воспламенение не происходит. При большей массе заряда на-
блюдаются случаи воспламенения.
Вероятность воспламенения связана не только качественно, но и ко-
личественно с физико-механическими характеристиками топлива и пара-
метрами сброса. Предложен некоторый обобщающий параметр

Ph/aK

где ак - удельная ударная вязкость топлива;

Р - масса заряда;

h - высота сброса.

При прочих равных условиях (Р и h) частота воспламенения зависит
от ак. Установлено, что при ак более 8 Кдж/м2 не наблюдается воспламене-
ния топлива при сбрасывании снаряженных двигательных установок до
энергии удара 103 Кдж для СРТТ и 102 Кдж для баллиститных топлив. Ос-
новным требованием, предъявляемым к снаряженным двигательным уста-
новкам, является отсутствие детонации при падении их с высоты 10 м на
бетонное основание.

Как указывалось выше, в условиях боя начальным импульсом для
взрывчатого превращения пороха или топлива может быть воздействие
быстролетяшего тела (пули или осколка). Воздействие пули на топливо
имеет следующие особенности: напряжения, возникающие в порохе в
1020 раз меньше напряжений при испытаниях на копрах, а скорость раз-
вития напряжений в 50-1-60 раз выше. Поэтому одним из определяющих
факторов в процессе воспламенения топлива является скорость пули в мо-
мент встречи с зарядом.

В случае баллиститных порохов пуля или осколок, летящие со скоро-
стью 700 м/с, не вызывают каких-либо взрывчатых превращений. С увели-
чением скорости пули вероятность воспламенения возрастает и при скоро-
сти 2500^-2900 м/с удар пули или осколка обычно приводит к взрыву.

Чувствительность к прострелу также увеличивается, если пуля прохо-
дит через оболочку (корпус), так как при этом образуются осколки с высо-
кой энергией, которые могут вызывать взрывчатое превращение порохов и
топлив.

С повышением взрывчатых характеристик, то есть чувствительности к
удару, трению, - чувствительность к прострелу пулей возрастает. Причи-
ной химического разложения при движении пули является разогрев, воз-
никающий в пограничном слое. При пробивании пулей среда поглощает
механическую энергию в основном за счет необратимой пластической де-
формации и за счет трения. Проникая в толщу пороха, пуля способна ув-
лекать за собой частицы пороха, вследствие чего возникает трение между
пороховыми частицами, которое может привести к воспламенению.

В качестве параметра относительной чувствительности к прострелу
пулей может служить величина так называемой критической толщины
топлива. Это та минимальная простреливаемая толщина топлива, при ко-
торой наблюдаются признаки химического разложения в виде воспламе-
128
нения или в виде взрывного горения. Критическая толщина, например, для
топлива Т9БК-6 составляет 140 мм при простреле пулей заряда без обо-
лочки. Топливо Т9БК-4 не воспламеняется при толщине заряда -136 мм, а
при простреле пулей заряда в стальной оболочке имеет место воспламене-
ние при 67 мм, то есть оболочка дает активные осколки, играющие роль
разогревающих элементов. Чувствительность к прострелу пулей неполи-
меризованной массы и готового топлива, например, на основе бутилкаучу-
ка практически одинакова. Введение в топливо бризантных ВВ повышает
его чувствительность к прострелу пулей или осколком.

СРТТ в эластичном состоянии при простреле пулей обычно воспла-
меняется и спокойно сгорает. Если топливо находится в стеклообразном
или закристаллизованном состоянии, то его разложение при простреле
имеет взрывной характер. Так, например, тиокольное топливо в закристал-
лизованном состоянии при простреле пулей проявляет взрывной характер
горения, сопровождающийся разрывом двигательной установки. Это свя-
зано с тем, что при ударе пули имеет место хрупкое разрушение, закри-
сталлизованое топливо растрескивается с образованием большой поверх-
ности горения, что и приводит к незакономерному и быстрому подъему
давления. В незакристаллизованном состоянии это топливо даже при -50°С
при простреле пулей сгорает нормально.

Нитроцеллюлозные пороха воспламеняются при простреле пулей при
толщине заряда 100 мм, а дымный порох при толщине — 14-ь 15 мм. Таким
образом, в каждом конкретном случае необходима оценка поведения топ-
лива при воздействии быстролетящего тела. При этом должны выбираться
наиболее жесткие условия, которые могут возникнуть при применении
данного вида пороха или топлива. Так действующим требованием, предъ-
являемым к СРТТ, является отсутствие детонации при простреле пулей
массой 9.8 г со скоростью 2000 м/с или осколком массой 20 г, летящим со
скоростью 1000 м/с/.

13.4	Чувствительность порохов и топлив к детонационно-
му импульсу

В зависимости от природы порохов и топлив и условий возбуждения в
них химической реакции процессы взрывчатого превращения могут протекать
как в форме горения, так и в форме детонации. Чувствительность порохов и
топлив к детонационному импульсу имеет особо важное практическое значе-
ние, связанное с безопасным их производством и эксплуатацией.

Восприимчивость порохов и топлив к взрывному импульсу оценива-
ют либо их реакцией на подрыв детонатором КД №8, либо определяют
наименьшую массу детонатора, при которой возбуждается детонация.
Большинство порохов и топлив, как правило, не детонируют от КД №8.
Для возбуждения взрывчатого превращения ПП и БП кроме КД №8, необхо-
дим дополнительный детонатор из бризантного ВВ массой 5-50г. Для возбу-
ждения взрыва монолитных СРТТ требуется более мощный взрывной им-
пульс и при этом не всегда удается вызвать детонацию зарядов из них. Так,
например, блок топлива ПАЛ-18/7 диаметром 1м и длиной 2.8 м не детониру-
ет от дополнительного детонатора из тротила массой 62 кг.

Восприимчивость к взрывному импульсу, кроме того, характеризует-
ся чувствительностью порохов и топлив к действию ударной волны. Дан-
ный метод основан на определении критического давления (Рк) на выходе
из преграды, при котором в условиях испытания детонация заряда не воз-
буждается (ОСТ В 84-899-74).

Таблица 47 - Детонационная способность некоторых порохов,
топлив и бризантных ВВ

Взрывчатая систе- ма	Вид образца	Критиче- ский диаметр, мм	Критиче- ское давление, РК) Кбар	Скорость детонации Д, м/с	Тротило- вый экви- валент а
Баллиститное топливо (Н,НМФ)	шашка	19-26	70-90	6900-7100	0.7-0.8
Баллиститное топливо (РСТ, РСИ)	шашка	1.5—16	40-45	7000-7200	O.7-O.8
Смесевое топливо на инертном свя- зующем	стружка	—	200	2000-5-4000	0.4-0.7
Смесевое топливо на инертном свя- зующем	шашка	1000	—	—	—
Смесевое топливо на активном свя- зующем, а также с мощными ВВ	шашка	15-40	—	5500-5800	0.7-0.9
Пироксилиновый порох	зерна	—	—	—	—
Дымный порох	зерна	—	—	—	0.35
Гексоген (поли- дисперсный по- рошок	порошок	3.2	1.25	9000	1.2
Тротил	—	11	—	7200	1.0
Характеристиками детонационной способности порохов и топлив,
кроме перечисленных величин, являются также критический диаметр де-
тонации, скорость детонации и тротиловый эквивалент. В таблице 47 при-
ведены данные по детонационной способности некоторых классов поро-
хов, топлив и бризантных ВВ. Данные таблицы 47 показывают, что крити-
ческие диаметры детонации порохов и топлив, за исключением
монолитных СРТТ на неактивном горючем-связующем, находятся на
уровне бризантных ВВ.

Однако пороха и топлива отличаются от вторичных ВВ пониженной
чувствительностью к ударной волне, критические давления у них на 1+2
порядка выше. Именно это свойство обеспечивает им сравнительно высо-
кую взры небезопасность даже при малых критических диаметрах некото-
рых составов. Несмотря на то, что по энергетическим характеристикам и
работоспособности СРТТ превосходят тротил, их тротиловый эквивалент
(в случае неактивного связующего) составляет всего 0.4+0.6, в то время
как для баллиститных порохов он достигает значения 0.7+0.8 и выше. По
уровню скорости детонации баллиститные пороха и топлива также пре-
восходят СРТТ и приближаются к бризантным ВВ. Поэтому баллиститные
топлива, для которых истек срок служебной пригодности, представляют
больший интерес для использования в качестве промышленных ВВ.

Детонационная способность порохов и топлив чаще всего характеризует-
ся величиной критических диаметров, определяемых в соответствии с ОСТ В
84-898-74. Находят dK - минимальный диаметр заряда, при котором во всех
испытаниях (не менее 3) возбуждается устойчивый процесс детонации, и do -
максимальный диаметр заряда, при котором во всех опытах детонация не воз-
буждается. Согласно Ю.Н.Харитону, невозможность стационарного детона-
ционного режима при диаметрах заряда меньше критического обусловлена
действием боковой волны разряжения, возникающей при взрыве заряда и по-
глощающей энергию из зоны химических превращений. Вследствие этого во
фронт ударной волны, предшествующей зоне интенсивных химических реак-
ций, поступает не вся энергия этих реакций, а лишь некоторая их часть. При 
чем чем меньше диаметр заряда, тем выше относительная доля потерь энергии
и, следовательно, тем ниже должны быть параметры детонационной волны.
При диаметрах заряда меньше критического эти потери столь велики, что ста-
ционарная детонация вообще невозможна. Обозначим через т — время, необ-
ходимое для полного протекания химических реакций, а через 6 - время, ко-
торое требуется для схождения боковой волны разряжения к оси заряда. Тогда
можно записать, что

т= L/D	(16)

e=d,/2c	(17)

где L - глубина зоны химических превращений;
d3 - диаметр заряда;

с - скорость волны разряжения, равная скорости звука в продуктах
детонации.

Величина т в основном определяется природой взрывчатой системы и
не зависит от диаметра заряда, а 0 существенно зависит от последнего. С
уменьшением диаметра заряда 0 уменьшается и если т становится больше
0, то боковая волна разряжения сходится к оси раньше, чем успевают за-
вершиться все химические реакции и детонационный процесс затухает.
Все параметры, уменьшающие время протекания реакций в зоне химиче-
ских превращений, приводят к снижению dKp и увеличению детонацион-
ной способности исследуемых систем.

Таким образом, критический диаметр можно рассматривать в качестве
основной меры детонационной способности различных взрывчатых систем
и, в частности, ракетных топлив.

В таблице 48 приведены экспериментальные данные о величине dKp
для конкретных топлив как баллиститного, так и смесевого типа. Топлива
испытывались в виде монолитных шашек (ш) или в виде стружки (с) при
плотности заряжания 1.0 г/см3. Из данных таблицы 48 видно, что балли-
ститные составы с катализаторами и стабилизаторами горения обладают
более высокой детонационной способностью по сравнению с составом
“Н”. В таблице 49 приведены значения критических диаметров состава
РСТ-4В с добавками. Все исследованные добавки повышают детонацион-
ную способность баллиститных топлив, причем критический диаметр с
уменьшением размера частиц добавки также снижается. Вероятно, что при
прохождении ударной волны по баллиститному топливу частицы твердых
добавок становятся центрами реакции - очагами, от которых воспламеня-
ется пластичная часть топлива. Причем, чем выше твердость, плотность и
дисперсность добавки, тем больше вероятность возникновения центров
химической реакции во фронте детонационной волны.

СРТТ в отличие от баллиститных топлив являются гетерогенными
системами, продолжительность химических реакций в детонационной
волне, особенно в плотных зарядах, для них довольно велика, поэтому они
имеют большие значения критических диаметров. Так, СРТТ на неактив-
ном горючем-связующем, как правило, оказываются детонационно спо-
собными до значительных диаметров. Однако, заряды из стружки этих
топлив становятся детонационно способными при диаметрах 10-^40 мм.
Детонационная способность зависит от времени инициирования ударной
волной химической реакции, которое тем меньше, чем больше пористость
состава. Скорость диффузии газообразных продуктов разложения окисли-
теля и связующего внутрь заряда также увеличивается с пористостью. Та-
ким образом, увеличение пористости приводит к увеличению концентра-
ции “горячих точек” при действии ударной волны на заряд.

Таблица 48 — Критические диаметры детонации ракетных топлив

Марка топлива		Вид продукта	ОСТ В 84-898-74	
			dK, мм	do, мм
Н		Ш	26.0	23.0
НМФ-2		Ш	19.0	18.0
РСИ-12К		Ш	3.3	3.0
РАМ-ЮК		Ш	16.0	15.0
РСТ-4К		Ш	2.0	1.9
РНДСИ-5К		Ш	3.3	3.0
ПАЛ-18/7		ш	—	1000
ПАЛ-18/7		с	25.0	20.0
Т9БК		ш	___	1000
Т9БК		с	40.0	30.0
ПВНХ		ш	120.0	100.0
ПВНХ		с	10.0	8.0
ПЭКА-54		ш	15.0	10.0
ПЭКА-18тг-20		ш	40.0	30.0
ГЕКСОГЕН		ш	3.2	2.8
*	ТРОТИЛ	ш	11.0	10.5

Таблица 49 - Критические диаметры детонации состава РСТ-4В с добав-
ками

Состав РСТ-4В с добавками	Размер частиц, мкм	Критический диаметр	
		dK, мм	d0, мм
	—	12.0	11.5
2% ТЮ2	100-200	7.5	7.3
2% TiO2	50	4.5	4.0
0.5% Со2О3	100-200	6.0	5.5
0.5% Со2О3	50	3.8	3.5
3% Рв2СО3	100-200	2.1	1.8
3% Рв2СО3	50	1.2	1.1

Замена инертного горючего-связующего на активное приводит к су-
щественному уменьшению критического диаметра. Объяснить это можно
тем, что активное горючее-связующее легче газифицируется и обеспечива-
ет более интенсивный подвод тепла и, в конечном счете, уменьшает время
химической реакции в детонационной волне.

Из данных, приведенных ниже, также видно, что введение мощных
ВВ, в частности, гексогена в состав СРТТ увеличивает детонационную
способность топлив. Известно, что в СРТТ, содержащих гексоген, замена
перхлората аммония на хлористый калий не приводит к существенному
изменению критических диаметров.

Топливо

dK, мм do, мм

ПЭКА-18-ТГ-20 (20% гексогена)	40.0	30.0
ПЭКА-18-ТГ-20 с заменой пха на KCL	60.0	50.0
ПЭКА-54 (35% гексогена)	15.0	10.0
ПЭКА-54 с заменой пха на KCL	20.0	15.0

Приведенные данные показывают, что критические диаметры топлив,
содержащих в своем составе как ПХА, так и хлорат калия, отличаются не-
значительно. Преимущественная роль гексогена в детонационной реакции
объясняется тем, что скорость процесса взрывчатого разложения гексогена
в несколько раз превышает скорость разложения остальных компонентов.
Таким образом, гексоген в составе топлива ведет себя, как зафлегматизи-
рованное ВВ, а роль остальных компонентов топлива, в том числе ПХА, в
реакции взрывчатого превращения незначительна.

Увеличение детонационной способности топлив с уменьшением раз-
мера частиц гексогена в составе хорошо иллюстрируется данными для не-
отвержденной топливной массы ПЭКА-18ТТ-20.

Удельная поверхность гексогена в составе, см2/г	dK, мм	d0, мм
2000	15.0	10.0
500	40.0	30.0
430	60.0	50.0
250	80.0	70.0

Существенное влияние на детонационную способность СРТТ оказы-
вает также природа окислителя. На примере составов ТТА и ТТК показа-
но, что замена нитрата аммония на ПХА значительно усиливает детонаци-
онные характеристики СРТТ. Так критический диаметр детонации (dK) для
зарядов ТТА (стружка, спрессованная до плотности 1.0 г/см3) составляет
20 мм, а для состава на ПХА при тех же условиях - 10 мм.
Для ПХА - основного окислителя в СРТТ исследовано влияние раз-
личных факторов на величину критического диаметра детонации. Показа-
но, что детонационная способность ПХА зависит от размера его частиц.

Фракция ПХА, мкм	dK, мм	dfl, мм
315+700	120	ПО
160+315	90	80
50	32	30
3+4	20	14

Подробно исследовалось влияние различных горючих добавок на де-
тонационную способность ПХА. Практически все органические добавки
снижают его критический диаметр детонации, причем детонационная спо-
собность ПХА заметно усиливается при содержании 1+2% горючих доба-
вок, становится довольно высокой при 3+5% и достигает максимального
значения при 10+15%.

13.5	Чувствительность к тепловому импульсу

Чувствительность к тепловому импульсу чаще всего характеризуется
температурой вспышки. Температура вспышки — та минимальная темпера-
тура, до которой должен быть нагрет порох определенной навески для его
воспламенения. Вспышка должна сопровождаться световым или звуковым
эффектом. Данные по температуре вспышки при 5 и 300-секундной за-
держке порохов и ВВ приведены в таблице 50.

Таблица 50- Температура вспышки некоторых порохов и ВВ

Наименование ВВ	Твсп> С при Тзад 5сек	Твсп,°С при тзад=300сек
Пироксилин	—	185+195
Нитроглицерин	220	210
БП	270	180+220
ДРП	—	290+310
Т ротил	475	290
СРТТ (на основе ПХА и инертного связующего	250+350	200+300

Нитроцеллюлозные пороха и НЦ имеют температуру вспышки ниже,
чем Ткп. ДРП и ВВ. Температура вспышки не характеризует воспламеняе-
мость пороха, а лишь температурную устойчивость пороха к нагреву и
относительную химическую стойкость вещества, если речь идет о вещест-
вах одной природы. Температура вспышки нитроцеллюлозных порохов
определяется термической стойкостью НЦ и нитроэфира. Так как темпера-
тура интенсивного разложения компонентов СРТТ: связующих каучуков и
ПХА находится на уровне 200300°С, то и температура вспышки СРТТ
составляет 200-г-300°С. В случае активных связующих с NO2 и ONO2 груп-
пами (нитро-, нитрато- нитраминополиэфиры) уровень температуры
вспышки определяется термической устойчивостью связующего, а по-
сколько она ниже термической устойчивости неактивных связующих и
характеризуется температурным диапазоном 160+190°С, то и СРТТ на их
основе имеет этот же уровень Твсп. В общем случае уровень термической
устойчивости порохов и топлив, а соответственно и Твсп определяется
термической устойчивостью самого нетермостойкого компонента.

Таким образом, пороха и топлива по чувствительности к тепловому
импульсу можно расположить в ряд:

ПП > БП > СРТТ > ДРП > ВВ

13.6	Тротиловый эквивалент

Пороха и СРТТ могут взрываться и детонировать, поэтому необходи-
мо знать разрушающий эффект при взрыве для расчета сооружений, защи-
ты, оценки опасности для окружающих объектов и т. п. Тротиловый экви-
валент - относительная величина, выражающая работоспособность данно-
го пороха или топлива через показатель работоспособности тротила. За
эталон принимается тротил с плотностью 1.5 г/см3 и с теплотой взрыва
4186 кДж/кг (1000 ккал/кг), отвечающей данной плотности.

а= А„ 100/Ат

где Ап - работоспособность пороха;

Ат - работоспособность тротила.

В другой, адекватной по физическому смыслу трактовке, тротиловый
эквивалент определяется как отношение массы тротила к массе данного
пороха, обладающих равной работоспособностью

а = mr 100/m.i

Определяется тротиловый эквивалент при положительных и отрица-
тельных температурах. Одна из методик заключается в том, что заряд или
ДУ, снаряженный топливом, устанавливается в яму, засыпается грунтом и
затем с помощью активного заряда из ВВ инициируется взрыв изделия
(инициирование с верхнего торца изделия). Замеряется размер воронки. По
этим размерам вычисляется количество тротила, которое понадобилось бы
для образования такой же воронки. По полученным данным вычисляется
тротиловый эквивалент.

Тротиловый эквивалент зависит от состава топлива, его физического
состояния, температуры, наличия или отсутствия оболочки.

1.	С понижением термостойкости связующего эффект взрыва выше.
Так эффект взрыва (ТЭ) для топлив ТФА-53КД и НПА-24/20 значительно
выше, чем для топлив

ПФМ-18/15 и ПАЛ-18/7. Например, при положительных температу-
рах, тротиловый эквивалент равен, таблица 51:

Таблица 51 - Тротиловый эквивалент баллиститных порохов

Наименование топли- ва	Температура	Тротиловый эквива- лент, %
ТФА-53КД	+40	24
ПФМ-18/15	+50	6
НПА-24/20	+50	109
ПАЛ-18/7	+ 18	7.7
НМФ-2	+18	50

Как видно из приведенных данных, БП имеют высокий ТЭ взрыва, со-
ставляющий 50% по отношению к тротилу. Топлива ПАЛ-18/7 и ПФМ-
18/15 существенно слабее тротила. Особенно высокий ТЭ имеет топливо
на активном связующем НПА-24/20, превосходящее по взрывному эффек-
ту тротил.

2.	Температурная зависимость ТЭ для различных топлив неодинако-
ва. Она существенна для топлив на основе менее термостойких связующих
и мала для топлив на термостойких неактивных связующих. Так измене-
ние температуры от +50 до -50°С приводит к ТЭ, равному 6 и 3.7% соот-
ветственно в случае топлива ПФМ-18/15. В случае ПАЛ-18/7 при измене-
нии температуры от +18 до -50°С ТЭ изменяется от 7.7 до 11 %. Изменение
температуры от +40 до -40°С в случае топлива ТФА-53КД приводит к ТЭ,
равному 24 и 2% соответственно. Изменение температуры от +50 до -50°С
в случае НПА-24/20 приводит к ТЭ, равному 109 и 33% соответственно.

Таким образом, общая закономерность заключается в том, что с по-
вышением температуры ТЭ практически всех видов топлив повышается.

В зависимости от природы связующего, температуры и, видимо, фи-
зико-механических свойств топлив абсолютные величины ТЭ существенно
отличаются и меняются в пределах от 2 до 109%. Одной из причин раз-
личного взрывного эффекта и различной величины ТЭ является то, что при
инициировании топлива активным зарядом в нем под инициатором возни-
кает детонационная волна, которая по мере прохождения по шашке зату-
хает и переходит в слабую ударную волну. Повышенное значение ТЭ для
топлив ТФА и НПА обусловлено, видимо, тем, что затухающая детонация
в них проходит на значительно большее расстояние по сравнению с топли-
вами ПФМ и ПАЛ. При прохождении детонации по всему заряду наблю-
дается наибольший взрыв ной эффект, то есть и наибольший ТЭ (напри-
мер, ТЭ НПА-24/20 при +50°С равен 109%).

Свойства топлив, температурные условия влияют на процесс передачи
детонации и его глубину, чем и объясняется различный эффект. При взры-
ве заряда наблюдается разброс горящих и не горящих кусков топлив в ра-
диусе от 300 до 750 м. При подрыве в корпусе ДУ тротиловый эквивалент
повышается. Например, при подрыве изделия “Кондор” и заряда из топли-
ва ТФА-53П при температурах +18, +40 и —40°С ТЭ равен соответственно
71, 94, и 70%, то есть в этих условиях заряд приближается по своей мощ-
ности к тротиловому.

Тротиловый эквивалент является важнейшей характеристикой поро-
хов и топлив, учитываемой при проектировании объектов и их территори-
альном размещении, при разработке средств защиты и организации произ-
водства. При передаче вновь разработанных порохов и топлив на освоение
в валовом производстве или для использования в ОКР в паспорте топлива
или пороха обязательно приводится его величина.
14 ФИЗИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ПОРОХОВ И
ТОПЛИВ

Пороха и СРТТ являются сложными системами, включающими в се-
бя компоненты с различными физико-химическими свойствами. В процес-
се длительного хранения эти системы претерпевают изменения, которые
сопровождаются изменением или потерей необходимых эксплуатацион-
ных свойств и могут привести к состоянию, когда дальнейшее хранение их
становится небезопасным.

Постоянство физико-химических, физико-механических и баллисти-
ческих свойств в процессе длительного хранения в данных климатических
условиях является важнейшей эксплуатационной характеристикой поро-
хов и топлив и оценивается показателем физической стабильности.

Под стабильностью понимают сохранность во времени целостности
заряда и комплекса его эксплуатационных характеристик, определяющих
работоспособность и эффективность.

Таким образом, стабильность определяет гарантийные сроки служеб-
ной пригодности боеприпаса, в течение которых обеспечивается его на-
дежное функционирование.

Исследования физической стабильности показывают, что в процессе
хранения ПП изменяется содержание летучих веществ и происходит пере-
распределение флегматизатора; в случае НГП имеет место улетучивание
нитроглицерина, экссудация его на поверхности и распределение концен-
трации по слоям, а также выкристаллизовывание на поверхности пороха
твердых компонентов; в случае СРТТ имеет место так называемое старе-
ние топлива, обусловленное, в основном, термоокислительной деструкци-
ей полимера и другими процессами. При хранении имеют место и процес-
сы химического разложения наименее стойких компонентов. Все эти про-
цессы приводят к изменению эксплуатационных свойств порохов и
топлив, а их химическое разложение в неизотермических условиях может
привести и к самовоспламенению. Поэтому для всех видов порохов и топ-
лив определяются гарантийные сроки (ГС) хранения.

Различают срок служебной пригодности - это время, в течение кото-
рого пороха и топлива сохраняют эксплуатационные свойства на требуе-
мом уровне при полной безопасности в обращении, и срок безопасного
хранения — это время, в течение которого исключается возможность само-
произвольного воспламенения или взрыва.

Срок служебной пригодности и срок безопасного хранения обычно не
совпадают. Пороха и топлива могут потерять необходимые эксплуатаци-
онные свойства, но еще могут безопасно храниться. В этом случае допус-
кается переработка “устаревших” порохов с внесением соответствующих
корректив в состав и дальнейшее их использование.
Стабильность порохов и топлив и правильное определение ГС имеют
важное народно-хозяйственное значение, так как позволяют с одной сто-
роны решить вопросы экономического характера, то есть определить не-
обходимые мощности пороховых заводов и снаряжательных баз, необхо-
димые мобилизационные запасы, а с другой - обеспечивать гарантирован-
ную надежность и эффективность данного вида боеприпаса.

О большом экономическом значении стабильности можно судить, на-
пример, по американским данным о том, что увеличение срока службы
ракеты “Минитмен” на один год позволило бы получить экономию более
240 млн. долларов.

Проблема стабильности является одной из наиболее сложных. Если
еще 35-М0 лет назад, когда применялись заряды простой конструкции и
небольших габаритов, вопрос стабильности сводился в основном к иссле-
дованию химической стойкости пороха и термостабильности шашек, то на
современном этапе появились новые топлива, усложнилась геометрия за-
рядов, увеличились габариты, появились специфические условия хране-
ния: длительное нахождение в вертикальном положении, воздействие вы-
соких температур, нагрузок и тому подобное. Все это в еще большей сте-
пени усложняет выявление сроков хранения и требует разработки
объективных методов их оценки и прогнозирования.

Проблемой стабильности пороховики занимались уже на ранних эта-
пах развития пороходелия. В конце 19 века Киснемский Г.Т. впервые ис-
следовал кинетику распада отечественных ПП, дал анализ кинетических
кривых, вывел эмпирические зависимости скорости их распада от темпе-
ратуры и сделал попытку расчета на основе полученных данных ГС хране-
ния при температурах складского хранения. Он впервые организовал мас-
штабные исследования изменений физико-химических и баллистических
свойств ПП в различных климатических зонах и проводил их в течение 10
лет. Важное значение для оценки стабильности порохов имели работы Са-
пожникова А.В., проведенные в начале 20 века, по кинетике термического
разложения НЦ, а также работы Рогинского С.З. по термической стабиль-
ности ВВ и работы Андреева К.К., Дубовицкого Ф.И., Светлова Б.С. с со-
трудниками, выполненные в наше время на уровне современной химиче-
ской кинетики. В 1936-5-1940 г. Клименко Г.К. с сотрудниками отошли от
качесттвенных штатных методик оценки стойкости, ввели понятие форси-
рованного старения применительно к ПП и БП и применили принцип
справедливости температурно-временной эквивалентности процесса раз-
ложения порохов.

Яковлев Т.И., Петров А.С., Бакаев А.С. разработали методологиче-
ский подход к оценке ГС хранения БП (особенно крупногабаритных) с
позиций так называемой физической целостности изделий. Теоретические
и экспериментальные методы исследования стабильности БП и СРТТ на
современном уровне развиты в работах Гейхмана Б.Д., Клименко Ю.К.,
Манелиса Г.В и др. Исследования физической стабильности порохов и
топлив постоянно проводятся во всех отраслевых институтах, на кафедрах
вузов и военных училищ. В связи с развитием СРТТ была создана специ-
альная комиссия по стабильности при Межведомственном координацион-
ном совете по СРТТ, которая организует и проводит исследования в лабо-
раторных и натурных условиях, обобщает результаты исследований и дает
рекомендации по гарантийным срокам.

14.1	Факторы, влияющие на стабильность

Стабильность порохов н топлив зависит от большого числа факторов,
значимость которых определяется видом пороха, его размерами, условия-
ми хранения, способом снаряжения и так далее. Стабильность порохов и
СРТТ в значительной мере определяется стабильностью исходных компо-
нентов, их химической и термодинамической совместимостью, природой
полимерной основы порохов. Так для артиллерийских порохов пирокси-
линового и баллиститного типов основными факторами, влияющими на
стабильность, являются: температура, влага, химическая стойкость исход-
ных нитроэфиров, термодинамическая устойчивость системы. Помимо
этих факторов, на стабильность крупногабаритных зарядов из БП влияют
напряжения, возникающие в шашке в процессе формования заряда и за
счет газовыделения и приводящие к его механическому разрушению. На
стабильность СРТТ также сильно влияет температура, влага, адгезионная
прочность связи между полимером и наполнителем, термодинамическая
совместимость компонентов, процессы взаимной диффузии компонентов
топлива и бронирующего слоя, процессы газовыделения за счет разложе-
ния компонентов, прочность адгезионного шва на границе заряд-
бронепокрытие, кристаллизуемость полимерной основы. Некоторые из
этих факторов особенно значимы для прочноскрепленных с корпусом за-
рядов СРТТ (прочность адгезии между полимером и наполнителем, проч-
ность адгезионного шва, кристаллизуемость связующего), находящихся в
напряженном состоянии.

14.2	Виды стабильности

В общей постановке вопроса стабильность системы прежде всего свя-
зана с необратимыми термодинамическими и химическими процессами, в
результате которых могут изменяться эксплуатационные свойства зарядов,
а также с нарушением целостности и формы заряда под действием возни-
кающих в нем напряжений. Последнее наиболее характерно для крупнога-
баритных зарядов вообще и для крупногабаритных зарядов, прочноскреп-
ленных с корпусом, в особенности. Напряжения могут возникать за счет:
изменения температуры (термоупругие напряжения), собственного веса
изделия, разницы в теплофизических свойствах топлива, защитно-
крепящего слоя и корпуса, тряски и вибраций при транспортировке и дру-
гих факторов. Под действием этих напряжений может искажаться форма
заряда и нарушаться его целостность, вследствие чего функционирование
заряда может быть аномальным. Отсюда можно различать следующие ви-
ды нестабильности:

-	нестабильность, обусловленная термодинамическим расстройством
системы;

-	нестабильность, обусловленная химическими процессами при теп-
ловом старении;

-	нестабильность, обусловленная видом и величиной напряжений,
возникающих в заряде.

Тепловое старение, термодинамическое расстройство и напряжения,
развивающиеся в заряде, являются основными причинами, приводящими к
необратимым изменениям их эксплуатационных свойств при хранении. В
связи с многообразием одновременно действующих факторов процесс из-
менения свойств порохов является сложным брутто-процессом.

14.3	Методологические основы оценки стабильности

Оценка стабильности предполагает прогнозирование времени сохра-
нения эксплуатационных характеристик порохов и топлив под воздействи-
ем теплового старения, влажности, нагрузок и других, перечисленных вы-
ше, факторов. Обычно при нормальной температуре изменения свойств
идут очень медленно, поэтому определение стабильности, а, следователь-
но, и ГС путем наблюдения за свойствами в условиях естественного хра-
нения оказалось бы очень длительным. Для вновь же разрабатываемых
порохов и топлив характеристика стабильности и ГС должны выдаваться
уже в процессе их разработки, так как это в большой степени определяет
целесообразность разработки данного топлива вообще. Поэтому в иссле-
довательской практике прибегают к ускорению, форсированию процессов
старения. В качестве фактора, ускоряющего процессы старения, обычно
выбирают температуру. То есть проводят старение в форсированных усло-
виях при повышенных температурах, а затем экстраполируют полученные
результаты на нормальную или другую интересующую температуру и про-
гнозируют ГС при данных условиях хранения.

Оценка стабильности включает следующие этапы:
1.	Изучение стабильности в форсированных условиях и получение
кинетических параметров процесса.

2.	Расчетная оценка ГС с использованием кинетических парамет-
ров.

3.	Изучение стабильности в реальных условиях хранения путем оп-
ределения изменений свойств по образцам-свидетелям или образцам, от-
бираемым от хранимого изделия.

4.	Оценка соответствия прогнозируемого ГС по результатам форси-
рованного старения с фактически полученным сроком пригодности и
уточнение срока служебной пригодности.

5.	Оценка работоспособности изделия, зарядов путем проведения
огневых стендовых испытаний в процессе и в конце хранения в реальных
условиях и подтверждение правильности назначенного ГС.

Методики форсированного старения предусматривают строгое со-
блюдение условий, обеспечивающих объективность получаемых результа-
тов: постоянство относительной влажности окружающей среды и содер-
жания влаги в испытуемых образцах, постоянство отношения m/v или s/v
при изучении кинетики разложения по манометрической пробе, так как в
зависимости от этих условий, например, от величины m/v, характер разло-
жения может сильно изменяться, соблюдение степени напряженности изу-
чаемой системы, так как напряжения, возникающие в реальных зарядах,
влияют на механо-химические процессы, протекающие при хранении за-
рядов.

14.4	Выбор параметров для оценки стабильности

Большое значение имеет выбор параметра, по изменению которого
в процессе форсированного старения судят о стабильности порохов и
топлив. К числу важнейших эксплуатационных характеристик порохов
и топлив относятся: энергетические, баллистические, физико-
механические, химический состав, химическая и термическая стабиль-
ность, сохранность целостности и формы зарядов. Изменение этих ха-
рактеристик допустимо в достаточно узких пределах и по их измене-
нию в процессе старения можно судить об эксплуатационной надежно-
сти и определять ГС.

Необходимо контролировать возможные изменения всех основных
параметров, но среди них выбрать наиболее чувствительный, так назы-
ваемый критический параметр системы. Критическим параметром сис-
темы называется параметр, величина которого изменяется наиболее
существенно. Расчет ГС следует вести по критическому параметру. На-
копленный опыт показывает, что для порохов и топлив различной при-
роды таким чувствительным параметром могут быть различные харак-
теристики. Так для нитроцеллюлозных порохов чувствительными па-
раметрами могут быть: в случае ПП и артиллерийских БП - химиче-
ский состав, химическая стойкость, энергетические и баллистические
свойства; в случае крупногабаритных БП, наряду с перечисленными,
чувствительным параметром являются физико-механические свойства;
в случае СРТТ критическим параметром являются физико-
механические свойства, тогда как все остальные свойства, перечислен-
ные выше, для топлив штатных составов изменяются в пределах, не
имеющих существенного значения для практики.

Неправильный выбор параметра стабильности может привести к
грубым ошибкам в назначении ГС. Так, например, оценка стабильности
СРТТ на основе изучения химической стабильности при высоких тем-
пературах по газовыделению в процессе нагрева топлива показывает,
что СРТТ являются стабильными системами, допустимые сроки их
хранения велики и никакой проблемы физико-химической стабильно-
сти, следовательно, нет. Если в качестве критерия эксплуатационной
пригодности принять время разложения 1% СРТТ. то по данным газо-
выделения в манометре Бурдона при 50°С ГС для различных СРТТ со-
ставляют величины, приведенные в таблице 52. То есть, действительно,
проблемы химической стойкости и, следовательно, стабильности СРТТ,
согласно полученным данным, нет. На самом же деле, в сложной гете-
рогенной системе, какой являются СРТТ, в которой окислитель (пер-
хлорат аммония) находится в контакте с полимерным связующим,
склонным к термоокислительной деструкции, даже при умеренных
температурах идут физико-химические процессы, приводящие к изме-
нению физико-механических свойств топлива, которые ни газовыделе-
нием, ни потерей массы не фиксируются. Следовательно, определение
ГС по данным химической стабильности не отражает реальной картины
изменения эксплуатационных свойств СРТТ, в связи с чем ГС могут
быть назначены неправильно. Поэтому назначение ГС для СРТТ дела-
ется. прежде всего, с учетом изменений физико-механических характе-
ристик: модуля упругости, прочности при растяжении и сжатии, отно-
сительной деформации, коэффициента Пуассона.

Таблица 52 - Гарантийные сроки хранения некоторых СРТТ

Топливо	Время разложения 1% топлива при 50иС, годы
Т9-БК-2	287
ЛТ-6	2870
НГ-2-60ДТ	1140
РСИ-12К	4
14.4.1 Выбор температуры

Для экстраполяции результатов исследований форсированного ста-
рения при повышенных температурах к температурам реального хране-
ния и оценки ГС форсированное старение обычно проводится не менее,
чем при пяти температурах. Чаще всего это температура от 80з-90°С до
12О-ЧЗО°С, которая изменяется с интервалом 10°С. Выбор такого тем-
пературного интервала связан с необходимостью получения кинетиче-
ских изменений контролируемых параметров за относительно короткое
время, так как при более низких температурах скорость процессов
очень мала.

Обычно при оценке ГС скорость разложения определяют либо по эф-
фективной константе скорости распада на начальных стадиях разложения

Кэф= A| exp(-E/RT)

либо по времени достижения заданной степени разложения

т = A exp(E/RT)

На практике при данных температурах определяется константа скоро-
сти изменения выбранного критического параметра, а затем, пользуясь
уравнением Аррениуса

К= A exp(-E/RT), рассчитывают кинетические параметры при интере-
сующей реальной температуре хранения. В уравнении Аррениуса Е - па-
раметр, показывающий, какой минимальной энергией, в расчете на 1 моль,
должны обладать реагирующие частицы, чтобы они могли вступить в хи-
мическую реакцию. Параметр Е - энергия активации. В случае порохов и
топлив скорость изменения того или иного параметра является результа-
том сложного брутто-процесса, в котором Е не имеет простого физическо-
го смысла и является некоторой функцией энергии активации отдельных
стадий процесса. Поэтому в таких сложных процессах пользуются так на-
зываемой эффективной энергией активации.

Правомерность применения уравнения Аррениуса для изучения про-
цессов старения подтверждается тем, что в координатах LnK=/(l/T) имеет
место линейная зависимость рисунок 37. Тангенс угла наклона прямой
LnK=f(l/T) позволяет определить энергию активации процесса. Эффек-
тивную энергию активации определяют по углу наклона прямой

LgT = LgA + Е/ТБ,

где т - время достижения определенной степени изменения выбранно-
го параметра;

Е - энергия активации;

Т - абсолютная температура;

А и Б - постоянные.
Рисунок 37- Зависимость константы скорости разложения
от обратной температуры

Если в качестве критического параметра приняты механические ха-
рактеристики, то их определяют следующим образом. Пластины из пороха
или топлива помещаются в сборку, между ними вставляются алюминие-
вые вкладыши, рисунок 38.

Рисунок 38 - Вид сборки для формирования пластин

В сборках герметичность и плотность заряжания отвечают условиям
реальных ДУ. После термостатирования сборки в течение заданного вре-
мени пластины извлекаются, из них вырубаются образцы для испытания
на растяжение или сжатие. Растяжение проводится при постоянной скоро-
сти е = 1.Г10'3сек ‘, а сжатие при Е = 710 3 сек1.

Изучая изменение выбранного параметра при различных повышенных
температурах, находят кинетическое уравнение, а из него константу ско-
рости изменения критического параметра. Скорость изменения исследуе-
мого параметра, например, механических свойств, закономерно уменьша-
ется с понижением температуры, а кинетические кривые располагаются в
порядке изменения температуры, рисунок 39.

Рисунок 39 - Зависимость механических свойств от температуры

Т, гос

Так изменение прочности полиуретанового топлива ПЭУ-7Ф удовле-
творительно описывается уравнением первого порядка о = ooexp(-Kt), где:
о и о„- соответственно текущее и начальное значения прочности; к - кон-
станта скорости изменения прочности.

Данные по константе скорости процесса используются для построе-
ния зависимости LnK = f( 1 /Т). Тангенс угла наклона этой прямой соответ-
ствует энергии активации, а предэкспоненциальный множитель А опреде-
ляется по известным значениям К и Ё A=KeE/RT. Зная К, Е и А, можно
определить кинетические параметры процесса при интересующей темпе-
ратуре хранения.

В настоящее время накоплен опыт старения при более низких темпе-
ратурах (40-ь70°С) в течение длительного времени, который подтвердил
возможность применения такого подхода для оценки стабильности при
низких температурах вплоть до реальных температур хранения порохов и
топлив.

14.4.2 Определение времени хранения

В технических условиях на пороха и СРТТ часто задается температу-
ра хранения и эксплуатации ±50°С. Температура окружающей среды мо-
жет меняться в указанных пределах, однако такие резкие перепады в ре-
альных условиях не имеют места. Поэтому расчет на эти крайние темпера-
туры может дать заниженные значения ГС, что экономически невыгодно.
В связи с этим при расчете ГС необходимо учитывать сезонные и суточ-
ные колебания температуры. В общем случае, если Z - значение исследуе-
мой характеристики, ZKp - критическая величина этой характеристики, то
срок хранения

Т = 1/Z △t/tZfcp.CTi)

где Tj - средняя температура на отрезке времени Atj;

S - число интервалов в год, при которых имеет место средняя
температура Ti;

tzKp - время достижения критической величины изучаемого пара-
метра.

На ранних этапах оценки времени хранения (ГС) ориентировались на
среднюю температуру. На самом деле в различных климатических зонах
имеет место различное нестандартное температурное поле, колеблющееся
в интервале ±50°С. Так как следить за уровнем температуры и времени ее
действия сложно, то применяется метод, по которому оценивается средне-
годовое распределение температуры в определенной зоне и вводится так
называемая эквивалентная температура - То.

Эквивалентная температура - это такая условная температура, старе-
ние при которой в течение заданного срока должно приводить к такой же
степени превращения, что и при старении в реальных температурных ус-
ловиях в данной климатической зоне.

То = - E/R [LnZP, exp(-E/RT)]’',
i=l

где Е - эффективная энергия активации;

R - газовая постоянная;

Pi - частота появления температуры Т,.

Для То в функции от Е составлены таблицы. Зная Е, по графикам Т0(Е)
находят значение То. Зависимость Т0(Е) является характеристикой тепло-
напряженности климатических зон по интенсивности протекания процес-
сов химического превращения, разрушения и деформирования. С учетом
эквивалентной температуры

Т = tzKp.(To)/365.25

Для оценки того, насколько данное топливо удовлетворяет заданному
ГС рассмотрим пример. Для топлива ПЭУ-7ФГ задан ГС хранения в усло-
виях не отапливаемого склада 10 лет. По опытам форсированного старения
установлено, что изменение критического параметра (прочность при рас-
тяжении) описывается уравнением

Lno/o0= 1013J exp(-E/RT)t

Эквивалентная температура Т=Т0=293 К. По таблице находим
Е=27200кал/моль; эквивалентное время t=t0=10365.25 24. Подставляя эти
значения в формулу, получим, что расчетное изменение прочности топли-
ва при хранении составляет 0.4% за 10 лет, то есть тепловое старение не
приводит к существенному ухудшению прочностных свойств топлива, и
оно удовлетворяет требованию по ГС. Как отмечалось выше, соответствие
расчетных данных реальным условиям хранения и надежность заряда под-
тверждается путем проверки его работоспособности по истечении опреде-
ленного срока хранения испытаниями на стенде. Накопленный опыт пока-
зывает, что прогнозирование ГС по данным форсированного старения под-
тверждается. Нормой для оценки ГС для СРТТ является, например, время,
в течение которого модуль упругости понизится не более, чем на 20%.
Дальнейшее снижение модуля недопустимо, так как оно сопровождается
резким ухудшением эксплуатационной надежности изделий. В настоящее
время срок служебной пригодности составляет для ПП — 30-^40 лет, для БП
- 2000 лет и для СРТТ -1005 лет.

14.5	Стабильность порохов на летучем растворителе

В процессе длительного хранения в складских условиях и при термо-
статировании при повышенных температурах в порохах на летучем рас-
творителе (ПП) возможно изменение содержания летучих веществ, пере-
распределение флегматизатора (в случае флегматизированных порохов по
толщине свода с изменением его концентрации в поверхностном слое) и
разложение НЦ. Содержание летучих может изменяться в результате ис-
парения остаточного летучего спирто-эфирного растворителя и изменения
влагосодержания в порохе в связи с изменением относительной влажности
окружающей среды. В ходе хранения может ослабляться связь между НЦ
и растворителем и, как следствие, удаление последнего. Все это приводит
к изменению баллистических и прочностных свойств.

Изменение содержания флегматизатора может быть результатом
улетучивания его с поверхности и перераспределения по глубине зерна,
так как, несмотря на большое сродство камфоры к НЦ, содержание ее
за счет летучести, особенно в поверхностном слое, может уменьшаться.
Применение очень разбавленных спиртовых растворов камфоры при
флегматизации способствует перераспределению камфоры по толщине
свода, причем оно может быть настолько интенсивным, что уже через
несколько месяцев сохранения порох может оказаться непригодным
для применения. Изменение содержания летучих и флегматизатора,
прежде всего влияет на баллистические свойства. Уже исходный ПП
неоднообразен по свойствам. Дело в том, что усадка по диаметру ПП,
вследствие удаления растворителя, составляет 25+32%. Это обуславли-
вает неоднородность (разноплотность) структуры по толщине свода
порохового элемента и неоднородность химического состава (по со-
держанию остаточного растворителя), что приводит к определенному
неоднообразию баллистических и других эксплуатационных свойств.
Развитие вышеупомянутых процессов приводит к дальнейшему усиле-
нию не однообразия свойств вплоть до выхода за допустимые нормы.
Особенно сильно изменяются свойства ПП при термостатировании. В
этом отношении они более чувстви-тельны, чем СРТТ. Влияние темпе-
ратуры на баллистические свойства ПП иллюстрируются данными,
приведенными в таблице 53 и на рисунке 40.

Таблица 53 — Влияние температуры на баллистические свойства ПП

№ образца	Термостати- рование		Относи- тельная потеря массы,%	Результаты испытаний		
	Т,°С	т,мин.		Масса заряда, г	р   мах., кгс/см2	Vo, м/с
исходный	—	—	0	37.00	2879	705.7
1	по	60	0.5	36.82	3287	746.0
2	95	360	1.1	36.64	3404	749.0
3	138	60	4.4	35.40	3147	729.0

Термостатирование при 100+110°С сопровождается удалением оста-
точного растворителя, что приводит к повышению энергетических свойств
пороха и начальной скорости полета снаряда. При этом порох становится
более острым (Рыах. повышается). Термостатирование при температуре бо-
лее 130°С приводит к разложению пороха с выделением оксидов азота,
углекислого газа и к соответствующему снижению энергетических харак-
теристик (Рнах и Vo снижаются). Таким образом, для обеспечения стабиль-
ности ПП необходимо соблюдать технологические режимы их изготовле-
ния и условия хранения: температуру, относительную влажность, герме-
тичность и т.п. В условиях реальных температур эти процессы идут
существенно медленнее.

В настоящее время ГС штатных ПП составляет 30+40 лет. В связи с
применением во вновь разрабатываемых порохах новых компонентов, по-
ведение которых в порохах и свойства могут существенно повлиять на
физическую стабильность, необходима оценка последней в условиях, ими-
тирующих заданные условия применения и длительного хранения поро-
хов.

Рисунок 40 — Влияние температуры на баллистические свойства ПП

14.6	Стабильность порохов на труднолетучем
растворителе

Пороха этого типа, так же как и ПП, имеют ограниченную физиче-
скую стабильность при длительном хранении. В зависимости от состава
БП и условий хранения могут развиваться следующие процессы, связан-
ные с изменением первоначального состава и свойств БП:

1.	Улетучивание растворителя.

2.	Экссудация растворителя.

3.	Выкристаллизовывание некоторых твердых компонентов.

14.6.	1 Улетучивание растворителя

Летучесть растворителя, в частности нитроглицерина (НГЦ), до тем-
пературы ниже +45°С сравнительно невелика. Температура +45++50°С
является своего рода критической. Хранение БП при температуре выше
+50°С приводит к значительным потерям НГЦ, причем, чем выше содер-
жание НГЦ в порохе, тем быстрее он его теряет. Процесс улетучивания
зависит от свойств НЦ и присутствия других компонентов, что связано,
видимо, с влиянием этих факторов на прочность связи НГЦ с НЦ. Так из
составов, содержащих ДНТ, НГЦ улетучивается в меньшей степени. Для
каждого вида НЦ существует определенное оптимальное количество НГЦ,
обеспечивающее термодинамическую устойчивость системы при данной
температуре. Избыточный по отношению к термодинамическому оптиму-
му НГЦ неизбежно будет теряться при определенных температурных ус-
ловиях. Изменение содержания НГЦ в порохе, в частности уменьшение,
приводит к изменению скорости горения, калорийности, прочности и бал-
листических свойств.

14.6.	2 Экссудация растворителя

Работами Арша М.М. показано, что экссудация - это частный случай
процесса перераспределения НГЦ, приводящий к обогащению поверхно-
стных слоев пороха за счет уменьшения его содержания во внутренних
слоях. Повышение концентрации НГЦ в поверхностном слое может при-
вести к появлению жидких капель НГЦ на поверхности пороха, что может
быть результатом:

а- выделения избыточного количества НГЦ, превышающего допусти-
мое, отвечающее термодинамически устойчивому состоянию системы;

б-	испарения НГЦ и последующей конденсации его на поверхности
пороха;

в- выдавливания НГЦ в связи с напряжениями, возникающими в сис-
теме, за счет объёмного сжатия ее при колебаниях температуры.

Процесс расстройства системы за счет термодинамической неустой-
чивости необратим. Скорость его зависит от условий хранения, от того,
насколько содержание НГЦ не отвечает допустимому в соответствии с
требованиями термодинамической устойчивости системы. Два других
процесса (испарение и выдавливание растворителя) обратимы и зависят в
основном от условий хранения. В целом процесс экссудации является,
прежде всего, следствием термодинамической неустойчивости системы.
Об этом свидетельствуют наблюдения, показывающие, что экссудация
наиболее интенсивно развивается в порохах с повышенным содержанием
НГЦ. Скорость появления на поверхности пороха жидкого НГЦ повыша-
ется с увеличением поверхности и уменьшением толщины свода порохо-
вых элементов. Важную роль в развитии процесса экссудации играют тем-
пературные условия хранения.

В практическом отношении появление капель НГЦ на поверхности
пороха нежелательно по двум причинам:

а- обогащение поверхностного слоя пороха НГЦ и, как следствие, из-
менение состава пороха по глубине элемента, приводит к изменению бал-
листических свойств, в частности, к повышению скорости горения в на-
чальный момент, что приводит к нерасчетному повышению давления в
стволе орудия или камере сгорания РД.

б-	повышается опасность обращения с порохом в связи с высокой
чувствительностью НГЦ.

14.6.	3 Выкристаллизовывание твердых компонентов

При хранении порохов, содержащих ДНТ, ТНТ, ДИНА, гексоген, ок-
тоген и другие наполнители, возможно появление на их поверхности нале-
та этих твердых компонентов. Это явление, известное под названием
“выцветание”, по природе своей аналогично явлению экссудации и также
связано с термодинамическим расстройством системы. В процессе экссу-
дации НГЦ на поверхности образуется раствор, например, ДНТ в НГЦ.
Нитроглицерин, обладая большей летучестью, испаряется. Концентрация
твердого компонента в растворе повышается и начинается процесс кри-
сталлизации, в результате которого в предельном случае вся поверхность
пороховых элементов покрывается сплошным слоем из этого вещества.
Явление “выцветания” также приводит к изменению состава и свойств
пороха.

Таким образом, для предотвращения физической нестабильности БП
вследствие испарения, экссудации и выкристаллизовывания компонентов,
необходимо, прежде всего, правильное построение состава пороха, приме-
нение компонентов в таком количестве и в таких соотношениях, которые
обеспечивают термодинамическую устойчивость системы во всем диапа-
зоне температур и других условий применения и хранения БП. Важное
значение имеет и соблюдение условий хранения.

Выше были рассмотрены вопросы физической стабильности артилле-
рийских ПП и БП, то есть порохов мелких марок. При переходе к крупным
зарядам из БП и СРТТ вопрос физической стабильности усложняется по-
явлением дополнительных факторов, влияющих на стабильность, харак-
терных именно для крупногабаритных изделий.

Важное место в проблеме стабильности крупных изделий занимает
так называемая термостабильность.

14.7	Физико-химическая стабильность сферических поро-
хов

Ускоренное старение флегматизированного пороха СФ-ОЗЗФЛ в усло-
виях, имитирующих длительное старение, показало, что баллистические
характеристики, и главным образом закон скорости горения, приводящие к
изменениям баллистических характеристик, изменению функции газооб-
разования (Г), зависят, прежде всего, от перераспределения флегматизато-
ра, от устойчивости флегматизатора во флегматизированном слое (центра-
лит - флегматизатор).

Толщина флегматизированного слоя изменяется во времени:

Время хранения, лет Толщина флегматизированного слоя, мкм

О

10

25

40

43

44

происходит уменьшение флегматизатора в поверхностном слое поро-
хового элемента. Это приводит к изменению баллистических характери-
стик, например, Рт;|Х и Vcp.. Наибольшие изменения за первые 5 лет, а затем
незначительные:

лет	РпЮх.,кгс\см2	Vcp, м\с
0	3006	894
10	3153	902
25	3176	912

14.8	Стабильность смесевых ракетных твердых топлив

В качестве критериев стабильности СРТТ принципиально могли бы
быть приняты такие важные свойства как химический состав, химическая
стойкость, калорийность, скорость горения, физико-химические свойства,
а также целостность формы заряда. Исследования стабильности СРТТ в
форсированных условиях, а затем и накопленный опыт длительного хра-
нения в реальных условиях позволили установить, что СРТТ обладают
существенно большим запасом химической стойкости, чем ПП и БП. Это
объясняется тем, что скорость разложения ПХА в реальных условиях
очень мала. Высокой химической стойкостью обладают и полимерные свя-
зующие. Таким образом, за исключением случаев применения “активных”
связующих с —NO2, -ONO2, -N-NO2, -NF2 группами и связующих, содер-
жащих “активные” пластификаторы, а также случаев применения химиче-
ски и термически малостойких окислителей, проблемы химической стой-
кости штатных СРТТ (на основе ПХА) не существует. Вместе с тем, мно-
гочисленные данные по тепловому старению каучуков и резин,
приводящему к необратимым изменениям их свойств, свидетельствуют о
том, что и в случае СРТТ, базирующихся на применении различных кау-
чуков, можно ожидать существенных изменений свойств при тепловом
старении. Исследования этого вопроса показали, что:

а- скорость горения СРТТ при старении практически не изменяется,
хотя процесс деструкции связующего и изменения физико-механических
свойств топлива имеют место.

б-	содержание ПХА в процессе старения не изменяется. Производные
dc/dt (с - содержание компонента, t - время старения) несущественно от-
личаются между собой и от нуля при разных температурах, что естествен-
но, так как ПХА имеет высокую температуру разложения, не летуч, хими-
чески инертен к другим компонентам.

в- теплота сгорания СРТТ - Q* - при старении также не изменяется,
рисунок 41.

г- плотность топлива и содержание алюминия также практически не
изменяются.

Таким образом, все рассмотренные выше характеристики не могут
быть приняты в качестве критических параметров стабильности СРТТ.





Рисунок 41 - Изменение теплоты сгорания во времени

Наиболее чувствительны к процессам теплового старения СРТТ меха-
нические характеристики. Это объясняется чувствительностью механиче-
ских характеристик полимеров даже к незначительному изменению числа
связей в них. При этом могут быть прямо противоположные случаи изме-
нения физико-механических свойств. Так, например, в случае полиурета-
новых топлив прочностные и упругие свойства в процессе старения по-
нижаются, а предельные и критические деформации повышаются. В слу-
чае же топлив на карбоксилатных каучуках наоборот прочность и модуль
упругости повышаются, а эластичность понижается. Такое различие связа-
но с тем, что в первом случае преобладают процессы деструкции, проте-
кающие в направлении термического разрыва уретановых связей, гидроли-
за эфирных и уретановых связей, окислительной деструкции молекуляр-
ных цепей, а во втором - процессы структурирования. Как было показано
выше, скорость изменения прочностных характеристик закономерно
уменьшается с понижением температуры, кинетические кривые распола-
гаются в порядке изменения температуры. В связи с чувствительностью
механических свойств они приняты в качестве основного критического
параметра стабильности СРТТ.

В случае составов на ПХА и алюминии стабильность определяется
главным образом стабильностью полимерной основы. Наименьшей ста-
бильностью обладают “активные” связующие, полимеры, содержащие
двойные и тройные связи. На стабильность СРТТ может оказывать силь-
ное влияние внутрикристаллическая влага в ПХА, которая может диффун-
дировать и вызывать ослабление адгезии между полимером и наполните-
лем, а также создавать дополнительную пористость топлива, то есть при-
водить к изменению его прочностных и баллистических свойств. Если
СРТТ содержит малостойкие компоненты, выделяющие газы, то послед-
ние могут ускорять процессы деструкции полимерных связующих, а также
вызывать появление внутренних напряжений и объемных изменений в
заряде. Под действием напряжений в заряде, особенно прочно скреплен-
ным с корпусом, процессы деструкции и разрушения усиливаются. Таким
образом, физическая стабильность СРТТ определяется, в основном, устой-
чивостью его полимерной основы к термоокислительной деструкции, ста-
бильностью его физико-механических свойств. При оценке стабильности
физико-механических свойств СРТТ изучается также возможность кри-
сталлизации топлива в процессе хранения, за счет кристаллизации свя-
зующего, так как она также приводит к резким изменениям этих свойств:
к повышению прочности и модуля упругости и к снижению деформации.
СРТТ на "штатных11 компонентах имеют стабильность, гарантирующую
срок их служебной пригодности в течение не менее 10-5-12 лет.

Основными направлениями повышения стабильности СРТТ являются:
- построение термодинамически устойчивых систем “связующее -
пл астиф и катор”;

-	выбор максимально устойчивых полимеров и систем отверждения;

-	исключение малостойких газогенерирующих наполнителей;

-	применение высокочистых компонентов, антиоксидантов и поглоти-
телей газообразных продуктов разложения;

-	соблюдение норм по содержанию общей и внутрикристаллической
влаги;

-	разработка мер, исключающих диффузию пластификатора из топли-
ва и защитно-крепящего слоя;
-	обеспечение разгрузки зарядов за счет оптимизации конструкции.

14.9 Термостабильность баллиститных
и смесевых ракетных топлив

Под термостабильностью понимают способность заряда (шашки) со-
хранять сплошность и форму в процессе длительного хранения. Термоста-
бильность определяют термостатированием шашки при повышенных тем-
пературах (60-f-70°C) и оценивают временем индукционного периода от
начала термостатирования до появления в шашке внутренних дефектов.
Термостабильность шашек лимитирует срок служебной пригодности заря-
да. Особое значение термостабильность имеет для крупногабаритных за-
рядов.

До недавнего времени рассматривались две гипотезы термостабиль-
ности: релаксационная и химическая. Наиболее подробно релаксационная
гипотеза рассматривалась применительно к зарядам из баллиститного по-
роха. Согласно этой гипотезе разрушение заряда происходит за счет на-
пряжений, вызываемых так называемой “замороженной” вынужденно-
эластической деформацией, возникающей в заряде при его изготовлении.
Исследования показали, что если толстосводную пороховую шашку нагре-
вать при +50 + +60°С, то через некоторое время наблюдается самопроиз-
вольное растрескивание шашки. Появлению внешних трещин во многих
случаях предшествуют вздутия боковой поверхности. Ультразвуковой
контроль показывает, что, как правило, трещины появляются внутри шаш-
ки, затем они развиваются по величине и количеству и, наконец, появля-
ются наружные трещины прежде всего по торцу, а затем и на боковой по-
верхности. В ряде случаев внутренние и поверхностные трещины появля-
ются одновременно. Интересно отметить, что в шашках, полученных по
гидропрессовой технологии, трещины всегда ориентированны вдоль оси
шашки, а по шнековой - под углом 45° к образующей, то есть они проле-
гают в направлении истечения пороховой массы в процессе прессования.
Трещины, как правило, появляются в местах со следами завихрений от
винта шнека и по месту спаев между отдельными таблетками, поступаю-
щими в шнек-пресс. Часто трещины проявляются по местам расположения
крестовины иглодержателя матричного инструмента. Установлено также,
что нарушению целостности шашек всегда предшествует индукционный
период, длительность которого зависит от ряда факторов и, прежде всего,
от температуры. Так при термостатировании шашек размером 46/0-70 из
пороха НМ-2 получены такие результаты:
Температура, °C	85	75	65

Индукционный

Период,сутки	1	10	27

То есть, чем выше температура, тем меньше индукционный период.
Установлено, что при одном и том же наружном диаметре трещины значи-
тельно раньше появляются у бесканальных шашек, и что с увеличением
толщины свода шашки индукционный период уменьшается. К уменьше-
нию индукционного периода приводит и повышение относительной влаж-
ности окружающей среды. Замечено также, что при выдерживании шашек
при +60°С на боковой поверхности образуются "пролежни”, обусловлен-
ные термопластичностью, с последующим образованием трещин в толще
шашки. При выдерживании шашек в вертикальном положении на торце-
вой поверхности количество образующихся трещин по высоте различно и
больше всего их в нижней части шашки.

Все эти явления объясняются сторонниками релаксационной гипотезы
следующим образом. В процессе прессования порох претерпевает дефор-
мации

Дполная Дупругая + Дв.э. + Дпластин.

После выпрессовывания шашки порох успевает охладиться до ком-
натной температуры раньше, чем пройдут релаксационные процессы.
Вследствие этого имеет место частично “замороженная” высокоэластиче-
ская деформация (Двэ). Эта замороженная деформация обуславливает
напряженное состояние шашки. При повышении температуры релаксаци-
онные процессы ускоряются и вызывают появление трещин, прежде всего
на скрытых поверхностях раздела и участках с неоднородной аутогезион-
ной прочностью (по “дефектным” местам). Релаксационные процессы и
неоднородность аутогезионной прочности являются, по мнению сторон-
ников гипотезы “замороженных” деформаций, основными причинами рас-
трескивания шашек.

Химическая гипотеза исходит из того, что разрушение пороха проис-
ходит под действием газообразных продуктов разложения нитроцеллюло-
зы, нитроэфиров и других нестойких компонентов, создающих избыточное
внутреннее давление. На основании ряда работ в последние годы предпоч-
тение отдается химической гипотезе. Эта гипотеза распространяется и на
баллиститные пороха и на СРТТ, содержащие газогенерирующие компо-
ненты: активное связующее и пластификаторы, гидрид алюминия, аммо-
ниевую соль динитразовой кислоты и т.п.

В качестве начальных условий модели разрушения принято, что БП и
СРТТ всегда содержат микропоры, давление газа, в которых в начальный
момент равно атмосферному. При термораспаде НЦ, нитроэфира или ма-
лостойких компонентов СРТТ образуются газообразные продукты. Выде-
ляющийся газ легко диффундирует из верхних слоев изделия. Диффузия
его из внутренних слоев затруднена. Поэтому основная масса газа частич-
но растворяется в порохе или топливе, диффундирует в поры, накаплива-
ется в них и создает в порах избыточное давление, пропорциональное кон-
центрации газа в поре. Это приводит к возникновению внутреннего на-
пряжения в топливе, увеличению размера пор и, следовательно, к
объемным изменениям изделия. Объемные изменения приводят к допол-
нительным напряжениям, которые, суммируясь с напряжением за счет
других эксплуатационных нагрузок, могут привести к разрушению мате-
риала и потере служебной пригодности заряда. Если рассмотреть сечение
бесканальной шашки, то профиль концентрации газа показывает, что у
наружной поверхности шашки (если заряд не скреплен прочно с корпусом)
концентрация газа равна нулю, что она повышается по толщине заряда и
достигает максимума в центре шашки. Характер распределения изменения
концентрации газа в зависимости от радиуса изделия и времени, рисунок
42, соответствует закону Фика

Рисунок 42 - Распределение концентрации газа по диаметру шашки
dc/dt = Д (d2c/dr2 + 1/r Dc/dr)+ Q„

где Q„ = Qo exp(-E/RT)

Qo - предэкспоненциальный множитель;

E - энергия активации процесса термораспада;

Д - коэффициент диффузии, определяется экспериментально по
газопроницаемости пластины из пороха;

Q„ - скорость термораспада пороха;

г - радиус изделия.

Характер изменения распределения концентрации газа определяет ха-
рактер распределения напряжений в заряде. При построении физической и
математической модели воздействия газообразных продуктов на топливо в
общем случае будет иметь место следующая функциональная зависимость:

5 = /[W(T,ai),fl(T),K,R1,V0,E(T,t),t,q]

где б - объемное изменение изделия;

W - скорость газовыделения;

Д и К - соответственно коэффициенты диффузии и растворимости
газов в топливе;

Ri - габариты заряда;

Vo - начальный объем пор в топливе;

Е - модуль ползучести;

Т - температура;

t - время;

ctj - состав газообразных продуктов разложения;

q - коэффициент, учитывающий отклонение реальной картины от
расчетной схемы (несферическая форма пор, неравномерное
распределение пор по размерам и объему, наличие
концентраторов напряжения и т.п.).

Как отмечалось выше, в исходном состоянии сумма парциальных дав-
лений в порах должна быть близка к атмосферному давлению. Выделяю-
щиеся газообразные продукты растворяются в порохе (топливе), диффун-
дируют в поры и создают в них избыточное давление, которое приводит к
возникновению напряжений в заряде и увеличению размера пор. Так как
объем пор в заряде обычно не превышает нескольких процентов, то нали-
чием газов в порах можно пренебречь и допустить, что все количество вы-
деляющихся газов растворяется в порохе. Тогда избыточное давление га-
зов - Р в соответствии с законом Генри (Р = С/К, где С - концентрация
газа, К - константа Генри) и принципом аддитивности парциальных дав-
лений определяется из соотношения;

s

Р = V. S a/Ki
i=l

где V* - суммарное количество выделившихся газов; V. = Wr t
W| - суммарная скорость газовыделения;

t - время;

S - число газов;

К, - коэффициент растворимости i-ro газа в порохе или топливе;
а, - доля i-ro газа в газовой смеси.

Рисунок 43 - Распределение давления по радиусу заряда

Это избыточное давление вызывает эквивалентное напряжение на
стенках поры, пропорциональное перепаду давления от нормального до
избыточного

О = £ ДР = £'Р £= 1.1-1.3 для различных БП

Расчет распределения давления по радиусу заряда показывает, что оно
согласуется с приведенным выше распределением концентрации газа. То
есть максимальное давление возникает в центральных слоях заряда, где
максимальная концентрация газа и, следовательно, максимальный перепад
давлений и максимальные напряжения, рисунок 43.

В случае бесканальной шашки (1) Рмах в центре шашки, в случае ка-
нальной (2) Рмах в средине горящего свода.

В этих же областях должны иметь место максимальные значения на-
пряжения в топливе и максимальные объемные изменения пор. Макси-
мальная повреждаемость топлива охватывает центральные участки заряда.
Это подтверждено и экспериментально. Срезы дисков бесканальной шаш-
ки показывают, что нарушение целостности развивается, прежде всего, в
центре шашки. При высоких температурах, когда скорость газовыделения
резко увеличивается, критическое давление вызывает повреждаемость
почти по всей площади поперечного сечения заряда за исключением пери-
ферийных участков. Интенсивность разрушения зависит от долговечности
материала. Согласно Бейли разрушение наступает при условии

6

f dt/T(a Т) = 1

О

Наряду с непосредственным, прямым процессом разрушения, под
действием напряжения происходит изменение объема изделия, сопровож-
дающееся появлением напряжений.
К каким же объемным изменениям топлива приводит избыточное
давление газообразных продуктов? При оценке этого явления делаются
следующие допущения:

I.	Поры имеют сферическую форму.

2.	Размер всех пор одинаков.

3.	Поры расположены равномерно по объему и на достаточном рас-
стоянии друг от друга так, что их взаимным влиянием можно пренебречь.

Из решения задачи Ляме для шара, нагруженного внутренним избы-
точным давлением, при условии, что наружный радиус намного больше
внутреннего следует, что тангенциальные деформации поры равны осевым
и равны

е, = Е,. = и/г0 е2= 1/EIo, - v(oz-о,)] (1)

где Et и е2 - тангенциальные и осевые деформации;

о„ а, и ог - тангенциальные, осевые и радиальные напряжения;

Е - модуль упругости;

v - коэффициент Пуассона;

г0 - начальный радиус поры;

и = г - г0 - увеличение радиуса поры;

г - радиус поры после приложения давления.

Напряжения на поверхности поры связаны с избыточным давлением в
поре соотношением

о| = о7 = 0.5Р сг,= -Р (2)

Принимая коэффициент Пуассона v=0.5 и подставляя уравнение (2) в
(1), имеем

(г - г0)/го = 0/75 Р/Е, то есть Et = 0.75 Р/Е

Объем поры до и после деформирования равен соответственно

Voi = 4/З лТо3; V, = 4/3 л (г0 + Е, г0)3;

Относительное изменение объема поры равно

(Vr-V01)/V01 = 3E.+ 3El2 + El3 (3)

Поскольку в случае топлив Et«l, то вторым и третьим членами мож-
но пренебречь, тогда приращение объема поры равно

Vr - Vqi = 3 V0| Е, = 2.25 VO| Р/Е; так как Е, = 0.75 Р/Е;

Если в единице объема топлива находится “п” пор, то приращение
объема топлива составляет

п	п

6 = £(Vri-V0i) = 2.25P/E£V0i или б = 2.25 V0P/E (3)

i=l	i=l

где б - относительное изменение объема топлива;
Р - избыточное давление в поре;

Vo - начальный, полный (суммарный) объем пор.

Так как модуль упругости изменяется во времени, то при расчетах по
соотношению (3) необходимо ввести зависимость E=E(t).

В реальных композициях могут быть отклонения от принятых выше
допущений (наличие несферических пор в виде трещин приводит к появ-
лению концентраторов напряжений в их вершинах и большему изменению
их объема; при близко расположенных порах напряженное состояние во-
круг них усиливается и т.д.). Для учета этих отклонений вводится величи-
на q и тогда

б = 2.25 Voq P(t)/E(t) (4)

P(t), E(t) - величины P и E берутся для данного момента времени, q
должна быть не больше 1. Находится путем сопоставления начальных ли-
нейных участков экспериментальных и рассчитанных по соотношению (3)
кривых объемного деформирования топливных образцов при повышенных
температурах.

Таким образом, избыточное давление в поре - Р приводит к увеличе-
нию ее объема и возникновению в материале вокруг поры напряженного
состояния. Максимальные напряжения на поверхности поры примерно
равны избыточному давлению - Р. Эти напряжения затухают пропорцио-
нально кубу радиуса, то есть напряженное состояние сосредоточивается в
небольшом объеме материала вокруг поры.

Если напряжения материала на поверхности поры будут сущест-
венно меньше его длительной прочности, то стандартные механические
характеристики изменятся незначительно. Различают кратковременную
прочность - это значение ор, которое определяется на разрывных ма-
шинах при определенной скорости деформации (обычно 1-5-10% в сек) и
длительную прочность - это напряжение, которое вызывает разруше-
ние образца после заданной длительности действия нагрузки (обычно
от 100 сек до 1 года). Например, если давление в центре образца Рмак =
0.4 кгс/см2, а длительная прочность одл = 0.8 кгс/см2, то механические
характеристики топлива практически не изменяться. При избыточном
давлении в порах топлива, превышающем его длительную прочность,
имеют место необратимые процессы микроразрушения. Так при давле-
нии в центре образца Рыах = 3.6 кгс/см2 и при са„= 0 8 кгс/см2 имеет ме-
сто разрушение образца. Следовательно, можно сформулировать еще
один критерий работоспособности заряда: напряжения, возникающие в
заряде за счет избыточного давления газообразных продуктов разложе-
ния (ор), не должны превышать величину

Ор Одд /f — оэкси
где Од,, - длительная прочность пороха в конце срока хранения;

<т)ксп - эксплуатационная нагрузка (действие массовых сил и т.п.);
f - коэффициент безопасности. Обычно принимается равным 2.06.

Таким образом, стабильность БП зависит как от рассмотренных выше
процессов, связанных с термодинамическим расстройством системы, так и
от напряжений и объемных изменений, вызываемых появлением газооб-
разных продуктов при термостатировании.

Термостабильность БП сильно зависит от габаритов шашки, от ее ра-
диуса, так как давление в поре пропорционально квадрату радиуса г2. Чем
больше радиус, тем выше давление в поре Р ~ г2. То есть зависимость
очень сильная и небольшое увеличение радиуса может привести к сильно-
му снижению термостабильности, вследствие повышения избыточного
давления и снижения длительной прочности. Для каждого БП существуют
предельные значения радиуса г. и долговечности 6», которые взаимосвяза-
ны. Эта связь графически выражается кривой, рисунок 44.

Термостабильность шашек из БП со сводом до 100 мм составляет сот-
ни лет, то есть от давления газов они не разрушаются. Термостабильность
шашек со сводом до 200 мм также не лимитирует срок пригодности (25
лет). Срок хранения шашек диаметром 600+800 мм сильно зависит от тер-
мостабильности. Она составляет 15+20 суток при 60+70°С и должна кон-
тролироваться.

Рисунок 44 - Зависимость термостабильности от габаритов шашки

Стабильность СРТТ, как отмечалось выше, высокая. Они характеризуют-
ся и хорошей термостабильностью. Однако это относится к СРТТ “штатных”
составов, базирующихся на применении термостойких компонентов (ПХА,
алюминий, связующее). С применением новых газогенерирующих компонен-
тов, например гидрида алюминия, аммоний динитрамцда, активного связую-
шего, проблема стабильности стала острой и для СРТТ. На процессы дест-
рукции и разрушения под действием эксплуатационных напряжений и темпе-
ратуры накладываются процессы разрушения под химическим действием вы-
деляющихся газов. При этом и процессы деструкции связующего ускоряются
под действием выделяющихся газообразных продуктов. Процессы разруше-
ния СРТТ и БП под действием газов аналогичны, но в случае СРТТ обнару-
жить разрушение труднее, так как системы эластичные, мягкие. Так как круп-
ногабаритные заряды из СРТТ чаще всего применяют в прочноскрепленном
варианте, то особенно опасной становится зона скрепления заряда с корпусом.
В связи с газонепроницаемостью корпуса газ скапливается на границе скреп-
ления, что может привести к отслоению заряда от корпуса и к созданию внут-
ренних напряжений. Возможность отслоения усугубляется и тем, что адгези-
онный шов сам по себе является наиболее нагруженным участком прочно-
скрепленного изделия. Опасны и возникающие за счет пористости и развития
давления в порах изменения объема заряда, так как они могут приводить к
нарушению конфигурации щелей и канала, к заплыванию канала и отрица-
тельно влиять на работоспособность заряда. Объемная деформация СРТТ не
должна превышать 0.1% для обеспечения нормальной работоспособности
заряда.

14.10 Тепловое самовоспламенения баллиститных порохов
и СРТТ

Исследование критических параметров теплового самовоспламенения
штатных БП: РСИ-12К, РСТ-4К, НМФ-2, РАМ-ЮК показывают, что тем-
пературные условия их изготовления находятся в критической области.
Поэтому при изготовлении изделий крупного габарита необходимо строго
соблюдать установленный температурный режим. Для штатного состава
РАМ-ЮК наблюдается следующая взаимосвязь диаметра изделия и крити-

ческих параметров:		
б,мм	t °C  *кр.»	т,сутки
200	97	26
300	91	65
500	84	>300
600	82	>300
800	77	>1000
1000	73	>1000
Как следует из приведенных данных, критическая температура для
изделий d = 500^-800 мм находится на уровне технологических температур
переработки 77-*-85°С, однако большой индукционный период развития
процесса на уровне 500-*-1000 суток обеспечивает условия безопасного из-
готовления изделий.

Введение в БП новых компонентов может привести к снижению кри-
тических параметров, поэтому в каждом конкретном случае необходимо
давать оценку устойчивости их в отношении теплового самовоспламене-
ния. Так, например, введение в качестве катализатора горения салицилата
меди приводит к ускорению термораспада НГЦ, сокращая индукционный
период его разложения при 115°С в 5 раз с 10 до 2х часов. Это естественно
снижает термическую устойчивость пороха и ускоряет разложение его при
повышенных температурах.

К снижению критических параметров приводит и введение в состав
БП таких перспективных компонентов как гексоген и октоген. Для круп-
ногабаритных изделий, например, диаметром 800 мм критические пара-
метры приведены в таблице 54.

Таблица 54 - Критические параметры крупногабаритных изделий

Состав БП	ткр.,ис	т, сутки
БП-10	64	33
БАСМ (с салицилатом меди)	64	10
РТГ-25 (с гексогеном)	73	———
РАМ-ЮК	77	>1000

Как следует из приведенных данных, все составы с новыми компо-
нентами имеют более низкие критические параметры, чем РАМ-ЮК. Од-
нако, перерабатывать такие пороха можно, так как принятая температура
переработки для этих составов находится на уровне критической, а индук-
ционный период составляет десятки суток, тогда как время изготовления
одного изделия d = 800 мм составляет одни сутки. Кроме того, критиче-
ские параметры могут быть улучшены за счет применения эффективных
стабилизаторов химической стойкости. Например, введение в состав
БАСМ в качестве стабилизатора химической стойкости окиси магния в
количестве 1.5% повышает гкр с 64 до 68°С и время с 10 до 24 суток. Под-
черкнем, однако, что так как тепловое самовоспламенение шашек (особен-
но крупногабаритных) из БП потенциально возможно, то вопрос строгого
соблюдения температурных и временных режимов при их изготовлении
является важнейшим при организации технологии.

Критические условия теплового взрыва могут быть с некоторым при-
ближением рассчитаны и определены экспериментально. Эмпирические
166
зависимости критических параметров теплового взрыва от температуры в
диапазоне 120+160°С имеет вид:

dKp. = do То' exp(A/2RT0)

тК|). = т0 • exp(E/RT0)

где d0, т0, А, Е - константы.

Для различных видов порохов константы имеют значения, приведен-
ные в таблице 55.

Таблица 55 - Значения констант эмпирических зависимостей
для различных порохов

Марка пороха	d^, = d0 То exp(A/RT0)		Tkp. = T0' exp(E/RT0)	
	do	A	To	E
НМФ-2	1.37610'9	28400	1.3210'3	31000
ПТ-6 (насыщ)	3.1910 s	23000	4.6610ls	37200

Данные расчетов времени задержки для некоторых конкретных заря-
дов из СРТТ (точность от ±5 до ±10%) приведены в таблице 56.

Таблица 56 — Расчетные данные времени задержки некоторых зарядов

Марка СРТТ и размер заряда	Температу- ра,^	Время задержки, сутки	Координата точки взрыва от оси, мм
ТФА-53КД 409/265	90	Разложение без взрыва	
	94	26.4	155
	100	13.3	155
	105	7.7	174
ТФА-53ПК 319/0	78	Разложение без взрыва	
	100	25.9	80
	120	3.5	127
ПФМ-18/15  1000/270	121	Разложение без взрыва	
	122	165	193
	132	22	222
	140	11	222
ТФА-53КД 893/382	64	Разложение без взрыва	
	90	42.9	709
	100	16.7	893
	105	11.2	893
Как следует из приведенных расчетных данных, для СРТТ можно вы-
звать тепловой взрыв. При этом время задержки взрыва зависит от темпе-
ратуры, габаритов изделия и вида топлива.

С повышением температуры время задержки уменьшается. С увели-
чением габарита время задержки увеличивается. Если связующей основой
топлив является один и тот же полимер, а окислители отличаются, то и
время задержки различно. Так СРТТ ТФА-53КД и ТФА-53ПК отличаются
тем, что в первом окислитель - ПХА, а во втором - перхлорат калия. Диа-
метры изделий достаточно близки. Однако время задержки для СРТТ
ТФА-53ПК (сравним при 100°С) почти вдвое больше, чем в случае топлива
ТФА-53КД (25.8 и 13.3 суток соответственно). Такая разница объясняется
более высокой термостойкостью перхлората калия. Большая устойчивость
топлива ПФМ-18/15 (время задержки на порядок и более выше) объясня-
ется большей термостойкостью связующей основы (полиокситетрамети-
ленгликоль - полифурит).

Экспериментальные данные также подтверждают зависимость крити-
ческих параметров от температуры и свойств пороха. В таблице 57 приве-
дены экспериментальные данные для двух порохов: штатного БП НМФ-2
и опытного ПТ-6, получаемого насыщением и несколько более мощного,
чем НМФ-2.

Таблица 57 - Экспериментальные данные времени задержки штатного и
опытного БП

Марка пороха	Температу- ри, С/	dKp., мм	Время за- держки, мин.	Примечание
НМФ-2	125	33.8	125	Тепловое самовоспла- менение
	132	25.5	72	
	138	19.7	37	
	160	11.85	37	
ПТ-6	122	37.5	692	
	134	19.6	503	
	147	11.5	93	

С ростом температуры критический диаметр состава ПТ-6 уменьша-
ется сильнее, чем в случае топлива НМФ-2, однако при примерно равных
критических диаметрах время задержки для состава ПТ-6 существенно
выше (в 3+4 раза).

Приведенные данные показывают необходимость дифференцирован-
ной оценки параметров теплового взрыва для каждого конкретного вида
пороха или топлива.
15 РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ПОРОХОВ И СРТТ

В связи с применением порохов и ракетных топлив в различных областях
военной и космической техники они должны обеспечивать надежную работо-
способность в условиях воздействия ионизирующих излучений. Под воздейст-
вием ионизирующих излучений могут происходить различные радиационно-
химические превращения, приводящие к разложению веществ и, как следствие,
к изменению свойств веществ и работоспособности содержащих их изделий.
Так как пороха и топлива являются многокомпонентными системами, то изуча-
ется радиационная стойкость и компонентов, и готовых изделий. Под радиаци-
онной стойкостью понимают способность порохов и топлив противостоять во-
здействию ионизирующих излучений. При оценке радиационной стойкости
используются различные источники излучения, позволяющие изучить воздей-
ствие всех основных видов облучения, которым могут подвергаться пороха и
топлива в реальных условиях:

-	гамма излучение на установках на основе Со60,

-	гамма-нейтронное облучение на реакторах ВВР-2000 и ИТР-2000,

-	импульсное гамма-нейтронное облучение на реакторах "Барс",

-	облучение импульсным потоком электронов на ускорителях типа
У ЮМ,

-	облучение протонами на циклотроне.

Наиболее широко для изучения радиационной стойкости порохов и
топлив применяется воздействие гамма излучения Со60. Радиационные
превращения и изменения характеристик порохов и топлив определяются
разложением основных компонентов и, прежде всего, изменениями струк-
туры и свойств их полимерной основы, которая является компонентом
наиболее чувствительным к облучению. Под воздействием ионизирующих
излучений в полимерах могут происходить следующие основные радиаци-
онно-химические процессы: сшивание и деструкция, газообразование, ра-
диационное окисление.

Особенно существенно, что под действием облучения могут проте-
кать процессы деструкции и структурирования полимерной основы. При
этом в зависимости от природы полимера, свойств других компонентов и
условий облучения может преобладать один из этих процессов. Сшивание
и деструкция приводят к необратимым изменениям строения полимерного
связующего и, как следствие, либо к снижению прочностных и упругих
свойств порохов и топлив в случае деструкции, либо к их повышению и
потере эластичности в случае сшивания.

Газообразование при облучении связано с отщеплением от макромо-
лекулы отдельных атомов или боковых групп и последующей их взаимной
рекомбинацией. Например,
- сн2 ~ - сн ~ + н

н + н —> н2

Газообразование приводит к пористости, изменению физико-
механических свойств, скорости горения, прочности адгезии полимера к
наполнителю. Радиационное окисление происходит при облучении на воз-
духе. Оно связано с присоединением кис-лорода к свободным радикалам и
образованием перекисных соединений. Последующие рекомбинации при-
водят к образованию устойчивых полимеров с кислородсодержа-щими
группами: карбонильными, гидроксильными, карбоксильными и т.п. или
продук-тов радиолиза СО, СО2, Н2О и др. Например,

~ сн2 - v-> ~сн ~ + н

0-0
I

-	сн - + о2 - сн -

0-0	о-он

I	I

-	СН ~ + ~ СН2 ~	~ СН ~ + ~ СН ~

о - он о

I	I

~сн~->-сн - + он
о	он

I	I

~СН~+Н->~СН-

При облучении образцов в виде крупных блоков окисление затрагива-
ет только поверхностные слои. Образовавшиеся при облучении свободные
радикалы и ионы могут существовать достаточно длительно, особенно в
условиях пониженных температур, в связи с чем и после прекращения об-
лучения возможно протекание таких необратимых пострадиационных
процессов, как деструкция, сшивание, окисление. Под действием облуче-
ния происходят изменения и физических свойств полимеров: амор-
физация кристаллических полимеров, в результате которой снижается
степень кристалличности, например, нитрата целлюлозы, разориентирова-
ние, образование микротрещин, увеличение ползучести и уменьшение
долговечности. Изменяются теплофизические и оптические свойства, га-
зопроницаемость, электропроводность. Под действием облучения могут
разлагаться и другие компоненты: окислители, пластификаторы, катализа-
торы горения, стабилизаторы химической стойкости, энергоёмкие напол-
нители и др. Естественно, что все эти изменения свойств полимерной ос-
новы и других компонентов приводят к изменению свойств порохов и топ-
лив в целом. Принципиально в качестве параметров топлив и порохов, по
изменению которых под действием облучения можно судить об их радиа-
ционной стойкости, могут быть приняты прочностные свойства при рас-
тяжении и сжатии, плотность, скорость горения, калорийность, химиче-
ская и термическая стабильность. Перечисленные характеристики доста-
точно чувствительны к радиационному воздействию. Процессы
деструкции и сшивания приводят к сильным изменениям прочностных
свойств. Газовыделение при радиолизе приводит к изменению плотности
порохов и топлив. Уменьшение плотности и нарушение адгезии между
полимером и наполнителем сопровождается повышением скорости горе-
ния. На скорость горения может влиять и изменение активности катализа-
торов под воздействием облучения. Для суждения о радиационной стойко-
сти порохов и топлив выбирают такие их свойства, которые изменяются в
наибольшей степени, то есть выбирают своего рода критические парамет-
ры. Для большинства ракетных топлив чувствительными к действию излу-
чения параметрами являются прочностные свойства и скорость горения.
Калорийность является наименее чувствительным параметром, но в связи
с важностью значения возможных пределов изменения энергетических
характеристик, она включена в число оцениваемых свойств. О радиацион-
ной стойкости нитроцеллюлозных порохов можно судить также по изме-
нению термической стабильности после облучения, например, с помощью
манометрической пробы по уровню давления, достигаемого за 14 часов
выдержки при 110°С по сравнению с необлученным образцом. Радиацион-
ную стойкость порохов и топлив принято характеризовать значением пре-
дельно-допустимой дозы облучения. За предельно-допустимую дозу облу-
чения принимают максимальную дозу облучения, при которой изменения
в свойствах веществ и изделий не выходят за пределы чувствительности
применяемых методов испытаний. Для практического руководства значе-
ния предельно-допустимых доз облучения даются обычно с двукратным
запасом, то есть заниженные вдвое по отношению к реально полученным
величинам. Изделие допускается к эксплуатации в условиях радиационных
воздействий, если суммарная поглощенная доза облучения равна или
меньше предельно-допустимой дозы. Кроме того, введено понятие поро-
говой дозы облучения, то есть поглощенной дозы, при которой произошли
изменения свойств, но эти изменения ещё допустимы для нормального
функционирования порохов, топлив или изделий. В случае изделий, вклю-
чающих в себя ряд элементов, например, порох, воспламенитель, теплоза-
щитное или бронепокрытие, предельно-допустимая доза облучения опре-
деляется стойкостью наименее радиационностойкого элемента. Погло-
щенная доза излучения измеряется в радах или греях. В последнее время в
качестве единицы измерения в основном используется грей (Гр, КГр).
Грей равен дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1кг
передается энергия ионизационного излучения 1Дж. Один рад соответст-
вует дозе поглощенной энергии 100 эрг на 1г вещества. При известных
параметрах радиолиза под действием гамма излучения можно определить
допустимую дозу и при действии другого вида из лучения по соотноше-
нию:

дх = дукх/ку

где Ду и Дх - допустимые дозы облучения при воздействии Y и X из-
лучения;

Кх, Ку - константы радиолиза веществ в этих условиях.

Сейчас установлено, что в диапазоне энергий от I до 10 МэВ действие
Y - излучения, протонов и электронов на компоненты, а, следовательно, и
на содержащие их ТРТ идентично. Кинетика разложения компонентов не
зависит от вида указанных излучений. Действие нейтронов по разному
влияет на свойства веществ и порохов. Либо их действие идентично воз-
действию Y - излучения при равных поглощенных дозах, либо имеет ме-
сто увеличение константы радиолиза и более интенсивное изменение
свойств.

Интенсивность разложения и соответственно изменения свойств зави-
сит от вида облучения (непрерывное, импульсное). Переход от непре-
рывного к импульсному облучению в ряде случаев приводит к более ин-
тенсивному разложению веществ на единицу поглощенной энергии излу-
чения, то есть к росту константы радиолиза. Допустимые дозы облучения
в условиях непрерывного и импульсного воздействия, соответствующие
одинаковым изменениям в свойствах веществ, связаны соотношением:

Димп. Днепр. Ким11 /Киепр

где Кимп и Кнепр - константы радиолиза.

Образцы ТРТ для испытаний обычно берутся в виде столбиков или
лопаточек, размеры которых (б=20мм, L= 100мм) исключают влияние
диффузионных процессов и обеспечивают равномерность облучения.

15.1	Радиационная стойкость СРТТ

Определяется в основном радиационной стойкостью полимерного
связующего, которая, как уже отмечалось, зависит от его природы. Так
пороговые значения доз для необратимых радиационных изменений, на-
пример, разрывного удлинения, составляют для нитрильных каучуков не-
сколько более 107 рад, для уретановых около 108 рад, для тиокольных - 108
рад, для каучука этиленпропиленового СКЭПТ около 107 рад. Соответст-
венно этому пороговая доза для СРТТ составляет около 107 рад. Учитывая,
что такая доза приводит к необратимым изменениям, очевидно, что для
практики допустимая пороговая доза должна быть меньше. Под действием
облучения изменяются практически все наиболее важные эксплуатаци-
онные свойства топлива. Характер этих изменений можно проследить на
примере топлива на основе бутилкаучука. При облучении топлива с по-
мощью кобальтовой установки (Со60) с мощностью дозы Y- излучения до
107 рад существенных внешних изменений топлива не наблюдается. При
дозах более 6 107 рад образцы уже не сохраняют первоначальную форму и
превращаются в тестообразную массу с большим количеством пор в виде
пузырьков. Непосредственное определение физико-механических свойств
топлива показывает, что их изменение сильно зависит от поглощенной
дозы Y— облучения. Заметное изменение прочности (о) и деформации (е)
имеет место при поглощенной дозе 0.5 106 106 рад. Увеличение дозы

Рисунок 45 — Зависимость физико-механических свойств от дозы облучения
приводит к резкому снижению о и е, что иллюстрируется приведенным
рисунком 45.

Аналогичные изменения физико-механических свойств имеют место
и при смешанном гамма-нейтронном облучении, осуществляемом с помо-
щью реактора ВВР-С на тепловых нейтронах (энергия нейтронов Е = 0.025
Эв). Идентичность изменений а и Е при Y- облучении и гамма-
нейтронном наблюдается при поглощенных дозах до 106 рад. При увели-
чении дозы до 107 рад изменение характеристик при гамма-нейтронном
облучении в 1.5+2 раза больше, чем при Y— облучений при такой же дозе.
Так как вклад от потока нейтронов в суммарную величину поглощенной
дозы составляет около 20%, то можно считать, что изменения физико-
механических свойств топлива обусловлены в основном воздействием Y-
потока и вызываемым им радиационным разогревом материала. Если при
дозах облучения до 10б рад радиационный разогрев при Y и Y-нейтронном
облучении одинаков, то при дозе I07 рад в случае Y-нейтронного об-
лучения он на 30% выше. Этим и объясняется различие в характере и глу-
бине изменения физико-механических свойств при дозах 107 рад и выше.
Снижение о и Е обусловлено деструкцией связующего топлива - бутилкау-
чука. Под действием радиации изменяется плотность и скорость горения
топлива. Существенные изменения этих характеристик имеют место при
поглощенной дозе, заметно превышающей 107 рад, что подтверждает бо-
лее высокую чувствительность к облучению физико-механических
свойств. Изменение плотности и скорости горения начинаются одновре-
менно и происходят симбатно - уменьшение плотности на 2% сопровож-
дается повышением скорости горения вдвое. Под воздействием облучения
происходит ослабление адгезионной связи на границе связующее-
окислитель, что подтверждено изучением микроструктуры топлива. При
малых дозах облучения до I05 рад разрушение топлива носит когезионный
характер (по связующему), при дозе 1.5 106 рад появляются отдельные
кристаллы, не покрытые связующим, а при увеличении дозы до 7 106 т-
9 106 рад адгезия ослабляется настолько, что разрушение топлива носит
адгезионный характер (по границе связующее-окислитель), кристаллы
окислителя на изломе топлива чистые, на покрытые связующим. Таким
образом, облучение приводит к снижению адгезии между связующим и
наполнителем, нарушению структурной целостности материала, порообра-
зованию и, как следствие, к уменьшению плотности и повышению скоро-
сти горения топлива. Повышение температуры топлива приводит к интен-
сификации радиационно-химических процессов и, соответственно, к
большим изменениям физико-механических свойств и скорости горения.
Так облучение топлива при 23°С приводит к снижению предела прочности
на 43%, а при 50°С на 73%. Скорость горения топлива облученного до до-
зы З Ю7 рад, при 23°С практически не изменяется, а при 50°С и 70°С по-
вышается на 30% и 150% соответственно.

В общем виде схему воздействия облучения можно представить так.
Под воздействием ионизирующих излучений, при малых поглощенных
дозах, в полимерном связующем происходят изменения структуры на мо-
лекулярном уровне. При этом макроскопические параметры, в частности
физико-механические свойства, не изменяются либо изменяются на вели-
чину, соизмеримую с ошибкой измерения. При больших поглощенных
дозах (10е рад) начинают разрушаться связи основной цепи полимера, то
есть происходит его деструкция, приводящая к снижению физико-
механических свойств. При дальнейшем увеличении поглощенной дозы
начинается, видимо, процесс частичного разложения окислителя, о чем
свидетельствует наблюдаемое помутнение кристаллов. Это приводит к
ослаблению адгезии между окислителем и связующим и появлению пор.
На этой стадии изменение физико-механических свойств обусловлено дей-
ствием двух факторов: деструкцией связующего и нарушением структур-
ной целостности топлива за счет ослабления адгезии, что приводит к более
интенсивному процессу изменения этих свойств. Таким образом при прак-
тическом применении топлив для сохранения их эксплуатационных харак-
теристик на требуемом уровне необходимо разрабатывать меры, исклю-
чающие возможность поглощения доз ионизирующего излучения сверх
допустимых, то есть сверх IO5 -5- 106 рад.

15.2	Радиационная стойкость нитроцеллюлозных порохов

Радиационная стойкость НЦП, как и в случае СРТТ, определяется
стойкостью компонентов и, прежде всего, стойкостью их полимерной ос-
новы - нитроцеллюлозы (НЦ). НЦ относится к полимерам, деструктирую-
щим под действием облучения. Об устойчивости некоторых компонентов
пироксилиновых и баллиститных порохов можно судить по данным, при-
веденным в таблице 58.

Таблица 58 - Радиационная стойкость некоторых компонентов порохов

Компонент	Константа ра- диолиза, К1О10 рад 1	Доза для рас- пада 1% ВВ, рад 107	Относительная радиационная стабильность
Т ринитротолуол	1.23	7.5	1
Тетрил	2.21	4.1	1.8
Нитроглицерин	11.8	0.85	9.0
Нитроцеллюлоза	11.5	0.85	9.0

Из этих данных следует, что нитроэфиры существенно менее ста-
бильны, чем бризантные ВВ. Под действием излучения и в случае НЦП
происходят изменения основных эксплуатационных свойств: физико-
механических, химической и термической стойкости, температур стекло-
вания и текучести и др. Глубина и интенсивность изменений зависит от
поглощенной дозы. При поглощенной дозе в 5 106 рад заметного разложе-
ния не наблюдается, имеет место некоторая деполимеризация НЦ. Повы-
шение дозы до 1 107 рад приводит к интенсивной деструкции НЦ со сни-
жением молекулярной массы в 20 раз, при дозе 2 107 рад идет заметное
разложение пороха, сопровождающееся потерей стабилизатора химиче-
ской стойкости (СХС), а при дозе 16 107 рад происходит полная потеря
СХС, что подтверждено опытами на примере баллиститного пороха РСИ-
12К.
Количество разложившегося вещества, отнесенное к единице погло-
щенной энергии, остается постоянным и не зависит от мощности дозы.
Конечный эффект разложения определяется интегральной энергией, по-
глощенной веществом. Процесс разложения при радиолизе в первом при-
ближении может быть описан уравнением 1-го порядка:

-Кт

С = Со е К = К, Р

где С - концентрация вещества в данный момент времени;

Со - начальная концентрация вещества;

К - константа разложения, сек1;

Р - мощность дозы облучения
т - время воздействия
К| - константа радиолиза, рад’1.

-К,Рт

С = Со Е

При повышении температуры указанная зависимость сохраняется, но
процесс разложения ускоряется.

За ДОПУСТИМУЮ ДОЗУ ПОГЛОЩЕНИЯ принимают дозу, необхо-
димую для распада 0,5% вещества, уменьшенную в 10 раз. Для ВВ она
находится в пределах 0.37ТО6 ч- 3.8ТО6 рад. Например, для тротила она рав-
на 3.75 106 рад, а для нитроглицерина 0.43ТО6 рад. Для НЦП допустимые
дозы облучения близки к установленным для НГ. Например, для БП типа
"Н" она равна 0.37 106 рад. СРТТ, содержащие "активные" пластификаторы
(нитро-, нитратосоединения), имеют пониженную радиационную устойчи-
вость.

Для повышения стойкости материалов к ионизирующему излучению
применяются так называемые АНТИРАДЫ. Количество антирада может
составлять 0.2ч-10% (массовых) в расчете на полимер.

Наиболее эффективными антирадами являются различные ароматиче-
ские соединения - фенантрен, нафталин, фенил-Р-нафтиламин (неозон-Д),
антрацен и др. Такие антирады действуют как "энергетические губки".
Они принимают на себя энергию, поглощаемую материалом, и рассеива-
ют её в виде тепла или флуоресценции, не претерпевая при этом сущест-
венных изменений. Эффективную защиту обеспечивает совместное при-
менение антирадов и антиоксидантов. В ряде случаев антирады выполня-
ют функцию и антиоксидантов, как, например, ароматические амины в
случае ненасыщенных углеводородных полимерных связующих. Такие
антиоксиданты - антирады, например неозон-Д, вводятся во многие кау-
чуки, используемые в качестве связующих в СРТТ, обеспечивая повыше-
ние стабильности топлива к термохимическому и радиационному воздей-
ствию. Количественно эффективность антирада характеризуется или ко-
эффициентом защиты

Р = 1 - гЛр

где г0 и гр - дозы облучения, необходимые для одинакового изменения
какого-либо свойства материала в отсутствии и в присутствии антирада
соответственно, или фактором передачи энергии

Е = Е/С

где Е - доля энергии, которую принимает на себя антирад;

Е - поглощенная энергия;

С - концентрация антирада.
16 ЯВЛЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ВЫСТРЕЛ

Артиллерийский и ракетный выстрелы сопровождаются образованием
дыма и пламени. Оба эти явления нежелательны по соображениям, ко-
торые будут изложены ниже, поэтому эти явления постоянно изучаются с
целью разработки мер, максимально их предотвращающих. Накопленные в
этой области данные свидетельствуют о том, что и дым и пламя в боль-
шой степени зависят от физико-химических свойств порохов и топлив, их
состава, условий воспламенения и горения, поэтому при изучении физико-
химических свойств порохов и топлив необходимо рассматривать их
влияние на указанные явления.

16.1	Дым при выстреле

Дым наблюдается при стрельбе из всех видов оружия при истечении
пороховых газов из ствола орудия или сопла РД.

Дым представляет собой коллоидную дисперсную систему - аэро-
золь, в которой дисперсионной средой являются пороховые газы, а дис-
персной фазой - твердые частицы солей, оксидов металлов, металлов,
диспергированного углерода, неразложившихся органических соединений,
сконденсировавшейся воды. Размеры, плотность, окраска и устойчивость
дымового облака зависят от природы и состава пороха, устройства заряда,
условий горения, состояния окружающего воздуха и т.п.. Плотный и ус-
тойчивый дым, имеющий окраску, отличную от фона местности, где рас-
положены орудия, демаскирует огневые позиции, затрудняет наблюдение
за противником, снижает темп ведения стрельбы прямой наводкой. В слу-
чае РД наличие дымового шлейфа затрудняет управление ракетой, особен-
но при применении оптических средств управления. Наличие дыма осо-
бенно затрудняет ведение стрельбы прямой наводкой из танковых и само-
ходных орудий, где небольшое задымление целей приводит к снижению
темпа стрельбы и вероятности поражения. Принятые на вооружение так
называемые бездымные ПП и НГП не сняли проблемы борьбы с дымно-
стью т.к. на самом деле выстрел такими порохами достаточно дымный. На
современном этапе разработка высокоэффективных порохов неизбежно
связана с применением различных добавок (неорганических солей и окси-
дов), предназначенных для улучшения баллистических свойств, металли-
ческих порошков для повышения энергетических характеристик, введение
которых способствует повышению доли дис-персной фазы в продуктах
сгорания и, следовательно, дымности. Высокое содержание металлических
горючих, разного рода неорганических отвердителей и катализаторов го-
рения в ракетном топливе также приводит к повышенному дымообразова-
нию. Таким образом, требование по снижению дымности имеет важное
практическое значение и для артиллерийского, и для ракетного пороха.

Особое значение это требование приобретает для порохов, применя-
емых в газогенераторах, БИП и пороховых аккумуляторах давления.

В этом случае пороховые газы, образующиеся при горении, являются
источником энергии для турбин органов управления и стабилизации поле-
та ракеты.

Для нормальной работы турбин поступающий на них газ должен быть
особенно чистым. Поэтому в этом случае применяются пороха, содержа-
щие минимальное количество твердых частиц, но и при этом они по пути к
турбине проходят через систему высокоэффективных фильтров. Основны-
ми источниками образования дыма являются:

1.	Твердые термически стойкие компоненты, содержащиеся в порохе.

2.	Твердые продукты горения воспламенителя.

3.	Твердые частицы углерода и неразложившихся инертных компо-
нентов пороха.

16.2	Твердые неорганические компоненты

В любом порохе и топливе содержится небольшое количество раз-
личных солей и оксидов металлов (К2СО3, MgCO3, Fe2O3, СаСО3 и др.),
которые вносятся в него с компонентами - с пироксилином и коллоксили-
ном в процессе производства ПП и БП, в которые они попадают с нит-
рующими смесями, при стабилизации; со связующими и окислителями в
производстве СРТТ, в которых они содержатся в виде примесей. В про-
цессе горения большая часть солей превращается в оксиды и вместе с
имеющимися уже оксидами образует золу в количестве О.З-г-О.4% от веса
пороха, что способствует образованию дыма. Практически во всех порохах
и топливах содержатся твердые неорганические или металлорганические
компоненты, которые специально вводятся в состав с целью улучшения
тех или иных свойств порохов. Это добавки для пламегашения (K2SO4),
стабилизации процесса горения и улучшения технологических свойств
(MgO, СаСО3, стеарат цинка), регулирования скорости горения (РвО,
V2O5, Cr2O3, LiF, фталаты свинца и меди), отверждения связующего
(МпО2, ZnO) и т.д. Суммарное содержание таких компонентов может со-
ставлять несколько процентов в составе, что также приводит к повыше-
нию дымности выстрела.

В ракетных БП и СРТТ одним из основных компонентов является ме-
таллическое горючее, горение которого сопровождается образованием
тонкодисперсных оксидов металлов, обуславливающее сильное дымооб-
разован ие.
И хотя для РД проблема дымности стоит остро в основном для ряда
отмеченных выше специфических случаев, однако в целом дымообразо-
вание также нежелательно.

16.3	Твердые частицы продуктов горения воспламенений

В качестве воспламенителей чаще всего применяется дымный порох
(ДП), а также смеси пиротехнического типа, при разложении которых об-
разуется большое количество твердых частиц, образующих дым. Так вос-
пламенитель из ДП образует при сгорании около 50% твердых частиц:
K2SO4, K2S, К2СО3.

При одном выстреле из ) 00 мм пушки образуется около 40 г твердых
продуктов горения воспламенителя из ДП. Один капсюль воспламенитель
при срабатывании выделяет небольшое количество конденсированных
продуктов - около 0.005 мг. Однако при скоростной стрельбе, например,
из пулемета, у дула его образуется довольно плотное облако дыма из кон-
денсированных продуктов и недогоревших частиц порохового заряда.

16.4	Твердые частицы углерода и неразложившихся
инертных веществ

Если порох не содержит перечисленных выше примесей, пламегася-
щих добавок и т.п., а для его воспламенения применен бездымный воспла-
менитель, то основным источником дыма являются частицы диспергиро-
ванного углерода и неразложившихся компонентов пороха и флегмати-
затора. Эта точка зрения выработана на кафедре "Химии и технологии вы-
сокомолекулярных соединений, порохов и ТРТ" С.Н. Даниловым с со-
трудниками, сотрудником ГНИОП И.Б. Наровским, её разделяет и Воен-
ная академия РВСН им. Петра Великого (бывшая арт. Академия им. Дзер-
жинского).

Образование твердых частиц углерода и остатков органических ве-
ществ обусловлено составом и природой пороха, наличием флегмати-
затора в заряде и зависит от условий воспламенения и горения. Так ПП
дают меньшую дымность, чем НГП при равной калорийности; инертные
органические вещества, содержащиеся в порохе или заряде: дибутилфта-
лат, вазелин, централит, парафин и др., а также слабо взрывчатые и термо-
стойкие ВВ при введении их в ПП и НГП (ДНТ, ТНТ, гексоген и другие
нитросоединения ароматического ряда) повышают дымность выстрела.
Также при равной калорийности пороха, содержащие большее количество
инертных компонентов, имеют и большую дымность. Объяснение этому
180
факту можно дать с позиций гипотезы о неодновременном выгорании
компонентов, согласно которой инертные компоненты превращаются в
газы значительно позже взрывчатых активных компонентов и лишь при
воздействии выделившегося тепла при горении последних. Поэтому су-
щественно возрастает вероятность неполного завершения реакций разло-
жения и газообразования инертных компонентов и возможность образова-
ния диспергированного углерода.

К образованию большого количества диспергированного углерода и
дымности выстре-ла приводит наличие в заряде флегматизатора. К по-
вышению дымности приводит частичное сгорание элементов системы аб-
тюрации: картонные абтюраторы, крышки, кружки, а также превращение в
мелкодисперсное состояние размеднителей из свинца и олова.

16.5	Влияние условий воспламенения и горения на дым-
ность

Неодновременное выгорание компонентов может привести к образо-
ванию твердых диспергированных частиц в виде дыма. Причем количест-
во этих частиц тем больше, чем ниже калорийность пороха и чем больше в
нем содержится инертных компонентов. Это явление может иметь место
особенно в первый период выстрела, когда температура при горении поро-
ха может быть пониженной. Это период воспламенения, форсирования и
начала движения снаряда. В этот период вследствие неполного горения
пороха, пиролиза флегматизатора образуются диспергированные частицы
неразложившихся инертных частиц и углерода, которые, сохраняясь почти
неизменными в дальнейшем периоде выстрела, вылетают из орудия в виде
дыма. В начальный период выстрела при низких давлениях могут выде-
ляться также оксиды азота, которые, вылетая из орудия с пороховыми га-
зами и окисляясь далее кислородом воздуха, окрашивают его в коричне-
вый цвет. Охлаждение пороховых газов при движении их по каналу ство-
ла, следствием которого являются вторичные реакции, также может
оказывать некоторое влияние на дымность. Возможными вторичными ре-
акциями в пороховых газах с образованием свободного углерода являются:

2СО -> СО2 + С + 44 Ккал

СО + Н2 -> Н2О + С + 33.5 Ккал

СО2 +2Н2—> 2Н2О + С + 23.1 Ккал

СН4 + СО2 -> 2Н2О + 2С + 3.2 Ккал

По данным Наровского образование свободного углерода возможно
при следующих условиях:
при Р= 100 кг/см2 иТ<1250К

при Р=500 кг/см2 и Т<1500 К

при Р=2000 кг/см2 и Т<1625 К

На основании этих данных можно полагать, что в условиях орудия
при охлаждении газов во втором периоде выстрела образование углерода
возможно, но, имея в виду кратковременность процесса, оно будет незна-
чительным и едва ли может существенно повлиять на дымность. На осно-
вании всего изложенного можно считать, что дым обусловлен наличием в
продуктах сгорания пороха твердых диспергированных частиц углерода,
органических остатков, неорганических солей, металлов и их оксидов.
Снижение дымности может быть достигнуто за счет:

I.	Исключения из состава порохов и топлив веществ минерального
характера.

2.	Применения бездымных воспламенителей.

3.	Разработки рациональных воспламенителей, обеспечивающих бы-
строе и одновременное воспламенение заряда.

4.	Применения малокомпонентных порохов, не содержащих термо-
стойких инертных примесей.

5.	Разработки новых способов флегматизации ствола, исключение из
заряда существующего флегматизатора.

16.6	Пламя при выстреле

В ряду явлений, сопровождающих выстрел, специальное место зани-
мает образование пламени у дульного среза ствола после вылета снаряда
(так называемое дульное пламя) и у казенной части ствола после открыва-
ния затвора и экстрактирования гильзы (так называемое обратное пламя).

В случае РД пламя имеет место на некотором расстоянии от сопла.
Появление пламени обусловлено высокой температурой продуктов непол-
ного сгорания, истекающих из орудия или сопла, и их способностью к
дальнейшим экзотермическим реакциям окисления с кислородом воздуха,
сопровождающимся свечением раскаленных газов и частиц. Появление
пламени - явление нежелательное по следующим причинам. Пламя дема-
скирует огневую позицию, ослепляет орудийный расчет, вызывает опас-
ность ожогов и взрыва боеприпасов. Особенно опасно обратное пламя при
стрельбе из танковых и самоходных орудий, где объемы боевых отделений
невелики и возможность ожогов и воспламенения боеприпасов весьма ве-
роятна. Величина и яркость пламени зависит от веса заряда, свойств поро-
ха, калибра орудия и т.п.. Так в зависимости от этих факторов обратное
пламя может превышать по длине 2 метра, а дульное может достигать от
0.5 до 50 м по длине и от 0.2 до 20 м по ширине.

В случае РД установленных на самолетах, при пуске ракет на малых высо-
тах догорание пороховых газов может привести к обеднению зоны у заборной
камеры двигателя самолета кислородом и, как следствие, к нарушению работы
двигателя самолета, вплоть до полного его "заглохания", т.е. к аварии самолета.
Поэтому борьба с пламенностью выстрела имеет большое практическое значе-
ние (тактико-техническое, экономическое, моральное). Образование пламени
зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются:

1.	Факторы, связанные с природой пороха и его физико-химическими
свойствами: состав пороха, кислородный баланс и его теплота горения,
наличие и природа специальных добавок, форма и толщина горящего сво-
да, а также связанные с конструкцией заряда: плотность заряжания, вес
заряда, расположение и вид воспламенителя и т.п..

2.	Факторы, связанные с конструкцией орудия: калибр, скорострель-
ность, длина ствола, наличие дульного тормоза, время от момента вылета
снаряда до момента открывания затвора и т.п..

3.	Факторы, связанные с внешними условиями: температура и состав
атмосферы, влажность воздуха, барометрическое давление, наличие ветра,
снега, дождя и т.п..

Нас в наибольшей степени будут интересовать факторы первой груп-
пы. При горении порохов в стволе образуются газы, в том числе водород,
метан и оксид углерода (40-^60%). Эти газы имеют достаточно высокую
температуру и при смешении с воздухом происходит горение водорода и
оксида углерода за счет кислорода воздуха, что приводит к образованию
пламени. Развитие химических реакций происходит по цепному механиз-
му в соответствии с теорией академика Семенова Н.Н.. Схема цепных ре-
акций по Семенову может быть представлена в следующем виде:

для водорода

Н2 + О2 —> 2ОН	- зарождение цепи

ОН + Н2 —> Н2О + Н + 11 Ккал	- продолжение цепи

Н2 + О2 + Н2 —> Н2О + ОН + Н + 102 Ккал

Н + О2 -э ОН + О	- развитие цепи

О + Н2 —» ОН + Н

ОН + ОН —> Н2О2

О + стенка	- обрыв цепи

Н + стенка

ОН + стенка

Аналогично протекают и реакции оксида углерода в присутствии во-
дорода.

Н + СО + О2 —> ОН + СО2

ОН + СО —э СО2 + Н	- зарождение цепи
ОН + ОН -» Н2О + 1 /2О2	- обрыв цепи

Н + О2 -»ОН + О

О + Н2 -> ОН + Н	- развитие цепи

Этот механизм лежит в основе и дульного, и обратного пламени.

16.7	Дульное пламя

Образуется у дульного среза при смешении раскаленных газов с возду-
хом за счет догорания газов по приведенным реакциям. При стрельбе в атмо-
сферу инертного газа, не содержащего кислород, пламя не образуется.

16.8	Обратное пламя

Наиболее распространенный подход к объяснению образования об-
ратного пламени, развитый Карповым А.В., Кошелевым В.В., заключается
в том, что возможен "проскок” дульного пламени по пороховым газам в
канале ствола от среза дула к казенной части; то есть образование обрат-
ного пламени возможно в результате зажигания газов в канале ствола
дульным пламенем. По окончании истечения пороховых газов и спада
давления до атмосферного, оставшиеся в стволе газы имеют удельный вес,
приведенный к одной атмосфере и 20°С, примерно 0.895 + 0.897 г/см3, а
воздух - 1.016 г/см3. Так как пороховые газы имеют более высокую темпе-
ратуру, то разница в удельных весах ещё больше. Поэтому по окончании
истечения газов начинается процесс конвекционного замещения части га-
зов, оставшихся в стволе, наружным воздухом. Холодный воздух поступа-
ет в ствол через нижнюю часть его сечения, а нагретые газы пороха выте-
кают через верхнюю часть сечения. Поступление воздуха облегчается от-
части за счет наката ствола, отчасти за счет уменьшения объема газов в
стволе, вследствие охлаждения. На границе раздела пороховых газов,
имеющих высокую температуру, и воздуха возникает горение. При откры-
вании затвора экстрактирующаяся гильза действует как поршень, продви-
гающий (всасывающий) очаг пламени в стволе к казенному срезу орудия.

16.9	Влияние свойств пороха на возникновение пламени

На образование пламени влияют размеры и форма пороховых элемен-
тов. Дегрессивные и тонкосводные пороха сгорают быстрее прогрес-
сивных и толстосводных порохов. Продукты сгорания быстрогорящих
порохов после конца горения охлаждаются в канале ствола в большей сте-
184
пени и вылетают с меньшей температурой. Менее вероятен также выброс
из ствола недогоревших частиц пороха. Следовательно, применение поро-
хов с более высокой скоростью горения с меньшим временем сгорания
должно способствовать снижению пламенности выстрела. Энергетические
свойства пороха также влияют на пламенность выстрела. Чем ниже кало-
рийность пороха и чем меньше в газах содержится водорода и оксида уг-
лерода, тем менее вероятно образование пламени. Наибольшее значение
имеет содержание водорода, который легче воспламеняется и инициирует
развитие цепных реакций. Опыт показывает, что пороха с калорийностью
до 700 ккал/кг дают беспламенный выстрел; до 800 ккал/кг находятся на
границе беспламенности, а пороха с калорийностью 900 ккал/кг и более,
как правило, дают пламенный выстрел. Следовательно, для получения
беспламенного выстрела необходимо применять пороха, обеспечивающие
заданную начальную скорость снаряда, при минимальной калорийности.

Вес заряда также влияет на пламенность: чем он больше, тем более
пламенным является выстрел. Это обусловлено образованием большого
количества продуктов сгорания, концентрация газов неполного окисления
в которых может быть выше.

Наличие в пороховых газах минеральных примесей может и затруд-
нять, и способствовать образованию пламени. Некоторые металлы, их ок-
сиды и соли являются катализаторами цепных реакций, и наличие их в
газах будет способствовать образованию пламени. Некоторые добавки,
такие как K2SO4, KCL и др., затрудняют воспламенение смеси оксида угле-
рода и водорода с кислородом воздуха, способствуют обрыву цепных ре-
акций и снижению пламенности выстрела. Такие вещества называют пла-
мегасителями.

Таким образом, основными факторами, связанными с физико-
химическими свойствами порохов, от которых зависит образование пла-
мени, являются:

1.	Температура газов, вылетающих из орудия.

2.	Состав газов в момент вылета из орудий.

3.	Наличие в газах примесей, катализирующих или ингибирующих
процесс развития цепных реакций.

Кроме того, имеет значение давление газов за дульным срезом. Чем
выше давление вылетающих из ствола газов, тем легче образуется пламя,
так как при большем давлении сжатие воздуха за дулом происходит в
большей степени, что сопровождается дополнительным выделением тепла,
поскольку процесс сжатия адиабатический. Повышение давления способ-
ствует также повышению концентрации кислорода в зоне сжатия, что так-
же способствует воспламенению вылетающих газов.

На образование и интенсивность пламени влияет характер смешения
вылетающих газов с воздухом и скорость образования смеси газов с кон-
центрацией, обеспечивающей догорание. На пламенность влияют клима-
тические условия, конструкция дульных тормозов, темп стрельбы и т.д..
Отсюда возникают и возможные методы устранения или снижения пла-
менности выстрела.

16.10 Методы гашения пламени

Методы гашения делятся на физические и химические. Физические
основаны на принципе понижения температуры вылетающих газов за счет
конструкции дульных тормозов, например, с боковыми отверстиями, уст-
ройства у дула конусов из металлических сеток, которые отнимали бы те-
пло от газов и понижали их температуру. Рассматривались варианты пода-
чи в момент выстрела в пространство за дулом орудия инертных газов (N2,
СО2), которые изолировали бы пороховые газы от кислорода воздуха. Для
устранения обратного пламени в принципе возможны также механи-
ческие методы: продувка канала ствола после каждого выстрела инерт-
ным газом.

При продувке из канала устраняются горючие газы, что исключает
проскок пламени, но этот метод также усложняет артсистему.

Однако из перечисленных физических методов применение находят
дульные тормоза, которые служат главным образом для уменьшения от-
дачи при выстреле. Нас больше интересуют химические методы.

Что касается таких путей снижения пламенности, как применение
низкокалорийных порохов, быстрогорящих, снижение веса заряда, изме-
нение состава продуктов сгорания, то они имеют весьма и весьма ограни-
ченное значение, так как варьирование ими, в частности весом заряда, ско-
ростью горения практически невозможно, так как эти параметры опреде-
ляются калибром и баллистическими характеристиками конкретных
артиллерийских систем. Понижение калорийности связано с потерей бал-
листической эффективности и также не может рассматриваться как эффек-
тивное средство устранения пламенности, так как имеет ограниченное
применение. При реализации этого способа практическое применение на-
ходят следующие два приема:

[.Введение в порох инертных органических соединений: централит,
дибутилфталат и другие для снижения температуры образующихся газов.

2.	Введение соединений, в продуктах разложения которых содержится
повышенное количество азота и углекислого газа: углекислый гуанидин,
тиомочевина, 5-аминотетразол, нитрогуанидин, дициандиамид. Более эф-
фективным является второй путь, так как он позволяет понизить пламен-
ность без существенного снижения энергетических характеристик. В этом
случае имеет значение не только повышенное содержание азота — СО2 в
продуктах сгорания, но и, как правило, более низкая температура горения
таких порохов.

Основным методом пока является метод введения в пороха или топ-
лива веществ, способных обрывать цепи пламенных реакций окисления
водорода и оксида углерода. При этом эти вещества не должны отри-
цательно влиять на комплекс других свойств порохов.

Введение таких веществ, называемых ингибиторами или пламегасите-
лями, должно способствовать обрыву цепей и влиять на концентрацион-
ные пределы образования и распространения пламени. Наиболее широкое
применение находит сульфат калия. В качестве пламегасящих добавок
изучались также хлорид калия, карбонат калия и некоторые другие.

Недостатком этих пламегасителей является то, что они не исключают
полностью пламенности, повышают дымность выстрела, ухудшают техно-
логические свойства пороховой массы, а при введении больших количеств
(3-5%) понижают энергетические свойства пороха. Исследованиями по-
следнего времени показано, что пламегасящий эффект проявляют галоид-
содержащие соединения ряда этана и метана, а также такие соединения
калия как азид калия KN3. гексанитрокобальтиат калия K2(CO(NO2)6)6, ко-
торые более эффективно влияет на концентрационные пределы воспламе-
нения смеси пороховых газов. Ингибирующее влияние, например, диб-
ромдифторметана, заключающееся в обрыве цепей окисления, можно
представить следующим образом:

1.	CF2Br2 + Н -> CF2Br + НВг

2.	CF2Br + Н -> CF2 + НВг

3.	НВг + ОН —» Н2О + Вг

4.	НВг + Н —> Н2 + Вг

То есть можно полагать, что при действии галогенуглеводородов дол-
жна происходить замена первоначальных активных носителей цепи (ради-
калов Н, ОН) на другие, очевидно более тяжелые и менее активные атомы
галоидов и их производные. Так как активность новых носителей цепи
ниже, чем активность центров в отсутствии ингибитора, то можно пола-
гать, что добавки галоидсодержащих веществ приводят к возрастанию
энергии активации процесса распространения пламени. Действие азида
калия заключается в торможении процесса за счет обрыва цепи окисления
путем адсорбции атомов кислорода на твердых частицах. Соли калия ока-
зывают большое влияние на ионизазацию пламени за счет притяжения
электронов и обеспечивают, следовательно, меньшую воспламеняемость
пороховых газов.

Эффективное пламегашение может быть достигнуто при достаточно
высокой концентрации ингибирующих добавок в смеси пороховых газов с
воздухом (от 7 до 30% масс.), что затрудняет реализацию их применения,
так как введение больших количеств пламегасителей сопряжено с потерей
энергетических и баллистических характеристик порохов. Наиболее ши-
роко применяется в качестве пламегасителя сульфат калия. В ракетной
технике пламегашение достигается введением в порох сульфата калия или
введением в заряд пороховых "стержней" с высоким содержанием сульфа-
та калия. Такой стержень в процессе горения заряда омывается газами,
выделяет сульфат калия, который выполняет роль пламегасителя.
17 ДЕЙСТВИЕ ПОРОХОВЫХ ГАЗОВ
НА КАНАЛ СТВОЛА (РЭД)

Важное значение для экономики военного потенциала и обороноспо-
собности страны имеет длительность баллистической жизни оружия или
как принято говорить "живучесть" ствола.

"Живучесть" характеризует сохранность (неизменными или изме-
няющимися) в допустимых пределах основных баллистических характери-
стик системы в процессе боевого функционирования, то есть стрельбы. В
процессе выстрела пороховые газы воздействуют на канал ствола, вызывая
вынос частичек металла из канала и приводя тем самым к изменению его
геометрических размеров: увеличение диаметра канала по полям и наре-
зам, удлинение каморы. Это приводит к падению Vo, увеличению разброса
по дальности и боковым отклонениям, то есть к снижению эффективности
стрельбы и в конечном итоге к выходу оружия из строя.

На современном этапе развития артиллерии, характеризующемся
повышением мощности выстрела, увеличением темпа стрельбы, даль-
ности и т.д. надежность оружия приобретает особое значение. С целью
повышения эффективности разрабатываются мощные высокоэнергети-
ческие пороха, применение которых приводит к ещё большему сниже-
нию живучести ствола и тем самым лимитирует дальнейшее повыше-
ние мощности артиллерии. Поэтому задача повышения живучести ору-
жия является одной из важнейших в общей проблеме повышения
могущества артиллерии и стрелкового оружия. Требование к новым
высокоэнергетическим порохам - давать эффект без увеличения РЭД.
Влияние порохов на живучесть характеризуется так называемым раз-
гарно-эрозионным действием пороховых газов на канал ствола (РЭД).
Оно в большой степени зависит от физико-химических свойств поро-
хов, их состава и свойств, поэтому необходимо знать взаимосвязь
свойств порохов с оказываемым ими РЭД. В ракетной технике это яв-
ление также имеет большое значение, так как разгар критического се-
чения сопла также сопровождается изменением параметров сопла, из-
менением процесса истечения, расхода газов, что приводит к измене-
нию тяги двигателя и отрицательно сказывается на дальности и
точности полета ракеты.

Живучесть ствола определяется максимальным количеством выстре-
лов, произведенных из орудия, при котором сохраняется нормальное
функционирование снаряда, выполнение баллистических характеристик.
Живучесть стволов может составлять от нескольких тысяч до нескольких
сотен выстрелов.

Так, например, для 100 мм полевой пушки она составляет
1800-5-3500 выстрелов (в зависимости от темпа стрельбы), для 210 мм
пушки Бр-17 - 500 выстрелов, для 85 мм зенитной пушки - 1465
выстрелов (при стрельбе БП НДТ-3) и 2344 выстрела при стрельбе БП
ДГ-3. То есть живучесть весьма ограничена. Существует ряд теорий,
объясняющих износ ствола преобладающим влиянием какого-либо од-
ного фактора:

-	физико-химическим действием пороховых газов;

-	механическим действием ведущих частей снаряда;

-	динамическим действием пороховых газов;

-	термическим действием пороховых газов.

Как видим, большинство теорий в той или иной мере связывают износ
с действием пороховых газов.

В основе физико-химической теории, предложенной Вьелем и разви-
той в работах Чащихина, Совза, Фомина, Данилова, Головина и др., лежит
представление о том, что основной причиной разгара является рас-
слабление поверхностного слоя металла канала ствола в результате хими-
ческого взаимодействия с ним пороховых газов, науглероживания и азоти-
зации его и образования карбонилов железа, нитридов и т.п. Не отрицалась
также возможность протекания окислительных процессов между продук-
тами сгорания и металлом ствола.

Теория механического воздействия объясняет износ трением ве-
дущих частей снаряда на нарезку ствола, механическим и термиче-
ским воздействием ведущего пояска на нарезку ствола и выносом
металла, нагретого пороховыми газами, движущимися снарядом и
потоком пороховых газов. В теории динамического действия, разви-
той Шарбонье, износ объясняется динамическим действием на по-
верхность ствола сильно сжатых и нагретых газов. Поток пороховых
газов, обладающий высокой температурой и плотностью, стремится
сгладить неровности и резкие профили в канале. Теория термическо-
го воздействия пороховых газов на поверхность канала ствола,
сформулированная в 1912 г. Черновым Д.К. является наиболее рас-
пространенной. Согласно этой теории пороховые газы в процессе
выстрела нагревают до высокой температуры тонкий поверхностный
слой металла. После выстрела температура падает. При последую-
щих выстрелах эти явления повторяются вместе с сопутствующими
им явлениями расширения и сжатия металла, вследствие чего на по-
верхности канала образуется сетка трещин, металл приходит в рас-
слабленное состояние и легко срывается движущимися по каналу
ствола снарядом и потоком пороховых газов.

Современный подход заключается в том, что износ ствола вызы-
вается факторами термического, динамического, физико-
химического и механического характера. Удельное же значение этих
факторов зависит от ряда причин, связанных со свойствами порохов,
материалом и конструкцией ствола, условиями стрельбы и т.д. В
общем виде механизм износа представляется так. В процессе вы-
стрела при горении пороха образуются пороховые газы, имеющие
температуру 2600-*-3500°С, и развивается давление до 3500 кг/см2,
которые воздействуют на канал ствола. В результате этого воздейст-
вия в слое металла толщиной 0.05-5-0.2 мм происходят сложные фи-
зико-химические и структурные изменения. Нагретый поверхност-
ный слой металла в таком состоянии имеет пониженную механиче-
скую прочность и теряет свою способность к сопротивлению
динамическим нагрузкам движущихся пороховых газов и нагрузкам
от воздействия ведущих частей снаряда. Расслабленные частицы ме-
талла срываются с поверхности и выносятся из ствола. РЭД порохов
оценивается стрельбой из орудия по программе определения живу-
чести, то есть стрельбой до износа ствола, в ходе которой устанав-
ливается допустимое количество выстрелов. В лабораторных усло-
виях РЭД определяется на установке ЭСА-4. Опыт заключается в
том, что проводится определенное количество выстрелов с истече-
нием газов через лейнер с калиброванным каналом. Лейнер - метал-
лический цилиндр с каналом.

По проведении серии опытов замеряется диаметр канала и по его уве-
личению судят о разгарном эффекте.

17.1	Факторы, влияющие на разгар

Наиболее существенными являются следующие факторы:

1.	Температура и состав пороховых газов, находящиеся в прямой за-
висимости от состава пороха, его энергетических характеристик и объема
газов.

2.	Качество металла ствола или сопла.

3.	Вес заряда, темп стрельбы.

4.	Время орудийного выстрела или время истечения газов через сопло.

5.	Давление в канале ствола или в реактивной камере.

6.	Калибр и длина ствола, форма и размеры сопла.

Это естественно, так как чем больше вес заряда, тем больше порохо-
вых газов проходит через данное сечение ствола или сопла и больше тепла
передается на их поверхность. Чем больше давление в канале ствола или
реактивной камере, тем больше плотность потока пороховых газов и ин-
тенсивнее теплопередача от газа к стенке. Чем больше время выстрела, тем
продолжительнее воздействие газов на стенку ствола и больше вероят-
ность нагрева металла до вязко-текучего состояния. Чем выше темп
стрельбы, тем меньше остывает металл от выстрела к выстрелу и тем
больше рост температуры на поверхности канала ствола.

Все эти факторы влияют на износ ствола. Однако решающее значение
имеют первые два фактора: температура и состав пороховых газов и каче-
ство металла. Для нас важнейшее значение имеет первый фактор, связан-
ный с физико-химическими свойствами порохов и ТРТ.

в

17.2 Влияние природы и состава пороха на разгар

Ещё на ранних стадиях изучения разгара в 1890 годах Менделеев и
Чельцов установили, что НГП вызывают существенно больший разгар,
чем ПП и что, следовательно, разгар зависит от природы пороха. В после-
дующем было показано, что при стрельбе из 76 мм пушки НГП (НГВ) и
ПП - 12/7 с примерно равной калорийностью живучесть составляет 500 и
1500 выстрелов, то есть отличается в три раза. Эта закономерность более
высокого разгара от НГП по сравнению с ПП одинаковой калорийности
была многократно подтверждена. В пределах одного и того же типа пороха
разгар зависит от природы и свойств компонентов, входящих в состав по-
роха.

Так для пороха баллиститного типа разгар тем выше, чем выше кало-
рийность труднолетучего растворителя.

Если изготовить порох одной и той же калорийности на НГЛ, нитро-
ксилитане, динитратдиэтиленгликоле и динитраттриэтиленгликоле, то раз-
гар самый высокий будет в случае НГЛ, затем НКС, ДНДЭГ и ДНТЭГ.
Так, если разгар от пороха на ДНТЭГ (по количеству выносимого металла)
принять за 100%, то порох на ДНДЭГ дает 122%, нитроксилитановый
128%, а НГЛ 149%.

В случае ПП РЭД повышается с увеличением содержания азота в
пироксилине, входящем в состав ПП. При введении в порох ВВ РЭД,
как правило, повышается по сравнению с порохом, не содержащем ВВ,
но с такой же температурой горения. Полученные результаты можно
объяснить в какой-то мере с позиций гипотезы о неодновременном вы-
горании компонентов порохов. Впервые эта гипотеза была высказана
Менделеевым в следующем виде применительно к НГП: "В процессе
горения пороха сначала выгорает НГЛ и высокоазотные фракции пи-
роксилина; позже начинают гореть низкоазотные фракции пироксилина
и инертные примеси, содержащиеся в порохе". В сороковых годах эта
гипотеза была использована в работах Артакадемии и других исследо-
вателей. Неодновременность сгорания компонентов обусловлена сле-
дующими причинами:
1.	Различной термической стойкостью компонентов.

2.	Неоднородностью распределения компонентов в пороховой массе.
Схема неодновременного выгорания компонентов может быть представ-
лена в следующем виде:

а)	Под влиянием высокой температуры газов, окружающих порох, и
предварительного прогрева некоторого тонкого слоя поверхности пороха
существующие между компонентами адгезионные связи, межмоле-
кулярные водородные и вандервальсовские связи рвутся, и компоненты
приобретают некоторую физико-химическую самостоятельность.

б)	Наименее термически стойкие и реакционноспособные компонен-
ты, такие как НГЛ, пироксилин, разлагаются на первичные продукты (ак-
тивные группы, свободные радикалы), а инертные компоненты (ДБФ, цен-
тралит и др.) либо ещё остаются неизменными, либо переходят в жидкое
или парообразное состояние.

в)	Продукты первичного распада активных компонентов реагируют
между собой с выделением большого количества тепла, под влиянием ко-
торого происходит, видимо, разложение инертных компонентов на менее
сложные вещества и взаимодействие их с продуктами разложения актив-
ных компонентов.

где п - количество молекул

Рисунок 46 - Кривые распределения энергии газов

Поскольку эти сложные физические и химические процессы в тон-
ком слое происходят не одновременно и с различной скоростью, энер-
гия отдельных продуктов реакции в данном сечении будет различной.
Эта разница в энергии продуктов сохраняется некоторое время и в га-
зовой зоне. Молекулы газов от разложения НГЛ будут иметь энергию
выше, чем от разложения пироксилина. Следовательно, в каждый мо-
мент времени в тонком движущемся слое продуктов горения имеет ме-
сто распределение энергии газов по некоторой кривой. Кривая для НГП
имеет более высокий уровень, а характер кривой менее плавный с
большим пиком, рисунок 46.

Наиболее "горячие" молекулы имеют большую скорость движения,
быстрее достигают поверхности канала, энергичнее передают тепло и вы-
зывают больший разгар. Так как вероятное число “горячих” молекул рас-
тет по мере увеличения калорийности труднолетучего растворителя, то
этим и объясняется, что НГП дают больший разгар, чем пороха на других
нитроэфирах. Аналогичная картина имеет место и при наличии в составе
ВВ. Вводимые ВВ, например, гексоген, являются поставщиками "горячих"
молекул. Начинают работать в основном в газовой фазе. Пироксилин со-
стоит из фракций с различным содержанием азота, поэтому РЭД будет
зависеть не только от среднего содержания азота в пироксилине, но и от
его химической однородности. Чем однороднее пироксилин, тем при оди-
наковом среднем азоте меньше РЭД. Таким образом, основной причиной
различий в РЭД из порохов одинаковой калорийности, но разного состава
является разное количество "горячих" молекул пороховых газов, обуслов-
ленное неодновременным сгоранием компонентов.

Имеет значение также окислительный характер среды пороховых га-
зов. Увеличение в продуктах сгорания содержания двуокиси углерода, во-
ды способствует реакциям их с углеродом, никелем, кобальтом металла
ствола и оказывает соответствующее отрицательное влияние на прочност-
ные свойства поверхностного слоя металла. Чем выше температурное воз-
действие на ствол, оказываемое "горячими" молекулами, и чем выше воз-
можное окислительное действие газов, тем выше РЭД. Поэтому действие
пороховых газов на ствол следует рассматривать, главным образом, как
процесс термохимический. Следовательно, задача снижения разгара может
решаться как за счет изменения температуры горения, так и за счет изме-
нения состава продуктов сгорания. Снижению разгара должно способство-
вать повышение однородности структуры пороха и обеспечение одновре-
менного выгорания компонентов, снижение концентрации "горячих" мо-
лекул.

17.3 Влияние калорийности

При одинаковой природе пороха калорийность имеет решающее зна-
чение для величины РЭД. Это значение проявляется через температуру
горения. Чем выше калорийность, тем выше температура. При стрельбе из
76 мм пушки живучесть ствола составляет 180 выстрелов при применении
пороха с Q* = 1250 Ккал/кг и свыше 3000 выстрелов при применении по-
роха с Q» = 800 Ккал/кг. То есть при снижении калорийности на 450
Ккал/кг живучесть возрастает в 17 раз. Для порохов с калорийностью от
650 до 850 Ккал/кг увеличение Qw на 100 Ккал снижает живучесть в три
раза. Относительные данные по влиянию калорийности пороха на живу-
честь ствола приведены на рисунке 47.

Таким образом, для снижения разгара и повышения живучести ствола
необходимо:

1.	Применять пороха, обеспечивающие решение баллистической зада-
чи при минимальной калорийности, то есть с минимально возможной тем-
пературой горения.

2.	Применять пороха, имеющие наибольшую химическую и физиче-
скую однородность.

3.	Вводить в пороха охлаждающие добавки с высоким содержанием
азота типа нитрогуанидина, дициандиамида, различные производные тет-
разолов и триазолов, азидопластификаторы, то есть компоненты, умень-
шающие окислительный характер пороховых газов.

Рисунок 47- Влияние калорийности пороха
на живучесть ствола орудия

Кроме того, практически применяются защитные средства, так назы-
ваемые флегматизаторы, представляющие собой, например, бумагу или
ткань, пропитанную углеводородами. Наиболее широко применяются
флегматизаторы из сплава парафина с церезином. Действие их основыва-
ется на том, что реакции пиролиза этих соединений носят сильно эндотер-
мический характер, требуют для их осуществления большого количества
тепла, которое образуется от пороховых газов. За счет этого температура
пороховых газов, действующих на ствол, существенно понижается, и они
вызывают меньший нагрев канала ствола.
ЛИТЕРАТУРА

ЕТишунин И.А., Арш М.М. Курс порохов.-М.,ч. 1-5,1946.

2.	Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества.-М.1949.

3.	Зеленский В.П. Основы проектирования пороховых зарядов к
ствольному оружию и ракетам.-Пенза. 1971.

4.	Зеленский В.П. Проектирование порохов и зарядов к ракетным и
ствольным системам.-Пенза. 1973.

5.	Зеленский В.П. Эксплуатационные свойства порохов и зарядов.-
Пенза.1975.

6.	Силин И.А., Ващенко В.А. и др. Окислители гетерогенных конден-
сированных систем.-М.: Машиностроение. 1978.

7.	Силин И.А., Ващенко В.А. и др. Металлические горючие гетероген-
ных конденсированных систем. -М.: Машиностроение. 1976.

8.	Мадякин Ф.П., Силин И.А. Компоненты гетерогенных горючих сис-
тем.-М.: ЦНИИНТИ.1984.

9.	Сарнер С. Химия ракетных топлив. Пер. с англ.-М..Мир.1969.

10.	Виницкий А.М. Ракетные двигатели на твердом топливе. -М.:
Машиностроение. 1973.

11.	Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. -
М.: Химия. 1977.

12.	Паушкин Я.М. Жидкие и твердые химические ракетные топлива. -
М.: Наука. 1978.

13.	Тагер А.А. Физико-химия полимеров. -М.: Химия.1968.

14.	Энциклопедия полимеров. Под ред. Каргина В.А. -М.: Советская
энциклопедия, т. 1-3.1976.

15.	Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопе-
дический словарь под ред. Академика Б.П.Жукова. -М.: Янус-
К.1999.

16.	Фиошина М. А., Русин Д.Л. Основы химии и технологии порохов
и твердых ракетных топлив. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева.

2001.-315с.
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................4

1	Классификация порохов..................................-....6

1.1	Нитроцеллюлозные пороха..................................7

1.2	Смесевые твердые ракетные топлива........................8

2	Принципиальный состав порохов и РТТ..........................9

3	Области применения порохов и топлив.......................12

4	Условные обозначения порохов и топлив........................14

4.1	Пироксилиновые пороха.................................14

4.2	Баллиститные пороха...................................15

4.3	Минометные пороха.....................................16

4.4	Смесевые твердые топлива..............................17

5	Общие сведения по порохам и топливам капиталистических стран.18

5.1	Одноосновные (пироксилиновые) пороха..................18

5.2	Двухосновные (нитроглицериновые) пороха...............19

5.3	Трехосновные (нитрогуанидиновые) пороха.............  19

5.4	Сферические пороха....................................20

5.5	Смесевые твердые топлива..............................20

6	Требования, предъявляемые к порохам и ТРТ.................22

6.1	Эксплуатационно-технические требования................22

6.2	Требования к физико-химическим свойствам..............22

6.3	Требования к энергетическим характеристикам...........23

6.4	Требования к баллистическим характеристикам...........24

6.5	Требования к техническим характеристикам..............24

6.6	Требования к физико-механическим характеристикам .....26

6.7	Требования к эксплуатационным свойствам...............27

6.8	Технико-экономические требования......................27

6.9	Экологические и токсикологические требования..........28

7	Физические свойства порохов и топлив......................30

7.1	Внешний вид...........................................30

7.2	Форма и размеры пороховых элементов...................30

7.3	Плотность порохов и ракетных топлив...................34

7.4	Гравиметрическая Плотность............................38

7.5	Гигроскопичность порохов и топлив.....................40

8	Теплофизические свойства порохов и топлив.................46

9	Электризация порохов и топлив.............................53

10	Физико-механические свойства полимеров...................59

10.1	Температура стеклования..............................68

11	Физико-механические свойства порохов и топлив.............75

11.1	Характер разрушения порохов в стеклообразном состоянии..76
11.2	Зависимость физико-механических свойств пироксилиновых
порохов от различных факторов..............................79

11.2.1	Влияние температуры..............................79

11.2.2	Влияние состава..................................80

11.2.3	Влияние технологических факторов..................81

11.3	Вынужденная высокоэластичность баллиститных порохов...82

11.4	Влияние различных факторов на физико-механические
свойства баллиститных порохов...............................84

11.4.1	Влияние	влаги....................................85

11.4.2	Влияние	степени полимеризации....................86

11.4.3	Влияние	степени нитрации.........................87

11.4.4	Влияние	наполнителя..............................88

11.4.5	Временная зависимость прочности (долговечность)...89

11.5	Разрушение порохов в высокоэластическом состоянии
(характер деформации ТРТ)...................................91

11.5.1	Влияние степени наполнения на прочность, модуль упругости

и критическую деформацию топлива...............................97

11.5.2	Влияние гранулометрического состава наполнителя...100

11.6	Сравнительная оценка физико-механических свойств
нитроцеллюлозных порохов и СРТТ...........................103

12	Анизотропия свойств порохов и топлив.................... 104

12.1	Физико-механические свойств..........................104

12.2	Теплофизические свойства.............................105

12.3	Скорость горения.....................................106

13	Чувствительность порохов и ТРТ к внешним воздействиям......108

13.1	Виды начальных импульсов.............................108

13.2	Чувствительность порохов и топлив к тепловому импульсу.109

13.3	Чувствительность порохов и топлив к механическим
воздействиям..............................................116

13.4	Чувствительность порохов и топлив к детонационному
импульсу..................................................129

13.5	Чувствительность к тепловому импульсу................135

13.6	Тротиловый эквивалент................................136

14	Физическая стабильность порохов и топлив.................139

14.1	Факторы, влияющие на стабильность....................141

14.2	Виды стабильности....................................141

14.3	Методологические основы оценки стабильности..........142

14.4	Выбор параметров для оценки стабильности.............143

14.4.1	Выбор температуры...............................145

14.4.2	Определение времени хранения....................147

14.5	Стабильность порохов на летучем растворителе.........149

14.6	Стабильность порохов на труднолетучем растворителе.....151
14.6.1	Улетучивание растворителя......................151

14.6.2	Экссудация растворителя........................152

14.6.3	Выкристаллизовывание твердых компонентов.......153

14.7	Физическая стабильность сферических порохов.........153

14.8	Стабильность смесевых ракетных твердых топлив.......154

14.9	Термостабильность баллиститных и смесевых ракетных
топлив...................................................157

14.10	Тепловое самовоспламенение баллиститных порохов
и СРТТ...................................................165

15	Радиационная стойкость порохов и СРТТ...................169

15.1	Радиационная стойкость СРТТ.........................172

15.2	Радиационная стойкость нитроцеллюлозных порохов......175

16	Явления, сопровождающие выстрел ........................178

16.1	Дым при выстреле....................................178

16.2	Твердые неорганические компоненты...................179

16.3	Твердые частицы продуктов горения воспламенителя.....180

16.4	Твердые частичы углерода и неразложившихся инертных
веществ..................................................180

16.5	Влияние условий воспламенения и горения на дымность..181

16.6	Пламя при выстреле .................................182

16.7	Дульное пламя.......................................184

16.8	Обратное пламя......................................184

16.9	Влияние свойств пороха на возникновение пламени.....184

16.10	Методы гашения пламени.............................186

17	Действие пороховых газов на канал ствола (РЭД)......... 189

17.1	Факторы, влияющие на разгар.........................191

17.2	Влияние природы и состава пороха на разгар..........192

17.3	Влияние калорийности............................... 194

Литература..................................................197

Заказ № 74.Тираж 1000.

Отпечатано в типографии ООО «ИПК “Бионт”»
199026, Санкт-Петербург, Средний пр. ВО. д. 86,
тел. (812)322-68-43

При участии ООО "Фирма Коста"

Рогов Николай Григорьевич (1930 - 2002)

Доктор технических наук, профессор, с 1972 по 1995
годы заведующий кафедрой химии и технологии
высокомолекулярных соединений

Санкт-Петербургского государственного
технологического института
(Технического университета),
Заслуженный работник высшей школы
Российской Федерации
Груздев Юрий Анатольевич

Кандидат технических наук, доцент кафедры
химии

и технологии высокомолекулярных соединений
Санкт-Петербургского государственного
технологического института

(Технического университета).

Область научных интересов:

-	Химия и технология полимерных композиций

-	Пороха и смесевые ракетные твердые топлива