§ 1.1. Явление выстрела

Движение снаряда по каналу ствола орудия сопровождается многочисленными процессами: механическими, физическими, хи­мическими, термодинамическими и газодинамическими. Совокуп­ность процессов, происходящих в орудии с момента воспламене­ния порохового заряда до момента окончания истечения газов из канала ствола после вылета снаряда, называется явлением вы­стрела. Явление выстрела включает в себя следующие процессы:

• воспламенение пороха;

• горение пороха;

— образование пороховых газов;

• изменение состава пороховых газов;

• расширение пороховых газов;

• поступательное движение снаряда;

• вращательное движение снаряда;

• движение пороховых газов;

• движение элементов порохового заряда;

• движение откатных частей орудия;

• врезание ведущих поясков снаряда в нарезы;

• трение ведущих частей снаряда о поверхность канала ствола;

• износ и разгар канала ствола;

• теплопередача от пороховых газов к стенкам ствола;

• упругие и пластические деформации ствола;

• упругие и пластические деформации снаряда;

• вытеснение воздуха из капала ствола;

• истечение пороховых газов из канала ствола;

• образование дульной волны и пламени.

Из перечисленных процессов к основным во внутренней бал­листике относятся горение пороха, образование пороховых газов, расширение пороховых газов, поступательное движение снаряда, истечение пороховых газов из канала ствола.

Эти процессы изучаются подробно. Остальные процессы хотя и имеют большое самостоятельное значение, при изучении движе­ния снаряда играют подчиненную роль. Они называются второ­степенными процессами и рассматриваются во внутренней балли­стике лишь в той мере, в какой это способствует раскрытию ха­рактера движения снаряда.

Явление выстрела характеризуется кратковременностью, высо­кими давлениями и высокими температурами. Продолжительность явления выстрела определяется десятыми и даже сотыми долями секунды. В канале ствола орудий развиваются давление, дости­гающее 4000-10⁵ Н/м², и температура свыше 2000° К.

Во внутренней баллистике при изучении явления выстрела рассматривают пять периодов:

1. Предварительный, или пиростатический, период — от момен­та начала воспламенения заряда до момента начала движения снаряда.

2. Период форсирования — от момента начала движения сна­ряда до момента окончания врезания ведущих поясков снаряда в нарезы.

3. Первый, или пиродинамический, период — от момента окон­чания врезания ведущих поясков снаряда в нарезы до момента окончания горения пороха.

4. Второй, или термодинамический, период — от момента окон­чания горения пороха до момента вылета снаряда"

5. Период последействия — от момента вылета снаряда до мо­мента окончания истечения пороховых газов из канала ствола.

В артиллерийских орудиях обычно имеют место все перечис­ленные периоды. В минометах, как правило, отсутствует период форсирования.

В пиродинамическом периоде одновременно совершается боль­шинство процессов явления выстрела, поэтому пиродинамический период является наиболее сложным. Отметим, что горение пороха в орудии происходит сначала в постоянном объеме, а с мо­мента начала движения сна-

ряда — в переменном объеме; расширение пороховых газов происходит как при горении пороха, так и по окончании го­рения пороха.

Во внутренней баллистике изучаются зависимости пути снаряда I, скорости снаряда относительно ствола v и дав­ления пороховых газов р от времени t. За начало отсчета времени принимается момент начала движения снаряда. Графики этих зависимостей называются пиродинамическими кривыми, а величины

—пиродинамическими эле­ментами. На рис. 1.1 даны примерные пиродинамические кривые в функции от вре­мени.

Рис. 1.1. Пиродинамические кривые при аргументе t

Пиродинамические кривые имеют четыре опорные точки, отве­чающие моментам начала движения снаряда, достижения макси­мума давления, окончания горения и вылета снаряда. Пиродина­мические элементы в опорных точках будем снабжать соответст­венно индексами «о», «т», «к», «д», напримери т. д.

Точка, отвечающая максимуму давления, определяется усло­вием

Может оказаться, что полученная из этого условия величина

будет больше величиныотвечающей моменту окончания го­рения пороха, т. е. в орудии порох сгорит раньше, чем снаряд пройдет путьТогда наибольшим давлением пороховых газов

будет давление в момент окончания горения пороха, а аналити­ческий максимум давления становится нереальным. Этот случай будем называть случаем неаналитического максимума. Подобного рода кривые давления часто встречаются в минометах.

Пиродинамические кривые могут быть записаны на опыте, при­чем анализ опытных кривых является одним из основных экспе­риментальных путей изучения явления выстрела. Можно сказать, что внутренняя баллистика занимается построением и изучением пиродинамических кривых.

Рис. 1.2.

Кривые в функции от пути показывают, какими будут давле­ние пороховых газов, скорость снаряда, время его движения, когда снаряд окажется на некотором расстоянии от первоначального положения, т. е. в заданном сечении канала ствола. Это особенно важно знать при расчете толщины стенки ствола., для которой сила давления пороховых газов является внутренней нагрузкой, стремящейся разрушить ствол. Пиродинамические кривые в фун­кции от пути идут иначе, чем кривые в функции от времени. Кривая давления показывает, что наибольшее давление достигается на начальном участке движения снаряда, не превышающем одной трети полного пути снаряда в канале ствола орудия l_д. Поэтому именно здесь ствол имеет наибольший диаметр, убывающий потом к Дульному срезу. Кривые скорости и времени обращены вогну­тостью вниз