§ 2.1. Расширение пороховых газов

При движении снаряда по каналу ствола орудия происходят расширение пороховых газов и переход тепловой энергии газов в механическую работу, основная и полезная часть которой равна кинетической энергии снаряда; при этом температура пороховых газов будет понижаться.

В кинетическую энергию снаряда переходит 25—40% всей тепловой энергии, выделяющейся при сгорании порохового заряда. Приблизительно половина всей тепловой энергии пороховых газов при выстреле выбрасывается в атмосферу в виде тепловой энергии струи газов и рассеивается. Некоторая часть тепловой энергии (1—10%) переходит в

кинетическую энергию пороховых газов и также в значительной степени теряется при истечении пороховых газов из канала ствола. При этом в атмосфере возникают разнообразные явления, связанные с преобразованием энергии: перемешивание и нагрев воздуха, возникновение ударных волн (дульной волны), свечение струи газов (дульное пламя), электризация облака пороховых газов, химические реакциии т. п. Большинство перечисленных явлений играет отрицательную роль.

Кинетическая и тепловая энергия пороховых газов в орудиях с дульным тормозом частично (до 1 % всей тепловой энергии) полезно расходуется на работу дульного тормоза для уменьшения силы отдачи. На откат ствола, т. е. в кинетическую энергии откатных частей орудия, переходит 0,5—1% всей тепловой энергии. Тепловая энергия пороховых газов и кинетическая энергий откатных частей орудия в незначительных количествах используются для совершения полезных работ, например для заряжаних орудия в автоматах, наката ствола, продувки канала ствола ( эжектирование ) и т. д. Некоторая часть тепловой энергии пороховых газов (до 5%) посредством теплопередачи переходит стенки ствола, а затем в охлаждающую ствол жидкость или в атмосферу.

Считая, что расширение пороховых газов орудия происходя без теплообмена, т. е. адиабатически, на основании первого закон

термодинамики можно получить основное уравнение пиродинамики, описывающее процесс расширения пороховых газов в ору­дии. Для адиабатического процесса сумма работ

, совершен­ных пороховыми газами массойпри расширении, равна изме­нению их внутренней тепловой энергии:

_гд_е— тепловая энергия 1 кг пороховых газов в момент их образования;

— тепловая энергия 1 кг пороховых газов в рассматривае­мый момент времени.

Из термодинамики известно, что

где C_w — удельная теплоемкость пороховых газов при постоян­ном объеме;

— температура пороховых газов в градусах абсолютной шкалы.

Для момента образования пороховых газов будем иметь Тогда уравнение (2.1) получит вид

Воспользуемся еще одним соотношением термодинамики:

где R — удельная газовая постоянная;

С_р — удельная теплоемкость пороховых газов при постоянном

давлении.

Введем параметр расширения пороховых газов 0, определяе­мый равенством

в котором k представляет собой показатель адиабаты: Можем записать

после чего выражение (2.4) дляпримет вид

Это и есть основное уравнение пиродинамики.

Под величиной р здесь понимается некоторое постоянное во всех точках заснарядного пространства среднее давление пороховых газов, называемое баллистическим давлением.

Основное уравнение пиродинамики выражает собой закон сохранения энергии при выстреле. Оно записывается для произвольного момента времени, когда сгорит ф-я часть порохового заряда, а снаряд пройдет путь I и будет иметь скорость v. В правой части уравнения (2.10) стоит разность внутренней (тепловой) энергий образовавшихся пороховых газов до их расширения и после расширения (выражена в единицах работы). В левой части стоил механическая работа, которую совершат пороховые газы к рассматриваемому моменту времени.

Сила пороха f определяет работоспособность 1 кг пороха, а|произведение fшф —работоспособность сгоревшей части заряда при изобарном процессе расширения пороховых газов. При этом

часть тепла, выделяемого сгоревшим порохом, будет тратиться на под держание постоянного давления. При адиабатическом процессе расширения пороховых газов, который происходит в орудии, все тепло идет на совершение работы. Поэтому для получения вели­чины тепловой энергии произведениеделится на параметр рас­ширениякоторый, следовательно, численно равен отношению работы расширения газов изобарного и адиа­батического процессов. Величинадля поро­ховых газов в среднем равна 0,2, т. е. работа пороховых газов при изобарном процессе со­ставляет 20% работы при адиабатическом процессе.