V prahu

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi v iskanje
Brezdimni vložek v prahu. Od zgoraj navzdol: krogla , smodnik , rokav , temeljni premaz

Pore je večkomponentna trdna "eksplozivna" (ne peskalna snov ) zmes, ki lahko redno gori v vzporednih plasteh, brez dostopa kisika od zunaj, s sproščanjem velike količine toplotne energije in plinastih produktov, ki se uporabljajo za metanje školjk , premikajoče se projektile in za druge namene [1] . Spada v razred pogonskih eksplozivov .

Zgodovina

Zgodnja kitajska raketa

Prvi predstavnik eksploziva je bil črni prah - mehanska mešanica soli , premoga in žvepla , običajno v razmerju 5: 3: 2. [2] Obstaja trdno prepričanje, da so se takšne spojine pojavile v antiki in so bile uporabljene predvsem kot zažigalna in uničujoča sredstva.

Obstaja veliko zanesljivih dokazov, da so smodnik izumili na Kitajskem . Sredi prvega stoletja našega štetja je bila sol na Kitajskem znana in obstajajo močni dokazi o uporabi soli in žvepla v različnih kombinacijah, predvsem za pripravo zdravil [3] . Kitajsko alkimistično besedilo Tao Hongjing Bencao jing jizhu (Farmakopeja z izborom komentarjev, kitajska tradicija.本草 經 集注) [4] [5] , datirano leta 492, opisuje praktičen in zanesljiv način razlikovanja kalijevega nitrata od drugih anorganskih soli, ki služijo alkimisti oceniti in primerjati metode čiščenja - pri sežiganju kalijevega nitrata nastane vijolični plamen. Staroarabske in latinske metode za čiščenje soli so bile objavljene po letu 1200 [6] . Prva omemba mešanice, ki spominja na smodnik, se je pojavila v Taishang Shengzu Danjing Mijue s strani Qing Xuzi (okoli 808), ki opisuje postopek mešanja šestih delov žvepla , šestih delov soline z enim delom kirkazona (zelišče, ki je mešanici zagotavljalo ogljik ) [7] . Prvi opis zažigalnih lastnosti takšnih mešanic je Zhenyuan miaodao yaolüe - taoistično besedilo, ki je okvirno datirano v sredino 9. stoletja našega štetja [6] : »Nekaj ​​segretega žvepla, realgarja in soline z medom skupaj - rezultat so bili dim in plameni , tako da so jim roke in obrazi pogoreli, celo celotna hiša, kjer so delali, je pogorela « [8] . Kitajska beseda za smodnik (iz 火药 / 火药; pinjin: Huo Yao / xuou yɑʊ /, kar dobesedno pomeni "ogenj medicine" [9] ) se je začela uporabljati nekaj stoletij po odkritju zmesi [10] . Tako so taoistični menihi in alkimisti v 9. stoletju v iskanju eliksirja nesmrtnosti po naključju naleteli na smodnik [11] [12] . Kitajci so kmalu uporabili smodnik za razvoj orožja: v naslednjih stoletjih so izdelovali različne vrste smodniškega orožja, vključno z metači ognja [13] , raketami , bombami , primitivnimi granatami in mine , preden so izumili strelno orožje z uporabo energije smodnika za dejansko metanje izstrelkov . [14] ...

Wujing zongyao ( kitajska trad.武 經 總 要, pr.武 经 总 要, pinyin wǔ jīng zǒng yào , dobesedno: " zbirka najpomembnejših vojaških metod ") je kitajska vojaška razprava, ki je nastala leta 1044 v časuseverne pesmi dinastije , sestavil znane znanstvenike Zeng Gongliang, Ding Du in Yang Weide, delo je prvi rokopis na svetu, ki vsebuje recepte za smodnik, daje opis različnih mešanic, ki vključujejo petrokemične izdelke, pa tudi česen in med [15 ] . Med drugim so omenjene metode upočasnjevanja zgorevanja smodnika za ustvarjanje ognjemeta in raket - če zmes ne vsebuje dovolj nitrata za eksplozijo (največja količina nitrata se zmanjša za 50%), potem preprosto izgori [ 16] . Vendar je Zbirko najpomembnejših vojaških tehnik napisal uradnik včasu dinastije Song in ni dovolj dokazov, da je bil neposredno vpleten v vojaška dejanja. Prav tako se ne omenja uporabe (uporabe) smodnika v analih, ki opisujejo vojne Kitajske proti Tangutom v 11. stoletju. Prvič so izkušnje z uporabo " ognjenega kopja " omenjene pri opisu obleganja Deana leta 1132 [17] .

Do danes je glavno znanstveno soglasje, da so smodnik izumili na Kitajskem in se nato razširili po Bližnjem vzhodu in kasneje v Evropi [18] . Morda je bilo to storjeno v 9. stoletju, ko so alkimisti iskali eliksir nesmrtnosti. Njegov videz je privedel do izuma ognjemeta in zgodnjega strelnega orožja . Širjenje smodnika v Aziji s Kitajske v veliki meri pripisujejo Mongolom. Hipotetično je smodnik v Evropo prišel po nekaj stoletjih [2] . Vendar pa obstajajo polemike o tem, v kolikšni meri so kitajske izkušnje z uporabo smodnika v sovražnostih vplivale na kasnejše dosežke na Bližnjem vzhodu in v Evropi [2] [19] .

Prvo znanstveno delo v zgodovini, ki je podrobno opisalo postopek čiščenja kalijevega nitrata ( kalijev nitrat ) in opisalo metode priprave črnega prahu v pravilnem količinskem razmerju za eksplozijo, je bila knjiga znanstvenika mameluškega sultanata Hasana al-Rammaha [sl] . Delo Hassana al Rammaha o sintezi eksplozivnega smodnika je dalo zagon razvoju pušk in raket. To je egipčanskim mamelukom omogočilo, da so med prvimi začeli redno uporabljati orožje v vojaških zadevah [20] [21] .

Za izdelavo kalijevega nitrata so potrebne razvite tehnološke metode, ki so se pojavile šele z razvojem kemije v 15.-16. Stoletju in s prejemom dušikove kisline pri Glauberju leta 1625. Za proizvodnjo ogljikovih materialov z zelo razvito specifično površino, kot je oglje, je potrebna tudi razvita tehnologija, ki se je pojavila šele z razvojem metalurgije železa . Najverjetnejša je uporaba različnih mešanic naravnih nitratov z organskimi snovmi, ki imajo lastnosti, značilne za pirotehnične sestavke. Menih Berthold Schwarz velja za enega od izumiteljev smodnika.

Dolgo časa so se intenzivno razvijala najbogatejša nahajališča natrijevega nitrata v Čilu in kalijevega nitrata v Indiji in drugih državah. Toda dolgo časa so soliner za izdelavo smodnika pridobivali tudi umetno - z obrtjo v tako imenovani solitri. To so bili kupi rastlinskih in živalskih odpadkov, pomešanih z gradbenimi odpadki, apnencem , laporjem . Amoniak, ki je nastal med razpadom, je bil podvržen nitrifikaciji in najprej preoblikovan v dušikovo, nato pa v dušikovo kislino . Slednji je v interakciji z apnencem dal Ca (NO 3 ) 2 , ki je bil izločen z vodo. Dodajanje lesnega pepela (pretežno iz kalijevega kalija ) je povzročilo obarjanje CaCO 3 in nastanek raztopine kalijevega nitrata [22] .

Metoda metanja črnega prahu je bila odkrita veliko kasneje in je služila kot zagon za razvoj strelnega orožja . V Evropi (tudi v Rusiji) je znana od sredine XIV stoletja; do sredine 19. stoletja je ostal edini eksplozivni eksploziv in do konca 19. stoletja - pogonsko gorivo.

Z izumom nitroceluloznih goriv in nato posameznih močnih eksplozivov je črni prah v veliki meri izgubil pomen.

Prvič je piroksilinski prah v Franciji pridobil P. Viel leta 1884 , balistični prah - na Švedskem Alfred Nobel leta 1888 , korditni prah - v Veliki Britaniji konec 19. stoletja . Približno v istem času (1887-1891) je v Rusiji Dmitrij Mendelejev razvil pirokolodijski prah , skupina inženirjev iz tovarne prahu Okhta pa piroksilin v prahu .

V 30 -ih letih XX stoletja so v ZSSR prvič nastali naboji iz balističnega prahu za rakete, ki so jih vojaki uspešno uporabljali med Veliko domovinsko vojno ( raketni sistemi z več izstrelki). Mešana goriva za raketne motorje so bila razvita v poznih štiridesetih letih prejšnjega stoletja.

Nadaljnje izboljšanje pogonskih goriv se izvaja v smeri ustvarjanja novih formulacij, pogonskih goriv za posebne namene in izboljšanja njihovih glavnih značilnosti.

Vrste prahu

Obstajata dve vrsti smodnika: mešani (vključno z najpogostejšim - dimljenim ali črnim prahom ) in nitroceluloza (tako imenovani brezdimni). Smodnik, ki se uporablja v raketnih motorjih, se imenuje trdno raketno gorivo . Nitro goriva temeljijo na nitroceluloze in mehčalca. Poleg glavnih sestavin ta pogonska sredstva vsebujejo različne dodatke.

Smodnik je pogonski eksploziv. Pod ustreznimi pogoji sprožitve lahko smodnik eksplodira podobno kot eksplozivi, zaradi česar se je črni prah dolgo uporabljal kot močan eksploziv. Pri skladiščenju dlje časa, ki je daljše od obdobja, določenega za dani smodnik, ali kadar je shranjeno v neprimernih pogojih, se sestavine smodnika kemično razgradijo in spremenijo se njegove delovne lastnosti (način zgorevanja, mehanske značilnosti raketnih bomb itd.). Delovanje in celo skladiščenje takšnih pogonskih goriv je zelo nevarno in lahko povzroči eksplozijo.

Mešana goriva

Dimljen (črni) smodnik

Dimni prah ruske proizvodnje, razred DOP (lovski) v skladu z GOST 1028-79
Škatla za prah in merica prahu 18.-19

Sodobni dimljeni ali črni prah se proizvaja po strogih predpisih in natančni tehnologiji. Vse blagovne znamke črnega prahu delimo na zrnat in prah v prahu (tako imenovana praškasta celuloza , PM). Glavne sestavine črnega prahu so kalijev nitrat , žveplo in oglje ; kalijev nitrat je oksidant (spodbuja hitro zgorevanje), oglje je vnetljivo (oksidant, ki ga je mogoče oksidirati), žveplo pa je dodatna sestavina (tako kot premog, ki je gorivo v reakciji, izboljša vžig zaradi nizke temperature vžiga). V mnogih državah se razmerja, določena s predpisi, nekoliko razlikujejo (vendar ne veliko).

Zrnata goriva so v obliki zrn nepravilne oblike v petih stopnjah (brez sušenja in doziranja): mletje sestavin v prah, njihovo mešanje, stiskanje v diske, drobljenje v granule in poliranje.

Učinkovitost zgorevanja črnega prahu je v veliki meri povezana s finostjo mletja komponent, popolnostjo mešanja in obliko zrn v končni obliki.

Sorte črnega prahu (% sestave KNO 3 , S, C.):

  • žično (za požarne vrvice) (77%, 12%, 11%);
  • puška (za vžigalnike za naboje iz nitroceluloznih pogonskih goriv in mešanih trdnih goriv, ​​pa tudi za izločanje nabojev v zažigalnih in svetlobnih školjkah);
  • grobo (za vžigalnike);
  • počasno gorenje (za ojačevalnike in zaviralce v ceveh in varovalkah);
  • rudnik (za peskanje ) (75%, 10%, 15%);
  • lov (76%, 9%, 15%);
  • šport.

Črni prah je zelo vnetljiv in iskri ( plamenišče 300 ° C), zato je z njim nevaren. Shranjeno v zaprti embalaži, ločeno od drugih vrst smodnika. Je higroskopičen , z vsebnostjo vlage več kot 2%, je slabo vnetljiv. Postopek proizvodnje črnega prahu vključuje mešanje fino zmletih sestavin in predelavo nastale celuloze v prahu, da dobimo zrna določene velikosti. Korozija soda iz črnega prahu je veliko močnejša kot iz nitroceluloznih pogonskih goriv, ​​saj sta žveplova in žveplova kislina stranski produkt zgorevanja. Danes se črni prah uporablja v ognjemetu . Do konca 19. stoletja so ga uporabljali v strelnem orožju in eksplozivnem strelivu.

Oksidacijska reakcija:

Aluminijev smodnik

Aluminijev smodnik se uporablja v pirotehniki in je sestavljen iz visoko mletega kalijevega / natrijevega nitrata (oksidanta), aluminijevega prahu (gorivo) in žvepla, pomešanega v določenem deležu. Ta smodnik ima višjo temperaturo, hitrost gorenja in večjo emisijo svetlobe. Uporablja se pri razpokanju elementov in bliskovitih spojin (nastanek bliskavice).

Delež (nitrat: aluminij: žveplo):

  • svetel blisk - 57:28:15
  • eksplozija - 50:25:25.

Sestava praktično ne vlaži, se ne zmečka, vendar je zelo razmazana.

Pogonska sredstva nitroceluloze

Smodnik (Pyrodex)
Nitrocelulozni prah različnih razredov

Za razliko od zadimljenega (črnega) prahu na osnovi premoga so nitrokelulozna brezdimna goriva pogosta, katerih glavna prednost je večja učinkovitost in odsotnost dima po žganju, razkrivanju in motenju pogleda.

Glede na sestavo in vrsto mehčalca (topila) se nitrocelulozna goriva delijo na: piroksilin, balistist in kordit.

Uporabljajo se za izdelavo sodobnih eksplozivov, smodnika, pirotehničnih izdelkov in za detonacijo (sprožitev) drugih eksplozivov, to je kot detonatorji. Tako se v sodobnem orožju brezdimni prah (nitrocelulozni prah, NC) uporablja predvsem kot gorivo.

Piroksilin

Pogonska sredstva piroksilina običajno vsebujejo 91-96% piroksilina , 1,2-5% hlapnih snovi ( alkohol , eter in voda ), 1,0-1,5% stabilizatorja (difenilamin, centralit) za povečanje stabilnosti skladiščenja, 2-6% flegmatizerja za upočasnitev zgorevanja zunanje plasti praškastih zrn in 0,2-0,3% grafita kot dodatki. Takšna goriva so izdelana v obliki plošč, trakov, obročev, cevi in ​​zrn z enim ali več kanali; uporablja v strelnem orožju in topništvu . Glavne pomanjkljivosti piroksilinskih pogonskih goriv so: nizka energija plinskih produktov zgorevanja (glede na primer balističnih pogonskih goriv), tehnološka zapletenost izdelave polnil velikega premera za raketne motorje. Glavni čas tehnološkega cikla se porabi za odstranjevanje hlapnih topil iz praškastega polizdelka. Odvisno od namena poleg običajnega piroksilina obstajajo tudi posebna pogonska sredstva: plamensko gašenje, nizkohigroskopsko, nizko gradientno (z nizko odvisnostjo hitrosti gorenja od temperature polnjenja); nizka erozija (z zmanjšanim požarno -erozijskim učinkom na izvrtino); флегматизированные (с пониженной скоростью горения поверхностных слоев); пористые и другие. Процесс производства пироксилиновых порохов предусматривает растворение (пластификацию) пироксилина, прессование полученной пороховой массы и резку для придания пороховым элементам определённой формы и размеров, удаление растворителя и состоит из ряда последовательных операций.

Баллиститные

Основу баллиститных порохов составляют нитроцеллюлоза и неудаляемый пластификатор, поэтому их иногда называют двухосновными. В зависимости от применяемого пластификатора они называются нитроглицериновыми, дигликолевыми и так далее. Обычный состав баллиститных порохов: 40-60 % коллоксилина (нитроцеллюлоза с содержанием азота менее 12,2 %) и 30-55 % нитроглицерина (нитроглицериновые пороха) или диэтиленгликольдинитрата (дигликолевые пороха) либо их смеси. Кроме того, в состав этих порохов входят ароматические нитросоединения (например, динитротолуол ) для регулирования температуры горения, стабилизаторы ( дифениламин , централит), а также вазелиновое масло , камфора и другие добавки. Также в баллиститные пороха могут вводить мелкодисперсный металл ( сплав алюминия с магнием ) для повышения температуры и энергии продуктов сгорания, такие пороха называют металлизированными. Порох изготовляются в виде трубок, шашек, пластин, колец и лент. По применению баллиститные пороха делят на ракетные (для зарядов к ракетным двигателям и газогенераторам), артиллерийские (для метательных зарядов к артиллерийским орудиям) и миномётные (для метательных зарядов к миномётам ). По сравнению с пироксилиновыми баллиститные пороха отличаются меньшей гигроскопичностью, большей быстротой изготовления, возможностью получения крупных зарядов (до 0,8 метра в диаметре ), высокой механической прочностью и гибкостью за счёт использования пластификатора. Недостатком баллиститных порохов по сравнению с пироксилиновыми является большая опасность в производстве, обусловленная наличием в их составе мощного взрывчатого вещества — нитроглицерина , очень чувствительного к внешним воздействиям, а также невозможность получить заряды диаметром больше 0,8 м, в отличие от смесевых порохов на основе синтетических полимеров . Технологический процесс производства баллиститных порохов предусматривает смешение компонентов в тёплой воде в целях их равномерного распределения, отжимку воды и многократное вальцевание на горячих вальцах. При этом удаляется вода и происходит пластификация нитрата целлюлозы , который приобретает вид роговидного полотна. Далее порох выпрессовывают через матрицы или прокатывают в тонкие листы и режут.

Кордитные

«Соломки» кордитного пороха патрона « .303 British »

Кордитные пороха содержат высокоазотный пироксилин, удаляемый (спирто-эфирная смесь, ацетон ) и неудаляемый ( нитроглицерин ) пластификатор. Это приближает технологию производства данных порохов к производству пироксилиновых порохов.

Преимущество кордитов — большая мощность, однако они вызывают повышенный разгар стволов из-за более высокой температуры продуктов сгорания.

Твёрдое ракетное топливо

Смесевый порох на основе синтетических полимеров (твёрдое ракетное топливо) содержит примерно 50-60 % окислителя, как правило перхлората аммония , 10-20 % пластифицированного полимерного связующего, 10-20 % мелкодисперсного порошка алюминия и другие добавки. Это направление пороходелания впервые появилось в Германии в 30-40-е годы XX века, после окончания войны активной разработкой таких топлив занялись в США, а в начале 50-х годов — и в СССР. Главными преимуществами перед баллиститным порохом, привлёкшие к ним большое внимание, явились: более высокая удельная тяга ракетных двигателей на таком топливе, возможность создавать заряды любой формы и размеров, высокие деформационные и механические свойства композиций, возможность регулировать скорость горения в широких пределах. Эти достоинства позволили создавать стратегические ракеты с дальностью действия более 10 000 км. На баллиститных порохах С. П. Королёву вместе с пороходелами удалось создать ракету с предельной дальностью действия 2 000 км. Но у смесевых твёрдых топлив есть значительные недостатки по сравнению с нитроцелюлозными порохами: очень высокая стоимость их изготовления, длительность цикла производства зарядов (до нескольких месяцев), сложность утилизации, выделение соляной кислоты в атмосферу при горении перхлората аммония .

Горение пороха и его регулирование

Горение параллельными слоями, с выделением газообразных продуктов, но не переходящее во взрыв , обусловливается передачей тепла от слоя к слою и достигается изготовлением достаточно монолитных пороховых элементов, лишённых трещин. Скорость горения порохов зависит от давления по степенному закону , увеличиваясь с ростом давления, поэтому не стоит ориентироваться на скорость сгорания пороха при атмосферном давлении, оценивая его характеристики. Регулирование скорости горения порохов — очень сложная задача и решается использованием в составе порохов различных катализаторов горения. Горение параллельными слоями позволяет регулировать скорость газообразования. Газообразование пороха зависит от величины поверхности заряда и скорости его горения.

Величина поверхности пороховых элементов определяется их формой, геометрическими размерами и может в процессе горения увеличиваться или уменьшаться. Такое горение называется соответственно прогрессивным или дигрессивным . Для получения постоянной скорости газообразования или её изменения по определённому закону отдельные участки зарядов (например ракетных) покрывают слоем негорючих материалов ( бронировкой ). Скорость горения порохов зависит от их состава, начальной температуры и давления.

Характеристики пороха

Основными характеристиками пороха являются: теплота горения Q — количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 килограмма пороха; объём газообразных продуктов V, выделяемых при сгорании 1 килограмма пороха (определяется после приведения газов к нормальным условиям ); температура газов Т, определяемая при сгорании пороха в условиях постоянного объёма и отсутствия тепловых потерь; плотность пороха ρ; сила пороха f — работа , которую мог бы совершить 1 килограмм пороховых газов, расширяясь при нагревании на Т градусов при нормальном атмосферном давлении.

Характеристики основных типов порохов
Тип пороха Количество тепла,

Q, ккал/кг

Объём газов

V, л/кг

Температура газов,

T, K

Пироксилиновый 700 900 ~2000
Баллиститные: 900 1000 1700—4000
ТРТ 1200 860 1500—3500
Артиллерийский 800 750 ~2500
Кордитный 850 990 ~2000
Дымный 700 300 ~2200

Невоенное применение

Кроме развлекательных целей ( фейерверки ) порох используют также в технических целях: в пороховом инструменте (строительно-монтажные пистолеты, пробойники и др.), в пиротехнических изделиях ( пироболты , пиропатроны и т. д.).

См. также

Примечания

  1. Объекты военные — Радиокомпас / [под общ. ред. Н. В. Огаркова ]. — М. : Военное изд-во М-ва обороны СССР , 1978. — С. 456. — ( Советская военная энциклопедия : [в 8 т.] ; 1976—1980, т. 6).
  2. 1 2 3 Джек Келли. Порох. От алхимии до артиллерии. История вещества, которое изменило мир = Gunpowder. Alchemy, Bombards, & Pyrotechnics: The History of the Explosive that Changed the World. — Москва: КоЛибри , 2005. — 339 с. — 5000 экз.ISBN 5987200121 . — ISBN 9785987200124 .
  3. Buchanan. «Editor's Introduction: Setting the Context», in Buchanan, 2006 .
  4. Joseph Needham. Science amd Civilisation in China (неопр.) . — Cambridge University Press , 1974. — Т. V:7. — С. 97.
  5. Цитата из этой книги: 強燒之,紫青煙起,仍成灰。不停沸如朴硝,雲是真硝石也。См. в разделе «硝石»электронной версии книги «本草經集注»
  6. 1 2 Chase 2003 :31–32
  7. Peter Allan Lorge (2008), The Asian military revolution: from gunpowder to the bomb , Cambridge University Press, с. 32, ISBN 978-0-521-60954-8  
  8. Kelly 2004 :4
  9. The Big Book of Trivia Fun , Kidsbooks, 2004  
  10. Peter Allan Lorge (2008), The Asian military revolution: from gunpowder to the bomb , Cambridge University Press, с. 18, ISBN 978-0-521-60954-8  
  11. Needham, 1986 , p. 7 «Without doubt it was in the previous century, around +850, that the early alchemical experiments on the constituents of gunpowder, with its self-contained oxygen, reached their climax in the appearance of the mixture itself.»
  12. Buchanan, 2006 , p. 2 «With its ninth century AD origins in China, the knowledge of gunpowder emerged from the search by alchemists for the secrets of life, to filter through the channels of Middle Eastern culture, and take root in Europe with consequences that form the context of the studies in this volume.»
  13. Needham, Volume 5, Part 7, 83
  14. Chase 2003 :1 «The earliest known formula for gunpowder can be found in a Chinese work dating probably from the 800s. The Chinese wasted little time in applying it to warfare, and they produced a variety of gunpowder weapons, including flamethrowers, rockets, bombs, and land mines, before inventing firearms.»
  15. Ebrey, 138.
  16. Chase 2003 :31
  17. Peter Allan Lorge (2008), The Asian military revolution: from gunpowder to the bomb , Cambridge University Press, с. 33–34, ISBN 978-0-521-60954-8  
  18. Buchanan (2006) , p. 2
  19. St. C. Easton: «Roger Bacon and his Search for a Universal Science», Oxford (1962)
  20. Very, Very Early Torpedoes
  21. The Development of Pyrotechnics and Firearms in the Mamluk Period
  22. Селитряницы

Литература

Ссылки