Изследователска и производствена компания "IMKAS"

3.1. Поток на газ в цевта при изстрелване (в пиродинамичния период)

В съществуващи проби от огнестрелни оръжия снаряд или куршум набира скорост под действието на прахообразни газове, образувани в резултат на експлозивното разлагане на прахов заряд.

В огнестрелното оръжие има три основни елемента: цев, заряд, куршум.

Огнестрелното оръжие е термодинамична машина, при която енергията на праховия заряд се трансформира почти мигновено, първо в топлина, а след това в кинетична енергия на движението на цялата система: снаряд-заряд-цев. Енергията, освободена от праха, се преобразува главно в кинетична енергия на движението на снаряда или куршума.

Явленията, случващи се в канала на огнестрелно оръжие при изстрел, се характеризират с:

високо налягане, развито от прахови газове (150-300 MPa), в някои случаи - и по-високо;
значителна температура на праховите газове от порядъка на 2000–3000 ° С;
кратки интервали от време на процеса (0,01–0,001 s). [83, 84].

Феноменът на изстрела по правило протича по следния начин.

Действието на някакъв механичен или електрически импулс причинява експлозивно разлагане на запалител - специален заряд, предназначен за запалване на прахов заряд.
Нажежаемите газове на запалителя, развиващи първоначално налягане от около 20-40 kg/cm 2, запълват свободното пространство на камерата, загряват и запалват заряда.

Запалването е последвано от изгарянето на заряда, което води до по-нататъшно образуване на прахови газове, което води до повишаване на налягането в камерата.

Когато налягането бъде достигнато достатъчно, за да се преодолее съпротивлението на водещата част на куршума, която се зарязва в нарез на цевта на огнестрелното оръжие, куршумът ще започне своето движение по дупката.

Изгарянето на барута до момента, в който снарядът се движи, се случва в непроменен обем. Този период се нарича пиростатичен или предварителен период.

Когато налягането достигне ниво, достатъчно за преодоляване на съпротивлението на проникване, куршумът започва да се движи и в същото време движението на неизгорялата част от заряда.

Фигура: 3.2. Промяна в налягането и скоростта на звука при изстрел

На фиг. 3.2 показва графиките на промените в налягането в отвора и скоростта на куршума, в общия случай при изстрел [83].

Моментът на достигане на налягането P0 съответства на началото на движението на куршума в цевта. Пространството за "зареждане" нараства по-бързо от притока на прахови газове и в един момент налягането, достигайки максималната си стойност в точката Pm, започва да пада.

В началните моменти на движението на снаряда, особено и по-късно - в по-малка степен, прахообразните газове от пространството на снаряда могат да проникнат напред през пролуките между куршума и цевта.

Температурата на горивните газове пада поради извършената от тях работа, изгарянето на заряда, свързано с образуването на горивни газове, продължава, когато налягането им падне. В точката, отбелязана на фиг. 3.2 P k, зарядът ще изгори.

Процесът на стрелба от момента, в който снарядът започне да се движи до края на изгарянето на заряда, се нарича първи пиродинамичен период (първи период).

След края на изгарянето на заряда движението на куршума под въздействието на разширяващи се прахови газове продължава при липса на образуване на нови порции газ.

Явления в пространството на снаряда, свързани с движението на прахообразни газове, спад на температурата и налягането продължават, докато снарядът напусне отвора на оръжието (Pd и Vd на фиг. 3.2).

Периодът на процеса от момента, в който зарядът изгаря до момента на изхвърляне на куршума, се нарича втори пиродинамичен период (втори период).

След като куршумът остави отвора на оръжието, известно време праховите газове ще продължат да действат върху куршума.

Периодът от момента, в който снарядът излита до момента, в който праховите газове престанат да действат върху него, се нарича период на последващо действие на праховите газове.

Изпускащите се след куршума газове продължават да оказват натиск върху дъното на дулото на известно разстояние от дулото, придавайки допълнително ускорение на куршума.

Следователно снарядът получава най-висока скорост Vmax не в момента на излизане от дулото, а на някакво ln разстояние от него (20-40 калибра), нарастването на скоростта е 0,5–2%, след което под действието на въздуха сила на съпротивление, скоростта на снаряда започва да намалява.

Така във феномена на изстрел се разграничават следните периоди [85]:

предварително от началото на изгарянето на заряда до началото на движението на снаряда;
първият или основният - периодът на изгаряне на праха и движението на куршума в отвора (до пълното изгаряне на заряда);
втората - след изгарянето на заряда преди снарядът да напусне отвора;
третият е периодът на последствие от газ върху снаряда, след като той напусне отвора.

Вторият и третият период са най-значимите за проектирането на дулни уреди [88-102].

В процеса на стрелба, продуктите от изгарянето на барута, освен основното действие - движение на съобщението към снаряда, водят до редица физически и химични явления, придружаващи изстрела.

Тези странични ефекти, придружаващи изстрела, включват звук от изстрел, пламъци, дим и пълна дупка.

При изгаряне пламъкът се образува главно поради изгарянето в кислорода на въздуха на горимите газове CO, H2 и CH4, съдържащи се в газовия облак. Пламъкът се появява на известно разстояние от муцуната и произхожда пред газовия облак. Продължителността на пламъка се измерва в стотни и хилядни от секундата.

Пламъкът и димът по време на изстрел са взаимосвързани явления: с увеличаване на пламъка на изстрела димността му намалява.

При изгарянето димът е фино диспергирани твърди частици, суспендирани в прахообразни газове. Основният източник на тези твърди частици е запалвач на черен прах, който отделя повече от 50% твърди продукти по време на горенето, добавки за гасене на пламък, частици въглерод, метални частици, отнесени от струя прахообразни газове и др. [86].

Основната задача при проектирането на огнестрелни оръжия е да предаде максимално възможната скорост на снаряда в момента, в който той напусне цевта, при равни други условия. Работата, която осигурява движението на снаряда напред, изразходва най-голямо количество енергия, отделена по време на експлозивното разлагане на барута.

В [84] е дадена следната опростена формула за определяне на началната скорост на снаряд:

където γ е адиабатният индекс;
η - топлинна ефективност;
m е масата на снаряда (куршум);
R е универсалната газова константа;
T0 е температурата на праховите газове;
ω - маса на барута.

От формулата може да се види, че първоначалната скорост на куршума зависи от енергийната характеристика на праха RT0, от съотношението ω/m и от ефективността η.

За конвенционалните огнестрелни оръжия стойността на η варира от 0,25 до 0,35, което съответства на ефективността на двигателя с вътрешно горене.

По-голямата част от енергията на праховия заряд не се използва и до излитането на снаряда газовете имат високо налягане и са в състояние да извършват значителна работа. Използването на тази енергия изисква значително удължаване на цевта, което води до по-тежко оръжие.

Увеличение на началната скорост на снаряда по време на разработването на огнестрелно оръжие е постигнато главно чрез увеличаване на енергийните свойства на праха (RT0), налягането в цевта (Pm), намаляване на коефициента и увеличаване на дължината на цевта lcm .