О перспективных малочувствительных нитроцеллюлозных порохах

УДК 662.311

А. С. Смирнов, А. Б. Терентьев, В. К. Мингазова, Н. С. Сонин, Д. А. Питайкин, А. Р. Нигметьянов

О ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАЛОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ПОРОХАХ

Ключевые слова: энергоемкие композиции, взрывчато-энергетические характеристики, критическое давление инициирования

детонации.

В статье представлены результаты расчета взрывчато-энергетических характеристик штатных и опытных порохов, а также критического давления инициирования детонации. Дана оценка штатным и опытным порохам по критерию и безопасности.

Keywords: highpowermaterials, explosive-power characteristics, the critical pressure of the detonation initiation.

The article presented the calculation results of explosive and power characteristics of regular and experimental gunpowder and critical pressure of initiation a detonation. The assessment to regular and experimental gunpowder is given by criterion of firmness and safety.

Необходимость повышения скорости полета снарядов и их бронепробиваемость требует разработки новых порохов и метательных зарядов с более высокими энергетическими

характеристиками. Существующий уровень энергетических, баллистических и

эксплуатационных показателей отечественных порохов пироксилинового и баллиститного типа в настоящее время не в полной мере удовлетворяет требуемому уровню тактико-технических характеристик перспективных артиллерийских систем, развитие которых выдвигает на первый план вопросы повышения энергетики, прочности к ударным нагрузкам в широком температурном диапазоне эксплуатации при одновременном уменьшении уязвимости, температурного коэффициента давления и скорости горения пороха.

Основным направлением повышения баллистической эффективности метательных зарядов является создание высокоэнергетических порохов за счет введения в их состав в качестве наполнителей мощных взрывчатых веществ [1, 2]. Однако повышение энергетики, как правило, приводит к снижению стойкости составов к внешним возмущающим воздействиям и соответствующему снижению эксплуатационной безопасности метательных зарядов.

Одним из основных критериев, отвечающих за стойкость и безопасность энергонасыщенных материалов (ЭНМ), к которым относятся пороха, является критическое давление инициирования детонации Ркр [1]. Пороговым уровнем, по оценке экспертов, является давление инициирования, равное 35^40 кбар. Экспериментальное определениезначений данного параметра является весьма трудоемкой задачей. Появление в последнее время ряда работ [3, 4], посвященных исследованиям зависимости взрывчато-энергетических

характеристик ЭНМ от их первичных свойств (природа компонентов, состав ЭНМ, теплоты образования и т.п.), позволяет теоретически оценить значения Ркр для штатных и перспективных рецептур нитроцеллюлозных порохов.

Расчетные формулы, привлеченные для расчета критического давления инициирования

детонации Ркр, представлены ниже [4]:

п , т2,732^ -1,534 -1,105 -

Ркр = (рВ) бтахВВ а -5, где р - плотность ЭНМ;5 - содержание г-атомов химических элементов в 1 кг состава;а -коэффициент избытка окислителя;2тахВВ -максимальная теплота горения (взрыва) для данного состава;

бтажВВ = 6руВВ+ А#см,

Где0руВВ - максимальное энергосодержание продуктов горения (взрыва);4Ясм - энтальпия образования состава.

В табл. 1 приведены опытные составы (ОС) энергоемких композиций, изготовленных на основе штатных баллиститных и пироксилиновыхпорохов.

Таблица 1 - Опытные составы энергоемких композиций

№ Компо- Содержание компонентов

п/п ненты в опытных составах, %

пороха ОС-1 ОС-2 ОС-3 ОС-4 ОС-5 ОС-6 ОС-7

1 НЦ 51 46 56 56 56 56 53

2 НГЦ 25 25 22 16,5 16,5 16,5 19,5

3 ДНТ 9 9 9 9 9 9 9

4 ДБФ 6 6 4 4,5 4,5 4.5 4,5

5 Центра-лит 3 3 3 3 3 3 3

6 Вазелин 1 1 1 1 1 1 1

7 Тротил 5 5 5 5

8 Гексоген 5 5

9 Октоген 10 5

10 Полимер 10 5

В таблицах использованы следующие сокращения: НЦ - нитраты целлюлозы; НГЦ -нитроглицерин; НДГ - дигликольдинитрат; ДНТ -динитротолуол; ДБФ - дибутилфталат; ДФА -дифениламин; СЭР - спирто-эфирный растворитель.

В составы опытных энергоемких композиций вместо некоторой части привычных компонентов введены либо бризантные ВВ (гексоген,октоген, тротил), либо инертная связка (полимер). В некоторых рецептурах присутствует и то, и другое.

Результаты расчета взрывчато-

энергетических характеристик штатных порохов и

опытных составов сведены в таблице 2, где Т1 -температура горения; QV(Ж) - теплота горения; Ш -удельный объем продуктов горения; / - сила пороха. Эти характеристики рассчитаны по известным методикам [5]. Для расчета критического давления инициирования детонации использовалось выражение, приведенное выше.

Анализ полученных результатов говорит о том, что все рассматриваемые штатные пороха не удовлетворяют критерию стойкости и безопасности. Значения Ркр для них значительно ниже порогового уровня. Введение некоторых компонентов в состав штатного пороха, таких, как полимерная связка, тротил, может значительно повысить Ркр, однако при этом практически всех случаях существенно снижаются характеристики боевой эффективности составов.

Таблица 2 - Взрывчато энергетические характеристики энергоемких композиций

№ Энергоемкие Характеристики

п/ композиции Ti, К Qv(*b W1, л/кг f, Дж/кг

п кДж/кг кбар

Штатные пороха

1 НДТ-2 2492 3015 1039 960997 23,6

2 НДТ-3 2629 3241 1017 992290 22,1

3 НДТ-4 2763 3467 995 1020276 20,6

4 Н 2914 3710 966 1045485 19,2

5 АПЦ 3040 4507 998 1125190 23,6

6 ПП 2824 3650 947 992816 14,4

7 ДГ 2754 3636 1004 1027591 12,9

Опытные составы

8 ОС-1 2568 3132 1038 989210 23,7

9 ОС-2 2547 3058 1045 987911 24,9

10 ОС-3 2621 3218 1020 992543 23,2

11 ОС-4 2480 2979 1038 955714 25,5

12 ОС-5 2318 2748 1066 917797 77,0

13 ОС-6 2432 2983 1055 952498 68,1

14 ОС-7 2480 2950 1040 957201 25,5

высоким уровнем стойкости и безопасности даже без большого ущерба для эффективности, однако для этого необходимо расширить поиск новых компонентов.

Литература

1. Мадякин, Ф. П. Применение порошкообразных эластомеров в пиротехнических составах, твердых топливах, пластичных и эластичных взрывчатых веществах / Ф. П. Мадякин, Р. Ш. Гарифуллин, Н. А. Тихонова, А. С. Сальников [и др.] // Вестник КТУ. - № 7. - 2010. - С. 430-436.

2. Валишина, З. Т. Структура и свойства новых типов азотнокислых эфиров целлюлозы / З. Т. Валишина, А.

B. Косточко, О. Т. Шипина, Р. Ф. Гатина, Ю. М. Михайлов // Вестник КТУ. - № 9. - 2010. - С. 281-291.

3. Смирнов, С. П. Прогнозирование характеристик взрывчатых веществ / С. П. Смирнов, А. С. Смирнов // М.: Журнал прикладной химии, 2009. - Т. 82. - № 10. -

C. 55-62.

4. Смирнов, А. С. Перспективное прогнозирование и анализ экспериментальных данных с использованием комплексной системы оценки параметров взрывчатых веществ. // А. С. Смирнов. - Всероссийская научно-техническая конференция «Успехи в специальной химии и химической технологии» // М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2010. - С. 364-367.

5. Косточко, А. В. Физико-химические свойства взрывчатых веществ, порохов и ракетных твердых топлив / А. В. Косточко, А. Б. Терентьев, Н. М. Боклашов, А. С. Смирнов, Н. С. Сонин // Пенза: Изд-во МО РФ, 2013. - 380 с.

Результаты расчетов показывают, что существует возможность получения порохов с

© А. С. Смирнов - канд. техн. наук, ст. науч. сотр. НИИ Машиностроения (Дзержинск), htvms@kstu.ru; А. Б. Терентьев -канд. техн. наук, доцент, Пензенский артиллерийский инженерный институт, htvms@kstu.ru; В. К. Мингазова - канд. техн. наук, сотр. каф. ХТВМС КНИТУ, htvms@kstu.ru; Н. С. Сонин - канд. техн. наук, нач. отдела 127 ЦЭИСП ГРАУ МО РФ (Киржач), htvms@kstu.ru; Д. А. Питайкин - нач. отдела 127 ЦЭИСП ГРАУ МО РФ (Киржач), htvms@kstu.ru; А. Р. Нигметьянов - заместитель начальника Департамента промышленной политики ОАО «НПК «Технологии машиностроения»(Москва), htvms@kstu.ru.

© A. Smirnov - associate professor, Research Institute of Machine Building (Dzerzhinsk), htvms@kstu.ru; A. Terentev - associate professor, Penza Artillery Engineering Institute, htvms@kstu.ru; V. Mingazova - associate professor, KNRTU, htvms@kstu.ru; N. Sonin - associate professor, head of department,127 Center for testing and examination of weapons (Kirzhach), htvms@kstu.ru; D. Pitaykin - head of department,127 center for testing and examination of weapons (Kirzhach), htvms@kstu.ru; A. Nigmetyanov -head of department, JSC «SPC «Technology of mechanical engineering» (Moscow), htvms@kstu.ru.