Закон скорости горения

Скорость горения пороха (процесс распространения химической реакции

в глубь зерна) в основном зависит от природы и его начальной температуры, а так же от давления и температуры окружающих его газов.

в орудии и от скорости течения газов (эрозионное горение).

Функциональная зависимость скорости горения - U от давления вида

U= f(p) носит название " закона скорости горения ". Различные авторы дают различные эмпирические формулы для этого закона. Это связано от условий экспериментов и, в первую очередь, от диапазона давлений, в котором проводились опыты и обрабатывались результаты экспериментов. Наиболее употребительные следующие формулы:

а) Формула Вьеля (степенной закон)

(5.1)

A и константы, зависящие от природы пороха.

б) Двухчленная формула (линейный закон)

(5.2)

a и b - константы, зависящие от природы пороха.

в) Формула Шарбонье (пропорциональный закон)

(5.3),

где U₁ - коэффициент пропорциональности, зависит от природы пороха.

В случае использования степенного закона горения пороха Вьель получил для дымных порохов =0,5, для бездымных порохов = 2/3, для медленно горящих дымных порохов (в дистанционных трубках) =0,2.

Г.А. Забудский для нитроглицериновых порохов принимал = 0,93.

Некоторые авторы для кордитов принимают =1 и для баллиститов =1,07. Степенной закон наиболее точно описывает скорость горения в диапазоне малых давлений (от 0 до 400 кг/см2). Двухчленная формула, применённая впервые профессором С.П. Вуколовым, а, затем И.П. Граве и, значительно позже Мюрауром, позволяет описывать закон горения при давлении p>400 кг/см2. Как показал И.П. Граве обе формулы одинаково пригодны (степенной закон и линейный закон) при давлениях более 400 кг/см2 (см. рис.24 фиг.38).

При решении основной задачи внутренней баллистики Н.Ф. Дроздов использовал формулу Шарбонье.В 1913г Шмиц, сжигая трубчатый порох в большой бомбе Крунна(W₀=3.5 дм³) и применив для регистрации давления оптический метод записи упругих деформаций, получил полную кривую записи нарастания давления и на опыте доказал справедливость закона скорости горения в виде:

Если справедлив этот закон и так как скорость горения есть

где de-преращение сгоревшего слоя за время dt то;

или

Интегрируя получим или

откуда

Величины "e₁" и "U₁" характеризуют размеры и природу пороха и независит от условий заряжания. Проведя опыты по сжиганию одного и того же пороха трубчатой формы в бомбе Крунна при от 0.12 кг/дм3 до 0.26 кг/дм3 и измерив площадь кривых давлений p(t), Шмиц нашел,что действительно найденные из опытов равны между собой. На рис.25 (фиг.39) показаны вид и расположение кривых p(t). В дальнейшем этот закон подтвердили Мюраур, М.Е. Серебряков и др.

Размерность U₁ видна из равенства U₁= .

Величина U₁ является, как сила пороха f и коволюм - основной баллистической характеристикой пороха и зависит так же как f и от физико-химической природы пороха. Величина U₁ для нитроглицериновых порохов .

Озависимости U₁ от ряда факторов упоминалось ранее.

Шмиц проводил свои опыты при от 0,12 до 0,26. Более поздние опыты показали, что при очень... плотность их заряжания ( 0,015 кг/дм3)

интеграл является линейной убывающей функцией от времени

.

В опытах М.Е. Серебрякова и А.И. Кохонова было показано, что изменяется с увеличением времени горения только для порохов, имеющих значительную толщину (2е₁>0,5); для очень тонких, быстро сгорающих порохов полный импульс даже при малых плотностях заряжания не зависит от . Это указывает на то, что здесь играет скорость процесса,от которого зависит прогревание пороховой массы в слое, непосредственно прилегающем к горящей поверхности S, от повышения температуры увеличивается скорость горения U₁ и уменьшается интеграл .

Убывание I_k с уменьшением для таких порохов при <0.1 кг/дм³ является так же следствием прогревания пороховой массы при относительно медленном сгорании, причем это прогревание тем больше, чем медленнее горит порох, т.е. меньше . В этом случае наиболее целесообразно использовать степенной закон. В опытах М.Е. Серебрякова (1932 г.) с порохом на твердом растворителе при давлении Рm<1000 кг/см2 можно принять . Поскольку в орудиях пороха горят при высоких давлениях и при больших , то для них можно считать справедливым скорость горения .

Этот закон справедлив для давлений до 20000 кг/см2. На что указывают опыты французских исследователей.

О влиянии и геометрических размеров при больших >0,6 кг/дм3 свидетельствуют опыты, проведенные Ю.Ф. Христенко в монометрических бомбах его собственных конструкций (описание их дано в главе 3.1.).

Была проведена серия экспериментов на модернизированной диафрагменной бомбе, где давление сбрасывалось в течении 0.1-0.2 мсек., почти мгновенно.

Эксперименты проводились для одноканального пороха **ВТМ при плотностях заряжания и **вставка

На рис. (фиг.7)представлены экспериментальные данные с порохом ВТМ в монометрической бомбе с диафрагмой для плотности заряжания и .Можно отметить большой разброс по давлению от опыта к опыту при . При обработке этих данных необходимо изменять коэффициент U₁ с до начиная с для согласования расчетных и опытных данных. Коэффицентами согласования являются также и .