Что называется давлением форсирования при выстреле
Период форсирования в гладкоствольном выстреле
В стрелковом оружии пуля от момента начала движения до начала входа в нарезы пуля проходит значительное расстояние и на момент начала входа в нарезы имеет скорость порядка 60 м/с. Все это происходит на восходящем участке кривой изменения давления на значительном расстоянии от места пика. Это связано с тем, что в нарезных стволах применяются медленно горящие, прогрессивные пороха.
Для гладкого ствола, по аналогии с классической Внутренней баллистикой, Изметинский и Михайлов в своей книге Ижевские ружья определяют давление форсирования, как давление на момент полного входа обтюратора в канал ствола из переходного конуса. Это происходит на значительном удалении от места пика давления на нисходящем участке кривой изменения давления. В отличие от винтовочных и артиллерийских порохов, даже у медленного горящих прогрессивных порохов для гладкого ствола скорость горения значительно выше.
По вышеизложенным причинам давление форсирование, как дискретная величина не подходит для анализа явления гладкоствольного выстрела. Имеет смысл анализировать процессы от момента срабатывания капсюля до полного входа обтюратора в канал ствола.
В момент срабатывания капсюля его газы сжимают пыж, нагревают зерна пороха до перехода верхнего слоя в газообразное состояние. При прогреве до температуры воспламенения газообразные продукты начнут гореть, горение мгновенно распространится на всю поверхность порохового заряда.
Капсюли по энергии инициации делятся на мощные, средние и слабые.
Давления любого капсюля класса Жевело и их аналогов диаметром 6,2 мм применяемых для снаряжения патронов для гладкого ствола на бездымных порохах достаточно для полного сжатия пыжей или сжимаемых элементов ПК, Биор. Чем выше скорость горения пороха, тем меньше должна быть плотность заряжания (отношение веса заряда к объему, в котором происходит горение).
Объем сжатия у пыжей и ПК предназначенных для быстрогорящих порохов максимален.
При снаряжении на высоко прогрессивных медленно горящих порохах патронов со стальной дробью и весом заряда свинцовой дроби значительно ниже номинала пыж или сжимаемый элемент ПК может вообще отсутствовать.
Мощный капсюль считается универсальным т.к. может обеспечить надежное воспламенение пороха в любом максимально возможном объеме каморы.
Использование слабых капсюлей в патронах с быстро горящими порохами может привести к затяжному выстрелу или не воспламенению пороха при больших объемах каморы.
С достаточной степенью точности можно считать, что энергия капсюля равна произведению давления, объема и температуры –W= PVT = const. При увеличении объема каморы уменьшается температура, снижается надежность воспламенения пороха.
Скорость горения в любой момент времени пропорциональна давлению в степени ν.
Показатель степени ν прямо зависит от энергии инициации (капсюля), температуры окружающей среды и обратно зависит от тепловых потерь в стволе, (в первом приближении для релодырей этих показателей достаточно)
Величина энергии инициации определяет скорость горения в период зажжения и воспламенения, влияет на скорость нарастания и во многом определяет величину максимума давления. В период горения в определении величины ν участвуют только температура окружающей среды и тепловые потери.
От 20 калибра и мельче вполне обоснованным и рациональным есть применение капсюлей ЦБО (центробой) при снаряжении на бездымных порохах без подсыпки дымного пороха.
В малых объемах каморы для воспламенения бездымного пороха достаточно энергии капсюля ЦБО.
Рассматривая рекомендации компании Нобель можно сделать вывод, что замена мощного капсюля на капсюль средней мощности при прочих равных для 28 до 36 граммовых порохов может быть компенсирована увеличение веса заряда пороха порядка до 0,05г.
В протоколах отстрелов баллистического комплекса Тульского патронного завода давление начала движения всего снаряда всегда постоянно, порядка 120 – 130 бар и не зависит от калибра и характеристик условий заряжения. Объяснения этому явлению, не смотря на неоднократные попытки, не найдено.
Давление на момент начала движения, но, по моему мнению, на параметры выстрела ощутимо не влияет, и практического значения не имеет.
При перемещении снаряда доля участия силы трения снаряда о стенки гильзы и ствола в противодействующей силе давления пороховых газов уменьшается, а силы инерции снаряда возрастает. К моменту входа обтюратора в канал ствола перестроения в дробовом снаряде завершатся, давление уменьшается, а сила трения снизится до такой величины, что учитывать ее влияние на скорость и давление при движении по каналу ствола не имеет смысла.
Таким образом, по аналогии с классической Внутренней баллистикой ствольных систем, работа силы давления пороховых газов по преодолению силы трения снаряда о стенки КАНАЛА ствола в гадком стволе не учитывается.
Величина силы трения в первую зависит от размера дроби, ее твердости, материала пороховых пыжей, формы и размера переходного конуса.
Чем мягче дробь, тем больше поверхность трения и выше давление.
Традиционные пороховые пыжи даже при одинаковой поверхности трения после сжатия по причине различного типа сжатия и коэффициента трения будут создавать различную силу трения. Пробковые и войлочные пыжи, в отличие от ДВП и Дианы, при сжатии больше расширяются в диаметре, что обуславливает бОльшую силу трения. Давление на неосаленных войлочных пыжах выше, чем на осаленных. Пробковые пыжи имеют стабильные характеристики сжатия и вес, ИМХО, больший коэффициент трения, чем выгодно отличаются от войлочных неосаленных.
В коротких, с большими углами, резких переходных конусах дробь деформируется больше, чем в длинных и плавных с малыми углами входа. Потребность в коротких крутых конусных переходах отпала с появлением ПК, Биор и отдельных полиэтиленовых обтюраторов обеспечивающий идеальную обтюрацию.
Это достигается подбором оптимальных характеристик условий заряжания.
Давление не должно превышать среднее эксплуатационное максимальное для данного ружья в пулевых патронах и дробовых патронов с крахмалом, оптимального давления по критерию твердости дроби при снаряжении без буферных составов.
Степень деформации дроби, во многом определяющая резкость, равномерность и кучность, зависит от величины максимального давления, размера и твердости дроби, и не зависит от скорости его нарастания.
Величина давления перехода в аномальных режим для каждого пороха своя.
В качественных современных порохах оно значительно ниже, чем в широко используемом Соколе. Именно этим поясняются рекомендации при снаряжении на нем поддерживать максимально допустимый уровень максимального давления.
Желательно обеспечить условия, при которых в период форсирования сгорело бы как можно больше пороха при максимально возможном давлении. При этом точка окончания горения пороха максимально сместится к казенному срезу и больше дульного времени останется для превращения тепловой энергии пороховых газов в кинетическую энергию дробового снаряда или пули.
Иллюстрация предоставлена автором
Красным на графике давления отмечен момент выхода обтюратора из гильзы в переходный конус, зеленым – давление на момент начала движения снаряда, голубым – рост давления в момент срабатывания капсюля.
Давление форсирования
В РОГ №12 помещена статья А.Яркового, в которой упоминаются различные подходы к определению понятия «давление форсирования». Однако, обозначив вкратце некоторые версии, он так и оставил их без должного комментария. Более того, поставил под сомнение результаты статьи А.Можарова «Влияние капсюля на выстрел». Поскольку данная статья была рекомендована мной, то считаю необходимым повторно обратиться к этому вопросу и дать соответствующие пояснения.
Наиболее простое определение давления форсирования, по-моему, сводится к следующему: давление форсирования – это давление, развиваемое пороховыми газами в момент максимального сопротивления раскрытию дульца гильзы в результате сдвига пыжей и дробового снаряда.
Понятно, что величину этого давления экспериментально определить очень сложно (а может быть и невозможно). Поэтому некоторые авторы для того, чтобы как-то количественно характеризовать получаемые экспериментальные результаты привязали это давление к усилию, необходимому для раскрытия дульца гильзы и преодоления сил трения пыжей и снаряда, отнесённому к площади поперечного сечения канала гильзы.
Эту величину уже можно определить экспериментально. Одним из первых такое определение для давления форсирования предложил А.Можаров в статье «Воспламенение и горение порохов» (ж. «Охота и Охотничье хозяйство» №3, 1964 г.). Правильнее, думаю, его можно назвать условным давлением форсирования. Из дальнейшего изложения будет ясно: почему так.
В работе А.Можарова показано, что величина условного давления форсирования зависит от способа снаряжения патронов и может изменяться в широких пределах от 26 кг/см² до 62 кг/см².
Автор приводит таблицу значений условных давлений форсирования в зависимости от способа снаряжения патронов. И в последующих своих работах для объяснения полученных результатов А.Можаров использовал именно значения условного давления форсирования, которое заранее до отстрела патронов было уже предопределено тем или иным способом снаряжения (условием запыживания, силой сжатия пыжей, формой матрицы закрутки, усилием при закрутке).
Не буду разбирать порядок величин приводимых автором условных давлений форсирования, поскольку не ясно: как он их оценивал. Но считаю, что значения их явно завышены. Остановлюсь подробнее на другом: будет ли данный параметр (условное давление форсирования) отражать реальное давление пороховых газов в момент форсирования и насколько они будут близки по величине.
И здесь для прояснения данного вопроса, на мой взгляд, необходимо обратиться к такому свойству, присущему всем физическим телам, как инерция: стремление тела сохранить своё первоначальное состояние. Другими словами: под действием силы тело приобретает или изменяет скорость не сразу, а постепенно.
В частности, инерция тела, находящегося в состоянии покоя, проявляется в том, что при приложении к нему даже весьма большой силы оно не может приобрести начальную скорость мгновенно. Особенно ярко «инерционные эффекты» проявляются при быстром нарастании действующей силы (что и происходит при выстреле), а когда в движении участвуют несколько соприкасающихся тел (в нашем случае пыжи и снаряд). Связано это с «немгновенностью» передачи силового воздействия от одного тела к другому. В нашем случае силы давления пороховых газов через пыжи к дробовому снаряду и далее к завальцованному дульцу гильзы.
И здесь надо представлять себе, что пока происходит этот процесс, то давление пороховых газов продолжает нарастать. Поэтому в один и тот же момент времени сила давления пороховых газов на пороховой пыж будет превышать величину силы, действующей со стороны дробового снаряда на закрученное дульце гильзы.
Следовательно, к моменту начала раскрытия дульца гильзы (моменту форсирования), сила давления пороховых газов будет превышать силу сопротивления. Отсюда следует, что чем быстрее будет происходить нарастание давления, тем на большую величину реальное давление форсирования будет превосходить его условную величину, выведенную на основе силы сопротивления (по А.Можарову). При медленном нарастании давления значения реального и условного давления форсирования будут, очевидно, более близкими по величине.
Известно, что чем выше мощность применяемого капсюля, тем быстрее развивается процесс воспламенения и горения пороха и, соответственно, быстрее происходит нарастание давления пороховых газов (разумеется, при прочих равных условиях снаряжения). Следовательно, в патроне с капсюлем Жевело при этих условиях реальное давление форсирования при выстреле всегда будет превышать таковое для патрона с капсюлем ЦБО.
С такой позиции можно легко объяснить результаты работы А.Можарова «Влияние капсюля на выстрел», в которой автор делает вывод о большем непостоянстве баллистических показателей патрона с капсюлем ЦБО по сравнению с капсюлем Жевело. Этот вывод и ставит под сомнение А.Ярковой.
Вот что он пишет (РОГ №12): «Если каким-то образом было обеспечено одинаковое давление форсирования, откуда такой разброс характеристик? Ведь равное давление форсирования задало дальнейшие равные условия развития выстрела».
В данном случае Ярковому следовало бы задуматься над тем, что принимается А.Можаровым за величину давления форсирования, равную 48-50 кг/см² и над основными понятиями физической механики. Но, видимо, желание сделать их капсюля ЦБО конфетку для бездымного пороха заставило его, прежде всего, искать ошибки у других авторов.
Цифра же 48-50 кг/см² в статьях А.Можарова – не реальное давление пороховых газов в момент форсирования, а условная величина, отражающая, как ранее указывалось, только способ снаряжения патронов. Но при разных капсюлях, как уже отмечалось, величины соответствующих реальных давлений форсирования, конечно же, были различными.
И в случае с капсюлем Жевело это давление, очевидно, значительно превосходило величину 48-50 кг/см². Поэтому и процесс развития выстрела для капсюлей Жевело и ЦБО шёл по разному. Понятно, что для Жевело гораздо быстрее, чем для ЦБО. Поэтому и максимальное давление пороховых газов в этом случае находилось, гораздо ближе к казённому срезу, чем при капсюле ЦБО.
По поводу сомнения Яркового о слишком близком нахождении максимального давления от казны (30 мм) при использовании капсюля Жевело сошлюсь на таблицы результатов баллистических испытаний бездымного пороха «Сокол», приведённых в «Настольной книге охотника-спортсмена» (т.1, стр.148-149), в которых значения по давлениям приведены для расстояния 32 мм от казённого среза ствола. Видимо, примерно, в этом месте и развивается максимальное давление пороховых газов при выстреле.
В этом отношении, думаю, результаты А.Можарова не следует подвергать излишним сомнениям, а учитывать их при использовании тех или иных боеприпасов и способов снаряжения патронов.
Борис Лапутько г.Дзержинск 16 января 2013 в 12:07
Период форсирования в гладкоствольном выстреле
В стрелковом оружии пуля от момента начала движения до начала входа в нарезы пуля проходит значительное расстояние и на момент начала входа в нарезы имеет скорость порядка 60 м/с. Все это происходит на восходящем участке кривой изменения давления на значительном расстоянии от места пика. Это связано с тем, что в нарезных стволах применяются медленно горящие, прогрессивные пороха.
Для гладкого ствола, по аналогии с классической Внутренней баллистикой, Изметинский и Михайлов в своей книге Ижевские ружья определяют давление форсирования, как давление на момент полного входа обтюратора в канал ствола из переходного конуса. Это происходит на значительном удалении от места пика давления на нисходящем участке кривой изменения давления. В отличие от винтовочных и артиллерийских порохов, даже у медленного горящих прогрессивных порохов для гладкого ствола скорость горения значительно выше.
По вышеизложенным причинам давление форсирование, как дискретная величина не подходит для анализа явления гладкоствольного выстрела. Имеет смысл анализировать процессы от момента срабатывания капсюля до полного входа обтюратора в канал ствола.
В этой публикации рассматривается период форсирования в гладкоствольном выстреле, который начинается с момента срабатывания капсюля и заканчивается в момент полного входа обтюратора в канал ствола из переходного конуса.
В момент срабатывания капсюля его газы сжимают пыж, нагревают зерна пороха до перехода верхнего слоя в газообразное состояние. При прогреве до температуры воспламенения газообразные продукты начнут гореть, горение мгновенно распространится на всю поверхность порохового заряда.
Капсюли по энергии инициации делятся на мощные, средние и слабые.
Давления любого капсюля класса Жевело и их аналогов диаметром 6,2 мм применяемых для снаряжения патронов для гладкого ствола на бездымных порохах достаточно для полного сжатия пыжей или сжимаемых элементов ПК, Биор. Чем выше скорость горения пороха, тем меньше должна быть плотность заряжания (отношение веса заряда к объему, в котором происходит горение).
Объем сжатия у пыжей и ПК предназначенных для быстрогорящих порохов максимален.
При снаряжении на высоко прогрессивных медленно горящих порохах патронов со стальной дробью и весом заряда свинцовой дроби значительно ниже номинала пыж или сжимаемый элемент ПК может вообще отсутствовать.
Мощный капсюль считается универсальным т.к. может обеспечить надежное воспламенение пороха в любом максимально возможном объеме каморы.
Использование слабых капсюлей в патронах с быстро горящими порохами может привести к затяжному выстрелу или не воспламенению пороха при больших объемах каморы.
С достаточной степенью точности можно считать, что энергия капсюля равна произведению давления, объема и температуры –W= PVT = const. При увеличении объема каморы уменьшается температура, снижается надежность воспламенения пороха.
Скорость горения в любой момент времени пропорциональна давлению в степени ν.
Показатель степени ν прямо зависит от энергии инициации (капсюля), температуры окружающей среды и обратно зависит от тепловых потерь в стволе, (в первом приближении для релодырей этих показателей достаточно)
Величина энергии инициации определяет скорость горения в период зажжения и воспламенения, влияет на скорость нарастания и во многом определяет величину максимума давления. В период горения в определении величины ν участвуют только температура окружающей среды и тепловые потери.
От 20 калибра и мельче вполне обоснованным и рациональным есть применение капсюлей ЦБО (центробой) при снаряжении на бездымных порохах без подсыпки дымного пороха.
В малых объемах каморы для воспламенения бездымного пороха достаточно энергии капсюля ЦБО.
Рассматривая рекомендации компании Нобель можно сделать вывод, что замена мощного капсюля на капсюль средней мощности при прочих равных для 28 до 36 граммовых порохов может быть компенсирована увеличение веса заряда пороха порядка до 0,05г.
В протоколах отстрелов баллистического комплекса Тульского патронного завода давление начала движения всего снаряда всегда постоянно, порядка 120 – 130 бар и не зависит от калибра и характеристик условий заряжения. Объяснения этому явлению, не смотря на неоднократные попытки, не найдено.
Давление на момент начала движения, но, по моему мнению, на параметры выстрела ощутимо не влияет, и практического значения не имеет.
При перемещении снаряда доля участия силы трения снаряда о стенки гильзы и ствола в противодействующей силе давления пороховых газов уменьшается, а силы инерции снаряда возрастает. К моменту входа обтюратора в канал ствола перестроения в дробовом снаряде завершатся, давление уменьшается, а сила трения снизится до такой величины, что учитывать ее влияние на скорость и давление при движении по каналу ствола не имеет смысла.
Таким образом, по аналогии с классической Внутренней баллистикой ствольных систем, работа силы давления пороховых газов по преодолению силы трения снаряда о стенки КАНАЛА ствола в гладком стволе не учитывается.
Величина силы трения в первую зависит от размера дроби, ее твердости, материала пороховых пыжей, формы и размера переходного конуса.
Чем мягче дробь, тем больше поверхность трения и выше давление.
Традиционные пороховые пыжи даже при одинаковой поверхности трения после сжатия по причине различного типа сжатия и коэффициента трения будут создавать различную силу трения. Пробковые и войлочные пыжи, в отличие от ДВП и Дианы, при сжатии больше расширяются в диаметре, что обуславливает бОльшую силу трения. Давление на неосаленных войлочных пыжах выше, чем на осаленных. Пробковые пыжи имеют стабильные характеристики сжатия и вес, ИМХО, больший коэффициент трения, чем выгодно отличаются от войлочных неосаленных.
В коротких, с большими углами, резких переходных конусах дробь деформируется больше, чем в длинных и плавных с малыми углами входа. Потребность в коротких крутых конусных переходах отпала с появлением ПК, Биор и отдельных полиэтиленовых обтюраторов обеспечивающий идеальную обтюрацию.
Это достигается подбором оптимальных характеристик условий заряжания.
Давление не должно превышать среднее эксплуатационное максимальное для данного ружья в пулевых патронах и дробовых патронов с крахмалом, оптимального давления по критерию твердости дроби при снаряжении без буферных составов.
Степень деформации дроби, во многом определяющая резкость, равномерность и кучность, зависит от величины максимального давления, размера и твердости дроби, и не зависит от скорости его нарастания.
Величина давления перехода в аномальных режим для каждого пороха своя.
В качественных современных порохах оно значительно ниже, чем в широко используемом Соколе. Именно этим поясняются рекомендации при снаряжении на нем поддерживать максимально допустимый уровень максимального давления.
Желательно обеспечить условия, при которых в период форсирования сгорело бы как можно больше пороха при максимально возможном давлении. При этом точка окончания горения пороха максимально сместится к казенному срезу и больше дульного времени останется для превращения тепловой энергии пороховых газов в кинетическую энергию дробового снаряда или пули.
Красным на графике давления отмечен момент выхода обтюратора из гильзы в переходный конус, зеленым – давление на момент начала движения снаряда, голубым – рост давления в момент срабатывания капсюля.
Загадочное давление форсирования
Всякий раз, когда заходит речь о снаряжении патронов, упоминается давление форсирования. Но что это такое, никто, на мой взгляд толком не объяснил.
Всякий раз, когда заходит речь о снаряжении патронов, упоминается давление форсирования. Но что это такое, никто, на мой взгляд толком
Высказывание о том, что пыжи не должны сдвинуться до достижения давления в 50 кг, пока сохраняется «инерция покоя снаряда», воспринял с некоторой долей юмора. Ох уж эти красивости! Придумал же кто-то фразу, которую не могут объяснить даже физики, призвав на помощь Ньютона и Эйнштейна! Прагматики же призывают не морочить голову, а принять к действию первый закон Ньютона, согласно которому речь, видимо, нужно вести о силе (давлении), способной сдвинуть дробь. Но поскольку, кроме веса снаряда, необходимо преодолеть и сопротивление закрутки, то уместнее будет выражение «преодолеть сопротивление сдвигу снаряда».
Смысл же многочисленных толкований сводится к фразе, которую отыскал в одной из статей о внутренней баллистике: «Под давлением форсирования понимают силу раскрытия дульца гильзы и преодоления трения пыжей, выраженную в кг на площадь сечения гильзы в см2 (40–50 кг). Фраза корявая, но понятная. Т.е. в патроне 16 калибра дробовой пыж сдвигается силой, близкой к 100 кгс.
Не хочу ни комментировать сказанное К. Мартино, ни подвергать сомнению утверждения других уважаемых авторов, ни посыпать голову пеплом по поводу собственного недопонимая процессов, связанных с формированиями давления форсирования. Но выскажусь по другому поводу. В одном из недавних номеров «РОГ» читателю была рекомендована статья инженера Можарова «Влияние капсюля на выстрел», опубликованная в 1967 году. В ней содержатся результаты сравнительных испытаний патронов с капсюлем Жевело и ЦБ, не в пользу последнего. По утверждению автора, на статью эту до сих пор в своих публикациях ссылаются специалисты-оружиеведы. Я прочел статью с позиций человека думающего. А задуматься есть над чем. Цитирую: «При снаряжении патронов были использованы одинаковые гильзы (папковые. – А.Я.), пыжи (войлочные и картонные) и соблюдалось давление форсирования, равное 48–50 кг/см2».
Но если каким-то образом было обеспечено одинаковое давление форсирования, откуда такой разброс характеристик? Ведь равное давление форсирования задало дальнейшие равные условия развития выстрела. Но в той же таблице максимальное давление в стволе при Жевело находится в 30 мм от казны, а при ЦБ – в 150.
По поводу вышеизложенного обращаюсь к знающим людям с просьбой внести ясность в вопрос о давлении форсирования. А где же находится пуля в момент максимального давления? Хотелось бы получить ответ в доступной форме. Сложные математические расчеты ассоциируются у читателей с «интегралом по гусиной стае».
Анализируя таблицу А. Можарова, обратил внимание на скорость снаряда при 2,2 г пороха и ЦБ. Скорость эта сопоставима со скоростью при применении патрона с дымным порохом среднего качества. Слабовато, конечно, но метров до 30 терпимо. Если же постичь тонкости снаряжения, то утверждения о неполном сгорании «Сокола» и выбросе последнего из ствола можно серьезно не воспринимать. Главное, обеспечить плотность снаряжения, существенно улучшив результат. А для господ «металлистов» – часть таблички сравнительных испытаний различных типов капсюлей.
Мой деревенский брат, против которого в охоте я «мальчишка и щенок», за 50 лет охоты не закрутил ни одного патрона. Весь зверь – а не бил он только медведя – и многочисленные гуси биты из патрона с металлической гильзой. Без подсыпки он не стреляет и шибко уважает прокладки – те, что на порох…
Александр Ярковой, г. Омск 23 декабря 2011 в 00:00