Бездымный порох — это тип пороха, используемый в огнестрельном оружии и артиллерии , который производит меньше дыма и меньше загрязняет при выстреле по сравнению с черным порохом . Из-за их схожего использования как исходная формула черного пороха, так и бездымный порох, который его заменил, обычно описываются как порох . Продукты сгорания бездымного пороха в основном газообразные, по сравнению с примерно 55% твердых продуктов (в основном карбонат калия , сульфат калия и сульфид калия ) для черного пороха. [1] Кроме того, бездымный порох не оставляет густого, тяжелого загрязнения гигроскопичным материалом , связанного с черным порохом, который вызывает ржавление ствола. [2]
Несмотря на свое название, бездымный порох не полностью свободен от дыма ; [3] : 44 хотя от боеприпасов стрелкового оружия может быть малозаметный дым, дым от артиллерийского огня может быть существенным.
Изобретенные в 1884 году Полем Вьейлем , наиболее распространенные составы основаны на нитроцеллюлозе , но этот термин также использовался для описания различных смесей пикрата с нитратными , хлоратными или дихроматными окислителями в конце 19 века, до того, как преимущества нитроцеллюлозы стали очевидны. [4] : 146–149
Бездымные пороха обычно классифицируются как взрывчатые вещества подкласса 1.3 в соответствии с Рекомендациями ООН по перевозке опасных грузов – Типовые правила , региональными правилами (такими как ADR ) и национальными правилами. Однако они используются в качестве твердых ракетных топлив ; при нормальном использовании они подвергаются дефлаграции , а не детонации .
Бездымный порох сделал возможным создание самозарядного огнестрельного оружия со множеством подвижных частей (которые в противном случае заклинили бы или заклинили бы из-за сильного загрязнения черным порохом). Бездымный порох позволил разработать современное полуавтоматическое и полностью автоматическое огнестрельное оружие, а также более легкие затворы и стволы для артиллерии.
До широкого внедрения бездымного пороха использование пороха или черного пороха вызывало много проблем на поле боя. Военные командиры со времен Наполеоновских войн сообщали о трудностях с отдачей приказов на поле боя, скрытом дымом от стрельбы. Визуальные сигналы не могли быть видны сквозь густой дым от пороха, используемого пушками. Если не было сильного ветра, после нескольких выстрелов солдаты, использующие пороховые боеприпасы, теряли обзор из-за огромного облака дыма, и эта проблема усугублялась с увеличением темпа стрельбы. В 1884 году во время битвы при Тамаи суданские войска смогли прорвать каре британской пехоты, вооруженной Мартини-Генри, из-за этого. [5] Меткие стрелки, стрелявшие из скрытых позиций, рисковали выдать свое местоположение облаком дыма.
Порох горит относительно неэффективно, создавая более низкое давление, что делает его примерно на треть менее мощным, чем такое же количество бездымного пороха. [6]
Значительная часть продуктов сгорания пороха — это твердые частицы, которые также гигроскопичны , то есть они притягивают влагу из воздуха и делают чистку обязательной после каждого использования, чтобы предотвратить накопление воды в стволе, что может привести к коррозии и преждевременному выходу из строя. Эти твердые частицы также являются причиной тенденции пороха к образованию сильного нагара , который приводит к заклиниванию казенной части и может затруднить перезарядку.
Нитроглицерин был синтезирован итальянским химиком Асканио Собреро в 1847 году. [7] : 195 Впоследствии он был разработан и произведен Альфредом Нобелем как промышленное взрывчатое вещество под торговой маркой « Динамит », но даже тогда он был непригоден в качестве метательного вещества: несмотря на свои энергетические и бездымные качества, он детонирует на сверхзвуковой скорости , в отличие от плавного горения на дозвуковых скоростях, что делает его более склонным к разрушению ствола орудия, а не к выталкиванию снаряда из него. Нитроглицерин также очень чувствителен к ударам, что делает его непригодным для ношения в условиях поля боя.
Крупным шагом вперед стало изобретение пироксилина , материала на основе нитроцеллюлозы, немецким химиком Христианом Фридрихом Шёнбейном в 1846 году. Он продвигал его использование в качестве взрывчатого вещества [8] : 28 и продал права на производство Австрийской империи . Пироксилин был мощнее пороха, но в то же время был несколько более нестабильным. Джон Тейлор получил английский патент на пироксилин; и компания John Hall & Sons начала производство в Фавершеме .
Английский интерес угас после того, как взрыв уничтожил фабрику в Фавершеме в 1847 году. Австрийский барон Вильгельм Ленк фон Вольфсберг построил два завода по производству пироксилина, производивших артиллерийское топливо, но это тоже было опасно в полевых условиях, а пушки, которые могли стрелять тысячами снарядов с использованием черного пороха, выходили из строя всего через несколько сотен выстрелов с более мощным пироксилином. Стрелковое оружие не выдерживало давления, создаваемого пироксилином.
После того, как в 1862 году взорвалась одна из австрийских фабрик, Thomas Prentice & Company начала производство пироксилина в Стоумаркете в 1863 году; а химик британского военного министерства сэр Фредерик Абель начал тщательное исследование на Королевских пороховых мельницах Уолтемского аббатства, что привело к созданию производственного процесса, который устранил примеси в нитроцеллюлозе, сделав ее более безопасной в производстве и стабильный продукт, более безопасный в обращении. Абель запатентовал этот процесс в 1865 году, когда взорвалась вторая австрийская фабрика по производству пироксилина. После взрыва фабрики в Стоумаркете в 1871 году Уолтемское аббатство начало производство пироксилина для боеголовок торпед и мин . [4] : 141–144
В 1863 году капитан прусской артиллерии Иоганн Ф. Э. Шульце запатентовал метательное оружие из нитрированной древесины твердых пород, пропитанной селитрой или нитратом бария . В 1866 году Прентис получил патент на спортивный порох из нитрированной бумаги, произведенный в Стоумаркете, но баллистическая однородность пострадала, поскольку бумага впитывала влагу из воздуха. В 1871 году Фредерик Фолькманн получил австрийский патент на коллоидную версию пороха Шульце под названием Коллодин , который он производил недалеко от Вены для использования в спортивном огнестрельном оружии. Австрийские патенты в то время не публиковались, и Австрийская империя посчитала эту операцию нарушением государственной монополии на производство взрывчатых веществ и закрыла фабрику Фолькмана в 1875 году. [4] : 141–144
В 1882 году компания Explosives Company в Стоумаркете запатентовала улучшенную формулу нитрованного хлопка, желатинизированного эфирно-спиртовым раствором с нитратами калия и бария . Эти пороха подходили для дробовиков, но не для винтовок, [9] : 138–139, поскольку нарезка приводит к сопротивлению плавному расширению газа, которое уменьшается в гладкоствольных дробовиках.
В 1884 году Поль Вьей изобрел бездымный порох под названием Poudre B (сокращение от poudre blanche , белый порох, в отличие от черного пороха ) [7] : 289–292, изготовленный из 68,2% нерастворимой нитроцеллюлозы , 29,8% растворимой нитроцеллюлозы, желатинизированной эфиром , и 2% парафина. Он был принят для винтовки Лебеля под патрон 8×50 ммR Lebel . [9] : 139 Его пропускали через ролики, чтобы сформировать тонкие листы бумаги, которые разрезали на хлопья желаемого размера. [7] : 289–292 Полученное топливо , известное как пироцеллюлоза , содержит несколько меньше азота , чем пироксилин , и менее летучее. Особенно хорошей особенностью топлива является то, что оно не детонирует, если его не сжать, что делает его очень безопасным в обращении в нормальных условиях. Порох Вьейля произвел революцию в эффективности стрелкового оружия, потому что он почти не давал дыма и был в три раза мощнее черного пороха. Более высокая начальная скорость означала более плоскую траекторию и меньший снос ветром и падение пули, что делало выстрелы на 1000 м (1094 ярда) практически возможными. Поскольку для приведения пули в движение требовалось меньше пороха, патрон можно было сделать меньше и легче. Это позволило войскам нести больше боеприпасов при том же весе. Кроме того, он горел даже во влажном состоянии. Боеприпасы с черным порохом нужно было держать сухими, и они почти всегда хранились и транспортировались в водонепроницаемых патронах. Другие европейские страны быстро последовали его примеру и начали использовать свои собственные версии Poudre B, первыми из которых стали Германия и Австрия, которые представили новое оружие в 1888 году. Впоследствии Poudre B несколько раз модифицировался с добавлением и удалением различных соединений. Крупп начал добавлять дифениламин в качестве стабилизатора в 1888 году. [4] : 141–144
Тем временем, в 1887 году Альфред Нобель получил английский патент на бездымный порох, который он назвал Ballistite . В этом порохе волокнистая структура хлопка (нитроцеллюлозы) разрушалась раствором нитроглицерина вместо растворителя. [9] : 140 В Англии в 1889 году аналогичный порох был запатентован Хирамом Максимом , а в Соединенных Штатах в 1890 году Хадсоном Максимом . [10] Ballistite был запатентован в Соединенных Штатах в 1891 году. Немцы приняли баллистит для использования на флоте в 1898 году, назвав его WPC/98. Итальянцы приняли его как filite , в форме шнура вместо хлопьев, но, осознав его недостатки, изменили формулу на формулу с нитроглицерином, которую они назвали solenite . В 1891 году русские поручили химику Менделееву найти подходящее порох. Он создал нитроцеллюлозу, желатинизированную эфиром-спиртом, которая производила больше азота и более однородную коллоидную структуру, чем французы, использующие нитрохлопок [11] в Poudre B. Он назвал ее пироколлодием . [9] : 140
Британия провела испытания всех различных типов пороха, представленных ее вниманию, но они были недовольны ими всеми и искали что-то превосходящее все существующие типы. В 1889 году сэр Фредерик Абель , Джеймс Дьюар и доктор В. Келлнер запатентовали (№№ 5614 и 11 664 на имя Абеля и Дьюара) новую формулу, которая была изготовлена на Королевской пороховой фабрике в Уолтемском аббатстве. Она поступила на вооружение Великобритании в 1891 году под названием Cordite Mark 1. Ее основным составом было 58% нитроглицерина , 37% пироксилина и 3% минерального желе. Модифицированная версия, Cordite MD, поступила на вооружение в 1901 году, в ней процент пироксилина был увеличен до 65%, а нитроглицерина уменьшен до 30%. Это изменение снизило температуру сгорания и, следовательно, эрозию и износ ствола. Преимущества кордита перед порохом заключались в сниженном максимальном давлении в камере (отсюда более легкие затворы и т. д.), но более длительном высоком давлении. Кордит можно было изготовить любой желаемой формы или размера. [9] : 141 Создание кордита привело к длительной судебной тяжбе между Нобелем, Максимом и другим изобретателем по поводу предполагаемого нарушения британского патента .
Компания Anglo-American Explosives Company начала производство пороха для дробовика в Окленде, штат Нью-Джерси , в 1890 году. Компания DuPont начала производство пироксилина в городке Карни-Пойнт, штат Нью-Джерси, в 1891 году. [4] : 146–149 Чарльз Э. Манро из Военно-морской торпедной станции в Ньюпорте, штат Род-Айленд, запатентовал формулу пироксилина, коллоидированного с нитробензолом, названного Indurite , в 1891 году. [7] : 296–297 Несколько фирм в Соединенных Штатах начали производить бездымный порох, когда компания Winchester Repeating Arms Company начала заряжать спортивные патроны порохом Explosives Company в 1893 году. California Powder Works начала производить смесь нитроглицерина и нитроцеллюлозы с пикратом аммония под названием Peyton Powder , Leonard Smokeless Powder Company начала производить нитроглицерин-нитроцеллюлозные пороха Ruby , Laflin & Rand договорились о лицензии на производство Ballistite и DuPont начали производить бездымный порох для дробовика. Армия Соединенных Штатов оценила 25 разновидностей бездымного пороха и выбрала пороха Ruby и Peyton как наиболее подходящие для использования в служебной винтовке Krag–Jørgensen . Ruby был предпочтителен, потому что для защиты латунных гильз от пикриновой кислоты в порохе Peyton требовалось лужение . Вместо того, чтобы платить требуемые отчисления за Ballistite , Laflin & Rand профинансировали реорганизацию Leonard в American Smokeless Powder Company. Лейтенант армии Соединенных Штатов Уистлер помог начальнику фабрики American Smokeless Powder Company Аспинволлу в разработке улучшенного пороха, названного WA, за их усилия. Бездымный порох WA был стандартом для служебных винтовок армии Соединенных Штатов с 1897 по 1908 год. [4] : 146–149
В 1897 году лейтенант ВМС США Джон Бернаду запатентовал нитроцеллюлозный порох, коллоидированный с эфиром-спиртом. [7] : 296–297 Военно-морской флот лицензировал или продал патенты на эту формулу DuPont и California Powder Works, сохранив за собой права на производство на военно-морском пороховом заводе в Индиан-Хед, штат Мэриленд, построенном в 1900 году. Армия США приняла одноосновную формулу ВМС в 1908 году и начала производство в арсенале Пикатинни . [4] : 146–149 К тому времени Laflin & Rand приобрела American Powder Company, чтобы защитить свои инвестиции, и Laflin & Rand была куплена DuPont в 1902 году. [12] Получив в 1903 году 99-летнюю аренду Explosives Company, DuPont получила возможность использовать все значимые патенты на бездымный порох в Соединенных Штатах и смогла оптимизировать производство бездымного пороха. [4] : 146–149 Когда антимонопольные меры правительства вынудили компанию отказаться от своих активов в 1912 году, DuPont сохранила нитроцеллюлозные бездымные пороховые формулы, используемые армией США, и передала двухосновные формулы, используемые в спортивных боеприпасах, реорганизованной Hercules Powder Company . Эти новые и более мощные пороха были более стабильными и, следовательно, более безопасными в обращении, чем Poudre B.
Свойства пороха во многом зависят от размера и формы его частиц. Удельная площадь поверхности пороха влияет на скорость горения, а размер и форма частиц определяют удельную площадь поверхности. Манипулируя формой, можно влиять на скорость горения и, следовательно, на скорость нарастания давления во время горения. Бездымный порох горит только на поверхности частиц. Более крупные частицы горят медленнее, а скорость горения дополнительно контролируется огнестойкими покрытиями, которые немного замедляют горение. Цель состоит в том, чтобы регулировать скорость горения таким образом, чтобы на метаемый снаряд оказывалось более или менее постоянное давление, пока он находится в стволе, чтобы получить максимальную скорость. Перфорация стабилизирует скорость горения, потому что, когда внешняя часть горит внутрь (тем самым уменьшая площадь поверхности горения), внутренняя часть горит наружу (тем самым увеличивая площадь поверхности горения, но быстрее, чтобы заполнить увеличивающийся объем ствола, представленный вылетающим снарядом). [3] : 41–43 Быстросгораемые пистолетные пороха изготавливаются путем экструзии форм с большей площадью, таких как хлопья, или путем сплющивания сферических гранул. Сушка обычно выполняется в вакууме. Растворители конденсируются и перерабатываются. Гранулы также покрываются графитом, чтобы предотвратить возникновение нежелательных возгораний из-за искр статического электричества. [7] : 306
Бездымный порох не оставляет густого, тяжелого налета гигроскопичного материала , который ассоциируется с черным порохом и вызывает ржавление ствола (хотя некоторые капсюли могут оставлять гигроскопичные соли, которые оказывают схожий эффект; некоррозионные капсюли были введены в 1920-х годах). [4] : 21 )
Более быстро сгорающие пороха создают более высокие температуры и более высокое давление, однако они также увеличивают износ стволов оружия. [ необходима цитата ]
Нитроцеллюлоза со временем разрушается, давая кислотные побочные продукты. Эти побочные продукты катализируют дальнейшее разрушение, увеличивая его скорость. Выделяющееся тепло в случае хранения большого количества пороха или слишком больших блоков твердого топлива может вызвать самовозгорание материала. Одноосновные нитроцеллюлозные пороха гигроскопичны и наиболее подвержены деградации; двухосновные и трехосновные пороха, как правило, разрушаются медленнее. [7] : 313 Для нейтрализации продуктов разложения, которые в противном случае могли бы вызвать коррозию металлов патронов и стволов оружия, в некоторые составы добавляют карбонат кальция . [13]
Для предотвращения накопления продуктов распада добавляются стабилизаторы . Дифениламин является одним из наиболее распространенных стабилизаторов. [14] [15] Нитрированные аналоги дифениламина, образующиеся в процессе стабилизации разлагающегося пороха, иногда используются в качестве самих стабилизаторов. [3] : 28 [7] : 310 Стабилизаторы добавляются в количестве 0,5–2% от общего количества состава; более высокие количества имеют тенденцию ухудшать его баллистические свойства. Количество стабилизатора истощается со временем, что приводит к существенному изменению баллистических свойств. [16] Топливо, находящееся на хранении, следует периодически проверять на количество оставшегося стабилизатора, [3] : 46, поскольку его истощение может привести к самовоспламенению топлива. [7] : 308 Влага изменяет расход стабилизатора с течением времени. [17]
Топливо, использующее нитроцеллюлозу ( скорость детонации 7300 м/с (23950 фут/с), фактор RE 1,10) (обычно эфирно-спиртовой коллоид нитроцеллюлозы) в качестве единственного взрывчатого вещества, описывается как одноосновный порох . [7] : 297
Смеси порохов, содержащие нитроцеллюлозу и нитроглицерин (скорость детонации 7700 м/с (25260 футов/с), фактор RE 1,54) в качестве взрывчатых метательных ингредиентов, известны как двухосновный порох . В качестве альтернативы диэтиленгликольдинитрат (скорость детонации 6610 м/с (21690 футов/с), фактор RE 1,17) может использоваться в качестве замены нитроглицерина, когда важны пониженные температуры пламени без ущерба для давления в камере. [7] : 298 Снижение температуры пламени значительно снижает эрозию ствола и, следовательно, износ. [8] : 30
В 1930-х годах был разработан трехосновный пропеллент, содержащий нитроцеллюлозу, нитроглицерин или диэтиленгликоль динитрат и значительное количество нитрогуанидина (скорость детонации 8200 м/с (26900 футов/с), фактор RE 0,95) в качестве взрывчатых метательных ингредиентов. Эти смеси «холодного метательного топлива» снизили температуру вспышки и пламени, не жертвуя давлением в камере по сравнению с одно- и двухосновными метательными топливами, хотя и ценой большего дыма. На практике трехосновные метательные топлива в основном используются для крупнокалиберных боеприпасов, таких как используемые в (морской) артиллерии и танковых орудиях , которые больше всего страдают от эрозии канала ствола. Во время Второй мировой войны он некоторое время использовался британской артиллерией. После этой войны он стал стандартным метательным веществом во всех британских конструкциях крупнокалиберных боеприпасов, за исключением стрелкового оружия. Большинство западных стран, за исключением Соединенных Штатов, пошли по схожему пути. [ необходима цитата ]
В конце 20 века начали появляться новые формулы ракетного топлива. Они основаны на нитрогуанидине и бризантных взрывчатых веществах типа RDX (скорость детонации 8750 м/с (28710 фут/с), фактор RE 1,60). [ необходима цитата ]
Скорости детонации имеют ограниченное значение при оценке скоростей реакции нитроцеллюлозных порохов, разработанных для предотвращения детонации. Хотя более медленная реакция часто описывается как горение из-за схожих газообразных конечных продуктов при повышенных температурах, разложение отличается от горения в атмосфере кислорода . Превращение нитроцеллюлозных порохов в газ высокого давления происходит от открытой поверхности к внутренней части каждой твердой частицы в соответствии с законом Пиоберта . Исследования реакций твердых одно- и двухосновных порохов предполагают, что скорость реакции контролируется передачей тепла через градиент температуры через ряд зон или фаз, когда реакция идет от поверхности в твердое тело. Самая глубокая часть твердого тела, испытывающая передачу тепла, плавится и начинает фазовый переход из твердого в газообразное состояние в зоне пены . Газообразное порох разлагается на более простые молекулы в окружающей зоне шипения . Энергия выделяется в светящейся внешней зоне пламени , где более простые молекулы газа реагируют, образуя обычные продукты сгорания, такие как пар и оксид углерода . [18] Зона пены действует как изолятор, замедляя скорость передачи тепла из зоны пламени в непрореагировавшее твердое вещество. Скорость реакции меняется в зависимости от давления; поскольку пена обеспечивает менее эффективную передачу тепла при низком давлении, с большей передачей тепла, поскольку более высокие давления сжимают объем газа этой пены. Топливо, рассчитанное на минимальное давление теплопередачи, может не поддерживать зону пламени при более низких давлениях. [19]
Энергетические компоненты, используемые в бездымных порохах, включают нитроцеллюлозу (наиболее распространенный), нитроглицерин , нитрогуанидин , DINA (бис-нитроксиэтилнитрамин; диэтаноламиндинитрат, DEADN; DHE), фивонит (2,2,5,5-тетраметилолциклопентанонаттетранитрат, CyP), DGN ( диэтиленгликольдинитрат ) и ацетилцеллюлозу. [20]
Для замедления скорости горения используются замедлители (или модераторы). К замедлителям относятся централиты (симметричная дифенилмочевина — в первую очередь диэтил или диметил), дибутилфталат , динитротолуол (токсичный и канцерогенный), акардит (асимметричная дифенилмочевина), орто-толилуретан, : 174 и полиэфирадипат. [20] Раньше использовалась камфора , но сейчас она устарела. [8]
Стабилизаторы предотвращают или замедляют саморазложение. К ним относятся дифениламин , вазелин , карбонат кальция , оксид магния , бикарбонат натрия и метиловый эфир бета-нафтола [20]. Устаревшие стабилизаторы включают амиловый спирт и анилин [7] .
Добавки для удаления меди препятствуют накоплению остатков меди в нарезах ствола оружия. К ним относятся металлическое олово и его соединения (например, диоксид олова ), [8] и металлический висмут и его соединения (например, триоксид висмута , субкарбонат висмута , нитрат висмута , антимонид висмута ); соединения висмута предпочтительны, поскольку медь растворяется в расплавленном висмуте, образуя хрупкий и легко удаляемый сплав. Свинцовая фольга и свинцовые соединения были постепенно выведены из употребления из-за токсичности. [20]
Для снижения износа лейнеров стволов добавляются материалы для снижения износа, включая воск , тальк и диоксид титана . Большие пушки используют полиуретановые оболочки поверх пороховых мешков. [21]
Другие добавки включают этилацетат (растворитель для производства сферического порошка), канифоль (поверхностно-активное вещество для сохранения формы зерен сферического порошка) и графит ( смазка для покрытия зерен и предотвращения их слипания, а также для рассеивания статического электричества ). [7]
Пламегасители затемняют дульную вспышку , свет, излучаемый вблизи дула горячими пороховыми газами и химическими реакциями, которые следуют за смешиванием газов с окружающим воздухом. Перед выходом снарядов может возникнуть небольшая предварительная вспышка от газов, просачивающихся мимо снарядов. После выхода из дула тепла газов обычно достаточно для испускания видимого излучения: первичной вспышки. Газы расширяются, но по мере прохождения через диск Маха они снова сжимаются, создавая промежуточную вспышку. Горячие горючие газы (например, водород и оксид углерода) могут следовать, когда они смешиваются с кислородом в окружающем воздухе, создавая вторичную вспышку, самую яркую. Вторичная вспышка обычно не происходит со стрелковым оружием. [22] : 55–56
Нитроцеллюлоза содержит недостаточно кислорода для полного окисления углерода и водорода. Дефицит кислорода увеличивается за счет добавления графита и органических стабилизаторов. Продукты сгорания внутри ствола орудия включают горючие газы, такие как водород и окись углерода. При высокой температуре эти горючие газы воспламеняются при турбулентном смешивании с атмосферным кислородом за пределами дула орудия. Во время ночных сражений вспышка, вызванная воспламенением, может раскрыть местонахождение орудия противнику [7] : 322–323 и вызвать временную ночную слепоту у расчета орудия за счет фотообесцвечивания зрительного пурпура . [23]
Пламегасители обычно используются на стрелковом оружии для уменьшения сигнатуры вспышки, но этот подход непрактичен для артиллерии. Артиллерийская дульная вспышка наблюдалась на расстоянии до 150 футов (46 м) от дула, и может отражаться от облаков и быть видимой на расстоянии до 30 миль (48 км). [7] : 322–323 Для артиллерии наиболее эффективным методом является порох, который производит большую долю инертного азота при относительно низких температурах, что разбавляет горючие газы. Для этого используются пороха на тройной основе из-за азота в нитрогуанидине. [22] : 59–60
В качестве понизителей вспышки можно использовать хлорид калия , нитрат калия , сульфат калия [8] и битартрат калия (виннокислый калий: побочный продукт производства вина, ранее использовавшийся французской артиллерией). [7] До использования порохов на тройной основе обычным методом снижения вспышки было добавление неорганических солей, таких как хлорид калия, чтобы их удельная теплоемкость могла снизить температуру газов сгорания, а их мелкодисперсный дым из частиц мог блокировать видимые длины волн лучистой энергии сгорания. [7] : 323–327
Все пламегасители имеют один недостаток: образование дыма. [7]
Бездымный порох может быть спрессован в небольшие сферические шарики или выдавлен в цилиндры или полосы с множеством форм поперечного сечения (полосы с различными прямоугольными пропорциями, цилиндры с одним или несколькими отверстиями, цилиндры с прорезями) с использованием растворителей, таких как эфир. Эти выдавливания могут быть разрезаны на короткие («хлопья») или длинные куски («шнуры» длиной во много дюймов). Пушечный порох имеет самые большие куски. [8] : 28 [3] : 41
Военно-морской флот США производил однокомпонентный трубчатый порох для морской артиллерии в Индиан-Хед, штат Мэриленд , начиная с 1900 года. Аналогичные процедуры использовались для производства в армии США в Пикатинни-Арсенале, начиная с 1907 года [7] : 297 и для производства мелкозернистых улучшенных военных винтовочных порохов (IMR) после 1914 года. Коротковолокнистый хлопковый линт кипятили в растворе гидроксида натрия для удаления растительных восков, а затем высушивали перед преобразованием в нитроцеллюлозу путем смешивания с концентрированными азотной и серной кислотами . Нитроцеллюлоза все еще напоминает волокнистый хлопок на этом этапе производственного процесса и обычно идентифицировалась как пироцеллюлоза, потому что она самопроизвольно воспламенялась на воздухе до тех пор, пока не будет удалена непрореагировавшая кислота. Термин «пироксилин» также использовался; хотя некоторые источники идентифицируют пироксилин как более глубоко нитрированный и очищенный продукт, используемый в боеголовках торпед и мин до использования тротила . [3] : 28–31
Непрореагировавшая кислота была удалена из пироцеллюлозной массы с помощью многоступенчатого процесса слива и промывки водой, аналогичного тому, который используется на бумажных фабриках при производстве химической древесной массы . Спирт под давлением удалял оставшуюся воду из слитой пироцеллюлозы перед смешиванием с эфиром и дифениламином. Затем смесь пропускали через пресс, выдавливая длинную трубчатую форму шнура, который затем разрезали на зерна желаемой длины. [3] : 31–35
Затем спирт и эфир испарялись из «зеленых» пороховых зерен до остаточной концентрации растворителя от 3 процентов для винтовочных порохов до 7 процентов для крупных артиллерийских пороховых зерен. Скорость горения обратно пропорциональна концентрации растворителя. Зерна покрывались электропроводящим графитом, чтобы минимизировать генерацию статического электричества во время последующего смешивания. «Партии», содержащие более десяти тонн пороховых зерен, смешивались через башенную систему смесительных бункеров, чтобы минимизировать баллистические различия. Затем каждая смешанная партия подвергалась испытаниям, чтобы определить правильный заряд загрузки для желаемой производительности. [3] : 35–41 [7] : 293 и 306
Военные партии старого бездымного пороха иногда перерабатывались в новые партии пороха. [3] : 39 В течение 1920-х годов Фред Олсен работал в Picatinny Arsenal, экспериментируя со способами спасения тонн одноосновного пушечного пороха, произведенного для Первой мировой войны. Олсен был нанят Western Cartridge Company в 1929 году и разработал процесс производства сферического бездымного пороха к 1933 году. [24] Переработанный порох или промытая пироцеллюлоза могут быть растворены в этилацетате, содержащем небольшие количества желаемых стабилизаторов и других добавок. Полученный сироп, смешанный с водой и поверхностно-активными веществами , может быть нагрет и взболтан в герметичном контейнере, пока сироп не образует эмульсию небольших сферических глобул желаемого размера. Этилацетат отгоняется по мере медленного снижения давления, оставляя небольшие сферы нитроцеллюлозы и добавок. Сферы могут быть впоследствии модифицированы путем добавления нитроглицерина для увеличения энергии, сплющивания между роликами до однородного минимального размера, покрытия фталатными замедлителями для замедления воспламенения и/или глазирования графитом для улучшения характеристик текучести во время смешивания. [7] : 328–330 [25]
Современный бездымный порох производится в США компанией St. Marks Powder , Inc., принадлежащей General Dynamics . [26]
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)