Пороха для огнестрельного оружия — это специализированный тип пороха, используемый для выстрела снаряда (обычно пули , пули или дроби ) через ствол огнестрельного оружия . Смеси различных химических веществ часто используются для контроля скорости выделения газа или предотвращения разложения пороха перед использованием. Короткоствольное огнестрельное оружие, такое как пистолеты, требует более быстрогорящих порохов для получения достаточной дульной энергии , в то время как длинноствольное оружие обычно использует более медленногорящие пороха. Соотношения давления между химическими реакциями пороха и реакцией пули описываются как внутренняя баллистика .
Хотя все пороха для огнестрельного оружия обычно называют порохом, [1] термин «порох» изначально описывал смеси древесного угля и серы с нитратом калия в качестве окислителя . [2] : 133, 137 К 20 веку эти ранние пороха были в значительной степени заменены бездымным порохом из нитроцеллюлозы или аналогичными нитрированными органическими соединениями . [3] : 287–330
Самым старым метательным оружием был черный порох , слабое взрывчатое вещество , изготовленное из смеси серы, древесного угля и нитрата калия. Он был изобретен в Китае в IX веке как одно из Четырех Великих Изобретений и до сих пор иногда используется в качестве твердого метательного вещества для старинного огнестрельного оружия . [ требуется ссылка ] Доступность черного пороха позволила изобрести огнестрельное оружие около 1300 года нашей эры . Хотя смесь древесного угля и нитрата калия будет реагировать без серы, сера облегчает воспламенение смеси. Ранние трудности с получением чистого нитрата калия вызвали исторические различия в относительных пропорциях трех ингредиентов. [3] : 28–40 Похожие метательные вещества были сформулированы путем смешивания серы и углеродистых материалов с другими окисляющими химикатами, включая нитрат натрия , нитрат аммония или различные хлораты ; но они оказались менее удовлетворительными для использования в огнестрельном оружии. [2] : 137–138
Современные пороха для огнестрельного оружия, как правило, представляют собой бездымные пороха на основе нитроцеллюлозы или подобных нитрированных органических соединений, впервые изобретенных в конце 19 века как более чистая и более эффективная замена черному пороху. Современный бездымный порох может быть спрессован в небольшие сферические шарики или выдавлен в цилиндры или полосы с множеством форм поперечного сечения с использованием растворителей , таких как эфир , которые могут быть разрезаны на короткие («хлопья») или длинные куски («шнуры»). [4] : 28 [5] : 41
Черный порох производит газ с предсказуемой скоростью, не зависящей от давления, в то время как скорость производства газа бездымного пороха увеличивается с ростом давления. [6] Возможность неконтролируемого давления привела к тому, что бездымный порох разрушил много огнестрельного оружия, разработанного для черного пороха, и потребовала гораздо более точного измерения зарядов метательного заряда. Насыпные пороха были предназначены для того, чтобы предложить преимущества бездымного пороха для использования в огнестрельном оружии, разработанном для черного пороха. Заряды насыпного пороха загружаются в том же объеме , что и для черного пороха. Ранние составы, включающие частично нитрированную целлюлозу с нитратом калия или нитратом бария, были более успешными в дробовиках, чем в винтовках. [3] : 287–289 Нитроцеллюлоза производит большие объемы газа на объем твердого вещества, чем черный порох, поэтому нитроцеллюлозные насыпные пороха были менее плотными, чем более поздние бездымные пороха. Нитроцеллюлозные насыпные пороха, разработанные для ранних винтовочных патронов с черным порохом с прямой стенкой, таких как .32-40 и .38-55, были рыхлыми и легко крошились. Увеличенная площадь поверхности измельченных зерен может привести к небезопасному давлению из-за более быстрого образования газа. [2] : 152, 159 Производство порохов на основе нитроцеллюлозы было прекращено в пользу пороховых составов на основе пороха на основе сыпучих материалов, таких как Pyrodex . [4] : 27
Характеристики производительности пороха во многом зависят от размера и формы его зерна , поскольку удельная площадь поверхности влияет на скорость горения , которая, в свою очередь, влияет на скорость нагнетания давления. В то время как другие пороха могут быть сформированы путем дробления или измельчения твердых веществ в очень мелкие частицы, [7] [8] [9] огнестрельное оружие обычно изготавливается в зернах геометрической формы, чтобы физически контролировать скорость производства газа в соответствии с законом Пиоберта . [10] Пороха для дробовиков и пистолетов могут быть хлопьями, в то время как пороха Improved Military Rifle были выдавлены в виде коротких цилиндрических трубок, а шаровые пороха представляют собой небольшие сферы . [11]
Многие пороха используют экзотермические реакции для получения газообразного оксида углерода , азота и пара , одновременно повышая температуру для увеличения давления . [4] : 28 Реакция пороха инициируется капсюлем . [ 2] : 52 Давление изначально увеличивается, когда порох преобразуется в газ, но начинает уменьшаться, когда пуля ускоряется вниз по стволу, создавая больший объем для расширяющегося газа. Разница ускоряющей силы между давлением в камере позади пули и внешним давлением изначально уменьшается статическим трением , чтобы вытолкнуть пулю из гильзы патрона в ствол, а затем трением скольжения , когда пуля движется вниз по стволу. [12] Давление в стрелковом оружии обычно достигает пика между половиной и одной миллисекундой после воспламенения. Пороха для пистолетов могут достигать пикового давления до того, как пуля покинет гильзу патрона, в то время как винтовочные пороха могут перемещать пулю на несколько дюймов, прежде чем достичь пикового давления. [4] : 125 Характеристики движения и поведения снарядов, находящихся под воздействием газов, производимых порохом, известны как внутренняя баллистика . [13]
Из-за относительно короткого расстояния, которое может предложить ствол оружия, время ускорения в герметичном состоянии очень ограничено, и только небольшая часть общей энергии, вырабатываемой при сгорании пороха, будет передана снаряду. Остаточная энергия в пороховых газах рассеивается в окружающую среду в виде тепла, вибрации / деформации , света (в виде дульной вспышки ) и заметного дульного взрыва (который отвечает за громкий звук / сотрясение, воспринимаемое наблюдателями, и большую часть отдачи , ощущаемой стрелком, а также потенциально отклоняет пулю ), или как бесполезная кинетическая энергия, передаваемая другим побочным продуктам выброса (например, несгоревшим порохам, выбитым загрязнениям ). [ требуется ссылка ]