Баллистические характеристики пороха
Баллистическими характеристиками пороха называют величины, от которых зависит наибольшее давление - Рm и скорость нарастания давления 
при сгорании пороха в постоянном объеме. Они зависят от физико-химических характеристик пороха, технологии его изготовления и геометрических размеров порохового зерна.
1. Сила пороха ƒ, кгдм/кг – представляет собой работу, которую могли бы совершить газообразные продукты горения 1 кг пороха, расширяясь изобарически под атмосферным давлением при нагревании их от 0 до температуры горения Т1 К. Сила пороха вычисляется по формуле
ƒ = 
где: R – газовая постоянная пороховых газов
Рa = 103,3 кг/дм2 - атмосферное давление (760 мм рт. ст.)
Сила пороха изменяется для нитроцеллюлозных порохов от 800000 до 1250000 кгдм/кг. Сила пороха находится из обработки опытных данных.
2. Коволюм – α, в дм3/кг. Эта поправка, характерная для данного сорта пороха пропорциональная собственному объему газовых молекул и оказывающая влияние на величину давления. Строго говоря, коволюм уменьшается с увеличением давления. Находится он из обработки опытных данных и до 4000 атм., принимается постоянным. Г.П. Киснемский дает выражение для коволюма α = 0,00108 ω1. Значение коволюма уменьшается с увеличением температуры горения пороха Т1. Например, для американских пироксилиновых порохов при постоянной плотности заряжания Δ =0,3 кг/дм3 имеются следующие данные расчета Т1 = 2400 К, α = 0,93 дм3/кг; при Т1 = 2800 К, α = 0,89 дм3/кг; Т1 = 3620 К, α = 0,86 дм3/кг.
Точность определения значения коволюма невелика и его абсолютная ошибка равна Δα = 0,02 дм3/кг при тщательном эксперименте.
3. Коэффициент при скорости горения – U1 
, является как ƒ и α производной от физико-химических свойств пороха, его состава, из которого он изготовлен и технологии его изготовления. U1 зависит также от условий хранения и температуры, при которой он был выдержан. В американской литературе для U1 пироксилиновых порохов дается эмпирическая формула
U1 = 
где: ε = 694000(N – 6,37) – энергия пороха в кгдм/кг;
tº - температура пороха;
h – процентное содержание летучих веществ, удаляемых шестичасовой сушкой (влага);
h' – процентное содержание остаточного растворителя не удаляемого шестичасовой сушкой;
N – процентное содержание азота.
Для наших пироксилиновых порохов лучше подходит более удобная для расчетов аналогичная формула
U1 = 
,
где: 220 – температура воспламенения пороха
Его энергия ε = 700000(N – 6,37) кгдм/кг
Эти формулы показывают влияние отдельных факторов на коэффициент скорости горения. Наибольшее влияние оказывает начальная температура пороха – tº. Для обычного орудийного пороха повышение температуры от +15 ºС до +40 ºС приводит к увеличению максимального давления газов в орудии на 15 – 20 %. Темперацией порохового заряда на 40 ºС готовят «усиленный» заряд для баллистических испытаний.
В настоящее время за счет различных добавок изготовляются так называемые «безградиентные» пороха, в которых начальная температура заряда практически не влияет на баллистику выстрела.
Необходимо отметить влияние других факторов, которые трудно поддаются расчетам. К таким факторам относятся, например, микротрещины в исходном сырье, микротрещины, размеры которых зависят от скорости протяжки пороховой массы через фильеры, влияние толщины порохового зерна, от которой зависит степень прогревания зерна.
О влиянии скорости протяжки пороховой массы через фильеры известен такой факт: с целью увеличения скорости прохождения массы через фильеры было предложено смазать инструменты индустриальным маслом. Действительно производительность увеличивалась примерно на 10 %. Опытные стрельбы показали, что максимальное давление пороховых газов увеличилось на 3 %, по сравнению с порохом, изготовленным без смазки инструмента.
Значения ƒ, α и U1 для различных порохов приведены в таблице 6.
Таблица 6
| Порох | ƒ, кг*дм2 /кг | α, дм3/кг/кг | U1
|
| Пироксилиновые | 770000 – 950000 | 0,90 – 1,1 | 0,000006 – 0,000009 |
| Нитроглицериновые | 900000 –1200000 | 0,75 – 0,85 | 0,000007 – 0,000015 |
| Дымные | 280000 – 300000 | ~ 0,5 | - |
4. Баллистические коэффициенты формы пороха – χ, λ, μ, характеризуют относительные размеры и форму порохового зерна. Эти величины, совместно с начальной толщиной горящего свода – 2е, определяют закон образования газов и скорость нарастания давления при горении пороха.
Кроме баллистических характеристик пороха на величину и характер нарастания давления влияет плотность заряжания Δ, которая является одним из параметров заряжания.
Плотность заряжания есть отношение веса заряда ω к начальному объему W0, в котором происходит горение пороха.
кг/дм3
В пределе, если заполнить весь объем W0 порохом, плотность заряжания – Δ достигнет значение гравиметрической плотности – Δг.
Таким образом, диапазон изменения Δ:
0 < Δ ≤ Δг
В некоторых случаях для достижения сверх высоких давлений (более 10000 кг/см2) в орудии использовали подпрессовывание порохового заряда, и плотность заряжания была больше гравиметрической плотности и достигала 1,1 – 1,2 кг/дм3. Имеются данные об использовании монолитных зарядов с каналом в виде звездочки для стрелкового оружия, плотность заряжания также достигает значений 1,0 – 1,1 кг/дм3.
Оптимальная плотность заряжания в орудии, при которой достигается высокая стабильность выстрела, как показывают стрельбы, находится в пределах Δ = 0,6 – 0,7 кг/дм3.
Классификация пороховых зарядов, в зависимости от характера применения заряда, делятся на три группы:
1. Боевые заряды, которые применяются при боевых стрельбах;
2. Практические заряды, которые применяются для испытания материальной части артиллерии и боеприпасов (усиленные заряды), для практических занятий при обучении стрельбе;
3. Холостые заряды, которые применяются во время маневров и для производства салютов.
Как правило, пороховой заряд к орудиям крупного и среднего калибра является комбинированным, состоящий из двух марок порохов, не считая навеску воспламенителя.