Реферат: История изобретения, совершенствования и применения пороха

--PAGE_BREAK--

Одно за другим синтезировались взрывчатые вещества, превосходящие по силе дымный порох. В 1832...1838 г.г. открыта нитроцеллюлоза, а в <metricconverter productid=«1845 г» w:st=«on»>1845 г. в России и Германии был получен и исследован пироксилин. В <metricconverter productid=«1847 г» w:st=«on»>1847 г. в Италии был получен, а в России в <metricconverter productid=«1853 г» w:st=«on»>1853 г. исследован нитроглицерин.

Оба эти вещества были впоследствии применены для изготовления бездымного пороха.

Большое влияние на усовершенствование дымных и появление новых бездымных порохов оказала внутренняя баллистика, развитие которой относится к этому же периоду.

К началу <metricconverter productid=«1890 г» w:st=«on»>1890 г. были созданы предпосылки для получения нитроцеллюлозных порохов на спирто-эфирном растворителе и на нитроглицерине. Следовательно, переворот в военном пороходелии в конце прошлого столетия не являлся случайным. Это не результат гениальности одного лица или счастливого открытия исследователя. Он был подготовлен всем развитием науки и промышленности XIX века.

Над разрешением проблемы получения более мощных и бездымных порохов, вызванной необходимостью повышения начальных скоростей снарядов и скорострельности орудий, работали сотни ученых и специалистов во многих странах мира.

Первенство в изобретении бездымного пироксилинового пороха принадлежит французскому инженеру Вьелю. В <metricconverter productid=«1885 г» w:st=«on»>1885 г. после многочисленных экспериментальных исследований он получил и испытал пироксилиновый пластинчатый порох, получивший название пороха «B». Приготовление пороха «В» состояло из операций: смешения сухого пироксилина (смеси растворимого и нерастворимого) со спирто-эфирным растворителем, уплотнения пластичной массы на вальцах и получения роговидного полотна, резки полотна на пластинки и удаления из пластинок спирто-эфирного растворителя сушкой.

Первые испытания пороха стрельбой из ружья Лебеля и <metricconverter productid=«65 мм» w:st=«on»>65 мм пушки показали полное согласие теории с опытом и выявили исключительные преимущества нового пороха по сравнению с дымным. Было установлено, что изготовленный Вьелем пироксилиновый порох не дает при стрельбе дыма, не оставляет нагара в канале ствола, горит параллельными слоями, имеет силу, в три раза превышающую дымный порох, и позволяет значительно увеличить начальные скорости снарядов при меньшем по сравнению с дымным порохом весе заряда. В России пироксилиновый порох был получен самостоятельно Г. Г. Сухачевым в <metricconverter productid=«1887 г» w:st=«on»>1887 г.
3. Развитие технологии производства пороха в России
Широкие опыты по разработке метода производства пироксилиновых порохов и создание промышленности бездымных порохов были начаты в конце <metricconverter productid=«1888 г» w:st=«on»>1888 г. под непосредственным руководством начальника мастерской Охтинского завода 3. В. Калачева и при участии С. В. Панпушко, А. В. Сухинского и Н. П. Федорова.

К концу <metricconverter productid=«1889 г» w:st=«on»>1889 г. Охтинский завод разработал образец винтовочного пироксилинового пороха в виде пластинок, который при стрельбе из ружья Лебеля дал требуемую начальную скорость при допустимом давлении и значительно меньшем по сравнению с дымным порохом весе заряда.

Данный образец пороха готовился из нерастворимого пироксилина (с содержанием азота около 13,2%), доставленного с завода морского ведомства. Растворителем служил ацетон. При дальнейшем испытании из отечественного оружия этот порох оказался неудовлетворительным.

При стрельбе из винтовки Мосина образчик пороха, изготовленный из нерастворимого пироксилина с применением в качестве растворителя ацетона, дал недопустимо высокие давления, достигающие 4000 кг/см2, в то же время при стрельбе из французского ружья Лебеля этот порох давал вполне удовлетворительные результаты, давление пороховых газов не превышало 2500 кг/см2.

Вследствие того, что этот образец пороха не подошел к новой русской <metricconverter productid=«7,62 мм» w:st=«on»>7,62 мм винтовке системы Мосина, были предприняты изыскания другого образца пороха, который давал бы в этой винтовке начальную скорость 615 м/с при допустимом давлении не выше 2500 кг/см2.

Опыты по приготовлению пороха были поручены С. А. Броунсу, который 9 середине <metricconverter productid=«1890 г» w:st=«on»>1890 г. предложил образчик пороха с применением в качестве растворителя смеси ацетона и эфира. Соотношение между ацетоном и этиловым эфиром было принято 1:3 при общем количестве растворителя 125 частей на 100 частей сухого пироксилина. Для уменьшения скорости горения пороха в состав пороховой массы было введено 2% касторового масла. Порох на ацетоно-эфирном растворителе имел большую механическую прочность вследствие меньшего разрушения волокна при пластификации и при стрельбе из винтовки Мосина давал вполне удовлетворительные баллистические результаты как по величине начальных скоростей и давлений, так и по однообразию действия отдельных зарядов.

В том же <metricconverter productid=«1890 г» w:st=«on»>1890 г. по инициативе А. В. Сухинского 3. В. Калачевым на Охтинском заводе были приготовлены образцы пороха из смесевого пироксилина (содержание азота 12,8% и растворимость 40%) на спирто-эфирном растворителе, которые отвечали полностью предъявляемым к нему требованиям.

Работы с порохом на ацетоно-эфирном растворителе, как более дорогом и менее доступном для массового применения, были прекращены.

Таким образом, в конце <metricconverter productid=«1890 г» w:st=«on»>1890 г. в России был получен пироксилиновый порох на спирто-эфирном растворителе и в <metricconverter productid=«1891 г» w:st=«on»>1891 г. была изготовлена опытно-валовая партия пластинчатого пороха (весом в 20 т) для патронов трехлинейной винтовки системы Мосина.

В дальнейшем были разработаны ленточные пироксилиновые пороха для орудий.

Одновременно с разработкой пороха в России под общим руководством А. В. Сухинского было начато строительстве пироксилиновых и пороховых заводов.

В июле <metricconverter productid=«1890 г» w:st=«on»>1890 г. приступили к постройке пироксилинового и порохового завода на Охте, на котором к концу <metricconverter productid=«1891 г» w:st=«on»>1891 г. была налажена валовая фабрикация винтовочного пороха.

Решающая заслуга в разработке технологии пироксилинового пороха в России принадлежит 3. В. Калачеву. Он является творцом бездымного пороха в России, без помощи иностранцев установившего производство пороха и впоследствии усовершенствовавшего производство пироксилина.

Большую роль в установлении методов производства, испытании и валовой фабрикации бездымного пироксилинового пороха сыграли полковники Сухинский и Симбирский, капитаны Липницкий, Никольский, Киснемский, Михелев, Жеребятьев и Каменев, штабс-капитаны Броунс и Дымша.

В период 1891-1895 гг. по проектам и под руководством талантливых русских инженеров Лукницкого, Симбирского, Хрущева и Иващенко были построены крупнейшие пороховые заводы для производства пироксилиновых порохов — Казанский и Шостенский, которые по своим размерам и техническим характеристикам превосходили пороховые заводы Западной Европы.

В странах Западной Европы и Америке в девяностых годах XIX столетия были разработаны и частично приняты на вооружение нитроцеллюлозные пороха других составов, отличных от русского и французских порохов.

В <metricconverter productid=«1888 г» w:st=«on»>1888 г. шведским инженером Альфредом Нобелем был предложен пироксилино- нитроглицериновый порох — твердый раствор коллодионного хлопка (коллоксилина) в нитроглицерине. Количество нитроглицерина в порохе Нобеля составляло 40-60%; позже в состав этого пороха добавлялись инертные примеси (например, камфара) для снижения скорости горения и дифениламин для повышения химической стойкости пороха.

Приготовление пороха Альфреда Нобеля состояло из операций смешения коллоксилина с нитроглицерином в присутствии горячей воды, удаления воды из массы и пластификация последней на горячих вальцах с целью получения роговидного полотна, резка полотна на пластинки и ленты.

Порох Нобеля под названием «баллистит» был принят на вооружение в Германии и Австрии и под названием «филит» — в Италии.

Баллистит имел существенные преимущества перед пироксилиновым порохом. Он почти негигроскопичен и не увлажняется при хранении; его изготовление продолжается примерно один день, в то время как пироксилиновый порох должен был сушиться неделями и даже месяцами.

Другой тип нитроглицеринового пороха под названием«кордит» был предложен в <metricconverter productid=«1889 г» w:st=«on»>1889 г. Абелем и Дюаром в Англии. (Название кордит происходит от английского слова «cord», что значит шнур или струна).

При изготовлении этого пороха применялся нерастворимый пироксилин, пластификация которого осуществлялась нитроглицерином и ацетоном в мешателях при обычной температуре; для повышения химической стойкости и снижения скорости горения добавлялся вазелин. Масса прессовалась через матрицы гидравлического пресса в виде шнуров без канала, которые резались затем на стержни. Ацетон после получения пороха удалялся из него длительной сушкой.

Принципиально способ приготовления кoрдита не отличается от способа приготовления пироксилинового пороха.

Первый образец кoрдита в виде струны содержал в своем составе 58% нитроглицерина, 37% нерастворимого пироксилина и 5% вазелина и предназначался для винтовок и малокалиберных орудий. Для снижения степени выгорания каналов крупных орудий несколько позже был принят кордит «MD», в котором содержались 30% нитроглицерина, 65%, пироксилина и 5% вазелина.

В <metricconverter productid=«1893 г» w:st=«on»>1893 г. профессор Монро в Америке взял патент на изготовление пороха из нерастворимого пироксилина (40%), пластифицированного нитробензолом (60%). После приготовления пороха нитробензол удалялся из него обработкой в горячей воде, а порох при этом «затвердевал», становился более плотным. Процесс затвердевания по английски называется «induration», отчего и порох был назван индюритом.

Индюрит вследствие ряда служебных и технологических недостатков не нашел широкого применения и вскоре был снят с производства.

Яркие страницы в историю пороходелия вписаны Д. И. Менделеевым и его сотрудниками в результате работ по синтезу пироколлодия и разработке на его основе бездымного пороха.

При активном участии И. М. Чельцова, М. Г. Федорова,. С. Л. Вуколова и Л. Л. Рубцова в <metricconverter productid=«1892 г» w:st=«on»>1892 г. были получены образцы пироколлодийного пороха и произведена ими стрельба из морских орудий. По заключению специалистов, производивших испытания, пироколлодийный порох оказался первым бездымным порохом из всех ранее испытанных, который не показал каких-либо неожиданностей. Порох Д. И. Менделеева сразу же внушил к себе доверие, так как все теоретические предположения о его свойствах были подтверждены опытными данными, полученными стрельбой из дальнобойных морских орудий.

В июне <metricconverter productid=«1893 г» w:st=«on»>1893 г. в России была произведена стрельба пироколлодийным порохом из 12-дюймового орудия, и инспектор морской артиллерии адмирал С. О. Макаров поздравил Д. И. Менделеева с блестящим успехом.

После того, как пироколлодийный порох выдержал испытания при стрельбе из морских орудий всех калибров, Д. И. Менделеев считал задачу по разработке бездымного пороха выполненной и больше не возвращался к исследованиям в области порохов. Однако он любил свою временную работу, свой пироколлодийный порох. В статье «О пироколлодийном порохе» он писал: «Влагая то, что могу в дело изучения бездымного пороха, я уверен, что служу, по мере сил, мирному развитию своей страны и научному познанию вещей, слагающемуся из попыток отдельных лиц осветить узнанное». (Д. И. Менделеев. Том IX, 1949, стр. 253)

Как известно, пироколлодийный порох Д. И. Менделеева, несмотря на некоторые преимущества по сравнению с пироксилиновым порохом французского типа, не был принят в России. Он лишь в небольших количествах производился с <metricconverter productid=«1892 г» w:st=«on»>1892 г. на морском пороховом заводе. Частично пироколлодийный порох, близкий по составу к пороху, предложенному Д. И. Менделеевым, готовился на Шлиссельбургском заводе в первые годы применения бездымных порохов. Пироколлодийный порох Д. И. Менделеева был принят на вооружение американского военно-морского флота в <metricconverter productid=«1897 г» w:st=«on»>1897 г, а в армии в <metricconverter productid=«1899 г» w:st=«on»>1899 г. Он производился в громадных количествах на заводах США в период первой мировой войны и после ее до замены его беспламенными негигроскопическими порохами.

Это обстоятельство не являлось случайным. До <metricconverter productid=«1899 г» w:st=«on»>1899 г. для американской армии производился нитроглицериновый порох кордитного типа с 25% нитроглицерина. Однако он оказался механически непрочным, ломался на мелкие части и вызывал повышенные давления при стрельбе. По этой причине в <metricconverter productid=«1899 г» w:st=«on»>1899 г. разорвалось десятидюймовое орудие. Это заставило командование американской армии прекратить производство нитроглицериновых порохов и перейти к изготовлению пироколлодийных порохов. Следует отметить, что Россия в период первой мировой войны ввозила из Америки большие количества пироколлодийных порохов как россыпью, так и в виде зарядов <metricconverter productid=«76 мм» w:st=«on»>76 мм патронов.

До сих пор причины непринятия на вооружение в России пироколлодийного пороха Д. И. Менделеева остаются не выясненными. На этот, вполне законный и исключительно важный вопрос никто из специалистов по порохам не дал ответа. Попытки некоторых пороховиков объяснить это чисто техническими причинами вроде той, что при получении пироколлодийного пороха необходимо расходовать большое количество спирто-эфирного растворителя, являются для того времени по меньшей мере наивными.

Дело в том, что, когда был разработан пироколлодийный порох, никто еще не интересовался экономикой производства. Главное внимание уделялось качеству пороха, а пироколлодийный порох был наиболее однородным и не давал никаких аномалий при стрельбе из самых мощных орудий.

Высокие физико-химические и баллистические свойства пироколлодийного пороха не могли не привлечь внимания работников артиллерийского ведомства.

Не случайно в России в <metricconverter productid=«1900 г» w:st=«on»>1900 г. после принятия в США пороха Д. И. Менделеева была создана комиссия под председательством генерал-майора Потоцкого, которая имела целью выяснить путем стрельбы сравнительные качества пироколлодийного пороха и пороха на смесевом пироксилине. В состав комиссии вошли специалисты по взрывчатым веществам, порохам и баллистике от сухопутного и морского ведомства (Сухинский, Забудский, Киснемский, Сапожников, Регель, Дымша, Бринк, Рубцов, Вуколов, Каменев и Ремесников).

В результате длительной подготовки к проведению опытов, затяжки и прекращения их в связи с русско-японской войной 1904-1905 гг, вопрос о пироколлодийном порохе оставался нерешенным в течение десяти лет.

Только в <metricconverter productid=«1909 г» w:st=«on»>1909 г. Артиллерийский комитет Главного артиллерийского управления принял постановление: «преимущества пироколлодийного пороха не столь существенные, чтобы переходить к его изготовлению на казенных заводах, которые приспособлены к изготовлению пироксилинового пороха».

По мнению некоторых специалистов (например, Н. С. Пужай), которые получали пороха из американского пироколлодия после первой мировой войны, одной из причин непринятия на вооружение пороха Д. И. Менделеева являлась трудность переработки пироколлодия на порох.

При применении пироколлодия необходимо тщательное соблюдение технологического режима. Недопустимы значительные колебания в количестве растворителя и соотношения спирта к эфиру. Требуются более строго регламентированные характеристики самого пироколлодия (растворимость, вязкость и др.).

Несоблюдение этих условий приводит к изменению упругих свойств пороховой массы, появлению каучукоподобных свойств сырого пороха, наличию расширенных каналов, разнообразию в толщине горящего свода и другим недостаткам. Вместе с тем указанные причины не являлись, по нашему мнению, решающими, так как они могли быть при желание легко преодолены. Основной причиной, побудившей принять все меры, чтобы отклонить важнейшее открытие Д. И. Менделеева в области пороходелия, является преклонение руководящих чиновников Артиллерийского управления перед всем иностранным, игнорирование прогрессивными силами русской науки, их открытиями и изобретениями.

На Охтинском заводе все производство пироксилина было отдано на откуп приглашенному французскому инженеру Мессену, который не считался с мнением даже Д. И. Менделеева, заметившего недостатки производства, и вел дело согласно инструкции французского правительства. Естественное что и все пороховое производство на Охтинском заводе подгонялось под французский лад. Иностранцы настолько были в почете, что они могли безнаказанно присваивать себе русские изобретения. Об этом свидетельствует факт взятия патента в <metricconverter productid=«1895 г» w:st=«on»>1895 г. на «изобретение» пироколлодийного пороха американцами Бернадоу и Конверсом. Лейтенант Бернадоу в период работы Д. И. Менделеева над пироколлодийным порохом находился в Петербурге в качестве военно-морского атташе США и, несмотря на принятые тогда меры по соблюдению секретности, сумел получить полные сведения как о составе пороха, так и способе его производства, что подтверждается материалами доклада Бернадоу, прочитанного им в <metricconverter productid=«1897 г» w:st=«on»>1897 г. в американском военно-морском колледже. Этот факт наглого присвоения изобретения Д. И. Менделеева не вызвал в кругах чиновников Артиллерийского управления и русских специалистов пороховиков того времени никакого возмущения и опровержения. В связи с этим до сих пор в американской литературе, в частности в книге Девиса «Химия порохов и ВВ» издания <metricconverter productid=«1943 г» w:st=«on»>1943 г, указывается, что изобретателями пироколлодийного пороха являются лейтенант морского флота Бернадоу и капитан Конверс. Присвоение американскими дельцами открытия Д. И. Менделеева характеризует лишь алчный характер буржуазной науки, но оно не может затемнить величайшие заслуги Д. И. Менделеева в деле развития отечественного пороходелия.

Таким образом, в течение десятилетия 1885...1895 г.г. были получены четыре вида нитроцеллюлозных порохов — пироксилиновый порох Вьеля из смесевой нитроцеллюлозы, пироколлодийный порох Д. И. Менделеева, баллиститный нитроглицериновый порох Нобеля и кордитный нитроглицериновый порох Абеля и Дюара.

Все эти пороха получили впоследствии название бездымных порохов коллоидного типа.

В Россий и Франции были приняты на вооружение пироксилиновые пороха, в Соединенных Штатах Америки — пироколлодийные пороха, в Германии и Италии — баллиститные пороха, в Англии — кордитные пороха. Необходимо заметить, что общие принципы производства нитроцеллюлозных порохов и качественный состав их в течение шести десятилетий не претерпели существенных изменений. Вместе с тем современные пороха имеют значительные отличия от своих предков по составу, форме и методам производства. За прошедшее время с момента появления нитроцеллюлозных порохов возникало очень много проблем в пороходелии, которые постепенно разрешались в научных лабораториях и на заводах.

Вскоре после изобретения нитроцеллюлозных порохов было замечено, что они способны разлагаться при хранении их даже в обычных условиях, т.е. при нормальной температуре и относительной влажности воздуха. Специальными опытами по изучению продуктов разложения порохов при различных условиях было установлено, что пороха при своем разложении выделяют ряд кислых продуктов, способствующих дальнейшему разложению пороха. Наиболее опасными в этом отношении являются окислы азота, азотная и азотистая кислоты.

Поэтому возникла идея связать эти вредные продукты при помощи добавки к пороху некоторых веществ и предотвратить этим ускоренное (или как сейчас принято говорить автокаталитическое) разложение пороха.

В первые годы после организации производства порохов в России и в других странах бездымный пироксилиновый порох выпускали пластинчатой формы — в виде плоских квадратиков. Однако такая форма порохового зерна является дегрессивной — по мере сгорания общая поверхность зерна, а значит, и приток газов (при данной скорости горения) быстро уменьшаются. Необходимость увеличения начальных скоростей полета снарядов выдвинула перед пороходелами проблему создания прогрессивно горящих порохов, т. е. порохов, у которых общая поверхность и соответственно приток газов в единицу времени увеличиваются по мере сгорания зерен. Такие пороха дают возможность получать большие начальные скорости без повышения максимального давления в стволе орудия за счет увеличения массы заряда.

Затем появились менее дегрессивные ленточные и трубчатые пороха. Они применялись в пушечных зарядах, особенно крупнокалиберной артиллерии.

В <metricconverter productid=«1900 г» w:st=«on»>1900 г. американцы предложили семиканальное зерно из пироколлодийного пороха. Оно нашло затем широкое применение и в других странах.

В дальнейшем было замечено, что обычное семиканальное зерно не горит до конца прогрессивно. После сгорания около 85 % толщины горящего свода образуются остатки, которые горят дегрессивно, тем самым значительно уменьшая прогрессивность газообразования заряда. Для устранения этого недостатка Г. П. Киснемский разработал зерно в виде призматического бруска квадратного сечения с 36 каналами квадратного сечения. Однако из-за сложности изготовления и малых преимуществ в отношении прогрессивности горения по сравнению с обычными семиканальными такие зерна не нашли применения и производились лишь для отдельных систем орудий.

Для порохов к винтовкам и пулеметам прогрессивность не могла быть обеспечена путем изменения формы пороховых элементов, так как при толщине горящего свода около <metricconverter productid=«0,3 мм» w:st=«on»>0,3 мм нельзя сделать зерно с несколькими каналами. В связи с этим прогрессивность горения тонкосводных пироксилиновых порохов была обеспечена путем флегматизации поверхностного слоя порохового элемента веществами, замедляющими горение.    продолжение
--PAGE_BREAK--