Відповідь 1:

майже

нульові негорючі компоненти

зола

  • Він повинен бути відносно інертним: ви не хочете, щоб така речовина, як чистий нітрогліцерин, була чутливою до ударів. Ця властивість стосується грунтовки (детальніше про це нижче) і є дуже поганою ідеєю для самого палива. Вона повинна залишатися відносно інертною: ранні бездимні порохи мали летючі компоненти на зразок камфори, які випаровувалися б через кілька років, залишаючи значно менш стійким речовина. В інших були летючі компоненти, які з часом розкладалися і спричиняли б мимовільні вибухи. Два французьких лінкори виявили це важким шляхом. Він повинен в якийсь момент процесу виробництва бути пластичним: вам потрібно вміти формувати пальне в корисну форму, щоб помістити його в картридж. Це насправді не означає, що в результаті повинно бути речовина, що нагадує шпаклівку, це просто означає, що їй потрібно вміти форму. Фактичні порошки будуть робити. Це повинно бути вибухонебезпечним, але не занадто вибухонебезпечним: занадто висока швидкість газу, і ви отримуєте високу вибухівку, де фронт полум'я перевищує швидкість звуку, а напруга на стволі гармати дуже велике. Ніхто не хоче, щоб їх пістолет підірвався в обличчя.

пальне

перше

Формулювання основного палива

4C3H5(NO3)34 C_3H_5(NO_3)_3 \Rightarrow

12CO2+10H2O+6N2+6O2 12 CO_2 + 10 H_2O + 6 N_2 + 6 O_2

двоосновні палива

потрійна база

Камфора

відносно інертний

не надто вибухонебезпечний,

Виготовлення як пластик

бажано

Кордит

Чого не робити

  • На початку баллистит використовував камфору і як антиоксидант, і як модератор згоряння. Однак проблема з камфорою полягає в тому, що вона летуча і випаровується. Не маючи камфори як антиоксидантної сполуки, старий балістит став предметом самозаймання. Навіть раніше, рецептура французького пудру B, навіть не турбувалась повільно випаровуваною камфорою, а натомість покладалася на діетиловий ефір та етанол, обидва вони летючі та випаровуються відносно швидко. Це призвело до деяких жахливих трагедій, як, наприклад, втрата французького лінкор Іена. Дешеві порошки, виготовлені з використанням пістолету, часто містять відносно високу концентрацію залишків азотної кислоти в процесі виробництва нітроцелюлози. Кращі виробники порошків ретельно вимиють свою нітроцелюлозу, щоб видалити залишкову кислоту, але протягом усього 20 століття люди вирізали багато куточків. Залишкова азотна кислота не робить порошок нестабільним сам по собі, але це означає, що порошок є кислим достатньо кислим, щоб кородувати латунні шафи. Ось чому багато радянських надлишкових боєприпасів небезпечно, тоді як, на відміну, надлишкові швейцарські боєприпаси, як повідомляється, часто все ще дуже високої якості через багато десятиліть після виготовлення.

Відповідь 2:

Чорний порошок - один із найдавніших відомих вибухових речовин. Це проста суміш палива (деревного вугілля), окислювача (зазвичай калійної селітри) та сірки для зниження температури займання. Дивовижний Ульріх Бретчер детально дослідив тему чорного порошку і записав свої висновки в «Рецепти чорного порошку».

Пізнє редагування: Сайт містера Бретчера більше не працює, що викликає занепокоєння. Найкращі побажання йому та його. На щастя, його сайт знаходиться в машині Wayback за адресою https: //web.archive.org/web/2017 ... Ну варто відвідати.

Бездимний порошок буває двох загальних різновидів: одноосновний або двосплавний. Одноосновний порошок виготовляється з нітроцелюлози і може мати форму екструдованих циліндричних гранул

або неправильна сфероїдна форма, відома як "кульовий порошок".

Порошок подвійної основи на основі нітроцелюлози та нітрогліцерину. Зазвичай це швидше горіння і використовується як в пістолетах, так і в рушницях. Порошок зазвичай представляє собою невеликі кругові пластівці.

Порошок, описаний вище, "Унікальний" - один із найстаріших комерційно доступних порошків, який випускався під такою ж торговою маркою приблизно з 1900 року (див. Геркулес).


Відповідь 3:

Це чудове запитання! Є багато цікавих і важливих відмінностей.

По-перше, кілька простих спостережень:

(1) Перше, що ви помічаєте при стрільбі з пістолета, в якому використовується чорний порошок, - це те, що утворюється велика кількість густого білого диму. На противагу цьому, вогнепальна зброя, що використовує бездимний порошок, виділяє дуже мало диму, а те, що виробляється, є тонким. Звідси і назва «бездимний». Користувачі чорної порошкової вогнепальної зброї також помічають, що велика кількість залишків залишається в бочці.

(2) Якщо ви запалюєте невеликі купи цих порошків під відкритим небом, ви помітите, що чорний порошок спалює набагато швидше, ніж будь-який бездимний порошок, з яким ви порівнюєте його. Чорний порошок згорає так швидко, що маленький ворс виглядає так, що він згорає миттєво, м'яким «пухнастим» звуком та спалахом світла. Бездимні порошки горять досить повільно, що видно реакцію, що повзає через ворс із помітною помітною швидкістю, і вона горить майже безшумно, напрочуд великим полум'ям. Перегляньте це відео на YouTube, щоб продемонструвати це:

(3) Хоча бездимні порошки набагато потужніші, ніж чорний порошок. Це (або, безумовно, має бути) дуже відоме серед людей, які знають про вогнепальну зброю.

Існує кілька простих фактів, які роблять це дуже зрозумілим: порівняйте кількість виробленого газу та величину виділеної енергії, як на одиницю маси палива. Кажуть, що чорний порошок виробляє приблизно 0,3 літра (л) газу на грам і виділяє близько 0,7 (або менше) Ккал теплової енергії на грам. Навпаки, бездимні порошки (їх багато, і кількість буде залежати від рецептури) виробляють більше 1 л газу / граму та 1 Ккал / грам (або більше) теплової енергії.

Тепер ці числові відмінності вражають самі по собі, але є ще більш показове порівняння. Потужність ракетного палива для виконання механічних робіт повинна бути приблизно пропорційна продукту обсягу газу, що випускається, внаслідок виробленої теплової енергії. Це випливає із закону про ідеальний газ (PV = nRT.) Отже, якщо ми помножимо значення, наведені вище для чорного порошку, отримаємо добуток 0,21, а для бездимного порошку отримуємо 1. При такому порівнянні тоді на одиницю маси, чорний порошок повинен бути здатний приблизно на 1/5 (або 20%, якщо ви віддаєте перевагу) механічну роботу бездимного порошку. (Це, звичайно, теоретично.)

По-друге, чорний порошок і бездимні порошки мають дуже різні основи хімії.

В контексті існують два основні типи "хімічної системи", що лежать в основі всіх "енергетичних матеріалів" (тобто піротехніки, паливні речовини та вибухові речовини).

У першому типі матеріали - це суміші, в яких компоненти реагують один з одним. Чорний порошок є в цьому класі. Чорний порошок - це суміш нітрату калію, вугілля та сірки. Калієва селітра є окислювачем, а вугілля та сірка - це паливо. Реакція насправді досить складна, а продукти реакції - це складна суміш різної пропорції. Однак для простоти ми можемо побачити загальну реакцію наступним чином: селітра калію розкладається на оксиди кисню, азоту та калію. Виділений кисень реагує з вуглецем (з деревного вугілля) з утворенням оксиду вуглецю та діоксиду. Оксиди калію реагують із сіркою, утворюючи сульфід калію та сульфат калію. Деякі з оксидів калію також реагують з вуглецем, утворюючи карбонат калію.

Важливо зазначити, що всі ці сполуки калію є твердими речовинами при кімнатній температурі. Оскільки ці тверді матеріали містять понад 50% (по масі) продуктів реакції, легко зрозуміти, звідки беруться всі дими та бочки!

В іншому основному типі енергетичної "хімічної системи" матеріали - це сполуки, які функціонують шляхом розкладання на більш прості речовини. До цього класу належать бездимні порошки та фугасні речовини. Всі бездимні порошки засновані на нітроцелюлозі (пістолет бавовна). Багато з них містять значну кількість нітрогліцерину (їх називають порошками подвійної основи.) Обидва ці матеріали є сполуками, що складаються з вуглецю, водню, азоту та кисню. Вони розкладаються на водяну пару, азот та чадний газ / діоксид.

Зауважте, що ці продукти реакції - це всі гази. Завдяки цьому факту та тому, що бездимні порошки виробляють значно більше теплової енергії, легко зрозуміти, чому вони є більш потужними та ефективними паливами, ніж чорний порошок.

Чорний порошок і бездимні порошки мають дуже різні характеристики швидкості горіння.

Як зазначено в розділі "прості спостереження" вище, чорний порошок дуже швидко згорає на відкритому повітрі, тоді як бездимні порошки горять дуже повільно в тих же умовах. Для бездимного порошку типово горіти до 100 разів повільніше, ніж чорний порошок, на відкритому повітрі!

Однак бездимні порошки насправді горять швидше, ніж чорний порошок за умов, що виникають у камері гармати. Чому це так? Це пов’язано з тим, як швидкість спалювання різних матеріалів реагує на тиск. Будь-який енергетичний матеріал, який виробляє газ, буде вищим коефіцієнтом горіння, коли тиск навколишнього середовища зростатиме.

Цікавим є те, що різні матеріали проявляють різну реакцію (зміна швидкості горіння) на зміни тиску. Чому? Ступінь залежності тиску пов'язана з кількістю газу, який виробляє матеріал при спалюванні. Будь-який видобутий газ має тенденцію відводити тепло від зони горіння. Швидкість горіння має багато спільного з тим, як швидко наступний шар матеріалу доводиться до точки запалювання, тому теплові втрати внаслідок видобутку газу мають тенденцію до зниження швидкості горіння. Однак із збільшенням тиску це зниження швидкості частково компенсується через те, що виділяються гази миттєво тримаються ближче до поверхні горіння (полум'я фізично “притискається” тиском) і швидкість теплового перенесення збільшується. Чим більше газу виробляє матеріал, тим більшим буде цей ефект.

Як зазначалося, чорний порошок має виняткову швидкість горіння при нормальному атмосферному тиску. Це пояснюється тим, що значна частина реакційного тепла виробляється в реакції рідкої фази на поверхні горіння (значно збільшуючи ефективність «зворотного зв’язку» тепла для поширення реакції.) На відміну від більшості екзотермічних реакцій при спалюванні бездимних порошків. проходять у газовій фазі (полум'я).

Детальніше про залежність швидкості опіку від тиску див. У відповідь: Відповідь Метью Карпентера на те, чому бездимний порох так повільно горить поза патроном? (Я також включив частину відповіді як додаток в кінці цієї.)

Підсумовуючи, кінцевий результат усього цього полягає в тому, що бездимні порошки спалюються повільно на відкритому повітрі (і на самому початку горіння в вогнепальній зброї, перш ніж тиск набув дуже високого рівня), але швидкість їх спалення значно зростає із зростанням тиску . До моменту досягнення максимального тиску в камері у вогнепальній зброї, бездимні порошки фактично горять набагато швидше, ніж чорний порошок коли-небудь міг!

Що стосується застосування, характеристики опіку бездимних порошків роблять їх більш ефективними в ролі палива для вогнепальної зброї. І навпаки, властивості чорного порошку роблять його набагато ефективнішим у таких піротехнічних виробах, як феєрверки та невеликі, прості ракетні двигуни. Бездимний порошок був би майже марним у цих ролях! * (див. примітку нижче.)

Отже, чому характеристики швидкості опіку бездимних порошків роблять їх ефективнішими у вогнепальній зброї?

Це вимагає досить багато пояснень, але ми починаємо з того, що спостерігаємо, що швидкість опіку бездимного порошку є низькою на початку процесу випалу, перш ніж куля просунулася дуже далеко. Це запобігає надлишковому тиску. Коли куля починає рухатись, об'єм за нею збільшується (у будь-який момент часу цей об'єм дорівнює вихідному об'єму камери плюс той об'єм ствола, куля "розкрилася", коли рухається до морди.) Крім того, куля рухається швидше і швидше, коли він рухається вниз по стволі. Мало того, що обсяг простору, в якому містяться гази згоряння, збільшується, він збільшується при постійно зростаючій швидкості. (Для математично схильних читачів зв'язок між часом і загальним "камерним" об'ємом - це функція, яка має як позитивну першу, так і другу похідні. Для перекладу для людей, які ніколи не вивчали обчислення, графік цього відношення збільшується, коли ви рухаєтесь по ньому від нього зліва направо, але він також вигинається вгору із збільшенням «крутизни».)

Тут виникає все більша швидкість спалювання бездимних порошків: збільшення швидкості спалювання збільшує швидкість видобутку газу. Це компенсує збільшення обсягу (який збільшується при збільшенні ТЕХНІКИ!) Коротше кажучи, це ПІДТРИМАЄ тиск за кулею, коли вона прискорюється вниз по стволу. Вся картина тут полягає в тому, що швидкість опіку бездимного порошку, як правило, відповідає умовам камери під час стрільби з гармати: тиск ніколи не стає занадто високим, але він підтримує хороший стійкий натиск, щоб куля прискорювалася.

Навпаки, чорний порошок швидко спалює з самого початку, але швидкість його спалювання не може збільшитися майже настільки ж, як і бездимні порошки. Таким чином, швидкість видобутку газу з чорного порошку не може йти в ногу з швидко розширюваним «об'ємом камери» високопродуктивної вогнепальної зброї. До того часу, коли куля швидко рухається, згоряння чорного порошку "повільно пливе" (відносно кажучи) і не в змозі підтримувати ефективний тиск. За дні перед бездимними порошками це значною мірою встановило верхню межу досяжної швидкості морди.

Якщо ви пам’ятаєте про це, ви можете бачити, що не випадково снаряди, випалені з чорного порошку, мали тенденцію бути більшими та важчішими, ніж те, що ми би називали сьогодні типовими. Це був найкращий спосіб отримати найбільшу роботу з чорного порошку з його загальним «повільним» опіком (коли ви враховуєте весь процес випалу.

Крім того, як я вже згадував вище (це так важливо, що це повторюється) продукти горіння чорного порошку складають лише близько половини газу, де бездимні порошки виробляють майже 100% газу. Це є причиною того, що чорний порошок має те, що я б назвав «ніжною» якістю: хоча він швидко згорає (при низькому тиску), значна частина продуктів згоряння є твердими частинками і краплями рідини (при температурі полум'я). Це зменшує загальну кількість сили, яку в кінцевому підсумку може розвинути чорний порошок. Інша причина полягає в тому, що швидкість опіку дійсно не сильно зростає із зростанням тиску.

Нарешті, чорний порошок і бездимні порошки класифікуються по-різному.

Чорний порошок класифікується як "вибухонебезпечний", тоді як бездимні порошки класифікуються як палива. (Я категорично не погоджуюсь з тим, що чорний порошок називають "вибуховою речовиною", але це інша тема.) Це пов'язано з унікальною небезпекою, яка виникає через дуже швидку швидкість спалювання чорного порошку при атмосферному тиску.

На практиці обидва типи порошку явно служать пропелентами при використанні у вогнепальній зброї.

З точки зору хімії, чорний порошок - це піротехнічний склад. Можливо, дивно, я б класифікував бездимні порошки як вибухові речовини з точки зору їх хімії: вони поділяють ту саму основну структуру та основну схему реакції (розкладання на гази), як і сучасні вибухові речовини. Крім того, вони здатні до детонації, якщо їх вражають досить сильно, хоча вони, звичайно, не детонують при використанні у вогнепальній зброї!

* Однак, якщо ми поглянемо на це зовсім по-іншому, з точки зору піротехніки (і особливо феєрверку), чорний порошок був би розглянутий як більш ефективний. Це багато в чому тому, що воно спалює значно, МНОГО швидше, ніж бездимні порошки при атмосферному тиску. (На порядок приблизно в 100 разів швидше!) Порошки без диму насправді можуть горіти швидше, ніж чорний порошок (який вони роблять при тиску, що виникає у гарматах), але для цього вони повинні знаходитись у високому тиску. Оболонки паперу, які використовуються у феєрверках, і нещільне залягання між снарядами феєрверків та мінометами, з яких вони обстрілюються, призводять до «робочого середовища», в якому бездимні порошки просто не могли піднятися до тиску, при якому вони досить швидко згорять. рівномірно працювати (тобто: забезпечити бажану функцію палива.)

Додаток: детальніше про залежність тиску швидкості горіння.

Існує рівняння, яке виражає швидкість горіння як функцію тиску: воно відоме як рівняння Війля, де:

R = лінійна швидкість горіння (зазвичай в одиницях см / сек)

a = константа, унікальна для відповідного енергетичного матеріалу

p = тиск (зазвичай в одиницях атмосфери.)

n = інша константа, унікальна для відповідного енергетичного матеріалу

R = aP ^ n

Отже, значення n показує, наскільки вплив швидкості опіку впливає на тиск. "N" зазвичай коливатиметься в межах від 0 до 1. За властивостями показників: коли n = 0, R = a для будь-якого тиску (на швидкість горіння не впливає зовсім тиск.) На протилежній крайності, якщо n = 1, швидкість горіння буде прямо пропорційною тиску, при цьому "a" буде постійною пропорційністю.

Для чорного порошку повідомляється, що значення n становить приблизно 0,2 або менше, тоді як деякі бездимні порошки можуть мати n значення до 0,9.

Досі ця дискусія мала досить «теоретичний» присмак, тому ось кілька цифр, щоб зробити її більш конкретною. Ці цифри порівнюють швидкість опіку чорного порошку та популярного пороху бездимного бездимного порошку для навантажень пістолета Bullseye. Порівняння проводяться при атмосферному тиску та при 35000 фунтів на дюйм, що є типовим тиском ручної пістолета. (Ця інформація є з "Введення в технологію вибухових речовин" Пола Купера та Стенлі Р. Куровського.)

Нормальна швидкість горіння (лінійна "внутрішня швидкість") в дюймах за секунду:

Чорний порошок при атмосферному тиску 0,68 в / с

Порошок Bullseye в атмосферному середовищі: 0,0092 в / сек

Чорний порошок при 35000 PSI: 2,45 дюйма / сек

Порошок Bullseye при швидкості 35000 PSI: 11,7 в / сек

Так, при атмосферному тиску Bullseye спалює приблизно на 1/74 швидкості чорного порошку. (або чорний порошок згорає в 74 рази швидше, якщо вам зручніше.)

При 35000 PSI, Bullseye зараз спалює приблизно в 4,8 рази швидше, ніж чорний порошок.