Развитие технологии производства пороха в России

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 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 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.

Идею флегматизации пороха впервые высказал в 1890 г. Д. И. Менделеев, который предложил двухслойный порох с наружным слоем из медленно горящем и внутренним слоем из более быстро горящей массы. Им предложены и несколько технических способов осуществления этой идеи.

Г. П. Киснемский разработал метод флегматизации пороха спиртовым раствором камфоры. С 1908 г. этот способ применяли на всех пороховых заводах России.

Одновременно с флегматизацией все пороха мелких марок стали покрывать графитом для устранения явления электризации пороховых элементов при их трении.

Улучшению состава бездымного пороха и конструкций пороховых зарядов способствовали исследования русских ученых в облает внутренней баллистики и теории горения пороха в начале 20 в.

Много и плодотворно работал в области внутренней и внешней баллистики, а также в области проектирования артиллерийских орудий профессор Артиллерийской академии Н. А. Забудский (1853 - 1917). В 1904 и 1914 гг. он провел экспериментальные стрельбы из специально оборудованных орудий для определения кривых изменения давления в канале ствола и скоростей движения снаряда в зависимости от пути, пройденного им в канале орудия. На основе полученных данных под руководством Н. А. Забудского была создана первая отечественная пушка с зарядом из бездымного пороха (3-дюймовая пушка образца 1902 г.). Впоследствии под его руководством были спроектированы и отработаны все системы калибра от 122 до 203 мм, принятые на вооружение в 1909-1910 гг. Высокую оценку Арткома ГАУ получила его работа "О давлении газов бездымного пороха в канале пушек".

Важнейшей характеристикой процесса горения порохов является скорость горения, которая зависит от давления, температуры заряда, состава пороха и пр. Зависимость скорости горения от давления называется законом скорости горения.

Г. П. Киснемский и М. П. Дымша провели на Охтинском пороховом заводе более двухсот опытов по изучению влияния на баллистические характеристики пироксилинового пороха содержания в нем летучих веществ и азота, температуры порохового заряда, толщины горящего свода, плотности заряжания и других факторов. По результатам опытов они вывели эмпирические зависимости (формулы ИКОПЗ), которые использовались для подбора массы заряда.

И. М. Чельцов и С. П. Вуколов в Научно-технической лаборатории Морского ведомства первыми провели опыты по изучению процесса горения пороха в манометрической бомбе с учетом теплоотдачи и предложили эмпирическую двучленную формулу закона скорости горения для пироколлодийного пороха.

И. П. Граве (1874 - 1960), один из создателей советской научной школы внутренней баллистики, теоретически и экспериментально исследовал закон скорости горения и давления при сжигании пироксилинового пороха в манометрической бомбе. Обобщив экспериментальные данные, он вывел в 1903 г. уравнение закона скорости горения, подтвердившее формулу И. М. Чельцова и С. П. Вуколова.

Большое значение имели работы профессора Г. А. Забудского. Он провел анализ состава продуктов горения различных порохов, исследовал законы скорости горения и давления для бездымного пороха разных образцов. Известны другие его работы в области внутренней баллистики и налаживания производства пироксилина и порохов.

Для развития теории горения пороха большое значение имели исследования А. В. Сапожникова, А. А. Солонина и В. Эннатского. Их опыты в 1913 г. по сжиганию больших масс бездымного пороха (до 10 т одновременно) показали, что с увеличением массы пороха скорость горения значительно возрастает, а при больших массах пороха горение может переходить во взрыв.

В 1899-1903 гг. на Шлиссельбургском частном пороховом заводе было изготовлено 77 827 пудов бездымного пироколлодийного пороха, разработанного в 1890-1894 гг. Д. И. Менделеевым и его учениками И. М. Чельцовым, П. П. Рубцовым, С. П. Вуколовым, Ф.Ю. Ворожейкиным, Н. А. Смирновым и А. А. Григоровичем в Научно-технической лаборатории Морского ведомства. Пироколлодийный порох Д. И. Менделеева был принят на вооружение американским военно-морским флотом в 1897 г., а армией США - в 1899 г. Он производился в огромных количествах на заводах США в период первой мировой войны и тысячами тонн ввозился в Россию.

А на родине Д. И, Менделеева его порох так и не был принят на вооружение армии. В 1909 г. Артком ГАУ принял постановление, в котором говорилось, что "... преимущества пироколлодийного пороха не столь существенные, чтобы переходить к его изготовлению на казенных заводах, которые приспособлены к изготовлению пироксилинового пороха".

Вскоре после русско-японской войны сотрудники Научно-технической лаборатории Морского ведомства С. П. Вуколов и П. П. Рубцов предприняли попытку создать нитроглицериновый порох баллиститного типа без летучего растворителя. Его состав: 66 % нитроцеллюлозы, 26 % нитроглицерина, 7 % централита и 1 % вазелина. Содержание нитроглицерина в этом порохе по сравнению с баллиститом Нобеля значительно уменьшено, а содержание органических охлаждающих добавок увеличено, что позволяет уменьшить температуру пороховых газов и их разгарное действие на канал ствола орудия. Этот путь был использован впоследствии при создании так называемых "холодных" нитроглицериновых порохов баллиститного типа для корабельной артиллерии.

Преимущества порохов баллиститного типа: короткий технологический цикл; возможность изготовления пороховых элементов, особенно одноканальных трубок, точных размеров и с большой толщиной свода; возможность получения порохов различной мощности.

Работы по созданию нитроглицериновых порохов баллиститного типа были возобновлены лишь в конце 20-х и в 30-х гг.

В годы первой мировой войны в русской артиллерии применяли пироксилиновый порох - бездымный, но не беспламенный. В позиционный период войны особенно отрицательно проявлялась пламенность выстрела, из-за которой при стрельбе в ночных условиях обнаруживалось расположение орудий на огневых позициях.

Для устранения пламенности выстрела ГАУ присылало в действующую армию специальные пламегасители в небольших количествах только для гаубичных батарей. Эти пламегасители, снаряженные веществами, снижающими температуру продуктов горения пороха (канифолью, хлористым калием или натрием), вкладывали в гильзы с порохом перед заряжанием гаубицы.

С 1915 г. пламегасящие вещества стали добавлять в состав пороха при его изготовлении, но это не дало желаемых результатов. При стрельбе из 76-мм пушек патронами, снаряженными таким порохом, огневые вспышки были почти такими же, как при стрельбе обычным бездымным порохом, а рассеивание снарядов вследствие неравномерного горения боевого заряда значительно увеличилось. Не дали положительных результатов также и опыты по устранению пламенности выстрела за счет уменьшения толщины ленточного пороха.

Положительные результаты были получены в 1916-1917 гг. Г. П. Киснемским, который создал беспламенный порох, применив для его изготовления пироксилин с уменьшенным содержанием азота.

4. ПОРОХА  И ЗАРЯДЫ

После русско-японской войны на вооружение русской артиллерии были приняты новые полевые системы: легкая 76-мм горная пушка образца 1909 г., 122-мм гаубица образца 1909 г., 122-мм гаубица образца 1410 г., 152-мм гаубица образца 1910 г. Новые системы имели высокие по тому времени тактико-технические данные и не уступали аналогичным образцам германской и австро-венгерской армий в дальности стрельбы (до 8-13 км), скорострельности (2-К) выстрелов в минуту), по массовым характеристикам, орудий в боевом положении (М)0-2500 кг) и снарядов (6,5-41 кг).

Перед войной 1914-1917 гг. Россия располагала 7038 орудиями. Основным видом артиллерии были 76-мм орудия. На вооружении армии состояло 5480 легких, 432 конных. 426 горных 76-мм орудий, т. е. всего 6338 орудии.

В вооруженных силах России использовались в общей сложности 115 различных артиллерийских систем. Для них были разработаны пороха соответствующих марок и конструкции зарядов.

Для изготовления зарядов сухопутной артиллерии и стрелкового оружия промышленность выпускала пироксилиновые пороха 30 марок. Для снаряжения винтовочных и пулеметных патронов использовали пластинчатый порох марок Р, В, ВЛ с пороховыми зернами толщиной 0,12-0,36 мм, шириной 0,5-1,5 мм и длиной 0,7-1,8 мм.

Пороха марок В и ВЛ применяли также в боевых зарядах 76-мм зенитных пушек, установленных на автомобиле, в 76-мм противоштурмовых пушках при стрельбе гранатами и шрапнелями, а также в зарядах 20-мм бомбометов и 58-мм минометов типа ФР.

Для других зарядов к орудиям наземной артиллерии калибром от 76 до 355 мм применяли ленточные пороха следующих марок: Г, Пз, МСК, СГ1, СГ2, Г1-48, Г1-48 тонкий, Г1-48 толстый, ПКО, Г12 спиральный, Г6 тонкий, Г6, толстый, СБ, СП, КО, Б9, С12, КО200, Б11_н, Б6, СБ6, С120, Б11_с, Б10-11, Б12. Наиболее часто использовали порох марки ПКО в боевых зарядах к 76-мм батарейным, легким и конным пушкам, 76-мм противоаэропланным пушкам системы Гельвиха, а также в зарядах многих крепостных и береговых орудий среднего и крупного калибров. Порох марки СГ1 применяли в зарядах к 76-мм скорострельным пушкам образца 1904 г. и в 76-мм противоштурмовых пушках при стрельбе гранатами и шрапнелями. Порохом марки СГ2 снаряжали боевые заряды к 76-мм горным скорострельным пушкам образца 1909 г. Боевые заряды к 107-мм полевым скорострельным пушкам образца 1910 г. снаряжали ленточным порохом марки С12.