Střelný prach je vícesložková pevná „ výbušná “ ( nikoliv trhací látka ) směs schopná pravidelného spalování v paralelních vrstvách, bez kyslíku zvenčí, s uvolňováním velkého množství tepelné energie a plynných zplodin sloužících k vrhání projektilů , pohybu raket a pro jiné účely [1] .
Střelný prach patří do třídy hnacích výbušnin .
Prvním zástupcem výbušnin byl černý prach - mechanická směs ledku , uhlí a síry , obvykle v poměru 5:3:2. [2] Panuje silný názor, že takové sloučeniny se objevily již ve starověku a byly používány především jako zápalné a ničivé prostředky.
Existuje mnoho spolehlivých důkazů, že střelný prach byl vynalezen v Číně . V polovině prvního století našeho letopočtu byl ledek v Číně znám a existují pádné důkazy pro použití ledku a síry v různých kombinacích, hlavně pro přípravu léků [3] . Čínský alchymistický text Tao Hongjinga „Bencao jing jizhu“ (Commentary Pharmacopeia, Chinese trad. 本草經集注) [4] [5] , datovaný 492, popisuje praktický a spolehlivý způsob, jak odlišit dusičnan draselný od jiných anorganických solí, sloužících alchymistům zhodnotit a porovnat způsoby čištění - při hoření dusičnanu draselného vzniká fialový plamen. Starověké arabské a latinské metody čištění ledku jsou publikovány po roce 1200 [6] . První zmínka o směsi připomínající střelný prach se objevila v Taishang Shengzu Danjing Mijue od Qing Xuzi (kolem roku 808) - proces smíchání šesti dílů síry , šesti dílů ledku na jeden díl kirkazonu (bylina, která poskytla směsi uhlík ) [7] je popsán . Prvním popisem zápalných vlastností takových směsí je Zhenyuan miaodao yaolüe , taoistický text předběžně datovaný do poloviny :[6]9. století našeho letopočtu [8] . Čínské slovo „ střelný prach “ ( čínské trad.火藥, čínský ex.火药, pinyin huǒyào, doslovně „oheň medicíny“ [9] ) se začalo používat několik století po objevu směsi [10] . V 9. století tak taoističtí mniši a alchymisté při hledání elixíru nesmrtelnosti náhodou narazili na střelný prach [11] [12] . Číňané brzy použili střelný prach k vývoji zbraní: v následujících staletích vyráběli různé druhy střelných zbraní, včetně plamenometů [13] , raket , bomb , primitivních granátů a min , než byly vynalezeny střelné zbraně, které ke skutečnému odpalu využívají energii střelného prachu. projektily [14] .
Wujing zongyao ( čínsky trad. 武經總要, ex. 武经总要, pinyin wǔ jīng zǒng yào , doslova: „ sbírka nejdůležitějších vojenských metod “) je čínské vojenské pojednání vytvořené v roce 1044 během dynastie Northern Song . , sestavili slavní vědci Zeng Gongliang, Ding Du a Yang Weide, dílo je prvním rukopisem na světě, který obsahuje receptury na střelný prach, popisuje různé směsi, které zahrnují petrochemické produkty, ale i česnek a med [15] . Mimo jiné jsou zmíněny metody zpomalení hoření střelného prachu k vytvoření ohňostrojů a raket – pokud směs neobsahuje dostatek ledku k vytvoření exploze (maximální množství ledku se sníží o 50 %), pak prostě shoří [ 16] . Sbírka nejdůležitějších vojenských technik všakbyla sepsána úředníkem během dynastie Song a neexistuje dostatek důkazů, že měla přímý vliv na vojenské operace. Také není žádná zmínka o použití (použití) střelného prachu v análech popisujících války Číny proti Tangutům v 11. století. Poprvé je zkušenost s používáním „ Ohnivé kopí “ zmíněna v popisu obléhání Deana v roce 1132 [17] .
K dnešnímu dni je hlavní vědecký konsensus, že střelný prach byl vynalezen v Číně a poté se rozšířil po celém Středním východě a později se dostal do Evropy [18] . Snad se tak stalo v 9. století, kdy alchymisté hledali elixír nesmrtelnosti. Jeho vzhled vedl k vynálezu ohňostrojů a časných příkladů střelných zbraní . Šíření střelného prachu v Asii z Číny je z velké části připisováno Mongolům. Hypoteticky se střelný prach dostal do Evropy po několika staletích [2] . Existují však spory o tom, do jaké míry čínské zkušenosti s používáním střelného prachu v nepřátelských akcích ovlivnily pozdější úspěchy na Blízkém východě a v Evropě [2] [19] .
První vědeckou prací v historii, která podrobně odhalila proces čištění dusičnanu draselného (dusičnanu draselného ) a popsala, jak připravit černý prášek ve správném kvantitativním poměru, aby došlo k explozi, byla kniha vědce mamlúckého sultanátu Hasana al- Rammah . Práce na syntéze výbušného střelného prachu od Hassana al Rammaha daly impuls k vývoji zbraní a raket. To umožnilo egyptským mamlúkům stát se jedním z prvních, kteří začali pravidelně používat děla ve vojenských záležitostech [20] [21] .
Výroba dusičnanu draselného vyžaduje rozvinuté technologické postupy, které se objevily až s rozvojem chemie v 15.-16. století a výrobou kyseliny dusičné Glauberem v roce 1625. Výroba uhlíkových materiálů s vysoce vyvinutým specifickým povrchem, jako je dřevěné uhlí , také vyžaduje pokročilou technologii, která se objevila až s rozvojem metalurgie železa . Nejpravděpodobnější je použití různých přírodních směsí obsahujících dusičnany s organickou hmotou, které mají vlastnosti vlastní pyrotechnickým složkám. Za jednoho z vynálezců střelného prachu je považován mnich Berthold Schwartz .
Po dlouhou dobu se intenzivně rozvíjela nejbohatší ložiska dusičnanu sodného v Chile a dusičnanu draselného v Indii a dalších zemích. Ale dlouho se ledek pro výrobu střelného prachu získával i uměle - řemeslným způsobem v tzv. ledku. Jednalo se o haldy z rostlinného a živočišného odpadu, smíšeného se stavebním odpadem, vápencem , opukou . Amoniak vzniklý během rozkladu byl podroben nitrifikaci a přeměněn nejprve na dusitý a poté na kyselinu dusičnou . Ten při interakci s vápencem poskytl Ca(NO 3 ) 2 , který byl vyluhován vodou. Přidáním dřevěného popela (skládajícího se převážně z potaše ) se vysrážel CaCO 3 a vznikl roztok dusičnanu draselného [22] .
Receptura na výrobu střelného prachu (1044) Wujing zongyao část I, díl 12
Pokyny pro hašení bomb ve Wujing zongyao
bomba se střelným prachem
Práškový granát
Pohonná vlastnost černého prachu byla objevena mnohem později a posloužila jako impuls pro vývoj střelných zbraní . V Evropě (včetně Ruska) je znám od poloviny 14. století; do poloviny 19. století zůstala jedinou vysoce výbušnou výbušninou a do konce 19. století - pohonnou látkou.
S vynálezem nitrocelulózových prášků a poté jednotlivých silných výbušnin ztratil černý prášek do značné míry svůj význam.
Pyroxylinový prášek poprvé získal ve Francii P. Viel v roce 1884 , balistický prášek - ve Švédsku Alfred Nobel v roce 1888 , korditový prášek - ve Velké Británii na konci 19. století . Přibližně ve stejné době (1887-1891) v Rusku Dmitri Mendělejev vyvinul pyrokolodický střelný prach a skupina inženýrů z továrny na střelný prach Okhta vyvinula pyroxylinový střelný prach .
Ve 30. letech 20. století byly v SSSR poprvé vytvořeny nálože z balistického střelného prachu pro rakety, které byly úspěšně používány vojáky během Velké vlastenecké války ( vícenásobné odpalovací raketové systémy ). Smíšené pohonné hmoty pro raketové motory byly vyvinuty koncem 40. let 20. století.
Další zlepšování střelného prachu se provádí ve směru vytváření nových formulací, střelných prachů pro speciální účely a zlepšování jejich hlavních vlastností.
Existují dva druhy střelného prachu: smíšený (včetně toho nejběžnějšího - kouřový , neboli černý prach ) a nitrocelulózový (tzv. bezdýmný). Střelný prach používaný v raketových motorech se nazývá pevná pohonná hmota . Základem nitrocelulózových prášků je nitrocelulóza a změkčovadlo. Kromě hlavních složek obsahují tyto střelné prachy různé přísady.
Střelný prach je hnací výbušnina. Za vhodných iniciačních podmínek jsou střelné prachy schopny detonace podobným způsobem jako trhaviny, díky nimž se černý prach dlouho používal jako trhavina. Při dlouhodobém skladování delším než je doba stanovená pro daný prášek nebo při skladování za nevhodných podmínek dochází k chemickému rozkladu složek prášku a ke změně jeho provozních vlastností (režim spalování, mechanické vlastnosti kusů rakety atd.). Provoz a dokonce i skladování takového střelného prachu je extrémně nebezpečné a může vést k výbuchu.
Smíšený střelný prach | Kouřový (černý) prášek | KNO 3 , S, C |
hliníkový prášek | KNO 3 , S, Al | |
Nitrocelulózový prášek | pyroxylin | 91-96% pyroxylin , 1,2-5% těkavé látky ( alkohol , ether a voda ), 1,0-1,5% stabilizátor (difenylamin, centralit) |
balistický | nitrocelulóza a neodstranitelné změkčovadlo (nitroglycerin, diglykol atd.) | |
Cordit | pyroxylin s vysokým obsahem dusíku, odstranitelný (směs alkohol-ether, aceton ) a neodstranitelný ( nitroglycerin ) změkčovadlo | |
tuhá pohonná hmota | 50-60% oxidant, obvykle chloristan amonný , 10-20% plastifikované polymerní pojivo, 10-20% jemný hliníkový prášek atd. |
Moderní kouřové neboli černé prášky jsou vyráběny podle přísných norem a přesné technologie. Všechny značky černého prachu se dělí na granulovaný a práškový prášek (tzv. prášková buničina , PM). Hlavními složkami černého prachu jsou dusičnan draselný , síra a dřevěné uhlí ; dusičnan draselný je oxidační činidlo (podporuje rychlé spalování), dřevěné uhlí je hořlavý (oxidovatelné oxidační činidlo) a síra je doplňková složka (stejně jako uhlí, které je palivem v reakci, zlepšuje zapalování díky své nízké teplotě vznícení) . V mnoha zemích se poměry stanovené předpisy poněkud liší (ale ne příliš).
Granulované prášky se vyrábí ve formě nepravidelně tvarovaných zrn v pěti stupních (kromě sušení a dávkování): mletí složek na prášek, jejich míchání, lisování do kotoučů, drcení na granule a leštění.
Účinnost spalování černého prášku do značné míry souvisí s jemností mletí složek, úplností promíchání a tvarem zrn v hotové formě.
Odrůdy kouřových prášků (% složení KNO 3 , S, C.):
Kouřový prášek se působením plamene a jiskry snadno vznítí ( bod vzplanutí 300°C), proto je manipulace s ním nebezpečná. Skladuje se v uzavřených obalech odděleně od ostatních druhů střelného prachu. Hygroskopický , s obsahem vlhkosti více než 2% hořlavý. Proces výroby černého prášku zahrnuje smíchání jemně rozmělněných složek a zpracování výsledné práškové buničiny za účelem získání zrn dané velikosti. Koroze sudů s černým práškem je mnohem silnější než u nitrocelulózových prášků, protože kyseliny sírové a sírové jsou vedlejším produktem spalování. V současné době se černý prášek používá v ohňostrojích . Zhruba do konce 19. století se používal ve střelných zbraních a výbušném střelivu.
Oxidační reakce:
Hliníkový prášekHliníkový prášek se používá v pyrotechnice a skládá se z vysoce drceného dusičnanu draselného /sodného (oxidační činidlo), hliníkového prášku (palivo) a síry smíchané v určitém poměru . Tento střelný prach se vyznačuje vyšší teplotou, rychlostí hoření a velkým uvolňováním světla. Používá se v nespojitých prvcích a zábleskových kompozicích (produkujících záblesk).
Poměry (ledek: hliník: síra):
Složení prakticky nezvlhčuje, nemačká se, ale silně se rozmazává.
Na rozdíl od uhelného kouřového (černého) prášku jsou široce používány nitrocelulózové bezdýmné prachy , jejichž hlavní výhodou je větší účinnost a absence kouře po výstřelu, demaskování a rušení recenze.
Podle složení a typu změkčovadla (rozpouštědla) se nitrocelulózové prášky dělí na: pyroxylinové, balistické a korditové.
Používají se k výrobě moderních výbušnin, střelného prachu, pyrotechnických výrobků a k podkopávání (iniciaci) jiných výbušnin, tedy jako rozbušky. V moderních zbraních se tedy jako palivo používá především bezdýmný prach (nitrocelulózový prášek, NC).
PyroxylinSložení pyroxylinových prášků obvykle obsahuje 91–96 % pyroxylinu , 1,2–5 % těkavých látek ( alkohol , éter a voda ), 1,0–1,5 % stabilizátoru (difenylamin, centralit) pro zvýšení stability při skladování, 2–6 % flegmatizátoru pro zpomalení vypalování vnějších vrstev práškových zrn a 0,2-0,3 % grafitu jako přísad. Takové prášky se vyrábějí ve formě desek, pásků, prstenců, trubiček a zrn s jedním nebo více kanálky; používané v ručních palných zbraních a dělostřelectvu . Hlavní nevýhody pyroxylinových prášků jsou: nízká energie plynných zplodin hoření (ve srovnání např. s balistickými prášky), technologická náročnost získávání velkoprůměrových náplní pro raketové motory. Hlavní čas technologického cyklu je věnován odstranění těkavých rozpouštědel z práškového polotovaru. V závislosti na účelu, kromě obvyklého pyroxylinu, existují speciální střelné prachy: zpomalující hoření, málo hygroskopické, s nízkým gradientem (s malou závislostí rychlosti hoření na teplotě vsázky); nízkoerozivní (se sníženým erozivním dopadem na vrt); flegmatizované (se sníženou rychlostí hoření povrchových vrstev); porézní a další. Výrobní proces pyroxylinových prášků zahrnuje rozpouštění (plastifikaci) pyroxylinu, lisování výsledné práškové hmoty a řezání, aby práškové prvky získaly určitý tvar a velikost, odstranění rozpouštědla a sestává z řady po sobě jdoucích operací.
BalistickéBalistické prášky jsou založeny na nitrocelulóze a neodstranitelném změkčovadle, proto se jim někdy říká dvojsytné. V závislosti na použitém změkčovadle se nazývají nitroglycerin, diglykol a tak dále. Obvyklé složení balistických prášků: 40-60% colloxylin (nitrocelulóza s obsahem dusíku méně než 12,2%) a 30-55% nitroglycerin (nitroglycerinové prášky) nebo diethylenglykoldinitrát (diglykolové prášky) nebo jejich směsi. Kromě toho tyto prášky obsahují aromatické nitrosloučeniny (jako je dinitrotoluen ) pro regulaci teploty spalování, stabilizátory ( difenylamin , centralit), stejně jako tekutý parafín , kafr a další přísady. Do balistických prášků lze také zavést jemně rozptýlený kov ( slitina hliníku a hořčíku ) , aby se zvýšila teplota a energie produktů spalování, takové prášky se nazývají metalizované. Střelný prach se vyrábí ve formě trubic, kostek, destiček, prstenů a stuh. Podle použití se balistické prachy dělí na raketové (pro náplně raketových motorů a plynových generátorů), dělostřelecké (pro pohonné náplně dělostřeleckých děl) a minometné (pro pohonné náplně do minometů ). Ve srovnání s pyroxylinovými balistickými prášky jsou méně hygroskopické, rychlejší na výrobu, schopné produkovat velké nálože (až 0,8 metru v průměru ), vysokou mechanickou pevnost a pružnost díky použití změkčovadla. Nevýhodou balistických prášků oproti pyroxylinovým práškům je velké nebezpečí při výrobě, vzhledem k přítomnosti silné výbušniny - nitroglycerinu v jejich složení , která je velmi citlivá na vnější vlivy, a také nemožnosti získat nálože o průměru více než 0,8 m, na rozdíl od směsných prášků na bázi syntetických polymerů . Technologický postup výroby balistických prášků spočívá v rozmíchání složek v teplé vodě za účelem jejich rovnoměrného rozložení, vymačkání vody a opakovaném válcování na horkých válcích. Tím se odstraní voda a změkčí dusičnan celulózy , který má podobu rohovitého pásu. Dále se střelný prach vylisuje přes matrice nebo se rozvine na tenké pláty a nařeže.
CorditeCordite gunpowder obsahuje pyroxylin s vysokým obsahem dusíku, odstranitelné (směs alkoholu a éteru, aceton ) a neodstranitelné ( nitroglycerin ) změkčovadlo. Tím se technologie výroby těchto prášků přibližuje výrobě pyroxylinových prášků.
Výhodou korditů je větší výkon, nicméně způsobují zvýšený požár sudů vlivem vyšší teploty zplodin hoření.
Tuhá pohonná hmotaSměsný prášek na bázi syntetických polymerů (tuhá pohonná látka) obsahuje přibližně 50-60 % oxidačního činidla, obvykle chloristanu amonného , 10-20 % plastifikovaného polymerního pojiva, 10-20 % jemného hliníkového prášku a další přísady. Tento směr výroby paliva se poprvé objevil v Německu ve 30-40 letech XX století, po skončení války byl aktivní vývoj těchto paliv zahájen v USA a na počátku 50. let - v SSSR. Hlavní výhody oproti balistickému prášku, který k nim přitahoval velkou pozornost, byly: vyšší měrný tah raketových motorů využívajících takové palivo, schopnost vytvářet nálože libovolného tvaru a velikosti, vysoká deformace a mechanické vlastnosti kompozic, schopnost ovládat rychlost hoření v širokém rozsahu. Tyto výhody umožnily vytvořit strategické rakety s dosahem více než 10 000 km. Na balistických prášcích se S.P. Koroljovovi spolu s výrobci prášku podařilo vytvořit raketu s maximálním doletem 2000 km. Směsné tuhé pohonné látky však mají ve srovnání s nitrocelulózovými prášky značné nevýhody: velmi vysoké náklady na jejich výrobu, trvání cyklu výroby nálože (až několik měsíců), složitost likvidace, uvolňování kyseliny chlorovodíkové do atmosféry během spalování. chloristanu amonného .
Spalování v paralelních vrstvách s uvolňováním plynných produktů, které však nepřechází v explozi , je dáno přenosem tepla z vrstvy do vrstvy a je dosaženo výrobou dostatečně monolitických práškových prvků bez trhlin. Rychlost hoření střelného prachu závisí na tlaku podle mocenského zákona , který se zvyšuje s rostoucím tlakem, takže byste se neměli zaměřovat na rychlost hoření střelného prachu při atmosférickém tlaku a hodnotit jeho vlastnosti. Regulace rychlosti hoření střelného prachu je velmi obtížný úkol a řeší se použitím různých spalovacích katalyzátorů ve složení střelného prachu. Spalování v paralelních vrstvách umožňuje řídit rychlost tvorby plynu. Tvorba plynu střelného prachu závisí na velikosti povrchu nálože a rychlosti jejího hoření.
Velikost povrchu práškových prvků je dána jejich tvarem, geometrickými rozměry a může se během procesu spalování zvětšovat nebo zmenšovat. Takové spalování se nazývá progresivní nebo degresivní . Pro dosažení konstantní rychlosti tvorby plynu nebo jeho změny podle určitého zákona jsou jednotlivé sekce náloží (například rakety) pokryty vrstvou nehořlavých materiálů ( pancíř ). Rychlost hoření střelného prachu závisí na jejich složení, počáteční teplotě a tlaku.
Hlavní charakteristiky střelného prachu jsou: spalné teplo Q - množství tepla uvolněného při úplném spálení 1 kilogramu střelného prachu; objem plynných produktů V uvolněných při spalování 1 kilogramu střelného prachu (stanovený po uvedení plynů do normálních podmínek ); teplota plynu T, stanovená při spalování střelného prachu za podmínek konstantního objemu a bez tepelných ztrát; hustota střelného prachu ρ; Síla střelného prachu f je práce , kterou by mohl vykonat 1 kilogram práškových plynů, expandujících při zahřátí o T stupňů při normálním atmosférickém tlaku.
Druh střelného prachu | množství tepla,
Q, kcal/kg |
Objem plynu
V, l/kg |
teplota plynu,
T, K |
---|---|---|---|
pyroxylin | 700 | 900 | ~2000 |
Balistický: | 900 | 1000 | 1700-4000 |
TRT | 1200 | 860 | 1500-3500 |
Dělostřelectvo | 800 | 750 | ~2500 |
Cordit | 850 | 990 | ~2000 |
Zakouřený | 700 | 300 | ~2200 |
Kromě zábavních účelů ( ohňostroje ) se střelný prach používá také pro technické účely: v práškových nástrojích (konstrukční a montážní pistole, razidla atd.), v pyrotechnických výrobcích ( pyrobolty , střely atd.). Střelný prach se také nadále používá jako výbušnina v případech, kdy je vyžadována malá výbušná síla, například při těžbě bloků žuly v lomech.
![]() |
|
---|