Химический состав пороховых газов и скорость снаряда...

[Евгений7]

Здравствуйте, уважаемые.
Есть небольшой вопрос о химическом составе пороховых газов и
его влиянии на конечную скорость снаряда. Как я понимаю идеальнымпороховым газом был бы раскаленный водород, так как именно у него самая большая скорость молекул среди остальных газов (в равных условиях конечно).
Интересно, есть ли наработки, когда состав пороховых газов искусственно модифицируется добавлением гидридов или иных водородсодержащих веществ для повышения скорости снаряда.
Т.е. пороховой заряд сгорает и передает энергию шашке из гидрида,
выделяющийся водород разогревается за счет теплоты пороховых газов
и более эффективно толкает снаряд.

С уважением , Евгений

[Polychemist]

Как я понимаю, толкательный эффект возникает от того, что порох от объема V1 быстро переходит в V2, точнее давление повышается соответствующим образом. В принципе это должно легко считаться: знаем теплоту сгорания, состав продуктов и их теплоемкость, находим температуру после сгорания, зная плотность пороха - объем, а далее по Менделееву-Клайперону (кажется) PV = nRT считаем P. Если мы добавим нечто, выделяющее водород при нагревании, надо учесть затраты тепла на нагрев и разложение этого вещества и может оказаться, что овчинка не стоит выделки.

[eukar]

Здравствуйте, уважаемые.
Есть небольшой вопрос о химическом составе пороховых газов и
его влиянии на конечную скорость снаряда. Как я понимаю идеальнымпороховым газом был бы раскаленный водород, так как именно у него самая большая скорость молекул среди остальных газов (в равных условиях конечно).
Интересно, есть ли наработки, когда состав пороховых газов искусственно модифицируется добавлением гидридов или иных водородсодержащих веществ для повышения скорости снаряда.
Т.е. пороховой заряд сгорает и передает энергию шашке из гидрида,
выделяющийся водород разогревается за счет теплоты пороховых газов
и более эффективно толкает снаряд.

С уважением , Евгений

Есть мнение, что если такие разработки и были, они почили в бозе вместе со снарядом, стволом, экспериментатором. Скорее всего, они полетели при этом в разные стороны...

[Евгений7]

Polychemist, я согласен с Вами, что это считается, но только для случая, когда объем расширяется достаточно медленно. В случае, когда мы рассматриваем внутреннюю баллистику надо учитывать, что поршень (снаряд) движется со скоростями, сопоставимыми со скоростью движения молекул газа ( 1-2 км/сек).
Именно скорость расширения газа является определяющей, для достижения высоких скоростей снаряда. (для водорода она максимальна).
Поэтому американцы, когда запускали спутник из пушки ( было такое ) пошли по ступенчатому пути - пороховой заряд разгонял болванку ( массу не помню ), а та, по инерции сжимала водород, который и выстреливал снаряд из ствола. Американцы выстреливали макет ИСЗ, значит получали скорости > 8 км/сек.
При использовании обычных порохов это сделать проблематично.

С уважением, Евгений

[eukar]

Поэтому американцы, когда запускали спутник из пушки ( было такое ) пошли по ступенчатому пути - пороховой заряд разгонял болванку ( массу не помню ), а та, по инерции сжимала водород, который и выстреливал снаряд из ствола. Американцы выстреливали макет ИСЗ, значит получали скорости > 8 км/сек.

А ссылочка на это имеется? Как-то любопытственно стало...

[Евгений7]

Об этом я читал в книге ( не фантастической), названия не помню, там еще были проекты атомных ракетных двигателей ( испытывались, были и фоторграфии).
А о пушке есть упоминания и инете:
http://encyklopedia.narod.ru/bios/lit/verne/verne.html
и
http://maxalisa.narod.ru/babilon/h_gun.htm

С уважением, Евгений

[Formalinum]

Как я понимаю идеальнымпороховым газом был бы раскаленный водород, так как именно у него самая большая скорость молекул среди остальных газов (в равных условиях конечно).

Снаряд толкает не скорость, а импульс: p=m*V.
Молекулы водорода оттого и движутся быстрее молекул других газов, что масса их минимальна. То есть, одинаковый импульс можно передать лёгкими молекулами, движущимися с огромной скоростью, либо медленными, но тяжёлыми молекулами.

[Евгений7]

Уважаемый Formalinum!
Посмотрите ссылки, которые я выложил или наберите в яндексе:
пушка водород
Там есть ответ на Ваш вопрос.

С уважением, Евгений

[Formalinum]

Уважаемый Formalinum!
Посмотрите ссылки, которые я выложил или наберите в яндексе:
пушка водород
Там есть ответ на Ваш вопрос.

С уважением, Евгений

Блин, ну что ж Вы меня на Жюля Верна-то отсылаете?
Из схемы видно, что водород не является пороховым газом - он в конструкции является посредником передачи импульса. Энергии же большей, чем энергия сгорания топливного газа, не получить, не смотря на любые ухищрения. Напротив, большие теплопроводность и скорость расширения водорода, приведут к сильному охлаждению системы и, как следствие, ингибированию горения порохового заряда. К тому же, если применить водородвыделяющую пороховую шашку в окислительной атмосфере - воздухе, например, то неизбежно образование воды (при окислении кислородом) - вещества, обладающего большой теплоёмкостью и теплотой испарения.
И вообще - проблема-то не в том, чтобы разогнать молекулы газа до требуемой скорости, а в том, чтобы разогнать их всех В ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ.
Импульс свободно расширяющегося объёма водорода, молекулы которого движутся со скоростями, например, 1000 км/с (Крабовидная туманность), равен нулю...
Всё-таки, на мой взгляд, термодинамика в данном вопросе более информативна, нежели научно-фантастические изыскания былых времён...

[slavert]

а далее по Менделееву-Клайперону (кажется) PV = nRT считаем P

Может у вас еще и кумулятивная струя этому уравнению подчиняется?
Вообще, боюсь что уравнение точно описывающее давление в таких условиях еще не создали.
Как и изменения всяких термодинамических параметров

[ИСН]

Да всё создали, вон сколько учебников по гидродинамике и газодинамике, только это уж никак не к химикам вопрос, нормальный химик этого не знает, если только не работает в технологии. Я вот ни черта не знаю. Уравнения Навье-Стокса какие-то, потом турбулентное течение, потом ударная волна. Тьфу! Один хрен, аналитические решения есть только для простейших систем, да к тому же многие термодинамические величины там ведут себя странно или вовсе не существуют. Термодинамика - наука о вечности, remember?
(А о том, что подчиняется Менделееву-Клайперону - ехидное замечание slavert'а весьма к месту!)

[Евгений7]

Немного отошли в сторону. Вопрос не о газодинамике и т.д.
В канале орудия сгорел пороховой заряд. Сгорание естественно не равномерное, но можно считать, что когда снаряд проходит крайне незначительное расстояние в стволе весь заряд уже сгорел и мы имеем дело с адиабатическим расширением смеси газов.
Вопрос таков: как будет реагировать эта смесь газов: раскаленные окись углерода, азот, оксиды азота с ,например, гидридом лития?

Вообще, где можно посмотреть химию при подобных условиях ( высокие температуры, давления ) ?

С уважением, Евгений

[Nord]

В принципе,в промышленности применяются ВВ, в которых теплота взрыва увеличивается путем введения в реакционную смесь металлов, типа алюминия - алюмотолы.
А так, для достижения максимальной температуры взрыва, необходимо, чтобы газы разложения представляли собой термически устойчивые в-ва, идеальная смесь - угарный газ и азот. В противном случае температура ограничивается началом интенсивной термической диссоциации продуктов взрыва.

[marat]

Евгений, если Вы действительно сильно увлекаетесь проблемой ВВ, то Вам лучше искать не слово "пушка", а слово "ядерный заряд". Т.к. основные теоретики этих процессов обитают в Арзамасе и Снежинске. Причем, в Арзамасе целых два института по этой теме: один занимается в основном химией ВВ, а второй еще и теорией взрыва (теплового). Сейчас большой упор делается на всякие азотсодержащие штучки с весьма неусточивыми формулами, продуктом взрыва которых является азот (как мне кажется). Поэтому из этих косвенных сведений можно предположить, что все же азот предпочтительней. И еще, а каким образом при взрыве может образоваться много водорода, если обычно окислителя кладут больше? Или я не прав ?

[Евгений7]

Marat, спасибо за совет. На самом деле я увлекаюсь ВВ не больше чем обычный студент-химик, так для расширения кругозора. Просто, как-то повстречалась статья ( в каком-то военном обозрении) в которой говорилось, что увеличение массы порохового заряда ведет к росту скорости снаряда, но зависимость нелинейна, и естественным ограничением скорости снаряда является скорость движения молекул.
Американцы разделили это на две вещи - энергию дает обычный заряд разгоняющий болванку, а уже болванка сжимает водород, выстреливающий собственно снаряд. Я и подумал - зачем усложнять, когда можно соорудить все это в едином заряде - обычном ( может модифицированном) и газогенераторном- водородном. Первый дает энергию для подогрева второго -водородного. Т.Е. как хэд енд шолдерс - два в одном .

С уважением, Евгений

[marat]

Американцы разделили это на две вещи - энергию дает обычный заряд разгоняющий болванку, а уже болванка сжимает водород, выстреливающий собственно снаряд.

Однозначно запал для бомбы . Весьма похоже. Только не очень понятно, ведь болванка это же и есть снаряд .

[Роджер]

В целом, чем выше молекулярная масса продуктов, тем легче управлять режимом сгорания метательного ВВ. Кроме того, не следует забывать, что пороховой заряд занимает определенный объем, от которого сильно зависит начальное давление в стволе. Поэтому, весовая плотность заряда должна быть максимальной, чего трудно добиться, применяя сжиженный водород, гидриды и прочие водородогены.
Есть и другие проблемы. Например, водород при таких обстоятельствах может сильно влиять на механические и объемные свойсва металла, из которого выполнен ствол. Это может приводить к его разрушению, изменению внутреннего сечения и пр.