Текст
                    K'VENNIN; E. BURLOT, II,I.I>CORCHE
LES POUDRES ET EXPLOSIFS ’

.. L1BRA1R1B POLYTECHNIQUE CH. BLANDER :
PARIS ET LlfiOE i082 .

Л. ВЕННЕН, Э. БЮРЛО, А. ЛЕКОРШЕ ПОРОХА И ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА Перевод с французского О. А. МАЗЕЛЯ, II. А. сьичашл и М. С. ФШПВЕЙНЛ под редакцией проф. А. В. САПОЖНИКОВА лаонти -Тл'Авная редакция ХИМИЧЕ'СКО-И литературы ’’г * ’ - ' МОСКВА ♦ 1936 *
Книга трех французских авторов Веннена,' Бюрло и Jlenopmc «Пороха и взрывчатые ее-’, щества» представляет собой осно'вательный ' труд, охватывающий не только теорию, хи- мию и технологию порохов и взрывчатых веществ, но и затрагивающий также вопро- сы испытания в. в. и их практического при- менения, и вообще дающий довольно подроб- ное описание этой отрасли химической тех-, пологий во Франции. Книга может быть рекомендована как учеб- ное пособие для студентов спецфаков и как справочная книга для всех лиц, работающих в этой отрасли военно-химической промышлен- ности.
ОГЛАВЛЕНИЕ Стр. Предисловие редактора...................................... 17 От издательства............................................ 18 Список сокращений п е р и о д и ч е с к о й л и те р а т у р ы . ... 19 ВВЕДЕНИЕ Определения.............................................. 21 Классификация.......................................... . . 22 Теоретическое исследование.......•..................... . '28 • Практическое изучение................•.................. 25 ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ТЕОРИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ГЛАВА I Статика взрывчатых веществ § 1. Основные положения Энергия системы........................................... 29 .Закон эквивалентности........................................ 30 Закон начального и конечного состояний....................... 32 Работа внешнего давления......................•.............. 33 | 2. Взрывные реакции Принцип наибольшей работы.................................... 35 .Различные типы взрывных реакций.............................. 36 1° Детонация в постоянном объеме и горение при высоких давлениях Взрывчатые вещества с полным сгоранием.................... 38 Взрывчатые вещества с количеством кислорода, недостаточным для полного горения .................................. 40 Взрывчатые вещества, полностью превращающиеся в газы ... 42 Образование метана.....................................' 44 Влияние диссоциации............'....•..................... — Уравнение горения (приближенное) взрывчатых веществ, пол- ностью превращающихся в газы......................... 45 Взрывчатые вещества, выделяющие при разложении твердый - углерод................................................. 46 . Черные пороха............................................. 47 2’ Детонация с внезапным расширением. Неполная детонация и сгорание при слабых давлениях......................... 48 $ 3. Вычисление теоретических характеристик взрывчатых веществ а. Вычисление теплот горения или взрыва............... . . 50 Определение теплот образования взрывчатых веществ.......... — Потенциальная энергия взрывчатых веществ.......... . . 51 р. Вычисление температуры взрыва..........................$ . — Удельные теплоты газов.................................... 52 Определения .... ........................•.............. — • Изменение удельных теплот с давлением...................... — Влияние температуры на удельные теплоты................... 53 Средние молекулярные теплоемкости ............. 54 Зависимость между истинной и средней теплоемкостями .... — Определение параметров......................... . ..... — Удельные теплоты твердых тел............................. 58 . Метод вычисления температур. .-...•....................... . 59 у. Вычисление объема газов............................. . . 62 S. Вычисление давлений ....................................... — е. Сила и коволюм.......................................... 64
", ОГЛАВЛЕНИЕ Теоретическая сила......................... . .'.......... 64. , Коволюм . . ............' .........................; • 65?: f Пример полного вычисления харак/еристик'взрывчатого вещества. 67 Эксноримсптальиоо определение характеристик взрывчатых веществ , * а. Измерение количеств теплоты, или калориметрия г ? 71 Калориметрические бомбы . . .'........................v'j‘; —* Калориметр и принадлежности к нему . . 4... ;. . . 72 ? Газовый калориметр - . ............-.-г’.. ... . . 76' 0. Измерение температур . ..г............................ ‘J 77 у. Измерение объемов газов........• ............. • —. Случай слабых давлений........•.. т .... 7 г— Случай высоких давлений . ................................. 79 д. Измерение силы............ ,» .. 8Q е. Измерение давления . . ... . . . . . . . \ . . .. . . .Д’;. 81’ Крешерный манометр". ..................................... — Крешерный цилиндр........................................ 84 ~ Зависимость между обжатием крешеров и давлением . ....... ' -* Статическое действие.................................... .85 § 4. Динамическое действие ; ..................................v — Ударное действие .......................................... 86 Промежуточные случаи ......... — Измерение‘давлений в оружии ..-т ....... ................... 88 Измерение давлений с помощью акселерографа................• — Пружинные манометры . . . ................................. 89 Пьезоэлектрические манометры . . Z-i". . .-.М Г «’’»'*. .’ 90' Волнообоазные.давления .... . лДч 917 . . ГЛАВА II' Пиродинамика . £ ’§ 1. Кинетика-взрыв® . * *, Ускорение реакции................... .. 937 • 7. Действие массы .........................•' — 'д--Влияние температуры...........•*. . . . 94. .-.--Суммарное действие массы и температуры". .’.... .-Д 95" /Прочие Переменные ................................... .....' 96 . Начальный импульс. Чувствительность............................... 97 ; Распространение реакций ....'. .'. . .................. . Л / 98. Распространение реакции в форме горения . ..«л- . . .х.А —- Д' ~ Распространение путем детонации . .• (Д’/ . Д'. . Д . 99- 8 4 Закон горения порохов >• . Л ’» Д’ДД-> Коллоидные пороха . . .'. .Д'. . ... .". ....... . * 105 Основное' уравнение . .'..................................... 106 Определение А u'tp (х)....................... . . &......... 108 Площадь кривой давление-время ........¥..•... 111 ’ ’ Модуль прогрессивности............................1..........- Д12 Черные пороха .. ; . ..............» . . г, . —. Применение к внутренней балнстике . .' . . . . . . . . . . '. 115' У* з Воспламенение порохов............1............................ 118 'детонация взрывчатых веществ * ' Механизм распространения.......... . ....................- 120 . Ударные волны........................................ .г_. Д5ДД121 Распространение поверхностей’разрыва . \ • . ,ч .. ' Ударные волны в среде цилиндрической форУы............ .' тУЙД.Д,' 127,; распространение ударных волн в среде сферической формы ...,"• •1297 Аналогия между ударными и взрывными волнами 4 ' ‘135 “оспдамепеиие горючего газа...............’. . .'........... —. , . различие между взрывной волной и волнами простого сгорания..,;-/ 138. •г;/..Ч’рйоиикдеиие н.развитие взрывной,волны Д.?-;/ 140
'Л ± ОГЛАВЛЕНИЕ Предел взрывчатости газовых смесей 143 . Твердые взрывчатые вещества ......... 146 Определение скоростей детонации........‘......... 150 ЧАСТЬ ВТОРАЯ ’ • , ПРАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ГЛАВА I ’ Испытание обыкновенных .взрывчатых веществ Цель.испытаний ................... . ...............• ’154 . § 1. Определение полезной работы ’ Случай небольшого расширения’...............157 Практические испытания....................................... —' Проба Трауцля. Международный метод...........................158 ’ Проба Трауцля. Французский метод............................. 159 Закон расширений в свинце..................................... 162 . Испытание в земле....................................... ’• 170 ' Нахождение практического коэфициента производительности взрывча- тых веществ..................................................... . 172 • Испытание в опытной мортире . ......... . ................. 175* Бризантность................'...............’ . . -............. — ’’ Другие пробы . . ............'............................ 178 *’5" Скорость детонации и предельная плотность — Себестоимость ;............................................. 188 § 2. Исследование безопасности применения взрычатых веществ А Чувствительность к начальному импульсу..............'........... 185 • Передача детонации на расстоянии ............................ 187 Исследование процесса горения.......................• . . . '. ’ 194, ч ' Исследование вспышки взрывчатых веществ...................... • • • 165 Исследование чувствительности к удару пули.............. • • 198 Изучение вопросов безопасности производства 199 v.‘ Исследование газообразных продуктов взрыва. . . .200 1° Газы, происходящие от горения порохов и взрывчатых веществ в замкнутом пространстве с, расширением илн без него после -:=/ достижения-максимума давления................................... — >. 2° Газы, получающиеся при детонации с последующим сильным расширением в инертной атмосфере......................._. .......... 201 5° Газы, получающиеся в результате детонации взрывчатых веществ А ';? ’Анализ газов ..................;..............* . . . . ’ / Ход анализа .................................- ........ . 202 Токсичность газов ..................................... 204 , ’ § 3. Исследование условий хранения взрывчатых веществ Физическая стойкость ..................1..... •............ . 205 йА‘ Химическая стойкость . . •........................; . . . . 208 _ ’ ГЛАВА II Исследование антигризутных взрывчатых веществ . Предварительные замечания................................... Исторический обзор . . . .'....................... Первые теоретические исследования антигризутных взрывчатых веществ ................ ................... Исследование антигризутных взрывчатых'веществ . ... . ... . . Результаты опытов..................•........... . ... Метод прямого исследования: опытные-штреки........... Результаты испытаний в опытных штреках.......• • 210 211 212 213 214 216 21?
ОГЛАВЛЕНИЕ Исследование безопасности................................г. . 223 Состав взрывчатого вещества................224 Характер разложения взрывчатого вещества................ . —. Выбрасывание забойки и преждевременный подрыв массива .... 225 Фотография пламени........................................ 227 Влияние солей щелочных металлов ........................... 229 . ГЛАВА III ' . Испытание порохов а Г. Определение полезного действия Абсолютная плотность......................................... . . 231 Гравиметрическая плотность . „.................................. 232 ’ Измерение начальных скоростей.................................. 233 Козфициент использования пороха..................................236 Измерение давления-максимум в оружии............................ 237 Балистическое постоянство (однородность). Вероятные отклонения . 238 Скорость и рассеивание охотничьей дроби...................\ . 239 Измерение силы пороха посредством балистического маятника . • 243 Воспламеняемость зарядов.................................... 245 Действие порохов на орудие...................................... 246 а. Твердые остатки............................................. — /7. Выгорание........................................ . 247 V. Откат........................................... . 250 Постоянство полезного действия............................. — § 2. Испытание на безопасность Чувствительность’к удару........................................ 251 Температура вспышки........................................ — Обратное пламя............'................................ 252. Химическая стойкость . .................... 4.............. 253 ’ ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ ХИМИЯ И*ФАБРИКАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ " ГЛАВА I Взрывчатые газы Озои................................................. 256 . Хлорноватистый ангидрид.................‘............... — • ГЛАВА. II Неорганические взрывчатые вещества Соединения хлора..................; . . . •.............. . 258 Хлорат калия КС1О3........-............................... —] Перхлорат калия ЦСЮ4................................ . . . 259 Соединения азота................................................. 260 Хлористый азот NC13........... . . ..........................— Азотистоводородная кислота и азиды........................... 261 Двуокись азота NO?, или N2O4................................. 263 Нитраты п нитриты............................................. — Нитрат аммония NH4NO;).................................... 264 Металлоргапические соединения............................. .’^266 глава ш ' Органические взрывчатые соединения Классификация................................. СмтИ*ИКаШ!Я НитР°пР°изводных................. .. ОнпеплПие 11ИТР°производиых и азотнокислых эфиров . . Р Д.лсние степени нитрации витросоединеннй .; < . .. 267 268 • .i?. гео . Л'Г. 270'
ОГЛАВЛЕНИЕ § 1. Вещества жирного ряда А. Нитропроизводные.......................................... 272 Нитропарафины................................................ — * Нитроолефииы.................................................• 273 Нитроспирты........................• • ............... — Нитропроизводные простых и смешанных кислот ............... 274 Нитропроизводные аминов и амидов ............................ — Гуанидин........................................• .... 275 В. Азотисто-и азотнокислые эфиры............................ 276 1° Азотнокислые эфиры одноатомных спиртов.................... — 2° Азотнокислые эфиры двухатомных спиртов или гликолей . . . 277 3° Азотнокислые эфиры трехатомных спиртов................... 278 Трииитрат глицерина, или нитроглицерин.............•................ 279 Тринитрат глицерина, тринитроглицерин, или нитроглицерин . ... —. ' Заводский способ получения...................................... — Глицерин....................................................... — Кислоты........................................................ 281 Нитрация . ..................................................... — Способ Бутми-Фоше..................х...................... 282 ’ Способ Нобеля...........................•......................... — Способ Натана.............................................. 283 Утилизация отработанных кислот......................'. . . . 285 „ Промывка^нптроглицерипа..................................... 287 Непрерывный способ получения нитроглицерина.................... — Непрерывная промывка нитроглицерина ......................... 289 1° Промывка водой......................................... 290 2° Промывка аммиачной водой............................ • 291 Расположение нитрационной мастерской........................... — Свойства нитроглицерина...................................... 293 Испытании нитроглицерина..................................... 294 Сила нитроглицерина.......................................... 295 Применение нитроглицерина...................................... — Динитроглниерин.................................. ......... 296 Фабрикация •...........................•..................... — Свойства..................................................... — Смешанные эфиры глицерина......................i............. 297 4® Эфиры чстырехатомпых спиртов.............................. 298 5® Эфиры пятиатомных .......................................... — 6° Эфиры шсстпятомных спиртов................................ 200 Нитроманнит............................................... — 7® Эфиры высших спиртов...............'...................... 300 Азотнокислые эфиры нитропронзводных спиртов.................. — Углеводы...........'..................................... — Азотнокислые эфиры глюкозы и глюкозидов ................ 303 Нитроглюкозы............................................... — Нитросахарозы.............................................. — Нитрокрахмалы..........................’................... — Нитроклетчатки........................................• . . 305 Степень нитрации........................................ 307 Фабрикация пироксилина . .... .‘ ................. 308 1® Сырье................................................. — (а) Клетчатка . . . •..........t .... '................... — 1® Древесная и растительная клетчатка...................... 309 2® Хлопковая клетчатка...................................... 310 (Ь) Серная кислота..................................... 311 Цг (с) Азотная кислота и нитрат натрия..................... 312 ‘^.5 2® Нитрация клетчатки..............'......................... 313 feftt.-' Способ Абеля............................................ 814
10 ОГЛАВЛЕНИЕ Способ Нобеля . ........ 315 Способ Зёльвига.............. • • • •*................... ' — Смешанные способы.................•....................... 318 Способ Томсонл ..........• ' Получение-коллоксилинов . . ..... »..*••..................г» '322 3» Стабилизация нитроклетчатки' ........................... ... 823 4» Измельчение и окончательная очистка пироксилина , v. . ... . 327 Свойства нитроклетчатки............................ . . . ... . . . .... 329 Физические свойства............. . . . > . . — • Растворители . . ................................................— Пластификаторы и желатннизаторы ............................. 330 . Теория желатинизации............................t ....... . ' — Вязкость . . •..........•............‘ •• 332 Восстановление нитроклетчатки........". . ..... — Факторы, влияющие на нитрацию клетчатки '. . . . . . ... 334 Выход при фабрикации . . •:......................• ...... 339 Различные виды разложения пироксилина .......................•• — (а) Детонация '. . . ...........‘............................. — (Ь) Дефлаграция...................-...............- 341 * (с) Медленное разложение ......................................— Испытание нитроклетчатки.................................,' 343 1°.Определение физических свойств...........Г.............‘.,•,7,844 2° Определение химического состава ;...............................' 3* Испытание свойств растворов нитроклетчатки-. ./. .’ . . . . /1.~~ ; 4® Определение, химической стойкости .. . . . . ...' .. •.,?7’845 Пробы на стойкость..........'. . '• • ; 346 : 1® Качественные пробы . .' .*• — ♦ 2° Количественные пробы. . . . ,’^849 * Измененная проба Талиани .....'. . . . . . .351 _ Другие количественные пробы ....................................352 7 Проба де-Бруина. . . .-. .'....................г — - , Проба Ганзена............................—* Проба Вьеля по так называемому, «коэфициенту обмена» • : . . 7’353 'Гидроцеллюлоза и оксицеллюлоза .’..............-. . . 3 ;• —. Другие производные клетчатки.......................•, •• 355 .Азотнокислые эфиры оксикислот . . .'.............. • . Нитраты аминов и амидов -. . . . » .......... . .*.• i ’• ?'г356‘ . § 2. Вещества ароматического ряда .. т Общие сведения о получении питропроизводных ароматического ряда' А. Производные ароматических углеводородов а. Производные бензола и его гомологов Нитропроизводпые бензола . . 1° Мононитробензол . •. 2° Динитробеизол ч . ... . : 3® Тринитробензол'. . .. 4® .Тетранитробензолы . '. : Ннтропроизвбдные толуола . Монопитротолуолы ..... Оинитротолуолы .... Тринитротолуолы ...... 1® Первая нитрация* .’ . . 2® Вторая нитрация . 7 Г.? 3® Третья нитрация . ... Промывка и очистка . -. . Ч 4 ' Отработанные кислоты .- Новые способы .... Свойства . •.'.............•"/ Тетранитротолуо'л . .'. Нитроталоидныё производные' 357 359 360 361 . 362' -363 368.-. 369 < 370 ' . . 364‘ !JV365'-" ЛЖзвб . .<• ' 367 ;;
ОГЛАВЛЕНИЕ ; 11 ' ' Производные высших гомологов бензола .....................« 370> Нитроксилолы . ......................................... . — Производные ненасыщенных углеводородов бензолового ряда ._ . 371 Примеси к углеводородам ряда бензола. Тиофен.................. 372 Терпеновые углеводороды..........................*.............. — р. Производные углеводородов ряда нафталина................• • — Мопоннтронафталин Ci0H,N02< . .. . ...............• • • > Динитронафталины C10He(NO2)2.............................. 375 Тринитронафталины С15Нб(НО2)э ........... '. • • • » 376 - .Тетранитронафталины...........-. ... г • — Нитрогалоидные -производные нафталина................... Производные антрацена и т. п........’...................... — В. Нитропроизводные фенолов...........’.....................- . • • — .Нитропроизводные обыкновенного фенола....................... ЭД9 1, 2, 4-динитрофенол.........................'............'• 380 Пикриновая кислота . . . ...............-............._• 382 Фабрикация' пикриновой кислоты...................................... 383 Исходные материалы ....._........................................... — Способ’ронских заводов................................... • 384 Получение пикриновой кислоты из бензола......................... — • Сульфирование фенола.............................................. 385 Нитрация........................................................'• 386 1°.Нитрование смесью селитры и серной кислоты ................ — 2° Нитрование азотной кислотой..........................'. '• 388 • (а) Однофазная нитрация.................................. — 3® Нитрация динитрофенола ................• . . . 389 Растворимость пикриновой кислоты в воде и в отработанных кислотах- . 390 Рекуперация азотной и азотистой кислот.............................. — Поглотительные башни............................................... 391 Теория рекуперации........................./ ..................... 392 Действие пикриновой кислоты на металлы ...........,..........- • •. ~~ ' Химические свойства пикриновой кислоты ....,»....................... 393 - Взрывные свойства пикриновой кислоты............................ . 394 Применения пикриновой кислоты в качестве взрывчатого вещества . . .. 395 . Детонирующие шнуры.................................................. — Условия на приемку шнуров....................................... 396 Снаряжение (заливка) снарядов...................................... — Анализ пикриновой кислоты ................ . .......... • 397 Нитрокрезолы . . . .-............................................... — Производство и применение нитрокрезолов . . ................398 Крезилит 60/40 . . . • ................... — Нитрогалоидные производные крезолов........' . . .......... 399 Пикрат калия *.............................................. — • Пикрат аммония ...........'......................... — Изорпурпурат калия.................................400 * ; Крез и латы г Нитрозопроизводиые фенолов..........•.............*............... -~ Триннтроанизол ...................................................... — " Тринцтрофене#ол . . ........................................ . .401 •у Производные полифенолов . . • .........*.......................... — . Производные нафтола’.......................................... .402 ‘ .Приготовление смесей для снаряжения-снарядов .
ОГЛАВЛЕНИЕ "Способ грануляции (Ландрина) в бочках............................... 403 1° Плавление.........,........................................ — 2° Грануляция............'.......... • . i.................... — Способ работы...................................... ... . 404 С. Производные ароматических спиртов альдегидов, кетоиов и кислот i. . ' — D. Производные ароматических аминов..........................'. 405 Нитроанилнн..............•..........< . . ....... . 406 Тетранитрометиланилин, или тетрил'. ..................' . . — Нитродифеииламипы .......................................... 407 Нитрозамины............................................ 408 Фениламиды ....... ... . . . .. .........' . ... . 409 Нитроамидофенолы............................................. — § 3. Ннтропроизводные смол и камфоры . . .* ;. . . ........ — (4. Азо- и диазосоединения ' Дназобсизол CoricNs....................................... 411 5. Производные'циана. Фульминаты Фульминат ртути (C=NO)2Hg.................................... 412 Свойства фульмината ртути...........'....................... 414 Другие производные циана...............•................... 415 ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ ВЗРЫВЧАТЫЕ СМЕСИ И ПОРОХА ГЛАВА I Составные части взрывчатых смесей ' §1. Общие сведения Взрывчатые смеси из певзрывчатых соединений . ............ 418 Взрывчатые смеси, приготовляемые в момент применения ..... 420 Смеси, содержащие взрывчатые вещества. . .............< . . .- 42Г . ,§ 2. Невзрывчатые составные части А. Окислители............................................... . ‘422 Нитраты.............•........................................ — Фабрикация селитры...................•........................ 424' Двуокись азота и азотная кислота . . . ................... 426 Синтетическая азотная кислота.................. . ... .' — Превращение окиси азота в азотную: кислоту. .. 427 Азотная кислота из нитрата .................... 428 Хлораты. Перхлораты ........ ............. 429, Плумбаты ...................................... — Манганаты и перманганаты.................................... 480 1., «-/ttApvivia ini , «•»»••••••«•••• - • 1 орючие вещества ..........- ... . ........ . . — Угли.........................;...................... 431 Клетчатка и другие органические горючие вещества .... 438 Сера................................................ 434 Сернистые соединения .................................. — , Соли железо-и железистосинеродистых кислот . . . . ... . . .• . . 435 Алюминий и магний......-..................*; ., ./. Г — 1 Второстепенные составные части ......... 436 Абсорбенты............................ .. . — Пластификаторы....................-......... ..... 439 Летучие и щелочные соли....................................• . 440 Стабилизаторы ..........• . .. ...’.............'.......... ......
(JI JUl.WI.LuLlLUl, ГЛ ABA.П Взрывчатые газообразные смеси Пример........................................................... 443 ГЛАВА III • Взрывчатые вещества на основе нитратов А. Черные пороха................................................. 445 .Сорта. Состав.............................................. — Горение черного пороха....................................... — Регулирование взрывчатых свойств.......................... 447 Фабрикация порохов..................•........................... 448 Двойные смеси...........•.................................... — j Приготовление двойной смеси . . . ................ 449 а. Фабрикация обыкновенного круглого минного пороха........ 450 Бочки тройного смешения...................................... — Гранулятор .............................. ..... • ....• 451 Полировка.................................................. 452 Сушка....................................................... — /?. Фабрикация мелкозернистых порохов...................... 453 Бегуны....................................................... — Зернильная бочка .......................................... 456 Грохот..................'................................ 457 Различные зсрнилки......................................... 458 Окончательная отделка мелкозернистых порохов................. — Анализ черных порохов........•....................... . 460 В. Пороха, содержащие различные нитраты......................... 461 Порох на основе нитрата натрия................•.............. — С. Взрывчатые вещества на основе нитрата аммония................ 462 •(а) Взрывчатые вещества на основе нитропафталина........ 463 Свойства взрывчатых веществ типа N................. 465 (Ь) Взрывчатые вещества, содержащие пикрат и крезилатаммония 466 (с) Взрывчатые вещества на основе нитроглицерина........ 467 ГЛАВА IV Взрывчатые вещества на основе жидких окислителей А. Взрывчатые вещества иа основе двуокиси азота и дымящейся азотной кислоты....................................................... 468 В. Взрывчатые вещества на основе жидкого кислорода.............. 469 ГЛАВА V Хлоратные и перхлоратные взрывчатые вещества А. Хлоратные взрывчатые вещества................................. 472 Взрывчатые вещества «рэкарок» и «Прометей»................. 473 Взрывчатые вещества Стрита. Шеддиты ....................... 474 Фабрикация шеддитов........................................ 475 1°’Механическая мешка................................... 476 2° Ручная мешки......................................... 477 Контроль над качеством шеддитов............................ 478 В, Взрывчатые вещества на базе перхлоратов......................... — ГЛАВА VI Смеси на базе органических взрывчатых веществ А. Взрывчатые вещества на базе нитроглицерина. Динамиты.......... 481 Динамиты с инертным поглотителем.......................... — Фабрикация................................................ — Свойства.............• . ............‘.................. 482 Замерзание динамита........................* ....... 483 Применение динамитов ................................... 485
ОГЛАВЛЕНИЕ Динамиты с деятельным поглотителем............• Г . . г • • • *85 •Желатинированные дииаМитй.......................................— Фабрикация.............'.................................. 48? -.Свойства. . . . ............................488 Испытание динамитов................................. .-...• 400 2° Определение стойкости.............'............................ — • • 41° Эксудация.................................................. — . , 4° Консйстепния.................................... •' . . 401 В Взрывчатые вещества на основе нитроклетчатки.............. . . . — • другие аналогичные взрывчатые вещества ................’. . . .492 • С Взрывчатые вещества на основе ароматических нитропроизводных , . . — * . Смеси тринитротолуола и нитратов............................ 493л, Смеси пикратов и крезилатов с нитратами ........ • ГЛАВА VII • . . Пиротехнические смеси ; ; § 1. Средства воспламенения * 7. j Огнепроводы . . . .................•. ... .'. 495 Ударные или фрикционные капсюльные составы 497 С Детонаторы.................................. v 500 .Детонирующие шнуры ................................... 502 > - Анализ капсюльных составов . Л........................ —* § 2. Пиротехнические средства ' t ' . - Ракеты..........................’. . . ._...............* 504 Петарды- , . ...........•...................505 Составы („Пороха‘,‘)‘для фотографирования.................................... . ГЛАВА -V111 . Бездымные пороха . . 4 Общая характеристика ............................*-..........506 §. 1.. Пироксилиновые пороха ‘ . . 1° Пороха из смеси растворимой и, нерастворимой нитроклет- • чатки . . . •....................................... 508 . .Схема фабрикации ....................•.............. . . . 1° Получение пороховой массы’. . . .............. . . . 2° Выпрессовывание и резка..........."...............". 3° Удаление растворителя . . • . •......... 4° Чистка и мешка порохов.........'..................Г . Заводской способ получения пороха......................... 1° Получение пороховой массы . '..........: . (а) Исходное сырье . . . .•...........................• (Ь) Приготовление и дозировка пироксилинов .. ; . • . . s . (с) Разрыхление пироксилина . . . •..................... (d) Обезвоживание пироксилина.'. . ...................'. (e) Мешка..................................... ...... . . 2° Впрессовывание и резка .............................. (а) Выпрессовывание . (Ь) Провяливание. Рекуперация растворителя . . ...у. . .... (с) Резка ..................•........................... • (d) Утилизация брака ............................... . 3° Удаление растворителя ....-*........... (а) Сушка........................-...................... (Ь) Вымочил • . ....ч , 4° Очистка и мешка порохов . . . и . ./А . ;?( Сортировка -в сухом состоянии . • ' (о) Мешка •...... Ф П₽ЙГОтовлеине зарядов .'. . .. . . «к. .--.Чу.' - 4 (d) Укупорка............ .-.‘V. '.'V. . . . Iе) Очистка ружейного.пороха. Полиробка ^-............. 510 511 512 514 516 ». • 518 521 .. . 523’ . - 524 525, .л ^626, А л52?< *•/* . /‘А, 509 .
и 7 Характеристики некоторых порохов В ....................... 528- Пороха, применяемые в других странах .................. • 529 Свойства порохов В и других,-близких к нему по своим свойствам • Чувствительность.......................... . . . '......... 530, Воспламеняемость. . . . Z ........ ............✓ — Продукты горения........................................... — . Балистические свойства .................................. 531 Содержание влажности................................ '. 532:- . Содержание растворителя..............................*. ' — Химическая стойкость.............'..........................534 Проба нагревания при 110°. ...................i.......... 537 Другие пробы нагревания ........... 539 Медленное разложение порохов В .......... 541 Стабилизаторы.......................................... 545 2° Пироколлодийные пороха . . .........'.................' 549. § 2. Нитроглицериновые пороха 1° Пороха с большим содержанием нитроглицерина 552 2® Пороха с небольшим содержанием нитроглицерина и с летучим растворителем......................................... . . • -554,- .3° Пороха с низким содержанием нитроглицерина и нелетучим желатинизатором .......................................... § 3. Пороха не вполне желатинированные ?Анализ бездымных порохов . . .558.. § 4. Пироксилиновые охотничьи пороха ’ . Порох S . . .................................................558: Л'/Яг ..-.' Порох М............-. ......................... . • • Порох J . '.......................... ^ ............. 559- '’ Порох Т........................................•............ 560- ЧАСТЬ ПЯТАЯ . ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ГЛАВА I Применение артиллерийских порохов § 1. Военные пороха Устройство пороховых зарядов......'............ . . 565. Воспламенение................ . .’................ 566 Дульное пламя и обратное пламя . . ................... 567 Хранение боеприпасов.............,...........•....... 569- § 2. Охотничьи пороха " Устройство патронов . ; ..................... 570- ’. • Гильзы . . . ......................... '............ — Пыжи........,................................... 571 Дробь и картечь . • ....................... 572 Давление и начальная скорость 573 Колебания скоростей и давлений......................... 574. Влияние длины ствола.....................................— Подпрессовывание пороха в патроне . ...... — ~ Влияние пыжей................................... 875. Обжатие-........................................................ — ' Влияние диаметра дроби . ........................................ — Влияние температуры, сушки и влажности ....................... —’ - . ГЛАВА II Применение военных взрывчатых веществ • ,-Снаряжение снарядов '............................... 574. • 1® Снаряжение плавлеными взрывчатыми веществами.....• • — 1 'k 2® Снаряжение путем прессования . -. ..' . . . , .578 г '”ч з<> Смешанное снаряжение..............................'. * —< 4® Снаряжение готовыми зарядами . \.......‘.......... . —»
Снаряжение мин.................. .......................... • Военные инженерные мины .........................•"....... Подрывные патроны.................................. . . . ГЛАВА III , Применение промышленных взрывчатых веществ 8 1, Способы применения взрывчатых веществ при работах в рудниках s Заложение шпуров..................................... • • Заряды в шпурах ... - • ................................ ‘ Забойка шпуров..................... ................- . . Заряжание шпуров............................. ............. Прессованный черный порох. ........................... • Патроны взрывчатых веществ...................... Камерные взрывы.................. ......................... Глубокие взрывы ...........................:............... 8 2. Паление шпуров ' »' -- Огнепроводы................................................ Воспламенители ........, .............................. Воспламенение взрывчатых веществ........................... Зажигательные трубки....................................... Паление с помощью химических реакций • . . . .............. Паление при помощи электричества........................... , Различные способы электрического воспламенения.............f. Зажигательные составы в электрозапале . ..............; . • Электро-детоиаторы..............................*.......... Проводники................................................. Соединение запалов в группы........,....................... Источники тока для электропаления ......................... (а) Электростатические аппараты ........................ (Ь) Индукционные взрыватели- < ........... . (с) Батареи и аккумуляторы...........'.................. (d) Взрыватели с магнето или динамо..................... Опасности, связанные с электроналением..................... Паление с помощью детонирующих шнуров...................... Отказы при палении......................................... Несчастные случаи при работах в рудниках .................. Инструкции по применению взрывчатых веществ ... . . . •,.»?• i - § 3. Применение взрывчатых веществ для других целей Подводные работы................................................ Валка деревьев.............•............. . ............. Разделка стволов...........,............ .................. Дробление металлических предметов.......................... Применение взрывчатых веществ для других целей.........’ . § 4. . Механическое действие взрыва Действие в непосредственной близости от заряда....... Действие па расстоянии..................................... Внутренняя безопасность.................................... Защи-fh простым удалением........................ '. ... Защитные приспособления................................... Внешняя безопасность...............". .... ............. • § 5. Перевозка взрывчатых веществ ... Перевозка во железной Дороге . . -. •...'............ • » Перевозка сухопутными и водными путями............... . . Международные перевозки.............'...................... . § 6., Склады взрывчатых веществ .'ч. Альвеолярные (ячейные) склады........................... Склады, устроенные в земле . . < ........ ................. Подземные склады.................................. • • Предметный указатель . . ............... • • • 615 617 618 621 625 627 628 630 631 633 640 579 580 582 586 590 591 592 593 594 595 598 599 601 602 603 604 606 607 608 610 611 612 018 614 ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА РУССКОГО ПЕРЕВОДА / Книга Веннена,*Бюрло и Лекорше «Пороха и взрывчатые веще- ства» представляет собой капитальный труд, посвященный теории и технологии порохов и взрыв гатых веществ. Как по подбору фактического материала, так и по способу изложения .. эта книга совершенно оригинальна и' представляет большой интерес; участие в составлении ее трех выдающихся и из- вестных своими практическими трудами французских военных инженеров, специалистов по порохам, обеспечило всестороннее освещение этой обширной области технического знания. Книга эта во всех отношениях существенно отличается от аналогич- ных немецких трудов (Каст, Брунсвиг, Наум), которые до сих пор в наибольшем количестве проникали в советскую литера- туру,. и в широких кругах советских специалистов она должна ' вызвать особенное внимание и особенный интерес еще потому, .что в ней находит себе ясное отражение состояние этой отрасли науки и техники во Франции, чего совершенно нельзя сказать . про единственную переведенную до сих пор па русский язык французскую книгу П. Паскаля «Взрывчатые вещества, пороха и боевые газы». Как видно из оглавления, книга Веннена, Бюрло и Лекорше состоит из пяти самостоятельных частей. I. Теория взрывчатых веществ (стр. 29—-152). • П. Практические испытания взрывчатых веществ (стр. 153 — 254).' 111. Химия и технология взрывчатых веществ (стр. 255 — 416). < IV. Взрывчатые ‘смеси и пороха (стр^ 417—561). ' V. Практическое применение взрывчатых веществ (стр. 563—639). Вся первая часть книги, посвященная оптике и динамике взрывчатых веществ, основана преимущественно на классических . трудах таких крупных французских ученых, как Бертло, Сарро,- Г Вьель, Малляр, Лешателье, Жуге и др. Построена эта часть .очень целесообразно и даст полное представление о современ- ной. теории взрывчатых веществ и взрывных реакций, хотя в ней .и не нашли себе еще полного отражения некоторые новейшие работы по теории детонации. Зато-вся методика исследований ; и испытаний порохов и взрывчатых веществ изложена детально и хорошо. - • <. Вторая часть книги, посвященная практическим испытаниям ^•взрывчатых Веществ, заключает в себе прежде всего обзор важ- ?нейших методов, применяемых для технических испытаний /Ьзрывчатых веществ в отношении их полезного действия, без- чопасности при употреблении и способности- к хранению, ..... ' ' '
—~: ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ' 18^ ——----л------———-—--- ф— - \ стойкости физической и химической, В той же части опи- сано довольно хорошо всестороннее испытание артиллерийских' П°5<имия и технология взрывчатых веществ изложены довольно, обстоятельно в третьей и четвертой частях книги; сперва авторы рассматривают исключительно .индивидуальные взрывчатые веще- ства такие как нитроглицерин, нитроцеллюлоза, нитроаромати- ческие соединения и др., а затем уже (IV ч.) дается описание практически" применяемых взрывчатых веществ — смесей и порохов. Наконец пятая часть состоит из трех самостоятельных глав: (1) применение артиллерийских порохов, (2) применение воен- ных взрывчатых веществ и (3) применение промышленных взрывчатых веществ. . х В заключение нужно заметить, что книга Веннена, Бюрло и Лекорше дает полное и систематическое представление о совре- менном состоянии вопроса о порохах и взрывчатых веществах как в теоретическом, так и в техническом отношении и может быть рекомендована как настольная справочная книга и как хорошее пособие для всех лиц, работающих в этой специальной области, для самообразования и' для студентов специальных втузов или факультетов. ныне покой- читать кор- ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА Ввиду того, что редактору русского перевода, ному профессору А. В. Сапожникову, не пришлось ректуры, работу эту (технологический раздел) по просьбе изда- тельства выполнил перед подписанием книги в печать профессор Химико-технологического института им. Д. И. Менделеева А. Г. Горст. Главная редакция химической литературы считает своим дол- гом отметить исключительную тщательность этой дополнитель- ной редакции, проведенной в обстановке большой срочности. Сделанные при этой проверке профессором А. Г. Горстом ?кобВЛеНИЯ К автоРскомУ тексту заключены всюду в прямые' те С^сдУСт отметить, что при переводе, по инициативе изда-. 1ьост,,а’ .всюду, за исключением сочетания слов „взрывчатое нпо ство"> пРинят термин „взрывной® (взрывная реакция,взрыв-' Действие, взрывная волна и т. д.).
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Ann. Chem. Soc. Ann. Chim. Phys. Ann. Fac. Sc. Tout. Ann. Long. Ann. Min. Ann. Min. Belg. Ann. Rep. Inspect. Expios. Journal of the American Chemical Society Annales de chimie et de physique. Anuales de la Faculte des Sciences de Toulouse. Annuaire des Longitudes. Annales des mines. Annales des mines beiges. Annual Report of His Majesty’s Inspectors of Ex* plosives. Annee Psych. Ber. Bull. Ind. Mm. Bull. Soc. Chim. Bull. Soc. Enc. I. N. L’Annee Psychoiogique. Berichte dcr dcutschen chemischen Gesellschaft. Bulletin de la Socicle de I’indnstrie MimSrale. Bulletin de la Societe chhnique de France. Bulletin de la Socldtd d’Encouragcment pour I’ln- diistrle Nailouale. Chem. Ind. Chem. News Chem. Soc. Chem. Zeit. Chem. Zeits. Chem. Zentr. C. R Die chcmische Industrie. Chemical News. Journal of the chemical Society. Chemiker Zeittmg. Chemische Zcitschrift. Chemisches Zentralblatt. Comptes rendus des stances de FAcadimie des • Sciences de Paris Dansk Art. Tid. . Dingi. J. Engineering Gazz. Chim. Ital. Оёп. Civ. Ind. Eng. Chem. J. artiil. russe Journ. chem. Ind. Dansk Artilleri Tidskrift. Dingiers polytechnisches Journal. Engineering. Gazcita chhiiica Italiana. Le Genie civil. Industrial and Engineering Chemistry. Journal de I’Artillerie russe. The Journal of the Society of chemical Industry. Journ. de I’Ecole Polytechnique. Journal de 1’EcoIe Polytechnique. Journ. Esc. Journ. Math. Journ. Phys. Koi I. Ztschr. Мёт. Art. fr. • Мёт. Art. Mar. ; Мёт. Art. Nav. ' Мёт. P. S. Monit. Sc. Pogg. Ann. Journal d’Escales. Journal des Mathematiques pures et appliqudes. Journal de Physique Kolloid Zeitschrift. Memorial de I’Artillerie franpalse. Memorial de I’Artillerie de la Marine. Memorial de I’Artillerie Navale Мётог1а1 des Poudres et Salpfitres Le Moniteur Scientifique. Annalen der Physik und Chimie (Poggendorf).. 2*
-СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ‘ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЛЙТЕРАТУРЫ &V • Rev. Art. Rev.-Ole. Sc. Rev.- Gdnie. Rev. Sc. peC. tr.’chim. P.-B. Rev. Univ. Techn. mod. - Trans’ I. M. E. Z. ffngew. Oft. Z. Elect. Ch. Z. ges. Sch.' Spreng. *• Revue d’Artiilerie. Revue g&uSrale des Sciences.. • * Revue du Genie. Revue scientifique. Recueli des travaux chimiques des Pays-Bas. . Revue nnlverselle des Mines et de la Metallurgic. La technique moderne. 4 . Transactions of the'Institution of Mining Engineers- Zeitschrift filr angewandte Chemie. • . Zeitschrift filr Eiectrochemie. ' • Zeitschrift filr das gesamte Schiess- und Sprengstoff- wesen. • - Z. Phys. Z. f. techn: Physik. Zeitschrift filr Physik. S . ... Zeitschrift filr technische Physik.
ВВЕДЕНИЕ 1. Определения. Взрывчатым веществом мы называем всякую систему, способную к химическому превращению с внезапным образованием большого количества газов, нагретых до высокой температуры. i? • Определение, это нельзя считать строго научным — оно не- - сколько неточно, хотя и совпадает с юридическим определе- нием, принятым во Франции для веществ, аналогичных черному пороху1. Это определение исключает из категории взрывчатых веществ' .сжатые или сжиженные газы, несмотря на то, что они способны проявить подобный же динамический эффект: балистический — ' при прогрессивном расширении (пневматические ружья, тер- моэлектрические патроны с жидкой углекислотой) и разруши- ' тельный — при разрыве содержащих их сосудов. ’ 2. Взрывчатые вещества можно разделить на две основных категории ’ в зависимости от скорости превращения их в газы. К.'первой категории относятся взрывчатые вещества с умерен- ной скоростью газообразования, имеющей место например в. . пушках и ружьях; разложение в этом случае сводится к более г’или менее быстрому горению или распаду. Взрывчатые вещества этого рода называются обычно пор.охами .и нахо- дят себе применение в различных видах огнестрельного оружия. Когда скорость разложения чрезвычайно высока, как напри-" мер при взрывах в горных работах или при взрыве артиллерий- ского снаряда, превращение становится почти мгновенным и ;. распространяется по всей массе взрывчатого вещества уже не благодаря простому горению, а вследствие распространения своеобразной взрывной волны; разложение этого рода на- ; зывают де.т о нацией, а соответствующие взрывчатые вещест- ва—б риза нт н ы м и, детонирую щ-и м и или просто взрыв- Й. чаты ми вещества ми; последнее название’применяется иног- г-\,'да. к порохам, когда имеют в виду их разрушительное ^ действие (например рудничные взрывчатые вещества), а не-ба- /' диетическое. . • V- Такое разделение нельзя'считать абсолютным, так как неко- торые взрывчатые вещества способны к обоим- видам разложе- "ния (детонации и горению) в'зависимости от условий примене- .. ; ния их, в особенности же от способа воспламенения. 1 Протокол Комиссии по исследованию взрывчатых веществ от 6 марта 1030 г;-
ВВЕДЕНИЕ ---------—------------------------------------ - з. Взрывное разложение всегда возникает в результате действия какого-либо возбудителя (воспламенителя), обла- дающего большей или меньшей энергией. Возбудителем может служить горячее или горящее тело, соп- рикасающееся с взрывчатым веществом, или повышение темпе- ратуры вследствие какой-либо экзотермической реакции (бомбы, действие которых основано на изменении положения их). Взрыв можно вызвать и непосредственным трением или ударом (удар молота, падение тяжелого тела) или толчком взрывной волны, вызванной каким либо воспламенителем (например капсюлем), взорванным в непосредственном соприкосновении с взрывчатым веществом. Наконец возбудителем может служить и ударная волна, происходящая от детонации — на некотором расстоянии — массы взрывчатого вещества и распространяющаяся в среде, отделяющей взрываемое вещество от возбудителя (в воздухе, воде, земле и т. д.), со скоростью, зависящей от многих обстоя- тельств, но всегда значительной — порядка нескольких тысяч метре в в секунду (детонация через влияние). 4. Классификация. С точки зрения практической взрывчатые вещества можно разбить на четыре группы; следуя этой класси- фикации, они изучается и им дается определенный состав: (а) Обыкновенные и бризантные взрывчатые вещества для получения работы разрушения при использо- вании живой силы их газов (посредством давления или удара). (Ь) Пороха для получения метательного действия путем использования работы, происходящей от расширения газов в канале оружия. (с) Средства воспламенения для передачи воспламе- нения или детонации (огнепроводы, детонирующий шнур капсю- ля и др.). (d) Пиротехнические средства для получения зри- тельных или звуковых эффектов (фейерверки, сигнальные сред- ства и др.). б. Химические системы, удовлетворяющие приведенному определению взрывчатых веществ, делятся также по Бертло (Berthelot) на два больших'общих класса: 1 Соединения, образующиеся с поглощением тепла (эндотер- мические) и способные быстро разлагаться с выделением тепла Г?о°Д (ацетилен, хлористый азот, диазобензол и др.). 2 Смеси и соединения, содержащие в себе как горючие ве- ZpftCJBa’ так и вещества, поддерживающие горение, при взаимо- - твии которых образуется большое количество газов и вы- деляется тепло. отно° ВТОРОМУ классу веществ, имеющих наибольшее значение, . своюСЯТ1 почти все употребительные взрывчатые вещества; в ' (а)°уеРеДЬ °Н П0ДРазДеляется на четыре группы: мичест ЛимичеС1<”е соединения — эндотермические или экзотер- <ие, содержащие в молекуле элементы, поддерживаю-
ВВЕДЕНИЕ 23 щие горение, и горючие элементы (нитроглицерин, пикриновая кислота и др.); эти соединения относятся к определенным классам органической пли неорганической химии. (Ь) Твердые, жидкие и газообразные смеси веществ, способ- ных к горению и поддерживающих горение; каждое из них в отдельности однако не является взрывчатым веществом (чер- ный порох, панкластиты, гризутины и др.). (с) Смеси нескольких взрывчатых веществ, чаще всего двух, из которых одно обладает избытком кислорода (нитроглицерин, аммиачная селитра), а другое избытком горючего (нитроклетчат- ка, ароматические нитросоединения). (d) Смеси взрывчатых веществ с невзрывчатыми, служащими для повышения содержания окислителя или. горючего или для изменения некоторых свойств взрывчатого вещества: чувстви- тельности, бризантности и т. д. (некоторые динамиты и хлора- титы). 6. Исследование взрывчатых ' веществ имеет целью точное определение всех теоретических и практических характеристик их, на основании которых можно было бы выработать условия их производства, употребления, транспортировки и хране- ния. Вообще творя, одним из главных качеств, подлежащих опре- делению, является работа, которую то или другое взрывчатое вещество способно практически произвести. Работа эта зависит от запаса энергии и живой силы газообразных продуктов раз- ложения. Используется при этом или давление газов (разрыв снаряда), или расширение газов (в канале оружия), или удар взрывной волны (разрушительное действие). Давление зависит от объема и температуры газов; максимальная работа зависит от теплоты, выделяемой реакцией; действие же расширения или удара зависит главным образом от скорости взрывной реакции. ^Теоретическое исследование. Общее изучение взрывчато- го вещества сводится прежде всего к теоретическому исследо- ванию следующих основных вопросов: 1° Изучение .химической реакции разложения, т. е. определение процентного состава продуктов реакции в различных ее стадиях и в особенности в момент проявления полезного действия. Состав продуктов разложения зависит глав- ным образом от химической природы взрывчатого вещества и от условий реакции (давления, температуры и пр.). Это исследование подразумевает качественный и количествен- ный анализ взрывчатого вещества и продуктов взрыва его по достижении состояния равновесия. Полученное таким образом уравнение разложения следует в случае надобности исправить, учитывая вторичные реакции меж- д) продуктами главной реакции, имевшие место после момента полезного действия, в особенности в период охлаждения газов, происходящего под влиянием их расширения.
24 ВВЕДЕНИЕ. Лишь исправив таким образом конечное уравнение равнове- сия, можно получить правильное представление о химическом • превращении, соответствующем работе, требуемой от взрывча-; того вещества. ’ • 2° Определение количества т е п л о т ы, выделившейся при реакции, по уравнению. Конечно для этого требуется зпа- ние теплот образования, удельных теплот и теплот испарения ’ составных частей взрывчатого вещества, а также продуктов его • разложения. Допуская, что все эти данные известны, допуская также пра- вильность некоторых гипотез в отношении уравнения состояния газов* и принимая -наконец установленную величину коволюма газов, можно вычислить температуру взрыва и -максимальную, теоретическую работу взрывчатого вещества, соответствующую ' некоторому определенному расширению. < Вычисленные по уравнению разложения теплоты взры- ва можно, вообще говоря, проверить непосредственным- определением в калориметрической бомбе. " . Экспериментальное определение теплоты взрыва таким обра- '• ' зом .помогает составлению уравнения взрывного разложения,. . 3° Определение начальной раббты, потребной для г возбуждения реакции .(тепло, удар), посредством того или иного ' начального импульса. ' *. - • Пока еще уровень наших познаний не Позволяет вычислить^ заранее эту характеристику. Приходится определять ее эмпири- чески и притом довольно неточными методами. 4П Опре де ле it ие давления газов при разложении взрывчатого вещества в бомбе. Теоретическое исследование сводится к вычислению этой характеристики на основе несколь- ких аналитических зависимостей, вытекающих из общепринятых, хотя и не совсем бесспорных, гипотез (уравнения состояния^га- зов .теплоемкости, коволюма, удельного объема и пр.). • • К счастью, это давление газов в большинстве случаев мож- но непосредственно измерять.с достаточной.точностью. • Определение скорости р а з л о ж е н н я, оказываю- щей большое влияние на эффективность взрывчатого вещества. :- а .исключением крайне редких случаев скорость эту нельзя . ычислить, но ее можно определять экспериментально. Опредё- , Эт°й характеристики имеет существенное значение при испытании порохов, . - - (дето П0Лн0г0 анализа явлений, характеризующих взрыв двух Паци1° или горение), необходимо исследовать систему в . и в С0СТ0Я11Ипх р а в п 0 в е с и я — до и после превращения превоПеРИ°Д' пеРемепного состояния, во время самого тем ащения- Уподобляя изменение состояния.химических сис изуче аст1?Ым- случаям механики. к(атериалытых систем, можно_ 11110 крайних состояний равновесия рассматривать как про.бле-
J. ,v< . ,,ВВЕДЕНИЕ 25 му статики, а изучение самого периода превращения — как ,йх . проблему динамики физических систем. 8. Практическое изучение. После предварительного теорети- ческого исследования, основанного на точных эксперименталь- р.. . ных измерениях, взрывчатое вещество подвергают практическим ул- испытаниям в отношении главным образом двух других основ- -- ных его свойств: рйу; • 1°- Определение полезного действия. В этом слу- чае изучают влияние условий заряжания, воспламенения, хране- Г. ния взрывчатых веществ и др. Сравнивают полезное действие, производимое взрывчатым веществом в условиях практическо- Г ‘ го его применения, с максимальной работой, установленной тео- _ ретическим исследованием. у Сопоставляют также полученный коэфициент полезного- дей- ствия со стоимостью продукта. 2° Исследование степени безопасности взрыв- чатого вещества. В этих чисто практических испытаниях ?. стремятся найти опытные данные, необходимые для разработки \ правил безопасности в отношении производства, транспортиров- ку ки; хранения и применения взрывчатых веществ. h Промышленное производство взрывчатых веществ устанавли- ’ р- вается на основе этих практических исследований. 9. Из этого краткого вступления видна вся сложность иссле-- -* дования взрывчатых веществ. Проблема усложняется еще специ- р • фическими трудностями экспериментирования с явлениями взры-' ‘Ва, так как они, по выражению Бсртло, относятся к «крайним Й состояниям материи в отношении давления, температуры и жи- вой силы, — состояниям, к которым мы не привыкли в наших • обычных опытах; отсюда специальная химия, физика и механика, выходящие за' пределы наших обычных привычек и понятий». . • Следует прибавить, что не одни только крайние состояния рр^рматерии усложняют проблему. • Скорость превращения, столь характерная для взрыв- . ных.реакций, служит .главным источником затруднений L.'/p ’ экспериментального исследования. fW?"' ' Поэтому существующие- теории по порохам и взрывчатым веществам во многих отношениях неполны и часто спорны. р'/ЭД,'Трудности экспериментирования столь велики, что они не всег- Да позволяют получать достаточно точные указания, требуемые рййрпрактикощ например в отношении безопасности взрывчатых ве- рму. ;ществ в присутствии рудничного газа, стойкости бездымных порохов, механического эффекта на расстоянии и т. д. Много еще следовательно предстоит работы в деле изучения взрывча- тых веществ. / ’ Мы постараемся изложить возможно более доступно основ- р:';/ные'. положения, установленные при исследовании взрывчатых- - . . Г. . • .--vPU
'26 ВВЕДЕНИЕ веществ, основные принципы производства и свойства наиболее употребительных из них-, имея в виду преимущественно то,' что может служить основой для промышленного их применения. Наоборот, по всем вопросам, касающимся состава, производ- ства и применения пиротехнических изделий, мы рекомендуем обращаться к соответствующим справочникам и специальным сочинениям по пиротехнии.
|. . ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ' ТЕОРИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ * 1 I * /:»'

Глава I > СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ У, § 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 10. Рациональное развитие теории взрывчатых веществ мыс- .лимо'лишь на основе данных термодинамики и термохимии, \ j й нам кажется полезным напомнить основные принципы этих у-Ь'. наук, которые найдут себе в дальнейшем непосредственное при- менение. Затем мы укажем методы теоретического расчета <<-н экспериментального определения термохимических характери- ’г: стик взрывчатых веществ. Энергия системы. В термодинамике физические тела уподоб- ляют системам точек, действующих друг на друга при помощи' ^внутренних сил и в то же время подверженных действию ^внешних-с и л. Когда точки, приложения этих сил перемеща- -•^/ротся,'последние производят некоторую работу т, которой соот- 5 V вётствует определенное изменение состояния системы (примеры: чЛг?-изменение объема — работа внешних сил те; изменение хи* Ф^гл'мического состава при постоянном объеме — работа в нутре ш- них сил Т£). В учении об энергии принято, что внутренние силы матери- •?4альных систем связаны определенной зависимостью. Когда эта зависимость однозначна х, т. е. имеет лишь ~ ' одно значение при любой системе значений переменных ее? " личин, работа этих сил зависит только от крайних состою ' яний материальной системы, и не зависит от ряда проме- ^суточных состояний, связывающих крайние. - у -В частном случае, когда система точек возвращается в свое первоначальное состояние, работа равна нулю. ; _ • Кроме того принимают, что работа т£ внутренних сил не может ’ быть беспредельной. Отсюда следует, что состояние системы, : р . находящейся в покое и изолированной от всякого внешнего воз- действия, можно охарактеризовать работой, которую могут про- извести внутренние силы, заставляя систему перейти из этого X®- состояния в такое, для которого произведенная таким- образом Т® Работа будет максимальной; можно доказать, что в этом состо- янии система будет находиться в устойчивом равновесии2. Значение и этой теоретической работы называется п о- . Т енц и альной энергией системы (или потенциалом внутрен- __________________________________________ .••^.’j^’^’Sarrau, Introduction a la theorie des explosifs. — Mem. des poudres, 5, 82. " '*’•*££? Sarrau, Loc. cit, 5, 85.
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ н.их сил). Согласно этому определению потенциал равен нулю п состоянии устойчивого равновесия, отвечающем максимуму работы, произведенной внутренними силами. k Из свойств внутренних сил и потенциальной энергии вытекает уравнение т, = — Ди. (1) Знак (—), стоящий перед изменением потенциала, принят по соглашению. Материальная система может обладать ж ивой силой 0, если . точки ее находятся в движении вследствие действия каких-либо сил, будь это движение видимое или скрытое (вихревое или иное); : эта живая сила часто называется кинетической энергией. Общая энергия или просто энергия системы или мате- риального тела определяется тогда как сумма Н энергий по- тенциальной и кинетической: Н = и + е. (2) : В термодинамике доказывается (теорема живых сил),. что J приращение zlfl живой силы системы равно общей работе т всех сил за данный промежуток времени: , /10 = т = т/-}-т,. (з) Из этих трех уравнений следует, что } ДН~ Ди-уДО и ДН =те. . Эти 3 уравнения могут быть выражены следующими тремя положениями: Изменение энергий системы, равно работе внешних сил. ; Энергия изолированной системы постоянна (.закон сохра- : нения энергии]. Сумма живой силы и потенциальной энергии изолирован- ' ной системы есть величина постоянная для всех изменений < состояния. 12. Закон эквивалентности. Мы называем циклом ряд пре- вращений, приводящих систему в первоначальное состояние. Принято считать, что энергия сохраняется, когда идеальный газ описывает цикл; при этом считается экспериментально до- - казанной пропорциональность участвующего в цикле количества тепла работе внешних сил. ' Распространение этого положения на любую систему, пол- оженную действию внешних' сил и описывающую какой-либо Чикл, приводит к следующему выражению закона эквивалент- ности: Исли данная система описывает какой-либо цикл пре- вращений, то количество выделенной при этом теплоты равно произведению работы внешних сил на некоторую постоянную.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Эта постоянная Л называется термическим эквивален- том работы; обратная ей величина Е, или механический > эквивалент теплоты, была определена экспериментально и вы пелена теоретически (из учения о газах). Найденные значе- ния довольно сильно отличаются друг от друга, п зависимости от экспериментатора и его методики работы *, но все они груп- пируются, не считая слишком грубых определений, вокруг не- которого среднего значения £=.427 кгм на одну большую ка- калорню (1 kcal). Различные измерения, заслуживающие доверия, отличаются от этой средней величины не более чем. на 0,2%. Легко найти величину £ в системе абсолютных единиц CGS. Для одной малой калории (1 cal) она равна 2: 427 х Ю3 х 931 х 10а эргов , ,оп , . , ---—----—Т--------!---= 4,189 X 1<J7 эргов. 10 Если некоторые из внешних сил, действующих на систему, возникли в результате поглощения некоторого количества тепла Q, то изменение энергии в системе ЛН = EQ-\-Tc, ! где те — сумма работ прочих внешних сил. Принимая L/—AH (тепловая энергия), имеем: Г Q = ziu — Ате. Это уравнение выражает общий закон тер м одинами чес- i кой эквивалентности: ii I Тепловая энергия АН, поглощенная телом, равна изме- I нению энергии тела, уменьшенному на работу внешних сил. L Так как образование соединения из элементов (одна из важ- ' нейших реакций термохимии) почти всегда носит экзотермичес- ' кий характер, то чаще всего мы имеем дело с выделенной теплотой, а не с поглощенной. Поэтому на практике условились считать количество выделенной теплоты положительным, а ко- | личсствб поглощенной теплоты отрицательным. Таким образом общий закон термохимической экви- I валентности можно получить из общего закона эквивалент- < ' ности термодинамической простой переменой знака. Формули- ровна этого закона следовательно будет такова: . Тепловая энергия, выделенная каким-либо телом, равна , X , изменению энергии тела, взятому с обратным знаком (избытку начальной энергии над энергией конечной), уве- | лишенному на работу внешних сил. Иг ' * 1 Теория электромагнитных явлений дает величину 460 джоулей; теория IV трения металлов—371,6 джоулей. < 3 В таблицах физических констант Французского физического общества приведено следующее вероятное значение: 4,184 X 10’, что отвечает значению Е — 426,6 (табл. 101-е, стр. 302, изд. 1931 г.). L - ' т-------------—'-у—<=
' СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ В термохимии внешние силы обычно ограничиваются дгРеРТЛ0 составил таблицы теплот образования =^CTXT6MP48Z-a равной'*' ’ ' "0Г0МУ • /Ц^„итдылущ"х —“--.'лахк • Если система переходит из состояния 1 (объем v,) в c.J ' яние 2 (объем г’2) при постоянном давлении р, то соответс; К>щее количество теплоты ! АрЩг — в2). • - В термохимических расчетах принимают всегда, что пр о- щения совершаются или при постоянном объеме или при па- янном давлении. Тогда уравнение (4) выражает очевидно зу,стемы в ее начальной и конечной’ Лппм™ начальных и конечных состояний. Роты изменения их состояния Ф°РМЭХ и от.С1<рытой теп- 13. Закон начального и конечного состояний.. Этот з и ___ _________ начального и конечного состояний может быть сформулир^11 Л1°бой температуре, если известна трппУУ ^р^иианим следующим образом; " . ' кякпй-ли^ пппо ^Л3„УУ.на. теплога образования Количество теплоты, выделяемой системой при пр& *"’ ^“ии,а внешнего давления, coi щении, зависит исключительно. от начального и консП(у[О& е ,e,’„2PBTepn«Bai0IIie^ превращение, ' состояний, какова бы ни была природа и последа чаи-, Разность между количествами теплоты, выделяющейся при одной й той же реакции, но при двух ' разных темпе- ратурах, равна разности теплот, поглощенных исходными веществами и продуктами их превращения при -переходе через данный интервал температур. 3аВИСИУ только от удельных теплот элементов яннрм давлении, югда уравнение -роты изменения их СОСТОяния ~ =»- НаЧ13ЬЗакон Начального0 и° конечного состояний.. Этот V Эт° 2^°^нве позволяет вычислить теплоту образования начального. к конечного состояний может быть сформулн^ 1СПЛОТЗ образования следую»™ образом . „Ри п1^ щении, зависит исключительно, от начального и (У^потой, выделяющейся при постоянном давлении и ’ состояний, какова бы ниб^пРирода 11 - woc^°^оделяющейся при постоянном объеме, равна ’термическому ность пррмежутоЧных состоянии. Эквиваленту работы внешнего давления: н р У Не следует однако упускать из виду, что, помимо ч _ . термохимических применений, это положение не всегда ( ’* р * р р ‘ *)• (S) силу, и количество теплоты, выделенное системой, претерг В применении к взрывчатым веществам можно пренебречь ющей превращение, зависит иногда не только от Ьменениями объема твердых и жидких тел и принимать в рас- и конечного состояний, но и от всех особенност р Р эет только объем газов, легко определяющийся по молекуляо- Это объясняется тем, что если выражение о2 полному веСу согласно уравнению - '-определяется конечным и начальным состояниями системы х ' зависит от условий превращения, то выражение Ате, хар о ft (ft - 22,41л), ризующее работу внешних сил, не всегда следУет этомувРаде®о —Удельный объем газов, т. е. объем их, приведенный Из приведенного закона, в тех случаях, / J и Мм давления, на единицу веса. лишь начальное и. конечное состояния, вытекают слелУ; Пусть Хп, и Еп2 означают количества молекул газов в объ- следствия, имеющие довольно широкое прим • Мах и v2 в моменты начального и конечного состояния- тогда Количество теплоты, выделяющейся при. кплш^гласно уравнению идеальных газов ’ превращении, равно количеству теплоты, поглощаемо , обратном превращении. _ м . ’ Количество теплоты, выделяющейся при Kanoti^^. реакции, равно избытку теплоты обРазов^'1^1п^^ состояния над теплотой образования начального со^ "НИЯ л , Теплота образования органического соединения й ’ элементов равна избытку теплоты сгорания элему ‘ над .теплотой сгорания соединения. -'Последнее положение, которым часто пользовался Бе & в особенности применимо к взрывчатым веществам > * | 3 Пороха и взрывч. вещества. _Ро vo Е Р ~ 273 по _A>ft Е „ pV'~-WSn' pvhE v pv*~ 273 £n*' ?куда для термического эквивалента работы внешних сил на- - Мим: М т г» \ -273- (Xrti—Еп,). 1 Berthelot, Sur la farce des matures explosives,’
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ. Для температуры 4-15°, принятой в таблицах, коэфициент, стояи1ий перед скобками, равен 1 10 335X0,022 41X288 427 х 273 -0,57.. Если начальное состояние не содержит газов (твердые и жид<и' кие взрывчатые-вещества), то (для 15°) . . ., Mfe; Qt = Qp+0fi1Env (в)"’ Для температуры 0° этот коэфициент ~ 0,54.. Заметим кстати, что коэфициентss о,00198, ’ или с достаточным приближением 0,002. Отсюда вытекает сле- дующее положение: Ё реакции, протекающей при атмосферном давлении, тепловой эффект работы давления при абсолютной тем- пературе Т равен 2 Т cal на каждую грамм-молекулу'полу-у ченного газа. • у Эта формула, как и уравнение (6), сохраняет достаточную точ-Д'Г ность лишь в тех пределах, в которых применимы основные , ? ‘ газовые законы. В большинстве, случаев однако разность Q„—Qp не имеет ни- какого значения по сравнению с огромными количествами теп- лоты, выделяемой взрывчатыми веществами. Поэтому в'прибли- женных вычислениях ею пренебрегают. § 2. ВЗРЫВНЫЕ РЕАКЦИИ 16. Общим вопросом определения, будет или не будет данная химическая система под действием какой-либо внешней силы (возбудителя), нарушающей ее равновесие, давать взрывную. реакцию,*”занимался сначала Бертло \ затем в новейшее время ряд таких ученых, как ван’т-Гофф (Van’t Hoff) а, Нернст (Nernst)3 и Дюгем (Duhem)4. Проблему эту следует признать одной изЛр важнейших проблем химической динамики. Не следует забывать, что характер реакции—взрывной или£ иной — зависит главным образом от законов, управляющих ско-^ ' ростью превращения химической системы; законы эти сами ока-.,:, зываются функцией действующих масс. Вопрос этот таким обра-^ф зом не укладывается в рамки х и м и че с к о й ста ти ки, а вхо-'ф Дит в специальную область химии, вполне аналогичную обычной Динамике. а fieri ho lot, Essais de mdcanlqtte chlmlque. B Van’t Hoff, Lemons de chinlie physique. 4 Nernst, Traitd de chimie gendrale. -..Duhem, Thermodynamique el chimie.
ВЗРЫВНЫЕ РЕАКЦИИ 35 Поэтому в гл. I (Динамика взрывчатых веществ) приведены, правда, в сокращенном виде, основные законы, управляющие взрывными реакциями с точки зрения динамики. Здесь мы укажем только, что с термодинамической и стати- ческой точек зрения необходимыми, но не достаточ- ными условиями (71) взрывных реакций являются экзотермиче- ский характер процесса и наличие газообразной системы, обра- зующейся в реакции или только испытывающей некоторые пре- вращения. Предвидение химических реакций, сопровождающих вспышку или взрыв, гораздо труднее, чем обычных химических реакций, I во-первых, в виду колоссальных температур и давлений, а во- вторых, вследствие крайне быстрых изменений этих температур и давлений до того, как успеет установиться равновесие. Вслед- ствие этого могут произойти смещения состояния равновесия в зависимости от внешних условий, например от теплопровод- ности стенок сосуда, величины давления и т. д. Вследствие этого прогресс в этой области химии еще не столь значителен, и несмотря на многочисленные экспериментальные исследования удалось лишь установить несколько общих правил, на основании которых можно примерно указать a priori вероят- тное направление реакций. Кроме того мы увидим далее, что самое определение состава продуктов взрыва во многих случаях может быть сделано лишь приближенно. 17. Принцип наибольшей работы. Бертло1 высказал положе- ние, обобщающее аналогичный закон, высказанный Томсеном (Thomsen)а. Всякое химическое изменение, происходящее без участия посторонней энергии, стремится к образованию такой системы, которая выделяет наибольшее количество теп- лоты. Это положение вытекает непосредственно из зависимости, установленной между количеством выделяющейся теплоты и уменьшением потенциала системы, так как величина потенциала, равная нулю (или некоторому минимуму), соответствует состоя- нию устойчивого равновесия. Однако это слишком простое по- ложение ошибочно, и принципу наибольшей работы нельзя при- давать абсолютно общего значения, так как в нем имеется отри- цание существования систем в состоянии обратимого равновесия и он не признает весьма существенного различия между энер- гией, способной превращаться в работу, и энергией, к этому не- способной (закон Карно). Нернст3 ограничивает закон Бертло и принимает его лишь в том смысле, что вероятность реакций, *' ' 1 Berthelot, Essai de mecanique chimique, П, 421. 3 Thomsen, Pogg. Ann., 92, 34 (1854). 8 N e r n s t, loc. c it., II, 294. 3*
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ я . ... ’’ ' выделяющих тепло, значительно больше, чем вероятность обрат-,,?,. “ ных реакций, так как выделение тепла повышает, вообще говоря,'V температуру, а следовательно и скорость реакции (71); обратные? же реакции благодаря своему эндотермическому характеру сами':?; стремятся к прекращению при отсутствии постороннего источ-^- ника тепла. . С другой стороны, Дюгем показал, что закон Бертло можно к вывести термодинамически, если ограничиться реакциями, обла-.;г дающими большой скоростью. Во-многих случаях это положение?? помогает все же определить направление реакций, особенно для"., взрывных реакций с резко выраженным адиабатическим харак- |тером. Оно совершенно неприменимо в случае изотермических реакций. 18. Различные типы взрывных реакций. Взрывные реакции можно свести к двум основным типам: 1° Разложение на б олее просты е вещества и эле- менты или разрушение непрочной молекулы непременно эндо- термического соединения (5); таковы: разложение ацетилена, сернистого азота, озона и др. Этот тип реакций чрезвычайно прост, но встречается редко. 2° Горение или соединен негорючих тел с веще- ' ствами, способными поддерживать горение; типич- ным для'этих реакций является соединение кислорода, главного , окислительного агента1, с горючими элементами Н, С, S и др. Взрывчатые" вещества, действие которых основано на этой ' реакции, наиболее многочисленны и получили наиболее широкое применение. Галоиды, сера, даже азот также принадлежат к числу ве- .- ществ, способных поддерживать горение таких элементов, как - водород или металлы, т. е. элементов электроположительных. . Эти реакции по характеру своему часто сходны с горением сме- > сей, содержащих кислород; примером их может служить дето- : нация смеси (H-f- Cl). J Горение, вообще говоря,' связано с разрушением более или j менее сложных молекул, обладающих меньшим химическим срод- ством, чем продукты реакции (при этом выделяется тепло). Впрочем, разлагающаяся химическая система сама может быть эндотермическим соединением, распадающимся по первому типу реакций, но элементы ее распада в свободном состоянии могут оказаться способными к образованию новых соединений с выде- Гением тепла. Примером реакции такого типа может служить разложение гремучей ртути (323). Известно, что сложные органические молекулы часто содер- жат в конденсированном виде элементы, необходимые для горе- пня (С,' Н, О); поэтому они очень часто используются для при- готовления взрывчатых веществ, fe- 3 1 Об активности кислорода см. Nern stKChimie gdndrale, II, 284.
ВЗРЫВНЫЕ РЕАКЦИИ 37 Кроме того во многих азотистых органических соединениях связь между азотом и кислородом слабее сродства последнего \ к углероду или водороду. Вследствие этого разложение таких соединений происходит легко с образованием большого количе-' ства газов; азот при этом выделяется в свободном состоянии' в виде постоянного газа по крайней мере в наиболее характер- ных случаях. Если к этому добавить, что азот сам по себе.не имеет токсических или удушливых свойств, и принять во вни- мание сравнительную легкость производства большинства азо- тистых соединений, которая позволяет получать их в промыш- ленных размерах со сравнительно низкой их себестоимостью, то станет понятным особый интерес, проявляемый к этим соедине- ниям промышленностью взрывчатых веществ. В дальнейшем мы ограничимся изучением реакций взрыв- ного разложения наиболее употребительных типов взрыв- чатых веществ, т. е. веществ, построенных на базе окисления горючих элементов кислородом. Каждое взрывчатое вещество может разлагаться по различ- ным уравнениям в зависимости от характера распада. Если оно содержит подобно нитроглицерину больше кисло- рода, чем требуется для полного сгорания, реакцию можно пред- сказать довольно точно. Напротив, когда кислорода нехватает (пикриновая кислота, пироксилин и др.), часть углерода и водо- рода остается в свободном состоянии или окисляется неполно- стью, причем равновесие, устанавливающееся между продуктами разложения, существенно зависит от' условий, в которых осуще- ствляется эта реакция. В условиях практического применения возможны два типа разложения: 1° Полная детонация под действием капсюля-детонатора. 2° Неполная детонация вследствие слабого капсюля, плохгуй забойки или другой какой-либо причины. В последнем случае взрывчатое вещество разлагается, не давая надлежащего эффекта. Сарро (Sarrau) и Вьель (Vieille) произвели в 1894 г.1 сравнительное исследование продуктов раз- ложения наиболее употребительных взрывчатых веществ. Они установили, что в случае пироксилина разложение при неполной детонации аналогично сгоранию при давлениях, близких к атмо- сферному. Работая с тем же взрывчатым веществом, они нашли, что детонация в бомбе под действием капсюля-детонатора выра- "жается тем же уравнением, что и простое горение при высоких плотностях заряжания. - Это наблюдение крайне важно для экспериментаторов, так ;как детонация часто сопровождается местным разрушением при- ^меняемых для опытов аппаратов, в то время как ее можно за- 1 Sarrau et Vieille, Mem. des poudres, 2.
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 38 менить простым сжиганием, при соответствующих мерах’ предо- сторожности довольно безопасным для аппаратуры. Рассмотрим эти явления более подробно. /° Детонация в постоянном объеме и горение при высоких давлениях ' 19. Взрывчатые вещества с полным сгоранием1. Для взрыв- чатых органических азотистых соединений или смесей их, обла- дающих количеством кислорода, достаточным для полного горе- ния, можно представить реакцию в общем виде, если при- нять образование исключительно таких продук- тов, которые выделяют наибольшее количество тепла. Пусть CoHbOcNd — некоторое взрывчатое вещество с избыт- ком горючего (С + Н), a CaH^OyNb—с избытком кислорода, и пусть требуется найти соотношение т второго и первого продук- тов в смеси, обладающей как раз достаточным количеством кис- лорода для полного сгорания: * Со Нь Ос Nd -|-'/л Са Нд Оу Nd • Образование СО2 и Н2О требует количества кислорода, выра- жающегося уравнением | . с 4- ту = 2 (а + та) + - (й 4- тр)> 2а 4- — с | т <= —- ; 7-|-2а реакция при этом пойдет по уравнению CaHbOcNd 4- т CaH^OyNd = (а 4- та) СО, 4- -L (6 4- m₽)H,0 + 1 + 7Г (rf + w5)N,. Если на практике приготовляют другую смесь, в которой вместо т молекул второго вещества берут т', то при т' > т выделяется свободный кислород, и наоборот, когда tn' < tn, смесь ' приме?361 „полностью» и предыдущая формула оказывается не- • , Легко заметить, что при принятии изложенной выше гипо-' зы числитель и знаменатель отношения т должны быть всегда положительными. |{ случае отдельного взрывчатого соединения, обладающего личеством кислорода, достаточным для полного горения, коэ- 1 Т?---------------------------‘А/---------------------------------—А °arrau, ТЬёопе desexptosifs.^L^-\t^»AW .,?,>• "Г-ЧН' . -’-«t-v
ВЗРЫВНЫЕ РЕАКЦИИ зд ' фициенты а, Ь, с и d, в предыдущем уравнении равны нулю и тогда . ' * у>-^-4-2а. Взрывчатое разложение нитроглицерина по достижении мак- симального давления и до сгущения воды представится очевидно I ‘ в следующем виде: 2C3HEO3(NO2)8 = 6СО, + 5Н2О 4- 3N2 1/»О». Ч; Черный порох состава: 84 ч. селитры, 8 ч. серы и 8 ч. угля даст также полное горение по уравнению 10KN03 + 3S + 8С = 3K2SO4 + 6СО2 + 5N2 + 2К2СО8. Опыт подтверждает предложенные выше уравнения горения- В частности практически найденный объем газообразных про- дуктов разложения нитроглицерина отличается от теоретически вычисленного менее чем на 0,5%. Нельзя однако с полной уверенностью считать уравнение полного сгорания отвечающим действительности лишь на том " основании, что взрывчатое вещество обладает избытком кисло- рода. Это было бы равносильно допущению, что диссоциация молекул СО2 и Н2О при температуре и давлении взрыва прак- тически незначительна. Наш опыт и основанные на нем теоретические расчеты пока- зывают, что чем больше давление, тем слабее диссоциация (ван’т- Гофф и Лешателье); обратно, чем выше температура, тем силь- нее диссоциация. Давление и температура действуют в обратных друг другу направлениях. Эти общие соображения можно дополнить следующими коли- чественными данными: (а) Диссоциация воды крайне мала и ею можно пренебречь при вычислениях взрывных реакций, даже при умеренных дав- лениях (р> 1000 кг/см2). (Ь) Диссоциация СО2, напротив, значительна при температурах выше 3000° даже для давлений порядка 80000 кг/см2. Так, нитроглицерин, температура детонации которого около 3900° и соответственное давление около 80 —100 ni]cM2, должен давать в результате диссоциации в зоне, следующей непосред- [ ственно за взрывной волной, около 7% окиси углерода и сво- бодного кислорода (по отношению к СО2). В соответствующих условиях присутствие окиси углерода f • можно обнаружить экспериментально (27). При низких плотностях заряжания, когда максимальное дав- pfC, ление взрыва не превышает 1000 кг[см2, содержание окиси угле- 'Шш<Р°Да следует удвоить. ?ч Явление диссоциации часто маскируется тем, что окись угле- 3^$.. рода, сгорает, в период охлаждения газов. Этим именно и объяс- - ’ ’4-7 ‘ •
__--~— СТАТИКА ВЗР11ВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ; —-— ----------------------------:------------------------ яется сделанное выше указание, что опыт подтверждает урав- , .. Н„ние полного горения нитроглицерина, хотя это и относится • Н составу продуктов взрыва «спустя довольно значительное к„емя после достижения максимального давления». D Но если сразу же после максимального давления очень быстро охладить газообразные продукты взрыва, то можно довести их по температуры, при которой скорость сгорания окиси углерода практически окажется ранной нулю. При таком охлаждении в газах останется большая, часть окиси углерода, образовавшаяся вследствие диссоциации СО2 (27). Итак, даже в случае взрывчатых веществ с избыточным кис-, дородным балансом, в момент максимального давления могут существовать одновременно окись углерода , и свободный кисло-- род. Для того чтобы можно было пренебречь диссоциацией СОа, необходимо, чтобы температура была ниже 3000°, а давление больше или равно 1С00 кг]см'1. В противном случае нужно рассчитывать так, как будто мы имеем дело с взрывчатым веществом, имеющим количество кисло- рода, недостаточное для полного горения. 20. Взрывчатые вещества с количеством кислорода, не ’ достаточным для полного горения. В этом случае задача зна- чительно сложнее. Действительно, эти системы обладают тем свойством, что в зависимости от внешних условий (давление и пр.) предел равно- весия в реакциях их разложения может перемещаться, да и самый состав продуктов взрыва может заметно изменяться. Замечательный пример такого рода системы был указан Бертло при изучении разложения аммиачной селитры. Это сое- динение разлагается по семи различным направлениям (170) в . зависимости от условий реакции. На основании эксперименталь- ного исследования он показал, что из этих реакций наиболее •взрывным характером обладает та, которая выделяет наиболь- шее количество тепла. Из опытов Сарро и Вьеля можно также вывести, что при повышении давления реакции изменяются в сторону наиболь- шего выделения тепла, не достигая однако никогда максимума. ' Так, для пироксилина эти исследователи путем анализа нашли РЯД уравнений разложения, заключающихся между двумя сле- дующими пределами: , CnH2s02o(N02) u = 16.5СО + 7,5COS + 4Н2 + Ю,5На0 + 5,5Na(+ 1118 kcal);^ C2»H2.O20(NOa)u = 13СО + 11СО2+ T.SH.-f-THjO +5,5N2(4-1140kcal). По мерс увеличения давления количества СО и СО2 стре- мятся только уравняться между собою, между тем как выделе- ие максимума тепла должно отвечать уравнению у ' ' •’.L-tв вСО + 18COt + 14,.5Н2 + 5,5N2 (4-1225 kcal). «•:
ВЗРЫВНЫЕ РЕАКЦИИ 41 — —-------------------------------------•----------------— Разница между двумя последними уравнениями в отношении выделяющейся теплоты, впрочем, не превышает 6,5%. Удельный же объем остается неизменным. Кроме ’того, начиная с давления в 2000 кг/см2, в газах нахо- дят небольшие количества метана, постепенно возрастающие по мере увеличения давления. Опыты с различными взрывчатыми веществами, произведен- ные как но Франции, так и в других странах, приводя г к одному общему заключению, что углерод окисляется легче водорода и тем больше, чем выше давление1. Далее согласно закону смещения химического равновесия2' увеличение давления должно способствовать развитию реакции, связанной с уменьшением объема газов, таким образом, что количества СО и Н2О понижаются, а количества СОг и СН4 повышаются. Одновременно происходит увеличение количества выделившегося тепла и следовательно повышение температуры- взрыва. Эго было твердо установлено Ноблем (Noble) и Абелем (Abel)3 для черного пороха, Сарро и Вьелем — для главнейших взрыв- чатых нитросоединений и опытами в Нейбабельсберге с раз- личными антигризутпыми взрывчатыми веществами (карбони- тами и т. д.)4. Таким образом направление изменения реакций можно считать установленным. Но можно ли в этом случае предсказать условия их равно- весия и написать уравнения разложения в общем виде, как для взрывчатых веществ, обладающих количеством кислорода, дос- таточным для полного горения. % Рассмотрим сначала пироксилин. Приведенные выше уравнения показывают, что молекулярные .концентрации газов колеблются в зависимости от плотности ^Заряжания в следующих пределах: СО . . .37 — 30% СО2 . . . 17 - 25% Н,. . . . 9 — 17% Н,0 . . . 24—16% N, . . .13-12% Далее при высоких давлениях и температурах появляется метан вследствие взаимодействия СО и Н2. Наконец диссоциация Н2О, СО2 и СО может привести к обра- зованию свободного кислорода и углерода. Опытные наблюдения и теоретические рассуждения относи- ;/тельно зависимости скоростей реакции от температуры (69 70> 1 Sarrau et Vieille, Equilibre chimlque des systemes gazeux homogfenes— des poudres, 2, 337. 4 Duhem, Thermodynamiqiie et chimie, 219 HNernst, loc. cit., II, 267. ’ Proc. Roy. Soc., London 1879. y;...* Z. g.’S. Schiess-u. Sprengstoffwesen, 4 (1906).
----- СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ , 4" ' — —Б ‘ ........ “ от концентрации реагирующих молекул дают нам право попустить, .что при высоких давлениях и температурах, имеющих место в явлениях взрыва, скорость реакций достаточно велика -для того, чтобы равновесие успевало установиться. Я равновесие это определяется следующими уравнениями: 1. равновесие реакции водяного газа: СО+Н2О<=>СО,+'Н,. II. Диссоциация воды: 2Н2О & 2Нг а- о2. III. Диссоциация углекислого газа: 2СО2 2СО + Ог- IV. Диссоциация окиси углерода: 2СО^С-рС02. V. Образование метана: со+зн2^сн4+ н2о. Для данного давления и температуры равновесие должно удовлетворить системе пяти уравнений, соответствующих пяти приведенным выше реакциям; неизвестными в них величинами, будут молекулярные концентрации компонентов в смеси, а извест-. ними — константы равновесия. Такая система уравнений вообще неудобна для вычисления, - кроме того константы равновесия не определены с достаточной точностью. Поэтому с чисто теоретической точки зрения инте- ресно привести общее уравнение равновесия в том виде, как -его дал Лешателье* 1; оно выражает закон диссоциации однород- ной газовой массы и составлено в предположенной точности законов Мариотта и Гей-Люссака: /jt, • , г ”1. с'п’1 L /V In Р-1- In------------я= const, 72 1 р'По.сПо с о Ч) где п0 и /i0' — число газовых молекул, вступающих в реакцию; «х и п/-— число газовых молекул, образующихся при реакции; . -с — молекулярная концентрация (объем того или другого газа в •единице объема смеси). Ниже (43) мы увидим однако, что при высоких давлениях закон Мариотта приходится заменять законом коволюма. С другой стороны, нужно еще иметь в виду, что закон изме- нения теплоты реакции (Z.) в зависимости от температуры (Т) неизвестен с требуемой точностью. 21. Взрывчатые вещества, полностью превращающиеся в : аа1*|. Вопрос однако упрощается, и приблизительный расчет опл- ывается возможным в том случае, когда взрывчатое вещество °лностыо превращается в газы, т. е. содержит достаточное —---—_________ 1 Introduction й la m6taiiurgle. — Le cliauffage Industrie! (1920).
ВЗРЫВНЫЕ РЕАКЦИИ 43 количество кислорода для сжигания всего углерода частью в СО, частью в СО2, и не дает твердых продуктов взрыва. Действи- тельно, из пяти приведенных равновесий главную роль играет равновесие водяного газа со + н2о # со, + н„ так как в обычных условиях взрыва диссоциация СО2, Н2О и СО крайне незначительна. Кроме того диссоциация этих газов в присутствии больших количеств окиси углерода и водорода, вообще говоря, должна свестись к минимуму и быть гораздо меньшей, чем диссоциация изолированных молекул Н2О и СО2 при тех же температурах и давлениях. Напротив, в смесях, бедных водородом Н2 и окисью углерода СО, диссоциация должна получить большее развитие. Вопрос об образовании метана мы разберем особо. Рассматривая основное равновесие процесса водяного газа, необходимо отметить, что оно происходит без изменения объема, а потому и не зависит от давления, а лишь от температуры, что значительно упрощает наше исследование. Напротив, степень диссоциации СОВ п НаО уменьшается с по- вышением давления, а процесс образования метана усиливается (закон ван’т Гоффа и Лешатслье). Зависимость константы равновесия водяного газа К от тем- пературы изучалась многочисленными исследователями и опре- делена с достаточной точностью, вплоть до температуры 3273°. Выразим молекулярные концентрации в газообразной смеси посредством парциальных давлений: ' Pi Ра Ра Ра - н,о со н, со, тогда/<, очевидно равно Ра • Ра ' . Зависимость К от температуры Т (абсолютной) выражается . по Лыоису и Рэндаллю уравнением 1пК= — О.0121П Т -0,975 • 10"s Т + 1.49 • 10"’ 7* + 0,12, а по Саундерсу уравнением L.' 1пК == — 0,11 In7 — 0,000689Т + 10,14 • 10"73 + 2,3; * Эти два выражения дают близко совпадающие значения для температур ниже 2 000°, Расхождение увеличивается с повыше- нием температуры, но даже при 4 000° разница не очень велика. >7 Согласие с опытными данными удовлетворительно в обоих /Случаях. . ЛА
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Окончательно можно принять, как наиболее вероятные, сле-Х дующис значения /<: г = 1000° 2 000° 2500° 3000° 3200° 3400° 3600° 3800° 4000" К = 0,63 4,43 6,2 8,1 9,2 10,3 11,7 13,4 15,4 22. Образование метана. Исследование равновесия соф »п,р1С114н-"аО показывает, что при высоких давлениях и большом.содержании СО и особенно-Н2 может образоваться метан. с. Однако повидимому в большинстве случаев количество его должно быть незначительным. Впрочем, сколько бы его ни было, работы многочисленных исследователей 1 показывают, что большая часть его, если не весь метан, содержащийся в продуктах горения порохов, обра- зуется в период охлаждения газов. Благодаря этому получает- ' объяснение наблюденный Вьелем факт, что содержание метана увеличивается с плотностью заряжания. То, что мы приписывали J давлению, можно объяснять и так: чем больше содержится газов в единице объема, тем дольше они охлаждаются и тем дольше соприкасаются между собой при температурах, благоприятствую- / щих образованию метана и СО2. Допустим, что .это положение справедливо. Тогда при расче- у тах температур взрыва, отвечающих полезному действию, т. е. максимуму давления, необходимо пренебрегать метаном, вводя соответствующую поправку на СО + Н2 и Н2О. 23. Влияние диссоциации. Диссоциация должна умень- шать теплоту реакции и следовательно понижать температуру взрыва, так как продукты взрыва всегда носят экзотермический характер (за исключением окиси азота); поэтому теорети- чески вычисленные температуры взрыва па осно- вании реакций, установленных по данным анализа, всегда пес- к о л ь к о п о в ы ш е н ы. >. С другой стороны, теоретические расчеты показывают, что, ;;' удельный объем газов вследствие диссоциации увеличивается, а их > действительный объем с понижением температуры, наоборот, уменьшается, так что с точки зрения силы оба эти фактора • Действуют в противоположном направлении. В ре- зультате явление диссоциации имеет очень малое значение. Прекрасное совпадение экспериментальных данных с соответ- ствующими теоретическими вычислениями для некоторых взрыв- чатых веществ служит подтверждением этой гипотезы. В Других же случаях ошибка становится слишком большой,, ’ если пренебречь диссоциацией: например некоторые взрывчатые ещества дают в форме твердого остатка значительное количество нкарбонатов, которые не могут фактически существовать при Температуре взрыва. 1 Пойенберг (Poppenberg) в Германии и Мюраур (Muraour) во Франции.
ВЗРЫВНЫЕ РЕАКЦИИ 46 Поэтому в уравнении разложения бикарбонаты следует заме- нять соответствующими количествами их составных частей при высоких температурах, т. е. СО2, Н2О и карбонатов. Разница как в теплотах реакции, так и в объемах . газов может быть очень значительной. Так, анализ продуктов взрыва аятигризутного взрывчатого вещества—кар бон и та—дает 1 на 100 г его после охлаждения 53 л постоянных газов, 9,06 л водяных паров и 34,16 г бикарбонатов; приведя последние к карбонатам, получим 56,92 л постоянных газов и 13,52 л водяных паров, т. е. больше на 11%. Далее теплота, выделяющаяся на 1 а, по теоретическим вычис- лениям равна 690 cal (экспериментально 703 cal) при воде жид- кой и бикарбонате, при воде же парообразной и карбонатах 590 cal. Этот пример показывает, с какой осторожностью следует под- ходить к реакциям разложения, полученным путем анализа, и к экспериментальным калориметрическим данным, чтобы выводить из них теоретические характеристики взрывчатых веществ. Следует заметить, что явления диссоциации оказывают влия- ние и на ход изменения давления газообразных продуктов взрыва, что необходимо учесть особенно в порохах, когда полезный эф- фект достигается именно в период расширения газов. Само собой разумеется, что экзотермические соединения, образующиеся в период охлаждения газов, стремятся повысить температуру пос- ледних; нельзя поэтому изменение температуры газов во время расширения объяснять исключительно проделанной ими работой и внешними причинами потери тепла. 24. Уравнение горения (приближенное) взрывчатых веществ, полностью превращающихся в газы. Подобно тому как для взрыв- чатых веществ с количеством кислорода, достаточным для пол- ного горения, для взрывчатых веществ с недостаточным коли- чеством кислорода, но полностью превращающихся в газы, можно написать общие уравнения разложения, если пренебречь вторич- ными продуктами реакций, в частности метаном. Например в случае отдельного азотсодержащего взрывчатого вещества можно написать: CoHi,0cNd = xC02+>H10+zC0+<H1+ где а = х + г; b — 2у + 2t; с = 2х + у + z; откуда х = с_й_±+,; * ь г = 2а + ~—с — t. Неопределенным остается лишь значение t, зависящее от ус- ловий химического равновесия; то обстоятельство однако, что 1 Z. ges. Schiess-u. Sprengstoffwesen, 4 (1006).
-- СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ’ значения x,ynz должны быть положительными, позволяет опре- делить значение и этой величины. Л Это общее уравнение позволяет установить следующее поло- жение *.* •. . / I Общий объем газообразных продуктов взрыва /вода-пар) „я не зависит от характера разложения. ; ’ ’ \ Действительно, объем газов пропорционален сумме молекул, т. е. Щ — k(x + у 4-2 + 14- -у). . г У' Z к' - Заменив х, у, z их функциями от /, получим; ' i>o = k (а -п- 4- -д-), 4 z £ т. е. выражение, не зависящее от t. Этот результат следует считать лишь приближением,. выте- кающим из принятых нами гипотез. Такое постоянство объема должно противоречить кроме того закону смещения равновесия, , упомянутому выше (20). Однако даже с этой оговоркой это по- ложение представляет интерес с практической точки зрения, так как, если суммы теплот образования продуктов взрыва с коэфи- циентами,точноравнымих,у, z, и с приближенными величинами их Д мало отличаются друг от друга, то из этого” следует, что данные • теоретического расчета характеристик взрывчатого вещества ;, f нередко в малой степени зависят от принятой реакции разложе- : ния, несколько отличающейся от действительной. Особенно это - • относится к распределению кислорода между углеродом и во- 4 дородом. g Этот'метод расчета можно легко распространить и на более \ сложные взрывчатые смеси — органические или неорганические. , 25. Взрывчатые вещества, выделяющие при разложении твердый углерод. Существует целая группа взрывчатых веществ . преимущественно военного назначения, чрезвычайно богатых уг- .,? леродом и бедных кислородом (мелинит, тротил, ксилил и т. д.), дающих при любой реакции разложения большое количество твердого углерода. Чтобы написать уравнение их разложения, необходимо к уравнению равновесия водяного газа присоединить еще два уравнения равновесия: С4-СОаг>2СО; С4-2На^СН4. Койстанты этих равновесий по Саундерсу равны и р%(бо) . у- даз- »> 5 l sarrau, loc. clt, 69. * ’’ л
ВЗРЫВНЫЕ РЕАКЦИИ 4Г где 8075 In К = — —- 4- 2,10 In T — 0,000972 T 4- 0,09 • 10-e T’4- 3,8; K— >31 2Ha’ (2> In К = - Д 4.1,75 in T 4- 0,000630 T — 0,7; где углерод принят в аморфном состоянии. При высоких температурах взрыва углерод находится в виде графита, и потому константа К определяется уравнением Ш К «= — 1,75 In Т 4- 0,000630 Т - 0,7. Вычисленные по этим уравнениям константы равновесия хоро- шо согласуются с экспериментальными определениями, произве- денными, к сожалению, в сравнительно узких пределах. 26. Черные пороха. Теоретическому расчету уравнения горения, черных порохов препятствует образование значительных масс твердых продуктов взрыва (карбонаты и‘сульфиды щелочей). Но многочисленные опыты, проделанные главным образом Ноблем и Абелем1,установили, что природа продуктов взрыва в изученных: условиях опыта не изменяется, каково бы ни было соотношение компонентов; меняется лишь пропорция продуктов взрыва. Давление остается все время фактором, оказывающим наи- большее влияние на реакцию горения порохов; чем выше при. этом давление, тем легче получить правильные результаты 2. По мере повышения давления наблюдается закономерное умень- шение объема 3 газов, но даже при девятикратном увеличении давления объем изменяется все же не более, чем на 3,5%. Можно впрочем допустить, что в черных порохах происходит- одновременно несколько различных реакций вследствие неодно- родности смесей, полученных чисто механическим путем, и вслед- ствие неравномерности охлаждения, скорость которого не поз- воляет достигнуть пределов равновесия. И все-таки, не пред- ставляется необходимым и нет никакого фактического основания к тому, чтобы строить подобно Бертло сложные гипотезы о ряде одновременных химических реакций, развивающихся в различной степени, чтобы объяснить различные реакции, установленные на основании результатов непосредственных анализов. Бертло 4 объ- ясняет результаты опытов Нобля и Абеля наличием следующих, пяти одновременно протекающих реакций: 2KNO3 + S + зс = K2S + ЗСО2 4- N2; 2KNO3 + 2,5С = К2СО, + 1.5СО, 4- N,; 2 KN О., 4- ЗС = К2СО„ 4- СО, + СО 4- N,; 2KNO, 4-S 4- 2С = К. SO4 4- 2СО 4- N2; _________________2KNO3 4- S 4- С = К2 SO4 4- СО2 4- N,.__________ 1 loc. cit. * S ar ran, loc. cit., 58. a Tableaux d’analyse, Мёт. deS poudres, 1, 248. 4 Berthelot, loc. cit., 11, 294.
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 4Л- Комбинируя эти уравнения соответствующим образом, можно' педставить довольно точно различные результаты .анализа, на-; пример следующее уравнение Дебю (Debus) х: : tCKNOj 4~ 21С 4" 7S — 13СО2 4- ЗСО 4" 5К2СО8 4~ K2SO2 4- 2K2S8 4- 8N2 ' /многосернистый K2S3 образуется вследствие избытка серы). % ' ' такой способ объяснения реакции следует признать скорее искус-.'1 ственныи представлением, чем химически обоснованной теорией. Эти реакции установлены в ’пренебрежении побочными про-,-, пуктами, — теми, которые получаются в результате горения уг- леводов, содержащихся в древесном угле. Более подробно горение черного пороха будет рассмотрено в< главе, посвященной целиком этому пороху (ч. 4. гл. III). '£ 2° Детонация с внезапным расширением. Неполная детонация и сгорание при слабых давлениях 27. Если детонация, возбужденная мощным детонатором, нап-; ример капсюлем с гремучей ртутью (414), происходит с внезап-. «ым расширением газов, то даже во взрывчатых веществах с избытком кислорода наблюдается неполное сгорание. Наряду со свободным кислородом находится окись углерода и водород. Содержание продуктов неполного горения зависит от природы взрывчатого веществами от скорости, с какой про- исходит расширение газов после полного разложения взрывча-: того вещества. Это подтверждается следующими опытными дан- ными 2, наиболее удачными из наших наблюдений. В приведен-; ной ниже таблице даются молекулярные концентрации (в объем- ных процентах) газообразных продуктов взрыва. * Взрывчатое веще- ство Иници- ирующее вещество Избыток кислорода в % от горючей части взрывчатого вещества Xapai неполный взрыв (камуфлет) в мягкой почве тер взрыва в пустоте или при атм. давл. 8 со н2 со Н2 Нитроглицерин (дин. № |) . . Желатин-динамит В Желатин-динамит А . Н,С \ Гремучая ртуть 19,5 16,9 . ; 0 л-. 0 3,5 ' 5,5 5,5 ; — 11,7 10,44 9,7 2,11 1,72 6,3 Berthelot, loc clt., И, 203. ot’ Etude de i’dquatlon du maximum.—Archives de la Commission des - UDStsances explosives. • сосуде с ЮОО-кратным объемом по отношению к начальному объему. ’ - »:• • - г * Р *'” . • - ’ • * ;л. *« -V » . • •'*" * •’ Z -- ' *х- ; лл*-:
* ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 49 Повидимому за полным разложением молекул, вызванным взрывной волной (78), следуют реакции горения, более или менее полного в зависимости от длительности соприкосновения реагирующих молекул под влиянием давления. Чем дольше дер- жится давление, тем больше эти реакции имеют времени для своего окончания. Мы уже приводили (22) аналогичное объяснение для образо- вания метана в период охлаждения. Это объяснение впрочем вытекает из более общего закона инерции. В неполных взрывах, имеющих место при слабом капсюле, разложение молекул несовершенно. В этих условиях азотсодер- жащие взрывчатые вещества дают бурые окислы азота. Присут- ствие последних вообще служит признаком неполного взрыв- ного разложения. Здесь мы имеем любопытное отклонение от закона максималь- ной работы, так как образование NO из элементов носит эндо- термический характер. Анализ газообразных продуктов разложения нитроглицерина и пироксилина (19-20) при давлении, близком к атмосферному, дал следующие результаты (Сарро и Вьель) (в %): Продукты разложения Нитроглицерин Пироксилин NO СО СО Н2 сн4 48,18 35,86 12,72 1,59 1,29 9,27 24,68 42,94 18,39 7,9 5,81 1,28 повидимому дают и неполные Аналогичные результаты взрывы. Между прочим при медленном разложении пироксилина (ч. 3) в продуктах реакции находят и некоторое количество NO1 и кроме того твердый содержащий азот остаток, но там мы не имеем взрывной реакции. Нельзя также приравнивать к взрывной реакции медленное разложение (вспышку) толстых пироксилиновых порохов в полу- замкнутом пространстве, идущее с обильным образованием бурых паров. § 3. ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 28. Главные характеристики взрывчатых веществ следующие:- 1° Теплота, выделяющаяся при взрыве, и потенциальная энер- гия. 1 Сапожников, Разложение нитроклетчатки, Mem. des poudres, 74, 42. v Пороха и взрывч. вещества. 4 .л
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 2° Температура взрыва. , 30 Объем газов. Из них выводятся: давление в бомбе, сила и ков о л ю м. j а. Вычисление теплот горения или взрыва ' У 29. Зная теплоты образования взрывчатых веществ и теплоты ‘-^'4-. образования продуктов взрыва на основании изложенных уже.; '.' .] :> выше принципов, легко вычислить количество теплоты, выделяю- ?‘ | щейся при горении или взрыве. '• ' .. :Г: Пример. Вычислим теплоту взрыва нитроглицерина в бомбе, . I допустив, что продукты взрыва приведены в начальной темпе- :.'<г |; ратуре+15°. \ Уравнение разложения нитроглицерина (19) таково:; ;> ’ I 2С,Нб03 (NO8), = 6СО, + 5Н,0 + 8N. + 0,5О2. ' ; | 1 Сначала нужно вычислить теплоту взрыва при атмосферном ^* ? ? давлении по разности: . /Ж''-: ' й ' :• • я.' . 'Теплота образования 6СО2 ., 6Х 94 — 664 " i Й : '» .Теплота образования 5Н2О(ж) 5X69 = 345 ’. X, L ; .. Та Теплота образования нитрогли- ' 4л . нервна . ... .-.у.-. ... 2X98 = 196 .. <>... . Теплота взрыва (на2 молекулы) =909—196=713 kcal * откуда *'Й молекулярная теплота взрыва при постоянном давлении = 35б,5 kcal. • -Л К?Й-4>Число газообразных молекул в продуктах взрыва равно (счи-Н$?-> тая воду жидкой): • • -• - I < 1+1+^== 4,75. ‘ . • I 5 На каждую молекулу газа затрачивается работа давления,^.. I. эквивалентная 0,57 kcal (15), следовательно молекулярная теплота^,; г | взрыва при постоянном объеме равна 358,93 kcal, так как ’ * •. 356,5 + 0,57 X 4,75 = 356,5 -f- 2,43 = 358,93 kcal.” _ ? | Теплота взрыва при постоянном объеме Q на 1 кг нитрогли-.?<г_ Церина равна . - • ‘ Д?--? Q = 358,93 X = 1580 kcal. £^о 7 30. Определение теплот образования взрывчатых веществ.-й определив в калориметрической бомбе теплоту взрыва нитро-, лицеринп, можно обратным вычислением найти теплоту его оРДзования. Так поступал Бертло. При определении этой характеристики взрывчатого вещества Рро и Вьель 1 нашли теплоту взрыва 1 кг нитроглицерина.i Р вной 1600 cal, следовательно молекулярная теплота образова- > ‘.Sarrau et Vieille, C. n, 43, 269., '
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 61 ния его должна быть равна 94,5 cal. Бертло1 на основании опы- * тов Лугинина получил 98 cal. Расхождение невелико, если учесть экспериментальные труд- ности таких определений. Описание их мы приводим ниже (47). 31. Потенциальная энергия взрывчатых веществ. Согласно, принятым гипотезам максимум работы, который может произ- вести единица веса взрывчатого вещества, равен механическому эквиваленту потери тепловой энергии системы, т. е. эквиваленту теплоты взрыва при постоянном объеме: P — EQ (f = 427). По аналогии с термодинамическим потенциалом системы (И)- эту характеристику называют потенциалом, или потенциаль- ной энергией, взрывчатого вещества*, это—та максималь- ная работа, которую мог бы теоретически произвести 1 кг взрыв- чатого вещества, если бы вся тепловая энергия могла быть пре- вращена в работу, например при совершенном адиабатическом расширении газов до давления, равного нулю. Теплоту, взрыва Q часто называют тепловым потенциа- лом взрывчатого вещества. Впрочем для сравнения взрывчатых веществ достаточно поль- зоваться одним из этих потенциалов. Удобства ради обычно пользуются величиной Q. Взрывчатое вещество Теплота взрыва kcal Потен- циал (лгг/л) Нитроглицерин .... 1590 677 Пироксилин 1073 457 Пикриновая кислота . . 767 319 Аммиачная селитра . . . 617 263 Гремучая ртуть .... 407 175 взрыва вычислить давление ' /7. Вычисление температуры. 32. Для того чтобы иметь возможность газов, развиваемое в момент взрыва, необходимо знать темпера- туру, до которой они нагреты. Знание этой характеристики важно и с точки зрения опреде- ления безопасности взрывчатого вещества в рудниках, содержа- щих газы (137). Ввиду отсутствия удовлетворительных методов непосредствен- ного измерения температуры взрыва приходится ограничиваться 'теоретическим вычислением ее. Ниже мы подвергнем критике , эти расчеты с практической точки зрения. . . Вычисление температуры основано на общей термохимической зависимости, связывающей изменение температуры t 'системы, <7^ ^'Berthelot, loc. cit, II, 24. 4* йй:
• — СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ /-у. •- к ядаюшей массой М, с изменением ее тепловой энергии вслед- ствие теплоемкости. х Удельные т,еплоты газов 33. Определения. Известно, что состояние массы какого-либо газа определяется функцией / (р, V, Й = о от давления, объема и температуры. Пусть объем газа v остается постоянным, а температура его / t изменяется на At. Для этого надо сообщить единице массы газа некоторое количество теплоты Aq (тем меньшее, чем мень- ше At), стремящееся .к нулю вместе с At. Отношение ^стремится к пределу ^ = с„, когда At стремится к 0, и можно написать: dqx — ctdl. Этот предел с„ называется истинной у дельной тепло- той газа при постоянном объеме. Точно так же при переменных v и t, но при постоянном да- влении получим где с,, —истинная удельная теплота газа при по- стоянном давлении. Обе удельных теплоты ср и с„ не независимы друг от друга и в термодинамике устанавливается определенная зависимость между ними, которую мы опускаем. Рассмотрим лишь то, что’ непосредственно относится к газам, сильно нагретым и сжа- тым,—зависимость с„ и ср от температуры и давления. - 34. Изменение удельных теплот с давлением. Из всех ура- внений состояния / (A v, f) = О . более всего пригодно по нашему мнению для’выражения равно- весия газообразных продуктов взрыва уравнение ван-дер-Ваальса- Клаузиуса: RT f(T) ? V — a (y + fl)*' Сочетая это уравнение с уравнениями для термодйнамического отенциала, внутренней энергии и удельных теплот, получим: . тт) _ Где Г" пой 7- ’Г*'°Рая производная от/; гр— функция одной перемеи- tp —ее ВТОрая производная. fip — с» + R • t. ДТ) v-a 1» R .2/ (v-a)*.,< RT‘(v + W
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 53 1° Если f равно нулю (уравнение Клаузиуса без второго члена правой части), то ► с^-Т^Т), т. е. с„ зависит только от температуры; то же самое мы имеем и для ср, причем ср — с, + R или Ср — сс~ R — const. Пусть w—молекулярный вес в системе единиц литр-килограмм, тогда ш Ср — <» с, = 2. 2° Если f—постоянная (уравнение ван-дер-Ваальса), то т. е. cv зависит только от Т. Но ср зависит от v, а следовательно и от р. 3° Если / зависит от Т и первая производная ее /' = const, следовательно вторая производная f=o, то с, не зависит от р. Но ср зависит от давления.. 4° Наконец если f" ф 0, имеем уравнение Клаузиуса-Сарро причем ни ни с. не зависят от v. значит и от р. r f(T) Следует однако констатировать, что выражением^—- пра- ктически можно пренебречь, когда речь идет о применении ура- внения ван-дер-Ваальса-Клаузиуса к взрывным реакциям. От теоретического расчета требуется однако указание поряд- ка изменения удельных теплот в зависимости от давления, ко- торым мы считаем возможным пренебречь. Расчет показывает, что для температур выше 2000° это изменение крайне мало даже при давле- нии в 2 000 кг!см?. Поэтому им вполне можно пренебречь в при- менении к взрывчатым веществам, тем более, что неточности опре- деления теплоемкостей сами по себе более высокого порядка. Укажем еще, что это влияние давления было эксперименталь- но изучено Реньо (Regnault)1 для слабых давлений, а также Голь- борном (Holborn) и Люссана (Lussana) для давлений, не превы- шающих однако 50 кг{см*. 35. Влияние температуры на удельные теплоты. Удельные теплоты газов медленно растут с температурой. Изменение это выражается линейной функцией лишь в узких пределах. 1 R е g n a u 11, С. г., 26, 205 (1862).
--‘----- СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ--------------------, Ч —------------------------------------------------------—- : ь"~ Добавим к этому, что экспериментальное определение зави- имости удельных теплот газов от температуры относится к числу с чень тонких работ как в отношении самих опытов, так и в от- ношении обработки полученных данных. ” Поэтому зависимость, эту выражают в виде, эмпирической функции. с-а+.ьТ-\-сТг+..., количество членов которой зависит от количества опытных опре- делений, которые хотят выразить аналитически. - Отсюда следует: 71 71- . .... ?= cdt= J (a+/>T'-}-cT2 + v-)rft..“ / То То ' ' • .> ? Ь тс : ' = а (Т1 - То) + (Тх« - То2)+ £ (Т/ -То«)+.. , (1) £ " 1 4; |откуда. с (Т1«- Го») 3 Л-Т» >. ' Если fc . £ £ 36. Средние молекулярные теплоемкости. Средними теплоем- костями ср' и с/.называются отношения количества теплоты,необ- ходимого для нагревания единицы массы от температуры То до Г температуры Ти к повышению температуры 7\—То. Иными словами: L 9-=с’(Л-Г0), . . . (2) 1 37. Зависимость между истинной и средней теплоемкостями. ; Из уравнений (1) и (2) следует ' , 71- Q — J cdt == с (Тх То), 7о ,<r? * e' = a+|(Ti + To — Q (абс.), то,. с' = л+|г+£т« + /;.» .. . . . - • 2 -? п! Остановимся приближенно па первых двух членах выражений И с', тогда получим следующую зависимость: Приращение истинной теплоемкости для данного прираще- ния температуры, вдвое больше, чем приращение средней ^плоемкости. ни^' ^пределение параметров а, Ъ, с и т. д. Можно ли огра- посИТЬСЯ ДВУМЯ первыми членами выражения теплоемкости? Так 111>1рТУпили Малляр (Mallard), Лешателье и Сарро, наиболее круп- ПНССлеД°ватели этого вопроса во Франции. и0 Реимущество линейного выражения помимо наиболее удач-' Вы ПеРвого приближения заключается в сильном упрощении СЛения температуры взрыва (40). Впрочем оно было принято
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 55 в то время, когда определение теплоемкостей было еще недо- статочно точным1 и .введение третьего члена казалось излишним. Вначале эти исследования были тесно связаны с проблемой безопасности взрывчатых веществ в газоопасных рудниках2. Малляр и Лешателье установили теоретически и эксперимен- тально, что расширение газов после взрыва может охладить их настолько, что они не в состоянии будут воспламенить руднич- ный газ (только в случае детонирующих взрывчатых веществ, а не сгорающих подобно порохам). Для вычисления температуры после спада давления необхо- димо однако знать начальную температуру взрыва. Малляр ре- шил применить для вычисления формулу ван-дер-Ваальса или измененную Сарро. Он нашел, что при высоких температурах • один из членов формулы стремится к нулю, и тогда общее урав- нение газов сливается с уравнением Абеля для взрывчатых веществ, что позволяет вычислять температуру в бомбе на осно- вании давления, а отсюда и удельные теплоты. < Идя обратно, Малляр на основании полученных удельных \теплот вычислил давление нескольких взрывчатых веществ и сравнил его с результатами непосредственного измерения. Для •' сгорающих полностью взрывчатых веществ схождение было весь- ма удовлетворительное, несколько хуже совпали результаты £:.в случае взрывчатых веществ с недостатком кислорода. Малляром и Лешателье предложены были следующие значе- ния для граммолекулярных теплоемкостей (в g cal) газов: Газы a V. b Одноатомные (Hg) . . . Двухатомные (H2, N2, O2 3,0 — CO, NO, HCi) . • . . Многоатомные (H2O, SO2, 4,8 0,0006 CHJ 5,61 0,0033 CO2 6,26 0,0037 Эти теплоемкости были тотчас же приняты в Англии для всех расчетов, касающихся взрывчатых веществ. Во Франции Сарро пытался найти новые формулы, исходя только из данных по взрывчатым веществам. Взяв некоторое количество взрывчатых веществ разного состава, дающих следовательно различные смеси газов,. он на основе давлений взрыва составил ряд урав- нений, куда входили массы газов и их удельные теплоты; таким образом он получил значения, близкие к предыдущим, но не- сколько -пониженные для постоянных газов и несколько повы- 1 Mallard et L е С h a t е 11 е г, С. г., 43 (1881); Ann. des mines, 3 serie, 4, . J(1883). s (,e C h a t ё И e r, Archives de la Commission des substances explosives (etude n° 340). . . .:i
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ иенные для углекислого газа. Ниже в таблице приведены дан- ные, полученные Сарро. Газы. а 7» ь Одноатомные Двухатомные (Н2, N2,02, 3,0 — СО) • Многоатомные (H,0,S02, 4,8 0,001 СО2) • 6,2 0,0025 СН4 7,5 — Метод Сарро встречает следующие возражения: 1° Решение системы уравнений, отвечающей газовым смесям, близким по своему составу, неизбежно влечет за собой слишком большую неопределенность в отношении каждого отдельного результата. Только среднее' значение гарантирует достаточную точность. 2° С другой стороны, анализ продуктов взрыва взрывчатых ве- : ществ с недостатком кислорода ни в коем случае не даетдействи- тельното состава смеси в момент взрыва, так как равновесие сме- щается в период охлаждения. Благодаря этому неправильно опре- деляются теплоты реакции, а следовательно и удельные теплоты. В течение 25 лет рассмотрение вопроса об удельных теплотах газов при высоких температурах не продвинулось почт*и ни на ' шаг. Но в последние 10 лет исследования Порохового управле- ния во Франции1 привели к значительному изменению значений давления взрыва, определяемого крешерным методом (56-64) для взрывчатых веществ, и эти значения послужили основанием для • пересмотра удельных теплот, определенных в свое время Малля- 7 ром и Лешателье. В это же время были поставлены новые опыты в Германии it CT/P^nR*)> Нерпст (Nernst), Пир (Pier), Бьсррум (Bicrrnm), воль (Wohl), Нейман (Neumann), Эйкен (Eucken)]; в Англии |Дпк- гпН хоп)* Кемпбелл (Campbell) и Паркер (Parker), Партингтон ;• (Partington), Шиллинг (Shilling), Саундерс (Saunders)]; в Соеди- ионных штатах [Вебстер (Wflbster), Ларсон (Ьагвоп) и Добж (Dobgc), гьюис (Lewis) и Рэпдаль (Randall)]; в Японии [Ямага (Yamaga)]. ущсстиуст уже большая литература по этому вопросу. Мы не обираемся здесь делать обзор всех этих исследований и приве- м лишь, Их основные результаты. пы считаем, что настоящее состояние этого вопроса таково. даютДеЛЬНЫе теплоты» полученные Малляром и Лешателье, нуж- в30ыкЯ 8 изменениях в области высоких температур и-давлений- к ели!3* Э™ Удельные теплоты слишком велики и приводят • —__ Ц|{°м низким значениями.температуры2. s н'1!10/!’ des Padres, 20, 255. . - •. *-е С h a t е 11 е г, С. г., J79, 968; В u г 1 о t, ibid., 179. ... ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 57 Теплоемкости Сарро страдают тем же недостатком, хотя и в меньшей степени. В настоящее время, нет еще бесспорной формулы, и этим объясняется то, что литература последних лет наводнена анали- тическими выражениями для удельных теплот. Рис. 1. Средние молекулярные теплоемкости при постоян- ном объеме между 0° и 1° по Нернсту и Волю (N. & ГУ.), Малляру (М.), Лешателье (Le-Ch.), Сарро (S.), Пиру (Р.), >• Бьеррум (Bj.), Вьелю (V.) и Бертло (В.). «4
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ . ; ” _______ / -------------------------------- ;.--„ На рис. 1 (диаграмма, см. стр. 57) изображены удельные те- плоты, полученные по различным формулам. Здесь наглядно видны; > .расхождения в результатах, особенно для газов СО2 й Н2О. Для двухатомных газов многочисленные исследователи допу- Y?? скают подобно Мдлляру, Лешателье и Вьелю1 идентичность их удельных теплот. Сделать выбор из этих формул крайне трудно. • Мы увидим ниже (54), что измерение давления в бомбе в со- четании с несколькими общепринятыми гипотезами может слу- жить достаточным основанием для практических целей, т. е. для * ; нахождения значений с\, на основании которых можно вычислить ? давление и силу, согласующиеся с опытными данными. Так обстоит дело например с удельными теплотами Пира, Бьеррума, Неймана2 и Каста. Данные, последнего согласуются с работами Гольборна, Геннинга (Houning), Пира и Бьеррума. Приведем теплоемкости, найденные последними авторами для граммолекулярных количеств газов: . Газы а Двухатомные СО Н2О .". V- 4,8. •' 4,0..< 0,00022В 0,00029 . 0,00107 - '"К :г- 39. Удельные теплоты твердых тел. Для твердых тел при ни- г) 'мают, что с; и ср равны между собой и не зависят от давления и температуры, хотя последнее и не совсем точно для крайних .л пределов температур. , . Действительно, согласно теории Нернста, основанной на опыу-<* ных данных, теплоемкости должны быть равны нулю при абсо- лютном нуле и возрастать с температурой ; сначала быстро, заг^ф тем медленно.' . .. , Приведем 'значения а (в калориях на Траммолекулу), обще-"'-? принятые для твердых веществ, обычно встречающихся в про- j Дуктах взрыва. Вещество а Вещество- Вещество a КС1 NaCl K2S K2SO4 1 г . .1 12,89 ; 12,5 'Ч- 19,0 ’ 33,2 ' Na2SO.j£ Ksco»?' Na2CO,4- Si О, ' ' 32,4 •' 30,0 29,0 11,4 . _ AljOj ЗЭ-' .Cr2O2 KCN •' С (древ, уголь) <22,4 •*•29,0 10,5 •• 2,9 9 г., Об, 1218 (1883). 11 г а о u г, Metn.'des poudres, 23, 261?V
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В.59- Особо приведем теплоемкости нитроклетчатки, служащей -основой почти всех порохов, и клетчатки, входящей в состав многочисленный взрывчатых веществ. Принимая во внимание неопределенность их молекулярных формул, мы дадим их теплоемкости (в м. калориях) для 1г вещества: Древесина сухая....................................0,42* Клетчатка сухая...................0,371 Нитроклетчатка....................0,83 а Пирокнсилиновый порох ВМа сухой . . 0,27 3 . 40. Метод вычисления температур. Мы уже установили (35), что Q — чТх + — Tj2 + ... (70 = О). Lt Условимся отсчитывать температуры согласно практике по шкале Цельсия и примем Л = L Пусть кроме того А = X (пх <ох а); В — 27^лх “irrj > где — число молекул молекулярного веса п2—число моле- кул молекулярного веса соа и т. д.; а и Ъ — параметры теплоем- кости при постоянном объеме, отнесенной к единице веса. Тогда q можно представить в сжатой форме: q = At ф- Bt* + ... 1° Если ограничиться двумя первыми членами, то вычисление сводится к решению уравнения второй степени, один из корней- которого должен быть положительным, так что получается одно значение температуры, определяемой без затруднений. 55. 2° Если не хотят ограничиваться двумя первыми членами, ..проще всего поступать так. Находят сначала приближенное зна- чение, температуры ta, например по первому методу. Затем полагают- 5?^ 41~ Х(пшс') ’ где знаменатель равен сумме всех произведений, полученных путем умножения числа молекул п молекулярного веса со на среднюю теплоемкость с' (между 0 и 4°). Полученная таким образом температура отлйчается от . Расчет повторяют со средними молекулярными теплоемкостя- и между 0 и tx\ находят второе значение /,• 1 Recueil des constantes de la Socl6t6 de Physique. .'x По неопубликованным данным. ' * Определено. Преттром (Prettre) (Archives du Comltd Scientifique des poudres)»
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ £0 Если ti больше истинной температуры, то теплоемкости, ко- торыми пользовались для расчета t2, слишком высоки, и t2 полу- чается ниже истинной температуры. Если же 4 было ниже истин- кого значения, t2 получается слишком высокой. 3 Таким образом истинная температура заключается между и 7?-® / и на практике можно быстро найти интервал (п-н ), д<?- статочно малый, для того чтобы можно было написать 2 Примеры вычислений: 1° Определить температуру 3/*, ' взрыва нитроглицерина, разлагающегося по уравнению 2С3Н6О3 (N02)3 = 6СОа 4- 5НаО + 3Na + 0,5Оа. Пользуясь формулами/для теплоемкостей Малляра и Jleiiia- ^P телье, находим: ?-5/' А = Епа = 6 X 6,26 + 5 х 5,61 + (3 + 0,5) X 4,8 = 82,3; В = Еп |-= 6 X 0,0037 + 5 X 0,0033 + (3 + 0,5) Х0.0006 = 0,0408. X С другой стороны, мы определили теплоту взрыва нитрогли- ' > церина при постоянном объеме, равной 717 kcal на 2 граммоле- кулы (29). Но тогда мы принимали воду жидкой, что соответ- ствовало испытаниям в калориметрической бомбе. Здесь же нужно Л считать воду парообразной, так как мы рассматриваем систему ’Й при температуре взрыва.. Следовательно на каждую молекулу* - > -ч воды нужно вычесть 10,7 kcal. Получим : Q = 663 000 cal. Остается решить уравнение второй ‘степени (найти положи- тельный корень его) Bt* + At- Q == 0; я» получаем 2° Пусть имеется порох SD (на нелетучем растворителе), даю- щий следующие продукты взрыва, считая на 100 кг: и 282,0 СОг 4-2112,4 СО 4-721,4 Н2О+ 923,6 Н2 +475,2 N, Qt..o = 74 506 100 cat Согласно определению des exnfocit J^elso- Exploslvstoffe) нашел t = 3158°; Сарро (Sarrau, Th6orie *одит до nw 21 34C9°’ "Р,шяв ^ = 667 800 cal и A = 85, В = 0,031. Разница до- i /o‘ ; ' -л.
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТБОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 61 Воспользуемся средними молекулярными теплоемкостями при постоянном объеме между 0 и 7°, данными Нернстом и Волем* Возьмем ta = 2 300°, тогда СО2 ... 11,24 X 282 =3 169,7 СО... 6,13 X 2112,4 = 12 949,0 Н,О... 8,65X721,4 = 6 240,1 Н2 ... 5,59 X 923,6 = 5 162,9 N, ... 6,06 X 475,2 = 2 879,7 74 506 100 1 80 401,4 30 401,4 на основании чего Для 4 — 2450° найдем точно так же: * ; - СОа... 11,34 х 282 = 3 197,9 СО ... 6,18 X 2112,4 = 13 054,6 Следовательно HSO... 8,75 x 721,4 =6 312,3 Н2 ... 5,63 X 923,6 = 5 200,0 Na ... 6,10 х 475,2 = 2 898,7 74 506100 .„Г)О 1 30663,5 C<tv 30 668,5 Наконец для t2 = = 2430° получим: СО2... 11,33 X 282 = 3 195,1 СО ... 6,17 х 2112,4 = 13 033,5 Еп.с,’^ Н2О... 8,74 X 721,4 = 6 305,0 30 622,9 1 2 1 Н2 ... 5,62 X 923,6 = 5 190,6 N2 ... 6,10 X 475,2 =2 898,7 _ 74 506100, • ? 30 622,9 1 А /2 и t3 отличаются между собой только на 3°, так что можно остановиться на значении t = 2 430 +.2.4.33. 2431,5° — 2432°. 2 2 Наконец в абсолютных градусах Т= 2 432+273 = 2705°. 41. Итак, мы видим, что для теоретического вычисления тем- ператур необходимо точно знать теплоты образования, уравне- •>? ния разложения и молекулярные теплоемкости продуктов взрыва. >. Между тем мы не знаем ни законов изменения теплоемкос- тей в зависимости от температуры для многих веществ, ни '..действительного равновесия при температуре взрыва (при- нимая во внимание диссоциацию). Далее в системе могут происходить и другие изменения (кроме диссоциации), погло-
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ тот момент, когда £2 иа10щие тепло, например испарение твердых тел; порядок этихХ - потерь нам очевидно не известен. . J ' Это последнее явление (испарение твердых веществ) имеетХХ ест0 однако во’ многих случаях и им иногда даже специально чЩд пользуются для понижения температуры взрыва (добавка лету-^у' ' чих солей) очень важного ряда взрывчатых смесей (134). Из всего этого следует,, что вычисленная температура взры- X Da в большинстве случае» окажется лишь приближением, даю-. ' щим верхний предел истинной температуры. Изложенная нами . : .теория предполагает совершенный адиабатический характер X, . "взрывной реакции, что также в точности не соответствует дейст- •- вительности, несмотря на крайне большую скорость реакции. Наконец в тех случаях, когда температура ’газов играет боль- шую роль, т. е. при взрывах в присутствии рудничных газов, нужно-учитывать охлаждение, возникавшее вследствие частич- ного расширения тотчас же после взрыва—в--------------- — ~ газы только что приходят в соприкосновение с атмосферой. Несмотря на все эти замечания температура взрыва остается одной из важнейших характеристик взрывчатых веществ; с по- мощью ее можно подсчитать, как увидим ниже, давление в . бомбе. Так как давление можно определять непосредственно, то на основании его можно обратно вычислить соответствующую . температуру взрыва. Результаты 'этих вычислений дали возмож- ность в ряде случаев убедиться в том, что температуры, вычис- ленные обоими, способами, согласуются между собою с доста- ,. точной степенью приближения. у. Вычисление объема газов 42. Допустив, что все гйзы, приведенные к 0° и 760 мм дав ления, близки к.состоянию идеальных газов и имеют почти одинаковый молекулярный объем1 h = 22,41 л, . получим для удельного объема 'тазов .• vB = 2 nh = Irt • 22,41 л, пчп. л~число газовых молекул, выделенных единицей веса . взрывчатого вещества. д &. Вычисление давлений ХСХХ взрь^вч^аВЛение В замкнУТ0М сосуде, развиваемое при взрыве заРяжааТ°Г° вещества, в первую очередь зависит от плотности °бъем^,ИЯ Ы’ Т’ е' от отиошения веса заряда в килограммах к У сосуда v (бомбы, каморы орудия, щпура) в литрах 4.. Д «в Annuaire des longitudes, 456(1930)
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 63 Давление выражается в килограммах на кв. сантиметр. На практике плотность заряжания обычно такова, что давление достигает нескольких сот, а чаще всего нескольких тысяч кило- граммов на кв. сантиметр. В этих условиях законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака нельзя применить к равновесию газообразных продуктов взры- ва и, как мы уже говорили (34), здесь более всех пригодно уравнение ван-дер-Ваальса-Клаузиуса: RT /СП Р V — a (и-рР)2 Для функции f (7) предлагалось несколько выражений. Для углекислого газа Клаузиус на основании своих исследо- ваний предложил: f(T) (К = const). Что касается /?, а и /?, то все это тоже величины' постоян- ные; а носит название коволюма, R тождественна с постоян- ной идеальных газов. . Опыты Амага (Amagat), произведенные в температурном интервале от 15 до 100° и при давлениях в 30—430 KzjcM2, по- казали, что уравнение ван-дер-Ваальса-Клаузиуса довольно точ- но выражает сжимаемость исследуемых газов: Н,, N,, о., СО,, СНЯ, СаН„ Очевидно, что при постепенном уменьшении v до значения а первый член выражения RT и — а постепенно растет и стремится стать бесконечно большой вели- чиной. Второй член /(Т) сохраняет конечное значение, которое тем меньше, чём выше).' температура Т. Такие условия для высоких давлений и температур ветре- ' чаются именно во взрывных реакциях. Поэтому простой расчет '' на основе значений К, a, ft h JR, принятых Сарро, показывает, что сокращенная формула г__ Я? V— а с достаточной . степенью приближения выражает закон измене- ния давлений. Не следует упускать из виду, что это выражение, принося- щее большую пользу- во внутренней балистике, нельзя приме- нять за .пределами, оправдываемыми опытом, в частности к дав-
—----- СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 64_________________________——————— т--- ниям детонации, достигающим 80 —100 т/см2, когда величины Jh а приближаются друг к другу и значение v — а становится неопределенным. Заметим кстати, что выражение . отличается от уравнения постоянных газов лишь присутствием коволюма а. • Это понятие о коволюме и его применение к взрывчатым •- ' веществам было впервые введено в 1878 г. Сарро (на лекциях в Парижской пороховой школе). . Выражение (1) можно привести к виду, весьма удобному для экспериментатора. Примем следующие обозначения: v —объем бомбы; Уо —удельный объем газов При 0° и 760 мм давления, т. е. : объем одной весовой единицы газов при 0° и 760 мм; Л —плотность заряжания; s — отношение веса газообразных' продуктов взрыва к весу взрывчатого вещества; а' — объем твердых продуктов взрыва (при Т° и давлении р), отнесенный к единице веса взрывчатого вещества; •< Р —давление, отвечающее объему V, Ро—атмосферное давление; ’ < Т —температура (абсолютная). Обозначим затем сокращенно . PBVBT , , -Ф. ш ’ ai-«+«4 ниеД8 ПР°СТЬ,М преобразованием получим для давления вираже- И ч 4 е. формулу Абеля. ' * е. Сила и коволюм^. 44’ Теоретическая сила. Выражение еРп VBT СЯ -- и». „ ,• 273 взывается _ «теоретической силой» взрывчатого вещества.
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 65 Численно она совпадает с давлением, которое мог бы раз- вить 1 кг взрывчатого вещества в сосуде емкостью 1 л, если бы газы в этих условиях подчинялись законам Мариотта и Гей- Люссака. 45. Коволюм. Выражение а, = а' еа определяет собой коволюм взрывчатого вещества. Он зависит одновременно от объема а' негазообразных про- дуктов взрыва и от коволюма «газообразных продуктов его. В своей работе (1882 г.) Сарро показал, что для различных простых газов значение а заключается между следующими пре- делами: - . “ • 0,0008 Уо < а <0,0012 Vu, тай что можно с полным правом принять для расчетов взрывча- тых веществ х 1000 ’ т. е. что коволюм газа равен одной тысячной удельного объема. Г Даниель Бертло1 показал, что такое выражение для коволю- ма не имеет общего значения и применимо лишь к тем газам, - у которых отношение критической температуры к критическому давлению равно примерно 3,8: Это может быть проверено на ряде следующих газов H2,N2,CO,O„CH1,CO„NiO,HC1 и н,о. Сюда входят как раз те газы, которые обычно встречаются в продуктах взрыва? Структура их молекулы проста, и они сравнительно стойки при высоких температурах. Если же взять, наоборот, сложные органические соединения, молекула которых содержит большое число атомов, то по приз- наку, указанному Бертло, выражение для коволюма, данное Сарро, оказывается непригодным. Тс Так, отношение -г- равно для ”с . этилового спирта..... 8 этилового эфира . . ... 13 бензола.......• ... 12 нафталина..................19 Чтобы читатель имел представление о действительной вели- чине коволюма, небесполезно указать, что предыдущие утверж- » Berthelot, С. г., 130 (1900); 161 (1915). Пороха и вэрывч. вещества. 5
-—----- СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 66 ____-—-———------------------------------- -— енйя- не совместимы с аналитическим выражением усостояния'у газов, формулированным ван-дер-Ваальсом: ' (/>+ V~) (v-b) = RT. ' где JL. —внутреннее давление,.вызываемое притяжением моле-'”; куЛ ь = а = коволюму = учетверенному объему молекул. Это, уравнение можно переписать в приведенных величинах в таком где п—давление, v— объем и 0 — абсолютная температура, выра-. женные в единицах этих величин в критическом состоянии. В этих условиях, согласно кинетической теории газов, ково- люм имеет следующее значение: . R Тс ь = ——- . 8 рс • для того чтобы ’ ' . = 1 7 ____1_ 1 \ = 1000 \ к 273,09 / необходимо, чтобы 2,18: вместо 3,8.yq^.t>;; Вследствие этого едва ли даже нужно отмечать, что, исходя из этого выражения, можно было бы вычислить величину коволю- ма при абсолютном нуле, пользуясь формулой ван-Лаара: 1 °" ~ 1+0,038 ут ’ Что касается а', то его получают из удельных объемов твер- дых веществ, принимая их не зависящими от температуры и дав- ления. Эти объемы приведены в таблице.. « Вещество : A Мол. вес • (г) < Мол. объем (л) Углекислый калий . . * . . . ; . . Углекислый натрий ... ....«.• ^ернокислый калий Сернокислый натрий • . Сернистый калий Сернистый натрий ...... '. . . . ллорпстый калий ’. . Алорпстый натрий ... ' кремнезем глинозем Окись хрома 138 106 174 143 ПО 94 74,6 Б8.5, 60 ' л ' юз 152,8%.-. 40 ip1 0,062 0,043 '• 0,006 0,054 0,037 0,026 . .. 0,038 . ’.'0,027 ” ' 0,023 0,021 , 0,031 0,012, и«»сь магния - ; \ •iTZ *“— .77Т' "./‘.i Bccuell des constantes de la SocMM fran^aise de Physique (1913); табл. 83.
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 67 С. Пример полного вычисления характеристик взрывчатого вещества : 46. Определим характеристики пикросилинового пороха В. 1° Анализ пороха. Анализ дал следующие результаты: Пироксилина с 12,58% Na(200,5 ел0 NO) . 95,67% Дифениламина.....................1,67% Л Эфира . ....................... . . 1,64% Спирта.......................... . . 1,02% v 2° Уравнение горения. Выразим этот состав в грбм- 4 молекулах на 100 кг пороха и получим левую часть уравнения v разложения: - 88,15 Смнао,а OS919N 9>8+ 9,89 CltHnN + 22,16 С4Н10О + 22,16 С2НеО. ... . ' пироксилин дифениламин эфир спирт Правую часть уравнения или газовое равновесие при макси- мальном давлении можно вычислить с помощью константы равно- >• весия водяного таза. Напишем его в таком виде: хСО, 4- уСО 4- zH2O + гна 4- 436,88 Na. Температура взрыва, определенная приближенным методом, - рарна . 7 = 2400 4- 273 = 2673°. Ей соответствует равновесие (21): <^=6,85. • lig Число атомов в левой части уравнения равно: С= 2376,24; Н= 3125,48; 0 = 3535,06; N = 873,76. Коэфициенты правой части уравнения определяются из сис- темы следующих уравнений: х + у = 2367,24; . , 3125,06 • 2х 4- у + г — 3535,06; 2—? = 6,85. откуда: X = 336,7; у = 2030,54; z = 831,12; Г = 731,62. 5* i —й*'.;
68 СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Следовательно правая часть уравнения разложения предста- вится в следующем виде: 336,70 СО2 + 2030,54 СО -1-831,12 Н2О + 731,02 Н2-р 436,88 N2.. 3« Вычисление удельного объема Уо: xJ-jH-z-j-r-f- 436,881 Vo = 22,41 = 22,41 loo J 336,70+ 2030,54 + 831,12-f- 731,62-|-436,88 100 = 978,6 Л)Ki. Уо постоянных газов X„ •-* 831,12 22141 х “ЙО" 792,8Л. 4° Вычисление теплоты взрыва Q или (qz— q^‘. (а) при постоянном давлении и 15° ) 94,3 X 336,70 = 31 750,81 26,0 X 2030,54 = 52 794,0I 132 915,9 kcal. .-58,2 X 831,12 = 48 371,1) ...661 X 88,15 = 58 267,1' . 1...(—26) X9.89 = —256,4 61 181,8 kcal. ...73,2 X 22,16=1622,1 .... 69,9X22,16=1549,0 ₽ (.41 — 9i)j»15» = 71734,1 kcal на 100 кг пороха • = 717,3 kcal на 1 кг пороха; (Ь) при постоянном объеме при 15°: t (?» - <liip, ив = to» — <h)P .iif -I- o,57 Л; P (с) при постоянном объеме при 0°: tos — 9i)«> о° ~ (?2 — Qiiprf 4" 0,54 п. ранее °^хождение коэфициентов 0,57 и 0,54 было ' указано Теплоты образования соединений даются в таблицах обычно гое постоянном давлении и 15°; покажем, что без особой по- па„ЩНости можно принять такими же теплоты образования при п°стоянном давлении и 0°. . Действительно (14): со2... со ...: Н2О(п).. Пироксилин, IДифениламин Эфпр..'...... .Алкоголь.... 4. . Епс'Яу : 1000 'J давлений ot^q5151 “°оекУлЯРная/^.теплоемкость при постоянном ^2(1БО)7~ ^1(16°) = 15 X
ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТ. ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 69 со,. . . 8,59 х 336,7 = 2892,2 ’ • со . . . 6,79 X 2030,54 = 13787,4 £пс' Н,0 . . . 7,70 X 831,12=» 0440,5 81076,4 са! н, . . 6,82 х 731,62= 4989,6 N, . . . 6,77 X 436,88= 2957,7 [Яг (15°) Яг (<Р)]р — 15 х —iqqq’ = 466,1 kcal; [ Я{ (is») — Я1 (0”)]р = °,33 X 1°° X 15 = 495,0 kcal. Теплоемкость нитроклетчатки примем равной 0,33 (39); отсюда: [ Яг (1Б°) Яг (о°)]р ~ (15°) — Я1 (О’)] р ~ 466,1 — 495,0 = 28,9 kcal ИЛИ ( Яг ~ Яг )Р11Б° — ( Яг — Я\ )Р1о° — — 28,9 kcal. Но ( Яг — 91 )р,1Б° = 71 784,1 кса1> следовательно (92—91 )р,о»“71763 kcal. Таким образом -7-^----- X 100 = 100,040, ( Яг — 91 )р,(р откуда (9г — 91 )®,о° ~ ( 9г — 9i )p,i5° + °,54 п> но Л = 336,70 + 2030,54 + 831,12 + 731,62 + 436,88 = 4366,86; следовательно (9г - 91 )„,№ ~ 71 734,1 + 0,54 X, 4366,86 ИЛИ *• • я: 74 002,2 kcal а на 1 кг QOi0o ~ 740,9 kcal. Этим значением QBt(p мы и воспользуемся при вычислении Т. Теплота взрыва при 15° и постоянном давлении (вода жидкая) на 1 кг пороха равна Q — ( Яг—91 )р,15° 4“ (®9 58,2) л', пары НаО где п' — число молекул воды в жидком состоянии, 69 —молеку- лярная теплота образования жидкой воды, 58,2 — молекулярная теплота образования водяного пара при 15° и постоянном да- влении (Бертло): Q = 717,3 + 10,8 X 8,311 == 807,1 kcal. Потенциальная энергия при 15° равна: 4®™ 0,427 х 807,1 = 344,6 ~ 345 m м.
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 50 Вычисление температуры Т: f- Q«-0°x 1000 , где — число молекул с средней молекулярной теплоемкостью с* (от 0 до t°). Воспользуемся теплоемкостями Нерпста и Воля для 1а = 2400° CO, . . . 11,31 X 366,70= 3808,0 . . f CO . . . 6,17 X 2030,54 = 12 528,2 .30 368,4 cal ~nl cl H2O . . . 8,73 X 831,12 = 7255,6 на 100 кг (между 0“ и ta = 2400°) H, . . . 5,62 X 731,62 = 4111,7 взрывчатого вещества N. . . 6,10 X 436,88= 2664,8 откуда 74 092,2 x 1000 _ —30Ж4—=244С Разность . * • . — =2440 — 2400 = 40“ слишком велика, так ры 2440°: чтоповторим для. 4 = 2440° вычисление для температур д',- СО, . . . 11,35 х СО . . . 6,19 X 336,70= 3821,51 2030,50 = 12 568,8 s\ci Н2О. . . 8,77 X 831,12 = 7288,9 30474,8 cal, 731,62 = 4126,3 436,88 = 2669,3 - = 2431°. 1 = 9° (между 0 и 4= 2440°) откуда t,-- Разность* Н, . . 5,64 X N, 6,10 X _ 74 092,2 X 1000 30 474,8 1,— /, = 2440 — 243 настолько мала, что можно написать для истинной температу- +..^0.^ 2436“, ’ откуда ' . 7 = 2436 + 273 = 2709’.- . Вычисление силы/: у / - х °78’0 х 2700 " Z- f- tecbn. Physlk^/0,;e08’(1929). ^^/..7’’ '' '7>>;
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В.71 7° Вычисление ко во люма а (заметим, что в этом слу- , чае нет твердого остатка): а' = о, е = 1, откуда § 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ а. Измерение количеств теплоты, или калориметрия 47. Калориметрические измерения были прекрасно разработа- ны Бертло, написавшим по этому предмету классический труд: «Traite pratique de Calorimetric Chimique». Можно смело рекомендовать эту книгу всем желающим освоиться с этими измерениями, точность которых может быть очень большой в.руках искусного экспериментатора и при на- личии тщательно сконструированного аппарата. Применяемый для этой цели аппарат состоит из: 1° калориметрической бомбы, в которой производится сжига- ние, и 2° калориметра со всеми его приспособлениями. Калориметрические бомбы. Когда давления, развиваемые при сожжении, умеренны и не превышают 500 кг/см2, употребляют бомбу с камерой для сжигания большой емкости (а ~ 500 см3), широкое отверстие которой закрыто специальной крышкой. Толщина стенок бомбы и способ обтюрации обеспечивают достаточное сопротивление развиваемым давлениям без замет- ных упругих деформаций. В такой бомбе нельзя измерить давление. Его вычисляют приблизительно (если считают нужным). В крышке имеются один или два вентиля для впуска газов в бомбу или для пред- варительного выкачивания воздуха из нее. Форма бомбы, способ обтюрации, внутренняя обкладка ее, которая не должна изменяться под влиянием продуктов взры- ва,— изменяются в зависимости от назначения бомбы. Бомба Бертло-Вьеля была сделана из цельной платины. • Бомба Мурэ (Moureu), построенная для замены бомбы Бертло, случайно разрушенной взрывом, была сделана из стали, покрытой изнутри тремя листами металлов, прокатанных вместе на валь- цах в следующем порядке, идя от внутренней поверхности бомбы кнаружи: платина, золото, медь. Последняя была при: ••паяна к стали. Модель бомбы «Landrieu-Malsallez» имеет внутреннюю обклад- ку из золота. Другая бомба тех же авторов сконструирована из цельной нержавеющей стали «Platinostainless», в достаточной • степени - сопротивляющейся повторным сжиганиям.
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Наконец бомба Малера (Mahler), специально предназначенная ля калориметрии топлива, покрыта внутри эмалью. Калориметрия взрывчатых веществ требует обычно другого материала для бомбы. Измерение количества тета q должно производиться в условиях, одинаковых с измерением давлений р, так как q и р в дальнейших вычислениях не являются не зави- симыми друг от друга;' Наиболее подходящей была бы бомба, пригодная как для калориметрических, так и для манометри- ческих определений. дования взрывчатых веществе Комис- сии по взрывчатым веществам. Д—тело бомбы; В—запальная пробка С—крешерпая пробка; D—муфта для присоединения к газометру; Е—вы- пускной кран с соединительными ча- стями; F—обтюраторы из золоченой меди; G—поршень с головкой; И—кре- шер; /-изолированный стержень для воспламенении; Т— приспособление для определения воды. Этому двойному требованию удовлетворяет бомба «Бюрло- Мальсалле» (рис. 2) емкостью в 25 ел3, предназначенная специаль- но для изучения взрывчатых веществ в лаборатории Комиссии по взрывчатым веществам х. Изготовленная целиком из нержавеющей стали «Platino- stainless», она снабжена платиновыми стержнями для произ- водства воспламенения, между которыми натягивается платиновая проволочка. Медные обтюраторы покрыты электролитически тонким слоем золота. Бе водяной эквивалент, определенный с возможной тщатель- пАиТ^°’ Равен Ю65 cal (среднее из 12 совпадающих опреде- Л“НИЙ). здес^ Калориметр и принадлежности к нему. Мы не станем Кал_ь Описывать известный калориметр Бертло или методику до РИмстРических измерений. Указанный уже выше труд Бертло экспериме^>1<ИТЬ непРемен|,Ь1М практическим руководством для h u г I о t, Note sur les manomfetres crushers. — Mem. des poudres, 24.
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК Д. Б. [7<? Но мы считаем нужным указать преимущества одного ва- рианта калориметра Бертло, употребляющегося под названием «калориметра Ландрие-Мальсалле» в Коллеж де Франс. Простым изменением размеров этого калориметра был построен калори- Рио. 3. Калориметр Комиссии по взрывчатым веществам (Франция). метр специально для взрывчатых веществ, принятый в Комиссия по взрывчатым веществам \ Он приспособлен для работы с «мано-калориметрической» бомбой (рис. 3). Водяной эквивалент этого калориметра взят с таким расчетом» ?. ^чтобы можно было с удовлетворительным приближением опреде-> ?' 1 Bu riot, loc. cit.
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 7£ ять теплоты взрыва, начиная с низких плотностей заряжания flOOO кг давления) и кончая высокими плотностями заряжания /давление до 4000 кг), как для взрывчатых веществ с малой величиной потенциальной энергии (черный порох), так и для мощных взрывчатых веществ (гремучий студень). Точность измерений в этом калориметре обусловлена следую- щими особенностями его конструкции и установки. Этот калориметр совершенно закрыт. При устройстве его стремились свести к минимуму поправки на охлаждение, всегда отличающиеся некоторой неточностью. Калориметрический сосуд, изготовленный из никелированного полированного металла, по- крыт крышкой. Внешний сосуд также покрыт крышкой. Таким образом избегаются потери от испарения воды и от излучения с незащищенной поверхности. Внешний, сосуд, содержащий большое количество воды, • снабжен метателем, связанным с мешателем калориметра; таким образом вокруг калориметра создается зона практически по- стоянной температуры. Указатель скорости позволяет поддер- живать равномерное перемешивание в продолжение всего опре- деления.. Каждый мешатель снабжен небольшими нагревательными катушками,, представляющими электрические сопротивления, для регулирования температуры обоих сосудов и для сведения к минимуму теплообмена. С другой стороны, такое устройство дает возможность производить калориметрические определения, исходя из некоторой постоянной температуры, что делает резуль- таты измерения более сравнимыми между собой; действительно, в этом случае устраняются ошибки,'происходящие от неточности делений термометра и от изменения теплоемкости прибора с температурой \ “Для повышения точности измерений были введены и другие улучшения. Термометр калориметра градуирован до 0,0Г; отсчет производится на некотором расстоянии при помощи зрительной трубы, так что точность отсчета повышается до 0,002°. Поправку на искажение поверхности ртутного столба устра- няют установкой мениска во время отсчета на уровне определен- ной метки. Перемешивание производится электромоторами, регулируется реостатом и контролируется счетчиком оборотов с циферблатом. экспериментатор помещается позади щита (в случае при- жабеННЯ кРешеРн°го манометра), откуда и делает отсчеты и й ЛК)дае.т за термометром, регулирует перемешивание и про- изводит воспламенение (рис..4). S м. Л? и м е Р определени я.Калориметрическое сжигание - Ь51 от 16 мая 1930 1 cull. de la *S6ci€t£ de Chlmle’[4 sdriej 37, 1840 (1925). ‘ • x - ..-^Ы ’
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 75 Условия опыта: Род пороха: SD (нитроглицериновый). Навеска пороха на сухой вес: 3,611 г. Вес и свойства воспламенителя: 0,100 г пироксилиновой нити, отвечающей 976 X 0,100 = 97,6 cal. Водяной эквивалент f кал°Р'*метр и еГ° приспособления , . . 122 cal nn»Z крешерный манометр № 23 из нержав. приоора ( стаЛ|(....................................1О65 са1 1187 cal Вода в калориметре........................................... 2081 cal Общий водяной эквивалент....................................4168 cal Рис. 4. Калориметрическая установка Комиссии по взрывчатым веществам. Показания термометра: Температура наружного сосуда до взрыва 17,75°, после взрыва 17,70°. (см. табл. стр. 76). Когда требуется ввести в резкое повышение температуры поправку на охлаждение г (если г0 и г„Э=0,00Г), можно восполь- зоваться формулой Реньо: Атг г = лг° + 7И— io ° (“^ + 4 + ^ + • • • + 4-1 — п' ’ jj-Ц^Угде п — число минут, в течение которых температура повы- ' шается (после воспламенения). Общее количество измеренной теплоты:0,746 X 4168 . . . . 3109,3 cal ’*•V::.г. Теплота, выделившаяся от сгорания воспламенителя .... 97,6 cal ? Теплота, выделившаяся от сгорания пороха........3011,7 cal
I СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 76 Предварительный период Период горения Последующий, период ' о мин. 17,563° 1 мии. 17,563° > 2 мин. 17,563° 3 мин. 17,563° Темпе- 4 мии. 17,564° ратура 5 мии. 17,564° (/„) калорн- (воспламенение) метра 17,564°—17,563° го б <0,001 в мин. 17,78° • 7 мин. 18,010° 8 мин. 18,135° 9 мин. 18,215° 10 мин. 18.265° 11 мни. 18,287° 12 мин. 18,300° 13 мин. 18,307° 14 мин. 18,310° (t„) .. 18,310°—17,564° At~ 6 = 0,746° .15 мин. 18,310° 16 мин. 18,310° 17 мин. 18,310° 18 мин. 18,310° 19 мин. 18,310° 18,310°—18,310° Г«==‘^ .6 = 0° Теплота горения при постоянном объеме и 17° на 1 г сухого пороха Q = '^T=e^2cal- Давление по обжатию крешера—1373 кг/см2. 49. Газовый калориметр. Иногда приходится определять теплоту разложения взрывчатого вещества в условиях детона- ции с последующим внезапным расширением газов. Только что описанные аппараты для такого измерения не- годны, так как детонация чаще всего сопровождается _мест- ными действиями, опасными для целости аппарата. В этих случаях можно пользоваться газовым . калориметром, основанным на следующем принципе: Пусть: • со — вес воздуха в калориметре; V — объем калориметра; - с — средняя теплоемкость воздуха (от f до f) < при ПО- /, 7'— Р,Р'~. Тогда стоянном давлении; ' начальная и конечная температуры; соответствующие давления. НО . Q — ыС((— ^)> Т'—Т t' — t р'_р откуда Т т ' р ’
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В.77 Но так как 070 р <о=^93Х^Х-ет-- V, а теплоемкость воздуха С = 0,168, то в результате Q = 273 х 1.203 X 0,168 х • V. 1и,оа Измерение Q сводится таким образом к измерению давления- Малляр и Лешателье пользовались в своих исследованиях воздушным калориметром, соединенным с водяным манометром. Емкость этого калориметра V = 10,17 ма, откуда Q = 58,4(P'~ Р), причем давление выражено в метрах водяного столба. Чтобы быть безупречным, такой прибор должен обеспечить: 1° Адиабатический характер расширения. 2° Точное измерение давления. Это второе условие, требующее гомогенности газовой смеси внутри калориметра и применения манометра с весьма слабой инерцией, тем легче выполнимо, чем совершеннее обеспечены условия адиабатического процесса. /?. Измерение температур . 50. Температуры взрыва не поддаются измерению. Их нельзя определить непосредственно, так как в нашем распоряжении нет термометра с инерцией и теплоемкостью достаточно сла- быми, чтобы поспеть за изменениями" температуры. Поэтому температуру определяют косвенным путем посред- ством связанной с ней величины давления, развиваемого при сгорании взрывчатого вещества в замкнутой оболочке (56-68). у. Измерение объемов газов 51. Экспериментальным изучением разложения взрывчатых веществ весьма много занимались Сарро и Вьель1, сконструи- ровавшие специальные аппараты для всех измерений такого рода. Чтобы изучить продукты взрывных реакций, необходимо произвести взрыв в бомбе, собрать газы, измерить их объем при атмосферном давлении и нроаналиаяронать их. 52. Случай слабых давлений. При изучении медленного горе- ния при атмосферном давлении, отвечающего например непол- 1 S а г г а ы el Vlcllc, М6111. dee poudres, 2, 120. > / ., * -. - ' ' - - .....
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ is „ детонации, можно ограничиться сжиганием веществ в трубке, В° линейной с резиновым мешочком, опущенным в водух, но С°еЛ метод весьма примитивен и не всегда применим. Поэтому '' ------- -----------------• ПОдХОДЯ, Эпедпочитают' пользоваться другим методом, более щим для слабых' давлений взрыва.,' ЙШ8Й® '"F V 8tf rxs Рис. 5. Газометр Сарро’и Вьеля с манометрической бомбой. В—манометрическая бомба Вьеля-Бюрло-Мальсалле (25 ел9); Ь—крешерпая Р°Ока‘>са—колокол подвижного газометра (из стекла); F—предохранитель- склянка (1 л); g — газ; р—пробойник; R — соединительная муфта; s — стойка. • л. fl>. °s 'ШХШ, чяояд с соответствующим Для этого достаточно помести Р сосуд достаточного - воспламенителем в большой ме^л^иче^Икаким-либо' инертным сопротивления, в котором воздух зам чтобы избегнуть газом, отсутствующим о "Ро»у“™ИЧеское равновесие, таким образом влияния его на хИМИЧВ<“ р можно определить При помощи манометра и термоме р давления, объем газов, который затем пРиводит_„..прпатуОное равновесие конечно после того как установится температур /анализа. в приемнике. Затем можно отбирать пр оии Комиссии по Зтот метод сейчас применяется в лаоо] к приемников- взрывчатым веществам в Севране, где ____________— , 7 1 Sarrau'et Vieille, Mem. des poudres, 2, 376.
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 79 для газов применяются цилиндрические камеры из листового железа \ .в которых производится детонация целых патронов весом от 100 до 200 г взрывчатых веществ. Посредством системы кранов внутри этих камер можно про- изводить разрежение или, наоборот, вводить в них газы, объем, и давление которых хотят измерить. 53. Случай высоких давлений. Для изучения разложения взрывчатых веществ при плотностях заряжания Z1 >0,01 можно пользоваться калориметрической бомбой до давлений, не превос- ходящих ее прочности. Для более высоких давлений применяют специальные бомбыг могущие служить одновременно для измерения теплоты взрыва Q (47) и давления его р (55). Во всех опытах с высоким давлением для измерений объемов; газов рекомендуется пользоваться ртутным газометром Сарро- и Вьеля. В этом аппарате легко и удобно можно собрать и из- мерить с достаточной точностью от 8 до 10 л газов. Аппарат этот изображен схематически на рис. 5. В основном он состоит из газового колокола /, погруженного в кольцевую ванну с ртутью С и окруженного вторым колоколом Clt напол- ненным дестиллированной водой. В верхней части водяного колокола помещается воронка Е и кран для спуска воды EN. Газы, выходящие из манометрической бомбы при постепенном открывании вентиля, входят под колокол I (по пути PKrtu) и вытесняют через N объем воды, равный их собственному объему; с помощью манометра 7И и винта 5, подымающего ко- локол /, газы приводятся к атмосферному давлению. Газометр и соединительные трубки в начале опыта наполняются ртутью посредством водяного насоса, соединенного с предохранитель-, ной склянкой и трубкой Р'. Во время подъема ртути газовый колокол опускается, а водяной наполняется водой. Перед мано- метрической бомбой помещается зажим Р, чтобы помешать ртути попасть в отверстие бомбы. Крап г отделяет газометр от атмо- сферы. Пусть <д —навеска взрывчатого вещества; V — объем собранной воды; t — температура этой воды; Н — атмосферное давление; v — объем газа, отвечающий воспламенителю. Тогда объем газов Vo на единицу веса взрывчатого вещества (при 0° и 760 мм давления) равен: Г.-О'-ОХ^Х-^хф 1 Мёт. des poudres, 2, 376.
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Опыты лаборатории Комиссии по взрывчатым веществам пока- что поправкой на влажность можно пренебречь. .Впрочем ЗЯЛ 1 до поступления их в газометр могут быть высушены. . г83прИменение этого газометра дало возможность сохранять которое время запас газов для анализа безопасности измене- не.п их (за исключением окислов азота и сероводорода, действую- щих на ртуть). 6. Измерение силы 64. Сила определяется экспериментально сжиганием взрыв- ' чатого вещества в бомбе. Способ 1- Измеряют давление р в манометрической бомбе (55) при различных плотностях заряжания Л. Уравнение Абеля дает возможность вывести такое соотношение: -j-в / + ар, которое можно выразить таким образом: -экспериментальные 'точки^-^-, р) в системе прямоугольных координат располагаются на прямой с угловым коэфициентом а и начальной ординатой/.' \ Для определения /и а достаточно определить несколько точек и нанести их на график. Практика показала, однако, что этот метод хорош только для определения силы /, а ково- люм лучше определять теоретически. Способ II. -Ограничиваются данными калориметрических опытов без измерения давлений, но с анализом газов, причем сила определяется из выражения , РвУйт 1 273 ’ где вычисляется по теплоемкостям газов. Это значение /, вычисленное по второму методу, должно совпадать с вычисленным по давлениям. Однако это совпадение не всегда наблюдается, и именно этим сравнением пользовались Для определения удельных теплот газов1. -_„Что^Ь1 получить удовлетворительное совпадение, .поступают ж * . , » • Строят график по давлениям, исправленным на: <свободно~г^ИЮ кРешеРа посредством таблицы так называемого ^ Охлаждение газов стенками бомбы4. - Следующим образом2: 1° с (а) Инерщ «свободного /кх 7ч 1 и чирш! ___3 > Охлаждение ‘ Mur " ' М6'’1, <lcs PO'Blfes. 2Л С. г., 170. ° Bun °*11 r* M6m> des poudres, 23,257. 4 Buri0? Mem. des poudres, 20, 255. "r|ot, Mini, des poudres, 27.
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 81 2° Силу f вычисляют по второму методу, допуская: (а) Точность теплоемкостей Пир-Бьеррума, Неймана или Каста. (Ь) Отсутствие метана в момент максимального давления, при- чем состав газов рассчитывается теоретически с помощью кон- станты равновесия водяного газа. е. Измерение давления 55. Измерение высоких давлений взрыва в бомбе при высо- ких плотностях заряжания представляет особые трудности не только ввиду порядка этих давлений, но и вследствие быстроты нарастания давления до максимума и быстрого спада его бла- х " годаря охлаждению газов. Промежутки времени, в течение кото- рых происходят изменения давлений, могущих достигать несколь- ких тысяч атмосфер, длятся обычно меньше — сек. Для того чтобы иметь возможность изучать эти давления в бомбе или в канале орудия, прежде всего необходимо было сконструировать пригодную для этой цели аппаратуру. Многочисленные типы манометров, предназначенных специ- ально для таких измерений, послужили предметом исследования ф;, со стороны физиков и инженеров как во Франции, так и за гра- иицей. В зависимости от рода измеряемых в них явлений, свя- занных так или иначе с давлением взрыва, эти аппараты можно. Д разбить на следующие классы. " Крешерный манометр. Первый манометр этого типа был изо- i бретен Ноблем в 1868 г. и усовершенствован Сарро и Вьелем. v Прибор этот основан на измерении ост а то ч н о й дефор- . м а ц и и медного цилиндрика — крешера, помещенного между укрепленной стальной наковальней и головкой стального поршня, Пороха и взрывч. вещества. 6 - % х * -г’/Л-’ . .-.-Xi ’
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ S2^ --------.—_-------------------------------------------- . пвергающегося действию газов на определенной площади его поперечного сечения. ' Г Манометр этот устанавливается или в канале или в казенной сти орудия &ля измерения максимального давления пороховых 1,аз0С или же в манометрической бомбе для измерения Гй л°'ния взрыва в замкнутой оболочке неизменяемого объема. ^Манометрическая бомба, применяющаяся в лаборатории Ко- миссии по взрывчатым веществам (рис. 6), состоит из стальной (хромоникелевой стали) закрытой с обоих концов трубы с вну- тоенпим диаметром в 30 мм й толщиной стенок в 30 мм. Р Легко рассчитать, что при таких размерах и стали с пределом ( упругости Е = 90 кг/мм2 бомба может выдержать больше 4000 кг давления. Действительно, такая бомба выдерживает давление в'5 500 кг без всякой остаточной деформации. Длина корпуса бомбы изменяется в зависимости от назначе- * ния ее (для взрывчатого вещества в порошке или зернах или •' для пороха в лентах или трубках). Корпус закрыт двумя нарез- ’ ными пробками, ограничивающими камеру сгорания. Обычно ; пользуются камерой в 25 слг1, соответствующей длине в 40 мм, дли пзрыпчптых нещеетн и камерой и 150 гл/11, соответствующей. • полезной длине в 2(0 мм, для удлиненных зерен пороха. Но ничто не препятствует увеличению размеров камеры. Определя- ются они удобством роботы. Следует избегать слишком большого отношения длины кор- пуса к его диаметру. Это затрудняет установление равновесия давлений (68) и ведет иногда к ошибочным определениям. Практически, так как мы вынуждены брать толщину стенок одинаковой с внутренним диаметром бомбы для давлений поря- _дка 3000—4000 кг и строить .,ее из однородного во всех частях металла без всяких пороков, мы ограничены в выборе диаметра, а следовательно'и объема бомбы. Однако существуют бомбы в несколько литров. Преимущество их заключается в том, что при одной и той же плотности заря- ) жания навеска взрывчатого вещества тем больше, чем больше емкость бомбы. Благодаря этому уменьшаются ошибки вследст- вие неоднородности взрывчатого вещества и поправки на вое- ’ пламенитель, обычно сильно отличающийся по составу от взрыв- чатого вещества (черный порох, гремучая'ртуть и-т. д.). ? Б другой стороны, манометрические бомбы большой емкости страдают и некоторыми недостатками: они менее удобны в ра- : °те. и малейший недостаток обтюрации может иметь серьезные ^следствия для сохранности бомбы ввиду большого количества 1 тоебГИИ> Развичаемого’в ней. Вследствие этого работа с ними лопЛг ос°бой тщательности, что затрудняет повторение опре- , , ’ к * 1епР°КИ|1.земость камеры достигается посредством небольших тают И3 кРас1,°й меди, имеющих такую форму, что они приле- -4 .*< стенкам бомбы и к внутреннему, срезу пробок. . - £
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 83 Рис. 7. Аппарат для записи давлений в манометри- ческой бомбе Комиссии по взрывчатым веществам. Пригонка обтюраторных колец до точных размеров и устано- вка их на место представляют довольно тонкие операции, сильно сказывающиеся на точности измерения давлений: недостатки обтюрации служат причиной утечки газов и повреждения бомбы благодаря глубоким выгораниям стали. Одна из пробок представляет собой крешерный манометр. Последний состоит из медного цилиндрика, центрированного при помощи резинового кольца, наковальни и сжимающего по- ршня с точно вымерен- ной площадью основа- ния. Внутренний конец поршня не доходит до внутренней поверхно- сти пробки. В образую- щееся таким образов углубление вставляет- ся небольшой медный или латунный обтюра- тор или оно просто за- полняется пластиче- ской массой для пол- ного устранения утечки газон через канал пор- шня. Этот маленький об- тюратор создает неко- торое сопротивление, вызывающее пониже- ние давления, действу- ющего на крешер. Оно не так мало, и при из- мерении давления экс- периментатор должен стремиться свести сопротивление обтюратора к минимуму. С этой точки зрения штампованный медный обтюратор (из красной меди) лучше латунного, но зато он более хрупок. Так как постепенное обжатие медного крешера есть функция измеряемого давления, естественно возникло стремление пре- вратить -манометр в регистрирующий аппарат. Для этого доста- точно было укрепить на головке поршня стальное перо, пропу- щенное через отверстие пробки, перемещающееся вм есте с пор- шнем и чертящее на вращающемся с определенной скоростью барабане кривую линию (рис. 7). Перезаписывает на цилиндре кривую перемещения поршня и следовательно кривую обжатия крешера в зависимости от времени. Вторая пробка служит для воспламенения. В некоторых специальных бомбах она содержит вентиль, предназначенный для впуска или выпуска газов. 6*
--------- . СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ —*---7-J---------;'— ------------------------------- 'Воспламенитель состоит из двух платиновых стерженьков. Олин из них пропущен плотно через трубку и изолирован^от ее электрически, а второй укреплен на внутренней поверхности пообки и в электрическом отношении составляет с ней одно целое. Между ними натягивается металлическая нить (платино- вая серебряная, вольфрамовая, железная и т. д.), нагреваемая током до температуры плавления. После взрыва газы охлаждаются, и давление быстро падает до 10% своей максимальной величины. Тогда можно приступить к открыванию бомбы, выпуская газы или при помощи вентиля или путем медленного вывинчивания пробки, позволяя газу по- степенно уходить через зазоры между нарезами пробки. 56. Крешерный цилиндр. Крешер обычно изготовляется из красной меди. Его размеры изменяются в зависимости от давле- ния и размеров поршня. Изготовляется он путем многочисленных и крайне сложных. операций. Чем тщательнее соблюдаются правила его изготовле- ния, тем точнее и более сравнимы результаты определения. * Впрочем существуют строгие правила приемки этих крешеров, .. по крайней мере в мастерских морского артиллерийского ведом- ства, снабжающего крешерами все французские испытательные - ' учреждения. % Французские требования к крешерам были признаны доста- % точными Международной комиссией поручному огнестрельному оружию, принявшей в качестве международного эталона для измерения давлений французский крешер из красной меди вы- сотой в 4,90 мм и диаметром в 3 мм, изготовляемый в Цен- тральной морской лаборатории. В орудиях и в манометрических бомбах во Франции обычно употребляют медный крешер высотой в 13 мм и диаметром, в 8 мм. В других странах также в ходу цилиндрические крешеры из красной меди, отличающйеся от предыдущих только своими размерами. • г Зависимость между обжатием крешеров и давлением с нНе пРедст^вляется возможным в настоящем труде изложить адлежащей полнотой теорию крешера1 и приходится, огра- , Ч5И7ТЬтЯ кРатким очерком ее. . • Теория Сарро и Вьеля основана на следующем постулате. . Сопротивление крешера х не зависит от .скорости,, с ко- } HUH°li °Н воспРинцмает обжатие х, а только от знаке- ' de IsUWaYj е V Iе' Mem. des poudres, 1,5,6-, Char bonnier, Мёт. de 1’ArtiIIerie TraiM n UOOO) и Мёт. de 1‘Arlillerie navale (1907). Go’s so t-Liou ville, v Qes effets des explosifs, 1919.
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В. 85 Следствие. Пусть т— масса поршня, на который дей- ствует давление P(t), х— величина обжатия, а (х) — сопроти- вление крешера, зависящее только от х, — тогда „... , . т Следовательно, когда крешер сжимается давлением Р, нара- стающим бесконечно медленно, так что в каждый момент давление уравновешивается сопротивлением (определяемым при помощи тарирования крешера), мы получаем: р = v (X) = Ко + Кх, где К и /<0—постоянные, зависящие от свойств крешера и его раз меров. Отсюда m^ + Kv+K0 = P(t). • Вьель показал, что это уравнение интегрируется для любой функции P{t), допускающей образование производных. Это урав- нение выражает собой функцию P{t) в зависимости от х. , На практике решать P(t) не приходится — весьма счастливое обстоятельство, если учесть трудности решения таких функций. Изменяя условия опытов, можно осуществить один из изло- женных ниже крайних случаев. 58. Статическое действие, когда величиной (1гХ mdts можно пренебречь - > Для этого достаточно, чтобы т было очень мало (очень легкий поршень) и чтобы скорость сгорания взрывчатого веще- ства, от которой зависит была сравнительно низкой. Практика показала, что этих условий можно добиться с50— 60-г поршнем для орудийных порохов и для обычных взрывчатых .веществ за исключением порошкообразного пироксилина, фуль- минатов, азидов, порошкообразного черного пороха и порошко- образных пикратов. Впрочем скорость сгорания можно уменьшить предваритель- ной подпрессовкой взрывчатого-вещества. ,> В этих условиях д. ' p(t)=Ko+Kx. j.,..,. Иными словами, давление дается непосредственно гаражной •'таблицей. h-д 59. Динамическое действие, когда Р{1) ~ const. Давление , начинается с максимума и остается постоянным в’течение всего времени обжатия крешера.
______________2___4____________________________________________ СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ _________________________ В этом случае . /П^+Кх = р-Ко классическое уравнение, решающееся так: р__________________________к х =---й—" (1 — cos af), l\ где 8“ J i ч К S Максимальное давление Р = Ко + К~, Ct а продолжительность обжатия \ . л (т \1/® т» = У = я1к) • Итон, при одном н том же диплопии динамическое дей- i ствие его дает обжатие крешера, в два раза боль- шее, чем статическое (58). 60. Ударное действие. Давление вначале равно максимуму и уменьшается затем более или менее быстро. Крешер в этом случае подвергается удару (свободно падающий груз, ударная волна и т. д.). Теоретическое изучение этого случая крайне сложно для рассмотрения его в настоящем труде, и мы отсы- лаем читателя к оригинальным статьям1. 61. Промежуточные случаи. Между двумя предельными случаями—действия статического и действия динамического—рас- полагается целый ряд промежуточных случаев. Мы уже говорили, что на практике избегают интегрирования общего уравнения и создают искусственно условия одного из, предельных случаев: 1° Уменьшают массу поршня и приближаются к статическому Действию. ’ ; k 1 : 2° Увеличивают массу поршня и приближаются к действию динамическому. Обозначим через т время, в течение которого давление с опре- деленного значения /<0 доходит до максимума Р. Это время т ХаРактеризует скорость нарастания давления. Вьель показав что численное значение отношения — выра- ^Кг1ет собой влияние массы поршня и характера разложения Репчатого вещества па величину обжатия: Если скорость нарастания давления и масса поршня изме- няются таким образом, что остается постоянным, то и пели- _И11а обжатйя не изменяется. Мбщ А° *> fitude anslytlque d’un crusher soumlsft la percussion d’une onde de choc. . °-‘ArUIlcrie fratifiilse, 1005 СЛ. (1926). -
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В. S7 — Если скорость нарастания давления увеличивается, т. е. если т уменьшается, или масса поршня уменьшается, т. е. т0 увеличивается (59), то отношение — стремится к нулю, а обжа- т0 тие — к удвоенному значению. Если, наоборот, нарастание давления замедляется, т. е. т увеличивается или масса поршня уменьшается, то вместе с уве- личением отношения — обжатие стремится к ординарному зна- чению. Нет необходимости добиваться очень большого значения дли ' отношения —, чтобы обеспечить статическое действие, т. е. простое обжатие. Для этого достаточно, чтобы это отношение достигло величины от 2 до 3. Для поршня весом в 0,053 кг и крешера высотой в 13 мм и диаметром в 8 мм (/<==53хЮ4 кг)\ , / 53X10-8 х1/1 ___4 т° 9,81Х53Х104 ) ~я'10 • Достаточно следовательно, чтобы т достигло значения 0,0006 — 0,001 сек., чтобы крешер подвергался статическому дей- ствию. Напротив, поршня весом в 4 — 5 кг достаточно для того, чтобы давать обжатие крешера, близкое к удвоенному значению в случае сжигания быстро горящих порохов и порошкообразных взрывчатых веществ. Все же нужно учесть, что при этих искусственных условиях мы можем получить слишком повышенные значения с облег- ченным поршнем и слишком пониженные с поршнем утяжеленным. Точное значение находится между этими двумя результатами, если их можно оба получить. 3° Метод предварительного обжатия крешера. Метод‘этОт состоит в том, что крешер предварительно обжи- мают до высоты несколько большей, чем та, которую он будет иметь после действия давления взрыва. В этом случае выражение инерции ". <Рх mdt2 сказывается только на дополнительном сжатии и притом тем меньше, чем слабее это сжатие. Очевидно кроме того, если это рассуждение правильно, что крешер, обжатый предварительно до такой степени, что после взрыва его высота не изменяется, доведен до сопротивления, уравновешивающего давление взрыва. Последнее тогда дается непосредственно таражпой таблицей. В действительности приходится обжимать крешер так, чтобы он подвергся при взрыве заметному дополнительному обжатию (0,2—0,3 мм), так как установлено, что крешер, вторично под- i
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ епгаюшийся тому же давлению, которому он-уже подвергался ранее, получает дополнительное обжатие. Например для крешера 13 эт0 дополнительное обжатие получается порядка 0,1 мм. 8 Это явление вторичного порядка может привести к ошибкам в измерении давлений. / В заключение отметим, что крешерный метод дает вполне точные результаты лишь в том случае, если сопротивление крешера зависит только от величины обжатия, по не от скорости 'обжатия. Поэтому в теорию Сарро и Вьеля необходимо внести некоторые ограничения. . 62. Постулат Сарро и Вьеля не общепринят. Многочисленные исследователи—Шарпи (Charpy), Гали-Аше (Galy-Ache), Шарбонье (Charbonnier), Малаваль (Malaval), Вьель (Veille) и Лиувилль (Lionville), а позднее и Бюрло (Burlot) доказали экспериментально, что скорость обжатия влияет на сопротивление крешерного цилиндра, растущее с повышением скорости обжатия. Иначе говоря, при одном и том же давлении крешер обжимается тем сильнее, чем меньше скорость обжатия. Но фактор скорости вносит сравнительно небольшую поправку в измеренное обжатие. Новейшие исследования показали, что величина этой поправки' сильно колеблется в зависимости от величины давления и не превосходит 13% от.данных таражной таблицы, соответствующей безгранично медленному обжатию. 63. Измерение давлений в оружии. В орудиях или в винтовке крешер помещается различным образом в зависимости от рода оружия; помещается он в особом гнезде затвора или же вкла- дывается в крешерпом приборе вместе с порохом в гильзу па- трона. Для более подробного ознакомления отсылаем читателя к специальным статьям по этому вопросу1. 64. Измерение давлений с помощью акселерографа. Акселе- рограф в основном состоит из массы, свободно перемещаемой под действием давления. ' Перемещение этой массы регистрируется во времени, причем росте"гРаФнческого Диференцирования получается кривая ско- л <1 - • Л" кривая1166 ПуТеМ ВТОРИЧНОГО графического диференцирования — ... А2е г (0 - ; с,0Да находится давление Р(«)=ж/пу(0. UI1’ de la Marine и Mem. de 1’Artillerie navale.
ОКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В. В. ДО Этот метод дает значения, удовлетворяющие механическому определению силы, но при применении его возникают некоторые источники ошибок: 1° Подвижная масса тормозится вследствие неизбежного трения. 2° Регистрируемое перемещение складывается из абсолютного перемещения подвижной массы и колебательных движений реги- стрирующего прибора. 3° Графическое диферепцирование приводит к ступенчатому ряду кривых в двойной системе координат, которые затем вырав- ниваются в одну непрерывную кривую, что, естественно, создает некоторую неточность. Несмотря на это акселерограф если и не самый практичный» то по крайней мере сравнительно точный прибор для измерения давлений. Прототипом этих приборов может служить велосиметр Себера (Sebert), предложенный последним для измерения давлений в орудии. Затем Вьель и Бюрло1 * сконструировали манометрическую бомбу со свободным поршнем, при помощи которой можно установить зависимость между обжатием крешера и максимальным ускорением свободно перемещающегося тела. Таким путем им удалось сравнить между собой давления, определенные через ускорение, с давлениями, выведенными по обжатию крешера (таражные таблицы статического и ударного действия). Метод свободного поршня дает значение выше данных тираж- ных таблиц статического действия и ниже данных таражных таблиц ударного действия. 65. Пружинные манометры. В этих манометрах крешер заменен пружиной соответствующей фдрмы и размеров. Пружина при- нимает давление от небольшого поршня, и ее упругая дефор- мация регистрируется во времени. Эти деформации крайне малы и для их записи требуются увеличительные приспособления, осуществляемые чаще всего- в форме оптических приборов. Прототипом этих аппаратов служит4 бомба Петавеля (Petavel). Пружина состоит из металлической трубки, прочно укрепленной в футляре, привинченном к телу бомбы. Перемещение пружины под действием давления не пре- восходит 0,25 мм. В настоящее время в лабораториях, французских и других, имеются «бомбы Круппа» большой емкости (3,350 л), также снабженные пружиной. Последняя представляет собой призма- тический стержень такой формы и сопротивления, что движущаяся масса его насколько возможно мала по сравнению с силой пру- жины. Изгиб этой пружины не превосходит 1 — 1,5 мм при самых: высоких давлениях (6 000 кг). 1 В u г 1 о t, Mdsure des resistances opposies par les metaux A des diformations rapl- des. — Mem. des poudres, 20. .
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Пружина может также состоять из столбика жидкости, причем меряется изменение -какого-либо свойства (коэфициента пре- омления или сжатия) этой жидкости под влиянием давления. л Показания, даваемые пружиной, требуют такой же тщательной обработки, как и показания крешера. Очень подробно они изучены Шарбоннье1. Приведем неко- торые из его выводов; 1° Сила F, действующая манометрически, т. е. медленно и без удара, дает деформацию х, определяемую уравнением В = Кх. 2° Прибор действует как статический, если продолжительность собственного колебания пружины под влиянием постоянной силы мала по сравнению с продол- жительностью действия давления. В этом выражении т и т' — масса поршня, передающего давление, и масса пружины. Нами уже приводилось подобное выражение при разборе статического действия на крешер (61): последний можно рас- сматривать как пружину с остаточной деформацией. 3° Пружина работает с некоторым запаздыванием; как в случае крешера, нет полного соответствия между давлением и временем. Укажем на одно преимущество пружинных манометров перед крешерными: они допускают запись давления по достижении максимума, т. е. в период охлаждения или расширения газов. 66. Пьезоэлектрические манометры. Устройство этих маноме- тров в основном сводится к следующему. Тонкая пластинка с плоскими и параллельными поверхностями, вырезанная из кри- - сталла кварца таким образом, чтобы ее параллельные поверх- ности были перпендикулярны к электрической оси кристалла, од давлением, действующим по направлению этой оси, создает своих поверхностях некоторое количество электричества, ропорциональное давлению. j-j явление пьезоэлектричества было открыто впервые дВухРисталл вводится в цепь сетки катодной лампы (триода или ’ изме?еТ0,,Н0Й)’ пРичем заряды, образующиеся на его поверхности, усилиЯ10Т сеточпь,й потенциал лампы. Ток, образующийся в цепи, р^вается особыми' приспособлениями. тора рНОсть потенциалов,, приложенная к обкладкам конденса- СледитьЗЛаеТ ЭлекгРостатическое поле. За колебаниями его можно можно ПРИ-ПОмОщи чувствительного осциллографа с наивоз- 1 'Th * . " ’ ——-----------— - - — .................................. ..... ............. ressort. — Revue d’Artillerie (1908); Мёш. de 1'Artillerie
ЭКСПЕРИМЕНТ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК В, Б. 91 Подвергая кварц манометра действию известных давлений, отмечают отклонения осциллографа и определяют константы аппарата. Преимущество такого прибора, казалось бы, главным образом заключаемся в отсутствии всякой инерции, что позволяет запи- сывать колебания давления в очень малые промежутки времени. Однако конструкция, установка и вероятно работа с этим аппаратом столь сложны, что при настоящем уровне наших знаний изучение этого способа измерения давлений нельзя еще считать законченным. Испытание пьезоэлектрического манометра однако произво- дится уже в лабораториях и на опытных полигонах и несомненно он скоро найдет себе практическое применение. 67. Измерение давлений дало толчок ряду значительных работ, оправдывающихся как теоретическим, так и практическим значением этого вопроса. Применение крешерного манометра (с записью давления) оказалось ценным методом исследования. Он привел' Вьеля при исследованиях им характера горения порохов в бомбе к созданию пороха В (пироксилинового) — предка всех коллоидных порохов. Этот же прибор позволил изучить волнообразные давле- ния, роль которых в проблеме прочности орудий1 громадна. 68. Волнообразные давления. Выше мы предположили, что давление взрыва в бомбе достигает максимума постепенно, без толчков. В бомбах малых размеров так оно действительно и происходит. Между тем установлено, что если взрывчатое вещество помещается в одном конце достаточно длинной бомбы, а крешерный манометр — в другом, то давления получаются значительно большие: на кривых давления явно заметен волно- образный характер этого явления. Так например Вьель, сжигая порох BF (пироксилиновый винтовочный), помещенный близко к концу манометрической бомбы длиной от 0,6 до 1 м, получил ряд ступенчатых кривых, соответствующий ряду ударов давления о дно бомбы. Длительность этих толчков равнялась 0,007778 сек. в бомбе длиной в 1 м, что соответствует скорости распространения газовой волны в 1000 м/сек. Давление (максимум) с обычных 1000 кг поднялось до 1700 кг для одной и той же плотности заряжания 0,1. С плотностью заряжания 0,2 Вьель получил вместо нормаль- ных 2400 кг колоссальное значение 7500 кг. Он показал также2, подвесив бомбу в качестве маятника, что газовая масса пере- мещается то в ту, то в другую сторону, отражаясь от днищ бомбы. Запись колебаний бомбы позволила вычислить колоссаль- ную величину сил, развивающихся в результате конденсации 1 Vieille, Etude des pressions ondulatoires. — Мёт. des poudres, 3, 177. 2 Vieille, ioc. cit. — Мёт. des poudres, 3, 208.
СТАТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ под влиянием изменения направления их движения, и мак- / Ильную скорость этого движения. сИ Последняя оказалась весьма близкойтс теоретическому зна- - нию скорости крайне малого сотрясения (скорости звука) разовой среде при температуре, реакции; скорость этЯ’выража-^' ется уравнением 1 % У— отношение теплоемкостей среды при постоянном дав- лении и постоянном объеме, т — плотность среды при температуре взрыва, Е — упругость этой среды; Е определяется впрочем, следующими соотношениями1: : .Д где/—сила взрывчатого вещества, а — коволюм, р — давление и J— плотность заряжания. Эти формулы в применении к пороху BF дают при — 0,10, ' У=1271 м/сек. Опыт дает V=1185 м/сек. (/7=1060 кг); рас- хождение таким образом меньше 7% и может быть приписано влиянию трения. Из предыдущего видно, что положение заряда в удлиненной > бомбе может сильно сказаться на производимом давленйи. •. При измерении давлений в бомбе, служащих для вычисления силы взрывчатых веществ, необходимо стремиться к возможному устранению этих волнообразных сверхдавлений, искажающих результат. Для этого рекомендуется употреблять не слишком длинные бомбы и распределять в них заряд по возможности однообразно. С другой стороны, при сгорании пороховых зарядов в ору- дии перемещение снаряда неизбежно нарушает процесс. Иссле- дование Вьеля послужило к выяснению условий, в которых Устраняются волнообразные сверхдавления, вредно отзывающиеся на прочности орудия. Наблюдавшиеся балистические аномалии послужили поводом к изучению волнообразных давлений.
Глава II ПИРОДИНАМИКА § 1. КИНЕТИКА ВЗРЫВА 69. Ускорение реакции. Чтобы отдать себе отчет в химичес- ком явлении взрыва, нельзя ограничиться, как это было сделано в предыдущей главе, изучением равновесия реакции в данный момент времени t (допустим, до или после взрыва); необходимо еще выяснить условия перехода из одного состояния в другое, т. е. динамику реакции. В этой области химической механики пока еще мало сделано, особенно в отношении необратимых реакций, а следовательно и взрывных; поэтому мы вкратце изложим лишь несколько основных положений этой отрасли науки, высказанных Дюгемом 1 и Нернстом2. Если рассматривать какое-либо химическое превращение, в котором т и т' представляют собой значения’массы одного из веществ, образующихся или разлагающихся в моменты t и £', то скорость реакции в момент t выражается таким образом: Ускорение же реакции, протекающей с переменной скоростью, выражается так: Эти определения взяты из механики, но этим и ограничива- ется аналогия между основными законами кинетики реакции и динамикой движущихся тел. Эти законы различны по существу3. 70. Действие массы. Основной закон кинетики изотерми- ческих реакций гласит так: Скорость реакции в однородной системе, поддерживаемой при постоянной температуре и давлении {или постоянном объеме}, уменьшается по мере увеличения массы тел, обра- зующихся при реакции. Это положение вытекает из кинетической трактовки закона действ у ю щ и х масс. По этой теории * скорость реакции V 1 D u h е m, loc. cit., 454. ’Nernst, loc. cit., II, 296. 'Duhem, Thermodynamique et chimie, 456, 1602. ’Nernst, loc. cit., II, 8.
Щ'1 РОДИНАМИ КА (2) i матривается как разность скоростей v—v' двух обратных РаС5цИй, причем каждая из этих скоростей считается пропор- Реанальной количеству встреч или столкновений молекул, т. е. иИ°изведению концентрации всех реагирующих тел, входящих Й НРоднУ из частей Уравнения (закон Гульдберг-Вааге). I В Отсюда следует, что при постоянной температуре и I остоянном давлении- (или постоянном объеме) | П<ог)ость реакции падает до пуля, когда система стремится ||С/ конечному равновесию, так как это состояние равновесия I соответствует равенству скоростей v и v', причем одна из них I растет, а другая падает. | 1 Итак, в каждый данный момент, | ч 7<0 ’ и следовательно dv-ydt-= -2—dtn =—Adm, v Где А — переменный положительный множитель. Реакция такого типа по необходимости развивается с умерен- ной скоростью. 71. Влияние температуры. К этому первому закону нужно добавить еще второй, вытекающий из закона равновесия ван’т • Гоффа1: • Если рассматривать изменение системы в тецсом направле- нии, в котором повышение температуры содействует раз- витию данной реакции, то при всех прочих равных ус- ловиях (в частности составе системы в данный момент) скорость реакции повышается вместе с температурой2' dv — BdT, (3) где В'—положительная переменная величина. Влияние температуры сказывается особенно сильно на коэфи- ииенте В и во многих реакциях его можно выразить показатель- ной функцией: В = Кст , V где Д — функция других условий данного момента и особенно т. кис °ЯСНИм это примером3. Гремучий газ (смесь водорода и заканР°Да^ РеагиРУет при 200° так медленно, что реакция не 1 мепнЧИВается полностью в течение нескольких месяцев (при- ! волны В сек.). При 2200° измерения скорости взрывной ! вается в^оооооо07’ ЧТ° ПРИ этой темпеРатУРе РеакНия заканчи- йЦ]^поК’ ПРИ повышении температуры на 2000° скорость реак- ——_2££Сла ° ст° -тысяч миллиардов раз (10й). " Berth1’ 10с' сИ’> П« 202-? ' ” • Le ri otl Essai de mecanique chimique 2,93. ’atelier, Chauffage .Industrie!, 107, 1920. ♦ W
КИНЕТИКА ВЗРЫВА 95 72. Суммарное действие массы и температуры. Пусть мы имеем реакцию, в которой т растет, приближаясь к состоянию равновесия, а температура может изменяться, тогда dv = — Adm -f- BdT. (4) Предположим, что реакция экзотермична и обозначим через- ' q количество теплоты, которое она выделяет на 1 г, через С — общую теплоемкость всей системы. Очевидно за время dt gdm = CdT -f q’, (5) j где C — также функция от T (теплоемкость повышается с тем- k иературой), CdT--w количество тепла, которое идет на повы- шение температуры системы, а г/1—часть тепла, отдаваемого наружу. Внося в уравнение (4) значение dm и dT, определяемые из уравнений (1) и (5), получим: Л . dv = —Avdt + ~-qvdt— или >= (-л+4?’Ь“Я?- (s) Если реакция протекает очень быстро, потерей тепла q' можно пренебречь (реакция адиабатическая) и тогда ! ’ у = (-я+4'7>- Если коэфициент при и положителен, то у>0, и в обычных у., выражениях реакция развивается сама собою. При этом ускоре- * ние будет очень значительным, потому что Т непрерывно растет (так как Td = ~p), а вместе с повышением температуры Т увеличивается и скорость v [по формуле (3)]. Таким образом у будет положительной и возрастающей во времени функцией. Это быстрое повышение скорости реакции и одновременное . повышение температуры могут служить характерными призна- ками бурных реакций1; если же кроме того при химическом пре- вращении системы образуются газы, то мы имеем дело с взрыв- ( . ними реакциями. [у Следовательно, для того чтобы . реакция была взрывной,, одного экзотермического характера ее недостаточно; необходимо- ; еще в рассматриваемых условиях, чтобы скорость ее возрастала. - ,. Взрывчатый характер ее будет выражен тем яснее, чем больше- 1 будет значение положительной величины — А. 1 По Дюгему эти условия характеризуют систему в состоянии неустойчивого равновесия (D u h е m, Thermodynamique et chimie, 468). • , /л' x.... w " ~S. * . I-*.*' s-> , • /
ПИ РОДИИ АМИКА В действительности явление взрыва не так просто, как это оедставлено в приведенном выше анализе, так как по закону ействующих масс конечное равновесие устанавливается только после падения скорости реакции, стремящейся согласно закону действующих масс к нулю. Весь ход процесса можно представить кривой MNP (рис. 8); эта кривая может состоять из ряда звеньев, соответствующих ряду последовательных реакций. 73. Прочие переменные. Коэфициенты А и В зависят одно- временно от природы самой системы, т. с. от химического сродства, развивающегося в реакции, и от внешних условий, в которых она развивается, в частности от давления. Это одна из причин, по которой . - взрывчатые смеси в двигателях внут- л ... реннего сгорания подвергают давле- нию до воспламенения их: этим облег- i - / I чается их сгорание. Точно так же У *1 повышение давления облегчает сгора- \ ' ние трудно воспламеняемых смесей \ газов в эвдиометре. \ Далее в гетерогенной системе, на* \р пример при взрыве твердых взрывча- 0'---------------. тых веществ, можно предполагать, , что скорость реакции зависит от раз- Рис. 8. меров поверхности, на которой раз-... вивается реакция и увеличивается вместе с нею. Очевидно, что тесное перемешивание, тонкое из- мельчение реагирующих веществ и совместное существование реагирующих атомов в одном и том же химическом соедине- - нии —все это должно ускорять реакции. В действительности,-до сих пор мы не имеем точных указа- ний относительно коэфициентов, определяющих скорость химических реакций за исключением простейших случаев, глав- ым образом для обратимых и медленных реакций (например е£нфякации1) и для горения газовых смесей2. ,0 Таким ' образом -явление взрывной реакции оказывается 0 яь Сло>кным и мало изученным с точки зрения динамики. неК(?аясь На предыдущие рассуждения, можно однако вывести пости°РЬ'е УСЛОВИЯ’ не°бходимые для получения у > 0. В част- и о,ИЗ УРавнения (6) можно установить зависимость между теплой Именно’ чт0 v растет вместе с q'. Отсюда следует, что больша ПР°НИЦаемая оболочка, среда с мадой теплопроводностью, -Развит^ Масса реагирующих веществ — все это способствует некотоУ)0' взРывных. реакций, и в данных условиях имеется Ускоряет6 Минимальное значение V, начиная с которого реакция . ____ Ся’ так как v — функция, возрастающая с Т, а коэ- •Тп7(п®‘ Yan’* Hoff- ioc- cit. .<.r- nncl el Le Floch, 0. r., 1ST, 400, 60S, 714. - HK-.. .
КИНЕТИКА ВЗРЫВА 97 фициент( ~—А) также обычно растете Т, причем В имеет преобладающее значение, то необходимо должна существовать какая-то критическая температура, начиная с которой реакция приобретает взрывной характер. Эта температура назы- вается температурой воспламенения. Но v изменяется в зависимости от других условий системы, в частности растет вместе с давлением, так как согласно закону действующих масс уплотнение молекул в данном объеме облегчает реакции. Итак температура воспламенения зависит от этих условий, а также от факторов, влияющих на q'. Поэтому температура воспламе- нения не может быть какой-либо абсолютной характеристикой взрывчатого вещества; она зависит от большого количества факторов (123, 157)1. Эти рассуждения показывают, что данные для температур вос- пламенения или вспышки сравнимы лишь при строго определен- ных условиях опыта. Так например различные исследователи нашли для смесей 2На + О2 температуры воспламенения в преде- лах от *550° (Малляр и Лешателье) до 845° (Готье и Гелье). Влияние давления обнаруживается также на взрывчатом разло- жении ацетилена, которое по Вьелю и Бертло2 при атмосферном давлении невозможно, и происходит легко от искры в сжатом газе, начиная уже с 2 ат. Эти теоретические рассуждения показывают, что некоторые медленные реакции разложения могут ускоряться и становиться опасными при наличии больших масс; в то же время они могут оставаться умеренными, если вещество распределено так, что теплота реакции может легко уходить из системы. 75. Начальный импульс. Чувствительность. Таким образом взрывчатые вещества можно рассматривать как химические системы, находящиеся в состоянии мнимого неустойчивого равновесия; достаточно следовательно небольшого импульса извне, чтобы вывести их из состояния этого равновесия. Отсюда возникло стремление найти ту минимальную работу, которая необходима для нарушения неустойчивого равновесия взрывча- того вещества — для возбуждения взрыва. На’практике эта работа определяет чувствительность взрывчатого вещества (120); с теоретической точки зрения она определяет относительную стойкость системы. Эта работа может быть произведена или в форме затраты тепловой энергии — нагревание взрывчатого вещества до темпе- ратуры воспламенения, или в форме затраты механической энергии — удар или трение. Впрочем на основании эквивалент- ности разных форм энергии считают, что в последнем случае минимум механической энергии, способный вызвать взрывную 1 См. также опыты Тпффапеля и Лефлоша (Ioc. cit). . ’ Ann, ohlm. pliys. [7], 77 (1807). :• Пороха и ворыоч. вещества. 1
П И РОДИН Л МИКА 9j^~----------.------------------------------------------- кцию, может быть приравнен к эквивалентному повышению Ре^пературы; трудно однако, вообще говоря, определить то Те ичество вещества, на которое распространяется эта теплота, ' К°я того чтобы вычислить соответствующую ему температуру. £ЛОме того в этом случае нет полной эквивалентности между а„ом и нагреванием, так как оба эти способа возбуждения могут в разных веществах вызвать разные эффекты —дето- нацию или горение. Возможно, что удар вызывает в некоторых случаях сотрясе- ние молекул, соответствующее по кинетической теории колеба- ниям другого характера, чем колебания, вызываемые повышением температуры; по может быть также, что различие в действии этих двух форм начального импульса заключается лишь в харак- тере развития вызываемой ими реакции. Начальная скорость реак- ции, если она очень велика, может действительно породить сама некоторые новые условия, способные изменить течение реакции. Так, мы видели (27), что детонация и горение могут дать разли- чные продукты разложения для одного и того же взцывчатого вещества, но детонация на открытом воздухе дает, вообще говоря, те же продукты, что и горение под очень высоким давлением. Изучение условий/влияющих на чувствительность взрывчатых веществ к «удару, или определение минимального начального /импульса о нужно отнести к практическим испытаниям взрыв- чатых веществ ввиду невозможности дать теоретическое обос- нование этому вопросу. Укажем лишь, что чувствительность зависит от прочности мблекулы взрывчатого вещества и что она увеличивается с температурой, как и можно было предви- деть заранее. Наоборот, чувствительность уменьшается, когда физическое состояние взрывчатого вещества препятствует моле- кулярному сотрясению, например когда взрывчатое вещество находится в пластичной или желатипообразпой форме или когда оно смешано с инертным веществом. : 76. Распространение реакций. Выше мы принимали для упрощения, что вся химическая система находится в однородных Условиях температуры, давления и пр., и что реакция происходит одновременно во всех точках системы. На практике чаще всего истема в различных точках находится в различных условиях, меющих место например при воспламенении ее в какой-либо Дной точке или при местном ударе- по 0Слс ЭТ0ГО необходимо, чтобы .реакция распространилась хапаСе*' Системе! эт0 динамическое явление выдвигает новую СтраоКТеР1,с™ку, которая называется скоростью рас пр о- 77НреНИП РегкИии* связа РаСпР°странение реакции в форме горения. Такая передача цпи ,аа с постепенным нагреванием массы; действительно, реак- зажиг 13Ыцаст воспламенение, если даже нет непосредственного степейНня’ и Распространение реакции представляет собой по-: ное сгорание вещества.
'КИНЕТИКА ВЗРЫВА\ 99 Для того чтобы это горение было возможно, необходимо, чтобы потери теплоты вследствие лучеиспускания, теплопровод- ности, присутствия инертных тел и пр. не понижали температуру ниже того предела, когда реакция перестает быть ускоренной (72). Если преобладает разогревание, горение распространяется тем быстрее, чем быстрее повышается температура. Такое быст- рое горение порохов и взрывчатых веществ называется часто дефлаграцией1. В некоторых случаях между нагреванием и охлаждением может установиться режим равновесия, например при горении под постоянным давлением массы вещества, кото- рое обладает способностью гореть параллельными слоями (удли- ненные тела, зажигательные шнуры); тогда в определенных усло- виях скорость горения остается постоянной. Наоборот, если масса прогрессивно нагревается или растет давление, то с к о р о ст ь горения увеличивается по закону, зависящему от условий, в которых находится система, отличному от закона изменения скорости реакции, но связанному с ним. Все, что повышает скорость реакции (давление, химичес- кое сродство и пр.) повышает очевидно и скорость горения. Изучение законов, управляющих скоростью горения порохов и взрывчатых веществ, можно производить без учета скоростей реакций, труднее поддающихся опытному исследованию. Знание этих законов имеет большое значение для практики. Общие выводы из этого исследования, основанного преимущественно на опытных данных, излагаются в дальнейшем (79-93). 78. Распространение путем детонации. Было уже указано (75), что начальный импульс в форме удара может вызвать раз- ложение, совершенно отличающееся по характеру от горения. Первыми теоретическими и экспериментальными исследова- ниями явления детонации мы обязаны Бертло и Вьелю (94). Источником реакции в этом случае служит повпдимому сжа- тие, вызванное местным ударом и связанное с повышением тем- пературы; согласно общему закону начальное повышение давле- ния ускоряет реакцию и вызывает внезапное образование сильно нагретых газов. Если улар был достаточно силен, то давление образующихся при этом газон может для некоторых взрывчатых веществ играть, в свою очередь, роль начального удара для ближайших слоев вещества, и реакция распространяется путем таких быстро развивающихся давлений 2. Эти удары, переме- щаясь в порядке последовательного развития их, образуют п с п р е р ы в п у ю в о л и у, пазва иную Бертло взрывной вол- ной. Эта волна распространяется, как и молекулярное сотрясение, с значительно большей скоростью, чем горение; ниже будет 1 Jouguet, Mecanlque des explosifs, 377 (1917). ’ Jouguet, Sur la propagation des rdactions chimiques dans les gaz. — Jour- nal des matn£matiques pures et appliqu6es, 1906. 7*
ПИРОДИНАМИКА Д7£. ложен вопрос о распространении детонации (95) .и будут опи- «3 способы измерения ее скорости1. саНусловия образования взрывной волны связаны с начальным г асом, сила которого изменяется в зависимости от чувствитель- ности взрывчатого вещества, и с большой скоростью реакции, присущей далеко не всем взрывчатым веществам. Некоторые из них, например черный порох, даже при очень сильном ударе, достаточном для воспламенения их, не дают начала взрывной волне. Другие вещества, например гремучая ртуть, обладают такой значительной скоростью реакции, что достаточно простого" нагревания, воспламенения раскаленной электричеством метал- - лической нитью или слабого удара, чтобы вызвать детонацию. Для таких нестойких веществ, как иодистый азот, достаточно простого трения, чтобы разрушить молекулу и вызвать образо- вание взрывной волны. Итак, взрывчатое разложение может происходить весьма различных формах — горения или детонации, которые характеризуются именно совершенно различными скоростями распространения, а вместе с тем и совершенно различным характером практического действия. Впрочем может случиться, что разложение заряда какого-либо взрывчатого вещества будет переходить из одной формы в другую или вследствие ускоре- ния горения (динамиты, хлоратигы), или вследствие замедления детонации (неполные взрывы). В дальнейшем-будут разобраны более детально оба-эти вида разложения. в двух § 2. ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 79. Из всех взрывчатых веществ, разложение которых идет. псу типу горения медленного или быстрого (77), наи- большее значение имеют для огнестрельного оружия пороха. Изучение закона их горения играет важную роль в вопросах конструирования и применения артиллерийских орудий. Первые исследования в этом направлении принадлежат Роберу ; l (Robert), затем Себеру (Sebert) и Кастану (Castan). Сарро на основе их опытов и данных орудийных стрельб, использовав- м* крешерный манометр, дал общие формулы внутренней балис-' тики2, отличающиеся своей простотой и ставшие классическими, по эти формулы по большей части были основаны на опытных а,1ных и оказались вполне применимыми лишь к черным поро- ам, на которых они и устанавливались. Поэтому с появлением здымных порохов от этих формул пришлось отказаться, так к оцц выражали свойства последних недостаточно точно. • »а«более точными данными относительно горения порохов^; -^^вбязаны глубоким исследованиям Вьеля1. Из результатов а Г»олес правильно называть се д с т о па ц и о и и о й полной. (Прим. ред.)*» I’Arfiiin । г а Recherclies stir les effets de la potidre dans les armes. — M6in. de • Ulle,|c maritime, 2,A, 5,6, 7.
ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 101 его опытов Госсо и Лиувилль, Шарбонье и Сюго, Эмери (огра- ничимся только наиболее известными французскими исследова- телями 2) вывели путем блестящего математического анализа ряд формул, позволяющих предвидеть удовлетворительным образом балистический эффект порохов в огнестрельном оружии и осо- бенно бездымных порохов, если известны их характеристики. 'Именно эти исследования Вьеля о горении взрывчатых веществ и привели его к открытию пироксилиновых порохов В. Изучение горения порохов сводится к исследованию влияния состава, силы, строения и различных элементов фабрикации порохов на закон, управляющий скоростью их горения при дав- лениях, имеющих место в канале оружия. Для этого исследова- ния Вьель воспользовался манометрической бомбой и с ее помощью вывел закон развития давлений в замкнутом сосуде. Давления измерялись по закону обжатия цилиндрических крешеров, изу- ченному им же ранее. Известно, что кривые, вычерчиваемые на вращающемся барабане, дают давления газов в зависимости от времени. На основании их легко определить часть порохового заряда, сго- рающего за время t от начала горения. Действительно, обозна- чим (43) временную плотность заряжания, которая бы соответ- ствовала части х (от 0 до 1) сгоревшего к данному моменту заряда через Дх, тогда n._ 1—аД Пусть co — вес всего заряда и v— емкость бомбы, - тогда конечное значение Да равно (1) (2) а конечное максимальное давление Р______ Учтя объем, занятый несгоревшим еще порохом, найдем, что Да, отвечающая сгоревшему количеству пороха сох, равна сох ' А * S й- i-d-4 гДе 6 — плотность пороха. (3) Vieille, Etude-sur le mode de combustion des explosifs — M6m, des poud- res, 6, 256. •• • ’Gossot ct Lionville, M6m. des poudres, 19, 20, 23. Cha r b on ni e г ,’Мёш. del’Artiilerie f.ancaise, 2, 421( 1823). S u got, ibid., 3, 979 (I024);’5, 1131 (1926). •, Emery, ibid., 2, 21r(1023). См. также Dcsmazlircs, ibid., 3, 1009.’^>-.
ПИРОДИНАМИКА ‘10^_------------------—---------------—--------— Подставив это выражение для Дв в (1), а вместо f его выра- жение через (2), получим: где 1 —/д_ Это уравнение можно переписать иначе: Р = р ._______________ шах 1 + х (/< — 1) ,По существу это—формула Абеля, примененная к какому-либо моменту горения. Таково основное уравнение, позволяющее вывести непосредственно из кривых, полученных в бомбе Сарро, закон горения порохов. Следует заметить, что для артиллерийских порохов значения а и <5 таковы, что коэфициент К получается близким к единице (85), так что можно с большим приближением .принять: 1 max 80. Кривая, вычерчиваемая регистрирующим аппаратом, имеет ®ид, изображенный на рйс. 9. Ее можно удовлетворительно характеризовать положением точек: Ао — начала воспла- менения, А — начала сжа- тия крешера, / — точки пере- гиба, В— конца горения и углом касательной в точке пе- региба. Период Ао А рассматри- вается как период вос- пламенения; его продол- г „ жительность характеризует * «Отельную скорость брлее или менее значительную, появления (~1ппН0Г° давления всегда примерно одной и той же величины ппо ° Кг^‘ ^г0 можно обнаружить, оставив свободный начальный икпме>куток В'Р>2 — 0,3 мм между регистрирующим поршнем (55) разоШеР°м’ который позволяет перу перемещаться как только поптЬетСя давлРНИе> достаточное для преодоления трения ршня, снабженного обтюратором. точке 11еч1,У10 ТОЧКУ & труднее точно отметить, так как в этой барабз1<1П1паи 1{асзется окружности MN, описываемой пером па вРемя "е С К01[Це измерения. Из этого следует, что определить горения А! В'- на кривой тоже затруднительно. Вьель
ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 103 однако показал, что с некоторыми предосторожностями1 можно свести ошибки к минимуму и при том всегда одного и того же * порядка,“"приняв время между точками видимого слияния кри- вой с двумя крайними окружностями. При вычислениях Р выра- , dP жают в тоннах, t в секундах, и определяют - -ц- в тоннах в секунду. Это отношение характеризует скорость нарастания давления и называется коэфициентом живости. Значение координат точки / характеризует закон образования газов, зависящий в особенности от формы пороха; действительно, если поверхность зерен быстро уменьшается по мере горения (кубические зерна), точка / должна передвигаться к А; для поро- хов же с мало меняющейся или даже растущей поверхностью (тонкие пластинки, трубки), точка / должна отодвигаться к В. Существование точки перегиба между А и В следует, вообще говоря, приписать неоднородности пороха, состоящего из смеси зерен с неодинаковой в точности скоростью горения. Идеально однородный порох должен теоретически давать кривую без всякого перегиба. На практике точка перегиба более или менее близка к конечной линии MN и часто с ней сливается. Наклон в этой точке, касательной к кривой давления, определяется dP отношением —, т. е. скоростью нарастания давления, дости- гающей в точке перегиба максимума. В порохах, удовлетворяющих требованиям Вьеля (81), вели- чина -^-юах изменяется обратно пропорционально времени горе- ния, и таким образом этой величиной можно характеризовать (и при помощи ее классифицировать) взрывчатые вещества по их скорости горения. Это отношение крлеблется от 1 до 30 для по- рохов одного и того же сорта, но предназначенных для разных калибров орудий, от винтовок до морских орудий (калибр 340мм}. _, dP Мы- считаем полезным остановиться на определении тах. Для этого требуется построить касательные к кривой и выбрать из них ту, которая обладает наибольшим угловым койфицнептом. Это не особенно удобно, и потому предпочитают поступать следующим образом 2. Находят на кривой точку, определяемую наибольшей разно- ?тыо давлений между двумя последовательными моментами t и A-At. Затем с обеих сторон от этой точки, выбирая точки, соответствующие наибольшим разностям давлений, берут такие- промежутки времени At, чтобы разность давлений между край- ними точками равнялась примерно одной трети максимального ) давления. Наклон хорды, соединяющей эти крайние точки, к прямой А' В’ и определяет -^-иах . Характерным для быстроты 1 Vieille, ioc. cit., 284. , £ Gossot-Liouvill е, Тгайё des explosifs (1919). ''-Д-
i I f ПИРОДИНАМИКА •» Д 704 оения пороха ‘(живости) считают угловой коэфициент этой, оды, а не касательной в истинной точке перегиба. ^Сравнительные опыты показали, что для данногб* пороха vniecToycT в среднем достаточно точная пропорциональность еясдУ установленным таким образом коэфициентом живости и отвечающим более близким интервалам (предельный случай — ' угол наклона касательной в истинной точке перегиба). Однако если это верно в среднем и достаточно для практического срав- нения различных типов порохов по значению иах , то по мере уменьшения интервалов вокруг точки перегиба расхожде- ние увеличивается. В этом заключается преимущество определе- ния углового коэфициента хорды (находимой описанным выше образом) перед угловым коэфициентом истинной касательной. Для определения «коэфициента живости» можно еще посту- пить таким образом \ Измеряют по кривой значения обжатия крешера, соответ- ствующие равным промежуткам времени At, уменьшая эти пери- оды в случае необходимости в области точки перегиба, и пере- водят обжатия в давления при помощи таражной таблицы (64). Затем чертят кривую разностей давлений в зависимости от вре- мени. Кривая эта имеет максимум. Отношение максимального., значения ДР к At равно -^-тах. С другой стороны, ро значе- нию t, отвечающему максимуму, можно найти точное значение ординаты точки перегиба. Обычно берут среднее из 5 определений «коэфициента живо- сти». Как бы тщательно ни производились определения, между значениями 5 опытов всегда наблюдается расхождение, доходя- щее до 10 —15%. Только среднее значение можно считать дос- таточно характерным для данной партии • пороха (с достаточной точностью), причем сравнивать его можно лишь с данными, определенными в одних и тех же условиях. Из этих условий для коллоидных порохов (81)'" наиболее важны два; влажность и достаточное содержание растворителя. Кривые манометрической бомбы дают таким образом непос- редственные указания о характере горения порохов и в част- момТен°ПРеделЯЮТ часть заРяДа х> сгорающую в каждый данный Само собой разумеется, что если желают -.определить не °лько «скорость горения пороха но и линейную ^корость горения его где е — толщина горящего пороха, она'^Е1 водимо знать две независимых переменных, от которых писит, именно закон изменения во времени поверхности етод Центральной морской лаборатории. w ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 705 горения S и закон изменения скорости горения в зависимости от давления Р. Рассмотрим эти явления подробнее для двух предельных случаев: 1° Порох плотный (например коллоидные пороха), не прони- цаемый для газов и однородный; 2° Порох, обладающий поверхностями, ограничивающими в его массе отдельные зерна (черный порох). 81. Коллоидные пороха. Так как этот тин пороха ие пропус- кает газов, горение происходит на поверхности. Далее, так как он однороден, то сгорает за одинаковые промежутки времени во всех точках поверхности ds па одинаковую глубину. Толщина сгорающего слоя не зависит от количества оставшегося пороха. В таких случаях говорят: «порох горит параллельными слоями». Вьель показал экспериментально \ что 'если горение происходит параллельными слоями, то длительность горения в замкнутой оболочке при одной и той же плотности заряжания зерен одного и того dice пороха, имеющих сходную геометрическую форму, подчиня- ется закону подобия. Вместе с тем значение -4т~ „„ , . изменяется в обратном отношении. И наоборот, если геометрически подобные зерна какого-либо пороха:, при одной и той же плотности заряжания, сгорают по закону подобия {длительность горения и -~-тах), то этот порох горит параллельными слоями. Это двойное положение называется «критерием Вьеля». Это важное наблюдение представляет интерес с точки зрения изуче- ния характера горения порохов и указывает на колоссальное преимущество горящих параллельными слоями порохов, позво- ляющих получать любое желательное время горения простым изменением размеров пороховых зерен. Нужно .однако иметь в виду, что по мере увеличения калибра орудий крайне необходимо располагать порохами с возрастаю- щей продолжительностью горения, а на основании данных мано- метрической бомбы, в которой ведутся опыты с небольшим количеством пороха, оказывается возможным находить характе- ристики, пригодные для любого орудия; следовательно такое исследование дает возможность найти по крайней мере при- \ ближенные размеры порохов без длительных и дорогостоящих опытных стрельб. 82. Вторым фактом, установленным Сарро в его исследова- ниях по внутренней балистике, является пропорциональность 1 Vleili е, loc. cit., 275, .
ПИРОДИНАМН КА •оростсй горения некоторой степени давления, степени, изменя- вшейся в зависимости от сорта пороха. Обозначим показатель той степени, как уже утвердилось в практике, через а (не сме- шивать с коволюмом!). Оба эти наблюдения можно подтвердить экспериментально. Примем их установленными и покажем, как они могут быть выражены аналитически.. 'Формула Госс о-Л и у в и л л я 83. Возьмем зерно в форме параллелепипеда с ребрами At, Aa и Аз- Обозначим через е толщину слоя пороха, сгорающего за про- межуток t. Мы имели (79), что каждому значению Р соответствует плот- ность заряжания Ля, отвечающая количеству сгоревшего пороха. Легко вывести, что А 1 — Эта формула сильно упрощается, если два размера Аа и At весьма велики по сравнению с третьим размером At (толщиной пороха); тогда приближенно '> “ ~ . Г. , 2е VI <5 (* aJJ Как бы то ни было, можно вычертить кривую значений е в зависимости от времени t посредством и Р, которое- известно в функции от I. Диференцируя эту кривую, получим элементарную скорость горения . * ' de W == - . dt Откладывая на оси абсцисс давления, а на оси ординат соот- ветствующие значения w, Госсо и Лиувилль из многочисленных кривых горения в манометрической бомбе вывели, что для кол- лоидных пироксилиновых порохов выражение гл 2/з Удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными- Формулы Шарбонье и Сюго 84. Основное уравнение. Так как
ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 107 то (79) <f(x-co) = /<Pa-S.<5.r/l, •откуда К а tlx ~р ‘S.6. at, 01 J где S—поверхность горения в момент/. Положим So = начальной поверхности горения; A = --Sfr, to г-0 тогда fix. ч %~АР<р{х), (1) А — коэфициент пропорциональности, зависящий от размеров зерен, так как он пропорционален So. Он характеризует быстроту горения (живость) пороха и пропорционален К, т. е. тем -больше, чем больше линейная скорость горения. <р(х)— функция, зависящая в первом приближении от формы, так как , , S <Р (х) — $ . Для куба и шара: S = Su (1 — х)2/’. Для сплошного цилиндра: S = So (1 — х)1^2. Для плоской пластинки: S=S0 <р (х). <р(х) при Этом стремится к (1 —х//з, когда все размеры прибли- “ближаются к равным (куб), и к единице, когда пластинка стано- вится бесконечно тонкой. Для пластинки, толщина которой е, t S а .длина и ширина I, к моменту сгорания части ее по толщине у <(если пренебречь величинами ее и е2), имеем S = S0 —8е/. Положив б — — а (а— сплющивание). найдем, что выражение S = Se-8e уменьшается тем медленнее, чем шире лента; поверхность го- рения пластинки убывает, следовательно, значительно медленнее, чем поверхность кубического зерна. Можно предусмотреть — и на практике этим пользуются — формы пороховых зерен с постоянной и даже возрастающей поверхностью горения. Так, поверхность горения пороха в форме трубки — трубчатого (макаронного) пороха — постоянна (приблизительно, при зажигании с одного конца). В этом случае ^(Х)=1.
ПИРОДИНАМИКА ,----Ц---------------------------------------- Поверхность возрастает у многоканальных зерен. Дей- ительно, пусть в случае цилиндра высотой h с п каналами ^лщина свода прогорает на величину е, тогда ч S = So + 2лЛе (п — 1), ’-е. поверхность возрастает тем сильнее, чем больше каналов. Т С другой стороны, нетрудно доказать, что если два пороха пазвивают в бомбе одинаковое давление (максимум) и обладают одинаковой длительностью горения, то порох А, поверхность горения которого уменьшается не так быстро, в каждый данный момент развивает в орудиях давление меньшее, чем порох В с более быстро убывающей поверхностью горения (рис. 10). ; д р . _ _ ----- - z- Р Рис. 10. Это свойство очень важно с бали- стической точки зрения,’так как таким , путем можно добиться снижения макси- мального давления в орудии, сохранив ту же скорость снаряда. Ленточные пороха выгоднее таким образом, чем кубические, а многоканаль- ные выгоднее ленточных, хотя и не намного. Практически, вследствие отсутствия одновременного воспламенения всей поверхности (соприкосно- вение зерен между собой), недостаточной химической? однород- ности, неправильностей формы и т. д., у>(х) не может быть вы- числена путём чисто геометрических расчетов и получается с помощью интерпретации кривой давления в бомбе. 85. Определение Л и <д(х). Тип или сорт пороха (пироксили- новый, кордитный, трубчатый) характеризуется значениями <р(х) и а; быстрота сгорания — величиной А. Интегрируя уравнение (1), получим: и *1 /а f* Ну РМ= / / Л г... . (2) р <о «о Щимоб известна У’С-*) и т0 величину А определяют следую- Aai/° РР0Изв°Дят 4 — 5 взрывов в манометрической бомбе при Во ной плотности заряжания А; записывают обжатие крешера- на вРемени £ Обжатия переводятся в давления, исправленные лаждение газов стенками бомбы и на инерцию крешера (54). 4eniiv'«M_ ',e,’T,IT кривую (Р“,/) и определяют площадь, огряни- времени t, кривой (Pat t) и, ординатами и абсцис- ^Н"УЮ ОСЬЮ ам” Ч И tv ",<Им призом определяют
ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 109 2° Находят / —у от х0 до хь отвечающих t0 и Если «7 \*) интегрирование затруднительно, то вычерчивают кривую и интегрируют графически подобно предыдущему. 3° Отношение обеих площадей дает А. f(x) Но если а и <р(х) неизвестны, приходится поступать иначе Напомним (79), что р — р , у . ___К X 1+х(К__п» причем выражение 1 + х(К — 1) близко к единице. Действительно, в случае пироксилинового пороха В: б =1,6 а х 0,98 (46) ’ /1=0,2 (плотность) (королям) (пл. варяжапшт) ? Откуда при X = О (min), К = 0,92; 0,Р2; . при х = 1 (max) В этих случаях, учитывая можно написать: 1 + х(К-1) неточности определения в бомбе, р = р" = ₽аШЖх • ха. откуда к *i Г* I* Для порохов одного типа, т. е. с одинаковыми а и <р(х) интеграл правой - части уравнения (3) — величина постоянная в определенных границах х0 и xt. Следовательно откуда и ДР°тх J at = ЛРашах(<1— V = const = С, (0 (4) Д (/, —W =—^—= const. ‘ шах Иначе говоря, л о б р а т.п о пропорционально времени горения. Применим уравнение (4), несколько преобразовав его, ig Д + alg/’mnx = igc - ig (G - г0) не к типу порохов, а к определенному пороху, тогда А, а ир(х) будут постоянными при любой плотности заряжания А.
ПИРОДИНАМИКА етически достаточно трех взрывов или, еще лучше, трех оЬ1вов при различных плотностях заряжания и z1s, -рУ"п, подсчитать IgA а и Igc. цооь ействительности же вследствие неточности записи опытов В бе особенно в отношении длительности обжатия крешера ? б01/1 'подсчет lg/1 становится, вообще говоря, нереальным. ^"но в частных случаях дело обстоит проще. Так например Шарбонье и Сгого, учитывая неточность мано- пичсских определений, принимают «=1, по крайней мере я пироксилиновых порохов В. Отсюда следует, что если кривая манометрической бомбы т возможность построить кривую (Р, /) и следовательно найти мошадь при помощи уравнения (2) h xi Эти значения наносятся в мнил последней получают Таким путем Шарбонье О = 0,2. {О *0 го для различных значений t можно подсчитать соответствую- щие значения 1 Г dx A J <р (х)1 “о виде кривой и путем диференциро- кривую Д • <р (х). нашел в 1907 г. следующие характе- ристики для пироксилинового пороха: '• а = 1; <р (х) = (1 — х)р; I1^ Риведем другой пример, где уравнение Шарбонье (1) при- ДЛя п0ДСчета А. ЭтО случай порохов с постоянной поверх- • !‘остью горения (84): * " /И y(x)=»i • Приняв asi и (85) зная, что 11 X • Ртах = Р» J но переписать уравнение (1) в таком виде: Д • Ртах dt — — . i ’k113'чтоб1ИМдЭт° УРавнение к определенному пороху данного 1 было постоянным; тогда ’’ Д ' Ртих(G «О
ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 111 откуда _ In У1 — In 1 Рmax G1 О а так как 1пХд — lnX0 = In (ХхРщах) In (^оРтах) ~= 1пР, — 1пР0; ТО . = 1I1P1 — 1пР» P-ax('l-W Обозначим по Мюрауру 1 через выражение Ршах (й й) . 1пР, — 1пР0 ’ тогда и графическое построение этой величины производится крайне просто. Порох сжигается в бомбе при данной плотности заряжания и регистрируются обжатия крешеров во времени. Обжатия эти переводятся в давления, а затем в натуральные логарифмы этих давлений. Нанесенные па систему прямоугольных координат, точки (IgP, t) должны располагаться почти по прямой, если наши аналитические суждения удовлетворительно отражают действи- тельный характер горения пороха. 'Гак оно на самом деле и на- блюдается 2, если не считать начала и конца горения. Угловой коэфициент этой прямой, деленный па давление максимум, и дает величину А. Кроме этих частных случаев А определяется практически стрельбой из соответствующего орудия. г Другие способы определения скорости горения 86. Площадь кривой давление-время. Так как в пределах данных значений х0, х{ и для данного типа порохов по уравне- нию (2): ь А ГPadt = const, (о то вместо характеристики А можно выражать быстроту сгорания (живость пороха) посредством выражения п у1 рп<// 'о 1 М и г п о и г, Bulletin <1с la sociCtc chhnique de France [4 sdrle], 39. 2 Muraotir, loc. cit.
р — ПИРОДИНАМИКА , ------- - ———— —~ „пИ«=1 чеРез г’\. '< или при (1 . .. J Pelt, ' • *0 . . J еделяя площадь между конечными значениями t0 и tt, с уче- . .;?Л' °Пм искажений кривой в начале и в конце. ..ЭД 87 Модуль прогрессивности. Вьелем был указан метод /аИ • »шги показателя а, названный им «модулем прогрессивности», оце** ///^ i । Определяя значения при различных плотностях заряжания, мы видим, что они растут быстрее, чем соответствующие давле- Я пня и почти пропорционально некоторой степени этих давле-, ний: показатель этой степени и есть «модуль прогрессивности». - Он связан с показателем скоростей горения. Для зерен одной . с -’ ар ,-А 'формы можно принять, что значения тах растут примерно, как ,.• < д степени (1 + а) от максимальных давлений.' - Для зерен различной формы модуль прогрессивности не равен Ч. в точности (1 + а), но очень близок к нему. Измерение модуля- •- прогрессивности дает новое средство для оценки показателя а. Он позволяет сравнивать между собой пороха разных типов даже такие, которые не горят параллельными слоями (88). Срав-../’ пение это представляет однако только практический интерес и • *! относится исключительно к области внутренней балистики. ч 88. Черные пороха. Испытывая в манометрической бомбе-/ различные орудийные пороха, бывшие в употреблении до 1884 г. (параллелепипеды 26/34, 30/40, шоколадный призматический по- * рох)1, Вьель установил, что время горения их и ^шах почти не зависят от толщины геометрически подобных пластинок, выре- занных им из зерен пороха, чтобы устранить влияние корки по-' • лированных зерен (26/34 и т. и.)1. Факт этот подтвердился прц~ ; различных плотностях заряжания — от 0,3 до 0,6. 1 сл итсюда Он заключил, что эти пороха не горят параллельными тезеМИ’ П° кРайней меРе ПРИ высоких давлениях, вопреки гипо- пРедложенной Робером на основании наблюдений над горе- 1 ц пороха па воздухе. .-•? пресс Ы ИЗУЧИТЬ полнее законы горения черных порохов, Вьель вой чеВДЛ Различной толщины пластинки из тщательно просеян- 11 я я сРе3 ТОнкое сито пороховой мякоти. Он нашел, что сред- , к времрК°Р°сть горения (отношение толщины пластинки Хе толщ11 Г0Ренип) падает довольно быстро, приходной и той \ прения „ 1е’ по мере увеличения плотности пороха путем повы- Ростн Давления прессования до предельной минимальной ско- СОпанйя Жя’ ^ч“ная с плотности около 1,85 (давление прес- < -^^^600 кг[см2), -не изменяется до плотности 1,92—1,93 1 См. vi> ~ ---------------------------------------- 5. пП1п et Chasneau, Poudres et exp Iosifs, 388—842. 4 Л
ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 113 (давление прессования 3600 кг)см2). Влияние толщины, вначале ’.еДе заметное, начинает сказываться при плотности 1,72, а при плотности 1,85 время горения приблизительно пропорционально толщине. На рис. 11 изображено изменение времени горения в. зависимости от плотности пороха для зерен толщиной в 3,5 и 10,5 мм. Прессованием можно следовательно добиться получе- ния достаточно плотных порохов, горящих параллельными слоями, но при обычных условиях приготовления черного пороха это недостижимо. Очевидно замедление скорости горения связано с уменьшением пористости; проникновение раскаленных газов в массу пороха под влиянием давления, развивающегося при горении его, за- " трудняется подобно тому, как скорость истечения жидкости уменьшается обратно пропор- ционально квадрату диаметра отверстия канала. Этим вполне удовлетворительно объясняет- ся быстрое понижение скоро- сти горения с повышением .плотности пороха. Становится также понят- ным, что время горения круп- ных зерен или лепешек, полу- ченных прессованием мелких зерен при умеренном давлении (100 — 300 KifcM2), меньше за- висит от размеров лепешек, чем от размеров элементарных зерен и их плотности. Эти 2 и 3 3 5 с: 90- 80- 70- 60- 50- 40- ЗЭ- 20- 10- 0 L 1600 1700 1800 Плотности , Рис. 11. 10,5лл ЗДлл рассуждения, подтверждающиеся теоретически и практически, оправдывают методы, некогда при- менявшиеся при изготовлении орудийных порохов Ч С другой стороны, в полированных зернах старых орудийных порохов необходимо учесть влияние образующейся на поверх- ности твердой корки на скорость горения пороха; корка эта за- щищает вначале ядро зерна от горения и замедляет развитие максимального давления. Такое замедление в начале горения чрезвычайно благоприятно отзывается на балистическом действии пороха; благодаря ему воспламенение распространяется по всему заряду (орудия крупного калибра), прежде чем сильно прогорят зерна, расположенные возле воспламенителя, что очень важно в смысле устранения опасных волнообразных давлений (68); в то • же время благодаря задержке в нарастании давления снарядЧ поступает в нарезы канала при более умеренном давлении. \ Одна'ко в этой ко'рке могут находиться трещины или она мойсет быть нарушена при хранении или при снаряжении: тогда 1 См. Ven in et, Chasnеau, Ioc. cit, 339. Пороха и Езрывч. вещества. ; 8
ПИРОДИНАМИКА озможны случаи ненормального повышения 'давления до'опас- в о предела и плохого балистического эффекта вследствие большой скорости горения.. При этом понятно, чтр, если снаряд- 2е успеет продвинуться достаточно вперед, газы '.имеют для сво- его расширения слишком малый объем и потому , они разовьют слишком высокое давление. • ' у всех черных полированных порохов разложение начинается медленно вследствие горения поверхностной корки; затем ско- рость горения быстро повышается и дает высокие значения вследствие распада крупных кусков на элементарные гзерна; под конец, т. е. во время сгорания этих зерен, нарастание.. давления сильно ослабевает. , Начальное замедление, изменяющееся в зависимости от раз-, меров призматического пороха (8/11 мм, 26/34 мм, 30/40 мм), и дало возможность применить эти старые пороха к орудиям раз- ного калибра; однако при помощи его нельзя получить доста-. точно высокое действие в орудиях больших калибров. Бурые призматические пороха1 представляют собой заметный Прогресс в этом отношении, так как состав их обеспечивает более/' медленное горение и легче поддается регулировке,' а форма — бы-, строе воспламенение всего заряда, соединенное с более медлен-''; ным начальным горением, достаточным для того^ чтобы не при-л. ходилось прибегать к полировке пороха. Мы уже видели, - что опытным, путем можно получить доста-'/.. точно плотные черные, пороха, горящие параллельными слоями Для них по данным бомбы можно вывести закон изменения.-.'/ скорости в'зависимости от давления: , ,в у-" v = КРп, . 1 > 1 где и колеблется между.-j- (.для бурых порохов) и — (дляАорык- новенных черных порохов). В то же время коэфициент живости (быстрота сгорани.я. или‘г.- скорость нарастания давления) следует закойу' ".т, •* dP t7pn it'' л jpmax ’ . где Р— конечное давление, меняющееся, в зависимости от плот- н°сти заряжания, а п лежит между -4 и -у. •’ Напротив, для обыкновенных черных и бурых.порохов, нельзя v сразить изменения скорости горения как функцию от давления, н° из кривых, полученных в. бомбе, следует, что gp max подчи-. "Пятому же простому закону для значений показателя n,i 1 ’М 80. •'. • > ' ' Vle4ie, ice. cit. ....
ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ 115 .5. о 7 ч лежащих между -%- и в зависимости от сорта пороха. Для них найден таким образом эмпирический закон изменения ско- V ростей горения, формально подобный закону, выведенному для порохов, горящих параллельными слоями, довольно точно выра- жающий свойства употребительных порохов: v^KP’1', за- производятся на основании следующего объем га- газов. От. где «'/равно 0,45 для бурых порохов и 0,55 для черных порохов. Сарро вывел формулы, удовлетворительно выражающие бали- стические свойства порохов, приняв п' — 0,5, и с тех пор все расчеты этих порохов эмпирического кона горения: v = кр1/2. 89. Применение к внутренней бали- стике. Ограничи- ваясь самым элемен- . тарным рассмотре- нием балистического действия порохов, мы должны харак- теризовать этот род взрывчатых веществ следующими величинами: теплота разложения их, зов, выделяемых ими, и закон образования этих объема газов и их температуры зависит действительно макси-гг мальная работа пороха, работа, небольшая часть которой исполь- ; зуется в орудии, сообщая расширением газов снаряду его на- чальную живую силу — т\’2о ; от закона образования газов- зависит величина этой доли работы, использующейся в период прохождения снарядом канала оружия, и величина максималь- ’ ного давления в канале оружия. Возьмем два пороха с одинаковым объемом газов и одина- /‘ковой теплотой горения (одного и того же химического состава), различающиеся лишь скоростью горения. Ба диетические свой- ’' Ства этих порохов можно представить кривыми давления Р V».' ,.ь/в зависимости от расстояния снаряда в канале оружия от началь- --Уного положения его L (рис. 12). Пусть ОС—длина канала орудия; ясно, что при одинаковых зарядах пороха одного и того же состава кривая ОМА будет соответствовать быстро горящему, а кривая ONB — медленно горящему пороху. В самом деле, если горение идет медленно, снаряд успевает подвинуться на большее расстояние при одном и том же количестве выделившихся газов, которые займут боль- 8*
ПИРОДИНАМИКА пространстпо и потому дадут меньшее максимальное дав- ние будет меньше ММ', а ОМ’ меньше ON'. лС“р бесконечно длинном орудии, допускающем полное расши- пение газоф оба пороха должны произвести одинаковую работу Рж1|Ппл силл снаряда и откат орудия), а потому при одинаковых чпядах площади, ограниченные кривыми ОМА и ONB и абс- Зиссой ОС, продленными до бесконечности, должны'быть равны /пренебрегая влиянием внешнего охлаждения). А так как в по- рохе А потеря работы у дульного среза меньше, чем в порохе В, то площадь ОМ АС > площади ONBC, ’’ т. е. быстро горящий порох дает несколько больший коэфи-г циент полезного действия, чем медленно горящий (при одина- 3 косых зарядах), но зато максимальное давление в первом слу- 3 чае значительно больше. У Однако ввиду того что максимальное давление ограничи- вается пределом сопротивления, которое может оказать оружие без опасности его разрыва, можно, увеличивая заряд медленно горящего пороха, получить кривую ОМ^А^, площадь которой OAfjAjC значительно больше площади ОМАС и, значит, сообщить снаряду более значительную живую силу: такой порох называют прогрессивным. Точно также, если вместо двух порохов одинакового состава сравнивать два пороха с разным объемом газов при .темпера- туре взрыва, т. е. разной.силы f (44),.то более мощный по-, рох при условии более медленного горения сообщит снаряду при меньшем заряде и при том же максимальном давлении большую живую силу, чем порох слабый; иначе говоря, более мощный порох даст больший коэфициент полез и ого действия (ср. кривую ОМГАХ с кривой ОМА). Отсюда следует, что все преимущество пироксилинового по- роха (/s=>9000) перед черным порохом (/«=>3000) заключается ,. ' иозможпостн пользоваться умеренными скоростями горения: этом повышении балистического эффекта благодаря прогрес- Вн°сти и состоит превосходство коллоидных порохов, прб- ипом которых является порох В (пироксилиновый), над ста- рыми черными порохами. Пр 11,1 ВИДИМ так же, что медленно горящие пороха позволяют зуетс6НЯТЬ длинные орудия, вследствие, чего? полнее исполь- Ряда ( РасшиРение газов и достигается большая скорость сна- °РУДйя °Рские 0РУДИя, винтовка). Напротив, в короткоствольных Рекоме* 'ПОлковая пушка, охотничье ружье, гаубицы, револьверы) ЛленноНДуеТСя применять,,быстро горящий порох,-так . как ме- ВЬ1б зрящий используется в них неполно. Ф' Р°м Ор”Р пороха следовательно определяется не только калиб- м°й ско о”' U0 И еГ° Длип°й’ • допустимым давлением и требуе- р ’. СТЬ'°‘
ЗАКОН ГОРЕНИЯ ПОРОХОВ . 117 90. До сих пор мы рассматривали только пороха однородного состава, но легко показать, что балнстнческий эффект можно повысить еще больше, если замедлить горение вначале, чтобы ЗАЛержЛТЬ развитие высоких давлений и ускорить его затем, чтобы поддерживать давление на достаточно высоком уровне в течение большей части пути снаряда в канале; конечно, горе- ние пороха должно закончиться к моменту выхода снаряда из оружия. На рис. 13 однородный порох представлен кривой ОМА, а неоднородный — кривой OMAV На практике пользуются флег- матизированными порохами с медленно горящим поверхностным слоем и быстро горящей внутренней частью. Эти пороха требуют тщательного изготовления (442), так как они должны удовлетво- рять довольно сложному и притом совершенно определенному закону р горения. Таким образом закон образова- ния газов в условиях выстрела, за- кон, вытекающий из зависимости скорости горения от давления, сле- дует призвать основным законом, из которого выводятся теоретиче- ские формулы внутренней бали- О стики. 91. Решение проблем внутрен- Рис- 18- ней балистики связано с очень ' сложными уравнениями, куда входят эллиптические функции и которых мы здесь приводить не будем. Отсылаем интересую- щихся к специальным трудам Госсо и Лиувилля1 2, Шарбонье и Сюго а. В этих трудах изложены два французских метода вырат жения экспериментальных данных внутренней балистики. Одна из важнейших проблем внутренней балистики состоит в следующем. Найти начальную скорость снаряда и максимальное давление 1 н канале орудия, если известны характеристики орудия и по- роха и условия заряжания. Под характеристиками орудия подразумеваются: калибр, длина ствола, длина пути снаряда в канале орудия, объем канала и каморы горения, отношение диаметра канала к диаметру каморы. Порох характеризуется силой, плотностью и законом горения. Условия заряжания определяются главным образом весом пороха и весом снаряда; расположение заряда и способ воспла- менения (92) также могут изменять закон горения пороха. ’ Все эти переменные связаны геометрическими зависимостями . и диференциальными уравнениями, выражающими закон движе- 1 Gos sot ct Lionville, ТгаИб des effets des explosifs (1019). 2 Charbonnier et Sugot, Revue d’Artillerie (1908); M6m. de I’Artillerie navale (1913); Мёт. de I’Artilierie franfaisc (1924, 1926).
------ НИЯ снаряда скоростей и ______________________:------- t-.'? , , - _’/>;.... : •» ПИРОДИНАМИКА •yScrj и закон горения пороха; из них выводятся формулы .У давлений в зависимости от данных орудия, пороха ' заряжании. Эти формулы слишком сложны’для нашего труда, так-как требуют введения вспомогательных переменных, в свою очередь оказывающихся сложными функциями от приведенных - в условий стрельбы. ' .J., С помощью формул Госсо и Лиувилля, Шарбонье и Сюго : можно решить ряд различных проблем в зависимости от того, что является данным и что неизвестным из указанных характе- ‘ I I I I I I I ристик. , . > Например по данным размерам орудия и снаряда, задавшись7';.^ определенной начальной скоростью и максимальным давлением, можно вычислить требующиеся характеристики пороха и вес заряда; само собой разумеется, решение это ограничивается < практически характеристиками известных порохов. 92. Воспламенение порохов. Не следует упускать из виду, ' что балистический эффект порохов зависит от условий воспла- Д: менения, распространяющегося более или менее быстро на все зерна заряда. Бездымные пороха например воспламеняются с некоторым -W- трудом, поэтому быстрого.и местного действия ударного капсюля недостаточно для их полного воспламенения (за исключением винтовочных гильз) и требуется вводить промежуточный. ' д воспламенительный заряд черного пороха. В случае длинных зарядов, разделенных на отдельные картузы, весом более 100 кг, применяемых в орудиях большого калибра, необ- ходимо каждый пучок снабжать, воспламенительным зарядом черного пороха, чтобы обеспечить быстрое воспламенение всего- заряда и предупредить образование волнообразных давлений (68). , Характер горения отдельной пороховой пластинки очевидно отличается заметным образом от характера горения всего заряда, состоящего из нескольких сот таких пластинок. Теория и опыт показывают, что горение всего заряда приближается к горению Убического зерна, а не пластинки, т. е. что поверхность горе- я убывает быстрее, чем по теории. Этот недостаток стремятся вЛС.ТИ к минимуму, обеспечивая одновременное воспламенение п элементов заряда. z . па» ыб°Р и расположение воспламенительных зарядов играют номГ Р0ль и должны быть подвергнуты специальному опыт- инТег.рССледовани1°- Кроме того эти вопросы имеют практический тпрНп» и их следует рассматривать в связи со способом упо- Ребления порохов (ч. V, гл. I). . у;.,,-../; дз § 3. ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ количес^еТ°Нация — сложное явление; несмотря на значительное знать м?° Э|<спеРиментальных работ, механизм ее нужно при- н°виться'П0Г выяспенным- Мы' считаем' однако Необходимым оста- • .Ja изучении ...этого, явления как . в силу , некоторых £
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 119 9’1. теоретических обобщений, с которыми оно связано, так и вслед- ствие вытекающих при этом практических выводов. Основным видимым признаком является то, что при разложе- нии взрывчатых веществ в форме детонации реакция протекает с значительными скоростями, достигающими нескольких тысяч метров в секунду. 94. Эти скорости были определены Бертло и Вьелем в труб- кйх из свинца, стекла и каучука различной длины (в пределах от 20 до 40 м), прямолинейных или изогнутых и различных диа- метров (15,5 и 13 мм). Время прохождения взрывной волны в трубке отмечалось р' при этих определениях хронографом Лебуланже (147); сигналы '-производились разрывом электрических контактов, расположен- ных в двух точках трубки. Эти ,контакты состояли из тонких листочков оловянной бумаги, закрепленных в трубке посред- ством изолированных зажимов и разрываемых при прохождении волны Ч ГЛ? Эти опыты привели к следующим существенным выводам: Взрывные волны имеют определенную скорость распро- странения, характерную для газа, в котором они распро- страняются. Скорость эта значительно превышает ско- рость звука в той же среде и не зависит от давления газов (в пределах опытов — от одной до трех атмосфер), а также от материала трубки, прочности ее стенок и диаметра. Все же для капиллярных трубок эта скорость несколько замедлена. следующей таблице приво- значения скоростей распро- Газовая смесь Скорость (м/сек) н2+о 2810 Н2 + NO 2284 СН4 + 40 2 287 (CN)2 + 4O 2195 со+ 0 1089 В дим странения взрывной волны для некоторых газовых смесей по определениям Бертло и Вьеля. Эти скорости в 5 — 6 раз превышают скорость звуковых волн, колеблющихся для этих тазов в пределах от 264 до 514 м. й... Для твердых взрывчатых веществ в тех же условиях были определены еще ббльшие скорости (в м): • Гранулированный пироксилин ... 4770 Нитрогидроцеллюлоза............. в 180 ’ <<•’’5 1 Порошкообразный нитроманнит. . . 6 000 — 7 700 Порошкообразная пикриновая кис* । лота......................... 6 500 — 7 700 Твердый, нитроглицерин . . .... 7 500 ’У-"В противоположность газовым смесям для твердых взрывчатых веществна скорость распространенияд ' A Berthelot, Sur ,1а force des maticres explosives, I, 139. i-Лzpp'iС: ч
ПИРОДИНАМИКА J.l I E 'зоывно.й волны влияют диаметр трубки, ее л.ро'ч- < ;|| I во^ть и плотность заряжания. v ' ' I В Н 95. Механизм распространения. Первое теоретическое толков I В ванне» которое было дано результатам опытов по определению ско- " ости распространения взрывной волны, состояло в уподоблении .. 7 этой последней возмущению, аналогичному тому, которое обра- ' ' L зуется звуковой волной в той же среде \ . ';Я У Цо скорость распространения возмущения, очень небольшая .И в упругой среде, не может превысить скорость звука, опыт'же -Д даст для взрывной волны, в случае если рассматривать газовые | смеси, скорость гораздо большую, чем для звуковых волн в ис- / ходкой среде. Вследствие этого возникла необходимость рас-".- считывать эту скорость не в исходной среде, но в газообразных^’ продуктах, образующихся в результате взрывной реакции; вы- яснилось при этом, что скорость взрывной волны равна скорости' ' распространения звука в среде, следующей за детонацией. Для вычисления этой скорости достаточно применить общую формулу распространения продольного колебания в упругой среде, заключенной в трубке с постоянным поперечным сече--' || иием. Формула эта следующая: - , у, В • v=/’?' . где 7 —отношение удельных теплоемкостей, -равное при обыкновенной температуре 1,4 для идеальйых газов и прибл'й- - жающееся к 1,0 для сильно сжатых газов при высокой температуре; т~плотность рассматриваемой среды; Е — упругость при по- стоянной температуре или отношение бесконечно малого при- ращения /явления к относительному (отрицательному) прираще- нию объема: . •; у. °' 1Sf I п . у. ,а«. . ,у применяя закон Абеля {1-°Д)2... . jU'- Ж- к объему единицы массы и замечая, что ' . 1 -Y получаем • ‘ '' ’ $ " '> ) Е = ---i •••': ^Уда (1-аД?’• - - ___________ Ут (1 — аД)«- ............'-.Г' Мёт. des poudres, 4, 20. . . • у- •. .v "’’j
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 12Т . Согласно этому выражению скорость распространения должна очень быстро возрастать при приближении удельного ббъема среды к коволюму; опытом однако это установить пока не уда- лось. Все же эта теория не может объяснить того, каким образом . волна, продвигающаяся в среду начального состава, может иметь- скорость распространения, соответствующую среде газообразных, продуктов взрыва, т. е. находящихся позади волны. Чтобы объяснить это явление, Вьель предположил, дополнив таким образом теорию распространения волн в газовой среде,, что скорости взрывных волн обусловлены существованием в рас- сматриваемой среде поверхностей разрыва; ему удалось доказать- существование этого явления рядом замечательных опытов (97). Ударные волны 96. Распространение поверхностей разрыва. Для объяснения происхождения и природы поверхностей разрыва, имеющих место в исследуемом явлении, рассмотрим волну, распространяющуюся / вдоль АВ, и обозначим кривой АС В (рис.' 14) последовательное сжатие среды (увеличение давления) при прохождении волны. Если скорость распространения зависит от элементарного сжатия рассматриваемого слоя и при увеличении этого сгущения возрастает, то очевидно, что максимальное сжатие С должно Переместиться к головной части волны и, следовательно, форма волны изменится, следуя кривой А'С'В', таким образом, что в какой-то момент ветвь кривой СВ' сделается перпендикуляр- ной А'В'. Таким образом, начиная с этого момента, будем иметь конечную разницу между сгущением в головной части волны и сгущением, среды, в которой эта волна распространяется, т. е. будем иметь поверхностьразрыва. Деформированная таким образом волна часто называется ударной волной; этим показы- вается ее резкое действие на среду, в которой она распростра- няется. ( Гюгонио (Hugoniot) и Риман (Riemann)1 разработали анали- тическую теорию этого явления. Мы остановимся лишь на основ- ных принципах этой теории. , *......- ----- -------------И —..,.Д...—..... ...... . .. .i.Journal de 1’Ecole Polytechnique (^887). ,
ПИРОДИНАМИКА Выражение для скорости У, в предельном случае для идеаль- г0 газа, для которого а —0, может быть приведено к еле? дующему виду: £ (ф-ла Лапласа). * * ' d.[: Однако- отношение — в случае адиабатического сжатия (без . обмена- теплоты с внешней средой) быстро возрастает при уве- «имении давления; при изотермическом же сжатии (при постоян- ной температуре) оно постоянно. Так- как рассматриваемые из- менения среды происходят достаточно быстро, то можно их принять за адиабатические. Отсюда вытекает уже отмеченная выше деформация для волн сжатия и обратная деформация '' ‘ (рассматриваемая в обрат- ном направлении) для волн разрежения (расширения). Определив таким обра- зом поверхности разрыва, Гюгонио дал следующее гео- метрическое представление для того, чтобы установить Скорость *их распростране- ния. Этот способ дает воз- можность установить с нВ? ибольшей легкостью основ- ные понятия в отношении волн, распространяющихся параллель- ными слоями в среде цилиндрической формы. Изобразим эту среду схематически на рис. 15. Выделим один слой АВ, к которому в момент t подходит возмущение со еле-, дующими характеристиками: . ' . давление р2; , расширение z2 (положительное или отрицательное измене- • . ние единицы объема начального состояния); V скорость й2. характеристики среды, в которую распространяется возму- J™e: Ру иь zv По истечении промежутка времени dt это воз- Ущение’ достигает положения А'В', пройдя при этом в среде •/’М1’ путь dx, отсчитываемый в начальном состоянии газа, • соответствующий начальной плотности т0., • СТо есь Газ, заключающийся в объеме АВА'В' и бывший в со-. нивтр'1^1’^1’ находится теперь в состоянии^; «2, z2. Приме-'- Tnvfit ПеРь Те°рему О количествах движения'в направлении оси получаем. м ' х ^.у,- стороны/'изменение 'длины^ рассматриваемого слоя («« — г,).— . ' - ... .(2) . А А $№,2г ^Pt.Ut,Z, УЙ-,6 8. . \..v Рис. 15. Л ИмоЧ>угой
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ '123 откуда (3) (J = dx _ /__1 , Pi Pl dt V m0 za — z, Таким образом скорость распространения U выражается в общем виде, независимо от природы возмущения, в зависимости от частного закона, связывающего увеличение давления- (р2—р,) с увеличением расширения (г2— г,). Что касается этого закона, то в отношении его можно сде- лать следующие выводы из закона эквивалентности, который можно считать вполне применимым в настоящем случае. Допустим сперва, что распространение волны происходит в среде без химического взаимодействия и что про- исходящий процесс адиабатичен. Иначе говоря, между внешней средой и газом не происходит никакого теплообмена (J*dq — 0), ни со стороны оснований АВ и А'В' (что можно допустить, пренебрегая коэфициентами теплопередачи), ни с боковых по- верхностей. Изменение полной энергии массы газов очевидно равно сумме следующих количеств: 1° Половине изменения живой силы слоя . и,® — нг2 т0 dx • —=-----— 2 ’ 2° Изменению внутренней энергии газа \ t + dt Jс. dt, t где с — удельная теплоемкость газа при постоянном объеме. Для идеального газа согласно законам Мариотта, Гей-Люс- сака и Джоуля это изменение равно С / pv \l + dl . Следовательно Г с. dt — ° + 2е) ~ р> 2>L dx. \ J 7~ 1 * Таким образом полное изменение энергии при прохождении Д'’возмущения равно ; Л - т Pitt +2а) - Р1 (1 + Zj) . т° 2—dx + а О е. р-н. *.• Эта энергия равна работе внешних сил j Д'? .''••'.< (p2^—pi"i) ''
ПИРОДИНАМИКА dx ~аГ ^Р^-РЛ- \ следовательно ц22 Ы1 1 Рг (1 ~Ь — Pt (1 + zi. [т° 2 ~у—1 1 с помощью уравнений (1), (2), (3) это уравнение может преобразовано^) следующее: р _ . 2 (l + zp-jy-i) (г„Z|) Обозначив через trh — плотность, соответствующую m2— плотность, соответствующую имеем (О быть (5) (*1—Z«) * Гюго- расширению расширению z2, (1 + 21) = т0 и пг, (1-4- z2) = т0. Таким образом уравнение (5) можно представить в следую- щем виде п = о (у+ т*~ 1) ml- Pt Рг (у4- 1) тх— (у— 1) та ’ Уравнение (5) или равнозначное ему (6) выражает так назы- • ваемый закон; динамической адиабатичности ~ . '. НИ о. I 7 .Заметим, что согласно уравнению (6)V .•U**-’" ,'ё • „.j с ,./' ’У у —1 < /и, <у+Т У+ 1 та < у — 1 •’ С другой стороны, произведя эти расчеты,' нужно в виду, что для таких возмущений, как i. «2 —«1, У. очень небольших и непрерывных, изменением живой силы т Чгг — Hi* ---------2—' можно пренебречь (случай звуковых вблн) и потому Д иметь скпй° С00тнршение выражает нечто иное, как закон статиче- и адиабатичности, pt,)i=Piv1v, ' . • «оторву р3ую1Ций. кРайне медленные приращений давлений, при - ПеРатур охРачяется во всей массе равновесие давлений и тем- Сатичностм МеЖДу .статическим и динамическим законами адиа- м°й равен вызываётся исключительно прерывностью, выражае- ством (4). Небесполезно несколько проанализировать ..'-.у ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 125 этот механизм, так как представить прерывность аналитически - гораздо легче, чем физически. Можно представить себе чрезвы- чайно резкие изменения, но трудно представить себе, что они„ могут быть мгновенны, т. е. происходить, минуя промежуточные стадии. В этих условиях почему же не применить закон стати- ческой адиабатичности? Возникающие затруднения можно устранить, учитывая меха- ническую вязкость и теплопроводность газа. Вязкость при изучении движения газов нами не учитывалась только из соображений приближенности наших вычислений и по- тому, что коэфициепт вязкости газов очень невелик (101). Но при очень большой скорости движения газов работа вязкости несмотря на очень небольшую величину этого коэфициента может' быть значительной. Этот случай как раз и соответствует тому, что происходит при возмущении среды проходящей ударной волной. Процесс протекает так, как будто газ, проходя через поверхность разрыва, приобрел в различных точках его температуры плот- ности и следовательно давления, изменяющиеся от слоя к слою, вместо того чтобы оставаться в состоянии равновесия, характер- ном для статического превращения. В результате получается повышение давлений. Что касается теплообмена между встречающимися молекулами, то он также очень незначителен, о чем свидетельствует неболь- шая величина коэфициента теплопроводности (101). Однако может случиться, что при прохождении ударной волны, нельзя будет уже пренебречь величиной обмена теплоты вследствие тепло- проводности. Впрочем это обстоятельство не лишает основания то рас- суждение, которое позволило нам написать соотношение (4), поскольку обмена теплоты не происходит за поверхностями вол- ны АВ и А 'В'. Превращение внутри волны всегда в общем адиаба- тично, но внутренний теплообмен оказывается необратимым про- цессом, который все равно соответствует увеличению давлений. Как бы то ни было, закон динамической адиабатичности не •содержит величин, отражающих физическое состояние газа до и после прохождения волны, и совершенно не предрешает воп- роса о том, что происходит внутри. Этот закон выражает уве- личение давления, которому будет соответствовать увеличение скорости [уравнение (3)], сравнительно с той, которую дает закон статической адиабатичности. Это только фактически им и уста- навливается (97). . Исследуем теперь распространение ударных волн вереде, способной кхимическим реакциям. Уравнения (1), (2) и (3) выведены независимо от какой-либо гипотезы, касающейся изменения энергии газообразной среды вследствие химической реакции, развивающейся при прохожде- ' яйи волны. Эти равенства следовательно могут быть приняты и в этом случае без изменения.
ПИРОДИНАМИКА ' Напротив, уравнение (4) должно быть изменено, если учесть личество теплоты <?, выделяемое при реакции в объеме, со- ответствующем dx. Впрочем в первом члене уравнения преобра- »°тванИю подлежит только выражение, представляющее измене- ние внутренней энергии. • на основании изложенного ранее (35) мы имеем следующее выражение для- этого изменения ’ . '< >., 1 t + dt t + dt оно дает количество теплоты, относящееся к единице веса для объема dx. Соответствующая механическая энергия, равна / Ь \* + dt Emcg zzZ+yf1) dX, где Е—механический эквивалент теплоты (12). , С другой стороны, общее количество теплоты q, выделенное реакцией в объеме dx, выраженное в виде механической энергии,, равно Eq = EmtgqBdx, где q0 — количество теплоты, соответствующее единице веса. Следовательно уравнение ((4) может быть выражено следую- щим образом: -1- 4-£'”og [at + Y tt + d‘ jrfx = (p2«2 —p^) dt 4- Eq. (4'1 Из уравнения (4') может быть выведено (5'),-соответствующее уравнению (5), которое мы назвали уравнением динамической адиабатичности Гюгонио. Мы располагаем таким образом 4 уравнениями (1), (2), (3} и достаточными для определения 4 неизвёстных U, р2, и2, га в зависимости от plt tilt гх, и q. Однако д известно лишь в том случае, когда реакция завер- шается внутри волны. Это однако не всегда имеет место (98). °эт°му можно утверждать лишь одно, — что точка Аг, соответ- Г УЮщая состоянию (р2, и2, г2), должна находиться на кривой (РисЫ1РДЖа1°Щей гРаФически на диаграмме (р,' z} уравнение (5') •к Эта кРивая целиком находится выше начальной точки 1 к1’ zi) —обстоятельство, вытекающее из того, что, q > 0_ ВпгЛЖДОмУ положению точки Аг на кривой, /соответствует ско- распространения и= ~ = on Релеляемая соотношением':’). pa—. 1 р« —Pi \х/> .^0 ДО
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 12К В дальнейшем мы рассмотрим соответствующий опытный материал. 97. Ударные волны в среде цилиндрической формы. Экспе- риментальное изучение распространения поверхностей разрыва в газообразной среде цилиндрической формы привело к ряду очень важных опытов \ Мы приведем лишь основ- ные принципы их и наи- более существенные ре- зультаты. Для получения удар- ных волн и для исследо- . вания их распростране- .<,»ния и деформации Вьель ;\применял стальные труб- • ки, наполняемые различ- . ными газами при перемен- ных давлениях. В этих ^трубках вызывалось рез- >Йкое возмущение среды '"либо взрывом слабого гремучертутного капсюля, либо разрушением под влиянием вы- сокого давления перепонки или же ампулки. Вызванная таким образом в одном месте трубки волна рас- пространялась вдоль трубки. Вызываемые этой волной в различ- ных местах трубки давле- ния и разрежения отмеча- лись пружинными мано- метрами, у которых де- формация пружин запи- сывалась на вращающем- ся барабане, расположен- ном как и у описанных ранее манометров (55). На рис. 17 показано манометрическое приспо- собление, ввинчиваемое между двумя частями трубки. Манометр состоит- из легкого поршенька Р и пружины АВС\ на последней в В закреп- ляется стальное перо, перемещающееся под влиянием деформа- ции пружины параллельно оси трубки. Перо прижимается к цилиндру, обернутому закопченной бумагой. Поместив на одной' оси, параллельной оси трубки, несколько цилиндров, можно- достигнуть полного синхронизма и точного совпадения получен- Рис. 17. VI с 111 c/ Etude sur Ic rOle des discontinuity.—Mdm. des poudres, 10.
ПИРО ДИIIА МИКА —14; fi- -----------------------------------—--------------- одновременно диаграмм. Это последнее усло'вие необходимо.. чь1Х оПределения скорости распространения волны. ознакомления с деталями этих уонких опытов, в которых изводится измерение промежутков времени порядка одной пР°тысЯЧной доли секунды, мы предлагаем обратиться к ориги- налу работы ВьелЯ- • В этих условиях, при применении капсюля с 0,63 г гремучей . ти была вызвана ударная волна, скорость распространения которой в воздухе была определена равной (переднем): Для прямых трубок м/сек ч. 1073 1049 1 006 900 787 0,326 м 0,532 1,181 2,359 3,864 изогнутых трубок 8,390 м 12,38 16,38 32,3 на расстоянии 3i. 506 440 430 390 Для м/сек на расстоянии Следовательно скорость распространения этих волн значи- тельно превышает скорость распространения звука в воздухе (340 ж). Однако по мере удаления от места образования этих ' волн скорость их быстро падает. Изменение направления, вы-.' : зываемое изогнутыми трубками, также увеличивает коэфициент . ’ затухания волн *. Крюссар (Crussard) 2 в предпринятом им аналитическом иссле- s Довании распространения ударной, волны показал, что ослабле- -* ние этих волн может быть выражено следующей формулой: = К (const), причем они.в тоже самое время удлиняются пропорционально Vt. » некоторых из своих опытов Вьель изменил манометрические мР”сп°собления так, что отмечалось также и давление,1 вызывае- шь ^даР”о(' волной в различных точках ее прохождения 3. Так г . понкыло найдено, что при разрыве под давлением' 29 кг пере-z чая п’ натянУт°й на один из концов трубки) вызывалась удар-7*- 1цалас°ЛПа С макс™алышм давлением 3,8 кг. Волна эта переме- 0[1Ь1тах)П°ЛО^ИО ПОРП1НЮ с0 скоростью 601,8 м (608,9 м в других । Уравне11 аычислить Скорость распространения этой ’волны из L""4 (3) и (5) для случая неподвижной среды (zs = 0), РоибгеСТ172Я 7УдаРной волны ’*а каменные сооружения приведен Г Л h ° Мбтп ТеР действия ' a A cs potidrcs, 72, 77. ‘ Loc^ Cit® 243 С‘ R“ 15G' 447’ 611
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ . 129 то получим и-« У^г[2г + <г + 1,,”р, ”*J- Принимая рг — 10,333 кг, р2 = 38 000 кг, у — 1,40, находим U — бООм (вместо 601,8 лг). Следовательно имеется полное согласие между теорией и опытными данными. 98. Распространение ударных волн в среде сферической формы. Опыт показал, что можно вызвать в ни чем не ограничен- ной атмосфере образование волн, значительно превышающих по своей скорости распространения скорость звуковых волн. Кино- съемка траекторий снарядов позволила выявить существование волн, сопутствующих движущемуся снаряду, предшествующих ему и следующих за ним наподобие волн, вызываемых на поверх- ности воды движущимся судномх. При помощи этих киноснимков легко можно рассчитать скорость волн и вызываемое ими дав- ление в зависимости от скорости и формы снаряда. Детонация заряда взрывчатого вещества на поверхности земли вызывает образование сферических волн, непосредственно у за- ряда и на некотором расстоянии от него имеющих характер удар- ных волн. Это равносильно тому, что поверхность волны Е является поверхностью разрыва по меньшей мере одной из вели- чин: скорости распространения газовой массы и (газы взрыва 4- + воздух), плотности газа /и, температуры Т, давления р. Как было отмечено, совершенно очевидно, что резкий скачок в одной из этих величин от одного значения к другому, без про- межуточных ступеней, постигается с физической точки зрения настолько же трудно, насколько кажется естественным в мате- матической трактовке. И наоборот, нет никаких возражений против того, что переход какой-нибудь величины от одного зна- чения к другому может быть краппе быстрым и произойти в слое физически ничтожно малой толщины. Этот случай приводит к так называемым «квазиволнам», распространение которых в среде цилиндрической формы изучали Дюгем и Жуге 1 2. С аналитической точки зрения вполне возможно распростра- нение соотношений, полученных для плоских волн, распростра- няющихся в цилиндрическом пространстве, на ударные квази- волны в сферическом пространстве 3. 1 D ё v ё, Мёт. de 1 ’Artillerie franfaise, 8. 2 Duhem, Recherches sur I’hydrodynamique. — Annales de la РасиИё des Sci- ences de Toulouse, 2 8ёг1е, 3, 4, 5; Jouguet, Sur la propagation des reactions chimiques dans les gaz. —Journal de matl^matiques pures et appliqt^es, 6 sdrte, 7, 347; 2, 5. •Jouguet, C. R., 142, 1084. Пороха и взрывч. вещества, 9
ПИРОДИНАМИКА —--------------------;-----------—:-----г---------------‘ ппй этом можно вывести ряд следствий, которые можно про- пить на опыте V ве (а) Ускорение волны по крайней мере по прохождении опре- иного расстояния должно быть отрицательным. Положительное Говение при детонации заряда взрывчатого вещества на по- У^Кхности земли невозможно, так как для этого необходимо, Ве?бы газ продолжал сжиматься позади волны, что в данных • „гловиях не наблюдается. У 3 этом случае волна должна замедляться, и ее ускорение от- пицатсльпо уже в самом начале се распространения. Р (Ь) Ио если скорость волны уменьшается, то то же самое имеет место и для сгущения ее (А~ А)* Таким образом ударная волна стремится к превращению в’волну, не имеющую более разрывов для р, и, т или н0 могущую обнаруживать разрывы в произ- водных от тех же самых функций. _ Эти волны были названы Жуге «волнами ускорения». В своем распространении, исключая скорости, они подчиняются тем же законам, что и ударные волны, при условии отбрасывания в урав- нениях, выведенных для последних, третьей степени отношения — скорость звука в неподвижной атмосфере: Е1=]^ур1х>1^. 1 Поэтому падение давлений должно сопровождаться сглажива- нием этих волн по мере удаления от источника возмущения. (с) Наконец имея в виду, что основные уравнения (1), (2), (3) и (6) сохраняют однородность при подстановке некоторой группы значений U, р, и, т, нужно принять, что тр же самое будем иметь и при подстановке другой группы значений, например величин: длин, умноженных на Л плотностей, умноженных на б времен, умноженных на т сил, умноженных на дЛ4т“2 давлений, умноженных на л — <5Я’т—2 скоростей, умноженных на л = Яг-1' В этих условиях, если произвести на воздухе два опыта с УМя зарядами взрывчатых веществ различных размеров, но гео- ?«чески сходных между собой, то линейное отношение подо- оия будет равно Л. собст еДП°Л0)ким’ что взрывчатое вещество детонирует в своем заметВеНН°М _°^ъеме> иначе говоря, расширение .тазов становится1 вало Нр'М ли£ць после того» как вещество полностью сдетониро- нако'Вь Таком СлУчае давление и плотность .воздуха будут оди- с Маль* НЯ повеРхности соприкосновения как' с большим, так и ^^ ^зарядом. То же самое можно допустить для давления Centre d'tbMni’ ^bide expdrimentale des ondes de choc .adriennes an volsinage du an,cment.-M6m. de I'Arliileile francalse, 5(1926). V' ' s?‘ произвольные параметры параметры вычисленные
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 131 и плотности газообразных продуктов взрыва непосредственно позади поверхности соприкосновения. Это равносильно предположению, что эти величины зависят исключительно от взрывчатого вещества и ею плотности, но не от массы заряда. Поэтому 5=1 л = 61?т ~ 2 = 1, откуда Я == т. С другой стороны, если ввести в уравнения значения Л = т, это приводит к сравнению волн по промежуткам времени, соот- ветственно равным t или Л/, что при значении лг=1 дает л = 1. Пути, проходимые обеими волнами, находятся очевидно между собой в таком же отношении Я, как и заряды. Таким образом: В двух соответственных точках (расположенных на рас- стояниях, соответствующих линейному отношению по- добия зарядов) давления и скорости волн равны в про- межутки времени t и kt. Или же: Промежутки времени, необходимые для получения в двух опытах тех же изменений скорости или давлений, на- ходятся между собой в отношении, равном линейному отношению подобия зарядов. Приведем теперь результаты опытов, произведенных для того, чтобы проверить эту теорию. Волна 'распространяется вначале с значительной скоро- стью порядка величин скоростей детонации, т. е. нескольких тысяч метров в секунду. Ускорение волны, определявшееся насколько возможно близко от центра возмущения, было отри- цательным. Падение скоростей протекает чрезвычайно быстро, до такой степени, что остаточная скорость не превышает скорости звука и на протяжении нескольких метров уменьшается до 400 м!сек-. _ 6 м 1 Г 4 кг >• >. . - 26 » > для заряда в < 100 » у?;. '. 250 » J ( 9 600 » "Вблизи заряда скорости распространения волн зависят от условий расширения газа позади фронта волны. Поэтому асим- метрия в расположении или форме инициирующего заряда вызывает асимметрию скоростей — развитие раз- личных скоростей в различных направлениях. .
ПИРОДННАМИКА 752 Закон компенсации, позволяющий вычислить в зависимости от зарядов расстояния, соответствующие данной скорости, может быть выражен следующим уравнением: d — Ксп. Для удовлетворения принципа подобия это уравнение должно быть верно при 1 з * । Опытные данные дали для п следующие пределы: 4 Ом Очевидно, что соответствие между теорией и опытом остав- ляет желать лучшего. Этот вывод в отношении давлений подтверждается рядом из- мерений, в особенности тех, что были проведены для больших зарядов — от. 150 до 9600 кг. Кривая давлений представляется в виде ряда последователь- ных сжатий и разрежений очень разнообразного типа. Вид волны (сжатие 4- разрежение) имеет характер ударной волны даже на расстояниях, где скорость приближается к скорости звука. Это подобие с ударной волной настолько велико, что кривую, сое- диняющую точку возникновения волны с точкой максимального давления, измеренного в момент t— Т х 10-4 сек., можно счи- тать вертикальной прямой. Амплитуда волны относительно невелика, притом тем меньше, чем меньше заряд. Таким образом па тех же самых расстояниях, которые, как только что упоминалось, гораздо меньше, чем это можно было бы думать, начальное сжатие имеет протяжение: 1,46 м 4,93 » } для заряда в { еб0* ™ Соответствующие максимальные давления уже очень невелики: ' они пе превышают 700 г на расстоянии 7,50 м от заряда в 4 кг. Давления, которые развиваются в местах соприкосновения зарядом и которых никогда еще не удавалось достигнуть, лжны быть порядка сотен тонн на 1 см2. 0 ГОПОР»Т о скорости, с какойпроисходит.ослабле- Сдавлений по мере удаления от заряда, 's’-, ' Ютс Жатия и разрежения, следующие за фронтом волны, смеща- 3емли°\?аЖеНием от препятствий, в частности от поверхности труд ‘ Учесть количественно эти отражающие действия очень пикнут' Было °Дна1<о выяснено, что под их влиянием могут воз- пелИ1,иь значительные сверхдавления, могущие достигнуть 2/з от п°верх,1Ы пачальпого сжатия. Поэтому заряд, расположенный на р н°сти земли или на очень небольшом расстоянии от нее,
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 133 способствует возникновению гораздо больших давлений, чем тот же заряд, помещенный на большой высоте. По окончании детонации заряда вследствие диффузии и кон- денсации газов наблюдается явление воздушного потока, напра- вляющегося к центру возмущения. Продолжительность его зави- сит от величины заряда, и порядок этой продолжительности совершенно отличен от порядка продолжительности, соответст- вующей прохождению фронта ударной волны. Это явление сопро- вождается значительно более слабыми понижениями давления, почти постоянной величины. Так для заряда в 1 кг па расстоянии 10 м фронтальное рас- ширение, максимальная амплитуда которого равна 54 г/см3, начи- нается в / = 0,0043 сек. и кончается в t — 0,01 сек. (в конце). Воз- душный поток сопровождается давлением в 0,64 г (ветер со ско- ростью 7—8 м/сек), он начинается в / = 0,0512 сек. и заканчи- вается в / = 0,139 сек. Р а з в е р т ы в а н и е (I’etalement) волны во времени видно из следующего: время прохождения фронта волны, относящегося к заряду 9600кг, возрастает с 888х10~4 сек. до 1468х10-4 сек. при увеличении расстояния от центра возмущения с 50 до 250 м. Развертывание волны в пространстве не может быть выведено непосредственно из этих измерений. На расстояниях, соответствующих одновременно слабым сжа- тиям и малым скоростям, максимальные давления и ин- тегралы давлений t 1= I* Fdt о ..обратно пропорциональны расстояниям: PD<= const; ID — const. Давления — максимальное Ри среднее р—уменьшаются более быстро и менее выдержаны, чем это можно было бы предполо- жить по з а к о ну п о д о б и я. По этой причине интеграл давлений, взятый для расстояний, соответствующих большим и малым зарядам, не пропорционален корню кубическому из отношения зарядов. Он возрастает I менее быстр о. ? В ненос родственной близости заряда импульсы / уменьшаются более быстро, чем это следовало бы из закона пропорциональности расстояний. То же самое наблюдается и для давлений. Принцип подо- бия оказывается неприменимым. 'Р Это явление может усложниться от асимметрии в распреде- Я лении давлений вокруг заряда и соответствующей асимметрии в скоростях.
ПИРОДИНАМИКА ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 135 ‘ Действие давления направляется вдоль радиусов распростра- неНЙз этого можно сделать следующие выводы: Vo С теоретической точки зрения: уравнения, выведен- для распространения воздушных ударных волн, не удовле- нь1оЯЮтся в непосредственной близости заряда, расположенного Т поверхности земли, так как они не согласуются по меньшей йаоеС одним из их непосредственных следствий — с законом по- Мобия. Физические параметры — вязкость воздуха и его тепло- Дпоцодиость, которыми пренебрегали в первом приближении, — при составлении приведенных уравнений должны играть тем большую роль, чем больше сжатие воздуха. Наблюдения Жуге 1 показали, что основной причиной разно- гласия между опытными результатами и законом подобия является наличие остаточного необратимого горения. Таким образом идея, приписывающая определенную роль яв- лению, следующему за прохождением волны, хорошо согласуется с опытным положением, что разногласие с законом подобия проя- вляется меньше в величине максимальных давлений, чем в харак- тере их ослабления. Если это действительно так, то теория взрыва и его проявлений в воздухе подчиняется нс теореме подобия, а другой теореме, в силу которой опыт в большом масштабе может быть подобен опыту в малом масштабе лишь при замедлении реакции. Очевидно этого невозможно достигнуть, и скорость реакции слишком велика, чтобы можно было применить закон по- добия. Остаточное горение происходит слишком быстро, и сле- довательно нет ничего удивительного в том, что в действитель- ности давления гораздо менее выдержаны, чем это отмечается законом подобия. 2° С практической точки зрения: механические эффекты (наружные повреждения), производимые большим зарядом взрыв- чатых веществ (склады), поскольку они зависят от развиваемого максимального давления и от суммарных давлений, слабее, чем вычисляемые по закону подобия из опытов.с взятыми по необ- ходимости меньшими зарядами. Кроме того, так как давления концентрируются главным обра- ом в непосредственной близости от заряда и затем уже распро- раняются во всех направлениях на большие расстояния, можно в лагать, что защитные средства (валы) особенно эффективны Ва Непосредственной близости заряда; расположение же этих п °в ВДали от центра разрушения нецелесообразно. Это также верждено непосредственным опытом. зн ак°нец УДрРные волны могут вызывать на более или менее тельном расстоянии горение или детонацию взрывчатых ве- п°3ДУН1ш?’' d’Ar,ll,erle navale, 6 (1927).' Замечание по поводу опытов Бюрло с ”ой м?тп’,Ми УдаРпыми волнами и отчет П интернационального конгресса приклад- • ’аники (Цюрих, 1926). ществ. Это явление называется «взрывом через влияние» или «сим- патическим взрывом» (explosion sympathique). Мы рассмотрим это явление несколько позже (ч. II, гл. 1). С практической точки зрения эти соображения представляют интерес в связи с необ- ходимостью хранения больших масс взрывчатых веществ. Аналогия между ударными и взрывными волнами 99. Воспламенение горючего газа. Предположим, что горю- чая смесь (например Н2-р О) постепенно во всей своей массе доводится до температуры 0. При этом устанавливается следу- ющее: При 0<55О° взаимодействие Н2 и О протекает медленно; реакция останавливается, после того как 50% смеси прореаги- ровало. При 600° < 0 < 800° то же самое явление — количество про- реагировавшего газа увеличивается до .75%. Следует заметить, что для сохранения приведенных пределов необходимо охлаждать газы посредством увеличения времени их соприкосновения с поверхностью реакционного пространства. При ©>800° наступает взрыв. Если не принимать мер к охлаждению газовой массы, то взрыв может быть вызван при гораздо более низкой темпера- туре — около 550°. Таким образом температура внезапного воспламенения не характерна для газовых смесей в том случае, если препятство- вать нагреву газовой массы. Напротив, в оболочке даже с не- большой поверхностью охлаждения реакция горения может быть достаточно медленной для того, чтобы при 0ss54O° имело место изотермическое горение (оболочка должна поглощать теплоту по мере развития горения). Но при 0 = 560° это поглощение ста- - новится недостаточным, следствием чего является повышение температуры, процесс горения приближается к адиабатическому и реакция проходит до конца. Этот предел в температурной шкале, который разделяет два совершенно различно протекающих процесса горения, характерен для газовых смесей. Он определяет «температуру воспламенения» 0 = 550°. Может случиться, что вблизи температуры воспламенения скорость реакции будет нарастать постепенно, вместо того чтобы сразу достигнуть большой величины. В таком случае мгновенное воспламенение произойдет с некоторой задержкой, тем менее заметной, чем выше температура. Это явление носит название «замедления воспламенения». При посредстве кино можно проследить, но не измерить рас- пространение пламени в реакционных трубках. При этом обнару- живается, что когда реакция имеет характер взрыва, никакого резкого сжатия, предшествующего пламени, не наблюдается. Этим «взрывная волна» отличается от других форм быстрого горения
130 ПИРОДИНЛМИКЛ ,_спышки), протекающих следующим образом: пламя вызывает на расстоянии нескольких сантиметров впереди от себя механи- ческую волну, которая посредством сжатия доводит газ до тем- пературы воспламенения. Таким образом характерной для взрывной волны является способность вызывать сжатие, нагрев и. сгорание (по крайней мере частичное) газовой массы в чрезвычайно короткий проме- жуток времени. J Это явление известно под названием "волны удара и горения». Можно представить себе много ноли, обладающих такими харак- теристиками. Жугс п Крюссар 1 показали, что среди всех этих волн удара и горения имеется так называемая критическая волна, об- ладающая следующими свойствами: 1° Ее скорость не зависит от условий опыта в некоторых пределах (размеры трубки, открытые или закрытые концы трубки и т. д.). 2° Скорость ее оказывается минимальной из всех возможных ско- ростей распространения. Эта скорость равна скорости расп р о с т р а н е н и я зву к а в с р е д е, н е п о с р е д с т в е н н о следующей за фронтом волны. Она соответствует на диаграмме касательной к кривой 5', исходящей из точки Ах (96). 3° Волна эта -стабильна: следуя любому направлению распро- странения газообразных продуктов горения, она не может быть преобразована ни в волну более высокого давления, ни в волну более низкого давления. Таким образом все области больших или меньших сжатий стремятся к режиму, соответствующему критической волне. 4° Начальное давление р газовой смеси не оказывает влия- ния на скорость волны. 5° Прибавка инертного газа к взрывчатой смеси изменяет скорость то в одном, то в другом направлении. При увеличении Разбавления можно получить увеличение скорости. Однако если пРи увеличении разбавления возрастает 'плотность т газовой -. смеси, то скорость начинает падать. Эта скорость, выражаемая уравнением (3), зависит также со- ласно уравнению (5') от удельных теплоемкостей. Поэтому, если Р Убавляющий газ относится к двухатомным газам (02, N2, Н2, плп И Т‘ А‘)’ имек)Щим> как известно, одинаковую удельную те- коваМК°СТЬ (ЗВ)» то скорость U распространения волны одина- бы и одном и том же количестве газовых молекул, каков слепи был газ' Если же разбавляющий газ трехатомный, то вычи- ског) 6 н^ывает, что при одном и том же количестве молекул атпЕ?СТь длл трехатомных газов меньше, чем U для двух- —^уЫх газов. а ® ? е Al&canlque des'exploslfs, 1917. Crussard., Ondes de choc 1 27/Vl кЛХр "®,vcs-“ B"H- de I’lndustrlc minirale (1907); C. R. A. S. 18/Ш 1901, | *W4, 11/VII 1004, 14/XI 1004, 13/111 1905, 18/11 1007, 18/111 1007.
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 137 С практической точки зрения это обстоятельство представляет » очень большой интерес; в связи с ним находятся некоторые г предохранительные приспособления, основанные на уменьшении скоростей распространения в газовой смеси взрывных волн или |. же на сужении пределов взрывчатости (102) (рекуперация лету- f чих растворителей при производстве порохов В; операции пере- c. ливания жидкостей, дающих воспламеняющиеся нары). 6° Заметное изменение начальной температуры очень незначи- тельно отражается на скорости распространения. Анализируя более близко это явление, приходим к заключению, что эти на- блюдающиеся небольшие изменения скорости (понижение U при ( увеличении 7’) вызываются повышением теплоемкостей газов с 7 повышением температуры. Но если скорость уменьшается мало, то сжатие волны за- > метно понижается. 1 Необходимо заметить, что те качественные и количественные *< характеристики, которые приписывались первыми исследователями явлению «взрывной волны», распространяющейся в газообразной среде, достаточно разбавленной для того, чтобы температура со- хранялась в пределах, где явлениями диссоциации можно пре- небрегать и где удельная теплота хорошо известна, в отношении способа распространения те самые, которые мы узнаем в явлении критической волны. Иначе говоря: «критическая волна для этих смесей представляет собой вполне удовлетворительную интер- претацию взрывной волны. Вне этих пределов идентичность этих двух волн делается гипотезой, но гипотезой вполне правдоподоб- ной и плодотворной» Подтверждением этих соображений может служить приводи- ; мая ниже таблица, в которой скорости ударной волны в раз- ; бавленных газовых смесях сравниваются со скоростями критиче- ской волны. Последние были вычислены из основных уравнений W-- Ж Взрывчатые смеси Крптичеш достигаемая абс. темп-ра <ая волна скорость (м/сек) Измеренная скорость взрыв- ной волны (м/сек) Отклонение (%) Н2 + О + 5Н H2-|-O + 5N Н2 + 04-50 сн4 + О2 СН„ + 40, С2Н2 “Н D — 1 Crussard, lot 2596° 2596° 2596° 3050° 3570° 3560е -опыты Диксо . clt 3526 1798 1662 2477 2139 1858 на; LC —опы 3530 (D) 1822 D 1707 D) 2528 D) 2166 (D) 1850 (LC) ты Лешателье 4-од 4-1,з 4-0,9 + 2,0 + 1,3 — 0,5
ПИРОДИНАМИКА 138 х (2) (3) и (5'). причем данные в отношении удельных теплот 1 ’ ты по Малляру и Лешателье. вЗЯСовпадение между 'вычисленными величинами и опытными энными достаточно удовлетворительно. различие между взрывной волной и волнами простого сгорания 100. Мы показали (96), что соответственно развивающейся /прогрессирующей) реакции точка А, соответствующая определен- ному состоянию, должна перемещаться по кривой Г, дающей Рис. 18. 2НЧеСкое из°бражение уравнения (5'); переменная скорость ют. Ы Для каждого положения А может быть выражена следу- ющим образом: < По * ° .'-'т К четыгт°т^Ошению к скорости U можно разделить кривую Г на № 1о о?бласти (Рис. 18). . К В точке3СТЬ’ С00тветствУющая ДУге Для нее t£a> О* Р По <g«=0, £/=0. РастаетМ<эе УДаленип от С по направлению к В скорость воз- С1<°РоСТи. t 1 области соответствуют относительно небольшие ga все время невелик. Это область «горения» или
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 139 «дефлаграции», которым соответствуют скорости, вообще изме- няющиеся и всегда небольшие. Волна А2 может стабилизоваться на одной из точек кривой, причем горение прогрессирует по всей массе газа с постоянной скоростью. Этому соответствует нормальный случай горения. Однако волна может также достигнуть точки В — геометричес- кого максимума скорости (точка касания с прямыми, проведен- ными через точку Д),— соответствующей разрыву в физическом процессе: «горение» переходит в «детонацию». Нам не известен вполне, несмотря на интерпретацию, которую мы попытаемся дать (101), механизм этого перехода, но очевид- но, что этот переход действительно существует, так как он мо- жет быть на опыте записан. Следует отметить, что для некото- рых взрывчатых веществ (гремучая ртуть, азид свинца, некоторые газовые смеси: светильный газ 4- воздух, С2На-|-5О) начинаю- щееся горение очень быстро переходит в детонацию — стадия горения не может быть наблюдаема. Однако большинство газооб- разных взрывчатых смесей, разбавленных инертным газом, и твердых взрывчатых веществ при воспламенении па открытом воздухе или при пониженном давлении горит достаточно мед- ленно, так что даже при наличии больших масс их ускорение- в горении не может достигнуть режима детонации. Эти заклю- чения основаны на наблюдениях, пропзисдспиых при случайных пожарах многих десятков тонн мелинита, ксилила, шпейдерита и других распространенных взрывчатых веществ1 2. Для хлоратных же взрывчатых веществ переход горения в детонацию вполне вероятен а. 2° Область, соответствующая дуге CD. Для нее /ga<0. Величина U — мнимая. С теоретической точки зрения этим выражается невозможность для этого участка кривой рас- пространения каких-нибудь явлений. 3°,Область, соответствующая дуге DE. Для нее- tga>B. Величины tg а значительны, чему соответствуют очень большие скорости. Этому участку кривой соответствует область «детонации». Заметим, что вблизи точки D скорости достигают бесконечно большой величины. Такие скорости никогда не наблюдались. По имеющимся у нас сведениям самые большие скорости дето- нации, какие только приходилось измерять, не превышали 10000м]сек. Таким образом часть дуги DE, начиная от точки D, не соответствует никакому наблюдавшемуся в действительности распространению волн. Установить границу ее невозможно. 4° Область, соответствующая дуге ДД4. Это также область детонации. Термодинамические соображения, которых 1 Archives du laboratolre de la Commission dos substances explosives. 2 Archives du laboratolre de la Commission des substances explosives b, 15/VII, 1018.
ПИРОДИНАМИКА ------------------------------------------------------ мь( здесь не приводим, показывают, что переменные режимы детонации, соответствующие дугам DE и Д4Д, стремятся к ус- . Д0йчнвому режиму Е, характеризуемому критической волной. Падение скоростей детонации до определенной конечной вели- чины можно считать установленным фактом \ Во всяком случае это показывает, что аналитически нет ничего невероятного в предположении, что скорости распространения могут превышать скорость распространения критической волны. Однако все такие явления, распространения не могут быть «ста- бильны». I Происхождение и развитие взрывной волны 101. Если при прохождении ударной волны горючая смесь доводится до какой-то температуры Ти лежащей ниже темпе- ратуры ' воспламенения Т2, то реакция не возбуждается, и рас- » прострапепие ударной волны происходит как в инертной среде. Если 7\> Т2 и величина запаздывания воспламенения значи- тельна, то расширение, практически непосредственно следующее заударной волной и вызывающее падение давления, может быть причиной того, что реакция не возбуждается. В упомянутых опы- тах Вьеля (97) давления падали с 10 до 0,4 ат меньше чем в 10~3 сек. При задержках в воспламенении такого порядка волна может пройти через гремучую смесь, не воспламенив ее. Если 7'1> Т2 и запаздывание воспламенения невелико, то пламя появляется в какой-нибудь точке позади фронта волны, тем более удаленной от последнего, чем больше задержка в воспла- менении. Что же происходит с этим пламенем?’ Если пламя развивается в разреженной среде, то скорость его Распространения может быть ниже скорости волны. В этом слу- чае разрежение позади фронта усиливается, скорость пламени м₽ постепенно охлаждающемся газе становится все меньше и -ньше. Наступает момент, когда температура падает нижетем- гатуры воспламенения; тогда пламя затухает, а ударная волна, ьше не поддерживаемая реакцией, пропадает. мелЛрЛи Же> наоборот, разрежение позади волны образуется очень «ой rHH°’ го пламя может распространиться со скоростью удар- запачп°,ЛНЬ1’ слеДУя за последней, на расстоянии, характеризующем Уда ВЗНИе воспламенения- чала ус*13” ВолНа> усиленная энергией химической реакции, сна- ВЗРЬ-ВНОЙРЙЯЛТ5„Я’ а затем достигает скорости, соответствующей ДЬ1«аниеИ ВолНе’ При этом достигается та температура, где запаз- "Фроцт В0Спламенения бесконечно мало. Начиная с этого момента, °бРази[:)1хОлнь1 сжатия совпадает с продвигающимся слоем газо- е,чУ» (ЛещПродУктов горения, вместо того чтобы предшествовать гелье). Другая характерная черта взрывной волны: Ж ’См- У Каста. -----------------’
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 141 J- -V «ни в одном случае нет непрерывности между периодом перемен- ной скорости и взрывной волной. Последняя возникает на неко- тором расстоянии впереди пламени, продвигающегося с перемен- ной скоростью» (Лешателье). Это явление может быть отмечено фотографически. Однако возможно ли вызвать начальное воспламенение адиа- батическим сжатием? Возможность такого явления несомненна. Представим себе газовую смесь, заключенную в цилиндр, снабженный стальным поршнем, и подверженную резкому сжатию грузом, падающим на поршень с некоторой определенной высоты. В тот момент, когда под влиянием адиабатического няется вследствие возникшего шня резко изменяется. Дви- жение поршня можно запи- сывать автоматически, отме- тив его положение в момент воспламенения. Достигнутая при этом температура может быть вычислена следующим образом. Известно, что сжатия давления взрыва, газ воспламе- движение пор- и для газов откуда I щ Pl'Vl = Pi^ смеси идеальных PtPz & Д При сопоставлении i ных были определены т Газовая смесь Р Ро t 4На+ О2 48,2 620 2Н2-р О2 36,9 547 Н2+ О2 31,8 523 Н4+2О2 33,5 535 Н2+4О2 89,8 576 Рис. 19. MN — запаздывание горения; В А — запаз- дывание горения ничтожно мало. Взрывная волна сгущенная и короткая. В области АВ газовая масса становится темной вследствие взрыва. Эта область характеризуется силь- ным и коротким сжатием. Стрелка на оси ординат указывает направление перемещения.. результатов вычисления и опытных дан- :1 следующие температуры воспламене- ния, соответствующие сжа- тиям — (см. табл.). Воспламенение при сжа- тии используется в моторах Дизеля. Однако при приме- нении обыкновенного бен- зина возможно иногда преж- девременное воспламенение (самовоспламенение) газо- 1 Le Chateller, introduction 4 la metailurgie.—Le chauffage industriel, 109, (1912).
НИРО ДНИ АМИКА ой смеси; во избежание этого недостатка необходимо ограни- чивать степень сжатия. Вернувшись к гремучей смеси Н2+О, сравним теперь сжатие критической волны (получаемой из кривой Г) и адиабатическое сжатие, соответствующее воспламенению. Для первого необхо- димо знание скоростей распространения, которые могут быть точно определены опытным путем. Второе определяется непосредствен- ным измерением. Полученные результаты сопоставлены в приве- денной таблице: Как видно из таб- лицы, по второму спо- собу получается более чем удвоенная величи- на сжатия. То же самое относит_ ся и к смеси СО Вероятно это общее явление: адиабатическое сжатие, соответ- ствующее прохождению критической волны, недостаточно для того, чтобы объяснить начальную реакцию в газовой смеси. Одним таким сжатием твердое вещество (особенно при тем- пературе жидкого воздуха, где детонация вызывается свободно) и даже газы (как это и следует из предыдущего) не могут быть доведены до температуры воспламенения. Адиабатическое сжатие 17,5 соответствовало бы. температуре Величина сжатии Способ определения 17,5 36,9 . По кривой распростране- ния волн Т (V=2629 м!сек) В цилиндре (f — 547°) 0,41 1 = 273 Х — 273 = 354,5 т. е. было бы ниже на 192,5° (547 — 354,5) минимальной темпера- тУРЬф не°бходимой для воспламенения гремучей смеси. Можно было бы попытаться найти эту недостающую теплоту в добавочной теплоте реакции, медленно протекающей в стадии, Редшествующей воспламенению. Эта реакция, если она сущест- 4LT’ согласно работам Ван’т Гоффа должна протекать чрезвы- гипи° медленн°- При температуре 450° в течение 20 час. прореа- ние Не б°лее 7% газовой смеси. Сомнительно, чтобы в тече- вросто^0™01'0- пРомежУтка времени прохождения волны, рас- юшей г Няющеяся с° скоростью 2630 м/сек, сжимающей и нагрева- 3аметное3°Вую смесь д0 354-5°’ могло быть выделено реакцией цт ,е количество теплоты. кодичаЛ1 иагРеть газ с 354,5 до 547°,. необходимо ..следующее ество теплоты: 1,5 х №0 (547 -354,5) + 1,5 X (547* —354,5*)= 1,44 cal. и8,2 сарЧПпТС° тепл°ты, выделяемое при реакции'Н2 4- О, равно ° (До воспХ°ДИТСя следовательно допустить, что предваритель- Ek ламенения) прореагировало 2,5% смеси. Так как это
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 143 неправдоподобно, то следует прибегнуть к другим предположе- ниям. Молекулярные удары, происходящие от истечения с большой скоростью газа при высокой температуре, в той его части, кото- рая имеет взрывные свойства, но не подвергалась еще превра- щению, могут вызвать значительное повышение температуры *. С другой стороны, никогда не следует упускать из виду, что при выяснении механизма адиабатического сжатия мы учитывали лишь начальное и конечное состояния равновесия, предполагая, что переход от одного к другому осуществляется без наружного теплообмена. В этих условиях вычисленная конечная температура будет очевидно температурой всей массы, если последнюю считать однородной. Понятно, что это состояние равновесия не может быть достигнуто в бесконечно малый промежуток времени. Яв- ления, которыми мы пренебрегли при выводе уравнений, а именно теплопроводность 2, dQ — — Ь^-.ds.dt, > . dn. ’ ; и вязкость, dQ^Zh^^ ds.dt, ; имеют тем большее значение, чем выше температура (см. форму- s'-лу Зутерланда 3). Следовательно можно предположить, что по фронту критической волны могут быть достигнуты местами тем- пературы, превышающие таковые, полученные в результате ади- абатического сжатия в цилиндрах (briquet) при условии, что сжа- тие это протекает достаточно медленно, чтобы быть близким к равновесному состоянию. С этой точки зрения было бы не безынтересно изучить экспериментально влияние изменения ско- рости сжатия на температуру воспламенения в цилиндре. Эти опыты нам не кажутся не осуществимыми. 102. Предел взрывчатости газовых смесей. По мере разбав- ления взрывчатой газовой смеси инертными газами скорость критической волны убывает, как это было выше установлено (99); другими словами, убывают и сжатие и температура 7\. 1 Vieille, Mem. des poudres, 4, 22. 1 dQ— количество теплоты, проходящее в течение времени dt через сечение ds, проведенное нормально к изотермическим поверхностям. dO — — производная температуры изотермической поверхности в направлении нормали к этой поверхности. Л — коэфициент теплопроводности (см. Recueil des constantes de la Societe de Physique). - dQx — количество теплоты, выделяемое вследствие вязкости в какой-нибудь точке потока единицей объема в единицу времени. du * ~----производная скорости в направлении оси трубки. h — коэфициент вязкости. * Recueil des constantes de la Soci£te^de Physique.
ПИРОДИНАМИКА Tf£ Напротив, сжатие, соответствующее воспламенению, может этом лишь возрастать, так же как и температура воспламе- Ж»» Таким путем подходят к некоторому пределу, при котором зпывная реакция уже не может быть вызвана. В Для смеси (Н2 4- О) 4- «N этот предел достигается при п = 7 (Диксон). Смеси СО 4-0 и С2Н24-ЮО2 также находятся на пределе (Лешателье). рассмотрим теперь смеси спирто-эфирпых паров с воздухом. Смеси эти представляют большой интерес для пороходелов, так как при производстве коллоидальных порохов из нитрог клетчатки с применением летучего растворителя (425) одна из стадий технологического процесса состоит в сушке пороха (433) с последующей рекуперацией растворителя, осуществляемой в замкнутом пространстве. Эта операция послужила источником ряда тяжелых несчастных случаев • от взрыва газообразных смесей. Поэтому было произведено много лабораторных работ для выяснения пределов воспламеняемости этих смесей. Из таких работ упомянем исследования, проведенные во Франции Мёнье1 и Алилером2, в Германии — Берлем и Фишером 3 и Уайтом и Прайсом4 в Англии. Все эти авторы согласны между собой в том, что воспламене- ние таких смесей представляет собой чрезвычайно сложный процесс. Пределы воспламеняемости зависят: от прибора, в котором производится определение; - от способа воспламенения смеси; от направления распределения (горизонтальное, восходящее, нисходящее); от давления; от температуры. Многочисленностью этих факторов объясняются наблюдаю- щиеся расхождения опытных результатов. Ниже мы приводим взя- тый из позднейших работ Уайта и Прайса (1919) график (рис. 20), от- носящийся к смесям,заключенным в стеклянные трубки диаметром pOi и длиной в 150 см, при давлении, близком к атмосферному, азмеры этой трубки достаточны, для того чтобы можно было ренебречь охлаждением пламени (поверхностью трубки) и быть У бренным в том, что пламя распространяется на большое рас- Ди°Яние‘ ®пРочем опыт показал, что при применении трубки аметром больше 5 см наблюдается только небольшое измене- ____^феделов воспламеняемости. л . ... 2 !ег> с- R- (1907). 1SI8). 1,laire> Archives de la Direction des poudres (отчеты 21/XII 1917 и 10/1 » n , 1 UnV "• F'Schcr, Z. Elektrochcm., 30 (1024). 111 tc a- Pri c c, J. of the Chcm. Soc., 115 (1819), 121 (1822); 122 (1922).
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Из Воспламенение производилось искрой, проскакивающей между* двумя электродами, состоящими из тонких платиновых проволо-* чек, разделенных воздушной прослойкой в 1 см. Искра про- изводилась индукционной катушкой; питающий ток — 6 аккуму- ляторов по 2 вольта. Состав смесей растворителей, применявшихся в опытах (вес в %). Рис. 20. А—верхний предел распространения пламени, восходяще- го при ВО0; В—верхний предел распространения пламени горнвонтлльно при 00°; С — псрхннЛ предел распростра- нения пламени, нисходящего при 50°; В — нижний пре- дел распространения пламени, нисходящего при 20°; Е— нижний предел распространения пламени, восходя- щего при 20°. Приводим ниже пределы воспламеняемости некоторых воз- душно-газовых смесей, определенные этими авторами при рас- х/- Вещество Пределы воспламеняемости восходящее распростра- нение нисходящее распростра- нение низший высший низший _ высший Эфир . Метиловый .спирт . . Этиловый спирт . Ацетон ....... Бензол . . . . . .• . . Толуол. Pf.£4?. . . . 1,84 7,10 3,69 2,9 1,45 1,31 48 Z 36,5 18 12,9 7,45 6,75 1,9 7,63 3,78 2,9 1,47 1,32 > 6,35 26,5 4- 11,5 8,6 " 5,55 i-/: ,4,60/ rtopoxa й взрывч. вещества. > . 'Ю
ПИРОДИНАМИКА гтоанении пламени в стеклянных трубках диаметром в 5 см пр° комнатной температуре (18±3°). ’ . ‘ ’Зависимость пределов воспламеняемости смеси двух или # . лее газов от пределов воспламеняемости отдельных компо- нтов Лешателье1 пытался установить следующим образом. Обозначим через п, п', п",... процентное содержание отдельных омпонентов в предельно воспламеняющейся газовой смеси,. к„сез М, Л’",... процентное содержание этих компонентов о их отдельных предельно воспламеняющихся составах. Тогда _L + X + ZL_i_...= 1. Невидимому для смесей паров спирта и эфира с воздухом закон Лешателье приложим во всех случаях для низших пре- делов и в случае нисходящего распространения—для высших пределов. Для смесей этих трех компонентов может быть про- изведено вычисление этих пределов, причем ошибка в вычислении не превышает 3%. То же самое относится и к смесям паров бензола и толуола с воздухом. Напротив, к воздушно-ацетоновой смеси этот закон не приме-/ ним, так же как и к вычислению верхних пределов спирто- эфирно-воздушной смеси при горизонтальном или восходящем распространении. 103. Твердые взрывчатые вещества. Метод вычисления, позволяющий находить скорость детонации взрывчатых газовых смесей, содержит в себе некоторую неточность, так как удельные теплоты газов и их отношение 7 при температурах 3000 — 4000°, достигаемых во время реакции, мало известны. При этих темпе- ратурах от нас ускользает развитие реакции,и мы имеем понятие лишь о результате ее. Однако несмотря на все эти неточности,, в некоторых определенных условиях теория находит себе под- тверждение на опыте. еш твеРдь1Х или жидких взрывчатых веществ эта неточность веш более велика. Действительно, детонация этих взрывчатых РеакСТВ тесно связана с очень сильным сжатием продуктов сфепТ1Иг/ПОД язвлением нескольких десятков тысяч атмо- ность ^чень сильно нагретые газы при этом имеют плот- толы<0ТВеРдых взрывчатых веществ. В этих условиях мы не и хими?е ИМеем точи,’,х данных в отношении удельных теплот газовОгпеСКИХ Равновесий, но и никаких сведений об уравнении а слелг> состо”ния. Вследствие этого невозможно определить Т, 1° АЧтватель»° и построить кривую Г (96). \емпера5 |<асается удельных теплот, то в основе всех вычислений ет о н а ц и и2, независимо от того, насколько это ос1 3«0Cba,Bffage todustriel, 115 (1930). ‘ 80оо'Ме с°мбы 1рПоР,1ТСЯ ° температуре горения взрывчатого вещества в замкнутом J~-400o dm азп,1ва,°щисся в результате этого горения давления не превышают
' ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 147 • точно, мы встречаемся с гипотезой о том, что величины тепло- емкостей под давлением взрыва такие же, как и при атмосферном давлении. Однако более вероятно, что при очень больших плотностях удельная теплота должна быть гораздо больше, чем при плотно- стях, соответствующих атмосферному давлению. Выводим это из следующих соображений. При детонации взрывчатого вещества в своем собственном объеме газообразные продукты взрыва имеют плотность твердого вещества. Далее, тело в твердом состоянии всегда имеет большую теплоемкость, чем в газо- образном. Следовательно в этихусловиях вычисление температуры детонации не имеет большого значения, и достигаемые темпера- туры должны быть в общем гораздо ниже полученных при вычислении. 2° Что касается химического равновесия, устанавливающегося в течение реакции, то о нем нам ничего не известно (вследствие невозможности его фиксации). Собранные после расширения и охлаждения газы могут в значительной степени отличаться по составу от того, что имеет место в момент равновесия как вследствие вторичных реакций (образование СН4), так и вследствие диссоциации. 3° Что касается уравнения состояния, то ни уравнение Бойля- Мариотта pv = RT, ни уравнение Клаузиуса (в сокращенной форме) , . P(V-a)«=/?T, не проверены в смысле их пригодности для таких высоких давлений, какие имеют место при детонации твердых взрывча- тых веществ. При изучении распространения взрывной волны в твердых взрывчатых веществах Дотриш (Dautriche) и Таффанель (Taffanel)1 допускали применимость уравнения Клаузиуса для газов любой плотности. При этом ими было выведено для скорости дето- нации следующее выражение: _ U=/2g (7 + 1) -Йу Значение всех этих величин уже известно, что же касается т, то она равна 2 1 +_____Мо_______ 273 X Е И Н- 2 Bt) Значение у лежит в пределах между 1,00 и 1,20. Принимая для среднего значения % величину, равную 1,1, находим, что 1/2g И+4 = Mi-_______________ - ’1 С. /?„ 155, 1221 (1912). ” а Е—механический эквивалент теплоты. А и В—константы, характеризу- ющие удельную теплоту при постоянном объеме (40).
ПИРОДИНАМИКА Ппнако величина U может быть точно определена опытным пу- Коволюм а и теоретическая сила / могут изменяться, как того теМбую.т гипотезы о начальном равновесном состоянии газовД Т можно однако, что в большинстве случаев при допуще- но3 п0Лного разложения взрывчатого вещества при прохождений НЙЙНЬ! величины а и f можно считать заключающимися в опре-- в0ЛенНых пределах. В этих условиях обычно наблюдается значи- де’.пая разница между вычисленной и опытно определенной вели- Гной U- Эта разница вероятно обусловлена неприменимостью ЛПИПЯТОГО уряцпспия состояния. пр Иногда, правда, получается вполне удовлетворительное согла- сие между опытными и вычисленными данными. Так, для.м ел и- нита при плотности й=1 имеем: , L: U » 48G0 м/сек (среднее из 5 определений); s U = 6,41 X —J—-?.-'1-=□ 4040 м/сек-, 1 - 0,877 х 1 8964 и «Е-.0.Я77. Кроме того вполне очевидно, что это уравнение не может быть применимо для твердых или жидких взрывчатых веществ в случае если аД > 1. V Дотриш допускает, что «при больших плотностях разложение . позади фронта волны неизбежно бывает неполным и величина а‘г стремится к-^-». J Однако даже при допущении этой гипотезы выведенная'р- формула не объясняет^ следующего вполне установленного^; явления: скорость детонации не бесконечна и достигает макси- вещ3 npiiZ,s^ где D— предельная плотность взрывчатого ’В ПОСледнее время Бекер (Becker)1 предложил новое уравне-^г д сост°яния, достаточно хорошо воспроизводящее изотермы •• . л:г/^2 ДуЯ азота от Одо 16°, при давлениях, доходящих до 3 000-- 0бРазом* равяение Бекера может быть записано следующим Р = КТР + ер» 4-хрР+2, • ч, ДЛЯ где 1.. ‘ v * п°’пУчаемКая ? в атм°сферах'при р,= 1, 'р1== 1 и следующие значения параметров:; = 0,0018; гг = 0,00249;. ж = 1,3 х »"17 ; Д = р. В<С;кеГ> 21 f*~Physlk (1921). i
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 149 Пренебрегая членами, не зависящими от Т (что вероятно можно сделать), получаем уравнение Бекера в следующем сокращенном виде:1 Р = ЯТр (1 + Крв^р), е " где К = ~4г и х = °-0015 для постоянных газов в пределах от 0 до 3000 ат. Если допустить теперь возможность экстраполирования этого уравнения до 100000 ат, а также предположить, что нам известно состояние химического равновесия тотчас же по прохождении волны, то, пользуясь приведенными четырьмя основными уравнениями, можно вычислить Р2> U2, р2> Г2 и И как функции Wj, pj и 7\. Примеры: Г Гремучая ртуть: (CNO)aHg = Hg+2CO4-N,; Q= 400 kcnl на I кг взрывчатого вещества а; Pi = 2,65; 8 Pi = 1 am — 1,033 к». Темп-ра детонации T (предп.) Р-г (кг) (м/сек) _.._г .... Скорость детонации {м/сек) вычисл. опытн. 2 000° • 2 500° 56 400 70 400 585 655 3 690 4 120 1 (В 969—4 151 J 3 608) 3 000° 84 500 700 4 510 - 2° Нитроглицерин: 2С3Н6О„ Nj = CCOj-pObljO + 3N2 + Os: Q = 1580 kcal на 1 кг взрывчатого вещества (29); р1 = 1,6; Pi = 1,033 кг Темпера детонации Т (предп.) V Рг (кг) и» (м/сек) Скорость детонации (м/сек) вычисл. опытн. * 2000° 2500° 92 500 110 500 » 7 230 7 930 | 7 500 1 См. формулу ван-Лаара (Хвольсои, Курс физики, III, вып. 3,852). 8 Mem. des poudres, 2. 8 Archives du laboratolre de la Commission des substances explosives, Sevran 1023. ’ ,4. .
ПИРОДМНЛМИКА Совпадение между опытными и вычисленными результатами разительное, особенно если учесть большое число гипотез., п пущенных при вычислениях. Едва ли поэтому можно это сов- ение приписать случайности. . 1 Очевидный интерес представляет также проведение подобных сравнений в отношении Р2 и Uz. Но Р2 как вследствие харак- тера его развития, так и вследствие самого порядка этой вели- чины очевидно не может быть определено непосредственно. Напротив, U2 может быть предметом экспериментальных опре- делений. 104. Определение скоростей детонации. Мы уже описали выше применявшийся Вьслем способ определения скорости рас- пространения ударной волны в газовых смесях и скорости дето- нации взрывчатых веществ посредством хронографических запи- сей (94). Скорость детонации как абсолютная величина может быть определена посредством хронографа Шульца (Schultz). Од- нако предельная точность последнего 0,00001 сек. практически трудно достижима. С другой стороны, определяемые промежутки времени чрезвычайно невелики. При прохождении пути в 10 м со скоростью в 7000 м(сек требуется определить промежуток временив^ сек. Относительная погрешность, составляющая около , вполне приемлема, однако при уменьшении длины быстро возрастает и при образом и еще в определить ско- меньшей степени детонирующего заряда погрешность 1 м длины достигает . Следовательно невозможно таким рость детонации патрона или снаряда капсюля детонатора, длина инициирующего заряда которого составляет несколько миллиметров (25 мм для капсюля с 1,5 г чистой гремучей ртути). Кроме того метод, применяемый для зарядов большой длины, еудобен по причине трудностей, возникающих при изготовлении однородного заряда. вели1Л0ГИ0СТЬ заРяжания — один из факторов, обусловливающих СытьЧинУ ск°Р°сти детонации. Детонационный режим не может Зар Устойчивым, если не обеспечена однородная плотность осущ?'. ^ля запрессованных взрывчатых веществ это условие всего 2оВЛсЯуся пРименением патронов .небольшой длины (чаще Зан^с°о кРаткий анализ оправдывает тот интерес, который свя- сра внпРеДелением относительных скоростей детонации путем ТакоеНия с известными скоростями. 9т°т окп-Ь1М Является метол» предложенный Дотришем. Метод С*ТпРавпой*ПСЯ 11ПСТ°лы<о же плодотворным, насколько и простым. L , и точкой Дотриша при выработке этого метода послу- .. iZ
ДЕТОНАЦИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ жили наблюдения над нормальной работой детонирующего шнура типа «Sevran». Этот шнур состоит из оловянной трубки, запол- „ няемой мелинитом, расплавленным при 170°. По охлаждении трубка с мелинитом пропускается через вальцы. Таким образом с одного раза получается гибкий шнур длиной в 50 м. Этот шнур однороден и имеет вполне определенную скорость детона- ( ции. Были произведены многочисленные определения скорости детонации этого шнура при помощи хронографа Шульца. При этом было выяснено \ что при 5 определениях, произведенных с шнурами различных партий длиной в 10 м, скорость детона- ции его составляла 6600 м, причем среднее отклонение не пре- вышало 0,4%. В дальнейшем (ч. II гл. 1) мы дадим краткое описание при- чин и значения ошибок, встречающихся при определении скоро- стей’детонации при помощи - -А ь ‘хронометрического шнура. д ? Опишем теперь принци- ----х ( ' 1 пы этого способа. \ I Если детонировать в A fui J I I (рис. 21) два равных отрез- ------«е»—'----------------У ка АВ и АС детонирующего 4 шнура, то волны, пробе- Рис. 21. Рис. 22. гающие по этим отрезкам, должны встретиться на равном расстоянии от точки их воз- никновения А. Если же в один из этих отрезков включить трубку DB, заполненную взрывчатым веществом с различной скоростью детонации, то точка встречи двух волн этих двух отрезков сместится таким образом, что времена пробега этих волн по каждому из отрезков останутся равными между собой. Если закрепить два конца детонирующего шнура на свинцовом листе (толщиной 25 мм) и если детонировать их одновременно, то на листе, в месте встречи двух волн, наблюдается вдавлен- ность Ьс (рис. 22), образующая угол в 45° с линиями отпечатков самого шнура. Наблюдение этих отметок на свинце, вызываемых ударом встречных волн, и легло в основу способа, предложен- ного Дотришем.' Применяя при этом мелинитовый шнур (295) со скоростью дето- нации, определенной хронографом Шульца и равной 6880 м/сек, можно осуществить хронометр такой точности, что сдвиг отмет- ’ ки Ьс на 1 мм будет эквивалентен 688(у555 сек. На практике взрывчатое вещество2 помешают в'трубку из бумаги, картона или металла с диаметром, меняющимся в зави- симости от испытуемого взрывчатого вещества (для рудничных 1 Archives de la Commission des substances explosives (лаборатория в Севране). 1 M6m.des poudres, 14, 216.
ПИРОДИНАМИКА 1JI взрывчатых веществ обычно .30 мм), и длиной от 16 до 20 см.' | r качестве начального импульса применяется капсюль-детона- ’/ ор О (1,5 г гремучей ртути) (рис. 23). Два других капсюля d а гремучей ртути) помещаются на расстоянии около 10 см. ' друг от друга и удерживаются простым соприкосновением их . реноваций с трубкой. Эти капсюли передают детонацию двум шнурам AF и ВО, имеющим длину соответственно (примерно) > '' в 1 м и 0,80 м и соединяющимся между собой такимобразом, что они соприкасаются друг с другом на расстоянии около 20 см. ..-'Е- На обоих шнурах имеется отметка Е, соответствующая равным расстояниям ЕА ЕВ. Эта отметка совпадает с другой отметкой m/г, сделанной на регистрационной пла- стинке. После'детонации измеряют рас- стояние ES, (рис. 23) отпечатка S от отметки тп на пластинке. Скорость де- топации тогда определяется следующей ' формулой: * АВ Рис. 23. у — v-----, 2ES ’ где v—скорость детонации шнура, пред- варительно определенная хронографом Шульца. Следует заметить, что вместо двух шнуров AF и ВО можно применять лишь один , шнур, посредине которого делйется отме- ' тка Е. > В этом случае волны, распространяясь по АЕ и BD навстречу Друг Другу, отмечают место своей встречи отпечатком ВС, рас- положенным перпендикулярно к линиям отпечатков самого шнура. При применении одного шнура отпечаток получается более ; тонкий,и отчетливый, чем при двойном шнуре с применением , вместо пластинки из чистого свинца пластинки из сплава свинца •_ с сурьмой. Точность метода при этом только выигрывает. Единственный недостаток применения одного шнура заключается в том, что ‘"печаток не всегда бывает достаточно заметным. лен МеТИМ’ что Детонирующий капсюль d (Л) .должен быть уда- ' лим °Т 1<апсюля D на определенное расстояние (5 см для 30-мил- t игрового патрона), чтобы при прохождении А имелся уже । овившийся режим детонации.' ву10 атР°н взрывчатого вещества обычно помещается на свинцо- дитЬсялас?И11ИУ! это делается для того, чтобы можно было убе- боро3д В Полноте детонации, так как на пластинке выбивается Эт^а-соответственно детонировавшей части заряда. иый, метод определения столь же точный, сколь и оригиналь- СКоРостьП°ЛИл легко изучать влияние различных факторов на Детонации, взрывчатых веществ (117). у Л
ЧАСТЬ ВТОРАЯ ПРАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
Глава I ИСПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 105. Цель испытаний. Теоретическое исследование на оспове; данных химического анализа и точных физических, испытаний (определение теплоты реакций, скорости детонаций и т. д.) вы- являет некоторые характерные свойства взрывчатых веществ. Полученные таким образом данные однако лишь в незначитель- ной мере могут быть использованы для решения вопросов, свя- занн|ых с непосредственным применением взрывчатых веществ, так как последние подчиняются сложным и в значительной степени еще не изученным законам. Так, полезная/работа, развиваемая при подрыве твердой по-, роды определенным зарядом взрывчатого вещества, зависит одно- временно от силы этого последнего, его потенциальной энергии, скорости детонации и особенно от условий его действия. Понятно, что весьма трудно, связать столь различные элементы какими- либо количественными законами. Более того, некоторые существенные с практической точки зрения данные, например данные, относящиеся к вопросам без- опасности обращения или хранения взрывчатых веществ, не могут быть установлены теоретически. Таким образом приобретенные нами основные сведения не- обходимо дополнить специальными испытаниями, которые давали • бы возможность непосредственной оценки некоторых практи- ческих свойств взрывчатых веществ и наил.учших условий их применения. Ввиду сложности явлений, изучаемых в этих испы- аниях, они в общем носят чисто эмпирический характер. 1еоретическое исследование однако должно остаться необхо- Д мой основой анализа очень сложных явлений, а самые испыта- ус~ ДОлжны производиться и толковаться, имея в виду возможное вленН°ВЛенИе связи между данными теории и практики. Устано- "е так°й связи позволяет предвидеть действие взрывчатых не с СТВ и ПОТомУ отвергнуть некоторые взрывчатые вещества, Пот УЛЯщие никаких реальных преимуществ, не прибегая к кро- - вым и часто дорогим испытаниям. могут 3^ВИсимости от йели этих практических? испытаний они jo Лыть подразделены на следующие три Класса: 2° и3учение полезной работы. ... ' 3° й3учение безопасности. изучение храпения.
х : ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ J. . Так как действие и условия применения порохов и собственно взрывчатых веществ сильно разнятся между собой, то испыта- ние их описывается в различных главах. Кроме того, принимая /.во внимание важность и некоторые специальные свойства анти- гризутных взрывчатых веществ, выделяем их в особую главу. § 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 106. Точное определение полезного эффекта, или практической производительности, взрывчатого веще- ства может быть вполне надежно произведено лишь путем опыта— подрывом последнего в условиях, тождественных с условиями применения. Объясняется это тем, что при одной и той же теоретически вычисленной мощности взрывчатого вещества результаты, получаемые при практическом его использовании, сильно разнятся между собой, смотря по тому, имеет ли место разрывное действие снаряда, или даже различные способы взры- вания его, подрывное действие взрывчатого вещества при раз- рушении препятствий, подрыв твердых или мягких пород и превращение последних в мелкие или крупные куски, и т. д. Действительно, производимая работа зависит одновременно от многих факторов: от д а вл ен и я, развиваемого газами взрыв- ного разложения, величина которого определяет разрыв кор- пусов снарядов или сдвиг каменных масс, и от скорости развития этого давления, определяющего например степень раз- дробления твердых пород. Первый фактор зависит от потенциаль- ной энергии взрывчатого вещества и теплопроводности окружа- ющей среды, второй же фактор — от скорости горения или детонации. ' Коэфициент полезного действия зависит кроме того от той , части энергии расширения, которая может быть превра- щена в полезную работу. Максимальная работа или потенциаль- ная энергия взрывчатого вещества уже была определена (11).- Более близкое приближение к действительной максимальной величине производимой работы может быть получено из вели- чины расширения газообразных продуктов взрыва, т. е. отно- р шения — давлений до и после расширения. Ро , Для этой цели Малляром и Лешателье был разработан метод расчета х, основанный на следующих допущениях. 1° Как температура, так и отношение объемов -у начального (взрывчатого вещества) и конечного (после расширения газов, произведших полезную работу) достаточно велики, так что воз- можно применить уравнение Клаузиуса в его сокращенной фор- мулировке: . р (V — а) = RT. 1 Mem. des poudres, 2, 461.
]^6 ИСПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 2° Газы следуют закону адиабатического расширения:;?» cdT Ар dv = Q, ’ где с—удельная теплота газов при постоянном объеме ^ (пред- полагая отсутствие твердых остатков). ' Это предположение оправдывается незначительной теплопро- водностью породы и очень большой скоростью взрывных реакций. Наоборот, принимается, что расширение происходит с незначи- тельной скоростью и при однородном давлении во всей массе газов. Следует однако заметить, что сопротивление породы’ или металлоп, в которых производится работа газов, нс сохраняет постоянной величины в течение процесса расширения газов. Резкий разрыв стенок или же внезапное обнажение замаскиро- ванных пустот могут вызвать волнообразные явления. Вследствие образующейся при этом прерывности газы в каждый данный момент далеки от того, чтобы быть в состоянии равновесия, как это предполагается в законе статической адиабатичности. 3° Удельная теплота с связана с температурой следующей зависимостью: we = а + bt — а' -|- ЬТ, где • д'=Й —273ft, а со — молекулярный вес рассматриваемого газа.' .. Обозначив ' 7^=т; ftT0 = ft/; Enb'~ В; Еп (2 + а') = A; S2n = N, имеем следующее уравнение; Вт+ А1пт = В + Мп~, 7 (1) _______________ Ро к которому необходимо добавить Q« = Q — ^(«^+4 Н- । Суммирование (знак 27) распространяется, на все молекулы зообразных продуктов взрыва. р А*» количество теплоты, превращенное в работу при расши- Ги„Ии газ°образных продуктов взрыва, Q — потенциальная энер- взрывчатого вещества. > Уравнения (1) находим значение т в зависимости от ~- и ПаРаметров А, В и N. пРибТ0 УРавчение решается*1 либо методом последовательных Рическ>КеНИЙ’ либ° графически как пересечение двух геомет- ^2^оких мест:________________Ч____________________________ п° Ззо, rapp°rt’ o^*jVes 'а G°mrn'ssl°n des substances explosives (Ctude
|'ГОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ. 157 в’;?*- у = Д1пт; Г'Ь*' V y = Nln —— В(т — 1). | * Ро Г ,/ В помещаемой ниже таблице приводятся для трех взрывча- ^тых веществ вычисленные на основе этих предположений основ- ные элёменты взрыва. Отношение принимается равным 10 4 Ро т. е. предполагается, что газообразные продукты взрыва имеют . в момент взрыва давление р0 = 10000 кг/см2; по проведении же работы взрыва давление равно атмосферному (д). Взрывчатые вещества ^0 t с?.. Q f f Qu Q Q f Пикриновая кис- лота 2 560 6,9 724 737 9 420 0,077 0,92 0,08 Нитроклетчатка . 2 636 304 945 1 168 9 460 0,10 O,8L 0,12 Нитроглицерин . 3 170 978 1 128 1478 9 320 0,12 0,77 0,16 ,. В этой же таблице приводятся следующие величины: t0 — температура взрыва, вычисленная по данным удельных теплот Малляра и Лешателье и из уравнений взрыв- ного разложения, принятых в то время, когда был опу- •бликован этот способ вычисления; t — конечная температура газов взрыва по достижении ими атмосферного давления; Q—потенциальная энергия 1 кг взрывчатого вещества; f— сила взрывчатого вещества, теоретически вычисленная на основании тех же числовых данных. Отношения Qu Qu 0_ f • Q ’ / • Из таблицы видно, что , так же каки не являются постоянными величинами для всех взрывчатых веществ, что по- казывает различную степень использования их потенциальной энергии. Практически же, чем меньше отношение-у-, тем более возможно использование потенциальной энергии Q. 107. Случай небольшого расширения. На основе этих же ги- потез можно показать, что в случае небольшого расширения используемая часть потенциальной энергии пропорциональна теоретически вычисленной силе взрывчатого вещества. 108. Практические испытания. В действительности степень расширения от взрыва бывает известна лишь в очень редких случаях и потому необходимо обращаться к практическому ис- * пытанию, выбранному в зависимости от способа применения взрывчатого вещества, и уже на основании полученных данных устанавливать их классификацию.
^ПСПЫТЛНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ " . Эти практические испытания представляют значительный ин-'. ерес, потому что, пользуясь ими, можно определить влияние а действие одного и того же взрывчатого вещества различных *. условий его применения, например физического состояния (гра- нуляция), плотности, начального импульса, забойки и т. д. * Из всех этих испытаний бесспорно наибольшее значение имеет таК называемая «проба Трауцля», иначе называемая «испытанием в свинцовом цилиндре». Проба состоит в том, что подрывают определенную навеску с взрывчатого вещества, помещаемую в цилиндрический канал, расположенный по оси свинцового цилиндра определенного размера. Затем-измеряют увеличение объема этого канала, вызванное взрывом. На полученные резуль- таты сильно влияют условия опыта, поэтому последние должны быть описаны очень детально. 109. Проба Трауцля. Метод, принятый Международным кон- грессом прикладной химии1. Цилиндр должен иметь следующие размеры: высота 200 мм и диаметр 200 мм. Материал цилиндра — мягкий рафинированный свинец. Во время отливки цилиндров нужно следить за тем, чтобы не была нарушена однородность металла. Цилиндры одной и той же серии испытаний должны быть одной и той же плавки. По оси цилиндра имеется выемка (канал) глубиной в 125 мм и диаметром в 25 мм. Объем канала в точности равен 61,6 В этот канал вносят 10 г испытуемого взрывчатого вещества в оболочке из оловянной фольги. Взрыв производится 2-граммовым капсюлем-детонатором. Воспламенение капсюля исключительно электрическое. Заряд взрывчатого вещества засыпается хорошо высушенным морским песком. Песок должен проходить через сито с 144 отверстиями на 1 см3 и иметь гравиметрическую плот-*1 ность в пределах 1,400— 1,450 (определение производится в аппарате, принятом для черных порбхов). Бомба Трауцля должна иметь перед испытанием температуру в пределах 15 — 20°. После взрыва измеряют объем получившегося расширения. Из величины полученного объема вычитается 78,3 см3, соответствую- щих величине начального объема канала, увеличенного действием капсюля-детонатора. Полученное таким образом число характеризует силу взрыв-. . чатого вещества. соб^ °ЛКОВание Результатов. Только что описанный спо- Дает возможность расположить взрывчатые вещества в опре- ^.енном порядке, соответственно величинам расширений в бомбе. ; нос.ПОлУченные величины не могут быть мерилом работоспособ- Проги взРЫЕЧатого вещества, так как расширение в бомбе не нееП°Р^И0Нальн0 весУ взрываемого заряда. Объясняется послед- тем обстоятельством, что по мере утоньшения стенок канала es Poudres’ ^0,l®r^s International de chlmlc appliqude й Berlin (1903): Мёт.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 169 Рис. 24. сопротивляемость их значительно понижается. Кроме того для небольших зарядов и для маломощных взрывчатых веществ вли- яние капсюля значительно искажает результаты. 110. Проба Трауцля. Французский метод. Этот метод был вве- ден в 1912 г.'Комиссией по взрывчатым веществам по докладу Дотриш \ В 1904 г. Гейзе (Heise)2 выступил с утверждением, что „для того чтобы надлежащим образом характеризовать по расширению в свинцовых цилиндрах полезную работу различных взрывчатых веществ, следует подбирать такие веса испытуемых взрывчатых веществ, которые давали бы одно и то же расширение; полученные таким образом величины навесок могут быть приняты в качестве величин, характе- ризующих работу взрывчатого веще- ства, причем одна из них может быть принята за единицу для срав- нения “. ’ Этот принцип был положен в основу французской методики. Прибор для испытаний совершенно идентичен прибору, которым поль- зуются при испытаниях по междуна- родному методу (рис. 24). Свинцовые цилиндры следует применять не ра- нее, чем через 48 час. после плавки, причем перед испытанием рекомен- дуется сохранение цилиндра в течение 12 час. при постоянных температурных условиях. Испытание производится следующим образом: 1° Определяется тот вес с испытуемого взрывчатого вещества, который способен произвести такое же расширение в свинцовом цилиндре, как и 15 г чистой пикриновой кислоты, выбранной в „ 100X15 z- л. качестве эталона. Отношение-------представляет собою коэфи- циент исследуемого взрывчатого вещества. Можно также применить в качестве эталона динамит № 1, содержащий 25% кремнезема; его коэфициент равен приблизи- зительно 102. 2° Для инициирования применяются электродетонаторы с 1,5 г чистой гремучей ртути. Состав детонатора оказывает заметное влияние на результаты опытов только при сравнении двух взрывчатых веществ с силь- но отличающимися между собой коэфициентами -у- или же в слу- 1 Archives de la Commission des substances explosives (dtude n° 236; pifece n° 13). 1 В dranger, Traitd thdorique et pratique des expioslfs, 44, 1007.
^ИСПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ .ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ' е выделения одним из них свободного кислорода. Во всех остальных случаях могут применяться детонаторы любого состава.- ° в частности в случае веществ, не детонирующих или плохо с детонирующих, коэфициент которых определяется путем смеше- дИя их с другим взрывчатым веществом, имеющим почти такую.' же величину отношения ~ , полезно применять более мощные детонаторы, например содержащие прессованную пикриновую кислоту. Во всех случаях полученные результаты приводятся к пикриновой кислоте, детонируемой капсюлем с 1,5 г гремучей ртути. 3" Забойка состоит из сухого песка, 1 л которого весит при- близительно I 300 г. Песок засыпается без подпрессовки. Взрыв- чатое вещество отделяется от песка пробковым кружочком, тол- щиной 5 — 6 мм, с центральным отверстием для капсюля. Кру- жочек должен входить в канал цилиндра с небольшим трением. 4° Вначале вносят в канал бомбы взрывчатое вещество, затем вводят на достаточную глубину капсюль а, вставленный в кружок Ь; вся инициирующая часть капсюля — около 25 мм (по высоте) — должна пройти в заряд. (Часто бывает полезно отметить высоту заряда. Л и глубину проникновения капсюля р). Затем засыпают ; канал песком и производят воспламенение. 5° Полученная в бомбе после взрыва полость очищается и измеряется водой. Из измерения объема V вычитается 61 смй, соответствующий начальному объему канала. Нет необходимости' в точном подборе навески взрывчатого вещества, дающей такое же расширение, что и 15 г эталона: до- статочно подобрать лишь близкие результаты, так как возможно внесение поправки, пользуясь формулой XIV — КС1,и>, т. е. пред- полагая, что расширение пропорционально 1,4 степени навесок взрывчатого вещества. 6° Подрыв испытуемого взрывчатого вещества производится араллельно с эталоном. Число опытов зависит от сходимости вен^Че« НЫХ РезУльтатов. При правильно отлитых бомбах обыкно- „ во бывает вполне достаточно трех опытов для каждого взрыв- ат°0го вещества. поли » рОнация взрывчатого вещества в бомбе должна быть быть°Й* “ слУчае необходимости взрывчатое вещество должно щОк ВЬ1сУшено и, если оно содержит зерна, растерто в поро- ги просеяно. \ Тгого чт°бы детонация в бомбе была полной, последняя взРыва проверена определением скорости детонации путем няемых На °ТКРЫТОМ воздухе. Из взрывчатых веществ, приме-' т°Рых ог° фРанЦии, это условие не'Удовлетворяется для неко- ^п°2 н Разцов гремучего студня, для взрывчатого вещества 8° в £ я всех черных порохов. РУет в если взрывчатое вещество полностью не детонй- мбе> капсюль усиливают .и пользуются промежуточным
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 161 взрывчатым веществом, имеющим приблизительно такую же вели- * <7 чину отношения -г, как и исследуемое взрывчатое вещество (принимая во внимание влияние капсюля). В случае необходимости смешивают1 * * исследуемое взрывчатое вещество с другим хорошо детонирующим взрывчатым вещест- вом с приблизительно такой же характеристикой . В этих условиях взрывчатые вещества действуют на свинец так же, как и каждое из них в чистом виде, благодаря чему искомый коэфи- циент может быть найден из простой арифметической пропор- ции. Если же исследуемое взрывчатое вещество может быть введено в смесь лишь в незначительном количестве (например черный порох), то для смеси и для промежуточного взрывчатого вещества необходимо сохранить те же значения h и р. 9° Если взрывчатое вещество имеет положительный кислород- ный баланс, нужно учесть, согласно уравнению взрывчатого раз- ложения, некоторое увеличение результатов пробы, вызванное более полным сгоранием гремучей ртути капсюля (323). Пренеб- речь этой вторичной реакцией в пробе Трауцля нельзя, в про- тивоположность условиям практического применения взрывчатых веществ, где относительный вес капсюльного состава значительно меньше. Анализ результатов. Французский способ дает возмож- ность определить полезную работу взрыва, так как равным объемам соответствуют равные работы и затраченная энергия пропорциональна весу взрывчатого вещества, произведшего работу. Если для получения работы, производимой 15 г пикриновой кислоты, нужно затратить 20 г исследуемого взрывчатого веще- ства, то можно сказать, что работоспособность в свинце этого последнего составляет 4/6 работоспособности пикриновой кислоты. Исключается также и влияние всех тех переменных, которые влияют на расширение бомбы (111), именно качество свинца, температура бомбы, вес заряда взрывчатого вещества и т. д. Полученные по этому способу коэфициенты для каждого данного вещества оказываются характерными, в противополож- ность результатам, получаемым по международному способу. Коэфициенты работоспособности для основных взрывчатых веществ приводятся в таблице на стр. 162. Исследование этих коэфициентов приводит к следующему найденному опытным путем правилу: Если отношения сил — и потенциальных энергий двух взрывчатых веществ приблизительно равны между 1 Archives de la Commission des substances explosives (fetude n° 236; pifece n° 9) (закон составления смесей). Посоха и взрывч. вещества. ' . 11
'^flCnblTAHfin ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ собой, то результаты, полученные в манометрической бомбе и в бомбе Трауцля, эквивалентны. _ . * w /' Q' Если же заметно отличается от то величина от- отношения коэфициентов работоспособности — получен- ная в. бомбе Трауцля, находится между ~~ и причем f Q ближе к А-, чем к . Взрывчатое вещество Коэф, работ Взрывчатое вещество Коэф, работ — Пикриновая кислота * . ... 100 Гризунафталит пластовой 81 Гремучий студень ..... 155 Фавье №С 111 Динамит № 1 102 Взрывчатое вещество Оп®5 . 86 Гризутин скальный .’ . . . 100 Взрывчатое вещество Оп®8 . 80 * Гризутин пластовой .... 75 Минный порох мощный . . . 47 Гризунафталит скальный . 103 Минный порох обыкновенный 43 111. Закон расширений в свинце. Изложенное только что видоизменение пробы Трауцля вполне удовлетворяет нашим целям; оно позволяет дать оценку работоспособности взрывча- того вещества. . Однако для получения некоторых сведений о. механических свойствах1 взрывчатых веществ небесполезно заняться уточне- нием закона расширений в свинце2, пользуясь для этого извест- ными гипотезами о механических свойствах взрывчатых веществ. Зависимость V от /ачества свинца. Выяснением этой зависимости занималась лаборатория Комиссии по взрыв- чатым веществам. Полученные результаты приведены ниже в таб- Дата испытаний в/VII 1910 8/V11 19Ю J Количество испытаний Темп-ра Взрывчатое веще- ство ’ Заряд (2) у (слр) Мягкий свинец 4 17° Тип О № 2 ' •, 10 219 4 17° N,C . \Ю 292 . --..4 р. 17 ° Пикриновая к-та дю... 273 "У т в ер д ы й свинец *л 3 17° . Тип О № 2 ,'•10 187 .. 3 • 17° N,C ;&1о 243 У 17° Пикриновая к-та* Ф1б 232 ' Г. у* V’4 ! • ’ u r'l'n*! е л d' ?cs‘ Scliiess- u, Sprengstoffwesen, № 1, 2, 3, 4,5, 6 (1928)» 0 i, Archives de la Commission des substances explosives (dtude n°236 .
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 163 Из этой таблицы видно, как можно совершить ошибку, если допустить a priori, что при одинаковых условиях эксперимента в отношении размеров и формы бомб, но при различном каче- стве металла и отсутствии предварительных мер для придания ему однородности получаются одинаковые результаты. Напротив, если.только удалось получить эту однородность, металл сохраняет упругие свойства, сравнимые на протяжении многих лет несмотря на последовательную переплавку его. Та- ким именно образом Комиссии взрывчатых веществ удалось Дата испытаний Темп-ра Взрывчатое вещество Заряд (г) V (см*? 23/IX 1911 22/V 1913 11/VII 1925 15/V 1929 28/V 1929 15° 16° 17° 15° 18° Мелинит 15 । 1 1 489 484 489 483 487 обеспечить себе свинцовые цилиндры для испытаний в 1929 г., вполне сравнимые с цилиндрами 1911 г., причем применялся один и тот же металл, под- ^у вергавшийся в промежутках нескольким переплавкам в течение года. Зависимость вели- чины расширения V От температуры. Ре- зультаты опытов, произве- денных для выяснения этой зависимости, приведены на диаграмме (рис. 25). Опыты производились с 15 г пик- риновой кислоты с одной и той же партией цилинд- ров, но при различной тем- пературе. Из результатов опытов видно заметное уве- личение расширений V при возрастании температуры. Зависимость вели- чины расширения V 6 т забойки. Расшире- ние является яоэрпсттощей функцией от массы забойки. Рис. 25. График изменений расширения в свинцовых бомбах в зависимости от темпе» ратуры. Заряд мелинита 15 i. * Среднее из трех испытаний. и*
ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ , не менее для некоторых хорошо детонирующих взрывчатых Те« (мелинит, тетрил, тип Nn° 4) при забойке величиною Бе1менее 40г песку объемы расширения делаются независимыми' Н! массы забойки. Г °” Однако в особо неблагоприятных случаях (слабые взрывчатые ; лёства) в условиях французского варианта пробы Трауцля i едует вводить в канал без запрессовки еще минимум 45 г песку. СЛ Забойка все же оказывается достаточной, чтобы сделать I испытание не зависимым от ее величины. ' И Для очень слабых или трудно детонирующих взрывчатых веществ, для получения постоянной величины расширения V, следует прибегать к искусственному усилению забойки за счет повышения столба песка сверху бомбы. Если же этого не удается достигнуть, то приходится прибегать к искусственным смесям (ПО, 8°). Зависимость расширения V от плотности и от скорости детонации. Повпднмому величина расширения V не зависит от скорости детонации1 *. Существует очень простой способ изменять скорость детонации всякого взрывчатого веще- ства—для этого достаточно изменить его плотность. Этот метод, : примененный к динамиту № 1, дал.особенно характерные резуль- таты: при увеличении плотности от 0,77 до 1,65 не наблюдалось никакого изменения величины расширения. Приведем в качестве примера еще результаты испытаний Двух хорошо детонирующих взрывчатых веществ, значительно отличающихся между собой по скорости детонаДш. В качестве детонатора применялся капсюль с 1,5 г гремучей ртути. ! Темп-ра * Взрывчатое вещество Заряд (г) Плотность вв V (смв)1 Среднее отклонение (сл3) 0° Мелинит D 15 . 0,86 492 1 15 -1,45 482' 7,3- 10 0,88 295 ' • 5 10 1,45 295 3,6 + 5°. Тип О № 6 15 0,80 425 V 1 15 1,50 «426 1,6- 10 0,77 278 1,3 10 1,51 276 4 . 2,8 р так какЦ°ВЫе цилнндры были вполне сравнимы между собой, бблыцелСвинец был предварительно гомогенизирован. Но из’ предосторожности с каждым взрывчатым веществом 1 £) -------------------— ........... ....... ... - - --------------------- — 1900). а 11 Ci с he. Commission des substances explosives (rapport n° 216, 10/VI Редисе из Tpex испытаний.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 76'5 делался ряд опытов. Полученные результаты заслуживают пол- ного доверия, так как средние отклонения отдельных опытов незначительны. Из таблицы видно, что можно изменять плотность взрывча- того вещества от гравиметрической вплоть до максимальной, допускающей полную детонацию (при капсюле —1,5 г), без заметного изменения получаемого расширения. Все это относится как к зарядам в 15 г, так и в 10 г. Увеличение плотности взрывчатого вещества должно несом- ненно сопровождаться соответствующим возрастанием скорости детонации. Однако возможны следующие возражения против доказатель- ности приведенных выше фактов. При незначительной толщине заряда в бомбе Трауцля характерный режим детонации в зави- симости от плотности может не иметь достаточно времени для того, чтобы установиться, и влияние капсюля с постоянной ско- ростью детонации будет преобладающим. Дотриш предвидел эти возражения. Для опровержения им были проведены опыты непосредственного измерения скоростей детонации зарядов таких же размеров, какие применяются в про- бе Трауцля. При этом им было выяснено, что время детонации заряда (о скорости детонации в данном случае нельзя говорить, так как последняя характеризует установившийся режим на оп- ределенном расстоянии от капсюли) было тем меньше, чем • больше плотность заряда. Кроме того это время совершенно не соответствовало скорости детонации капсюля. Во всяком случае, если не считаться с этими результатами, то нужно предположить, что скорость детонации, обусловливаемая одним капсюлем-дето- натором, должна быть постоянной независимо от применявшегося в испытании взрывчатого вещества. А в таких условиях было бы неправдоподобно искать какую-либо связь между расшире- нием и скоростью детонации. Нужно добавить, что этот факт не общепризнан, и что на основании соотношения между расши- рением и скоростью детонации некоторыми авторами 1 делались попытки определять бризантное действие взрывчатого вещества. Правда, допущение независимости расширения в бомбе от скорости детонации может вызвать удивление экспериментато- ров, хорошо знакомых с механизмом обжатия свинцовых цилин- дриков— явлением, обнаруживающим на первый взгляд некото- .рую аналогию с предыдущим, так как сопротивление крешерных цилиндриков — функция скорости обжатия. Следует отметить, что это изменение сопротивления, когда его удается наблюдать, соответствует значительным изменениям скоростей совершенно другого порядка, чем те, которые можно было бы осуществить путем влияния на режим детонации. С дру- гой стороны, увеличение скорости может вызвать лишь уве- Heise, Gliickauf (1898); N е u b п е г, loc. cit. ‘ • .«"'ч
''''^ДНТАПИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ие сопротивления, поэтому при прочих равных условиях л ятие тем меньше, чем больше скорость. действительности обжатие и расширение свинцовых ци- ппов — явления слишком различного порядка, чтобы быть Лпявнимыми между собой. ср Чтобы согласовать высказанные положения, следует более «боко вникнуть в механизм расширения. Можно предполагать., достаточным основанием, что сопротивление свинца, связанное-.-, сначала со скоростью деформации, стремится быстро, по мере.-* увеличения скорости, к определенному пределу, достигаемому i: уясе при очень малых скоростях детонации. J Следовало бы также удостовериться в том, что изменения объема V, приписываемые изменениям скорости детонации, не имеют какой-либо другой причины: например более или менее полную детонацию в зависимости от преувеличенного прессова- ния, что могло бы объяснить неоднократно наблюдавшееся заметное уменьшение расширения при увеличении плотности/. d взрывчатого вещества. Не следует наконец никогда упускать из вида, что расшире- ние, находясь в зависимости от силы удара, т. е. от давления • и от способа его развития, в то же время подчиняется закону,^ по^которому давление .по достижении максимума начинает па-- дать<. Действительно, свинец по достижении этого максимума продолжает сдавливаться при.режиме снижающегося; давления, иными словами, он запечатлевает общую сумму давлений в функ- • ции от времени его действия. Время это может изменяться в зависимости от рода забойки. Это явление не наблюдается например для меди. Таким образом эффект изменения скорости может быть в значительной степени маскирован влиянием других^-' условий опыта. Что касается плотности заряжания, ’товлия-' ние ее при максимально больших давлениях сводится почтй к нулю. -. ' Так например при изменении плотности, заряжания взрывча- , го вещества типа О № 2 от 1,2 до 0,5 расширение V умень- ,и°стся ПС более чем па 5%». > •, мы ЭТИМ наблюдениям присоединим результаты других опытов:- в ю 2Мо'ЗПЛИ РасшиРения соответствующие варяду тетрила при заряд был доведен прессованием до плотности d= 1,45, забой°Т°Р0^ он полностью детонирует от капсюля в 1,5 г без кала КИ‘ В 0Дной серишопытов забойка непосредственно примы- - . н°стиК//3аРЯДУ’ так что плотность заряжания была равна: плот- / взрывчатого вещества: . ' • • / : “ ' ' zl = d = l,45. . . ; Другой серии"Tопытов между/забойкой и зарядом было 1 " ' ' -i ” , . , • 1 / ; HHnlsslon des substances explosives (rapport n® 216. 10/VI 1909),
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 161 «ставлено пустое пространство такого объема, что плотность заряжания d 1,45 * Результаты этих двух серий опытов приведены в помещаемой ниже таблице. » Взрывчатое вещество А V (см3)1 Среднее отклонение (смв) Тетрил d = 1,45; с = 10 а ...... d = 1,45; с— 10 а 1,45 1,45 2 349 ззе 2,5 7,0 Из таблицы видно, что при изменении плотности заряжания вдвое величина расширений изменилась только на 4%. Есте- > ' Oc_ZJ__________,_uJ__U___________L_i_J--------------L-I-1------ - 200 400 600 800 Ю00 1200 " Объем V в см~ ~. Рис. 26. Исследование в свинцовых бомбах. Расширения в зависимости от заряда . Т—.птЕгрвзутлый динамит с селптроП; 2—тип N п®4; 3—тротил JD; ” ". rf—мелинит D; б—тетрил. ; 5 ственно, приходит на мысль сравнйть эти результаты с резуль- 2--' ? татами, получаемыми при сжатии в замкнутом пространстве, ко- торые выражаются формулой Абеля. Для последних такое изме- нение плотностей заряжания обусловливает увеличение давлений более чем вдвое. . . 1 Среднее из 5 определений. •
P ^JjffiblTAHHH ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ая в«с и мость расширения V от веса заряда с. арЯДа’ бесспорно, заметно влияет на расширение. Заряд из Вес 3 г,еЛИнита при температуре 15° дает расширение в бомбе 15 г лЯ около 500 сж3; оно изменяется, как мы уже видели, в !ТраУсимости от качества свинца.' Небольшие изменения веса заВ«яа вызывают небольшие изменения (zlf) расширения, которые дотриш учитывает, исходя из выражения: ' • Av = К?’4, д’ __ постоянная, зависящая от условий опыта и природы взрывчатого вещества. Выражение это однако не может быть применено для боль- ших изменений заряда Ч Подтверждение этому можно видеть на рис. 26, где' предста- влены кривые изменения объема V в зависимости от величины эпряда для взрывчатых веществ с коэфицнентами л пределах от Голо 115. Если провести к этим кривым касательные из начала коор- t динат, то окажется, что точки касания для всех кривых имеют t почти одинаковую абсциссу, равную V в= зоо см\ К этому же приводит и следующее уравнение, выражающее ; зависимость между расширением и зарядом: и = Ксп + а. • Если принять в этом уравнении о = 61 ел8 (начальный объем); я =1,26, 1° получится аналитически тот же результат, что на диаграмме. ьсли же принять по Дотришу л = 1,4, саНия° уРавнение приводит к общей абсциссе для точек ка- V = 215. . Кроме того из кривых видно, что в области 250 <v <350 * - - оче)1ьС'гЬЕЬ1е к 9тим кривым, проведенные из начала координат, ______ лизко .соприкасаются с последними. Вычисление показы- 1 ......«'« .I ...и—.», I..— • 01, Commission des substances explosives (6tude n° 236).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 169 вает, что к таким же результатам приводит выражение для кри- вых такой формы зависимости с параметрами: /1=1,25, а = 61, 20<К<40, где нижний предел К относится к очень слабым взрывчатым ве- ществам (для аммиачной селитры К = 19), высший же предел /С . относится к мощным взрывчатым веществам (для нитроглице- рина К = 38). Пользуясь этим уравнением, можно также подсчитать, что но- мере возрастания V кривизна этих кривых растет, причем путем вычисления можно показать, что район кривой 250 <Е< 350- имеет преимущество перед всяким другим, так как в пределах его зависимость между V и с носит линейный характер. Нейбнер 1 на опытном материале установил, что для расши- рений п пределах 250—325 см* причины, искажающие резуль- таты (влияние капсюля, утоньшение Степок цилиндра, способ забойки, температурные условия), исчезают и измеренный объем дает (без всяких поправок) надежную характеристику полезной энергии взрывчатого вещества. На основании этого он предло- жил следующую методику расчета испытаний по Трауцлю. Под- ' рывают в цилиндре заряд взрывчатого вещества, дающий рас- ширение, заключающееся в пределах между 200 и 325 си8. Если в этих условиях заряду с соответствует расширение сл/3, то- заряду q весом 10 г соответствует объем V, С1 Полученные таким образом численные выражения обладают тем преимуществом, что в случае испытаний смесей взрывчатых , ..веществ (110, 8°) в указанных уже условиях результаты могут- „Отбыть выражены линейной зависимостью. с/.' Однако на основании сказанного можно полагать, что эти- V... выражения не илеют абсолютного значения и, при отсутствии полного сравнения с взрывчатым веществом, взятым за основу,. ' не могут считаться независимыми от посторонних факторов, влияющих на величину расширения, в частности от влияния ка- чества свинца и его температуры. Таким образом числа Нейб- i' нера не являются константами взрывчатого вещества опреде- ленного состава, в противоположность числам, получаемым по французскому методу и не зависящим, при условии однородно- сти свинца, ни от каких искажающих влияний. С другой стороны, чтобы исключить влияние капсюля, пред- . ставляет, очевидно, известный интерес увеличить заряд взрывча- того вещества, т. е. увеличить V. С этой точки зрения имеет- X, -------------------------------—.------—-----------------— 1 Ne ub ne г, loc. cit.
(ПЫТАН И Л ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ’ВЕЩЕСТВ сТные преимущества проведение испытаний с зарядами, даю- 1,366 и расширение V = 500 см3, вместо V = 300 см3. Большее же й,1МиИрение не приемлемо, так как оно связано с чрезмерным Решением стенбк бомбьь В общем коэфициенты Нейбнера Ут° т то же физическое значение, что и коэфициенты между- иМГ)0дНоГО спос°ба (объем, соответствующий постоянн'ому заряду сом Ю О™ °тлича10тся численно от последних вследствие в6 г0 метода расчета — нахождения веса заряда, дающего по- стоянный объем расширения: V а: 300 см8. ' резюмируя, можно сказать, что при способе Нейбнера, как и при французском способе, определяют заряды с взрывчатых веществ, дающих о ди н а ко в у ю р а б о ту^ соответствующую расширению ' - * V = 300 смв (вместо V = 50O ел8). Но .в то же время, как и при международном способе, Нейб- нер сравнивает в дальнейшем объемы расширения, соответ- ствующие одному и тому же весу (10 г) взрывчатого ве- щества; эти объемы вычисляют по .переменным 'Зарядам с, вместо- того чтобы измерять их, исходя из постоянных зарядов в 10 г. . . Способ Нейбнера все же имеет некоторые преимущества перед интернациональной пробой, так как дает возможность по- лучать количественные характеристики взрывчатого вещества вместо простых качественных показателей и таким образом клас- сифицировать взрывчатые вещества лишь одного порядка. Мы (ПО) ГОВОРИЛИ 0 том же преимуществе французского способа 112. Испытание в земле (определение объема воронки при взрыве в грунте). Проба в земле довольно значительно прибли- жается к условиям практического применения взрывчатых еществ. По полученным результатам можно судить о произво- ительности взрывчатых веществ, предназначенных для горной ромышленности.'В этом отношении проба в земле может вполне курировать с пробой Трауцля. бупяР°ба сост°ит в следующем. В грунте равномерного состава испцт ВеРТИКальную скважину, в которой подрывают патрон с обра3оемЬ1М взРывчатым веществом. Затем измеряют объем вРащенаВШеЙСЯ воронки. Последняя имеет форму эллипсоида ™, объем которого вычисляется по формуле: <: ' •' ' 7 ;.И- • ;1 ' ' ' -'-?г; .. : :7F = 4-nD'H.-H-b- том начаШеНИе пРиРаи1ения объема Д V (полный объем за выче- н°сть взпЬПОго °^ъема скважины) к заряду характеризует мощ- Рывчатого вещества. Обычно производят параллельное ?W*«M*^* •'* <-м,.-.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 171 друг к другу, то бомбе и в земле «определение — с взрывчатым веществом, .взятым за эталон ^-(черный порох или динамит № 1). , ' Исследование этого способа 1 приводит к следующим ре- -.зультатам: р Размеры воронки не зависят от скорости детонации и ^плотности заряжания взрывчатого вещества. Эти лабораторные исследования были подтверждены наблю- /'; дениями Инженерного ведомства. Действительно, в учебниках Школ этого ведомства в отделе „влияние пустот вокруг заряда , .в минной камере” можно прочесть следующее: пустоты, окру- жающие заряд в минной камере до взрыва, не оказывают ника- ;кого вредного влияния, пока они не превосходят для черного пороха объема, в 10 раз превышающего объем заряда; то же .•самое можно предположить и для шеддитов (взрывчатые веще- ства типа О), хотя в этом отношении не было произведено со- -ответствующих исследований. Что касается бризантных взрыв- чатых вещё£тв, то такое же допущенйе (если не в большей •степени) может иметь место и для них, хотя в отношении их ..дать количественную характеристику трудно. . i 2° Совокупность всех результатов приводит к формулировке ^следующего правила: ' ‘ Когда отношения -у- и — сил и потенциальных энер- гий двух взрывчатых веществ близки сравнения их по результатам взрывов в эквивалентны. Это однако далеко не так, если -у- ' , ' Q' ' чается от -д- Че тов взрывов в земле находится между -у и и в общем более'близка ко второму, чем к первому. Все же нужно отметить, что проба в земле недостаточно •точна, так как, с одной стороны, определение объема воронки «(вычислением и непосредственным измерением) может быть сде- лано лишь приближенно, с другой стороны, почва никогда не обладает достаточной однородностью на требуемом протя- жении. х, Более того, опыты показали явную Зависимость результатов от времени года, в которое производилось испытание. Так, при испытании в лаборатории Комиссии по взрывчатым веществам .«(в Севране) одного и того же взрывчатого вещества типа О ре- зультаты испытаний в .августе-сентябре (сухая почва) дали 0,50 л на 1 г, а в марте-апреле (сырая почва) — 0,75 л на 1 г. Эта разница может быть объяснена большей сжимаемостью сы- й:?"Р°й почвы; Таким образом могут быть сравнимы лишь резуль- значительно отли- В этом случае величина отношения •— эффек- Q' 1 Commission des substances explosives (6tude n° 218-1; itude ne 236-13).
^^СНЫТЛНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ испытаний, произведенных в тот же день'и на ограничен- гаГЬ\частке земли. > • ' - ном/ Нахождение практического коэфициента производи- ности взрывчатых веществ. Заметим, что работа взрывча- теЛЬ вещества может быть охарактеризована следующими че- Т°Г°ьмя величинами: теоретической силой /, величиной расши- тЫР п0 Трауцлю Ь, эффектом взрыва в земле t и потенциальной ^епгией Q. Можно считать, что коэфициенты but достаточно точно соответствуют количествам теплоты, превращенной в ра- в боту в случае, если величины расширений у- приблизительно’ I панны (соответственно) для пробы Трауцля — 0,01 и для пробы в г земле —0,003. С другой стороны, известно, что Г сила / соответствует = 1 (пулевое расширенно); I ' Ро I потенциал Q соответствует — = о (абсолютное расширение). F , Ро Взрывчатые вещества, как известно, находят применение при подрыве как твердых скалистых пород, так и более или менее легко сжимаемых мягких землистых пород. Естественно предпо- ложить, что работа, производимая.в скалах, как й в свинце или 'земле, не зависит от скорости детонации, величина же расши- lv рения зависит от сопротивления породы или почвы. • < Работа взрывчатого-'вещества в данной по- роде заключается в одном из следующих интервалов: / i ± Г i Ь‘ Фактически для скалистых пород, всегда оказывающих большее, сопротивление, чем мягкие породы, коэфициент практического использования работы лежит'в одном из интервалов: / I Jb_ j ! к i e • Затруднения, возникающие при действительной оценке ра- ТН взрывчатого вещества, сводятся к следующим вопросам: чать ° какОм из двух интервалов нужно расположить взрыв- 2ое кещества Б зависимости от качества почвы?* Какова величина отношения общей работы к полезной? и к Р?Ктические данные для эффектов взрыва немногочисленны, требуеИЦйентЬ1 ^пользования изменяются в зависимости от рода Работы. Полная работа в основном состоит из сле- ^УКДЦих дВух частей. F Для.твердых пород: раздробление и разбрасывание; , Для Я мягких пород: сжатие и разбрасывание. .---у Работы 1<аждог° отдельного’случая, соотношение этих элементов >, совершенно неизвестно. ~ i Q I ~Qr' t'
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 173 Разбрасывающий эффект в основном полезен, раздробление же во многих случаях мало желательно; предполагается, что оно > тем больше, чем быстрее действие взрывчатого вещества. Работа разбрасывания, производимая взрывчатыми веще- t ствами, может быть выражена произведением —, где т — масса обломков, аг» — их начальная скорость. Объем обломков может дать лишь грубую оценку общей работы, так как например при изменении скорости с 4 до 5 м определяемая таким образом работа возрастает на 50°/о, причем вертикальный подъем В03Растает с 0,60 до 1,25 м. Работа сжатия выражается произведением VR, где V — уве- личение объема, a R — сопротивляемость породы. Последняя величина обычно неизвестна, но практически ее можно опреде- лить с достаточной точностью. С другой стороны, величина V может быть измерена. Таким образом работа сжатия может быть лучше выяснена, чем работа разбрасывания. Если сложность этой задачи и велика, то практический ин- терес ее не менее значителен для горняков, заинтересованных в правильной оцейке применяемых взрывчатых веществ соот- ' ветственно их работоспособности. Поэтому производятся по- пытки сравнения классификации взрывчатых веществ, получае- мой из результатов лабораторных испытаний, с классификацией по данным подрывов в рудниках и карьерах. При выборе взрывчатых веществ для этих испытаний приш- лось ограничиться теми, для которых отношения Зтличаются заметно друг от друга, так как если Q ~ Q" то f Q Г e О." Поэтому (110-П2) 11 = = SL f t b Q • Один из наиболее существенных опытов в этом отношении был /произведен в 1897 г. Комиссией по антигризутным взрывчатым , < ^ веществам в рудниках Анзен, Блянши и Фирмини. Другая серия -, ’Я:более точных опытов была проведена в 1910 г. Комиссией по ’'^'взрывчатым веществам на карьерах в Эйвиле (Мэз). Результаты этих двух серий опытов приводятся в помещав- ! '.: < мых ниже таблицах х. Для сопоставления в этих же таблицах •Д^приведены данные результатов лабораторных испытаний. I 1 Commission des substances explosives (rapport n° 250, июль 1912).
л- -^сп5тания__ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Опыты в Анзене (1897) * Взрывчатое вещество ^ГиГстудень Гремучий студень Теоретич, потенциал. 100 75 Сила (испы- тание в бомбе) 100 67 Испытание в свинце 100 66 Коэф, работо- способности; (практич.) . <» 100 67 • Гр'изутин (70%). Гризутии в (оо /о) Фавье NjC (87.4% Обыкновенный черны II порох (минный) . . . Взрывчатое вещест ВО 41 37 65 43 Опыты Сила (исп такие в бомбе) В ы- 72 СО 86 . 28 • Эйвиле (1 Проба в земле 91С 66 50 71 31 )) Испытаии в свинп е г 69 53 65* 31 Коэф, работо- способности (практич.) ’ • ' ' V да те эт CIV j П СБ та чг КС Пикриновая кислота Фавье NiC .... Взрывчатое вещество 0№2...... Из этих таблиц ет результаты, б- ризующим полезт а проба в то же атривать как на ’обу. В помещаемой и :их величин силы ми пробы Трауцл ТЫХ веществ. Все эфициенты котор 100 90 6? : очевидно низкие к п чую работ время и илучшую иже табли и потенцш я для не эти величи ой приним 100 102 115 ГО- СТЬЮ выте рактичеекч у взрывча наиболее i в настоят 1е привод! 1льной эне скольких р ны отнесе! аются рав1 100 111 ' 8вib- кает, ЧТО I 1М коэфищ того вещее 'очна, то е (ее время 1тся зпаче! ргии наря) >аспростра] 1ы к пикри шми 100. “ 100 -.л-Ш '.;.Й90 ipo6a Tpayi лентам, хар :тва. Так е можно р лабораторн 1ия теорети iy с резуль ченных взр новой кислс - ** 1ЛЯ ак- ч сак ас- ую че- та- ыв- >те, Взрывчатое вещество Сила Коэф, в свинце Потенциал - • А «Г*£* Гремучи» Студень f93%> • • (мн8н1г°)ро’обык,,овениь,й 114 - 80 .96 _ ^'?.зб 155 ~ 102 ; .. ш *ш-'.-48 -/<205 .4-./159 :;^Л27 х’оц*номуОТ"оситс’1 к образчику с 10% ди нитробензол а, следовательно,, менее
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 175 114. Испытание в опытной мортире. Этот аппарат представ- . ляет собой установленную на прочном фундаменте мортиру с накло-' ном в 45°. Мортира может стрелять цилиндрическим снарядом весом в 15 кг. Заряд помещается в небольшой камере, на дне. ' которой находится глина; таким образом представляется воз- можность производить выстрел при одной и той же плотности заряжания. Из простой формулы для параболической траектории известно, что дальность полета снаряда пропорциональна ква- драту начальной скорости в то же время работа взрывчатого вещества пропорциональна живой силе -у- mv*, сообщаемой снаряду с массой т, из чего нетрудно видеть, что дальность полета снаряда пропорциональна работе взрывчатого вещества в условиях опыта. Чтобы избежать влияния внешних условий (ветра, температуры и т. д.), следует для сравнения произвести такое же испытание для взрывчатого вещества, взятого за эталон. Испытание б а л истине ск им маятником (152) основано на тех же принципах; но живая сила, развиваемая взрывчатым веществом, измеряется в этом случае по откату опытной мор- тирки. Оба эти испытания применимы лишь к небризантным взрыв- чатым веществам, например таким, как черные пороха. .../’Л 115. Бризантность. Как известно, понятие о бризантности "М 5 рывчатого вещества до сих пор не имеет точного и общепри- • нятого определения. Некоторые взрывчатые вещества считаются бризантными (ме- линит, вообще нитроароматические взрывчатые вещества). Дру- гим же взрывчатым веществам (тип взрывчатого вещества О, черный порох) приписывается некоторая прогрессивность. Но подтвердить эту характеристику какими-либо количественными характеристиками не представляется возможным. Мы считаем, что эти определения основываются на присущей взрывчатому веществу в большей или меньшей степени способ- ности разрушать заключающую его оболочку (порода, корпус снаряда) или же, препятствия, встречающиеся на пути газов взрывчатого разложения (разрушение построек на открытом месте). Но разрушение — следствие удара и зависит в основном- ' от максимального давления взрыва и времени его развития, т. е. V от скорости его горения или детонации. Следовательно бризантность оказывается какой-то неизвест- ной функцией этих двух переменных: т(Р, й). .' Можно сказать, что бризантность определяется не только- ^свойствами взрывчатого вещества, но и способом его приме- 17 нения х. . • Ч- 1 Dautriche, Commission des substances explosives (dtude n° 236).
^-^РЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ппплне логично допустить, что <р будет тем больше, чем , Еще величины Р и U. в Таким образом, чтобы оценить бризантность взрывчатого веще- I 1 можно воспользоваться процессами, зависящими одновремен- f ства1 р и U, например процессом обжатия крешерных столбиков. И° Заметим, что свинец более пригоден для фиксирования этого песса, чем медь, так как его сопротивляемость при быстрых нРжормаииях в значительной мере зависит от скорости обжатия. Этот факт является вероятно следствием временной наклепки «crouissage temporaire), сопровождающейся самопроизвольной за- калкой (recuit). Для меди же эта закалка либо отсутствует, либо ничтожна. Это наблюдение нашло свое применение^в употребле- нии свинцовых крешеров для изучения подводных ударных волн (динамометры Муассопа). Все это оправды- вает, по нашему мнению, применение для определения бризантности взрывчатого вещества «пробы свинцовыми цилиндрами» или так называемой МШ т*- Рис. 28. Рис. 27. «пробы Гесса». При- водим условия этой пробы, утвержден- ные Комиссией по взрывчатым веще- ствам \ В цилиндре из белой жести (диа- метр 40 мм, толщи- на стенок —0,5 мм) спрессовывают до определенной плотности 45 г взрывчатого вещества. Этот цилиндрик помещается на стальную пластинку того же диаметра и толщиной 5,8 мм. Все эго устанавли- ается на свинцовом цилиндре высотой 50 мм и диаметром 'Рис‘ Взрывчатое вещество подрывается капсюлем- вого°НаТОрОМ № ? ^’5 2 гремучей ртути). Образующие свинцо- стямиЦ11ЛИНДРИКа делятся параллельными основаниям окружно- 5 мм на Равные отрезки, отстоящие друг от друга на расстоянии rpHga г °СЛо Ii3PbIBa свинцовый цилиндрик принимает форму кается ^ИС’ шляпка которого более или менее отлого спус- кается К недеФ°Рмированной части. Действие давления уничто- дРика ’ прежде чем ему поддастся вСя масса свинцового цилин- ИнеРЦия веРхние СлОи металла соскальзывают к нижележащим, с°общени^ОТ°РЬ1Х тРебУет некоторого промежутка времени для ,<* СВинцовых ИМ СКОРОСТИ- Такая картина не является особенностью Уменьшен СТолбиков- Подобное же явление, только в несколько Подобна^ масштабе, наблюдается, и для медных столбиков., я Деформация свинцовых .столбиков не может слу- 1 ' " -------V --------- ... . , ,.. „ , .,. nlsslon ‘les substances explosives (dtude n° 331, rapport n* 342).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 177 жить характеристикой давления взрыва, но может быть полу- чена и чисто механически — при сбрасывании на эти столбики с большой скоростью какого-нибудь груза с плоским основа- нием. Во всяком случае очевидно, что такие очень быстро дегрес- сирующие с поверхности деформации могут быть получены только при действии развивающихся с большой скоростью дав- лений. Напротив, статические давления, действующие на всю поверхность крешерного столбика, вызывают равномерное сокра- щение всех отмеченных интервалов вдоль образующих и равно- мерное по всей длине крешера увеличение его диаметра. Значительные затруднения возникают при анализе результатов этой пробы, когда желают выяснить роль каждой из указан- ных переменных величин (давление и время его развития, харак- теризуемое в общем скоростью детонации). Все это имеет место несмотря на кажущееся упрощение этой пробы по срав- нению с пробой Трауцля. Упрощение'.это основывается на том, что вследствие отсутствия забойки обжатие не зависит от общей суммы давлений, развивающихся при взрыве всего заряда взрыв- чатого вещества. Расширение же в бомбе Трауцля должно зави- сеть от нее (П1). Анализ„пробы на свинцовых цилиндрах дей- ствительно встречается с главным затруднением разделения влияния отдельных переменных. Изменение скорости детонации данного взрывчатого вещества можно вызвать изменением его плотности, которое, в свою оче- редь, вызывает соответствующее изменение давления взрыва в том же направлении (103). Приходится следовательно прибегнуть к сравнению результа- тов, получаемых для взрывчатых веществ различного типа. Тогда, хотя и не особенно легко, можно все же подобрать взрывчатые вещества, имеющие при равных плотностях заряжания насколько возможно близко сходящиеся между собой скорости детонации (например динамит №3 К и взрывчатое вещество О №5, тетрил и тротил). Однако давление взрыва, не могущее быть измерен- ным, может быть определено лишь с некоторым приближением, а потому установить количественное соотношение между вели- чиной обжатия и давлением взрыва конечно трудно. ?(Однако с практической точки зрения наиболее важно дать ' общую оценку действия данного заряда взрывчатого вещества, т. е. охарактеризовать суммарное проявление действия давления и скорости детонации. Итак, после взрыва производят следующие замеры: 1° Высота обжатого цилиндрика. / 2° Средние высоты каждой из отметок, нанесенных на обра- зующих цилиндрика. - 3° Высота недеформировавшейся части цилиндрика. 4° Средний диаметр шляпки гриба. 5° Средний диаметр основания цилиндра. Пороха и взрыпч. вещества. 12
'испытания обыкновенных взрывчатых веществ ho—•-------------------------------*---*-- в ш Рис. 29» £ся совокупность полученных при этом результатов дает воз- можность классификации взрывчатых веществ по бризантности, если конечно -допустить, что последняя характеризуется ударным . действием. Совершенно очевидно, конечно,/ что этот метод сравнения допустим лишь для тех взрывчатых веществ, которые полнрстыо детонируют на открытом воздухе. д Кинан (Quinan) предложил в виде некоторого усовершенство- вания крешерных столбиков прибор, дающий возможность опре-, делить одновременно полезную работу и бризантность взрывча- того вещества. Этот прибор (рис. 29) состоит из стального блока С с небольшим углубле- нием для помещения заряда взрывчатого вещества (1 — 2 г). Через этот блок пропу- скаются четыре направляющих стержня. Блок С устанавливается на небольшом свинцовом ци- линдрике или крешере А; последний, в свою очередь, устанавливается на стальной пла- стинке/?. На блок С сверху помещается сталь- ной цилиндр D, тоже направляемый стерж- нями и имеющий о,севой канал для пропуска проводов для электрического воспламенения, заряда. Действие взрыва, проявляется в обжа- тии крешера и в поднятии стального ци- линдра D. Вертикальное перемещение послед- него характеризует работу взрывчатого ве- щества, бризантность же определяется по,, обжатию крешера. Понятно, что результаты этой пробы не представляют особой ценно- сти, несмотря на интерес, который она пред- ставляет с точки зрения приблизительного разделения двух проявлений взрыва, из кото- _ ' ‘ . рых каждое имеет свое особое значение с зрения практического применения. техн1”’ Другие пР°бы- Для того чт0®ы ПРИ Настоящем уровне поикИКИ смежно ближе Подойти к практике, целесообразно • новкрГаТЬ к изучению действия взрывчатых веществ в обста- рущее пРеДполагаемого применения; например исследование раз-. ! исслеНИЯ бетоннь,х цилиндров, подрыв снаряженных снарядов, 1 Ц7°раиие прогиба металлических листов, подрыв рельс и т.д, все 3‘а КоР°сть детонации и предельная плотность. Учитывая н°сть Чение лабораторных испытаний, которые даюу возмож- эФфект0^енить Работу взрывчатых веществ и выражают сумму L . СоМНев в> свейственных каждой из их характеристик, нельзя Г ^еленноеЬСЯ В том’ что в общем скорость детонации имеет опре-. I ’ 1 А ПотВлияние на полезный эффект взрывчатых веществ. I Рекия ск у необходимо располагать методами точного изме- Г ’ Рост ей детонации взрывчатых веществ. •-.лйт
ОЙРЕДЕЛЕНИЕПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 179 Мы уже отметили (104) основы метода Дотриша, принятого * лабораторией Комиссии по взрывчатым веществам. Выясним те- перь основные причины ошибок этого метода. Неоднород н,ость взрывного патрона. Ошибка, возникающая по этой причине, может быть значительно умень- к шена при принятии соответствующего метода патронирования, а ‘ именно взрывчатое вещество помещается в оболочку по частям $ ' таким образом, чтобы все они имели строго постоянную плот- ность. Для наглядности скажем, что для патрона длиной 10 см необходимо внести заряд 5 порциями. а Ошибки отсчета. Формула, по которой определяется скорость детонации, содержит два замера. Мы полагаем, что • АВ = D может быть измерено с точностью до 1%, а ES = d (до 3%). ’ Значительно большая ошибка при измерении ES объясняется тем, что отметка па свинце нс бывает достаточно ясно выра- жена, что препятствует точному измерению d. Предполагая, что значение v определено без ошибки, имеем: откуда ziy= — /4£- + ^) = —x — ==Vx — 2d \ D d ) 2d А 100 100’ ЛУ_ £ ' V “100‘ Такова величина ошибки, которой можно опасаться при одно- кратном отсчете. Достаточно повторить измерение, для того чтобы получить среднюю величину, достаточно точную для прак- тических применений. Нами было установлено, что при четырех опытах средняя ошибка отсчета не превышала 1%, максимальная же не превы- шала 5%. Неоднородность детонирующего кольца. Дето- нирующие шнуры подвергаются во время опыта последователь- ным сгибам и выпрямлениям, могущим отразиться на скорости у детонации. Дотриш показал, что эти деформации, поскольку это относится к французскому выверенному шпуру (пикриновая кис- лота с оболочкой из олова), незначительны, а потому и вызы- .. ваемые ими изменения скорости детонации очень невелики. Обозначив через v начальную скорость детонации шнура и через Й- v'.— скорость детонации этого же шнура при растяжении его fx'- на величину I, имеем: V.. «’ = v (1 — 0,711). 12* I
^^^ЬГГАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ дта формула была проверена для удлинений, достигающих 30%. е удлинения зависят от радиуса кривизны и количества сги- выпрямлений п. Приняв эту последнюю величину за 5, что б°в ветствует практически максимальному значению, получим с°едующие значения удлинений для различных радиусов кри- визны. •’ __ 1 CM Радиус кривизны 5 см 1С см | 15 см 19% 0,5% j 0,00% 0,02% Из этих данных следует, что при сокращении количества сгибов до самого необходимого и при недопущении радиусов кривизны меньше 10 см получаемые удлинения не вызывают какой-нибудь заметной ошибки в измерении скорости дето- нации. Ошибка, вызываемая расположением капсюля., Взрывная волна устанавливается только по прохождении извест- ного пути от центра взрыва. Предположим кроме того, что запал расположен вдоль оси и сосредоточен в небольшом объеме (рис. 30). В этих условиях фронт волны может распространиться вдоль касательной плоскости сечения патрона только по прохождении определенного пути, зависящего от диаметра патрона. Вблизи инициирующего заряда расстояние между двумя отметками (ab) не соответствует скорости волны, распространяющейся вдоль /Ииая картина наблюдается, если взрывной заряд занимает все сечение трубки; понятно однако, что, начиная с краев трубки/ может существовать зона, где волна, происходящая от иниции- рующего заряда,. искажает режим детонации, характерный для иного взрывчатого вещества. втоп -1Т П0ка^ал, чт0 для того, чтобы избежать первого или сигнаГ° ИСТОчника ошибок, целесообразно поместить первый Нин л кРУга а для определения скорости детонации на расстоя- Удвоен °Т К0Нц£* первого капсюля, приблизительно равном ' Такова пИЭ^еТрУ ПаТр0На- влияюц • в °°u*eM четыре наиболее существенных, причины, тРищу \Ие на Результаты: измерения скорости детонации по До-< нремя°^ощении переменных величин этой функции в настоящее '1С|<от0р| естпо сдедующеё: для данного^ взрывчатого вещества Го,1,|цпп 1С 113 пеРемрппых вызывают изменения в явлении д'с- ства, ’ дРУгнс же в коэфициепте упругости взрывчатого веще-
ОПРЕДЕЛЕНИЕПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ 1(1 Из всей совокупности опытов, произведенных в этом напра- влении, можно заключить, что скорость детонации несколько возрастает по мере увеличения диаметра патронов, прочности материала их оболочки, силы капсюля и уменьшения размеров частиц взрывчатого вещества. Что касается диаметра и прочно- сти оболочки, то их влияние аннулируется очень быстро. Иначе дело обстоит с влиянием плотности взрывчатого вещества. По мере увеличения плотности скорость детонации начинает возрас- тать, достигает определенного максимума и затем очень быстро падает. Можно представить на основании экспериментальных данных эту зависимость в виде кривой. Эта кривая (рис. 31) вполне четко выражена в своей восходящей ветви вплоть до максиму- ма. Наоборот, после максимума ввиду значительного скопления точек проведение кривой затруднительно. Таким образом эта ветвь кривой даже может быть взята под сомнение. Максимум скорости детонации соответствует так называемой Предельной плотности, обеспечивающей нормальный режим детонации. Дальнейшее повышение плотности не может быть произведено без того, чтобы не появился риск неполной дето- нации. Величина предельной плотности — одна из важнейших с точки зрения практического применения констант взрывчатого вещества. Знание этой величины дает возможность выявить условия получения максимального полезного эффекта и условия образования «стаканов» (неполный взрыв шпура), являющихся причиной тяжелых несчастных случаев при подрывных работах в копях. 7 Этого соображения иногда достаточно для того, чтобы отка- заться от применения таких взрывчатых веществ, которые, будучи натренированы, могут при хранении уплотняться до такой степени,'- что может быть достигнута и превзойдена предельная плотность, S ? Практика размягчения патронов ручным разминанием может у 'дать вполне благоприятные результаты длл некоторых пласти- ' чсских взрывчатых веществ (194), обладающих способностью
'ИСПЫТАНИЯ обыкновенных взрывчатых веществ ______ 1 • ' • отняться при хранении, однако эта мера не всегда приводит и целН> • -с . К СлеДУет еще отметить> что взрывчатые вещества с высокой отностью имеют преимущества при применении для подрыва ы так как в шпур данных размеров можно ввести больший ояд; последнее обстоятельство способствует понижению стои- ости взрывных работ, так как уменьшаются расходы по буре- . кию шпуров. Для таких зарядов требуются в общем более мощ- ные1 капсюли-детонаторы. • Влияние влажности. При малой плотности небольшая влажность незначительно влияет на скорость детонации даже взрывчатых веществ типа N, меньше всего подверженных этому влиянию. При большой плотности влияние влажности сказывается за- метно в понижении предельной плотности, а вместе с этим и скорости детонации. Влияние однородности взрывч‘атого вещества. Для взрывчатых веществ, получаемых смешением и обработкой на бегунах твердых составных частей (черный порох, взрывча- тые вещества типа N), степень и продолжительность последней операции влияют на скорость детонации. Достижение хороших результатов в этом отношении не обеспечивается даже таким тщательным смешением измельченных составных частей, что их можно заметить только в микроскоп. Требуется еще обработка смеси тяжелыми бегунами, чтобы произошло взаимное внедре- ние частиц. Насколько влияет на скорость детонации действи- тельная гомогенность смеси, видно из приводимого ниже при- мера. * ” Пример1. Скорость детонации взрывчатого.веще- ства NIC. . • Нормальная влажность (0,30%). Медная гильза 30/32. Плотность d — 1,30. Метод смешения Средняя скорость детонации (м/сек) Смешение в шаровой мельнице (без обработки см а бегУиах> ебегуИе в тРУбке Дальбуза (без обработки Мешение в трубке-!-5-минутн. обработка на бегунах п 20 мин °®Работка па бегунах » • в течение 1 80 ,....<• . 1 час - .. -•, 1 2 3 815 S 571 " 4 524 ‘ 5 418 5 440 \ 5 418 Т;,, 5 680 5 838 1 Р 1 г • --z—* — ^mission des substances explosives (1617)» ,?• ' J. ' • ..... . / { ‘ ' . ' 3 _ - * . —
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗ 11ОПРЛБОТЫ 183 Влияние температуры. Температура взрывчатого веще- ства невидимому не оказывает влияния на скорость детонации.1 Взрывчатое вещество Плотность Средняя .скорость детонации • Обычн. темп-ра ок. — 190° Гремучая ртуть Взрывчатое вещество О № 2 Пикриновая кислота . . . 1,25 1,0 1,01 2 250 2 365 4 470 2 350 2080 4 750 Низкие температуры взрывчатого вещества были получены по- гружением в жидкий азот. Чтобы избегнуть отказов детонации, кап- сюль во время охлаждения вынимался из патрона. Из таблицы видно, что изменение температуры не влияет на скорость детонации. Из этого краткого анализа видно, что при определении ско- рости детонации всегда следует учитывать условия опыта; осо- бенно это относится к плотности заряжания, являющейся очень чувствительной переменной в этом явлении. 118. Себестоимость. В' практическое изучение полезного эффекта какого-либо взрывчатого вещества должно входить хотя бы приблизительное определение стоимости операции, которая может быть выполнена при его помощи (например добыча 1 m руды). Очевидно, что изучение промышленного взрывчатого вещества без учета этого основного фактора не представляло бы интереса. Стоимость работы зависит от стоимости взрывча- того вещества на месте применения его и его работоспособности. В приводимой ниже таблице отметим вкратце основные фак- торы стоимости взрывчатого вещества при учете условий его применения. Стоимость сырья, потребляемого фабрикой при производстве. Выход при химических процессах (нитрация и т. д.). Выход при физических процессах (промывки, измельчение Производ- ственные расходы Торговая цеиа полуфабрикатов. Рабочая сита производственных процессов. Рабочая сила при упаковке. Силовая энергия, отопление (сушка), освещение. Содержание в порядке зданий, машин и оборудования. Общие расходы (эксплоатация, дирекция, охрана и т. д.). * Амортизация (строений и оборудования). Проценты на капитал. Накладные расходы Обязательства по патентам. Налоги и административный надзор. Транспорт. ' Стоимость принадлежностей для паления (капсюли, воспламе- Расходы по пРименению нительные и детонирующие шнуры и т. д.). Особые условия хранения. Рабочая сила и принадлежности применения (бурение шпу- ров, подготовка запалов). Меры зашиты против несчастных случаев. - < 1 к н n g, С. R. 143 и 144.
.?mii>!iiv""w « ..............- । nii.'i ч । Г tJ ИСПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Ц -------- . ....... ...... _. ..— ..— ... . —----------- В В отношении производственных расходов при фабрикации и '’3 В дЛя приблизительной оценки выходов необходимы полузавод- Е ские опыты; при этом вполне целесообразно принимать в расчет Л Е возможность- ббльших потерь при более крупном производстве, й В Что касается остальных расходных статей, то они в общем не Р могут быть непосредственно определены предварительным иссле- лованием. Приблизительное суждение о них часто может быть - составлено сравнением с такими же данными для других взрыв- чаты^ веществ. Налоговые расходы также могут быть определены сравне- "нием с известными взрывчатыми веществами с учетом их относи- тельной мощности, так как основой налоговой оценки как раз является полезная работа килограмма взрывчатого вещества. Налоговые ставки во Франции определяются по результатам исследований, проводимых для каждого нового взрывчатого’ вещества Комиссией по взрывчатым веществам1. Транспортные тарифы определяются категорией опасности, в какой находится исследуемое взрывчатое вещество. Так напри- мер для «безопасных» взрывчатых веществ принят гораздо бо- лее низкий тариф, чем для черных порохов. Классификация взрывчатых веществ по категориям опасности была проведена во Франции на основе исследований Комиссии по взрывчатым веществам специальной опытной комиссией пу- ; тем добавлений и изменений правил от 12 ноября 1897 г. о транс- ' Порте опасный и зловонных веществ (524)'. ’ После приблизительного определения этих элементов стоимость 1 кг взрывчатого вещества исчисляется следующим образом. Опре- деляем количество его, которое требуется для проведения в усло- виях предполагаемого применения такой же полезной работы, что и 1 кг выбранного типичного взрывчатого вещества. Этим количеством определяется условная стоимость 1 кг взрывчатого ьещества. Что касается расходов, связанных с применением, то , они могут изменяться в значительной степени; так, черный порох . просто воспламеняется бикфордовым шнуром (498) и тем самым тп₽лаНЯЮТСя расходы на детонаторы (500). Последние к тому же спо к*1 обслуживания квалифицированной рабочей силой, что сквй СТВУет Увеличению расходов. С другой стороны, бурение ®ещрКИН ст<5ит тем больше, чем меньше мощность взрывчатого видно™ И чем меньше ег0 плотность; это обстоятельство оче- Ние в Играет значительную роль, когда приходится вести буре- НаКТВердых породах. . ’ ' взрывч°Нец изУчение вопросов безопасности применения (119) можнОс?ЫХ- ве1Деств дает полезные указания по вопросу о воз- ’ ; более а в0зникновения. несчастных случаев. Динамит например Ч1едуетПасен,;-чем безопасные взрывчатые вещества. Из этого -^^’Что предписываемые правила хранения динамитов --------------- - ' : ' - ' > " - -Г-~—.— - - m,nission des substances explosives. (6tude n° 236)
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В. 185 должны быть более строги. Требуемые этими правилами меро- приятия ставят эксплоатацию в несколько зависимое положение, что, в свою очередь, вызывает добавочные производственные расходы (527). Таковы вкратце элементы, принимаемые за основу при опре- делении стоимости новых взрывчатых веществ. Следует добавить, что расчет себестоимости взрывчатого ве- щества по производимой полезной работе имеет существенное значение лишь в горной промышленности, для многих же дру- гих областей применений, особенно для военного дела, это не имеет такого значения. В военном деле принимаются в расчет в основном другие свойства — например мощность, отнесенная к единице веса или объема (шашки, снаряды и т. д.), бризантность (осколочный эффект снарядов, подрывное действие шашек), чувствительность к на- чальному импульсу, обеспечивающему максимальный эффект, безопасность хранения и т. д. ‘ § 2. ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 119. Безопасность применения взрывчатых веществ определяется в основном нечувствительностью последних к внешним воздей- ствиям, могущим повлечь за собой их вспышку или детонацию. Вместе с тем безопасное применение взрывчатых веществ зависит от чувствительности взрывчатых веществ к начальному импульсу и их способности к передаче взрывной волны (для детонирую- щих взрывчатых веществ). Оба эти свойства необходимы для обеспечения требуемого практически действия, а также для воспре- пятствования образованию так называемых «стаканов» (непол- ный взрыв шпура), крайне опасных в рудничной обстановке. 120. Чувствительность к начальному импульсу. Определение относительной чувствительности взрывчатых веществ к началь- ному .импульсу состоит в основном в подыскании наиболее сла- бого детонатора, обеспечивающего в определенных условиях полноту взрыва взрывного патрона. Эти испытания относятся очевидно лишь к веществам способным к детонации. Обычно испытания производят на открытом воздухе, причем принимают меры для возможно более легкого нахождения кусков невзорвавшихся патронов (бронированная яма). Одновременно наблюдают на свинцовой пластинке, на которой помещают па- «.трон, отпечаток последнего. При полной детонации длина этого ^/.отпечатка должна быть равна длине патрона. Этот способ, хотя и значительно отличается от практических условий подрыва, тем не меиее оправдывает себя, так как дает гарантию безопас-.. •ности. Действительно, давление газов увеличивает восприимчи- вость к детонации, и следовательно если при небольшом числе опытов на открытом воздухе взрывчатое вещество полностью.
^^ПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ иРует, т0 м0>кн0 быть уверенным в благоприятных резуль- деТон применении его в рудниках, если конечно сохранить таТаХ _ тИп патронов (117), т0ТЧавяд детонаторов (418) изменяется в пределах от 0,3 г (№ 1) 3 г (№ Ю)’ в то вРемя как некоторые безопасные взрывчатые Д° ества требуют для инициирования заряда в 1,5—2 г иници- пе1Ц (№ 7 и № 8), более чувствительные взрывчатые вещества аТ°Р (динамиты, пироксилин и т. д.) детонируют уже от кап- сюля с зарядом 0,25 г. Чаще всего применяют капсюли № 7 и № 8 и про- веряют, может ли быть виз- Плотность. Рис. 32. вана одним из них полная детонация. В общих чертах чувстви- тельность взрывчатого ве- щества к начальному им- пульсу изменяется так же, как и скорость детонации. Эти изменения можно выра- зить кривыми, анал’огичными приведенным.на рис. 32. Кривые эти ? Построены на основании опытных дан- ных, полученных Дотришём при его работе с взрывча- тыми веществами на основе перхлората аммония1 вотме- Заряд взрывчатого вещества 12, длиной ченных выше условиях. JN5 . _ . помещался в цинковые трубки. tdvo длин°й в ^‘см и диаметром в 20 мм. В одном конце пластИ ПОме1цался капсюль. Трубка помещалась на свинцовую ниг^ ИНКУ- Длина черты на свинцовой пластинке отмечала дето- НиР°ваВщу10 часть 3£ряда. тонациДИагРамме ясно виДна зависимость между скоростью де- Увеличе И чУвствительностью взрывчатых веществ. Вначале при ' в обласНИИ Плотности чувствительность почти не изменяется; чицает Ти максимума скорости детонации чувствительность на- плотнос3аМетно сни>каться, причем по достижении предельной СдруВ ?то снижение выражается очень резко.. - " ' Тельность°Й СтоРОнЬ1> было проверено, тождественна ли чувстви-* В общеВ шпУ1'ах чувствительности на открытом воздухе. ?ению Г? м Уплотнение взрывчатых веществ способствует умень- Б'ПоРо1ц0\.Вс^вительности; взрывчатые вещества, измельченные-./ более чувствительны,' чем приведенные каким-либо^ 1 я- ~ ------------——- 7--------—---'-----------------------' ае Poudres, 14, 218. ' ' -• '
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В. 187 иным образом в компактное состояние1 (плавка, желатинизация, прессование, замораживание2). ♦> Иногда в целях безопасности настолько понижают чувстви- тельность взрывчатых веществ, что они не могут быть более непосредственно подорваны капсюдем. В этом случае прибегают к промежуточному или вторичному заряду. Осуществляется . это следующим образом. Между капсюлем с первичным зарядом и основным взрывчатым веществом помещают другое более чув- ствительное взрывчатое вещество или, что бывает чаще, то же основное взрывчатое вещество, но взятое в таком состоянии, чтобы чувствительность его была достаточной. В минах для этой цели применяется сухой пироксилин, в снарядах — порошко- образный мелинит (480), а в взрывных патронах с запрессованным составом «Фавье»—тот же состав в порошкообразном виде (494). Роль вторичного детонатора легко объясняется следующим образом. Этот детонатор образует взрывную волну гораздо более мощную, чем первичный заряд, и способную вызвать образова- ние взрывной волны в менее чувствительном взрывчатом веще- стве основного заряда. 121. Передача детонации на расстоянии 3. Заряд взрывчатого вещества может вызвать детонацию расположенного на опреде- ленном расстоянии другого взрывчатого вещества. Это явление называют передачей детонации через влияние или более неопределенно—симпатическим взрывом (explosion sympa- thique). Выясним теперь влияние различных факторов на процесс передачи взрыва на расстоянии. Количество таких факторов зна- чительно, так как явление это зависит от физического состоя- ния зарядов (массы, плотности, влажности, кристаллического со- стояния, прочности оболочки), от свойств подставки (support), от свойств и объема инертной' среды, в которой распространяется ' взрыв (неограниченное атмосферное пространство, шпур цилин- дрической формы) и наконец от расположения инициирующего заряда. Результаты, полученные при исследовании этого вопроса, мо- гут быть классифицированы следующим образом: (а) Определение способности передачи детона- ции на расстоянии. Определим прежде всего способность к «возбуждению взрыва» (pouvoir excitateur) на расстоянии опре- деленйого заряда взрывчатого вещества, принятого за образец (пикриновой кислоты). Из всех'факторов, от . которых зависит расстояние, на кото- рое передается детонация определенного заряда взрывчатого вещества, отметим следующие как наиболе? существенные: Л ‘-’i Berthelot, Sur la force des matures explosives, I, 71. • KHng et Florent in, Мёт. des poudres, 77, 145. *?' 8 Burl of; Мёй). de.l'Arflllerie franfaise, 9t 799-
^^ПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Свойства среды, через которую происходит передача де- тонации (упругие свойства, размеры). Т Способ патронирования заряда (плотность заряжания, прочность оболочки). ' 1 Свойства и расположение капсюля. Что касается влайс-^- пости и температуры заряда, прочности подставки, атмосфер--* них условий, то все эти факторы очень незначительно отра- ; . жаются на расстоянии, на которое передаётся детонация • данного заряда. Кроме того при повторении тех же опытов с образчиками икриновой кислоты различного происхождения/ с целью харак- теристики типичного взрывчатого вещества, были получены результаты, не зависящие от степени измельчения этого взрыв- чатого вещества. Этот краткий обзор указывает на те трудности, которые воз- никают при определении способности возбуждения взрыва на расстоянии. (Ь) Определение способности восприятия дето- нации на расстоянии или чувствительности взрыв- чатых веществ. Эта чувствительность зависит в основном от плотности заряжания и влажности взрывчатого вещества. (c) Влияние массы заряде в. Вопросы, освещенные выше, представляют некоторый интерес в случае применения взрывча- тых веществ, особенно в горно-рудной промышленности; Однако наиболее ценные сведения для практики применения взрывчатых веществ могут быть получены при экспериментальном выяснении зависимости между величиной зарядов и расстоянием, на которое передается детонация. Опыты в этом направлении велись с заря- дами, начиная от нескольких граммов и кончая тысячами кило- граммов. ' .ч. - - / В этих пределах зависимость между величиной заряда й рас- тояниец, на которое этот заряд может передать детонацию, ? Жет быть выражена следующим уравнением:' \ v : - - -J- - • d = Kca, /’ Расстояние в метрах, на которое передается детонация, торогосса заРЯда в килограммах, К—коэфициент, величина ко- ВзРЫ9чаМеНЬШе едипиЦы‘> ои зависит от способности данного его 4vnaToro веЩества к передаче детонации на расстоянии и от . чувствительности. ' > ' ...- • п°лУчаемарЯДОВ’ массы которых превышают 1.пг, расстояния d,.£ не с 6 из LToro Уравнения, несколько преувеличены. Все же# при слУчЛйШКОМ Родятся с наблюдениями, произведенными (4 июня 1ок>°М взРь?Ве в Боссенкском артиллерийском складе (ф q 918 г«) около 6500 т различных взрывчатых веществ. - выражен Р амвнекие- различных. взрывчатых веществ. ыи этим уравнением закон, - несмотря на свою некотог/.;
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В. 189 рую эмпиричность, имеет ряд достоинств, к числу которых от- носится также и то, что, пользуясь им, можно легко, путем простого вычисления, произвести сравнение различных взрывча- тых веществ по способности к передаче детонации на расстоя- нии: Приняв какое-нибудь взрывчатое вещество за стандарт, ' ‘ можно найти величины, характеризующие относитель- ную спосо б но сть к в оз буждению детонации и относительную чувствительность к детона- ции; сравнением же расстояний d, на которые передается детонация единице массы взрывчатого вещества от него же - самого, можно определить так называемый «коэфици- ент самовозбуждения» (self excitation). Это сравнение может быть легко сделано независимым от массы самого взрывчатого вещества, тем самым оно может иметь более широкое значение. Что касается относительной способности к возбуждению дето- нации, то сравнивают например массы взрывчатых веществ, воз- буждающих детонацию с одной из них, принятой за единицу (при одинаковых условиях опыта). Обозначим через ct заряд исследуемого взрывчатого веще- ства, которому соответствует расстояние передачи детонации d‘, пусть на это же расстояние d передается детонация зарядом с стандартного взрывчатого вещества. Тогда имеет место соотно- шение определяющее коэфи циейт относительной передачи детонации Le. Этот коэфициент может быть легко вычислен, так как, зная сь легко можно опытом определить с или же — в общем случае—вычислить при помощи действительного в ши- роких пределах закона, выражаемого уравнением х А' d=Kc*. Коэфициент этот тем больше, чем больше у взрывчатого веще- ства способность к передаче детонации. Пример. Заряд тротила, вызывающий детонацию заряда ^мелинита. При одинаковых условиях опыта было получено для ,,.i ' с =50 г: при передаче детонации мелинитом ’ а —17 см, а при передаче детонации тротилом ; i '_ d = 15 см.
^•^ЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ. ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ д тротила, которому соответствует с? =17 см, равен Зар /1?\* ' с. = 5ох ; следователь»0 L. = — 0,778. ' Лля сокращения десятичных знаков удобнее отнести Le к пи- ииовой кислоте, взятой за 100. Тогда получаем ряд числовых рачений для Le, приведенный ниже” в таблице. Взрывч. вещество, возбуждающее ДСТОППЦШО Взрывч* вещество, воспринимающее детонацию Коэф. с. Примечания Мелинит . . . , N № 4........... О № 5........... Динамит h’ 1 . . Тротил ......... Тетранитроани- лин............. Тетрил Тетрил ч ". У . I Мелинит А = 1 Мелинит А — 1,6 NIC J = 1 NIC А = 1,35 100 1,8 ~ 2 4 46 . 78 ’I 1 Плотность заряжания взрывч. вещества, ' возбуждающего де- тонацию,—плотность обычного патрони- ваиия Для взрывчатого 138 вещества, возбуж- 183 дающего детона- 484-/ цию, средняя плот-.г- 1 208 иость заряжания г 625 А = 1,25 Коэфициент передачи детонации, выражающий относительную способность взрывчатых веществ к передаче детонации на рас- стоянии, может изменяться в очень широких пределах, в зави- имости от природы передающего и воспринимающего детона- Взрывча™х веществ и их плотности, при прочих равных напрВИЯХ (свойства среды, в которой происходит передача дето- цИ’ пР°чность оболочки заряда и т. д.). Расст° касаетСя «чувствительности» к восприятию детонации на Нии»°янии> т0 почаналогии со способностью «передачи детона- щИм ^относительная величина может быть определена следую- в^ЩествааЧИМ соответственно через с и сг заряды взрывчатого при р ’ предающие детонацию на одной то же расстояние— пРинЯТ0МуН Ых Условиях опыта1— взрывчатому . веществу, БеШествуУ За единиДУ сравнения, и исследуемому, взрывчатому Т°ГДа Сражение . - : '? Дет°нации н °’Фициент чувствительности к восприятий а Расстоянии или относительную, ч.увстви*
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В. 101 тельность. Коэфициент этот может быть вычислен, если это необходимо, из опытных данных при помощи выражения d = Кс \ Коэфициент La тем больше, чем более способно взрывчатое вещество к восприятию детонации на расстоянии. Результаты опытных определений La приведены ниже в таб- лице. Число опы- тов Взрывч. вещество, возбуждающее детонацию Взрывч. вещество, воспринимающее детонацию Коэф. L8 (или относитель- ная чувстви- тельность) Примечания Плотность зарядов Л = 1,35 — • Мелинит 100 10 Мелинит Ц = 1,25 NIC 1>Б Н,0 = 0,5% 26 Мелинит Z — 1,25 Тетрил 100 13 * Мелинит А — 1,25 Тетранитроанилин 167 Плотность зарядов Д со 1 — Мелинит А — 1,25 Мелинит 100 14 Мелинит А — 1,25 NIC 19 Нг0=0,15% -— Мелинит Д — 1,25 N № 4 38 На0=0,15% 13 Мелилит Д = 1,25 0 № 5 38 Н20=0,Ю% 28 Мелинит Д = 1,25 CPt 45 1-1,0=0,30% 10 Мелинит Д = 1,25 Тротил 47 н2о=о,зо% Из таблицы видно, что коэфициент восприятия детонации изменяется в широких пределах. Наконец в коэфициенте К, зависящем одновременно и от способности к передаче детонации Le на расстоянии и от способ- ности к ее восприятию La К = ч (Le, L,), имеем величину, представляющую значительный интерес с точки зрения практического применения взрывчатых веществ, как в условиях горно-рудных работ, так и при хранении в складах и артиллерийских парках. В первом случае задача сводится в общих чертах к нахо- ждению максимального расстояния между патронами, помещен- ными в шпуры, при котором имеет место передача детонации. Дело сводится в конце концов к установлению предела Da (пере- • дачи детонации). Во втором случае, наоборот, стремятся при хранении раз- дельных масс взрывчатого вещества, находящихся в складе, \ предотвратить возможность случайной передачи детонации от ' одной массы к другой — устанавливают таким образом предел „ D, (отсутствия'передачи детонации). - '
ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ обоих этих видов применения вполне естественно при- -^функцию <р К -следующему виду: z. /d2V заряд, выражаемый'в килограммах, которому в условиях гДе веского применения (в патронах или в складах)- соответ- ’ расстояние d (Dc или £>,), выражаемое в метрах. I, СТБ^ равно следовательно расстоянию, соответствующему заряду, t опый состоит из единицы массы взрывчатого вещества. ь К°Ниже в таблице приведены значения /< для некоторых пред- Г тавителей основных классов, на которые делятся по составу ’ взрывчатые вещества. . Значения эти определены в результате опытов, произведенных в лаборатории Комиссии по взрывчатым веществам. Число опытов Взрывчатое вещество Условия опытов’ к. к.„ К, ум ПОЖИТЬ Н£ 10~2 - (а) Передача детонации в шпурах 16л i N NH гризу- иафтаянт-куш d га 1; H jO га 0,3% ' W.: ц * 12 14 16 О М2 Мелинит Динамит М!> 1 d = 1,4; Н.,0 = 0,05% rf = l; 14,0 = 0,05% //= 1,6; 11,0 = 1,о% б.з 253,0 443,0 11,0 284,6 ' 15,8 316,3 (Ь) Передача д етонации иа отк <• . .... pblTOl и возду -J S N № 4 ' d^l; 11,0 = 0,8 % 8,1 fl.fi 0,8' я. 10 0 О № 2 Мелинит . d-m 1,4; Н,0 = 0,05% d=l; 1-1,0=0,05% 3,1 58,1 08,0 4,7 62,6 6,3 67,1 - 28 Динамит № 1 d= 1,5; 1-1,0 = 1,0% 110,6 7' • *' ‘ •* 123,4 с к До - •• Ч ' - < I * О»/. вероятность детонации 100%; Ка—вероятность-детонации' > 5 °р « среднее значение. лрНц Ультаты, приведенные в таблице, непосредственно вычис- ззставд3 Опытных данных. Однако точность их определения Прияет Спеваться в десятичных знаках. . ' Учения Р^ктическом использовании этих результатов следует 4еСЯТн округлить, причем для Кв (возбуждение5детонаций)- Вместо знаки просто отбросить, а для К, (безопасность) ЗаметТОрошеннь1х десятичных: знаков прибавить единицу. . /*%; В^ствИм’ Мен<ДУ прочим, что -классификация взрывчатых °т того Во Величине /С не' меняет'своего . порядка независимо':';-.-, а °Ткры ОдРывают ли эти взрывчатые вещества .в шпурах или . Ом воздухе. Кроме того при подрыве в шпурах зна-
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В. 193 •?. чение К значительно больше, чем при подрыве на открытом воздухе. »• (е) Механизм передачи детонации на расстоянии. Нужно заметить, что, поскольку не выяснен механизм передачи детонации на расстоянии, тем самым область применения на практике полученных результатов ограничивается опытными пределами. Поэтому следует попытаться выяснить, насколько возможно, физическое значение наблюденных явлений. Регистрируя эти явления качественно, можно получить представление, правда грубое, но тем не менее интересное, о сложном силовом поле, энергия которого поддерживается ударной волной, потоками .газообразных продуктов взрыва и осколками — взрывчатыми или инертными. Форма этого поля определяется начальным импульсом и пре- пятствиями, находящимися вблизи очага взрыва. С к о л и ч е ст в ен н о й стороны механическая равнодействую- щая поля быстро уменьшается номере удаления от заряда; она > также может значительно изменяться па расстояниях, соответст- с вующих передаче детонации, в зависимости от изменения плот- ности заряда, воспринимающего детонацию. 'Г<> же имеет место и дли импульса, получаемого ‘ним зарядом; способность к возбуждению детонации не является простой функцией от суммы давлений в зависимости от времени. Что касается времени, необходимого для передачи энергии ; и для развития химических реакций, к которым приводит дето- нация, то произведенные измерения дали возможность определить порядок его величины; .чти промежутки времени всегда очень малы, так что соответствующая средняя скорость выражается i тысячами метров в секунду. Опыты, произведенные с этой целью, показали, что припеки* ' торых обстоятельетнах в инертной среде, в которой распростра- няются ударные полны, имеет место распространение процесса со скоростями, определенно превышающими скорость детонации взрывчатого вещества1. Кроме того это измерение времени дало возможность сравнить чувствительность взрывчатых веществ к механическому удару '^.твердыми предметами с «относительной чувствительностью», ^’определяемой восприятием детонации на расстоянии. Было также 'установлено некоторое совпадение между запаздыванием вое- приятия начального импульса икоэфициентом нечувствительности .й к удару. . • . • \ Выгода этой аналогии заключается в том, что выясняется , значение, которое следует придавать способам возбуждения ЧЗК; у;.. детонации на расстоянии. лл.-.Т"- . Ё" ' Д1 fiurfot;(MapT 1924). ' •'J Пороха и в4рывч. вещества. * ч г 18
й адиабатического сжатия воздуха, находящегося '^^ПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ кОнце концов, не принимая во внимание теорию синхрон-. ' колебаний возбуждающего и воспринимающего детонацию йЬ,хяоВ) носящую пока гипотетический характер, механизм пере-' заР детонации может быть освещен следующим образом. >*аЧлрй некоторых обстоятельствах детонация может быть след- ом адиабатического сжатия воздуха, находящегося ст® у частицами взрывчатого вещества. Это адиабатическое яе.тйе должно быть достаточно, чтобы поднять температуру й^ссы взрывчатого вещества выше точки его мгновенного вос- пламенения. При этом процессе ни на один из моментов не происходит соприкосновения между возбуждаемым зарядом и газообразными продуктами взрыва возбуждающего заряда. Этот случай соответ- ствует взрывам подводных мин и далеко расположенным воз- душным зарядам. . а При других обстоятельствах детонация может быть вызвана механическими ударами, локализующимися в нескольких точках на поверхности взрываемого заряда. Эти удары могут быть .... вызваны либо твердыми осколками, либо частицами взрывчатого ( < вещества, не разложившимися в пути прохождения ударней волны от заряда, возбуждающего детонацию, либо турбулентнымшмас- сами газов, выбрасываемых с большой' скоростью и при высо- кой температуре. Эти удары не м’.огут объяснить явление детонации подводных мин через влияние, для, которых исключена возможность воз- действия нагретых газов и твердых частичек. Наоборот, для случая близко расположенных друг от друга воздушных зарядов это объяснение кажется весьма вероятным. 122. Исследование процесса горения. С точки зрения безо- пасности производят проверку способности взрывчатых веществ к передаче горения. Практически этот опыт осуществляется < : следующим образом. Металлический желобок постоянного сече-' “ия заполняется правильной дорожкой исследуемого взрывчатого вещества или взрывчатого вещества, принятого за единицу срав- нения,-Затем отмечают, может ли быть воспламенение легко осу- ществимо простой свечой или необходимо более горячее пламя, апример бунзеновской горелки. Отмечают также, передается ли орепие к части, не находящейся в соприкосновении с пламенем,. РоТс°РОе пРименяется для воспламенения, и наконец, какова ско-’ Хь Распространения этого горения. :• Пасн°ЛУЧенные таким образом величины характеризуют безо- Попп°СТЬ ВеЩества в пожарном отношении. Так, - для черного ' Пороу3 Г0Рение очень оживленно и при наличии больших масс'”'. '; когдаЭ пеРеходит во взрыв; последний.возникает также и тогда, ? Пости газо°бразные продукты горения пороха-не имеют возмож- тиПа 0СЩ?а°Дного расширения. Напротив, взрывчатые вещества - “Ревы»! 93) горят медленно; скорость их горения в жолобе не ает 1 мм в секунду. Некоторые же смеси хлората- калия-
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В. 196 1'5 с парафином (тип О4) даже неспособны распространять воспла- менение, вызванное бунзеновской горелкой. Это горение оста- * навливается само собой после удаления пламени горелки1. Таким же свойством должны обладать и взрывчатые вещества, класси- фицируемые как безопасные (безопасные взрывчатые вещества). 123. Исследование вспышки взрывчатых веществ. Чувстви- , к тельность взрывчатых веществ к тепловым воздействиям ис- следуется также с точки зрения безопасности прогрессивным нагревом взрывчатого вещества и определением температуры, '"'х при которой оно воспламеняется. Результаты такого испытания могут значительно изменяться в зависимости от условий его проведения. Испытание можно провести следующим образом: 0,2 г взрывчатого вещества помещается в пробирку, погружаемую в масляную баню, предварительно нагретую до 100°; температура бани повышается на 5° в минуту вплоть до момента вспышки. При таких экспериментальных условиях испытания дали сле- дующие результаты: Взрывчатое вещество Тем-pa вспышки (прогрессивный нагрев) Черный порох Динамит № 1 (разложение 280 — 285° с выделением окислов азота) 200—210° Азид свинца > 335° Гремучая ртуть П ироксилин (хорошо стаби- 175 — 180° лизовапный) Пироксилин (плохо стабн- 180— 185° лизовапный) 130 — 140° Если же в пробирку, поддерживаемую при постоянной тем- пературе 174°, поместить 0,2 г хорошо стабилизованного пирок- силина (такого, который применяется для приготовления пороха В), температура вспышки которого определена вышеприведенными опытами в 180—185°, то вспышка его происходит по истечении более или менее продолжительного промежутка времени (от не- скольких минут до многих часов — в зависимости от физического состояния взрывчатого вещества). Это явление вызывается уско- ряющим каталитическим действием продуктов разложения взрыв- чатого вещества при нагреве (234). Меньшее же количество вещества при этой же температуре может, наоборот, без всякой вспышки разложиться полностью. 3 р-ъ ".Мёт. des poudres, 16, 216. 13* '
''усПЬН'Л1ШЯ обыкновенных' ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ' - гя ’’ этого примера ясно видно влияние условий опыта на изме? • данного рода и следовательно неопределенность резуль- реВИЯ еСли не указана методика их получения. таТ°в’еделив предварительно ' в точности эти условия, можно • тить для опыта при постоянной температуре промежуток °™Срни d, в конце которого происходит вспышка. Изменяя * вРеМературу при прочих равных условиях опыта, получим соот- . ;емствующие промежутки времени возникновения вспышки. Таким . Вбпазом можно определить кривую зависимости времени вспышки ^температуры. Асимптота этой кривой дает минимальную тем-. ператуРУ вспышки. Для высоких температур преимущественно пользуются баней * г расплавленным оловом. Полученные результаты приведены в табличке Темп-pa вспышки (нагрев. при пост, темп-ре) 192—197° 320-330° 137—142° . 174—179° ' Динамит № 1.................. Азид синица...............• . • Гремучая ртуть .............. s. * Хорошо стабилизованный пироксилин 124. Исследование чувствительности к трению и удару. Всегда полезно для нового взрывчатого вещества проверить его чув- ствительность к трению. Для этой цели достаточно растереть небольшое его количество пестиком в ступке, и (если ' при этом наблюдается разложение взрывчатого вещества, то дно очевидно 5 требует большой осторожности в обращении. Это в частности имеет место для черного пороха, динамита № 1, сухого пирок- силина и т. д.1. Безопасные взрывчатые вещества Должны быть не чувствительны к трению. Эта проба могла бы сильно выиграть, если бы можно, было создать для нее более точные условия, в которых само трение ’ можно было бы количественно-определить. а “ Соединенных штатах Горное бюро применяет для этой цели H(W В виде маятннка> состоящий из стальной прочно уста- меТденно^ плиты, по поверхности которой скользит с трением ПлитаЛНЧеСИИЙ ’башмак» укрепленный на маятниковом подвесе, и 305 пРеДставляет собой гладкую поверхность в 8,3 см шириной, нара’дп^ ДЛин°й. Посредине этой поверхности выдолблены три Жел°бка в направлении, перпендикулярном пере- йзРывчат башмака- В этих желобках помещается исследуемое дРугиМи °е neinecTG0- Башмак может быть одет деревом или От2-2дп л/Териалами- Ег0 масса может изменяться в пределах ^6,7.см р4 фн. (1—20 кг). Радиус кривизны башмака—10 % дм. Ко^блр‘:адиус маятника 6 фт., 6 х/4 дм. (2 ><)• ^Высота падения А0 78,7 дм‘ <0'50”2 л); , П>1пва (Декаб’ > ^кабрь 1028) X '’"’I’1 °l <1cs cxploslfs dans les exploitations mlnlires. — Ann. des
’ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В, Б. 197 Чувствительность к удару может быть определена гораздо более точно. Полученные результаты имеют очень важное значение для классификации взрывчатых веществ с точки зрения йх безопасности. Для определения чувствительности к удару пользуются коп- ром или свободно падающим грузом; вес груза может меняться, достигая 30 кг, благодаря чему возможно по желанию менять живую силу удара. Так как возникновение взрыва от удара зависит не только от живой силы, но и от физического состояния взрывчатого вещества в точках контакта, то при повторных ударах и одной той же живой силе взрыв не всегда повторяется. Поэтому па практике определяют минимальную живую силу, кото- рая при возможно точно определенных условиях испытания вызы- вает взрыв с определенной степенью вероятности, например 50%. Для этого проводят ряд опытов с различными высотами падения, причем стараются выявить те из них, при которых' одна детонация имеет место в среднем при двух ударах. Эта высота падения может считаться приблизительно выясненной лишь после проверки ее по крайней мере 50 опытами. Затем таким же способом находят высоты падения, соответ- ствующие меньшей степени вероятности (например 20%) и боль- шей (например 80%). Таким образом можно получить ветвь кривой, показывающей довольно точно вероятность детонации каждого взрывчатого вещества в зависимости от высоты падения. На этой кривой можно определить точки, при которых детонация хотя и не невозможна, но весьма мало вероятна, и точки, при которых она не обязательна, но вероятна. ‘ " ’ Такой способ сравнения взрывчатых веществ по вероятностй взрыва при ударе дает достаточно обширный материал для того, чтобы представлять некоторую гарантию точности. При этом необходимо, чтобы условия опыта были вполне точно опреде- лены, так как только тогда можно получить сравнимые между собой результаты. Так например не безразлично применять легкий или тяжелый груз, так как благодаря невозможности устранения подскакивания груза после удара не может быть уверенности в пропорциональности между высотами падения, соответствующими возникновению детонации, и массами соответ- ствующих грузов. / Не безразлично также помещать испытуемое взрывчатое вещество тонким или толстым слоем. Наблюдения показали, что способность одного и того же взрывчатого вещества к де- тонации под влиянием механических воздействий тем больше, чем тоньше слой взрывчатого вещества. ». Аналогичные наблюдения произведены в отношении влияния степени уплотнения исследуемого взрывчатого вещества. Следовательно в каждом опыте нужно брать равные объемы взрывчатого вещества с плотностью заряжания, соответствующей для сравниваемых проб одной и той же степени уплотнения;
к ^^^АНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ осуществления этих условий взрывчатое вещество поме- Дл? маленький капсюль глубиной примерно в 1 мм, закры- й81°1й крышкой. ваеи бходимо наконец, чтобы плоскости соприкосновения груза оВальни были совершенно параллельны и легко заменяемы 11 н*р повреждений от взрывов. п°Ия1< бы однако пи следить за правильным состоянием этих Гостей, все же не избежать после каждого удара легких п е11Сний, могущих влиять па результаты пробы. Чтобы избег- 1,354 этОго постороннего влияния, необходимо производить чере- Хщпеся удары. Когда желают определить одновременно и чувствительность, энного взрывчатого вещества, и его способность к передаче дето- нации, взрывчатое вещество помещают на наковальне слоем постоянной толщины таким образом, чтобы при ударе' соприка- салась с грузом только часть этой поверхности. После испыта- ния тщательно собирают и взвешивают недетонировавшее взрывчатое вещество. Полученные значения для живой силы и недетонировавшей части заряда будут двумя переменными, характеризующими этот опыт. Полученные таким образом срав*-.- нительные результаты очевидно представляют интерес с точки зрения безопасности производства и применения взрывчатых веществ. Взрывчатое вещество, с трудом детонирующее .при этом испытании, относится к классу безопасных взрыв,.- чатых веществ. ? Из всей совокупности результатов этих испытаний, проведен* '<! ных для большого количества взрывчатых веществ, можно .'Г сделать следующие основные выводы1. Чувствительность взрывчатых веществ к удару повышается: если они приведены в более компактный вид, так как в этом случае механический удар и соответствующая ему теплота ; локализируются; ' если к ним примешать посторонние вещества с острыми' и твердыми краями, так как при этом увеличиваются тре-' к, ние и местные удары;, если они нагреты 2, причем исключение составляет- гре-; V «У-й СТудень’ чУвствительность которого замораживанием! вещесОбщем можно сказать, что более или менее инертные ,‘- ствам^3’ Всегда примешанные к собственно взрывчатым веще*- * Удару сильно влияют на чувствительность их к механическому в больп °- целесо°бразного и правильного выбора их находится .. -____ Шои зависимости и безопасность взрывчатых веществ. 1 " - - ' — - * -* —------------------——— - Slve$ J. 7)S и on gew‘ Ch-> 545 (1©04); В e r t h e'l o t, Sur,la force des matures explo- 1 g ** УU, _ л • z’ ^Р»м. ред^ГИнале’ несомненно ' ошибочно, сказано: .если они охлаждены'-
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В, 199 125. Определение чувствительности к удару пули. При изу- чении чувствительности взрывчатых веществ, особенно применяе- мых для военных целей, представляет большой интерес выяснение действия на снаряды выстрела ружейной пулей. Понятно, что военные пороха и подрывные патроны не должны 'детонировать от удара ружейной пули или осколков снаряда. Применявшийся прежде черный порох имел тот недостаток, что он не удовле- творял этому требованию безопасности. Опыты показали, что получаемые результаты зависят не только от условий стрельбы (скорость пули и ее вес), но также от толщины проходимого пулей слоя взрывчатого вещества и от других условий опыта ’. Поэтому целесообразно испытывать взрывчатое вещество при максимальной толщине слоя, могущей встретиться на практике. Кроме того следует испытывать взрыв- чатые вещества как в принятой для них оболочке (ящик, корпуса снарядов), так и без таковой. Действительно, летящая пуля может действовать либо непо- средственно своей живой силой подобно копру, либо и своей остаточной живой силой и нагревом, возникающим при прохо- ждении пулей оболочки снаряда или самого слоя взрывчатого вещества. Кроме того в случае получения детонации отмечают, ограничена ли последняя областями, затронутыми пулей, или же происходит распространение детонации, вызывающее взрыв бо- лее или менее значительной массы взрывчатого вещества 1 2. 126. Изучение вопросов безопасности производства. Практи- ческое изучение безопасности нового взрывчатого вещества должно включать также и изучение вопросов, связанных с безо- пасностью производства, и выяснение условий обеспечения этой' безопасности. С этой точки зрения результаты исследования чувствитель- ности взрывчатого вещества к механическому удару, к трению и тепловому действию дают очень ценный материал. Нужно "однако учитывать и соответствующие свойства основного про- изводственного сырья и полуфабрикатов; при производстве ,, динамита например должно учитывать и свойства нитроглицерина, . ' обращение с которым требует чрезвычайной осторожности ввиду его крайней чувствительности. Операции сушки и измельчения требуют в отношении безо- ; гласности особой внимательности. Нужно учитывать и возможные фА побочные реакции, могущие иметь место с материалом аппаратуры; последнее в частности относится и к производству мелинита Д (293). Кроме того некоторые составные части взрывчатых веществ' токсичны или представляют те или ицые неудобства — выделяю- 1 God у. ТгаИё des matures explosives, 345. 2 Мёт. des poudres, 2, 178; Z. angew. Ch., 545 (1604); Bur lot, Мёт. de X?‘:l*Artillerie franfalse, 9, 896.
^Г^ИСНЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ —.—— — неся пары (нитробензол), пыль (бихромат) или способность «"бироваться кожей (нитроглицерин). ' . э& gнекоторых случаях вредность производства может даже’ лужить основанием для отказа от того или иного взрывчатого существа. Во всяком случае во всех производствах, которым"' ®оиСуща известная степень вредности, нужно принимать соот-, еТСТвующие меры предосторожности: вентиляцию, устройство защитных колпаков, применение'резиновых перчаток и т. д. \ ". Нужно наконец принять во внимание и опасность воспламене- ния пыли, отлагающейся на мало доступных частях аппаратуры,. на одежде и даже на коже рабочих. Смены одежды при выходе из мастерской бывает по большей части вполне достаточно для/ избежания этой опасности. Но эта мера иногда бывает и недо- статочна, особенно когда пыль одновременно легко поддается иоспламснению и гигроскопична. Так, рабочие, занятые в производстве взрывчатых веществ/ типа 0 (на основе хлората натрия), для обеспечения их личной безопасности обязаны перед уходом с предприятия принять пол- ный душ и сменить одежду. 127. Исследование газообразных продуктов взрыва. К числу вопросов, относящихся к особенностям применения взрывчатых веществ и безопасности обращения с ними, следует отнести и вопросы, связанные с изучением газообразных продуктов взрыва. Последнее имеет целью выяснение опасности этих газов и других особенностей, представляющих неудобства при -применении в рудничных шахтах, туннелях и других мало вентилируемых местах. В зависимости от условий разложения взрывчатых веществ состав газообразных продуктов их может заметно изме- няться, причем можно различать следующие три случая: 1°Газы, происходящие от -горения порохов и взрывчатых веществ в замкнутом пространстве J Расширением или без него после достижения ,,а «симу м а д а в л е н и я. ' ВЦ3 *орение без расширения. Оно осуществляется в аиометрической бомбе; запальная пробка последней снабжается СаппИЛем 'для выпуска газов. Последние собирают в газометр яые п И ®ьеля’ конечно если в их состав не входят ни нитроз- с ртгтаРЬ1’рНИ ХЛОР» так как эти газы реагируют на холоду сует эт*0’ ^сли бомба предварительно не эвакуируется, то сле- при э 0 Учесть при анализе газов. Чтобы избежать нужных илн в ы поправок, бомбу обычно предварительно, эвакуируют аэ°том есня10т воздух каким-либо инертным газом, например К 1с°топойР ениес расширением. Опыт производится в бомбе, 4—^^^Ррисоедиппетсп’ камера для расширения газов. Для р I Q . -----—-----“-------------------__ lndMricU5tol8-Suffif, Etude dcR nm6llorntloiie hyglinlques ft npporter dans Poudres et exploslfs, M6m. des poudres, 16 (1912). "
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В. Ш этих испытаний лаборатория Комиссии по взрывчатым веществам применяет бомбу с тремя отверстиями: одно, предназначенное для крешерной втулки, другое для запальной втулки и третье соединяется с расширительной камерой объемом в 3 л. Соеди- нение камеры горения и камеры расширения происходит по достижении максимального давления, вследствие разрыва мембран,, расположенных между камерами. Перед производством взрыва расширительную камеру эваку- ируют и погружают всю установку в воду для проверки гермети- чности установки и поддержания постоянной температуры опыта. 2° Газы, получающиеся.при детонации с после- дующим сильным расширением в инертной атмо- сфере. Для соответствующих испытаний в лаборатории Ко- миссии по взрывчатым веществам применяют цилиндр из ли- той стали вместимостью 100 л, целиком покрытый изнутри свинцом. Цилиндр снабжается герметически закрываемой крыш- кой. Во время опыта цилиндр погружают в воду, чтобы та- ким образом воспрепятствовать проникновению воздуха в мо- мент достижения при взрыве максимального давления и для под- держания постоянной температуры. В центре подвешивается за- ряд всегда одного и того же веса (100 г). Заряд детопируется гремучертутным капсюлем, воспламеняемым при помощи элек- трического запала. Прежде чем произвести взрыв, через сосуд пропускают для' вытеснения кислорода ток азота. Объем сосуда рассчитан таким образом, что окончательно устанавливающееся в нем давление незначительно отличается от атмосферного. Пробу газа для анализа засасывают специаль- ной пипеткой. Состав этого газа соответствует резкому расширению отно- сительно значительной величины ^ = 10-8) без совершения заметной внешней работы. 3° Газы, получающиеся в результате детонации взрывчатых веществ в шпурах. Взрывной патрон, подры- ваемый электродетонатором, закапывается в глубокую скважину, просверленную в плотной нетронутой почве. В результате взрыва образуется расширение шпура без вся- кого внешнего эффекта (камуфлет). Посредством металлической пипетки протыкают почву и достигают образовавшейся от взрыва камеры, откуда и засасывают пробу газов для анализа. Эти газы образуются в условиях расширения, довольно сход- ных с условиями применения в рудниках. Однако во время; охлаждения всегда возможно проникновение в расширившуюся скважину воздуха, и поэтому анализ получаемых газов имеег только ориентировочное значение. 128. Анализ газов. Мы не предполагаем здесь давать крити- ческий обзор методов анализа, принятых в лабораториях, выбор»
^^исПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ~ пых обычно обусловливается составом и количеством ана- К°.1йРУеМЬ1Х газов- ,л не будем также касаться и физико-химических методов i/пытия незначительных количеств газов. Ограничимся лишь ятким изложением методики, позволяющей быстро определять КР „ентный состав газовой смеси с точностью, которую допус- отсчет делений измерительной бюретки. Точность эта соста- ка ет около 0,1 сл(3, что вполне достаточно для анализа, имею- щег0 своей целью определить уравнение взрывчатого разложе- нИЯДля газового анализа предлагается следующая крайне удобная Б отношении быстроты и простоты обращения аппаратура: . (а) Бюретка Гемпеля с уравнителем Петерсона. \ (Ь) Абсорбционная пипетка Дрешмидта. (с) Взрывная пипетка Денниса. В лаборатории Комиссии по взрывчатым веществам приме- няется кроме того аппарат, состоящий из комбинации пипетки Дрешмидта с пипеткой Денниса. Этот аппарат имеет то преи- мущество, что при работе с ним сокращается количество соеди- нений между бюреткой и пипеткой, что в значительной степени предохраняет газы от случайного проникновения воздуха. 'Ход анализа. 1° Газы наиболее часто встречаю- щегося состава. Эти газы определяются в следующем порядке: СО2—поглощением раствором едкого натра крепостью 36° Вё. О2— поглощением щелочным раствором гидросульфита. СО—поглощением аммиачным раствором полухлористой или сернокислой меди .или . медленным сжиганием изд платиновой проволочкой при низкой температуре (темнокрасное каление). Н2 — медленным сжиганием над платиновой проволочкой,^ (темнокрасное каление). сжиганием над раскаленной добела проволочкой; присутствующий временно с СН4; определив уменьшение объема газовой смеси после сжигания и объем СО2> можно ' по уравнению вычислить количество каждого газа. Р10 2 по разности (как обычно). Щення е каждого поглощения следует измерение объема. Погло- На оСНОп°®™рЯ10тся до получения неизменяющегося объема.: Чентный сосИ даннь1х об уменьшении объемов вычисляется про-х т^ьНыИх^е>Кание нежелательного растворения газов в поглоти-; °бъецЬ1 *Идк°стях следует стараться применять возможно малые' ^едует ПослеДних. Кроме того после каждого поглощения- Чипетку Режде чем ввести новый реактив, тщательно промыть оторой переводится газ в измерительные бюретки. платиновой этан сгорает одно-
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В. В. 203 2° Анализ нитрозных газов (смесь NOa4- NO). Эти газы * не должны иметь никакого соприкосновения со ртутью. Нитрозные газы могут быть открыты смесью Н25О4+дифенил- амин. С этим реактивом они дают интенсивное синее окраши- вание. При обработке щелочным поглотителем, в присутствии кисло- рода, нитрозные газы дают почти эквимолекулярную смесь нитрита и нитрата. В этом случае анализ нитрозных газов сво- дится к определению нитрита; последний же может быть опре- делен количественно при помощи КМпО4. Ход'анализа таков: Поглощение нитрозных газов разбавленным раствором NaOH (0,02 N). Повторное взбалтывание. Титрование перманганатом КМпО4. Нет оснований при этом опасаться присутствия SOa и HaS, так как эти газы не могут совместно присутствовать с нитроз- ным газами. Присутствие NO в газообразных продуктах сгорания взрыв- чатых веществ помимо нитрозных газов (NOr-f-NO) наблюдается очень редко. Отметим также, что невозможно совместное при- сутствие NO и Оа. Присутствие окиси азота определяется кислым сернокислым железом (реакция Пиччини). N2O определяется сжиганием в атмосфере водорода в капил- ляре Дрешмидта; однако в присутствии СОа возникают затруд- нения, так как СОа частично разлагается в этих условиях. Следует поэтому предварительно удалить СОа и кислород про- мывкой небольшими количествами щелочного раствора пирогал- лола. Тогда горение осуществляется за счет находящихся в газовой смеси окиси углерода и водорода. Необходимо однако принять во внимание, что это определение очень сложно и что могут быть определены анализом лишь заметные количества NaO, что на практике встречается довольно редко. 3° Случай присутствия H2S. Это соединение может присутствовать лишь в газообразных продуктах, полученных при воспламенении взрывчатых веществ в бомбе посредством запала из черного пороха. Присутствие его обнаруживается плюмбатом натрия или щелочным раствором нитропруссида натрия (интенсивная фиолетовая окраска). Количественно опре- деляется в виде BaSO4 после поглощения раствором бромнова- тистокислого калия. 4° Случай присутствия хлора и его соединений. Хлор и его кислородные соединения могут присутствовать в газообразных продуктах детонации взрывчатых веществ типа О, не содержащих щелочных солей.
ИСПЫТАНИИ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Присутствие хлора в свободном состоянии или в виде С12О < ло вероятно; напротив, при сжигании в замкнутом простран- м е перхлората аммония всегда обнаруживаются заметные ко- личества хлороводорода. Л Хлор в отсутствии нитрозных газов можно открыть при : помощи (KJ + CSa) или лучше анилином (характерное фиолето- у; вое окрашивание после поглощения раствором щелочи). Коли- чественное определение хлора производится в щелочном раст- , воре; в части раствора определяют общее содержание хлора, а в другой части образовавшиеся при действии мышьяковистого '?• ангидрид3 хлорноватистокислые соли. 129. Токсичность газов. Из газообразных продуктов горения порохов и взрывчатых веществ к токсичным причисляются сле- дующие: окись углерода, нитрозные газы,хлор и его соединения. Наибольшую опасность в отношении токсичности представ- ляет несомненно окись углерода; уже следы ее в воздухе дос- таточны для того, чтобы вызвать отравление. , По Хал ь да ну 1 (Haldane) действие СО на организм таково: Содержание в воздухе СО • (объемп. %) • - 0,05 0,10.? - 0,20. человеческий организм Действие на человеческий Получасовое пребывание головокружение После получасового". пребывания те- ряется способность хождения Получасовое пребьгвание влечет за собой глубокий обморок, переходящий иногда в смерть Пребывание в течение нескольких минут влечет глубокий обморок, а за- тем смерть По Никлу (Nicloux) предел токсичности—0,1%. .. ... Для мелких теплокровных животных токсичные дозы таковы ®ei но действие проявляется гораздо быстрее (для мышей нап- а . Ример в Ю раз быстрее). док 0Жно таким образом предложить применение мелких теп- .Z г* Ровиых животных (мышей) для испытания ядовитых свойств '<> образных продуктов взрыва. . 'Я Пр пределение небольших количеств СО может быть сделано Со помощи иодноватистого ангидрида2.. Для открытия следов (спот. 0 можно применить в качестве реактива кровь соральный анализ)3- z Разлс/ БСтРечпется главным образом > газообразных продуктах > _^ения взрывчатых веществ с.недостаточным кислородным вызывает 1,00 Ann des mine» (июнь 1890 г). •’А.'-- ~г. I. ' * Р.е д вел л, Количественный анализ,- 721; NLcIbux, c.rt4126, 746 N^cloux, Bull. Soc. Chitri., ' ЗВ,’ 41Й» .818 (1923). • -V
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ХРАНЕНИЯ В. В. 205 ; балансом, например нитропроизводных. Так, при детонации мелинита, при пониженном давлении, количество образующегося СО может достигать 50%.1 Некоторые взрывчатые вещества даже с избыточным коли- чеством кислорода, но находящиеся на границе полного горе- ния, все же могут содержать в продуктах разложения СО (27). Представляется трудным, если не невозможным, найти взрыв- чатое вещество, которое бы не выделяло при взрыве окиси углерода; поэтому в подземных горных работах нужно рекомендовать применение исключительно взрывчатых веществ с большим избытком кислорода. Ннтрозные газы могут образоваться главным образом при сгорании при пониженном давлении порохов В и взрывчатых веществ типа N, содержащих значительное количество нитрата аммония. % § 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ХРАНЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 130. Предмет настоящего исследования — изучение измене- нений свойств взрывчатых веществ при обычных и крайних условиях их храпения как с точки зрения вопросов безопасно- сти, так и изменения их взрывного действия. При разрешении этого вопроса нельзя найти какие-либо общие законы, справедливые для всех случаев; каждый тип взрывчатого вещества требует специальных опытов, соответ- ственно его химическому составу. Все же можно выделить неко- . торые вопросы, носящие более или менее общий характер. К числу последних можно отнести вопросы о физической и химической стойкости взрывчатых веществ. Физическая стойкость 131. С физической стойкостью взрывчатых веществ связаны следующие их свойства: , 1° Влажность. Некоторые взрывчатые вещества содержат 1 в -своем составе гигроскопические соли или же более или менее легко разлагаются водой и благодаря этому становятся непри- годными к употреблению. Подсушка их не всегда сообщает им начальные свойства, например восприимчивость к начальному импульсу. К числу таких взрывчатых веществ относятся напри- мер некоторые взрывчатые вещества типа О, динамиты и вообще все взрывчатые вещества, изменяющие под влиянием влажности свои физические свойства (изменение кристаллической структуры, изменение плотности и т. д.). . Иногда примесь некоторых веществ (касторовое масло, вазе- лин и т. д.) бывает достаточна, для того чтобы защитить гигро- . 1 Commission des substances explosives (1928).
-4^ ' ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 206 пические соли от действия небольшой’ влажности и тем / сК° м обеспечить неизменяемость физических свойств. ' с& ПреД°хРанить гигроскопические соли от влияния х влажности жНо также, применяя соответствующую оболочку. Взрывча- м° вещества Фавье, содержащие аммиачную селитру, хорошо ^пример сохраняются в парафинированных оболочках, конечно рСЛи последние не повреждены. е Определение гигроскопичности взрывчатых веществ в обо- лочке или без таковой производится обычно хранением их при постоянной температуре при определенной степени влажности, регулируемой раствором серной кислоты. Наблюденное при этом увеличение веса определяет гигроскопичность взрывчатого ве- щества. Полученные таким'путем приросты веса, соответствую- щие различным температурам и степени влажности, в зависимо- сти от продолжительности храпения, можно нанести на диаграмму в виде кривых. Кроме того представляет интерес отметить происходящие при этом изменения физического состояния (пло- . тность, эксудация, кристалличесакя форма и т. д.) и соответ- ствующие изменения мощности и чувствительности взрывчатых веществ. 2° Давление. Мы уже видели (120), что плотность взрыв- чатых веществ может оказывать значительное влияние на вос- приимчивость к начальному импульсу и скорость детонации. Вследствие 'этого необходимо предохранять патронированные взрывчатые вещества от увеличения плотности выше предель- ней, происходящего либо вследствие прогрессивного слеживания в результате хранения, либо вследствие слишком энергичной .. забивки в шпурах. J:C Влияние давления на взрывчатые вещества при обычных температурах изучается определением их плотности при различ- ч ных давлениях прессования; при этом определяется также и вое- ' f приимчивость к начальному импульсу. ' f 3° Нагрев. Уже с одной только точки зрения физической .' стойкости нагрев .может вызывать значительные изменения в к состоянии взрывчатых веществ.' Например одним нагревом/:; предельных случаях хранения можно вызвать размягчение / ластичные взрывчатые вещества) или способствовать спеканию. '; нос ХЛаЖиение может иногда вызвать такое увеличение плот- детонацТ° взРЬ1вчатое вещество становится невосприимчивым к или" Эт°йоТ0Чки зрения следует изучать действие нагрева до 30 40 а > - ’ ’ частич Ксудаиия- Размягчение может иногда сопровождаться той смЫМ ра'делением некоторых составных частей взрывча- Масдог*1'’ в ос°бенности это относится к смесям, содержащим ' *ндкн°Ьразные продукты (касторовое масло,-вазелин, парафин» / Ко оппе нитРОсоединения). Это разделение часто может быть лег- ределено помещением патрона с взрывчатым веществом на $
Г _____________________________________________________________ ИССЛЕДОВАНИЕ УЛвОВИЙ ХРАНЕНИЯ В. В. 207 £ д —---------—----------------- — ; . листе фильтровальной бумаги в сушильный шкаф при постоян- , ной температуре (например 40°). Определив размеры маслянис- * того пятна на бумаге и увеличение веса последйей, соответ- ; ствующее потере веса патрона, можно получить ценные практи- • ческие указания, особенно если нагрев чередовать с охлажде- нием. Особенно большое значение это исследование имеет для J динамитов; при неудовлетворительном их составе или дефектив- ном приготовлении может наблюдаться явление эксудации нитро- глицерина, явление совершенно сходное с рассмотренным ранее отделением маслянистых составных частей. Опасность такой эксу- дации заключается в крайней чувствительности нитроглицерина к удару, благодаря чему затрудняется обращение с такими ди-' намитами. В частности эксудации благоприятствуют чередую- щиеся нагрев и охлаждение. Все динамиты и нитроглицериновые взрывчатые вещества, должны подвергаться тщательному исследованию с точки зре- ния эксудации (405). 5° Охлаждение, замораживание. Изучение действия нагрева должно быть дополнено изучением охлаждения. Необхо- '• димо выяснить поведение взрывчатого вещества при крайних Температурных пределах его хранения. Исследования в этом отношении сводятся в основном к опре- делению чувствительности к удару и действию капсюля взрыв- чатых веществ, охлажденных ио крайней мере до—10°. ;; В основном можно заметить при этом значительное пониже- ние восприимчивости к действию капсюля, так что на практике р. . 'зимой для обеспечения полной детонации приходится иногда ( прибегать к более мощным детонаторам. ' Наоборот, замораживание делает взрывчатые вещества более ( чувствительными к удару, что объясняется локализацией меха- ? нического и соответствующего теплового эффекта на поверхно- ; сти отвердевшего вещества. ( . Из распространенных взрывчатых веществ лишь в отноше- Ч - нии динамитов и влажного пироксилина замораживание вызывает серьезные затруднения. Применение влажного пироксилина в на- .Стоящее время сохранилось лишь для снаряжения торпед, воз- можность замораживания которых довольно редка. г- • В отношении динамитов вопрос этот имеет гораздо более i существенное значение и должен быть объектом специального исследования для каждого нового типа. Так, замораживание гре- мучего студня определенно повышает его чувствительность к капсюлю. Этот факт не согласуется с уменьшением чувствитель- L ностн при понижении температуры. Чем последняя ниже, тем i больше плотность взрывчатого вещества и его вязкость и тем меньше его чувствительность. Достаточно однако динамиту ?; замерзнуть, чтобы вызвать нарушение этого постепенного хода изменения чувствительности, причем сразу же происходит резкое \ .У
.^^ПЫТАНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ние чувствительности, находящееся, в связи с резким* //’ ^Йием упругих свойств. .. .. и3 г еошенНО иНое явл6ние может иметь место для других С°Вдинамитов. Кристаллизация нитроглицерина делает их тиП°В ши в отношении чувствительности к удару. Необходимо опасньятельно замороженные патроны с динамитом оттаивать с;1еД0В0днако эта операция может при ненадлежащем способе едения сопровождаться эксудацией нитроглицерина1. Эгим- ПР°® объясняется интерес к незамерзающим смесям, называемым Т°гто незамерзающими динамитами. К числу наиболее спространенных незамерзающих динамитов относятся динамиты основе динитрогликоля; они представляют собой обычные Имнамиты, в которых нитроглицерин частично замещен динитро- w гликолем (вес на вес). Это замещение ие сопровождается изме- нением ИХ МОЩНОСТИ. ' / .. • Химическая стойкость 132. Такая стойкость очевидно необходима для обеспечения нормального действия взрывчатого вещества. Недостаточная стойкость взрывчатого вещества может представлять Известную опасность в том случае, если она сопровождается реакциями • прогрессивного разложения. -. . Изучение этого весьма важного вопроса должно сводиться в основном к выяснению совместного воздействия влажности и нагрева на взрывчатые вещества, Слёдует при этом отличать случай химически индивидуального взрывчатого вещества от z ззрывчатых смесей. Вопрос о стойкости первых будет рассмотрен в соответствую- щих главах и поэтому во избежание повторений здесь мы ”. и;СаТЬСЯ их не будем. Что. касается взрывчатых смесей, то при £ |1аСред?вании их стойкости нужно обратить внимание не только ( после СТВЭ их составных частей, но^ и на возможность между или ппНИМИ ВТОРИЧНЫХ реакций в течение времени их хранения ный хри Раб°те. Эти реакции могут либо носить самопроизволь-- ? Ров — в5.актеР’ ™бо возникать под действием внешних факто- Так ЗДуха’ оплоты, влажности и т. д.2. - Яновой к взРЬ1вчатых смесей, содержащих совместно с пик* : *!°Жно поИСЛ°Т°й гцелочнь1е соли нитратов, хлоратов и т. д., воз- 3ньчительнкеПенное образование пикратов, сопровождающееся ^нчивает М Увеличением чувствительности к удару; тем самым Снижаете ся опасность при их применении; одновременно же . ------- И Их МОЩНОСТЬ. . 1 Ц | • -------~~--------— - ----- - -1- - -- - ' '-*• - ^CDaS^ation Ef л^ег® .que P^sentent les dynamites congeldes et les installations in«s 7 Ur In ( ’ pj/al1; ^es mlnes-^njoHb 1927). .,7 - 'Аекабрь i928jP ° des explosifs dans les exploitations minitres. — Ann. des
«= *S t -- --- --- -< ».' ’ W''~ • ’ * • - -•- - ~ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ХЕАНЕЛЙЁГВЗРЫВЧ^ ВЕЩЕСТВ 209 Что касается динамитов, то их стойкость определяется стой- костью содержащегося в них нитроглицерина \ Воздух также может обусловливать вторичные реакции. Так, 'под его воздействием возможно осмоление масел, входящих в состав пластических взрывчатых веществ. Благодаря этому пос- ледние настолько затвердевают, что могут даже потерять спо- собность к полной детонации. Необходимо всегда убедиться в том, не обладает ли взрыв- чатое вещество кислой реакцией, так как с течением времени кислоты могут оказать разрушающее действие на оболочку; последнее особенно относится к гильзам взрывных патронов. К тому же кислая реакция (обнаруженная влажной лакмусо- вой бумажкой) взрывчатых смесей, нормально нейтральных, слу- жит признаком их нестойкости. Причины этого кроются либо в плохом приготовлении в>рывчатого вещества, либо в изменении его свойств, вызванном неблагоприятными условиями хранения или вторичными реакциями, происходящими между составными частями смеси. Лишь знание химических реакций, могущих произойти меж- ду составными частями смеси, может служить указанием при выборе метода проверки их химической стойкости. Эти пробы на стойкость сводятся в основном к одновременному воздейст- вию на взрывчатое вещество нагрева и влажности. Многочислен- ные примеры подобных проб приведены в главах, относящихся к исследованию пироксилина (246) и бездымных порохов (447). В u riot, Commission des substances explosives (£tude n° 877, rapport n* 887). .< Пороха и вэрыпч, вещества. 14
Глава II ИССЛЕДОваНИЕ антигризутных взрывчатых веществ 133. Предварительные замечания. Большинство взрывчатых ршеств легко воспламеняют смеси воздуха с рудничным газом1 или с каменноугольной пылью, встречающиеся в значительном количестве в рудниках. Поэтому в последних возможно лишь применение специальных взрывчатых веществ, не вызывающих воспламенения этих смесей по крайней мере при известных условиях. Эти взрывчатые вещества называются иногда без- опасными взрывчатыми веществами. Название это однако чаще применяется к взрывчатым веществам, удовлетво- ряющим определенным требованиям безопасности (124) с точки зрения их транспорта, обращения с ними и т. д. Эти требова- ния, правда, представляют известный интерес при эксплоатации рудников, однако они недостаточны для этого специального вида применения. Болес точно подходит к таким взрывчатым . 'веществам название аитигризутные взрывчатые веще- ства— термин, принятый Конгрессом прикладной химии в 1906 г. В дальнейшем (ч. IV) мы коснемся главнейших представителей’ этого ^класса взрывчатых веществ, официально причисленных к этой категории. Здесь же изложим лишь основные условия,. V/ которым они должны удовлетворять, а также практические испы- тания, позволяющие определить и проверить характеризующие их свойства. К числу испытаний' антигризутных взрывчатых веществ должны ^ь!ть отнесены и рассмотренные уже ранее (гл. I), а именно опреде-.— \Лдаааем°й ими полезной работы (работоспособность), вое-.'/ к безопаВ°СТИ К детоНации и определение элементов, относящихся’•> ^Ранения. СпециааСТ°Я1Цей главе мы опишем лишь те испытания, которые Изб ЬН° ОТНОся'гся к антигризутным взрывчатым веществам. с камеи110’ что «оздушно-метановые смеси или смеси воздуха относит ‘0уГОЛЬ11ой пылью при воспламенении взрывают, если Лрдрциц лЬ11Ые количества воздуха и горючего находятся в опре- бЫть тако Аитигризутные пзрынчлтые пещсстпи должны состава и так применяемы, чтобы образующееся при производства и транспорта, а также к условиям с^ада,ощНМи РУДппчный газ представляет собой смесь различных газов с про- став₽>КИ1 до Ло^ичсс'гвами метана. Так, рудничный газ из Саарских рудников НЫе части в ° метана- Помимо метана в состав рудничного газа входят со-
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТЦЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕщь^^> ..л 1-V-* 1 .. ' "' ' - .- . и * их взрыве пламя не было способно к воспламенению этих смесей рудничного газа или каменноугольной пыли с воздухом. Изучение этих вопросов было поручено во Франции Комиссии по антигризутным взрывчатым веществам, учрежденной постанов- лением 25 марта 1877 г. Эта комиссия произвела ряд важных работ, давших определенные указания относительно природы этих взрывчатых веществ и способов их применения. Подобные комиссии существуют и в других странах. 134. Исторический обзор. Исторический обзор французских и заграничных работ по применению взрывчатых веществ в присут- ствии рудничного газа за период времени до 1888 г. дан в со- держательном отчете Малляра. Отчет этот был принят Комис- сией по взрывчатый веществам 5 июля 1888 г. Из материалов, разбираемых в этом отчете, видно, что до того времени (1888) не существовало никаких правил или теорий, которыми можно было бы руководствоваться при подборе анти- гризутных взрывчатых веществ, да и почти все типы взрывча- тых веществ, предлагаемые другими странами, несмотря на все :.свое разнообразие не обеспечивали достаточной безопасности. Агильон (Aguillon) еще в 1880 г. заметил, что температура .воспламенения рудничного газа лежит в пределах 600 — 700° и что не существует взрывчатых веществ, температура взрыва которых лежит ниже этих пределов. Отсюда он выводит, что все взрывчатые вещества могут воспламенить рудничный газ2. Затем изыскивались средства к воспрепятствованию соприкос- новения пламени с рудничными газами, а также к понижению л температуры пламени в такой степени, чтобы сделать его безопас- - ;-‘ ным. Изучались также способы воспламенения шпуров в руднич- • ной обстановке, так как было замечено, что обычно -применя- \емые шнуры были уже в состоянии воспламенять рудничный газ. В результате были выработаны специальные шнуры (498) и раз- личные типы воспламенителей (499), почти удовлетворяющие требованиям антигризутности3. Однако электрические запалы обладают несомненно наибольшей безопасностью применения ;и потому во Франции в настоящее время они только и применя- ются. Затем для гашения пламени взрыва было предложено приме- нение воды, например в форме патронов с водой для забойки шпуров4 [процесс Макнаба (MacNab), Руджиери (Rudgieri), Галло- вея (Galloway)], смоченного водою- мха, студенистых, патронов [Хист (Heast) и Фост (Fost), Шалон (Chalon)]5. Однако, приме- 1 Rappori stir rctude ties questions rclnlives A I’eiuplol des cxploslfs cn priscnce du grisou. Мёт. des poudres, 2, 355. 2 Rapport sur I’itude de ргёуешг les explosions de grisou risultant du tirage des .'.coup? de mine. Мёт. des potidtes, 7,183. • ’ Helse, Traiti thiorlque et pratique des explosifs, 170 Mini, des poudres, d, 208 ; Мёт. des poudres, 7,100. . k 'y.T.• *£h al oh, Les explosifs modernes, 334. .'' -’.-'yf ' 14*
^^ССЛЕДСВАНИЕ антигризутных взрывч. веществ ' этих средств полная безопасность не достигается, так ’ “ «еН амя может проникнуть через трещины, образовавшиеся при ?? какп ниИ породы, и благодаря этому водяная забойка не * Ра3^гает пели. Пытались также помещать специально£ устроенные Д°стИнь1 со взрывчатым веществом в центре мешочка с водой паТР°011ы Сеттля). Однако и эта мера, независимо от трудностей ^аттического осуществления, также не привела к удовлетвори- Еьным результатам. . 1е Первые систематические исследования по разработке антигри- нь1Х взрывчатых веществ имели в своей основе ту же идею: К 8{ггались прибавлять к различным взрывчатым смесям либо fl ПЬдпатированные соли, выделяющие при нагреве пары воды, fl Гасяшие пламя или снижающие его температуру, либо летучие г . поглощающие часть выделяющейся при взрыве теплоты. К Некоторые из этих составов дали довольно хорошие результаты, fl 1(0 вследствие отсутствия удовлетворительной теории, которой fl ложно было бы руководствоваться при этих изысканиях, боль- fl щинство предложенных взрывчатых веществ оказалось с точки fl зрения безопасности абсолютно непригодным. fl F 135. Первые теоретические исследования антигризутных fl взрывчатых веществ. Впервые теория антигризутных взрывчатых W веществ была разработана во Франции Малляром и Лешателье, ‘ членами упомянутых комиссий. Основные принципы этой.теории1 таковы. 1° Рудничный газ способен воспла'меняться при 650°, но со значительным запаздыванием, достигающим при этой температуре десятка секунд. Запаздывание это уменьшается по мере повышения температуры \ Это запаздывание не является специфическим свойством рудничного газа, по у других детониру- ющих газовых смесей оно проявляется не в такой степениа. . ' Аь 2° Температура детонации взрывчатых веществ значительно fl превышает таковую рудничного газа. Однако газообразные про- К лУкты детонации взрывчатых веществ, переходя от высокого Я ^аВлБния ‘взРЬ1ва к нормальному, чрезвычайно быстро расширя- jfl сп’ следствием этого, может быть такое их охлаждение, что пре не,<ОТоРых условиях их температура может упасть ниже 650°, o6D^fle чем' они Успеют воспламенить рудничный газ. Таким пых В°М РазРешение вопроса о рациональном составе антигризут-;./. ' «ожноЗРбЬ'ВЧаТЬ,х всществ сводится к подбору компонентов с воз< ” j . еще ПпбОлее низкой температурой детонации, хотя и значительной ,. Должна БгЫшаЮ1ней 650°. В то же время скорость их детонации'-' успело быть возможно более велика, чтобы за это время не ' ... °тказат пР°из°йти воспламенение. Это соображение заставило '5 Ся от применения для этой цели черных порохов и перейти Ft * Р° 9ToJvd et Lc Chate Iier<. Ann.-des mines, [8], 11, 274. °ch), с г\лВм,просУ см- опыты Таффанеяй и Лефлоша (TaffaneI et Ее ‘ r> 19/V, 15/IX, 13/X, 1913. .. А?®*
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ 213 к детонирующим взрывчатым веществам, хотя в эту эпоху и не придавали достаточного значения величине скорости детонации. Благодаря этой теории выяснилась также опасность неполной детонации и затяжного взрыва, а также благоприятное влияние плотной забойки. Опыт подтвердил эти выводы, и аптигризутиые взрывчатые вещества, полученные на основе этой теории (гризутины Фавье), очень широко распространены и до наших дней. В дальнейшем (142) однако увидим, что позднейшие исследования позволили значительно усовершенствовать их. 136. Исследование антигризутных взрывчатых веществ. Ис- пытание антигризутных взрывчатых веществ производилось Малляром следующим образом. Испытуемое взрывчатое вещество подрывалось в закрытом сосуде, заполненном рудничным газом определенного состава. К сосуду присоединялось приспособле- ние, дающее возможность определения давления взрыва как от- дельно самого взрывчатого вещества, так и совместно с руднич- ным газом. Аппаратура, применявшаяся Комиссией по взрывчатым веще- ствам в Севран-Ливри, состояла из цилиндрического парового котла емкостью 10 м3, рассчитанного на предельное давление 8,5 кг/см2. В эту камеру вводилось определенное количество ме- тана в смеси с воздухом. Метан получался взаимодействием ук- суснокислого натрия с натронной известью; смесь этих послед- них помещалась и ряд железных труб, нагреваемых на голом огне. Полученный метан пропускался через промывные склянки и затем направлялся в газометр. Из последнего определенный объем метана пропускался в камеру при помощи вакуума, соз- даваемого в последней пароструйным насосом. Обычно применялась газовая смесь, содержащая 10% метана; смесь эта наиболее взрывчата. Впрочем не было обнаружено замет- ной разницы в легкости воспламенения взрывчатыми веществами между смесями, содержащими метан в пределах от 6 до 12% Патроны с исследуемым взрывчатым веществом (50 или 100 г), снабженные гремучертутным капсюлем в 1,5 или 2 г, закрепля- лись в центре камеры посредством железных стержней, пропу- скаемых через пробки в крышке. • После приведения в должное состояние аппаратуры произво- . дился предварительно анализ газовой смеси, затем патрон взры- вался. Воспламенение рудничного газа обнаруживалось отсчетом показаний манометра или проще — по повышению температуры стенок камеры. Если взрывчатое Вещество не воспламеняет рудничный газ (также и при взрыве взрывчатого вещества без рудничного газа), .измерение давления позволяет определить, была ли детонация полной или же нет» / - 1 Мёт. des poudres, 2, 376. ' < ' .. • . ...
i j ^-^рЁДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ показали уже .(49), что по давлению воздуха можно опре--1:’’ температуру, до которой он был доведен, а следовательно «у < делнТЬоТу) выделяющуюся во время взрыва; конечно при этом?:'-, и теП£Т убывать потерю теплоты через охлаждение стенок со-?,: слеД^как и в калориметрических определениях. С другой сто-1 <№’ можно вычислить теплоту, выделяемую (29) при полной Р°нЫДции, зная состав и количество продуктов взрывчатого?.: - деТ°ожения. Сопоставление этих обеих величин дает возмож-> РааЛ приблизительно определить количество недетонировавшего Н°пывчатого вещества в том случае, если детонация не распро- хранилась на весь заряд Ч Применение этого способа показало, что в случае образова- ния при взрыве горючих газов последние могут при соприкос- новении с воздухом гореть н при отсутствии рудничного газа, если только они находятся при достаточно высокой температуре, Действительно, в этом случае замечается более высокое давление..,. .. чем то, которое должно было бы развиться прн взрывном раз-/7 ложении без сгорания газов. Это и послужило причиной запрещения'. во Франции применения в опасных по газу рудниках взрывчатых. веществ, образующих в числе продуктов своего - взрывного раз^\ - ложения горючие газы. Благоприятное действие более прочной)%Лд оболочки патронов, так же как и более плотной забойки, объ-?<; я сняется следующим образом.' На разрушение оболочки -Или вы<^< брос материала забойки затрачивается часть работы взрывчатого < :. вещества, и тем самым понижается тепловой эффект взрыва.1?*-?? Далее, при расширении газы охлаждаются, причем они могут;^-; достигнуть такой температуры, при которой воспламенения не- происходит, даже если они и горючие. Следовательно подрывы Л' в рудниках тем менее опасны, чем больше производится ими поуЛ?, ЛСз1н?, Работы (работа расширения). у--,;;?.. 137. Результаты опытов. В результате многочисленных опы-.?у еле’ пР°извеДенных при помощи опытной камеры, сделан был /'<’. вывод, доложенный Комиссии по взрывчатым веще- у; пРичи ’ К аитнгризутным взрывчатым веществам могут быть Объя^ны лишь те> температура взрыва которых ниже 2200°.‘у пЛп. няется это тем, что кажущаяся температура вое*.'?- с°ставляет 2200°PУдничного газа взрывчатыми веществами у мо^н0Лее Мы увидим (141), что на основании позднейших опытов, у./ ХаРактепЧИТаТь’ что это пРавил0 носит слишком абсолютный, у? гРизуТнЕ и неД°статочно для того, чтобы характеризовать анти- и важные взРывчатые вещества. Все же оно остается ценным-...^: ЦирКу основанием при изучении таких взрывчатых веществ? :,'.7 пРеДставл Р°м министерства общественных работ (I/11I 1890), ,-г ^^^яющим собой как бы резюме описанных исследований;’Ф 1 ~~ ~:-------:---------------" —----------—------7 ль? ’ f*1aHarrtP0^dres’ 1ос- cit» 2» 397- ' ’ - '-т '' - - у.У-'..’.уу?й - °’ Rapport du 8 nov. 1888. — Мёт., des poudres. Д, :466.
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ 215 была установлена для Франции следующая регламентация до- пущения взрывчатых веществ для рудников, опасных по газу или пыли: 1° Применение черного пороха в рудниках, опасных по пыли или газу, воспрещается. 2° Запрещается применять в местах, указанных в первом пункте, взрывчатые вещества, не полностью детонирующие. Кроме того при детонации должны быть соблюдены следу- ющие условия: (а) в числе продуктов детонации не должно содер- жаться никаких горючих составных частей, например во- дорода, окиси углерода, твердого углерода и т. д.; (Ь) температура детонации, вычисленная согласно пред- писанию, приложенному к настоящему циркуляру, не должна превышать 1900° для взрывчатых веществ, при- меняемых для твердых пород, н 1500° — для применяемых - в мягком грунте. •В первой части настоящего труда (40) нами уже был описан метод вычисления температуры, предлагаемый настоящим цирку- ляром/ Следует заметить, что регламентация эта оставила значи- тельный промежуток безопасности между допущенными темпе- ратурами и найденной экспериментально температурой кажуще- гося воспламенения рудничного газа (2200°). Кроме того циркуляром был установлен способ забойки шпу- Л'ров и предельный заряд, применяемый при одном взрыве (1 кг). Из взрывчатых веществ этого периода Комиссией по взрывча- тым веществам были допущены согласно приведенному цир- куляру главным образом вещества, содержащие не меньше 80% аммиачной селитры и не более 20% пироксилина или нитро- глицерина (динамита). Взрывчатые вещества Фавье (383) — также на основе аммиачной селитры — казались тогда достаточно удо- - влетворительными, однако результаты их испытаний были под- тверждены лишь в более поздний период. Антигризутные свойства всех этих взрывчатых веществ объ- ясняются низкой температурой детонации аммиачной селитры (170). На диаграмме, приведенной на рис. 33 \ ясно видно прогрес- сивное понижение теоретической температуры взрыва t и соот- ветствующее ему изменение силы / при увеличении содержания аммиачной селитры в различных взрывчатых смесях. Несмотря однако на несомненный интерес, представляемый этими исследованиями, практика показала, что некоторые взрыв- чатые вещества, рассматривавшиеся ранее как безопасные, иногда все же воспламеняли рудничный газ. Несколько случаев таких воспламенений было зарегистрировано в рудниках Франции. '1 Schmerber, М. Н., Recherches sur divers melanges explosifs A base de nit- rate d’ammoniaqtief.Bull. de la SocidU de 1’industrie minerale (апрель-июнь 1915).
1 в ж ,47 3 I- g Рис. 34. ? — цилпидры с газом; О — счетчик для газа; Ch— камера для газа; диафрагма; G—ыотор к вентилятору; М—мортира; Р—приспособ- ление для воспламенения; /—трубопровод для выпуска газа.- Других с ’ * * вестей3*13*’ Прежде чем допустить применение взрывчатого^; с°стояц1е В РУД1-иках за границей, его подвергают испытанию, Очного МУ В подРыве его в опытном штреке в атмосфере руд- Лаб°Ратория ‘ ^словия этог°/ испытания различны в различных ^ Ц1°г° ДиаКП представлЯ10т собой (рис. 34) стальные трубы боль- Стра*или туннели, смонтированные на каменном фуида- ^^С^ЁДОВАНИЕ АНТНГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ • Таким образом можно как будто считать, что выводы Мал- лЯра и Лешателье, узаконенные в форме циркуляра 1/VIII 1890 г. были несомненно необходимы, но недостаточны. В дальнейшем' возникла необходимость изыскания других методов испытания, шосо . .85.00 8500 8СС0 7500 70 00 (1500 6000 5500 5000 ( I Ж 17 —1 о 1 У 1 'S *4 1 ISOO' 11. “Г 1 \ 1' +^. "V 1 19G0* 1 1900'|'*' о % 1 L ' \\0-. 1 1 * * - ~V-' ч- 1 L 1500’ 1 1 1 500^ S L 1 4 1 1 СО j 1 £>] 1 1 1 1 CXJ1 1 1 1 1 t 1 lf-1 £ t cd' 1 ^1 2? 6QX 65 70 75 80 85 90 95 ЮТ Содержание аммиачной'селитры. 1 Рис. 33. J — нитроглицерин; 77 — одиппалцатпазотпая нитроклетчатка; 777 — пикриновая кислота; ту—трвввтротолуол; V—трипятропафталвв; VI—днаптротолуол; VII—дипптрояафталив.Ц частности испытания зарядов взрывчатых веществ, мало отличаю- щихся от применяемых в рудниках. 138. Метод прямого исследования: опытные штреки. По нашим сведениям выводы Малляра и Лешателье не ..приняты в 1 Я I I 4 а я f
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТНГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ 217 менте или деревянном основании. Иногда для этой цели приме- няют заброшенные шахты. Диаметр этих труб от 0,70 до 2,30 м, длина же от 10 до 300 м. Спереди эти трубы открыты, сзади же, где производятся взрывы, закрыты. Задняя часть штрека представляет камеру, заполняемую руд- ничным газом. Здесь например помещают перегородку из бумаги, закрепляемую между двумя металлическими кольцами.. Одно из этих колец приклепывается к внутренним стенам штрека на до- статочном расстоянии от его днища. Рудничный газ извлекается из мест его образования и в ком- . примированном виде — в баллонах — подвозится к испытательной станции. Из баллонов газ подводится трубопроводами к двум концам газовой камеры. К трубопроводам обычно присоединяют манометр, нагреватель газа, га юный счетчик и вентилятор. Таким образом в камеру можно вводить определенный объем газа или смеси его с воздухом. Вместо газа в камеру можно вводить го- рючую пыль и приводить ее в турбулентное состояние, пользуясь для этого специальными приспособлениями (взрывом небольшого заряда взрывчатого вещества, помещенного в массе этой пыли, или же вентилятором). , Эти установки дают возможность легко определить условия воспламенения взрывчатыми веществами рудничного газа или же горючей пыли. Взрывчатое вещество при этих опытах подвешивается в газо- вой смеси. Иногда оно помещается в трубки с более или менее прочными стенками иногда же им заряжается маленькая мор- ..тирка с забойкой или без нее. Л ' Воспламенение во всех случаях производится электрозапалом. ^>1, 139. Результаты испытаний в опытных штреках. Условия этих испытаний сильно отличаются для различных испытатель- ^Д-'йых станций. Неудивительно поэтому, что для одного и того же взрывчатого вещества различными станциями даются различные р езул ьтат ы. Во Франции исследования, произведенные лабораторией Цен- ‘^Й\;трального комитета каменноугольной промышленности в Монт- .(люсоне, показали \ что результаты, получаемые для определен- ^ууёного торгового сорта взрывчатого вещества (т. е. определенного пределах, требуемых промышленностью, состава), зависят от ^•ущ/Значительного числа факторов. Эти факторы можно распределить j/V’’в следующие четыре группы: (а) Условия заряжания. Диаметр канала мортиры; степень ее изношенности; диаметр патрона; расстояние пат- рона от дульного среза мортиры; плотность заряж'ания па- трона;- величина заряда. (Ь) Взрывчатое вещество. Влажность; степень из- мельчения; небольшие (в пределах торговой номенклатуры- 1 Comile central des Hotiilleres de France (note n° 85). [Сообщения, сделан- жые Одибером (Audibert) и Дельма (Delmas) 25, 26 и 27 окт. 1920 г.]. •
^Доследование антигризутных взрывч. веществ .'? ---------- ' ____ -Д аблюдающиеся изменения химического состава различных . Партий, поставляемых производством. П (с). Инициирование. ‘Состав, вес и расположение-; капсюля-детонатора. ' • - (d) Воздух. Относительное содержание воздуха в руд-? личном газе; температура и влажность этого воздуха. ,;/< Таким образом опытами было выяснено, что гризудинамиты гризунафталиты, считающиеся „безопасными взрывчатыми И пествами11, т. е. не воспламеняющими смесь рудничного газа ^воздухом, все же при некоторых обстоятельствах, определяе- с перечисленными факторами, могут это воспламенение выз- вать. Следовательно для этих взрывчатых веществ существуют условия, при которых их применение безопасно, и наоборот. Отсюда понятны случаи воспламенения в рудниках рудничного газа от таких взрывчатых веществ, которые при испытании в-, штреке были определены как безопасные.- Ч- Официальные инструкции и правила, относящиеся к антнгри-^ зутным взрывчатым веществам, отражают это положение, воздер-' живаясь вообще от определения особенностей того или иного- испытания. Во Франции применение взрывчатых веществ в шах-:; тах, опасных по газу или по пыли, регулируется § 179 декрета* от 13 авг. 1911 г.; согласно этому параграфу всякое взрывчатое? вещество должно применяться лишь в условиях, установленных; постановлением министерства общественных работ. В противо- положность циркуляру от 1890 г., который предшествует этому декрету, в последнем не дается никакого критерия безопасности... применения взрывчатого вещества в присутствии газа или пыли?? Классификация взрывчатых веществ по роду их применения на пластовые и скальные устанавливается особым мини- стерским постановлением на основании заключения постоянной омиссии по научным исследованиям рудничного газа и взрыв- “х веществ, применяемых в рудниках. 8з аксимальный заряд для ныне применяемых пластовых навли 5'4 3 Т Ы Х веществ (гризудинамит и гризунафталит) уста- ЛистойаеТСЯ В 500 г при П0ДРЬ1ве в каменноугольной породе, в ска- э'чх зз>Ке поРОде н ПРИ прокладке дорог в 1 000 г. Применение Ст°рожн Д°В ^Условливается принятием различных мер предо- ^кальиырСТИ В отношении нейтрализации каменноугольной пыли. "инамит\ взРЫвчатые вещества (гризунафталит и гризу- схалнстыхПредназначаются для применения. при раскалывании М заряд 1<осоД’ исключая -случая прокладки дорог. Максималь- но аЛ^Г министеРСкие циркуляры от 23 авг. 1923 г. и от *без°па'сные Г‘ опРеделенно указывают, что так „называемые ______ * взрывчатые .вещества должньр просто рассматри- Ad.gre, *’:'v.’.-Xs Г.-’ »• . . - . • J г е, Rfcglements et Instructions sur la police des mines (7 6d. 1929). S!;
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ 210 ваться как менее опасные, чем другие взрывчатые вещества; безопасность их относительна". Согласно постановлению от 1920 г. в Бельгии взрывчатые вещества у относятся к тому или иному классу после проведе- ния испытаний в опытных штреках, производимых Националь- ным горным институтом в Фрамери. Опытный штрек — цилиндрической формы с диаметром 1,60 м и длиной 20 м. Канал мортиры имеет диаметр 55 мм и длину 500 мм. Заряд состоит из патронов с диаметром d = 30 мм. Па- троны располагаются в два или три ряда, так чтобы наибольшая плотность соответствовала дулу мортиры, где заряд находится в соприкосновении с газом. Инициирование производится со дня мортиры. Предельный заряд, допускаемый условиями опыта, соста- вляет 900 г. Предельный заряд, применяемый в рудниках, равен тому, который получается при испытаниях, в штреке. Заряд дол- - жен удовлетворять требованию пяти последовательных опытов без воспламенения в газовой атмосфере и стольких же в атмо- сфере каменноугольной пыли. Никакие взрывчатые вещества с отрицательным кислородным балансом не допускаются. В Соединенных Штатах1 также считают, что результаты ис- пытаний в опытном штреке показывают, что нет таких взрывча- тых веществ, применение которых было бы безопасно в камен- ноугольных рудниках, в которых „присутствуют в больших коли- чествах либо рудничный газ, либо сухая воспламеняющаяся каменноугольная пыль". V Испытания проводятся в Горном бюро (Bureau of mines) в ; Брустоне (Пенсильвания). Они состоят из: 1° Десяти взрывов типового заряда (unit deflective charge’) с забойкой (1 фунт сухой глины) в атмосфере смеси воз- духа с метаном и этаном (8% естественного газа) при температуре 20 — 30°. 2° Пяти взрывов заряда в 660 г без забойки в атмосфере смеси воздуха с естественным газом (4%) и каменноугольной пыли. Максимальный заряд для применения в рудниках устанавли- , вается- в 680 г. Этот заряд не должен выделять более 158 л вред- ных газов (окись углерода). Кроме того требуется определенный минимум мощности; заряд в 454 г должен дать отклонение бали-, стического маятника не меньше, чем типовой заряд. Это условие оправдывается тем соображением, что взрывчатое вещество, да- ющее меньшее отклонение балистического маятника, требует при применении величины заряда, превышающей 680 г, т. е. устано- вленный максимум. 1 Clarence Hall a. Spencer Р. Howell, Test of permissible explosives [Bull., 66 (1913)]. ?" 2 Заряд, вызывающий такое же отклонение балистического маятника, как и 127 г стандартного динамита (40% нитроглицерина).
Г ЦЕ ДОЛАН ПИ АНТИГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ \ —- Англии применение взрывчатых веществ для камейноуголь- В ^.дииков регулируется утвержденными законом правилами jitf* 70ry rules and orders n°300, 15 апр. 1930). \ ^Взрывчатые вещества разделяются на два класса. Класс 1 А: взрывчатые вещества, выдерживающие пробу- ' п0 Бюкстоновскому методу (Buxton test). I Класс 1 В: взрывчатые вещества, выдерживающие пробу ; п0 роттерхамскому методу (Rotherham), — испытание, заме- ! няющее предыдущее. 1 Испытания производятся в Бюкстоне под руководством ко- | ссиИ по исследованию безопасности в горных работах (Safety in Mines Research Board) при следующих условиях. Цилиндрический штрек диаметром 1,50 м и длиной 15 я. i Взрывная камера имеет объем 9,5 лг3 (длина 5,40 лг). Мортира, установленная на вагонетке, помещается в глубине штрека. ! Диаметр канала мортиры-55 мм, длина ствола —1,20 я. Полное испытание состоит из трех частей: 1° Взрывы в атмосфере смеси рудничного газа с воз- духом. > 2° Взрывы в атмосфере каменноугольной пыли. i 3° Подрыв в балистическом маятнике. Газовая смесь. Применяемая в штреке газовая смесь со- стоит из смеси рудничного газа с воздухом. Содержание горю- чих при пересчете на метан составляет 9% ( + 0,25%). Каменноугольная пыль. Применяемая в штреке пыль I; содержит 35% летучих веществ (отнесенных к сухому углю за вычетом золы). Степень измельчения пыли такова, что 90% от се веса проходит через сито с 150 петлями (I. М. М. Standard). Патроны. Диаметр патронов 17/1в дм. ( ± ’/1С Дм.). Патроны Должны быть деформированы. !' в ИниИиирование и-заряжание. Детонатор вводится фаЛтР°н до конца. Сила применяемого детонатора определяется В Рикантом или лицом, предлагающим взрывчатое вещество. : ная НаЛ МоРтиРы Для защиты его основания помещается глиня- , вноси?06- то™ой от 3/4 до 1 дм. Затем в канал мортиры I Распол^ заРяд> состоящий из патрона с капсюлем, причем он с забОйГа-тся возможно ближе к дульному срезу. При взрывах пРиблияК°Й последняя состоит из глиняного цилиндра толщиной Забойка?еЛЬН° 1 АМ-’ точно пригнанного к каналу мортиры. °Д«ако помещается возможно ближе к заряду, не деформируя Сп0 Оследний- °бязатр„Ск°6 воспламенения. Воспламенение/;,при взрывах Пор'я ° 9лектРическ°е. • ВзРь>п4тДОк Работ при испытании в атмосфере газа. Ка*ДЫй. р последовательно 5 зарядов весом 8 унций (226,8 г) + • зрывы производятся без забойки в атмосфере газовой
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ 221 : смеси. Затем взрывают 5 зарядов по 28 унций (793,8 г) каждый, с забойкой, в атмосфере той же газовой смеси. ( '* Взрывчатое вещество не должно воспламенять газовую смесь. При выявившемся при каком-нибудь из взрывов воспламене- нии испытание тотчас же прекращается. Порядок работы при испытании в атмосфере г каменноугольной пыли. Производятся последовательные взрывы 5 зарядов весом 28 унций (793,8 г) каждый, с забойкой, в атмосфере каменноугольной пыли. Каменноугольная пыль не должна воспламеняться. Если это имеет место для какого-либо из взрывов, то этим тотчас же заканчивается испытание. Порядок испытания балнстическим маятником. Патроны при этом испытании должны иметь диаметр 13/< дм. (iVifi Дм-)- Подрываемый заряд 4 унции (113,4 г). По желанию приемщика производят 2 подрыва, отклонение отмечается на гра- . дунрованной шкале. Определив среднюю величину этого откло- ’ нения, ее сравнивают с отклонением, получаемым для заряда в 4,'унции (113,4 г) гелигнита с содержанием 60% нитроглицерина. Взрывчатое вещество считается выдержавшим испытание: 1° Если оно не вызвало воспламенения при всех испыта- ниях в опытном штреке. 2° Если по мнению приемщика взрывчатое вещество давало во всех случаях удовлетворительную детонацию. В Германии применение взрывчатых веществ в рудниках рег- ламентируется рядом постановлений, и официальных предписаний,. , относящихся к сравнительно недавнему времени (25 янв. и 26 . фев. 1923 г.). Что касается безопасных взрывчатых веществ, то требуется, чтобы их состав обеспечивал полноту горения или же ; избыток кислорода, т. е. они должны содержать достаточное количество’ кислорода, чтобы перевести весь имеющийся в них водород и углерод соответственно в воду и углекислоту. Если в смеси содержатся нитраты щелочных или щелочноземельных металлов, то необходимо, чтобы было достаточное количества кислорода и углерода для образования соответствующих карбона- тов. Это последнее не относится к случаю, когда щелочные нитра- ты служат для поглощения свободного хлористоводородного газа, выделяющегося при взрыве. В том случае, когда при взрывном разложении выделяется свободный хлористый водород, требуется достаточное количество щелочного нитрата для его поглощения. Все составные части взрывчатых смесей должны быть тща-. телыю измельчены и хорошо смешаны с жидкими или желати- низированными компонентами. : При приготовлении безопасных взрывчатых веществ не дол- •< жны применяться взрывчатые вещества военного происхожде- ния, за исключением тех из них, основу которых составляют нитросоединения. Безопасные взрывчатые вещества на основе
чэд*- < 4-« t- S ^СЛЕДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТНЫХ. ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ нОй селитры должны содержать не менее 4% нитрогли- а»*миа (увеличение восприимчивости и детонации). цеРг^опасные взрывчатые-вещества совершенно не должны со- „Лать алюминия. ^Скальные® взрывчатые вещества должны удовлетворять пе- ’сленным условиям, однако в них допускается содержание РеЧИ иНИя в виде чешуек; количество кислорода должно. быть аЛ1°таточное’для его сгорания. Для этих же взрывчатых-веществ А°с н0 заменять нитроглицерин другими азотными эфирами глй- 2ина или динитрогликолем. , Ц Эти же правила устанавливают способы патронирования. Взрывчатые вещества, удовлетворяющие предписанию в отно- шении их состава, подвергаются испытанию в штреке при Госу- дарственной испытательной станции1и в зависимости от получен- ных результатов утверждаются Главной горнорудной инспекцией. Штрек в Дерне имеет эллиптическое сечение (высота 1,82 л/, ' ширина 1,32 лг). Длина штрека 25 м, длина взрывной камеры % 5 м. Канал мортиры имеет диаметр, равный 55 мм, и длину в 600 мм. Заряд взрывчатого вещества составляется из одного - Г ряда патронов диаметром 35 мм. и помещается в канал мортиры, , касаясь его основания; подрывы производятся без забойки. Газо- / вая смесь содержит 8 — 9,5% СН4. Температура испытания 28°. 4 При испытании безопасности по каменноугольной пыли на дно взрывной камеры штрека помещается около 10 л тонкой пыли жирного каменного угля с определенным . содержанием летучих (высший предел 28%) и золы. Кроме того вентилятором вводится еще некоторое количество взвешенной каменноугольной пыли (около 2 л). ‘ 77 • Д Производят несколько выстрелов с последовательно зарядами возрастающими, не превосходящими однако 700 г, и устанавли- вают минимальную величину заряда, вызывающего воспламенение. Предельный заряд устанавливается серией из 5 подрывов, не воспламеняющих ни рудничный газ, ни угольную пыль. Взрывча- - веЩество не принимается, если предельный заряд меньше 3*2 “ при подрывах рудничного таза и 600 г —при подрыве % ^мсппоуголыюй-пыли. При применении п рудниках величина зар а м°жет быть увеличена на 50% от величины предельного о.*”Аа» определенного при испытании в штреке, по по должна п'<0 превосходить 800 г. . .• ' ли,п„ РЬШчатые вещества кроме того должны выдерживать, еле-4 , /’^ие испытания: ... ’ . / мещаюСпРИимчивость к детонации. Четыре патрона по- капС10ТСя в РЯД иа песке, на открытом воздухе.При подрыве ; ' остя hr ем’дето1,атор°м первого из них должны детонировать и три. - : , - ЛК: ' •- ' .'% —г. I—г . , — S₽rengstofferctles sut les - exploslfs de sftretfe (A. Schimpf, >2. ges. Schiess .u.4 ж ; °’fwesen, № о,д02е)4^гс? , . .. - } «а
- ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ 223 Передача детонации. На открытом воздухе помещаются 2 патрона на расстоянии 2 см друг от друга. ** При подрыве капсюлем-детонатором № 6 одного из них дол- жен детонировать и другой. Бризантность. Бризантность испытывается в свинцовом цилиндре, согласно условиям международного способа ,(109)s ;b Среднее приращение объема, полученное из 3 опытов, должно’ к’И 5. быть меньше 240 см3. В этом последнем предписании приняты во внимание резуль-’ -% --Л-, гаты опытов, произведенных Гейзе. Последний нашел следующую . л.;.- зависимость между безопасностью и бризантностью: чем меньше для данного заряда расширение в свинцовом цилиндре, тем боль- ше предельный заряд. Заметим, что при применении этого прави- ' !\ ла нельзя доходить до предела (недетонирующие взрывчатые вещества), чтобы не приттл к абсурду. Из этого краткого обзора различных методов испытаний в С опытном штреке легко заключить, что такое испытание — процесс исключительно эмпирический \ не имеющий научного значения. , - Несомненным следует считать, что нет безопасных взрывчатых *, '-Веществ и что относительная безопасность их определяется со- j>. вокупностыо мер, предпринимаемых при подрывах в атмосфере рудничного газа и каменноугольной пыли. 140. Исследование безопасности. Мы полагаем, что испытание антигризутных взрывчатых веществ взрывом заряда взрывчатого вещества, введенного в цилиндрический канал мортиры с забой- кой или без нее, в атмосфере рудничного газа или пыли, наиболее приближается к условиям практического их применения. Однако для того чтобы, исходя из этого испытания, предусмотреть с полной уверенностью поведение взрывчатого вещества при взрыве в руднике, следует вполне определенно установить зависимость ? воспламенения рудничного газа и пыли от условий взрыва. -' Исследование этого вопроса выходит за пределы настоящего > труда. Мы опишем лишь некоторые опыты, подтверждающие принятые при этом исследовании гипотезы и наиболее выясняю- щие механизм воспламенения рудничного газа. Несомненно, что воспламенение рудничного газа при взрыве взрывчатого вещества требует предварительного контакта при достаточно высокой температуре газовой атмосферы с продук- тами взрывного разложения. Этот контакт должен быть тем продолжительнее, чем больше запаздывание воспламенения. Пос- . "ij ледпее же зависит от развивающейся температуры (запаздывание тем меньше, чем более высока температура), кроме того от при- роды взрывнаого вещества, направления его взрывного раз- ложения и теплообмена между продуктами разложения и средой и особенно от работы, производимой газом до его проникнове- уния в воспламеняющуюся атмосферу. Au di b е гt, Annales des mines, 12 sirie, 1 (1022). „
^^ц1:дова11ие антигрнзутных взрывч. веществ овательно a priori можно отметить следующие'факторы, S«e на пР°цесс: * ' <>•’ •• о Состав взрывчатого вещества. S Характер его разложения. л Отношение продолжительности разложения к продолжи-. 3 ости расширения газообразных продуктов взрыва после теЛьНшения ими работы разрушения породы, либо после прежде- ^е%иого раскрывания массива, либо после случайного выброса Достав взрывчатого в е ще с тв а. Следует применять те взрывчатые вещества, температура разложения которых л”сгаточно низка. Эго и предписывается во Франции циркуляром lego. г. Эго условие по большей частью достигается применением смесей с большим содержанием аммиачной селитры (более 70%) за счет уменьшения иигропроизводных и полным недопущением металлических порошков (алюминия или магния), входящих в состав некоторых взрывчатых веществ. Можно однако обойти уменьшение содержания питропроизводных (особенно нитрогли- церина), включая в состав безопасных взрывчатых веществ не- которое количество хлоридов щелочей (142). Количество послед- них должно быть тем больше, чем меньше содержится в взрыв- чатом веществе 'аммиачной селитры и чем больше в нем нитро- л производных.- V Характер разложения взрывчатого вещества. Мы уже отметили (77—78) различие между двумя возможными основ- ными направлениями разложения взрывчатого вещества—дефлаг- рацией и детонацией. Можно считать вполне доказанным, что воз- можность воспламенения рудничного газа при дефлаграции гораздо больше, чем при детонации. Следовательно нужно стараться всякими путями не допускать возможности разложения взрывчатого вещества дефлаграцией ; затяжной взрыв); поэтому запрещено применять в рудниках',/ *”е.взрывчатые вещества, как черный порох. Однако опыт по-;> неко"’ ЧТ° даже и У Детонирующих взрывчатых веществ при”? обстоятельствах взрыв может сопровождаться дефлаг- 6blTh Эти обстоятельства впрочем мало выяснены, однако могут отмечены следующие из них: При недостаточном начальном импульсе или, что то же Мое> при пониженной восприимчивости к детонации. Гер- пиНСКИе пРавнла предусматривают это обстоятельство, пред- аМуЬ1ван лля безопасных взрывчатых веществ на основе иачнойселитры содержание не менее 4% нитроглицерина. -> Зар ₽и некоторых условиях заряжания шпура, именно при -у <?е>.с°стоящем из многих патронов, возможно в остаю-.. я свободных- промежутках присутствие горючей пыли,£ °^Разовани° Также (27), что при. неполной детонации возможно . е продуктов разложения, совершенно отличных от тех,
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТНГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ 226 которые образуются при полной детонации. В частности возможно присутствие значительных количеств несгоревших частиц, сго- рание которых может завершиться при высокой’ температуре после поднятия массива в атмосфере рудничного газа. Выбрасывание забойкии преждевременный под- рыв массива. Опасность выбрасывания забойки и преждевре- менного подрыва массива находятся в взаимной связи. Охлаждение газов вследствие расширения их, соответственно расширению взрывной камеры, может быть значительно сдержано благодаря некоторому количеству теплоты, выделяющемуся при запоздалом сгорании части подорванного заряда. Это вторичное сгорание заряда может быть настолько замед- лено, что взрывчатая газовая смесь может быть доведена в те- чение времени, по меньшей мере равного периоду замедления, до температуры вспышки. С другой стороны, может произойти выбрасывание в атмос- феру раскаленных или же недетонированных частиц взрывчатого вещества х: сгорание их в атмосфере взрывчатого газа в тече- ние достаточно продолжительного промежутка времени может сопровождаться воспламенением этого газа. Отсюда понятны предписываемые некоторыми постановления- ми правила, а также некоторые указания, касающиеся вопросов безопасности применения взрывчатых веществ в горнорудном деле: . 1°Сокращение продолжительности взрывного разложения взрывчатых веществ. Применение взрыв- чатых веществ с возможно большей скоростью детонации (применение только хорошо высушенных взрывчатых веществ). Уменьшение величины заряда до строго необходимого—величина заряда никогда не должна превышать предельной величины, определенной для каждого взрывчатого вещества. Применение патронов с максимально возможной величиной диаметра для увеличения массы на единицу длины заряда; составление заряда из одного патрона. 2° Сокращение продолжительности вторичных реакций. Применение взрывчатых веществ с положительным кислородным балансом. Применение взрывчатых веществ, полно- стью детонирующих при прохождении взрывной волны в их массе. 3° Воспрепятствование возможности выброса забойки. Забойка максимальной высоты и состоящая вся или по крайней мере на участке определенной длины из негорючих материалов (песок, глина и т. п.): забойка должна замедлить выбрасывание вследствие трения о стенки шпура и вследствие небольшой скорости распространения в ее массе ударной (де- формирующей) волны. 1 В u г 1 о t, Etude experimentale de la detonation par influence, Мёт. de i’artil- lerie franfaise, 9, 850 (.1930). Пороха и взрывч. вещества
^Исследование антигризутных взрывч-, веществ - до уменьшение количества твердых частиц, сто- ящих в атмосфере взрывчатой газовой смеси. При- Ря ие взрывчатых веществ, полностью подрываемых капсюлем; меНпС1цение капсюлей-детонаторов с алюминиевыми гильзами; ^кладка на обычную забойку добавочной внешней забойки, со- Рис. 85. Взрывчатое вещество—смесь 05% тротила v;,' и 5% I<NO3. Патроны, расположенные напротив на расстоянии 25 см. (Клише 147. Севран 10 марта 1024 г),/ ' ' Ния)Цд^ И3 СОвеРшенно негорючей пыли (бельгийские предписа- нреп’ятс” Т0Г0 чтобь1 в момент взрыва создать густое облако, 5» у Ующее передаче пламени. . < Ни>кениеМ еньшение пламен и. Уменьшение достигается по- Нег° как* темпеРатУРы пламени и уменьшением размера послед- каленн в отношении твердых частиц, так й в отношении рас- б°лее газа‘ в дальнейшем мы считаем необходимым дать 3101,1 ПопЛИ менее краткий’, обзор, результатов, .достигнутых, на ('леднем пути.-. ; »- д
. ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ 227 141. Фотография пламени. При подрывании патрона взрыв- л-5 чатого вещества перед открытым объективом фотографического # '.у, или кинематографического аппарата, на светочувствительной плен- . : ке получится изображение, зависящее от характера, интенсив- ности и продолжительности световых излучений. Исследуя изо- . бражение такого пламени, можно сделать ряд интересных наблю- дений. Приведем некоторые из них: (а) Существуют взрывчатые вещества, которые при подрыве без-забойки не дают никакого отпечатка на светочувствитель- ной пленке. Этот случай относится к гризудинамитам (пластовым Рис. 36. Взрывчатое вещество— смесь 90% тротила, и 10% I<NO3. Патроны, расположенные напротив на рассеянии 50 см. (Клише 148, Севран 12 марта 1924 г.). или скальным), подрываемым в патронах диаметром 30 мм, без оболочки. Затем известно, что небольшие заряды (порядка 100 г) этих взрывчатых веществ, подрываемые в атмосфере, содержа- щей 9% рудничного газа, не воспламеняют последнего. С другой стороны, принимают, что всякое пламя, продолжительность хкоторого-по крайней мере равна времени, необходимому для Ддетонации этого заряда (10“4 сек.), воспламеняет эту газовую смесь. Несомненно также и доказано опытом (97), что газовая .! смесь, расширяющаяся непосредственно по прохождении взрыв- ? ’ной волны, содержит горючие элементы (СО и Ня), даже в случае /‘ взрывчатого вещества с положительным кислородным балансом, ,.>4 Следовательно вполне можно допустить, что расширение £ этих газов неоткрытом воздухе происходит с достаточной быст- Д:ротой, чтобы вызываемое этим понижение температуры не поз- Уволило нёсгоревшим элементам воспламениться при соприкосно- : '-вении'с-воздухом. 'ДД. 15*
I ^^^еПОВАНИЕ АНТНГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩЕСТВ I М-"^' | j, взрывчатых веществ нитропроизводные с большим I ством углерода дают изображение в виде пучка лучей, I коли^ес их отпечатка патрона (рис. 35 и 36). Приведенные I исХ°дЯяфии относятся к взрывам, произведенным в Севране 10 Ф°т0ГР.арта 1924 г.; взрывались патроны из смесей тротила и I2 Аной селитрой (5 —10%), помещенные видимой стороной ' с Ка,ПнОЙ и т°й же гоРизонтальной оси, но на двух различных на Линиях (от объектива) — 0,25 и 0,50 м. К тому же несом- раССТ чт0 при детонации этих взрывчатых веществ образуются ^говевшие продукты (27), способные воспламениться при сопри- ^сновении с воздухом при случайном повышении температуры. Это повышение температуры может быть вызвано например, сбросом газовых продуктов в пространство между двумя пат- ронами (видимое па обоих отпечатках) или отражением от близко расположенных препятствий (большие светлые пятна направо и налево на рис. 35 и наверху влево на рис. 36). М.-, Светящиеся лучи невидимому недостаточны, для того чтобы воспламенить рудничный газ. Из этого можно заключить, что К их продолжительность невелика, во всяком случае меньше пе- Г риода запаздывания воспламенения. ” (с) Напротив, большое пламя, дающее на фотографии светя- • щиеся пятна с неправильными контурами и неопределенной формы, воспламеняет рудничный газ. Это пламя следует умень- шить. При исследовании этого пламени Дотриш и Таффанель1 выяснили роль парафинированных оболочек патронов в образо- вании в период взрыва газов, могущих гореть вне шпура. Результаты этого исследования согласуются с принятым на практике методом заряжания газоопасных шпуров путем предва- ригельного снятия с патрона парафинированной оболочки перед вводом В Шпур. сп Од2’ако статистика несчастных случаев, сообщенная нам, °'обна опровергнуть это заключение. вли erei* ($egay)2 считает, что одним из основных факторов, га3оЯЮ1ДИх на способность взрывчатых - веществ воспламенять ДетонЬ1е Смеси» является состав газов, образующих пламя после шаетсаЦИИ‘ ^Ta способность воспламенения чрезвычайно умень- (относи еСли газовая смесь содержит достаточное количество ВСлрТсль,1° небольшое)' негорючих газов (СО2 и Н2О). Ве1ЦествДСГВИе этого осуществление антигризутного взрывчатого нию а сводится в основном к возможно быстрому образова- Ты* вещеЧале детонаиии этих соединений (применение взрывча- Фотог СТВк С поло>кительным кислородным балансом). 'п°кззалаР, ическая запись пламени на вращающемся барабане ^^^д^то с точки зрения опасности воспламенения газовых. 1 q а ' ----—... - ---- -, 8rlsou'(CMafie’leC1’1jr#’ 926 (1909); Taffanel; Rapport de la commis- - gay- C. r., 188, 867, 868 (1929).
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТНГРИЗУТНЫХ ВЗРЫВЧ. ВЕЩ1л I t, смесей пламя тем более опасно, чем оно продолжительнее. Это и подтверждается теорией запаздывания воспламенения. Нако- нец фотографический метод исследования показал вполне отчет- ливо преимущество добавок солей щелочных металлов в анти- гризутные составы. 142. Влияние солей щелочных металлов. Дотриш1 объясняет антигризутное действие некоторых солей щелочных металлов образованием облака из мельчайших твердых частичек этих солей, препятствующего горению газа и горючей пыли; он счи- тает, что это свойство специфично для солей калия и натрия. Опыты, которыми определялось влияние солей щелочных металлов, были произведены Дотри тем вначале при приме- нении опытной камеры (136), а затем вместе с Таффанелем в опытном штреке в Лиевине. Определение теплоты взрыва в камере при детонации деся- тиазотной нитроклетчатки или тринитротолуола позволило об- наружить присутствие горючих продуктов (Н2 и СО). При добавке от 3 до 5% селитры эти продукты более не воспламенялись на воздухе. Фотография пламени (141) подтвердила этот важный результат. Следует однако добавить, что вследствие удара о пре- пятствие кинетическая энергия газов может преобразоваться в тепловую энергию; вызванное этим повышение температуры мо- жет привести к воспламенению. Приведенные фотографии подтверждают это положение. Прибавка к взрывчатым веществам на основе аммиачной селитры (составы Фавье) 5% селитры очень немного изменяет температуру детонации; с точки зрения безопасности эффект, обусловливаемый этой добавкой, такой же, как и при соответ- ствующем увеличении содержания аммиачной селитры, при кото- ром достигается понижение температуры детонации на 300°2. Это свойство позволило значительно увеличить безопасность антигризутных взрывчатых веществ. Таким образом в условиях испытания в Лиевене предельный заряд для составов Фавье мог быть повышен со 100 г до 300 г при замещении 6% селитры равным количеством нитрата аммония 3. Кроме того благодаря этому свойству можно допустить в качестве антигризутных составов даже и такие, которые обра- зуют горючие газы, при условии содержания в них достаточных количеств щелочных солей (5 — 6%). Однако эти добавки могут быть причиной одного из основ- ных недостатков безопасных взрывчатых веществ, — относитель- ной нечувствительности. Поэтому производились попытки поме- щения охлаждающего вещества не в массе взрывчатого вещества, а снаружи, в виде безопасной оболочки (оболочка Лемера, бель- * Daul riche, С. г., 146, 537 (1008). * Dautriche, Мёт. des poudres, 75,164. • Та f fane I; loc. cit. .
^-Исследование антигризутных взрывч. веществ —- ’ £ „а предписания), в забойке и даже в воспламеняющейся j I rHfiCh(bepe. ’ . ' I а™2Сд этих изысканий фотографирование пламени оказало-,.... z пкШУЮ помощь. 6 Опыты, производившиеся в Бюкстоне1, показали, что наи-' шие результаты получаются, при помещении охлаждающих лУч1рСТв в забойку или в виде безопасной оболочки. -• ве1оещества, с которыми главным образом производились ис- ’ ледования, следующие: нитраты, хлориды, бромиды и фториды 1 натрия и калия. Диксон (Dixon)2 заметил, что добавка паров иода или брома воздуху в количестве, едва ощущаемом (1/1000) при обыкновен- ной температуре, способна значительно повысить температуру воспламенения газовой смеси. Напротив, двуокись азота снижает температуру воспламене- ния. Это обстоятельство следует учесть, так как при неполном взрывчатом разложении аммиачной селитры возможно образова- ние двуокиси азота (170). Отметим наконец то, что гасящая способность щелочных солей была применена Дотришем3 для гашения горючих газов с целью уничтожения обратного и дульного пламени при. стрельбе бездымными порохами (475). -/J st- , cayman, W. Trans, of Inst. of Mln. Eng.,' SO (part. 1), 11- 23 (1930). 1 Oans- ,nst- °f Min. Eng. 80. > ronfr'al des Po?H m 0 u g1 n. Note stir ^extinction des lueurs dans ie tir, Laboratoire Central _ res (22 ноября 1929 г.). - ..
Глава III ИСПЫТАНИЕ ПОРОХОВ 143. Основные испытания порохов сводятся к определению полезного действия их и запаса химической проч- ности. Иногда они служат для исследования нового типа пороха, иногда для оценки уже известного типа пороха и необ- ходимы для успешного контроля производства или правильной приемки порохов. § 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ 144. С теоретической точки зрения полезное действие пороха определяется его силой и законом горения; практически же, . .когда дело идет о применении пороха в данном типе оружия, самыми важными испытаниями являются: определение началь- ной скорости снаряда, максимальное давление в канале оружия и среднее вероятное отклонение этих двух величин, характеризующее однородность полезного действия. При изучении новых порохов требуется еще найти условия воспламеняемости заряда, рассчитать температуру разложения- и определить действие пороха на орудие (откат, разгар, твердые продукты взрыва и т. д.). Далее в охотничьих порохах интересно знать также рассеи- вание дроби, зависящее впрочем не только от пороха, но и от .условий снаряжения гильз и профиля канала оружия. Так как опытные стрельбы сложны и дороги, то обычно стремятся уменьшить их количество, проверяя сначала легко контролируемые свойства пороха путем сравнения с известными А уже порохами; измеряют размеры пороховых зерен, толщину пластинок, плотность пороха и т. д. И смотря по необходимости у производят более или менее полный анализ его. Вкратце мы остановимся на общих методах испытания, при- меняемых ко всем типам порохов. 146. Абсолютная плотность. Абсолютная плотность порохов— важная характеристика с точки зрения контроля их производ- ства. Ее можно определять с помощью пикнометра, пользуясь жидкостями, в которых не растворяется ни один из компонентов •пороха. Для черных порохов такой жидкостью служит абсолют- ный спирт или насыщенный водный раствор селитры. Пикноме- трический метод однако не дает точных результатов, так как в порах пороха содержится воздух. Поэтому предпочитают
ИСПЫТАНИЕ ПОРОХОВ ,пваться ртутью в специальных аппаратах, так называемых П°Л|омометрах Бьянки (Bianchi) и Рика (Ricq). ®R волюмометре Бьянки (рис. 37) пикнометр заменен эллипсои- Вдным сосудом А, стеклянным или чугунным, соединенным д0Вд,.мЯ железными трубками, с кранами В и В', служащими для С «соединения к насосу. Взвешивают сначала сосуд, наполнен- П% ртутью и свободный от воздушных пузырьков, затем тот Й'е сосуд с навеской сухого пороха, из которого также выкачан оздух (свободный объем сосуда заполнен ртутью). , 3 Зная разность между обоими взвешива- Г ниями АР и температуру t ртути, вычис- ляют плотность по формуле: РХ 13,59 4-0,00018 О’ В менее употребительном волюмометре Рика определяют объем пороха по разно- сти между этим объемом и подобранным рр^х' известным объемом. Сравнительный объем еКГуМ подбирают так, чтобы эта разность была. Д ' I возможно меньшей. Ее измеряют, с по- н) 1.1. мощью градуированной трубки, позволяю- • у . I I, щей отсчитывать 0,1 сма. 11 Для сравнения берется объем стеклян-^ г—F—V- 1 ных шариков, размеры которых можно.* \ X \ \ считать постоянными в течение длитель- --------—-------1 кого промежутка времени. Рис- 37- Определение производится следующим образом. В закрытый сосуд, заполненный ртутью, на крышке которого укреплена измерительная трубка, погружают сначала стеклянные шарики и отмечают уровень чают*1 В тр^ке- Затем заменяют шарики порохом и снова отме- рь ??Овень’ Пусть Е—разность уровней, V — объем шариков, ес пороха^ D — плотность его, тогда Р Г]= ностью ГравиметР»ческая плотность. Гравиметрической плот- ^исяЩий°РОха пазывается вес 1 л свободно насыпанного пороха, ег° напол п°Т Ф°РМЫ и размеров сосуда, а также от способа h 3ависитНеНИЯ‘ Она Увеличивается с удельным1 весом пороха гРавимр°Т величины и формы зерен. сРУжия и тРИчевкая плотность определяет условия заряжания. ЧИальном ас™ости винтовочным порохом. Ее измеряют в спе- с0 двинет /Оре’ пазывающемся гравиметром. бфСУд.а д Р (Рис. 38) состоит из цилиндрического бронзового. ‘1ьШей емк °СТЬ1° в ’ л> иад кОТОРым помещается воронка В к°сти, снабженная точно пригнанной заслонкой С. •.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ гзз s'i граф, чтобы Рис. зо. Благодаря последней литр заполняется всегда в одних и тех же условиях; после наполнения поверхность пороха подравнивается металлической пластинкой. Эта простая операция требует особой ' _ тщательности: малейшее сотрясение ведет к ошибкам, вызывая уплотнение пороховых зерен. Для сравнимости гравиметры должны обладать со- вершенно точными размерами. 147. Измерение начальных скоростей. Для измере- ния начальных скоростей снарядов чаще всего упот- ребляются электрические хронографы1. Эти аппараты основаны на принципе измерения времени Полета снаряда между двумя заранее выбранными точ- ками. Когда снаряд проходит через эти точки, электри- ческ