4.4.1 Розширення порохових газів

При русі снаряда по каналу ствола гармати відбуваються роз­ширення порохових газів і перехід теплової енергії газів у механічну роботу, основна і корисна частина якої дорівнює кінетичній енергії снаряда; при цьому температура порохових газів буде знижуватися.

У кінетичну енергію снаряда переходить 25—4° % усієї тепло­вої енергії, що виділяється при згоранні порохового заряду. Приблиз­но половина всієї теплової енергії порохових газів при пострілі вики­дається в атмосферу у виді теплової енергії струменя газів і розсіюєть­ся. Деяка частина теплової енергії (1—1°%) переходить у кінетичну енергію порохових газів і також у значній мірі губиться при витіканні порохових газів з каналу ствола. При цьому в атмосфері виникають різноманітні явища, зв'язані з перетворенням енергії, перемішування і нагрівання повітря, виникнення ударних хвиль (дулової хвилі), світін­ня струменя газів (дулове полум'я), електризація хмари порохових га­зів, хімічні реакції, і т.п. Більшість перерахованих явищ відіграє нега­тивну роль.

Кінетична і теплова енергія порохових газів у гарматах з дуло­вим гальмом частково (до 1% усієї теплової енергії) корисно витрача­ється на роботу дулового гальма для зменшення сили віддачі. На від-кіт ствола, тобто в кінетичну енергію відкатних частин гармати, пере­ходить °,5—1% усієї теплової енергії. Теплова енергія порохових газів і кінетична енергія відкатних частин гармати в незначних кількостях використовуються для здійснення корисних робіт, наприклад, для за­ряджання гармати в автоматах, накату ствола, продувки каналу ствола (ежектування) і т. п. Деяка частина теплової енергії порохових газів (до 5%) за допомогою теплопередачі переходить у стінки ствола, а потім в охолоджуючу ствол рідину або в атмосферу.

Вражаючи, що розширення порохових газів гармати відбуваєть­ся без теплообміну, тобто адіабатично, на підставі першого закону термодинаміки можна одержати основне рівняння піродинаміки, що описує процес розширення порохових газів у гарматі. Для адіабатич­ного процесу сума робіт, зроблених пороховими газами масою /ю\|/ при розширенні, дорівнює зміні їх внутрішньої теплової енергії:

Це і є основне рівняння піродинаміки.

Під величиною р тут розуміється деякий постійний у всіх точках заснарядного простору середній тиск порохових газів, називаємий ба­лістичним тиском.

Основне рівняння піродинаміки виражає собою закон збережен­ня енергії при пострілі. Воно записується для довільного моменту ча­су, коли згорить ІЧ-я частина порохового заряду, а снаряд пройде шлях І і буде мати швидкість У. У правій частині рівняння стоїть різниця внутрішньої (теплової) енергії порохових газів, що утворилися, до їх­нього розширення і після розширення (виражена в одиницях роботи). У лівій частині стоїть механічна робота, яку зроблять порохові гази до розглянутого моменту часу.

Роботи розширення газів ізобарного й адіабатичного процесів. Величина для порохових газів у середньому дорівнює °,2, тобто робо­та порохових газів при ізобарному процесі складає 2°% роботи при адіабатичному процесі. Сила пороху / визначає працездатність 1 кг пороху, а добуток — працездатність згорілої частини заряду при ізобарному процесі розширення порохових газів. При цьому частина тепла, виділеного згорілим порохом, буде витрачатися на підтримку постійного тиску. При адіабатичному процесі розширення порохових газів, що відбувається в гарматі, все тепло йде на здійснення роботи.