Советские Гвардейские Реактивные Миномёты на чёрном ( дымном) порохе

[инженер-исследователь]

   Помещаю это сообщение сюда потому,что Советские Гвардейские Реактивные Миномёты,всё-таки ближе к артиллерии,чем к космическим ракетам! 

    В РИ во всех Советских Гвардейских Реактивных Миномётах использовался Бездымный порох в качестве топлива, во всех книгах пишут про его преимущества, преимущественно пр высокий удельный импульс около 2100 м/с по сравнению с чёрно пороховым составом в 777 м/с, но не говорят про недостатки такого подхода. Топливный заряд снаряда "Катюши" , состоял из семи шашек бездымного пороха с осевым каналом-фактически трубок,горящих на активном участке траектории по внутреннему каналу,что приводило к росту внутрикамерного давления на активном участке полёта. Причём стартовая тяга такого двигателя определялась условием непроседания траектории при сходе с направляющих, а конечная тяга определялась прочностью корпуса двигателя. Формула зависимости скорости горения большинства твёрдых ракетных топлив от давления записывается так : V= b*P^n, где V-скорость горения топлива, b и n-параметры зависящие от характера топлива,P-давление в камере сгорания. Следствием этой формулы является такая зависимость давления в двигателе от поверхности свода горения: P/P0=(S/S0)^(1/(1-n)),где P,P0- текущее и начальное давление в камере сгорания, S,S0-текущая и начальная площадь свода горения топлива,При этом конечное давление ограниченно прочностью камеры сгорания. При этом легко заметить , степенной закон зависимости роста давления от площади свода горения ,зависящий от параметра  с показателем степени 1/(1-n), Параметр n у топлив применявшихся в снарядах Советских Гвардейских Реактивных Миномётов был равен 0,69 , следовательно показатель степени в формуле  зависимости давления в двигателе от поверхности свода горения был равен 3,23, т.е. если площадь свода горения топлива удваивалась,то давление в камере сгорания возрастало в 9,38 раз, а параметр n у чёрного ружейного пороха или дымного пороха равен 0,216, что ведёт к показателю степени в формуле зависимости роста давления от площади свода горения ,равном 1,276,т.е. при удвоении площади свода горения топлива,давление в камере согорания двигателя,возрастёт всего в 2,422 раза. Следовательно несмотря на низкий удельный импульс топлива на базе дымного пороха, его можно вложить в ракету в куда большем количестве,чем топлива на базе бездымного пороха, согласно материалам Википедии ,доля массы топлива в массе реактивных снарядов   Советских Гвардейских Реактивных Миномётов составляла менее 25 процентов, она обычно колебалась от 16,7 до 12,2 процентов.только у снаряда М13ДД она равнялась 24 процентам. Я составил таблицу дальности АИ снарядов М13 и М13ДД на чёрном ружейном порохе и сравнил их с РИ снарядами и не заметил существенной разницы между чёрным ружейным порохом и бездымным порохом. У нацистов были ракетные снаряды на чёрном ружейном порохе ,о них пишут ,как об анахронизме ,но несмотря на это в оценке дымного пороха,в таких системах,не следует попадать под гипноз высокого удельного импульса! 

Изменено 6 часов назад пользователем инженер-исследователь

[sanitareugen]

Не было у немцев боевых ракет на чёрном порохе (у немцев вермахта, уточню - в ПМВ экспериментировали с ракетами, где использовался чёрный порох, и их изобретатель, Рудольф Небель, заявлял, что "небельверфер" это в его честь, хотя "небель" это попросту "туман", в смысле отравляющий газ). "Небельверферы" снаряжались дигликолевым порохом (хотя при разработке экспериментировали с чёрным - но, кроме резко меньшей дальности, имели место регулярные аварии, пороховой заряд взрывался.

Оценим, пренебрегая указанной опасностью, влияние замены бездымного пороха на чёрный. Принимая данные удельного импульса, получим для максимальной скорости 350 м/с и опираясь на формулу Циолковского (что для реальных задач внешней баллистики грубое упрощение, но как первое приближение - сойдёт).

m^нач=m^конexp(V/I)

Для импульса 2100 начальная масса получается 1.18 от конечной, что согласуется с реальной конструкцией РС.

Для импульса 777 соотношение 1.57. Но эта оценка не учитывает того, что для помещения более чем втрое выросшей массы метательного ВВ понадобится существенно больший и более тяжёлый корпус. С учётом этого снаряд для доставки той же боевой части должен быть по крайней мере вдвое тяжелее, а заряд чёрного пороха вчетверо больше эквивалентного заряда бездымного. Это убивает идею экономически (существенно дороже, относительная дешевизна чёрного пороха перекрывается резким ростом его расхода, также растёт расход металла и трудозатраты на изготовление), тактически (снарядов на той же установке вдвое меньше), а самопроизвольные подрывы ракет на пусковой лишь заполируют ситуацию.
 

Изменено 2 часа назад пользователем sanitareugen

[dragon.nur]

убивает идею экономически

В период, когда потеряна Шостка и недоразвёрнута Казань, может быть "не до экономики". Ну и плюс падение давления в корпусе на полпорядка примерно так же облегчит корпус. 

 

резким ростом его расхода, также растёт расход металла и трудозатраты на изготовление

см. выше.

Хотя в принципе интересно, можно ли заменить калиевую селитру на аммиачку, от неё газов точно больше, чем от обычного ЧП. О! Ещё интересно было бы часть угля и серы сменить на битум, например.

Изменено 1 час назад пользователем dragon.nur

[sanitareugen]

...ещё более снизив бы импульс...

В общем, существенно лучше ракет Константина КонстантиновичаИвановича Константинова не получим.Ну, гранату в качестве БЧ приспособим...

[Crusader]

Хотя в принципе интересно, можно ли заменить калиевую селитру на аммиачку, от неё газов точно больше, чем от обычного ЧП.

 В РИ предлагали часть артиллерийского метательного заряда бездымного пороха заменять на серо-угольные добавки. До 60%, ЕМНИП.

[sanitareugen]

В РИ предлагали часть артиллерийского метательного заряда бездымного пороха заменять на серо-угольные добавки. До 60%, ЕМНИП.

А какой это период? В ПМВ или ранее некий смысл есть. Процесс Габора только у немцев, они даже с австрийцами не делятся, те вынуждены миномёты на пневматике делать. А производить из чилийской селитры калийную реакцией с KCl дешевле, чем азотную кислоту реакцией с серной. Но в более позднюю эпоху уже непосредственно азотная кислота производится, и её выгоднее на нитрацию целлюлозы или глицерина пустить, чем нейтрализовать поташем для чёрного пороха.

Что до аммиачной - предшественником пироксилинового пороха современного типа была "гремучая вата" (чистый пироксилин, бризантное ВВ) с аммиачной селитрой. В военном деле вытеснено превращением пироксилина в плотную и медленно горящую массу растворением и высушиванием, но для охотничьего оружия производилось до 1920х включительно.