Во время выстрела снаряд в стволе движется всё быстрее и быстрее, и объём, который занимают пороховые газы, становится всё больше. Понятно, что если бы количество газов, образующихся при горении порохового заряда, было постоянным, то давление стало бы быстро падать. Для того чтобы давление не падало или, по крайней мере, падало возможно медленнее, нужно, чтобы газов при горении порохового заряда образовывалось в каждый последующий момент больше, чем в предыдущий.

Как это достигается?

Горение современных порохов происходит только на поверхности их частиц, быстро охватываемой пламенем при воспламенении. Но частицам пороха можно придать такую, форму, чтобы поверхность их при горении возрастала, например форму многоканальных трубок. Каждая такая трубка горит и по своей наружной поверхности и по внутренней поверхности каналов. Из рисунка 7, а видно, что при этом общая величина горящей поверхности будет возрастать и количество газов соответственно будет все время увеличиваться.

Иногда целесообразно придавать пороху такую форму, чтобы величина поверхности горения оставалась постоянной. Для этого порох изготовляют в виде длинных одно–канальных трубок или тонких лент. Если проследить за последовательным состоянием такой трубки или ленты при горении со всех сторон, то можно убедиться (рис. 7, б), что в ходе горения величина поверхности будет оставаться почти постоянной.

Наименее благоприятной формой пороховых частиц является кубик или шарик, так как в этом случае поверхность при горении будет быстро уменьшаться.

Помимо формы частиц пороха, важное значение имеет их толщина, например толщина ленты, пластинки, стенки трубки и т. п. Эта толщина имеет определённую величину для пороха, предназначенного для того или иного вида оружия, и подбирается на основе следующих соображений. Положим, что имеются винтовка и пистолет с одинаковой толщиной ствола, рассчитанной на определённое давление, и что ствол пистолета в 7 раз короче, чем ствол винтовки. Соответственно меньше и время движения пули в стволе пистолета. Поэтому толщина пороховых частиц для пистолета должна быть гораздо меньше, чем для винтовки, иначе порох в нём при выстреле не успеет сгореть.

Порох в виде особенно тонких частиц применяется для тех видов огнестрельного оружия, в которых ствол не только короткий, но и тонкостенный и горение идёт при низких давлениях, например в охотничьих ружьях и в миномётах. Пластинки пороха для охотничьих ружей имеют толщину 0,1 миллиметра, для пушек же, имеющих длинный и толстостенный ствол, толщина лент доходит до 5 миллиметров.

Чтобы горение протекало закономерно и было устойчивым, порох должен удовлетворять ещё одному требованию: он должен быть прочным. При выстреле давление за тысячные доли секунды может возрастать до 2000–3000 атмосфер. Частицы пороха должны выдерживать такой резкий подъём давления, не разрушаясь.

Необходимая прочность пороха достигается применением для его изготовления нитроклетчатки (пироксилина). Нитроклетчатка соответствующей обработкой может быть переведена в пластическую массу, из которой можно легко получать частицы любой формы и любых размеров, обладающие большой прочностью. По своему внешнему виду и физическим свойствам такой порох напоминает, уже указывалось, целлулоид (который, кстати сказать, сам содержит значительное количество нитроклетчатки).

Важнейшую роль в изучении нитроклетчатки и её использовании для порохов сыграли исследования гениального русского химика, творца периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Он не только раскрыл тщательно оберегавшийся французами секрет изготовления нового для того времени пироксилинового пороха, но и разработал оригинальный и более совершенный его вид — так называемый пироколлодийный порох.

В царской России открытие Менделеева не получило признания и применения; оно было использовано на пороховых заводах США, производивших в значительных количествах пироколлодийный порох и даже поставлявших его России в годы первой мировой войны. Вклад Д. И. Менделеева в пороходелие этим не ограничился. Он предложил и ввёл в производство новый способ обезвоживания нитроклетчатки, упростивший и обезопасивший этот процесс. Последующие исследования А. В. Сухинского, В. Н. Никольского, И. Н. Захарова, А. В. Сапожникова и др. ещё более способствовали дальнейшему усовершенствованию производства пороха и выдвинули русское пороходелие на первое место в мире.

Мы видели, что основным отличием трёх классов взрывчатых веществ друг от друга, отличием, на котором основано их техническое использование, является различная степень устойчивости их горения: наименьшая у инициирующих взрывчатых веществ, наибольшая у порохов; вторичные взрывчатые вещества занимают в этом отношении промежуточное положение.

Что же определяет устойчивость горения взрывчатых веществ и почему различаются в этом отношении взрывчатые вещества разных классов?

Вернёмся к тротиловой шашке и представим себе, что мы зажгли её с поверхности. При горении образуются газы; давление у горящей поверхности от этого возрастает подобно тому, как повышается давление в чайнике, когда в нём кипит вода и образуется пар, подбрасывающий крышку. За счёт повышения давления над горящим взрывчатым веществом газы и расширяются, оттекают от поверхности тротила.

Повышение давления определяет и скорость оттока образующихся газов, и скорость горения, то есть, иначе говоря, скорость образования газов.

Скорость оттока газов практически не зависит от того, какое взрывчатое вещество горит. Скорость же горения различных взрывчатых веществ, напротив, по–разному зависит от давления: у одних сильнее, у других слабее.

Если скорость горения растёт с давлением сильнее, чем скорость оттока газов, то давление будет возрастать, и горение, ускоряясь, перейдёт во взрыв.

Если, наоборот, скорость горения увеличивается при повышении давления медленнее, чем скорость оттока газов, то образующиеся газы будут успевать расширяться, давление перестанет повышаться, и горение пойдёт устойчиво при постоянном давлении, лишь немного превышающем атмосферное.

Так это и происходит при горении тротила, а также всех других вторичных взрывчатых веществ. Скорость их горения мала и слабо зависит от давления; поэтому горение их является устойчивым.

Инициирующие же взрывчатые вещества имеют большую скорость горения, и она так быстро растёт с давлением, что горение ускоряется и переходит во взрыв.

Однако и вторичные взрывчатые вещества, как мы видели на примере пироксилина и нитроглицерина, могут давать переход горения во взрыв. Это возможно в тех случаях, если взрывчатое вещество рыхлое, пористое или жидкое. В процессе горения пористого взрывчатого вещества нагрев его от слоя к слою может происходить не только медленным путём теплопроводности, но и иначе: под влиянием некоторого повышения давления, возникающего у горящей поверхности, газы горения проникают по порам в глубь взрывчатого вещества и поджигают его там (рис. 8). В результате этого скорость горения возрастает и может стать такой большой, что газы горения не будут успевать оттекать; давление будет расти, и горение перейдёт во взрыв. Сходным, но более сложным путём происходит ускорение горения и переход во взрыв и жидких взрывчатых веществ.

Вот почему, когда надо получить большую устойчивость горения, необходимую при применении взрывчатого вещества для метательных целей, то у твёрдого взрывчатого вещества устраняют его пористость. В этом и заключается, например, сущность процесса изготовления пироксилинового пороха из пироксилина.