Твердые смеси разл. соединений, способных устойчиво (без перехода в детонацию) гореть в широком интервале давлений (1 – 10000атм). Пороха – источники энергии для сообщения снарядам, ракетам и т.п. необходимой скорости полета к цели.
Для создания режима устойчивого горения с регламентированной скоростью тепло- и газовыделения П. формуют в виде монолитных плотных зарядов с высокой мех. прочностью, не допускающей их разрушения в момент выстрела в стволе орудия или при горении в ракетном двигателе. При сохранении сплошности заряда горение П. происходит послойно-параллельными слоями в направлении, перпендикулярном пов-сти горения заряда. Скорость тепло- и газовыделения определяется величиной пов-сти заряда и линейной скоростью горения. Поверхность заряда П. определяется размером и формой его элементов, выполненных в виде цилиндров с одним или несколькими каналами, пластин, лент, сфер и т. д. В зависимости от формы элементов величина пов-сти заряда при горении изменяется по-разному. Горение с уменьшением пов-сти заряда наз. дегрессивным и сопровождается уменьшением скорости газовыделения, горение с увеличением пов-сти наз. прогрессивным. В случае постоянной или слабо увеличивающейся пов-сти горящего заряда давление в стволе орудия или ракетной камере остается приблизительно постоянным.
Скорость горения П. увеличивается с повышением давления окружающего газа и т-ры заряда. В ракетной камере с рабочим давлением ок. 100 атм скорость горения П. обычно составляет ок. 0.2 – 5 см/с, в ствольных системах с рабочим давлением 1000-10000 атм. 10-100 см/с. Время сгорания порохового заряда определяется не только скоростью горения, но и величиной наим. размера отдельного элемента, т. наз. толщиной горящего свода, которая может колебаться от 0,1 мм для короткоствольных систем до неск. дм для ракетных двигателей. В ствольных системах П. сгорает за сотые и тысячные доли с, в ракетных двигателях-за десятки с. При горении П. выделяется большое кол-во газов (до 1 м 3 /кг при н.у.) с т-рой 1500-3700 °С.
В зависимости от хим. состава обычно различают нитроцеллюлозные (т.н. бездымные или коллоидные) и смесевые пороха . Основа всех нитроцеллюлозных порохов – нитраты целлюлозы типа пироксилина пластифицированные разл. растворителями. В зависимости от вида нитрата целлюлозы и летучести р-рителя различают пироксилиновые П., баллиститы и кордиты.
Смесевые П.-гетерог. композиции, состоящие, как правило, из кристаллич. окислителя (нитраты и перхлораты), горючего полимерного связующего (обычно синтетич. каучуки и смолы). Кроме того, смесевые П. содержат пластификаторы, дополнительное высокоэнергетическое горючее – напр. порошкообразный алюминий (10-20%), катализаторы горения, отверждающие добавки и др. Изготовление смесевых П. включает тщательное смешение всех компонентов (связующее находится в вязкотекучем состоянии), заполнение полученной массой изложницы или непосредственно ракетного двигателя, отверждение заряда при нагревании. Смесевые пороха применяют в качестве твердых ракетных топлив (ТРТ).
К смесевым П. относят также дымные (черные) П., состоящие из мех. зерненой смеси нитрата калия, серы и древесного угля.
Наиболее важными характеристиками порохов являются сила пороха (для ствольных систем) и удельный импульс (для ракетных топлив).
Сила пороха [кгм/кг] комплексно характеризует состав продуктов сгорания и их температуру, определяя удельную работоспособность пороха и наряду с теплотой сгорания является основной энергетической характеристикой пороха. Может быть определена по формуле: f p =831· T p /?, где T p – максимальная температура сгорания пороха [ K ] , ? – кажущийся (средний) молекулярный вес смеси. Для бездымных порохов составляет в среднем – 90000-100000 кгм/кг.
Удельным единичным импульсом (удельной тягой) j [сек] называют параметр, характеризующий эффективность пороха с точки зрения приращения количества движения ракеты за счет сгорания 1 кг топлива. Строго говоря, единичный импульс является характеристикой не столько топлива, сколько всего ракетного двигателя в целом, поэтому более правильно говорить об единичном импульсе двигателя. Однако для удобства сравнительной оценки разных топлив принято пользоваться этой характеристикой, определяя ее величину сжиганием заряда топлива в некотором эталонном двигателе при некотором давлении (обычно 40 или 70 атм.) Для бездымных порохов составляет при 70 атм в среднем 200-220 сек, для смесевых 200-270сек.
Также большое значение имеют другие характеристики: теплота сгорания [кДж/кг], температура горения [К], удельный вес [г/см 3 ], граница аномального горения [кг/см 2 ], зависимость скорости горения от давления U ( p ) и начальной температуры U ( T ) и др.
Теплота сгорания – определяет запас тепловой энергии, выделяемой при горении пороха. Обычно определяется при экспериментальных сжиганиях. Величина ее равна количеству тепла, выделяемого 1кг пороха, сгорающим в замкнутом объеме, при условии охлаждения продуктов сгорания водой до температры +18°С. Следует иметь ввиду, что из-за отрицательности кислородного баланса пороховых составов, т.е. из-за недостатка кислорода в обычных бездымных порохах, при горении их в ракетном двигателе, выделяется лишь часть полного запаса внутренней тепловой энергии (20-40%), а остальная энергия высвобождается при доокислении продуктов сгорания в факеле газовой струи за соплом или при выстреле. Для бездымных порохов 2.5-5.0 МДж/кг, для смесевых – до 7.0МДж/кг.
При сгорании твердого ракетного топлива развиваются температуры 2000-2500°С (для некоторых смесевых рецептур до 3500°С). При таких температурах почти все конструкционные материалы плавятся, а специальные жаропрочные составы и сплавы теряют свои прочностные свойства. Однако из-за непродолжительности работы обычных пороховых ракетных двигателей опасного разогрева, как правило, не наблюдается, и приходится принимать специальные меры охлаждения только в районе критического сечения сопла. Высокая температура сгорания становится проблемой для ракетных двигателей с временем работы более 30 сек.
В ствольных системах высокая температура продуктов сгорания резко увеличивает разгарно-эрозионное воздействие на ствол оружия и вызывает преждевременный износ или перегрев ствола (напр. в скорострельных пушках).
Удельный вес (плотность) – достаточно важная характеристика, т.к. при большей плотности можно сосредоточить больший запас энергии в единице объема или существенно уменьшить габариты ракетного двигателя. Для бездымных порохов составляет 1.55-1.65г/см 3 , для смесевых до 1.8г/см 3 .