Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Пороха, ракетные твердые топлива и их свойства. Физико-химические свойства порохов и ракетных твердых топлив

ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ РЕАКТИВНОЙ АРТИЛЛЕРИИ

Действие артиллерийского орудия как метательной силовой установки основано на преобразовании тепловой энергии пороховых газов в энергию движения снаряда. Артиллерийское орудие — тепловая машина. Другим видом тепловой машины, применяемой для метания снарядов, является реактивный двигатель. Движение с использованием силы тяги, создаваемой при истечении продуктов сгорания топлива из полузамкнутого сосуда (камеры сгорания), используется уже около трех тысяч лет.

Первыми из известных нам ракет были ракеты с прикрепленными пороховыми двигателями, применявшиеся в Китае для увеселительных и военных целей. В древних рукописях этой страны упоминается об «огненных стрелах», которые представляли собой обычную стрелу, скрепленную с пороховым реактивным двигателем, камера которого изготавливалась из бамбукового ствола (рис. 1.34).

Китайская «огненная стрела»

Рис, 1.34. Китайская «огненная стрела»

Известно применение в Китае также «огненных ножей», «летающих копий» и «летающих мечей». Группа из 32 ракет, уложенных в оболочку с общим запалом, получила название «пчелы одного гнезда»; одноступенчатые групповые ракеты назывались «стрела, рассеивающая 49 стрел», «ракета, стреляющая метеорами», «стрела-лук с сотней стрел», «летающий истребительный громоподобный снаряд», «священный летающий ворон».

Римский поэт Клавдий описал применение фейерверочных ракет на празднике в городе Милане в 399 г. н.э.

Первое применение боевых зажигательных ракет в Европе относится к 1421 г. при осаде города Саанцы (Голландия). К этому времени на Руси порох был уже известен, производился в большом количестве и хорошего качества.

В 1680 г. Петр 1 основал в Москве «ракетное заведение» для изготовления фейерверочных ракет. В 1717 г. на этом предприятии была разработана и принята на вооружение осветительная сигнальная ракета. Эта ракета была хорошо отработана и просуществовала почти без изменений около 200 лет.

В ходе национально-освободительной войны в конце XVIII в. индийские войска применяли против англичан неизвестное им оружие — ракеты с железными гильзами массой от 3 до 6 кг и дальностью действия 1,5—2,5 км.

К началу XIX в. в России и других странах были разработаны и приняты на вооружение пороховые ракеты различного устройства. Индийские ракеты были усовершенствованы полковником английской колониальной армии Конгревом. В 1804 г. ракеты Конгрева были приняты на вооружение английской армией. Во время войны с На-пол еоном английским флотом этими ракетами был сожжен в 1806 г. порт Булонь, а в 1807 г. — Копенгаген и стоявший в его порту весь флот Дании. Ракеты Конгрева применялись также при Лейпцигском сражении 1813 г. и в сражении при Ватерлоо в 1814 г.

В ракетах Конгрева применялся заряд из черного пороха, отпрессованного в виде зарядов определенной формы. Форма зарядов подбиралась такой, чтобы обеспечить постоянную поверхность горения.

Первые боевые ракеты в России появились в 1813 г., их дальность не превышала 3 км. С 1815 г. над созданием и развитием ракет работал крупный специалист в области артиллерии генерал А.Д. Засядко со своими помощниками. Он явился инициатором широкого внедрения в русскую армию нового вида артиллерии — реактивной. В 1826 г. под Петербургом было создано «ракетное заведение» для массового изготовления ракет конструкции А.Д. Засядко. Он создал оригинальные конструкции зажигательных и фугасных пороховых ракет, пусковое устройство для них, а также разработал тактические основы их боевого применения. Ракеты А.Д. Засядко имели калибр 2; 2,9 и 4 дюйма и дальность полета 2,7 км.

А.Д. Засядко (1779-1837)

В 1797 г. А.Д. Засядко окончил Артиллерийский и инженерный шляхетский кадетский корпус. Участвовал в итальянском походе русской армии (1799 г.) под командованием А. В. Суворова, в Русс ко-турецкой войне 1812 г. Работы по созданию боевых пороховых ракет начал в 1815г. Сконструированные им пусковые станки позволили вести залповый огонь (6 ракет). Они имели специальные приспособления для наведения пусковых установок на цель. В 1828 — 1829 гг. организовал производство ракет в специальном «ракетном заведении», сформировал первое в русской армии ракетное подразделение. Один из кратеров на Луне назван в его честь.

Пороховой ракетный двигатель А.Д.Засядко (рис. 1.35) представляет собой цилиндрическую стальную гильзу, в которую запрессовывался дымный порох. Пороховой заряд имел центральный конический канал длиной в 3/4 его длины. Ракеты А.Д. Засядко применялись русскими войсками во время войны на Кавказе (1825 г.) и с Турцией на Балканах.

Русский генерал А.А. Шильдер в 30-х гг. XIX в. сконструировал подводную лодку (рис. 1.36), вооруженную торпедой и шестью ракетами, которые запускались по цели из-под воды. Для запуска торпед и ракет А.А. Шильдер впервые в мире использовал электрический ток.

Подлинным создателем русской реактивной артиллерии был выдающийся ученый-артиллерист К.И. Константинов. В 1849 г. были

К.И. Константинов (1819-1871)

І

Ракетные снаряды конструкции А.Д. Засядко

Рис. 1.35. Ракетные снаряды конструкции А.Д. Засядко:

о - зажигательная ракета; б - фугасная ракета; 1 - деревянный стабилизатор; 2 - пороховой заряд; 3 - стальная камера сгорания; 4 - боеголовка с зажигательным составом; 5 - ядро; б - разрывной заряд

Подводная лодка А.А. Шильдера с ракетными станками

Рис. 1.36. Подводная лодка А.А. Шильдера с ракетными станками

изданы «Правила для употребления пороховых ракет». В этом же году начальником Петербургского ракетного заведения был назначен генерал К.И. Константинов. Результаты его научных исследований широко использовались в конструкциях новых ракет и методах их испытания; были созданы 2-, 2,5-, 4-дюймовые осколочные, фугасные, зажигательные ракеты (рис. 1.37) с легкими пусковыми установками (рис. 1.38). Была механизирована технология изготовления ракет; создан первый электромагнитный хронограф (1844 г.) и разработан баллистический маятник для определения полного импульса реактивной силы.

В 1860 г. К. И. Константинов прочитал в Артиллерийской академии курс лекций «О боевых ракетах», где впервые сформулировал основной закон реактивного движения: «В каждый момент горения ракетного пороха количество движения, сообщаемое ракете, равно количеству движения истекающих газов».

В 1880—1890 гг. в связи с развитием нарезной артиллерии и появлением более мощного бездымного пороха ракеты с зарядами дымного пороха утратили свое значение и в 1897 г. были сняты с вооружения.

а - образца 1859 г.; 6 - образца 1 - поддон; 2 - граната; 3 - ракета;

1862 г. 4- стабилизатор

Первое предложение об использовании порохового ракетного двигателя для управляемого летательного аппарата принадлежит русскому революиионеру-народовольцу Н.И. Кибальчичу. В 1881 г. в каземате Петропавловской крепости накануне казни Н.И. Кибальчич закончил первый в мире проект управляемого летательного аппарата с ракетным двигателем на твердом топливе. В его проекте

Н.Е. Жуковский (1847-1921)

Ракетные снаряды конструкции К.И. Константинова

Рис. 1.37. Ракетные снаряды конструкции К.И. Константинова:

Ракетный станок и ракета К.И. Константинова образца 1863 г

Рис. 1.38. Ракетный станок и ракета К.И. Константинова образца 1863 г.:

предусмотрены устройство для управления полетом путем изменения угла наклона порохового ракетного двигателя, программный режим горения пороха, обеспечение устойчивости аппарата в полете. Конец XIX и начало XX в. является важнейшим этапом становления науки о ракетном движении. В этот период «отцом» русской авиации Н.Е. Жуковским были разработаны основные принципы реактивного движения. Им создана единая научная дисциплина — экспериментальная и теоретическая аэродинамика, развитие которой неразрывно связано с прогрессом самолетостроения, а также с вопросами реактивного движения. Наряду с вопросами аэродинамики самолетов и движения ракет, Н.Е. Жуковский занимался вопросами баллистики артиллерийских снарядов, читал курс лекций по внешней баллистике.

Важнейшие теоретические исследования по механике тел переменной массы были выполнены И.В. Мещерским. Он получил уравнение движения точки переменной массы (уравнение Мещерского 1897 г.), создал теорию реактивного движения, а также основы теории расчетов движения тел переменной массы в небесной механике (например, комет). Его основополагающие труды по механике тел переменной массы стали теоретической основой разработок различных проблем реактивной техники и небесной механики.

И.В. Мещерский (1859-1935)

К.Э. Циолковский (1857-1935)

В 1903 г. появился труд К.Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором исследовались технические вопросы применения ракет для космических полетов. В этой работе впервые в мире были сформулированы основные закономерности движения ракетного аппарата, выявлена принципиальная возможность полета такого аппарата в безвоздушном космическом пространстве, предложен новый тип двигателя — жидкостный ракетный. Особо важное значение имела выведенная Циолковским формула для расчета

максимальной скорости ракеты в конце активного участка траектории полета ракеты:

(1.16)

и = иэфп(+ттл).

С 1876 г. плодотворную научную работу в области ракетного движения проводил один из «пионеров» разработки основ космонавти-1«1|^ ки Ю.В. Кондратюк. Повторив независимо от

МЛ1ЯЦЬ Циолковского ряд выводов и идей, он в своей

щ книге «Завоевание межпланетных пространств»

1 внес немало новых ценных предложений: дал

V

^ <ЖГ Е ^ схему и описал 4-ступенчатую ракету, парабо-••*** лическое сопло; определил последовательность

Ю.В. Кондратюк (1897-1942)

первых этапов освоения космоса; подробно рас-смотрел многие технические вопросы полета ра-кеты, ракетно-артиллерийского снабжения ис-кусственных спутников Земли; предложил использовать в качестве горючего ракетных топлив некоторые металлы с высокой теплотой сгорания, металлоидов и их водородных соединений, в частности бороводо-родов.

Большой вклад в развитие ракетной техники в период ее становления внесли также В.П. Ветчинкин и Н.А. Рынин. В.П. Ветчинкин — ближайший ученик и продолжатель работ Н.Е. Жуковского, один из организаторов Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). Вел многолетнюю научную (в ЦАГИ) и педагогическую (в МВТУ) работу по теории и расчетам динамики полетов летательных аппаратов, в том числе и ракет. Н.А. Рынин — русский ученый в области воздухоплавания, авиации, космонавтики. В 1928 — 1932 гг. издал книгу «Межпланетные сообщения» — первый энциклопедический труд по истории и теории реактивного движения и космических полетов. Именем Рынина назван кратер на обратной стороне Луны.

Пионерами работ в области ракетной техники за рубежом были: в США — Р. Голлард, опубликовал в 1920 г. результаты своих теоретических и экспериментальных исследований по ракетной технике в книге «Метод достижения сверхбольших высот»; в Германии — Г. Оберти, в своей первой работе (1909 г.) об обитаемых космических кораблях описал ракету на твердом топливе с автоматической регулировкой проходного сечения сопла двигателя для предотвращения чрезмерного повышения давления в камере сгорания; во Франции — Р. Эно-Пельтри.

В 1916 г. во время Первой мировой войны преподаватель Артиллерийской академии И.П. Граве предложил и разработал для ракет бездымный порох, аналог современных баллистигов. Применение бездымных порохов для реактивных снарядов было осуществлено в 20—30-х гг. XX в.

Основоположником разработки в СССР ракетных снарядов на бездымном порохе является русский инженер-химик Н.И. Тихомиров, проблемами создания которых он занимался с 1897 г. По его

Н.И. Тихомиров (1860-1930)

инициативе в 1921 г. в Москве в военном ведомстве была создана первая советская научно-исследовательская и опытно-конструкторская организация для разработки ракетных снарядов на бездымном порохе — газодинамическая лаборатория (ГДЛ). В 1927 г. ГДЛ была перебазирована в Ленинград. В ГДЛ быд создан бездымный порох на нелетучем растворителе (тротилопироксилиновый) с большой толщиной свода шашек. Рецептуру предложил еще в 1925 г. инженер С.А. Сериков. Он же исследовал горение этих порохов в бомбе с прерыванием горения и гашением в разные моменты времени горения. В ГДЛ в 1927—1933 гг. были разработаны пороховые ускорители для легких и тяжелых самолетов (У-1, ТБ-1 и др.) и пороховые ракетные снаряды нескольких калибров различного назначения для стрельбы с земли и самолетов.

В разработке этих снарядов основное творческое участие принимали Н.И. Тихомиров, В.А. Артемьев, В.С. Петропавловский, Г.Э. Лан-гемак.

3 марта 1928 г. в Ленинграде был произведен пуск первой в мире ракеты с двигателем на бездымном порохе. Она пролетела 4300 м.

В.П. Глушко (1908-1989)

В 1929 г. в ГДЛ было организовано подразделение, в котором под руководством В.П. Глушко разрабатывались летательные ракетные аппараты (Л РА) и первые в мире электрические ракетные двигатели (ЭРД), а также жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). С 1930 по 1933 г. в ГДЛ было создано семейство ЖРД, начиная с ОРМ-1 до ОРМ-102 с тягой до 3000 Н. В 1935 г. В.П. Глушко на основе своих научно-исследовательских разработок по актуальным проблемам ракетостроения выпустил в соавторстве с Г.Э. Лангемаком книгу «Ракеты, их устройство и применение», а в следующем году — книгу «Жидкое топливо для реактивных двигателей».

Под редакцией В.П. Глушко (совместно с Б.Е. Алемасовым) выходили фундаментальные справочники по термодинамическим свойствам продуктов горения ракетных топлив и справочники по термодинамическим свойствам индивидуальных веществ. Роль этих справочников при проведении теоретических расчетов ракетных топлив и продуктов их горения, а также при разработке и оценке термодинамических свойств ракетных топлив неоценима.

В 1931 г. при ОСОАВИАХИМе создаются группы ученых и инженеров для изучения ракетного движения (МосГИРД, ЛенГИРД и др.). Первым руководителем МосГИРДа был Ф.А. Цандер, а затем С.П. Королев, который после преобразования МосГИРДа в научно-

С.П. Королев (1907-1966)

исследовательскую и опытно-конструкторскую организацию был ее руководителем. В ГИРДе была создана и в августе 1933 г. запушена первая советская ракета на жидком топливе «ГИ РД-09». После слияния в конце 1933 г. ГИРДа с ГДЛ и образования ракетного научно-исследовательского института (РНИИ) С.П. Королев был назначен заместителем директора по научной работе, а с начала 1934 г. — руководителем отдела ракетных летательных аппаратов. Здесь была проведена окончательная отработка ракет с двигателями на твердом топливе. В период 1942— 1946 гг. С.П. Королев работал в ОКБ заместителем главного конструктора двигателей, и его деятельность как руководителя крупного твор-

ческого коллектива была направлена на создание мощных ракетных систем.

С именем С.П. Королева связана эпоха первых значимых достижений в истории освоения космических пространств. Именно он на протяжении ряда лет направлял работу многих научно-исследовательских и конструкторских коллективов.

Что касается ракетной артиллерии, то отметим, что в СССР в 1930-х гг. были разработаны реактивные снаряды РС-82 и РС-132, а в 1939 г. применены советской авиацией в боях на р. Халхин-Гол. В 1940 г. были приняты на вооружение армии реактивные снаряды М-8, М-13, М-31 (рис. 1.39 — 1.41) на основе пороха НГВ, который обеспечивал хорошую устойчивость горения зарядов.

Одновременно разрабатывались многозарядные пусковые установки для этих реактивных зарядов (И.И. Гвай, В.И. Галковский, А.П. Павленко, А.С. Попов), получившие широкое распространение во время Великой Отечественной войны под названием «Катюша».

  • 15 июня 1941 г. на подмосковном полигоне Софрино генералитет знакомился с артиллерийскими новинками. Одновременный залп 48 реактивных снарядов двух установок БМ-13, будущих «Катюш», потряс военное руководство. В районе цели поднялись тучи пыли и бушевало пламя. Ничто живое не могло выдержать такого огневого налета. Министр обороны маршал С.К. Тимошенко сразу же доложил о результатах стрельбы Сталину. А уже 21 июня 1941 г., за считанные часы до начала войны, пять установок БМ-13 были лично осмотрены Сталиным. Пояснения давал директор НИИ-3 Наркомата боеприпасов П.И. Костиков. Сразу же было принято правительственное постановление о развертывании серийного производства РС, пусковых установок и формировании ракетных войсковых частей.
  • 14 июля батарея из семи установок БМ-13 под командованием капитана И.А. Флерова ударила по скоплению живой силы и техники немцев на переправе через реку Оршицу. Это был день боевого крещения реактивных систем залпового огня, за которыми вскоре закрепилось романтическое имя «Катюша», по названию популярной в предвоенные годы песни.
  • 28 июля 1941 г. были опубликованы указы о награждении работников НИИ-3 Наркомата боеприпасов. «За выдающиеся заслуги в деле изобретения и конструирования одного из видов вооружения, поднявшего боевую мощь Красной армии», звание Героя Социалистического Труда было присвоено П.И. Костикову. В другом указе было 12 фамилий специалистов, награжденных орденами Ленина и Трудового Красного Знамени.

В 1942 г. ракеты были приняты на вооружение в ВВС США и Великобритании, а в 1943 г. — в ВВС Германии. В 1941 г. в Германии был создан пороховой ракетный двигатель с многоканальным зарядом из двухосновного дигликолевого пороха.

Ракетный снаряд М-8 (калибр 82 мм, стартовая масса 8 кг

Рис. 1.39. Ракетный снаряд М-8 (калибр 82 мм, стартовая масса 8 кг,

максимальная скорость 315 м/с):

  • 7 - боевая часть; 2 - камера сгорания с глухим передним дном; 3 - сопло; 4 - обтекатель; 5 - стабилизатор
  • 4 5 6
Ракетный снаряд М-13 (калибр 132 мм, стартовая масса

Рис. 1.40. Ракетный снаряд М-13 (калибр 132 мм, стартовая масса

  • 42,5 кг, максимальная скорость 355 м/с):
  • 7 - боевая часть; 2 - переходное дно; 3 - камера сгорания; 4 - сопло; 5 -обтекатель; 6 - стабилизатор
Ракетный снаряд М-31 (калибр 300 мм, стартовая масса

Рис. 1.41. Ракетный снаряд М-31 (калибр 300 мм, стартовая масса

  • 94,6 кг, максимальная скорость 255 м/с):
  • 7 - боевая часть (сборка); 2 - камера сгорания; 3 - обтекатель; 4 - стабилизатор; 5 - направляющее кольцо стабилизатора

За десятилетия, истекшие после Второй мировой войны, ракетные двигатели на твердом топливе получили большое распространение, а их конструкция была коренным образом изменена и усовершенствована. В настоящее время отработано большое количество ракет с двигателями на твердом топливе различного назначения: индивидуальных ракет ближнего боя, противотанковых и зенитных, межконтинентальных баллистических и др. Современные РДТТ способны развивать тягу от сотых долей ньютона для микроракетных двигателей до меганьютонов и более для мощных ракет, а время их работы находится в пределах от долей секунды до нескольких минут.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы