Пороха, ракетные твердые топлива и их свойства. Физико-химические свойства порохов и ракетных твердых топлив

А.В. КОСТОЧКО
Б.М. КАЗБАН

ПОРОХА,
РАКЕТНЫЕ ТВЕРДЫЕ ТОПЛИВА
И ИХ СВОЙСТВА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОХОВ 

И РАКЕТНЫХ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва
ИНФРА-М
2022

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего образования

«Казанский государственный технологический университет»

УДК 662.2/.3(075.8)
ББК 35.51я73
 
К72

Косточко А.В.
Пороха, ракетные твердые топлива и их свойства. Физико-химические свойства порохов и ракетных твердых топлив : учебное 
пособие / А.В. Косточко, Б.М. Казбан ; Федер. агентство по образованию, Казан. гос. технол. ун-т. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 
400 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-005297-7 (print)
ISBN 978-5-16-103098-1 (online)

В пособии даны понятия и определения порохов и РТТ как сложных 
энергообогащенных систем, изложены теоретические основы их физикохимических свойств, определены назначение и факторологическая роль 
их характеристик. Особое внимание уделено свойствам порохов и РТТ 
как метательных ВВ, а именно энергетическим и баллистическим свойствам, а также процессу горения, определяющему образование газообразного рабочего тела. Материал пособия иллюстрирован справочными данными, графиками, рисунками и примерами. Показана тесная связь физической химии порохов и РТТ с другими прикладными науками, а также 
использование их в технике.
Настоящее учебное пособие составлено применительно к действующим вузовским программам по физико-химическим свойствам по рохов и РТТ, а также по внутренней баллистике ствольных и реактивных 
систем оружия.

УДК 662.2/.3(075.8)
ББК 35.51я73 

К72

© Косточко А.В., Казбан Б.М., 2013

Рецензенты:
Р.Н. Яруллин, д-р техн. наук, заместитель генерального директора 
ФКП «Казанский государственный казенный пороховой завод»;
В.Ф. Харитонов, канд. техн. наук, генеральный директор ФКП 
«Тамбовский пороховой завод»

Печатается по решению редакционно-издательского совета 
Казанского государственного технологического университета

ISBN 978-5-16-005297-7 (print)
ISBN 978-5-16-103098-1 (online)



ПРЕДИСЛОВИЕ

Пороха и ракетные твердые топлива (РТТ) являются важными объектами современной техники. Сведения о порохах и РТТ изложены, 
главным образом, в специальной литературе. Источники, доступные 
широкому кругу читателей, специализированы по отдельным аспектам науки о порохах и РТТ и их практическому применению в технике.

Благодаря усилиям НИИ, заводов и вузов многие вопросы теории, 

производства и использования порохов и РТТ получили в свое время 
научное объяснение и обоснование. В последние десятилетия были 
применены новые методы исследования и оценки свойств порохов 
и РТТ, разработаны новые составы и марки.

Труды выдающихся отечественных ученых: Б.П. Жукова, А.С. Бакаева, Н.А. Кривошеева, Ф.И. Дубовицкого, П.Ф. Похила, Г.К. Клименко, С.Н. Данилова, Д.И. Гальперина и др. – внесли значительный 
вклад в науку о порохах. Работы в области физикохимии компонентов 
и составов порохов, технологии их изготовления, механизма их горения и воспламенения позволили понять и объяснить многие явления 
и решить целый ряд проблемных вопросов.

Большая заслуга ученых в том, что они сумели в трудных условиях 

написать и издать важнейшие учебники и учебные пособия (И.В. Тишунин, К.К. Андреев, И.К. Егоров, В.К. Зеленский, А.П. Денисюк, 
М.А. Фиошина, Л.И. Захаров, М.М. Арш), по которым поколения 
студентов, аспирантов, научных сотрудников и инженеров изучали 
пороходелие и свойства порохов и РТТ.

В последние годы (1990–2006) в открытой печати также вышли 

учебные пособия и справочники по порохам, РТТ и ВВ таких известных ученых и организаторов производств в оборонной области как 
Б.П. Жуков, Л.В. Забелин, Ю.М. Мелехин, Ю.М. Михайлов, Н.Г. Рогов, Г.Г. Валеев, Е.Ф. Жегров и др.

Материал данного учебного пособия сопровождается конкретными 

значениями характеристик рассматриваемых свойств и иллюстрируется рисунками и таблицами. Материал пособия соответствует рабочей программе по дисциплине СД­ОЗ «Физико­химические свойства 
взрывчатых веществ, порохов и ракетных твердых топлив». 

Значения физических постоянных, общая физическая и химиче
ская терминология и обозначение величин, используемых в пособии, 
соответствуют ИЮПАК.

УСЛОВныЕ ОбОзначЕнИя

 
РТТ – ракетные твердые топлива

 
ВВ – взрывчатые вещества

 
РДТТ – ракетный двигатель твердого топлива

 
ДРП – дымный ружейный порох

 
ПРТТ – полимерное ракетное твердое топливо

 
ДНТ – динитротолуол

 
ДБФ – дибутилфталат

 
ПП – пироксилиновый порох

 
БП – баллиститный порох

 
НЦ – нитрат целлюлозы

 
ТНГ – тринитрат глицерина

 
НЦП – нитратцеллюлозный порох

 
СББ – система ближнего боя

 
НГЛ – нитроглицерин (тринитрат глицерина)

 
ДНДЭГ – динитрат диэтиленгликоля

 
НГП – нитроглицериновый порох

 
БРТТ – баллиститное ракетное твердое топливо

 
РД – ракетный двигатель



ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ 
О ПОРОХАХ И РАКЕТНЫХ 
ТВЕРДЫХ ТОПЛИВАХ

ВВЕДЕнИЕ

Действие большинства современных видов оружия основано на 

использовании химических источников энергии. К таким источникам относятся химические вещества различной природы, скрытая 
(химическая) энергия которых может быть высвобождена в результате физико­химических превращений, а затем преобразована тем 
или иным путем в полезную механическую работу. Химическими источниками энергии, широко применяемыми в военной технике, являются разнообразные по своей природе и свойствам пороха для ствольного оружия, топлива для ракетных двигателей, взрывчатые вещества 
и пиротехнические смеси. Широкое использование этих веществ в 
военной технике объясняется тем, что они как источники энергии 
являются довольно доступными и обладают сравнительно высокой 
концентрацией энергии. 

Общность рассматриваемых химических источников энергии состоит в том, что единственным практически осуществимым путем 
высвобождения заключенной в этих источниках энергии является 
способ, основанный на организации процессов горения или взрыва. 
Выделение энергии при горении и взрыве всегда происходит одновременно с образованием «рабочего тела» в виде газообразных (преимущественно) продуктов превращения, являющихся носителями 
высвободившейся энергии и тем посредником, при помощи которого осуществляется преобразование энергии вещества в работу. В артиллерийской технике в качестве источников энергии движения 
снарядов, пуль, мин, ракет применяются пороха и ракетные твердые 
топлива. Некоторые виды порохов используются в артиллерийских 
боеприпасах в качестве воспламенителей, средств для передачи  
огня, для замедлителей, дистанционных составов, вышибных зарядов. Пороха и РТТ представляют группу метательных взрывчатых 
веществ (ВВ). Основным видом взрывчатого превращения порохов 
и РТТ в орудии при выстреле и в камере сгорания ракетного двигателя (РД) при его работе является горение, не переходящее в детонацию. 

Пороха и РТТ сравнительно легко воспламеняются и горят в орудии 
и в РД закономерно, практически параллельными слоями. Это 
свойство порохов и РТТ позволяет в широких пределах регулировать 
процесс газообразования при их горении и тем самым управлять явлением выстрела и работой РД. При практическом использовании к 
порохам и РТТ предъявляются следующие основные требования: 

1) достаточная энергоемкость, определяющая работоспособность 

продуктов горения, которая обеспечивала бы необходимое метательное действие при приемлемой массе зарядов;

2) определенные пределы чувствительности к тепловым и механическим импульсам внешнего воздействия для обеспечения безотказности воспламенения порохов и РТТ и безопасности обращения 
с ними;

3) физическая и химическая стабильность – сохранение физикохимических свойств, а следовательно, энергетических и баллистических характеристик порохов и РТТ;

4) достаточная механическая прочность пороховых элементов и 

твердотопливных зарядов;

5) способность устойчиво и закономерно гореть;
6) однообразие физико­химических и баллистических свойств в 

большой массе пороховых элементов и топливных зарядов;

7) беспламенность и бездымность при стрельбе;
8) возможно меньшее коррозионное и эрозионное воздействие 

продуктов горения на канал ствола, на камеру и сопло РД, на горящую шашку заряда РТТ;

9) широкая сырьевая база и экономичность производства порохов, 

РТТ и зарядов.

Стремление специалистов к максимальному удовлетворению 

предъявляемых практикой требований привело к появлению большого разнообразия порохов и РТТ для различных видов оружия.



1.1. ОСнОВныЕ ПОняТИя, ОПРЕДЕЛЕнИя, 

КЛаССИФИКаЦИя, ИСТОРИчЕСКИЕ СВЕДЕнИя

1.1.1. ОПРЕДЕЛЕнИЕ ПОРОхОВ И РаКЕТных ТВЕРДых ТОПЛИВ

Современные представления о порохах и РТТ, экспериментальные 

данные о природе и свойствах, а также опыт их практического применения приводят к следующим определениям этих важнейших технических изделий.

Физико-химическое определение. Пороха и РТТ – многокомпонентные твердые системы, обладающие различными размерами, формой, 
структурой.

Термодинамическое определение. Пороха и РТТ – это энергообогащенные системы, в которых физико­химические процессы могут 
протекать самопроизвольно с уменьшением энергии Гиббса ∆J < 0; 
уменьшением энергии Гельмгольца ∆F < 0; увеличением энтропии 
∆S > 0. 

Таким образом, являясь термодинамически неравновесными системами, пороха и РТТ могут претерпевать в зависимости от мощности 
начального импульса три основных вида физико­химических превращений: термическое разложение, горение и детонацию. 

Термическое разложение протекает при довольно низких температурах (иногда при температуре окружающей среды). Указанный процесс, подчиняясь законам химической кинетики, имеет, как правило, две стадии: начальную (описывается уравнением кинетического 
распада первого или нулевого порядка) и стадию автокаталитического разложения. Активным продуктом при автокаталитическом разложении в порохах (баллиститных и пироксилиновых), а также в ВВ 
является оксид азота NO; окисляясь, он переходит в NO2; диоксид, 
в свою очередь, окисляет компоненты пороха с выделением вновь 
NO и т.д.

Понимание механизма термического разложения позволяет при 

производстве порохов и обращении с ними выработать практические 
приемы по снижению опасности термического разложения: 

снизить температуру хранения;
уменьшить скорость реакций первичного распада;
применять стабилизаторы химической стойкости для связывания 
продуктов распада и предотвращения автокатализа.
Процесс горения характеризуется скоростью послойного горения 

пороха или РТТ, не превышающей 102 м/с, и реализуется с устойчивостью до определенной величины давления (зависящей от плотности 
и свойств РТТ). Превышение некоторой величины давления вызы•
•
•



вает нарушение или срыв послойного горения, которое резко ускоряется и при определенных условиях может перейти в детонацию.

Распространение процесса горения по пороху и РТТ обусловлено 

процессами теплопроводности и диффузии. Б.П. Жуков формулирует механизм горения баллиститных порохов следующим образом.

Горению пороха, т.е. окислительно­восстановительным реакциям, возникающим под влиянием теплового или иного импульса, предшествует прогрев пороха, разрушение сольватных комплексов (нитраты целлюзы – нитроглицерин – диэтиленгликольдинитрат и др.) и разложение макромолекул 
нитратов целлюлозы. При температуре примерно 200–220°C глюкозидные 
кольца и нитрорадикалы плавятся и переходят из твердого в жидкое состояние. Образовавшаяся на поверхности пороха переходная жидковязкая 
область сочетает в себе жидкие, твердые, газои парообразные продукты, 
питающие пародымогазовую зону.

В пародымогазовой зоне происходит процесс физико­химического превращения реагентов при высокой температуре, при этом 
горение происходит как в пламени, так и в тонком слое конденсированной фазы.

В отличие от термического разложения горение характеризуется 

меньшей энергией активации Е = 20–50 кДж/моль, тогда как для 
термического разложения Е = 100–200 кДж/моль. Послойное горение характеризуется стационарным режимом и скоростью горения 
u = 103–102 м/с. Однако до величины u = 103 м/с можно наблюдать 
специфические виды горения, такие как конвективное и дефлаграционное; последнее порой относят к низкоскоростной детонации. 

При скоростях горения выше 103 м/с начинается детонация. Химическое превращение в данном случае распространяется по пороху со 
скоростью, превышающей скорость звука. Ударная волна, двигаясь 
по веществу, сжимает и разогревает его до такой степени, что химические реакции протекают за микросекунды. Высокая температура 
в реакционной зоне обусловливает величину энергии активации, 
близкую к нулю.

Следует отметить, что все виды химического превращения (термическое разложение, горение и детонация) взаимосвязаны. Термораспад может переходить в горение, горение – в детонацию. Горение и детонацию относят к взрывчатым превращениям, характеризующимся 
теплотой, которая определяется мощностью ВВ. Для современных ВВ 
теплота взрывчатого превращения может достигать 13 МДж/кг и выше.

Принципиальное различие между горением и детонацией заключается в механизме передачи энергии от слоя к слою заряда. При 
горении это теплопроводность и диффузия, а при детонации – ударная волна. Кроме того, отличаются эти явления и по направлению 



истечения продуктов превращения: для горения истечение противоположно перемещению фронта горения; для детонации истечение 
продуктов превращения с некоторым запаздыванием совпадает с 
движением детонационного фронта. 

Пороха и РТТ, согласно военно-техническому определению, составляют группу метательных ВВ, основным видом взрывчатого превращения которых при выстреле из ствольного оружия и при работе 
ракетного двигателя является горение – процесс физико­химического превращения с умеренной и регулируемой скоростью (в отличие от взрыва и детонации) с образованием газообразных и конденсированных продуктов, сжатых при высокой температуре в малом 
объеме камеры сгорания до высоких давлений.

1.1.2. ПОРОха И РаКЕТныЕ ТВЕРДыЕ ТОПЛИВа В СИСТЕмЕ 

ОбщЕй КЛаССИФИКаЦИИ ВзРыВчаТых ВЕщЕСТВ

Взрывчатыми веществами снаряжают боеприпасы различных типов: ракеты, снаряды, мины, торпеды, авиационные и глубинные бомбы и др. ВВ являются основным средством, обеспечивающим поражение живой силы, боевой техники и разрушение военных объектов 
противника. 

Для доставки боеприпасов до цели используются метательные 

системы, снаряженные пороховыми зарядами, и ракетные системы 
с зарядами ракетного твердого топлива. Продукты горения пороха и 
РТТ сообщают снаряду или ракете скорость, необходимую для их 
переброски на дальние расстояния или поражения быстродвижущейся цели. Выстрел из артиллерийского орудия с момента удара бойка 
по капсюльной втулке до разрыва снаряда от действия взрывателя у 
цели можно представить как связанные друг с другом чередующиеся 
в определенной последовательности процессы взрыва и горения: от 
удара бойка взрывается ударный состав из инициирующего ВВ в капсюльной втулке, луч огня от капсюльной втулки передается основному воспламенителю из дымного пороха и зажигает его, продукты 
горения воспламенителя вызывают горение метательного порохового заряда, сопровождающееся образованием большого количества 
пороховых газов, которые, расширяясь, приводят в движение снаряд. 
Снаряд вылетает из ствола орудия и в конце полета поражает цель, 
разрываясь или пробивая ее. 

Пороха и твердые топлива используются в противотанковых и 

зенитных управляемых ракетах, ракетах оперативно­тактического 
назначения, межконтинентальных ракетных комплексах; для осуществления взлета современных истребителей применяются пороховые стартовые ускорители и т.д.

Взрывчатые вещества, пороха и ракетные топлива разнообразны 

по химическому составу, физическим свойствам и агрегатному состоянию. Известно много ВВ, представляющих собой твердые тела, 
менее распространены жидкие ВВ. Газообразные ВВ, например смесь 
метана с воздухом или смесь водорода с кислородом, являются наиболее мощными взрывчатыми смесями. ВВ может быть любая смесь 
горючего с окислителем, способная к превращению с большим экзотермическим эффектом. 

Первым известным и почти единственным ВВ на протяжении  

500 лет был дымный порох, представляющий собой смесь двух горючих (угля и серы) с окислителем (калиевой селитрой).

К взрывчатым химическим соединениям, молекулы которых содержат атомы горючих элементов и кислорода, относятся нитраты 
целлюлозы [C6H7О2(OH)3-n(ONO2)n]x, азотнокислые эфиры многоатомных спиртов, нитроэфиры и нитросоединения ароматических 
углеводородов. 

Наиболее широкое применение нашли следующие соединения: 

глицеринтринитрат (нитроглицерин) C3H5(ONO2)3; диэтиленгликольдинитрат (ДЭГДН) О(C2H4ONO2)2; нитраты целюлозы (нитроцеллюлоза). Из нитросоединений в первую очередь следует назвать тринитротолуол (тротил, тол) C6H2(NO2)3CH3; тринитрофенол (пикриновая кислота) C6H2(NO2)3OH; динитротолуол  
(ДНТ) C6H3(NO2)2CH3. Кроме указанных нитросоединений, широко применяются нитрамины: тринитрофенилметилнитрамин (тетрил) C6H2(NO2)3NCH3NO2; циклотриметилентринитроамин (гексоген) (CH2NNO2)3 и циклотетраметилентетранитроамин (октоген) 
(CH2NNO2)4. У нитроэфиров и нитросоединений все тепло или  
основная его часть при взрыве и сгорании выделяется в результате 
окисления горючих элементов кислородом. Из сравнительно новых 
ВВ интересны нитрофуразаны (3­нитро­1,2,5­оксадиазолы) и нитрофуроксаны.

Взрывчатые вещества, относящиеся по своей химической структуре к одному классу соединений, обладают определенными общими 
свойствами, однако в пределах одного класса химических соединений различия в свойствах ВВ могут быть значительными, поскольку 
они определяются физическими свойствами и структурой вещества. 
Поэтому классифицировать ВВ по их принадлежности к определенному классу химических соединений недостаточно для того, чтобы 
отразить их основные свойства и назначение. 

Взрывчатые вещества классифицируют прежде всего по назначению. В соответствии с этой классификацией все ВВ делятся на три 
основные группы: 

инициирующие;
бризантные;
метательные. 

•
•
•