Для порохов к винтовкам и пулеметам прогрессивность не могла быть обеспечена путем изменения формы пороховых элементов, так как при толщине горящего свода около 0,3 мм нельзя сделать зерно с несколькими каналами. В связи с этим прогрессивность горения тонкосводных пироксилиновых порохов была обеспечена путем флегматизации поверхностного слоя порохового элемента веществами, замедляющими горение.
Идею флегматизации пороха впервые высказал в 1890 г. Д. И. Менделеев, который предложил двухслойный порох с наружным слоем из медленно горящем и внутренним слоем из более быстро горящей массы. Им предложены и несколько технических способов осуществления этой идеи.
Г. П. Киснемский разработал метод флегматизации пороха спиртовым раствором камфоры. С 1908 г. этот способ применяли на всех пороховых заводах России.
Одновременно с флегматизацией все пороха мелких марок стали покрывать графитом для устранения явления электризации пороховых элементов при их трении.
Улучшению состава бездымного пороха и конструкций пороховых зарядов способствовали исследования русских ученых в облает внутренней баллистики и теории горения пороха в начале 20 в.
Много и плодотворно работал в области внутренней и внешней баллистики, а также в области проектирования артиллерийских орудий профессор Артиллерийской академии Н. А. Забудский (1853 - 1917). В 1904 и 1914 гг. он провел экспериментальные стрельбы из специально оборудованных орудий для определения кривых изменения давления в канале ствола и скоростей движения снаряда в зависимости от пути, пройденного им в канале орудия. На основе полученных данных под руководством Н. А. Забудского была создана первая отечественная пушка с зарядом из бездымного пороха (3-дюймовая пушка образца 1902 г.). Впоследствии под его руководством были спроектированы и отработаны все системы калибра от 122 до 203 мм, принятые на вооружение в 1909-1910 гг. Высокую оценку Арткома ГАУ получила его работа "О давлении газов бездымного пороха в канале пушек".
Важнейшей характеристикой процесса горения порохов является скорость горения, которая зависит от давления, температуры заряда, состава пороха и пр. Зависимость скорости горения от давления называется законом скорости горения.
Г. П. Киснемский и М. П. Дымша провели на Охтинском пороховом заводе более двухсот опытов по изучению влияния на баллистические характеристики пироксилинового пороха содержания в нем летучих веществ и азота, температуры порохового заряда, толщины горящего свода, плотности заряжания и других факторов. По результатам опытов они вывели эмпирические зависимости (формулы ИКОПЗ), которые использовались для подбора массы заряда.
И. М. Чельцов и С. П. Вуколов в Научно-технической лаборатории Морского ведомства первыми провели опыты по изучению процесса горения пороха в манометрической бомбе с учетом теплоотдачи и предложили эмпирическую двучленную формулу закона скорости горения для пироколлодийного пороха.
И. П. Граве (1874 - 1960), один из создателей советской научной школы внутренней баллистики, теоретически и экспериментально исследовал закон скорости горения и давления при сжигании пироксилинового пороха в манометрической бомбе. Обобщив экспериментальные данные, он вывел в 1903 г. уравнение закона скорости горения, подтвердившее формулу И. М. Чельцова и С. П. Вуколова.
Большое значение имели работы профессора Г. А. Забудского. Он провел анализ состава продуктов горения различных порохов, исследовал законы скорости горения и давления для бездымного пороха разных образцов. Известны другие его работы в области внутренней баллистики и налаживания производства пироксилина и порохов.
Для развития теории горения пороха большое значение имели исследования А. В. Сапожникова, А. А. Солонина и В. Эннатского. Их опыты в 1913 г. по сжиганию больших масс бездымного пороха (до 10 т одновременно) показали, что с увеличением массы пороха скорость горения значительно возрастает, а при больших массах пороха горение может переходить во взрыв.
В 1899-1903 гг. на Шлиссельбургском частном пороховом заводе было изготовлено 77 827 пудов бездымного пироколлодийного пороха, разработанного в 1890-1894 гг. Д. И. Менделеевым и его учениками И. М. Чельцовым, П. П. Рубцовым, С. П. Вуколовым, Ф.Ю. Ворожейкиным, Н. А. Смирновым и А. А. Григоровичем в Научно-технической лаборатории Морского ведомства. Пироколлодийный порох Д. И. Менделеева был принят на вооружение американским военно-морским флотом в 1897 г., а армией США - в 1899 г. Он производился в огромных количествах на заводах США в период первой мировой войны и тысячами тонн ввозился в Россию.
А на родине Д. И, Менделеева его порох так и не был принят на вооружение армии. В 1909 г. Артком ГАУ принял постановление, в котором говорилось, что "... преимущества пироколлодийного пороха не столь существенные, чтобы переходить к его изготовлению на казенных заводах, которые приспособлены к изготовлению пироксилинового пороха".
Вскоре после русско-японской войны сотрудники Научно-технической лаборатории Морского ведомства С. П. Вуколов и П. П. Рубцов предприняли попытку создать нитроглицериновый порох баллиститного типа без летучего растворителя. Его состав: 66 % нитроцеллюлозы, 26 % нитроглицерина, 7 % централита и 1 % вазелина. Содержание нитроглицерина в этом порохе по сравнению с баллиститом Нобеля значительно уменьшено, а содержание органических охлаждающих добавок увеличено, что позволяет уменьшить температуру пороховых газов и их разгарное действие на канал ствола орудия. Этот путь был использован впоследствии при создании так называемых "холодных" нитроглицериновых порохов баллиститного типа для корабельной артиллерии.
Преимущества порохов баллиститного типа: короткий технологический цикл; возможность изготовления пороховых элементов, особенно одноканальных трубок, точных размеров и с большой толщиной свода; возможность получения порохов различной мощности.
Работы по созданию нитроглицериновых порохов баллиститного типа были возобновлены лишь в конце 20-х и в 30-х гг.
В годы первой мировой войны в русской артиллерии применяли пироксилиновый порох - бездымный, но не беспламенный. В позиционный период войны особенно отрицательно проявлялась пламенность выстрела, из-за которой при стрельбе в ночных условиях обнаруживалось расположение орудий на огневых позициях.
Для устранения пламенности выстрела ГАУ присылало в действующую армию специальные пламегасители в небольших количествах только для гаубичных батарей. Эти пламегасители, снаряженные веществами, снижающими температуру продуктов горения пороха (канифолью, хлористым калием или натрием), вкладывали в гильзы с порохом перед заряжанием гаубицы.
С 1915 г. пламегасящие вещества стали добавлять в состав пороха при его изготовлении, но это не дало желаемых результатов. При стрельбе из 76-мм пушек патронами, снаряженными таким порохом, огневые вспышки были почти такими же, как при стрельбе обычным бездымным порохом, а рассеивание снарядов вследствие неравномерного горения боевого заряда значительно увеличилось. Не дали положительных результатов также и опыты по устранению пламенности выстрела за счет уменьшения толщины ленточного пороха.
Положительные результаты были получены в 1916-1917 гг. Г. П. Киснемским, который создал беспламенный порох, применив для его изготовления пироксилин с уменьшенным содержанием азота.
4. Пороха и заряды
После русско-японской войны на вооружение русской артиллерии были приняты новые полевые системы: легкая 76-мм горная пушка образца 1909 г., 122-мм гаубица образца 1909 г., 122-мм гаубица образца 1410 г., 152-мм гаубица образца 1910 г. Новые системы имели высокие по тому времени тактико-технические данные и не уступали аналогичным образцам германской и австро-венгерской армий в дальности стрельбы (до 8-13 км), скорострельности (2-К) выстрелов в минуту), по массовым характеристикам, орудий в боевом положении (М)0-2500 кг) и снарядов (6,5-41 кг).
Перед войной 1914-1917 гг. Россия располагала 7038 орудиями. Основным видом артиллерии были 76-мм орудия. На вооружении армии состояло 5480 легких, 432 конных. 426 горных 76-мм орудий, т. е. всего 6338 орудии.
В вооруженных силах России использовались в общей сложности 115 различных артиллерийских систем. Для них были разработаны пороха соответствующих марок и конструкции зарядов.
Для изготовления зарядов сухопутной артиллерии и стрелкового оружия промышленность выпускала пироксилиновые пороха 30 марок. Для снаряжения винтовочных и пулеметных патронов использовали пластинчатый порох марок Р, В, ВЛ с пороховыми зернами толщиной 0,12-0,36 мм, шириной 0,5-1,5 мм и длиной 0,7-1,8 мм.
Пороха марок В и ВЛ применяли также в боевых зарядах 76-мм зенитных пушек, установленных на автомобиле, в 76-мм противоштурмовых пушках при стрельбе гранатами и шрапнелями, а также в зарядах 20-мм бомбометов и 58-мм минометов типа ФР.
Для других зарядов к орудиям наземной артиллерии калибром от 76 до 355 мм применяли ленточные пороха следующих марок: Г, Пз, МСК, СГ1, СГ2, Г1-48, Г1-48 тонкий, Г1-48 толстый, ПКО, Г12 спиральный, Г6 тонкий, Г6, толстый, СБ, СП, КО, Б9, С12, КО200, Б11_н, Б6, СБ6, С120, Б11_с, Б10-11, Б12. Наиболее часто использовали порох марки ПКО в боевых зарядах к 76-мм батарейным, легким и конным пушкам, 76-мм противоаэропланным пушкам системы Гельвиха, а также в зарядах многих крепостных и береговых орудий среднего и крупного калибров. Порох марки СГ1 применяли в зарядах к 76-мм скорострельным пушкам образца 1904 г. и в 76-мм противоштурмовых пушках при стрельбе гранатами и шрапнелями. Порохом марки СГ2 снаряжали боевые заряды к 76-мм горным скорострельным пушкам образца 1909 г. Боевые заряды к 107-мм полевым скорострельным пушкам образца 1910 г. снаряжали ленточным порохом марки С12.