加速老化作用下發射藥的內彈道性能研究

張艷明，羅興柏，劉國慶，甄建偉，陳言坤

（軍械工程學院，河北石家莊050003）

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加速老化作用下發射藥的內彈道性能研究

張艷明，羅興柏，劉國慶，甄建偉，陳言坤

（軍械工程學院，河北石家莊050003）

摘要：為研究發射藥內彈道性能隨著儲存時間增長的變化，通過高溫加速老化試驗的方法模擬得到不同儲存時間的發射藥。利用密閉爆發器裝置對不同老化時間下的11/7發射藥、7/14發射藥的內彈道參數進行測試，得到發射藥燃燒過程中壓強隨時間以及燃速隨壓強的變化過程。試驗結果表明隨著老化時間的增長，發射藥的最大膛壓越高；發射藥老化時間越長，在相同的壓強下發射藥燃速越大。但是不同老化時間發射藥的最大膛壓值及燃燒值相差幅度不大。

關鍵詞：發射藥；高溫加速老化；內彈道性能；存儲時間

0　引言

發射藥自身含有氧化和可燃成分，在一定的能量激發下能夠有規律地燃燒，同時釋放氣體和熱[1-2]。它是彈藥的重要元件之一，為彈藥的發射提供動力，為保障在戰爭發生時彈藥動力，各國都儲備了大量的發射藥。發射藥在儲存過程中其物理化學性能如尺寸、力學性能、爆熱、安定劑含量、硝化棉含量、揮發分含量等會隨著儲存時間而改變，到了一定的儲存年限，發射藥會由于性能下降無法滿足使用要求[3]。如果繼續使用失效的發射藥會導致武器性能下降，無法滿足戰場要求，更嚴重的情況可能直接導致炸膛等事故[4-6]；如果將未失效的發射藥提前進行銷毀，一方面造成發資源的浪費，另外銷毀發射藥還會污染環境。因此，準確判斷發射藥是否失效意義重大。判斷發射藥是否失效的一個重要標準是發射藥能否滿足內彈道性能，對于發射藥來說，發射藥的燃速和燃速壓力指數是表征其內彈道特征的兩個參數。為了確保發射過程中火炮及人員的安全性，發射藥的燃速須服從幾何燃燒規律，膛內的壓力不能過大而且燃速對壓力的敏感性較小。因此，發射藥的內彈道性能可通過測量發射藥的壓強隨時間變化過程和燃速隨壓強變化的過程來研究。

1　發射藥老化方法

加速老化試驗能夠在較短的時間內使樣品的性能達到長儲的狀態。本文為減小其他因素對發射藥內彈道性能的影響，選取的發射藥為同一批次，儲存時間、地點一致的發射藥。高溫加速老化試驗是將試驗用品放到一定的溫濕度環境之下，定期取出樣品，對其進行觀測和相關數據的測量，通過對所得數據進行處理，從而得到樣品參數隨時間的變化規律。高溫加速老化試驗的設備由恒溫箱、控溫系統和專用試管3部分組成。確定老化溫度是比較關鍵的一步，選擇的溫度應滿足3個原則：

1）試驗所選溫度應盡可能靠近正常的發射藥存儲溫度，同時必須考慮溫度對試驗時間的影響。

2）所確定的老化溫度最大值必須保證發射藥在此溫度下不會發生燃爆，在此溫度下如果發射藥的失效機理不變，則盡量選擇最大加速效果的溫度。

3）為了保證試驗結果的可靠性，同時提高試驗的效率，一般選取5～8個試驗點。

文獻[7]對硝酸酯火藥在5個溫度點進行了高溫加速老化試驗，根據硝酸酯火藥老化分解速度的溫度系數和低溫試驗統計結果，提出單溫度（65℃）短周期預測硝酸酯火藥安全儲存壽命的方法，該方法滿足以上3個方面的選擇原則。因此，本文發射藥的加速老化溫度選為65℃。

2　發射藥內彈道性能測試方法

根據國軍標，發射藥的內彈道性能是通過密閉爆發器試驗的微分壓力法來測定的。密閉爆發器是研究火藥在定容條件下燃燒時壓力變化規律的一種測試系統，其結構如圖1[8]所示。密閉爆發器上的壓電式傳感器用于測量氣體壓強，當發射藥點燃之后其燃燒產生的氣壓作用于傳感器，壓電傳感器產生的電荷在電阻兩端產生的壓降正比于發射藥燃氣壓力的微分值，因此，發射藥燃氣壓強的變化情況可以通過此傳感器的電流變化量來確定，通過相關的信號采集裝置及數據處理，最后得出發射藥的t-p曲線和p-v曲線，從而對發射藥內彈道示性參數隨時間的變化規律進行分析。

1）接通電源；

2）清洗密閉爆發器并控制壁溫，將溫度控制在（20±1）℃；

3）安裝傳感器；

4）用棉線纏好點火藥包，點火藥量按下式確定：

式中：w——點火藥量；

V——密閉爆發容積；

Δ——裝填密度；

圖1　密閉爆發器

ρ——火藥密度；

首先，各國已加速推進核安保工作。阿根廷和波蘭在2016—2018年完成本國所有高濃鈾的轉移(即將這些高濃鈾運回其原產國)或處置工作，使自2012以來完全消除本國境內可用于制造武器的核材料的國家達到10個。另外8個國家分別是奧地利、捷克、匈牙利、墨西哥、瑞典、烏克蘭、烏茲別克斯坦和越南。因此，擁有1千克或更多武器核材料的國家已從2012年的32個減少至目前的22個。

P——點火壓力；

f——點火藥火藥力。

5）將點火藥包和試樣置于密閉爆發器相應位置；

6）接通點火線路；

7）記錄數據；

8）拆卸并清洗爆發器。

3　試驗

3.1試驗過程

取老化時間分別為0，39，78 d的相同質量的11/7和7/14發射藥進行密閉爆發器試驗，記錄相關參數的變化規律。

3.2試驗結果

通過密閉爆發器試驗得到11/7發射藥和7/14發射藥的t-p曲線和p-v曲線，如圖2～圖5所示。

圖2　11/7發射藥加速老化后的壓力-時間曲線

3.3試驗結果分析

1）分析圖2和圖4可得發射藥隨著老化時間的增長，在同一時間點其燃燒產生的氣體壓強越大；發射藥老化時間越長，最大膛壓越大，但是最大膛壓之間的相差值不大。

圖3　11/7發射藥加速老化后的壓力-燃速曲線

圖4　7/14發射藥加速老化后的壓力-時間曲線

圖5　7/14發射藥加速老化后的壓力-燃速曲線

2）分析圖3和圖5可以看出發射藥隨著老化時間的增長，在相同壓強下，燃速越高，但是燃速之間的值相差不大。

3）以往的火炮發射試驗[9-11]結果表明，長時間儲存后的發射藥在發射過程中最大膛壓會增大，甚至可能導致膛炸事故的發生。產生這兩種不同結論的原因是試驗方法的不同，從密閉爆發器進行試驗的原理和其自身結構來看，在進行試驗時發射藥點火能量小，發射藥在燃燒過程中不會受到大的沖擊和擠壓，因此不會發生特別嚴重的破碎，不會引起膛壓驟增。而在真實的發射過程中膛內產生的高溫、高速、高壓氣體作用于發射藥，發射藥之間會形成擠壓應力并與彈底和膛壁發生碰撞導致發射藥破碎。燃燒面積增加，最終使得膛壓驟增。

4　結束語

通過對不同老化時間下的11/7、7/14發射藥進行密閉爆發器試驗，發現隨著老化時間的增長，發射藥燃燒產生的最大膛壓越高；在相同的壓強下，老化時間越長的發射藥其燃速越高。但不管是最大膛壓值，還是燃速值，它們增加的幅度都不大。這與以往的火炮發射試驗研究結果存在一定差距，導致差距的原因主要是試驗方法不同，即密閉爆發器的燃燒環境與真實發射過程的內彈道環境存在一定的差別，在進行密閉爆發器試驗時發射藥之間不會出現因發射藥擠壓破碎導致膛壓驟增的情況。

參考文獻

[1]王澤山.含能材料概論[M].哈爾濱：哈爾濱工業出版社，2005：135.

[2]蕭忠良，王澤山.發射藥科學技術總體認識與理解[J].火炸藥學報，2004，27（3）：1-6.

[3]茍勇強，羅興柏，張建禮.發射藥安全貯存壽命預測技術[J].四川兵工學報，2009，30（4）：105-107.

[4]芮筱亭，贠來峰，沙南生，等.發射藥裝藥發射安全性評定技術的研究進展[J].兵工學報，2005，26（5）：690-696.

[5]贠來峰.發射裝藥發射安全性評定方法研究[D].南京：南京理工大學，2008.

[6]芮筱亭，贠來峰，王國平，等.彈藥發射安全性導論[M].北京：國防工業出版社，2009：11-12.

[7]衡淑云，韓芳，張林軍，等.硝酸酯火藥安全貯存壽命的預估方法和結果[J].火炸藥學報，2006（4）：71-76.

[8]金志明.槍炮內彈道學[M].北京：北京理工大學出版社，2004：12-13.

[9]李國良，朱國清.火炸藥與火工品[M].石家莊：中國人民解放軍軍械技術學院，1984：12.

[10] LIU Z R，HENG S Y，XIE J J. Estimation of reliable storage life of ballistics for a single-propellant based on acceleration test[C]∥ICRM S2nd Beijing：Chinese Association for Applied Statistics，1994：611-618.

[11]曹營軍，杜仕國，韓其文.火藥性能對膛壓及初速的影響研究[J].火炸藥學報，2002（1）：10-12.

（編輯：劉楊）

Study of interior ballistics property of propellant under accelerated ageing

ZHANG Yanming，LUO Xingbai，LIU Guoqing，ZHEN Jianwei，CHEN Yankun
（Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China）

Abstract:In order to study the interior ballistics properties changing of propellants as the storage time goes，the propellants are attained by high temperature accelerated ageing tests. Interior ballistics properties of 11/7 and 7/14 propellants are tested by manometric bomb under different storage time，the pressure via time and burning rate via pressure changing procedure are got. The test results show that the value of max pressure and burning rating under same pressure increase as the storing times goes，but increment amplitude is small.

Keywords:propellant；high temperature accelerated ageing；interior ballistics property；storage time

作者簡介：張艷明（1989-），男，河北石家莊市人，碩士研究生，專業方向為彈藥技術與保障研究。

收稿日期：2015-03-13；收到修改稿日期：2015-05-04

doi：10.11857/j.issn.1674-5124.2016.01.030

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5124（2016）01-0138-03