點火藥量對發射藥燃燒性能的影響

晁李金,呂秉峰

(中北大學 化工與環境學院,太原　030051)

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點火藥量對發射藥燃燒性能的影響

晁李金,呂秉峰

(中北大學 化工與環境學院,太原030051)

摘要：以硝化棉(NC)為點火藥，裝藥密度為0.12 g/cm3，編號為1#、2#、3#、4#4種發射藥為研究對象，采用密閉爆發器實驗測試方法，研究點火壓力的改變對發射藥燃燒性能的影響。研究表明：隨著點火壓力的升高，發射藥的點火延遲期和燃燒時間均縮短；點火壓力越高，基于L-B曲線的燃燒漸增性也更好；4種發射藥基于曲線的燃燒漸增性強弱順序為4#>1#>2#>3#。

關鍵詞：發射藥；燃燒性能；密閉爆發器；點火壓力

Citation format:CHAO Li-jin，LYU Bing-feng.Effect of Changing Ignition Dosages on Combustion Properties of Propellants[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(3):126-128.

發射藥的燃燒性能對身管武器系統的初速、射程和精度等基本性能甚至安全性能有直接影響，而點火是發射藥燃燒的起始條件，如何有效地控制點火藥量以提高發射藥燃燒性能更為重要。目前國內外對發射藥燃燒性能的研究通常采用密閉爆發器測試技術[1]和中止燃燒實驗[2]方法，同時也對一些新型的點火方式進行深入研究[3-6]，如含能材料的激光點火、等離子體點火、微波點火等。至于常規點火，陳偉等對點火藥量和戰斗部威力進行了研究[7]，趙寶明等針對多層發射藥的配方和特點，進行了點火藥篩選的研究[8]，但是還未見點火藥量和發射藥燃燒性能關系的研究報道。本研究根據不同的點火壓力，確定NC質量，分析NC藥量的改變對裝藥密度為0.12 g/cm3的1#、2#、3#、4#4種發射藥燃燒性能的影響，對于發射藥基礎數據的積累和實際裝藥應用具有重要意義。

1實驗部分

1.1實驗樣品

發射藥采用DAG15-7/7(1#)、單樟6/7(2#)、RP5-7/7(3#)和SF-3(4#)，4種發射藥裝藥量的計算公式為

(1)

式中：Δ為發射藥裝填密度；mp為發射藥試樣的裝填量；V為密閉爆發器燃燒室體積；mb為點火藥量；αb為點火藥氣體的余容。點火藥采用烘干的2號硝化棉，以點火壓力為依據，具體用量的計算公式為

(2)

其中:ρ為火藥試樣密度； fb為點火藥火藥力；Pb為點火壓力；V為密閉爆發器燃燒室體積；mp為火藥試樣裝藥量；αb為點火藥氣體的余容。

1.2密閉爆發器實驗

密閉爆發器燃燒室容積為100 cm3，試驗按照GJB770B—2005進行，使用高壓密閉爆發器本體，發射藥裝填密度為0.12 g/cm3，點火壓力分別為5 MPa、9.8 MPa和15 MPa。

2實驗結果處理與分析

2.1實驗數據處理方法[9-11]

根據密閉爆發器實驗測試得到p-t曲線，經過以下處理過程，可得到壓力陡度曲線、L-B曲線以及ψ-I/Iki曲線：

1) 根據p-t原始數據計算各點對應的導數(dP/dt)；

2) 計算發射藥燃燒質量分數ψi

(3)

3) 計算壓力沖量Ik

(4)

4) 計算燃氣的動態活度值Li

(5)

2.2實驗結果分析

按照前述的實驗以及數據處理方法，可得到1#發射藥的p-t曲線，然后編制程序，對得到的 p-t曲線進行處理，處理結果如圖1(a)～圖1(d) 所示。

提取圖1(a)的數據可得表1，并且可知點火壓力的升高，發射藥燃燒時間減少,最大壓力小幅增高,點火延遲和燃燒時間減少。原因是點火能量的升高，發射藥的點火同時性得到改善，發射藥燃燒速度加快。

圖1　1#發射藥燃燒的特征曲線

點火壓力/MPa最大壓力/MPa燃燒結束時間/ms點火延時間/ms燃燒時間/ms5143.114.955.49.559.8151.112.955.17.8515152.99.752.17.55

由圖1(b)，可以看出P/Pm在0.14～1.0范圍內，點火壓力為9.8 MPa和15 MPa時壓力升高速度基本一致，燃燒速度較快且均高于點火壓力為5 MPa的試樣。壓力升高的速度與表1中發射藥的燃燒時間變化一致，是因為壓力升高速度越快，發射藥的燃燒速度越快，燃燒時間越短。

對于圖1(c),5 MPa、9.8 MPa和15 MPa點火壓力下的發射藥主燃燒區間分別是0.26～0.75、0.23～0.74和 0.23～0.77；點火壓力為9.8 MPa和15 MPa時主燃燒區間的起點比較靠前，是因為較高的點火能量作用下，發射藥全面著火所需時間縮短；主燃燒區間的壓力大小為15 MPa>9.8 MPa>5 MPa，點火壓力越高，發射藥的燃燒也就越充分；對燃燒漸增性的數據分析結果如表2所示，不同點火壓力下發射藥燃燒漸增性的強弱順序為15 MPa>9.8 MPa>5 MPa。

表2　對1#發射藥L-B曲線處理結果

對于圖1(d)，5 MPa、9.8 MPa和15 MPa點火壓力下的壓力全沖量分別為489 kPa·s、532 kPa·s、646.5 kPa·s，點火壓力越高，發射藥的壓力全沖量越大，潛在的做功能力越強。對于其他3種發射藥實驗結果可得到相同的結論，這里不再贅述。

綜合分析15 MPa點火壓力下4種發射藥的燃燒性能，結合ψ-I/I′k曲線，I′k是修正后的壓力全沖量,按文獻[10]的方法進行處理。曲線的積分面積可以在一定程度上反映燃燒漸增性的強弱，積分面積越小，漸增性越好。如圖2所示可知：所用4種發射藥的ψ-I/I′k曲線積分面積分別為0.545 2、0.521 7、0.547 5以及0.551 9，因此4種發射藥燃燒漸增性的強弱順序為4#>1#>2#>3#。在5 MPa、9.8 MPa時也可得到此結論。

圖2　點火壓力為15 MPa時4種發射藥的ψ-I/I′k曲線

3結論

1) 隨著點火壓力的升高，4種發射藥的點火延遲期和燃燒時間均縮短，且最大壓力有小幅度升高。

2) 點火壓力越高，燃燒過程中壓力升高速度越快，燃速也越快，發射藥的燃燒分裂點較靠后，基于L-B曲線的燃燒漸增性也更好。

3) 3個點火壓力作用下，4種發射藥基于ψ-I/I′k曲線的燃燒漸增性的順序為4#>1#>2#>3#。

參考文獻：

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[2]張玉成,李強,張江波,等.SF-3發射藥的等離子體點火中止燃燒試驗[J].火炸藥學報,2009,32(03):75-78.

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[11]李煜,趙成文,郭德惠.可燃藥筒的定容燃燒特性[J].火炸藥學報,2009,32(4):75-79.

(責任編輯楊繼森)

Effect of Changing Ignition Dosages on Combustion Properties of Propellants

CHAO Li-jin，LYU Bing-feng

(School of Chemical and Environmental Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China)

Abstract:The influence of the changing ignition pressure on the combustion properties was researched. The experiment was carried out by the closed bomb test using four kinds of propellants(1#、2#、3#、4#)and nitrocellulose (NC) as ignition composition with the charging density of 0.12 g/cm3. The results show: the propellant ignition delay and combustion time is shortened with the increase of ignition pressure; Under higher ignition pressure, progressive burning based on the dynamic activity curve is also strengthened; The progressive burning order based on curves of the four propellants is 4#>1#>2#>3#.

Key words:propellant; combustion property; closed bomb; ignition pressure

文章編號：1006-0707(2016)03-0126-03

中圖分類號：TJ55

文獻標識碼：A

doi:10.11809/scbgxb2016.03.030

作者簡介：晁李金(1989—)，男，碩士，主要從事火藥燃燒性能研究。

基金項目：火炸藥研究基金(404060202)

收稿日期：2015-09-22；修回日期：2015-09-30

本文引用格式：晁李金,呂秉峰.點火藥量對發射藥燃燒性能的影響[J].兵器裝備工程學報，2016(3):126-128.

【化學工程與材料科學】