裝填密度對(duì)發(fā)射藥燃燒性能影響探究*

晁李金, 呂秉峰

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院, 山西　太原　030051)

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裝填密度對(duì)發(fā)射藥燃燒性能影響探究*

晁李金, 呂秉峰

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院, 山西太原030051)

發(fā)射藥；燃燒性能；密閉爆發(fā)器；裝填密度

發(fā)射藥是身管武器的能源，其能量釋放是通過(guò)有規(guī)律的燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了保證武器的高效率正常使用，研究發(fā)射藥的燃燒性能對(duì)武器的射速、精度、安全性等有著十分重要的影響。目前國(guó)內(nèi)外通常采用密閉爆發(fā)器對(duì)火藥燃燒性能進(jìn)行研究[1-2]，然而大部分的研究側(cè)重于藥型和藥方體系的改善[3-5]，如多層發(fā)射藥、包覆藥、低易損性發(fā)射藥等。國(guó)外Robert E.Tompkins等發(fā)現(xiàn)裝填密度從0.1～0.4 g/cm3變化，燃速也有一定的變化[6]。Sharon L.Richardson等做了微型密閉爆發(fā)器[7]，發(fā)現(xiàn)低裝填密度的燃速與高裝填密度的燃速有一定區(qū)別。本文根據(jù)不同的裝藥密度確定發(fā)射藥的質(zhì)量，在9.8 MPa點(diǎn)火壓力下，分析不同裝藥密度對(duì)1#、2#、3#、4#四種發(fā)射藥燃燒性能的影響，對(duì)于發(fā)射藥基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累和實(shí)際裝藥應(yīng)用具有重要意義。

1　試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)樣品

點(diǎn)火藥采用烘干的硝化棉，點(diǎn)火壓力為9.8 MPa，用量的計(jì)算公式為：

(1)

式中：ρ——火藥試樣密度

fb——點(diǎn)火藥火藥力

Pb——點(diǎn)火壓力

V——密閉爆發(fā)器燃燒室體積

mp——火藥試樣裝藥量

αb——點(diǎn)火藥氣體的余容

發(fā)射藥使用1#(DAG15-7/7)、2#(單樟6/7)、3#(RP5-7/7)和4#(SF-3)四種，裝填密度分別為0.12 g/cm3、0.16 g/m3、0.20 g/cm3，裝藥量按照公式(2)進(jìn)行計(jì)算。

mp=Δ·(V-mbαb)

(2)

式中：mp——發(fā)射藥試樣的裝填量

V——密閉爆發(fā)器燃燒室體積

Δ——發(fā)射藥裝填密度

mb——點(diǎn)火藥量

αb——點(diǎn)火藥氣體的余容

1.2密閉爆發(fā)器實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)按照GJB770B-2005進(jìn)行，密閉爆發(fā)器燃燒室容積為100 cm3，使用高壓密閉爆發(fā)器本體，發(fā)射藥裝填密度為0.12 g/cm3、0.16 g/cm3、0.20 g/cm3，點(diǎn)火壓力為9.8 MPa。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與分析

2.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

(1)根據(jù)p-t原始數(shù)據(jù)計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)數(shù)(dP/dt)；

(2)發(fā)射藥燃燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)Ψi：

(3)

(3)計(jì)算壓力沖量IK：

(4)

(4)計(jì)算燃?xì)獾膭?dòng)態(tài)活度值Li：

(5)

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)密閉爆發(fā)器試驗(yàn)，可得到1#發(fā)射藥的p-t曲線，然后編制程序，按照上述方法對(duì)得到的p-t曲線進(jìn)行處理，結(jié)果如圖1所示。

圖1　1#發(fā)射藥燃燒的特征曲線

圖1(a)為1#發(fā)射藥的p-t曲線，表1為p-t曲線上相關(guān)參數(shù)，可知隨著裝填密度的增加，發(fā)射最大壓力逐漸變大，其p-t曲線越來(lái)越陡，燃燒結(jié)束時(shí)間越早，點(diǎn)火延遲期也相應(yīng)減少。這是因?yàn)殡S著裝填密度的增加，發(fā)射藥釋放氣體、能量均增加，發(fā)射藥著火的同時(shí)性得到改善，燃燒速度增加所致，發(fā)射能量提高，有助于提高彈丸初速。

表1　曲線相關(guān)的參數(shù)

圖1(b)為1#發(fā)射藥的壓力陡度曲線，可以看出隨著裝填密度的增大，壓力陡度也隨之增大，壓力升高的速度與表1中發(fā)射藥的燃燒時(shí)間變化是一致的，是這因?yàn)閴毫ι咚俣仍娇欤l(fā)射藥的燃燒速度越快，燃燒時(shí)間也就越短。此外，拐點(diǎn)出略有變化，主要是因?yàn)橹饡r(shí)間不一致或者藥粒尺寸的均一性較差，發(fā)射藥的燃燒過(guò)程與幾何燃燒定律的假設(shè)不完全相符。

圖1(c)為1#發(fā)射藥的動(dòng)態(tài)活度(L-B)曲線，裝填密度為0.12 g/cm3的發(fā)射藥主燃區(qū)間的變化趨勢(shì)是緩慢下降的,其燃燒漸增性最差,裝填密度為0.16 g/cm3時(shí)其雖有一定的漸增性,但其主燃區(qū)間明顯0.20 g/cm3窄很多，而裝填密度為0.20 g/cm3的主燃區(qū)間很寬，且變化趨勢(shì)是逐漸上升的,其燃燒漸增性效果最好?？梢婋S著裝填密度的增加，燃燒漸增性也提高，也可以利用燃燒漸增性因子進(jìn)行定量分析得到相同結(jié)論，如表2所示。

表2　對(duì)1#發(fā)射藥L-B曲線處理結(jié)果

圖1(d)為1#發(fā)射藥的壓力全沖量曲線，整個(gè)過(guò)程中不同裝填密度下的壓力沖量都幾乎接近，說(shuō)明裝填密度對(duì)其影響不太大，壓力全沖量近似一樣，燃燒過(guò)程遵循正比式燃燒速度函數(shù)。此外對(duì)于其他三種發(fā)射藥實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得到相同的結(jié)論，這里不再贅述。

圖2　時(shí)四種發(fā)射藥的曲線

發(fā)射藥種類積分面積1#火藥0.51602#火藥0.49893#火藥0.52734#火藥0.5361

四種發(fā)射藥的藥燃燒漸增性的強(qiáng)弱順序?yàn)椋?#火藥>1#火藥>3#火藥>4#火藥。在0.16 g/cm3、0.20 g/cm3裝填密度下可得到同樣結(jié)論。

3　結(jié)　論

(1) 隨著裝填密度的升高，四種發(fā)射藥的最大壓力明顯增大，燃燒速度均增大，點(diǎn)火延遲期有一定的減少；

(2) 裝填密度增大，基于L-B曲線的燃燒漸增性得到改善；

[1]金志明.槍炮內(nèi)彈道學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2004:11-19.

[2]溫剛平,廖昕.用密閉爆發(fā)器測(cè)定發(fā)射藥實(shí)際燃速的原理和方法[J].火炸藥學(xué)報(bào),2011,34(03):57-60.

[3]魏倫,王瓊林,劉少武,等.多層發(fā)射藥的燃燒特性[J].火炸藥報(bào),2009,32(02):75-78.

[4]李麗,楊麗俠.低易損性發(fā)射藥點(diǎn)火燃燒性能試驗(yàn)研究[J].彈報(bào),2004,16(04):52-56.

[5]趙軍.新型發(fā)射藥燃燒性能及其影響關(guān)系研究[D].南京:南京理工大學(xué),2006.

[6]Robert E.Tompkins,Roer E.Bowman,Arpad Juhasz. A study on the effects of variablesurface area to volume ratio on closed bomb bum rates[R]. ADA161826, 2005, 10.

[7]Sharon L.Richardson,William F.Oberle. The influence of propellant loading density on computed burn rate in a mini-closed bomb[R]. ADA353540,1998.

[8]呂秉峰,肖忠良,張麗華,等.基于相對(duì)壓力沖量的火藥能量釋放規(guī)律[J].火炸藥學(xué)報(bào)，2008,31(4):57-60.

The Effect of Changing Packing Density on the Combustion Properties of Propellants*

CHAOLi-jin，LVBing-feng

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

propellant; combustion properties; closed bomb; packing density

火炸藥研究基金(No: 404060202)，總裝備部科研基金。

晁李金(1989-),男，碩士，主要從事火藥燃燒性能研究。

TJ55

B

1001-9677(2016)02-0047-03