点火药量对发射药燃烧性能的影响

晁李金,吕秉峰

(中北大学 化工与环境学院,太原　030051)



点火药量对发射药燃烧性能的影响

晁李金,吕秉峰

(中北大学 化工与环境学院,太原030051)

摘要：以硝化棉(NC)为点火药，装药密度为0.12 g/cm3，编号为1#、2#、3#、4#4种发射药为研究对象，采用密闭爆发器实验测试方法，研究点火压力的改变对发射药燃烧性能的影响。研究表明：随着点火压力的升高，发射药的点火延迟期和燃烧时间均缩短；点火压力越高，基于L-B曲线的燃烧渐增性也更好；4种发射药基于曲线的燃烧渐增性强弱顺序为4#>1#>2#>3#。

关键词：发射药；燃烧性能；密闭爆发器；点火压力

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.

发射药的燃烧性能对身管武器系统的初速、射程和精度等基本性能甚至安全性能有直接影响，而点火是发射药燃烧的起始条件，如何有效地控制点火药量以提高发射药燃烧性能更为重要。目前国内外对发射药燃烧性能的研究通常采用密闭爆发器测试技术[1]和中止燃烧实验[2]方法，同时也对一些新型的点火方式进行深入研究[3-6]，如含能材料的激光点火、等离子体点火、微波点火等。至于常规点火，陈伟等对点火药量和战斗部威力进行了研究[7]，赵宝明等针对多层发射药的配方和特点，进行了点火药筛选的研究[8]，但是还未见点火药量和发射药燃烧性能关系的研究报道。本研究根据不同的点火压力，确定NC质量，分析NC药量的改变对装药密度为0.12 g/cm3的1#、2#、3#、4#4种发射药燃烧性能的影响，对于发射药基础数据的积累和实际装药应用具有重要意义。

1实验部分

1.1实验样品

发射药采用DAG15-7/7(1#)、单樟6/7(2#)、RP5-7/7(3#)和SF-3(4#)，4种发射药装药量的计算公式为

(1)

式中：Δ为发射药装填密度；mp为发射药试样的装填量；V为密闭爆发器燃烧室体积；mb为点火药量；αb为点火药气体的余容。点火药采用烘干的2号硝化棉，以点火压力为依据，具体用量的计算公式为

(2)

其中:ρ为火药试样密度； fb为点火药火药力；Pb为点火压力；V为密闭爆发器燃烧室体积；mp为火药试样装药量；αb为点火药气体的余容。

1.2密闭爆发器实验

密闭爆发器燃烧室容积为100 cm3，试验按照GJB770B—2005进行，使用高压密闭爆发器本体，发射药装填密度为0.12 g/cm3，点火压力分别为5 MPa、9.8 MPa和15 MPa。

2实验结果处理与分析

2.1实验数据处理方法[9-11]

根据密闭爆发器实验测试得到p-t曲线，经过以下处理过程，可得到压力陡度曲线、L-B曲线以及ψ-I/Iki曲线：

1) 根据p-t原始数据计算各点对应的导数(dP/dt)；

2) 计算发射药燃烧质量分数ψi

(3)

3) 计算压力冲量Ik

(4)

4) 计算燃气的动态活度值Li

(5)

2.2实验结果分析

按照前述的实验以及数据处理方法，可得到1#发射药的p-t曲线，然后编制程序，对得到的 p-t曲线进行处理，处理结果如图1(a)～图1(d) 所示。

提取图1(a)的数据可得表1，并且可知点火压力的升高，发射药燃烧时间减少,最大压力小幅增高,点火延迟和燃烧时间减少。原因是点火能量的升高，发射药的点火同时性得到改善，发射药燃烧速度加快。

图1　1#发射药燃烧的特征曲线

点火压力/MPa最大压力/MPa燃烧结束时间/ms点火延时间/ms燃烧时间/ms5143.114.955.49.559.8151.112.955.17.8515152.99.752.17.55

由图1(b)，可以看出P/Pm在0.14～1.0范围内，点火压力为9.8 MPa和15 MPa时压力升高速度基本一致，燃烧速度较快且均高于点火压力为5 MPa的试样。压力升高的速度与表1中发射药的燃烧时间变化一致，是因为压力升高速度越快，发射药的燃烧速度越快，燃烧时间越短。

对于图1(c),5 MPa、9.8 MPa和15 MPa点火压力下的发射药主燃烧区间分别是0.26～0.75、0.23～0.74和 0.23～0.77；点火压力为9.8 MPa和15 MPa时主燃烧区间的起点比较靠前，是因为较高的点火能量作用下，发射药全面着火所需时间缩短；主燃烧区间的压力大小为15 MPa>9.8 MPa>5 MPa，点火压力越高，发射药的燃烧也就越充分；对燃烧渐增性的数据分析结果如表2所示，不同点火压力下发射药燃烧渐增性的强弱顺序为15 MPa>9.8 MPa>5 MPa。

表2　对1#发射药L-B曲线处理结果

对于图1(d)，5 MPa、9.8 MPa和15 MPa点火压力下的压力全冲量分别为489 kPa·s、532 kPa·s、646.5 kPa·s，点火压力越高，发射药的压力全冲量越大，潜在的做功能力越强。对于其他3种发射药实验结果可得到相同的结论，这里不再赘述。

综合分析15 MPa点火压力下4种发射药的燃烧性能，结合ψ-I/I′k曲线，I′k是修正后的压力全冲量,按文献[10]的方法进行处理。曲线的积分面积可以在一定程度上反映燃烧渐增性的强弱，积分面积越小，渐增性越好。如图2所示可知：所用4种发射药的ψ-I/I′k曲线积分面积分别为0.545 2、0.521 7、0.547 5以及0.551 9，因此4种发射药燃烧渐增性的强弱顺序为4#>1#>2#>3#。在5 MPa、9.8 MPa时也可得到此结论。

图2　点火压力为15 MPa时4种发射药的ψ-I/I′k曲线

3结论

1) 随着点火压力的升高，4种发射药的点火延迟期和燃烧时间均缩短，且最大压力有小幅度升高。

2) 点火压力越高，燃烧过程中压力升高速度越快，燃速也越快，发射药的燃烧分裂点较靠后，基于L-B曲线的燃烧渐增性也更好。

3) 3个点火压力作用下，4种发射药基于ψ-I/I′k曲线的燃烧渐增性的顺序为4#>1#>2#>3#。

参考文献：

[1]温刚平,廖昕.用密闭爆发器测定发射药实际燃速的原理和方法[J].火炸药学报,2011,34(3):57-60.

[2]张玉成,李强,张江波,等.SF-3发射药的等离子体点火中止燃烧试验[J].火炸药学报,2009,32(03):75-78.

[3]韩海涛.激光点火关键技术研究[D].太原：中北大学，2013.

[4]刘强,张玉成,张江波,等.等离子体点火对高能硝胺发射药点火性能影响研究[J].火工品，2014(4):28-32.

[5]PETER R L,FRANCIS S B.Initiation of Propellants[P].USP:6152039,2010-06-22.

[6]KASTE P.Analysis of Burning Rate Phenomena and Extinguished Solid Propellants from an Interrupted Closed Bomb with Plasma Igniter [J].IEEE Transaction On Magnetics,2001,37(1):173-177.

[7]陈伟,郑宇,王晓鸣,等.点火药药量对爆炸能量输出影响的试验研究[J].爆破器材,2013,42(4):10-13.

[8]赵宝明,李先,刘来东,等.适用于RGD7A基三层发射药的点火药[J].爆破器材,2015,44(3):51-54.

[9]金志明.枪炮内弹道学[M].北京：北京理工大学出版社,2004.

[10]吕秉峰,肖忠良,张丽华,等.基于相对压力冲量的火药能量释放规律[J].火炸药学报，2008,31(4)：57-60.

[11]李煜,赵成文,郭德惠.可燃药筒的定容燃烧特性[J].火炸药学报,2009,32(4):75-79.

(责任编辑杨继森)

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

文章编号：1006-0707(2016)03-0126-03

中图分类号：TJ55

文献标识码：A

doi:10.11809/scbgxb2016.03.030

作者简介：晁李金(1989—)，男，硕士，主要从事火药燃烧性能研究。

基金项目：火炸药研究基金(404060202)

收稿日期：2015-09-22；修回日期：2015-09-30

本文引用格式：晁李金,吕秉峰.点火药量对发射药燃烧性能的影响[J].兵器装备工程学报，2016(3):126-128.

【化学工程与材料科学】