由密闭爆发器实验数据分析变燃速发射药的燃烧渐增性

为进一步研究变燃速发射药的燃烧渐增性,提出了一种利用密闭爆发器实验数据描述发射药能量释放规律的数学物理模型。通过密闭爆发器实验,研究了一种中心开孔式双层硝胺变燃速发射药试样的燃烧渐增性。结果表明,所提出的数学物理模型可以用来定量地判断发射药燃烧的渐增性强弱;所研制的硝胺发射药显示出了渐增性燃烧的特点,并且可以通过调节配方和药型尺寸,达到调节控制其燃烧渐增性的效果。

NG含量对改性单基药燃烧渐增性的影响

以D-5/7单基发射药为基药,恒定聚酯含量,调节硝化甘油(NG)加入量,制备了4种改性单基药样品。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、密闭爆发器和14.5 mm口径弹道枪试验,研究了NG的加入量对改性单基药的燃烧渐增性的影响。结果表明,NG的加入量越大,其渗透度越深,改性单基药的燃烧渐增性越好,弹丸初速越快。与D-5/7单基发射药相比,样品E4(NG的加入量为12%)的弹丸初速提高82.5 m.s-1,提高幅度为8.35%。

内外层燃速比对层状发射药燃烧渐增性的影响

为研究内外层燃速比对层状发射药燃烧渐增性的影响,建立了方片状层状发射药和圆饼片状层状发射药气体生成猛度与已燃发射药质量分数的理论表达式,将内外层燃速比对燃气生成的因素进行了理论分析。在几何燃烧定律的条件下,以初始尺寸及宽厚比、密度比等为基本参量,分别推导了层状发射药的Γ-Ψ与Γ-z表达式,得到不同内外层燃速比对应的燃烧曲线,并对比分析。通过调整内外层燃速比,可以有效地控制层状发射药在不同时期的气体生成速率,从而确定合理的内外层燃速参数。

一种基于密闭爆发器试验的发射药燃烧渐增性定量评价方法

通过对比分析发射药膛内动态燃烧和密闭爆发器静态燃烧过程,发现一种理想的发射药应具备特殊的燃烧猛度分布。通过分析理想发射药和实际发射药燃烧猛度分布的差异,提出了一种基于密闭爆发器试验的发射药静态燃烧渐增性定量评价方法,评价结果与动态试验结果具有良好的一致性。

药型尺寸对变燃速发射药燃烧渐增性的影响

采用经典密闭爆发器的方法，研究变燃速发射药的药型尺寸与燃烧渐增性的关系。分析了不同配方、药型尺寸变燃速发射药的燃烧实验p-t曲线、L-B曲线特征，得出了配方、药型尺寸对变燃速发射药的燃烧性能影响规律。研究结果表明：在变燃速发射药内外层配方和层厚度确定时，长径比对燃烧渐增性的影响较为明显，发射药药粒长径比越大，燃烧渐增性越好；对双层结构的变燃速发射药，在一定长径比范围内（1．5／1—2．0／1）适当增加阻燃层中高分子含量有利于改善燃烧渐增性。

粘结压实药柱解体及渐增性燃烧性能的中止实验研究

为研究粘结压实药柱的解体与强度之间的关系及表层处理方法对解体与燃烧渐增性能的影响,分别采用升温直接压实法及乙醇/丙酮高温热蒸汽软化法将预处理后的太根小粒药压实成高密度药柱,再进行表层处理,得到待测的压实药柱样品,利用材料试验机测试样品的常温压缩力学性能;进行中止燃烧实验,并用数据采集系统记录燃烧中止前燃烧室内的压力-时间曲线,分析样品的解体及渐增性燃烧性能。与升温直接压实法相比,高温醇酮蒸汽软化法制得的样品压缩力学性能增强,药粒分裂、解体相对压力区间展宽,燃烧较为平稳。经表层钝感处理后的样品,起始动态活性明显降低。结果表明:高温醇酮蒸汽软化法制得的样品在保持一定力学性能时内层药粒易于分裂。选择合理的表层处理方法能较好抑制粘结压实药柱起始阶段的动态活性,解体过程能得到较好的控制,具有较好的燃烧渐增性。

一种低烧蚀高渐增性发射药的研究

采用"浸渍-钝感"工艺制得改性单基发射药。用烧蚀管试验表征了该发射药的烧蚀。采用密闭爆发器研究了该发射药的静态燃烧性能,以857-30 mm制式弹道炮研究了发射药在膛内的动态内弹道性能。结果发现,与制式单基发射药相比较,制得的改性单基发射药的烧蚀量降低了16.4%,燃烧渐增因子Pr由0.035提高到0.445,初速从856.6 m.s-1提高到941.3 m.s-1,提高了9.8%,显示该发射药具有高燃烧渐增性、低烧蚀的特点。

增能钝感单基药的燃烧特性

为了优化单基药的弹道性能,对其进行了改性研究。对11/7单基药进行硝化甘油浸渍及聚酯类材料阻燃处理,得到一种增能钝感单基药。利用点火试验装置及密闭爆发器对该类型发射药进行了点火及燃烧性能试验,点火试验结果表明:与原单基药对比,增能后的发射药点火延迟时间从5.8ms缩短到4.1ms,增能钝感后的发射药点火延迟时间从5.8ms延长到45.5ms以上;密闭爆发器试验中增能钝感前后发射药燃烧时间与点火试验中点火延迟时间的变化趋势相同(原单基药为9.5ms,增能后为8.5ms,增能钝感后为10.86ms以上),增能后的发射药与原单基药相比具有一定的渐增性燃烧特性。

多层发射药的燃烧特性

利用已建立的圆环状多层发射药燃烧模型得到多层发射药的理论燃烧猛度Г-ψ曲线，并通过密闭爆发器实验测试了不同结构的多层发射药的静态燃烧性能，讨论了结构对多层发射药燃烧渐增性的影响。结果表明，火药燃去量处于0．2～0．8时，实验L-B曲线与理论Г-ψ曲线之间有着相同的变化趋势；过大（或过小）的内外层燃速比K和缓燃层厚度比X均对多层发射药的燃烧渐增性不利，只有在合理的范围里选择，多层发射药的燃烧渐增性才会呈现增强的趋势；随着药片宽厚比W的增大，多层发射药表现出恒面燃烧的特征，燃烧渐增性变佳。

双层包覆对超多孔发射药燃烧性能的影响

为进一步提高37孔发射药的燃烧渐增性,采用双层包覆工艺对37孔硝基胍发射药进行包覆。通过三维视频、扫描电镜、DSC及定容燃烧测试等方法研究了包覆效果、包覆层与基药的相容性、不同包覆层质量含量及包覆层层数对燃烧性能的影响。结果表明,双层包覆药厚度较为均匀;包覆层和基药相容性良好;在相同包覆层含量8%的条件下,双层包覆药的燃烧增面值较单层包覆药明显提高。双层包覆药的燃烧增面值ΔL随着外包覆层的增加呈先增后降的趋势,在内、外包覆层质量含量均为5%的条件下,燃烧渐增性最大,其ΔL值为0.1431 MPa^-1·s^-1,相对于37孔基药,其燃烧增面值提高了43.53%。

GAP基聚氨酯包覆单基发射药能量与燃烧性能

为改善单基药的燃烧性能,以聚叠氮基缩水甘油醚(GAP)基聚氨酯为包覆材料,采用"预混-喷涂-固化"工艺对4/7单基药进行包覆。采用三维视频显微镜观察了包覆效果。差示扫描量热法研究了GAP基聚氨酯与单基药相容性。通过理论计算和密闭爆发器试验研究了包覆单基药能量和燃烧性能。结果表明,GAP基聚氨酯包覆层厚度较为均一,与单基药粘结良好,且二者相容。GAP基聚氨酯的加入使得发射药火药力和爆温均下降,但火药力降幅明显低于惰性高分子。GAP基聚氨酯包覆单基药具有显著的燃烧渐增性,随着包覆量的增大,渐增性逐渐增强。与单基药相比,包覆量为7.05%、9.67%和11.88%时,包覆单基药的燃烧分裂点相对压力值由0.151分别后移至0.453、0.480和0.489,燃烧渐增因子由0.090分别增大至0.293、0.340和0.358。

NG含量对改性单基发射药燃烧性能的影响

以高氮量5/7单基发射药为基体药粒,通过先浸渍吸收NG、后吸收聚酯钝感剂NA的两步工艺制备出改性单基药,在制备过程中,NA含量恒定,浸渍NG的质量分数为5%、10%和15%,制备出3种NG含量的改性单基药样品RN-a、RN-b和RN-c。采用密闭爆发器试验和30mm弹道炮内弹道试验,研究了NG含量对改性单基药燃烧性能的影响。结果表明,所制备的3种改性单基药样品的燃烧渐增性均优于基体药;在保持最大膛压不增加的情况下,弹丸初速较5/7单基药装药分别提高36.9、91.7和57.4m/s。在制备工艺过程中,通过调节NG的含量,能够改善改性单基药的燃烧性能,实现大幅度提高炮口初速的目的。

EI发射药的燃烧特性

为研究EI发射药的燃烧性能,基于EI发射药的制备过程及药形结构特征,对EI发射药的浸渍层分布、燃烧过程中药型尺寸及能量特性的变化进行了理论分析和实验验证。建立了EI发射药的燃速计算数学模型。制备了NG浸渍量分别为10%和15%的EI-1和EI-2样品。进行了密闭爆发器试验、显微切片照相。结果表明,NG浸渍量为15%时,火药力提高了10.14%,浸渍深度为0.168mm;根据实验数据计算EI发射药的u—p曲线,150MPa前EI发射药的燃速高于单基发射药,在150MPa后两者重合;由L-B曲线知EI-2发射药的燃烧渐增性较好。只要NG浸渍量和聚酯浸渍量配比合适,EI发射药的火药力和燃烧渐增性在一定范围内可以同步增加。

RGD7A基颗粒模压发射药的燃烧性能及机理研究

为探究颗粒模压发射药的燃烧性能,通过中止燃烧实验和密闭爆发器实验,研究了RGD7A基颗粒模压发射药的燃烧解体过程及燃烧渐增性等特征。结果表明:RGD7A基颗粒模压发射药不是按照平行层燃烧;RGD7A基颗粒模压发射药粘结剂含量为3%、5%和8%时,燃烧渐增因子(Pr)由基体药的0.3566分别增大至0.3952、0.4336和0.3624,RGD7A基颗粒模压发射药的燃烧渐增性较基体药有所增强,但粘结剂含量超过一定值时,燃烧渐增性有下降趋势。RGD7A基颗粒模压发射药较难全面同时点火以及各部位的物化性质的差异,导致燃烧结束一致性较差。

横切棒状和包覆粒状发射药混合装药定容燃烧性能

为了研究横切棒状和包覆粒状发射药混合装药的定容燃烧性能,制备了9/19的横切棒状药和含有Ti O2的高分子阻燃太根7/19包覆粒状发射药,对不同混合配比的横切棒状药和包覆粒状发射药进行了密闭爆发器试验,测定了发射药在不同装填密度下的定容燃烧性能,研究了混合比对混合装药定容燃烧性能的影响规律,分析了横切棒状药和包覆粒状发射药共同燃烧相互作用。结果表明:装填密度对发射药混合装药定容燃烧性能产生影响,随着装填密度增加,侵蚀燃烧降低,燃烧渐增性增加。混合比例对混合装药燃烧渐增性产生影响,在装填密度为0.20 g·cm^(-3)和0.32 g·cm^(-3)条件下,横切棒状和包覆粒状发射药获得较佳燃烧渐增性的混合比例分别为4∶6和3∶7。横切棒状药和包覆粒状发射药混合装药燃烧的相互影响主要表现在燃烧前期,横切棒状药改善了包覆粒状发射药的点火;燃烧中后期,横切棒状药和包覆粒状发射药燃烧趋于独立。

双基球扁药中的钝感剂迁移现象及其对燃烧性能的影响

为研究双基球扁药贮存过程中钝感剂的迁移现象,采用显微拉曼技术,表征了经加速老化后小分子钝感剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和高分子钝感剂聚新戊二醇己二酸酯(NA)在双基球扁药中的浓度分布状态;并利用密闭爆发器试验,测试了双基球扁药的燃烧性能。结果表明,在由表及里的一维方向上,钝感剂DBP、NA的浓度呈指数规律变化,符合Fick第二扩散定律;加速老化过程中,在双基球扁药中DBP的迁移是双向的,钝感剂分布的浓度梯度会逐渐降低,扩散深度增加,浓度峰值位置向内偏移,双基球扁药燃烧渐增性能也随之下降;高温会加剧钝感剂的迁移现象,65,75,85℃高温条件下老化10天的球扁药样品,其燃烧渐增性特征值分别为1.3351、1.2917、1.1888;随着温度的升高,双基球扁药的燃烧渐增性能下降幅度也随之加大;而在相同条件下,NA较DBP具有更好的抗迁移特性。

37孔硝基胍发射药单一装药和混合装药的燃烧性能

为了解37孔硝基胍发射药单一装药和混合装药的定容燃烧性能,采用花边形37孔三胍-15发射药为主装药(MC),花边形19孔三胍-15包覆药为辅助装药(B)。通过定容密闭爆发器实验,装填密度为0.20 g·cm-3,在高温(50℃)、常温(20℃)、低温(-40℃)条件下,研究弧厚对单一主装药燃烧性能的影响以及混合比例对混合装药(MC+B)燃烧性能的影响。结果表明,随温度降低,37孔单一主装药侵蚀燃烧现象越明显,燃烧渐增性越弱,而相同温度下,弧厚越大的主装药,其侵蚀燃烧现象越不明显,燃烧渐增性越强;温度越高,同一混合比例的混合装药ΔL、Lm/L0值越大,燃烧渐增性越好;相同温度下,混合装药的燃烧渐增性均强于单一主装药,且随着包覆药比例增加,侵蚀燃烧峰逐渐减小,说明包覆药的加入明显地提高了混合装药的渐增性并降低了侵蚀燃烧峰,且在50,20,-40℃条件下,混合装药获得较佳燃烧渐增性的混合比例均为7∶3。

梯度硝基球扁药中NG的扩散及对燃烧性能的影响

为了研究梯度硝基球扁药中硝化甘油(NG)的迁移现象及其对燃烧性能的影响,本研究通过分子动力学模拟计算5℃、25℃、50℃、70℃下NG在NC体系中的扩散系数;并将不同条件下制备的梯度硝基球扁药放在70℃的水浴烘箱里老化7d、14d、21d、28d,通过密闭爆发器试验探究其燃烧性能。结果表明:NG在5℃、25℃、50℃、70℃下的扩散系数分别为8.47×10^(-11)m^(2)·s^(-1)、9.52×10^(-11)m^(2)·s^(-1)、15.1×10^(-11)m^(2)·s^(-1)、17.03×10^(-11)m^(2)·s^(-1);老化并不会对梯度硝基球扁药的结构产生影响;由于NG的迁移存在一个平衡的问题,因此分子动力学模拟的NG的迁移结果仅能反映梯度硝基球扁药中NG的扩散达到平衡之前的迁移现象。

变燃速发射药的燃烧性能

介绍了变燃速发射药的原理和实现方法,内层采用高燃速发射药,外层为低燃速发射药,从而达到变燃速的目的;分析了双层结构变燃速发射药的密闭爆发器燃烧性能及30mm火炮内弹道试验结果。与高分子包覆单基发射药相比,双层结构变燃速发射药具有较好的燃烧渐增特性和明显的低温度系数效果。

“三明治”片状发射药形状函数及燃烧性能计算

根据"三明治"片状发射药的结构特征和燃烧过程,建立发射药燃烧物理模型,采用理论计算模拟的方法,对"三明治"片状发射药不同形状条件下计算所得的Ψ-Ζ、σ-Ζ和Γ-Ψ曲线特征进行了比较。通过调节"三明治"片状发射药形状尺寸参数,可改善药片燃烧渐增性,随内外层燃速比的增大,猛度阶跃程度增大,当片状发射药内外层燃速比为4,缓燃层厚度与燃烧弧厚之比为0. 2时,燃烧渐增性较优;当形状尺寸参数相同时,侧面不封端发射药相对燃烧质量分数始终比侧面封端发射药大,侧面封端发射药起始膛压较低且能量释放率高;侧面封端发射药气体生成猛度阶跃程度约为侧面不封端发射药的1. 5倍。