高低温循环保存下片状变燃速发射药的燃烧稳定性

为了研究片状变燃速发射药在高低温循环保存下的燃烧稳定性,将样品形貌及燃烧性能变化作为考察依据,以70℃高温10 h,-50℃低温10 h为一个循环周期,对片状变燃速发射药样品进行了20次高低温循环保存。通过光学显微镜观察了高低温循环前后片状变燃速发射药的表面形貌,利用密闭爆发器测试了高温50℃、常温20℃、低温-40℃下高低温循环前后片状变燃速发射药的燃烧性能。显微观测发现经高低温循环后,片状变燃速发射药表层气泡扩大增多,发射药断面出现塑性形变现象,内外层界面结合保持紧密,没有开裂与脱黏。密闭爆发器试验反映了该类型发射药经过高低温循环后,高温、常温、低温下动态活度曲线与高低温循环前都基本重合,动态活度变化值ΔL最大值出现在低温条件下,为2.57%,能量渐增性释放规律基本不变。高低温循环下,片状变燃速发射药在高压常温‑低温阶段的燃速温度系数对比原样在相同条件下显著降低,高温与低温下片状变燃速发射药的压力指数差距对比原样在相同条件下减小。结果表明,片状变燃速发射药在高低温循环条件下界面和燃烧性能稳定,具有较好的变温贮存稳定性。

不同层状变燃速发射药药型的内弹道性能数值模拟

为研究药型对层状变燃速发射药内弹道性能的影响,基于经典内弹道理论建立了多种药型的层状变燃速发射药物理燃烧模型,并推导计算了对应的形状函数与燃气生成猛度表达式,通过VC++软件对在定容条件下的不同药型的层状变燃速发射药内弹道性能进行了数值计算。结果表明:圆饼与方片层状变燃速发射药的燃烧性能相似,且比两面包覆的矩形变燃速发射药燃烧性能好;对于长方体变燃速发射药四面包覆比两面包覆的燃气生成猛度有明显的提高。在12.7mm枪装填条件下,长方体四面包覆比两面包覆膛内最大压力和弹丸初速分别降低11.94%和2.39%。

变燃速发射药的原理与实现方法

根据身管武器内弹道特点,提出了变燃速发射药的概念,论述了基本原理和实现该原理的技术方法。采用内层为高燃速发射药,外层为低燃速发射药,达到变燃速的目的。实验证明,两层结构的变燃速发射药具有所希望的能量释放规律,表现出很好的渐增性燃烧。变燃速发射同时还具有高能量、普遍适应性、高安全性等特点。

变燃速发射药的低温感性能

根据银纹厚度随温度的变化,改变火药燃烧面和建立一个补偿系统,使变燃速发射药具有低温度系数。通过扫描电镜观察变燃速发射药的微观结构,观察到外层的银纹和银纹厚度随温度的变化情况;通过密闭爆发器实验,对发射药高、低、常温的燃烧性能进行了对比;在30mm火炮上进行内弹道试验,观察其温度系数的变化。结果表明,银纹厚度随温度的变化改变火药的燃烧面积,从而改变了变燃速发射药的气体生成速率;变燃速发射药高、低、常温燃烧性能变化不大;变燃速发射药具有较低的温度系数。

几何尺寸对管状变燃速发射药燃烧性能的影响

利用密闭爆发器试验,研究了管状变燃速发射药的几何尺寸对燃烧性能的影响,将实验与理论Γ-Ψ曲线进行对比。结果表明,管状变燃速药的孔径太大或太小时,都不能获得良好的燃烧渐增性;长径比小于2时对其燃烧渐增性的不利影响比较明显,综合考虑燃烧性能与装填密度,管状变燃速药的长径比取2.5为宜。造成实验与理论Γ-Ψ曲线差异的主要原因在于实验测试中不能满足推导理论公式时所采用的一些假设条件。

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。

含RDX的叠氮硝胺发射药热分解与燃烧性能

用高压差示扫描量热法(DSC)与密闭爆发器实验,对比研究了均质叠氮硝胺发射药(DA3),和含DA3、RDX质量分数分别为85%、15%的DAR15发射药及含DA3、RDX质量分数分别为75%、25%的DAR25发射药的热分解及燃烧性能。结果表明,DAR15及DAR25发射药的DSC有两个放热峰,峰值温度约为210℃第一个放热峰由DA3分解所致,峰值温度约为236℃的第二个放热峰由RDX的分解引起,而DA3仅呈现一个放热峰。随着RDX含量增加,第一个峰的放热量减少,第二个峰的放热量增加。与DA3相比,DAR15及DAR25在40～120 MPa压力范围内燃速压力指数变大,在120 MPa～pdpm(压力陡度的最大值所对应压力)压力范围内燃速压力指数降低。RDX的引入使DAR15及DAR25发射药的起始燃速及起始燃气生成猛度降低,燃烧渐增性提高。

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。

七孔变燃速发射药内弹道性能的数值计算

基于经典内弹道理论建立了七孔变燃速发射药的内弹道模型。在Ф30mm火炮装填条件下,用C语言编写的计算程序,对标准七孔发射药以及不同内外层火药力和不同内外层燃速比的七孔变燃速发射药的内弹道性能进行了数值计算。结果表明,七孔变燃速发射药比标准七孔发射药具有更好的燃烧渐增性,在膛压变化较小的情况下,弹丸初速有较大提高,约5%左右。调节七孔变燃速发射药内外层火药力可以有效控制膛压和提高弹丸初速。随着内外层燃速比的增大,膛内最大压力和弹丸初速逐渐降低,燃烧分裂点和结束点向后推移,七孔变燃速发射药的内外层燃速比一般取2左右为宜。

GIBR叠层方片形发射药的燃烧特征

为了研究具有燃速渐增特性和分层结构的方片状发射药的燃烧特性,提出了该药的燃烧物理模型,以此模型建立了相应的形状函数,并对不同外层比例X1、燃速系数比K、药片厚度与宽度之比β条件下相对已燃质量Ψ、相对表面积σ随相对已燃厚度Z的变化进行计算和分析.通过射击试验和中止燃烧试验,对理论计算结果进行验证.结果表明,通过调整内外层比例、药型尺寸和燃速系数比,可以有效地控制分层结构片状发射药在不同时期的气体生成速率,而且实际燃烧规律与理论模型预测的结果基本一致,因此该物理模型基本反映了该种发射药的实际燃烧规律.

胶黏固结发射药的燃烧性能

以变燃速发射药为基体,用含能胶黏剂对其药粒表面微胶化处理,压实固结,制成胶黏固结整体变燃速发射药,解决固结装药的燃烧渐增性问题。将高装填密度和变燃速发射药的燃速渐增特性结合在一起,可有效控制高装填密度发射药的燃气释放。由密闭爆发器实验得出变燃速发射药和胶黏固结药的p-t和L-B曲线,并对两种发射药曲线进行对比分析。结果表明,胶黏固结发射药基本保持变燃速发射药的高燃烧渐增性,具有高装填密度和燃烧再现性。

双层管状变燃速发射药的燃气生成规律

为建立气体生成猛度Γ与已燃发射药质量分数Ψ的理论表达式,对双层管状变燃速发射药的燃气生成规律进行了理论分析。在服从几何燃烧定律的条件下,以双层管状药的初始药形尺寸及内外层药的燃速比、密度比为基本变量,推导出变燃速发射药的Γ-Ψ表达式,得出发挥双层变燃速管状药渐增性燃烧特点所需的临界长径比。通过Γ-Ψ计算曲线,说明这种发射药的内径、长径比及燃速比影响其燃气生成规律。结果表明,当双层管状发射药的初始药形尺寸及内外层药的燃速比取值适当时,会出现前期为渐增性燃烧、中后期有一个Γ值的阶跃情况。

变燃速发射药挤出过程中药料流动计算研究

为了研究连续式制备变燃速发射药过程中挤出条件对药型尺寸一致性的影响，利用polyflow软件，对不同操作条件下药料流动情况进行了三维数值模拟。通过对计算结果的处理，讨论影响其体积流率波动的因素，以期给实际制备中操作参数的设置提供参考。研究结果表明：药料体积流率与螺杆转速成正比；不同转速下药料体积流率高频波动值在0．017％～0．036％之间；药料体积流率波动值与螺杆转速波动值成正比。药料体积流率与入口压力成正比；不同人口压力下体积流率高频波动值在0．024％-0．025％之间；药料体积流率波动值随着人口压力的增大而增大。螺杆转速（入口压力）越大，药料体积流率随螺杆转速波动（入口压力波动）增大其增大幅度越大。螺杆转速波动与入口压力波动相比，螺杆转速波动对变燃速发射药药料体积流率波动影响较大。

方片状变燃速发射药燃气生成规律理论分析

为建立方片状变燃速发射药气体生成猛度Γ与已燃发射药质量分数Ψ的理论表达式,对影响其燃气生成的因素进行理论分析。在几何燃烧定律的条件下,以初始尺寸及内外层燃速比k、密度比y为基本参量,分别建立了方片状变燃速发射药的Ψ-z与Γ-z表达式。通过理论计算,讨论了方片状变燃速发射药的宽厚比β、内外层燃速比k、密度比y以及外层与总弧厚比δ对燃气生成规律的影响。计算表明,适当调节发射药宽厚比δ、内外层燃速比k、密度比y以及外层与总弧厚比δ时,可控制方片状变燃速发射药的能量释放规律。当内外层燃速比增加3倍,气体生成猛度最大值增加约2.6倍。

基于多点压力测试系统的发射药膛内燃速测试技术

为了研究发射药在火炮膛内的燃烧性能,建立了基于多点压力同步测试技术的发射药膛内动态燃速测试系统,采用该系统在HPD-30火炮上对单樟-5/7发射药的动态燃烧性能进行了试验研究,将该试验结果与基于微波干涉法测试的膛内燃速进行了对比,分析了膛内燃速方程参数拟合方式对膛内燃速曲线计算精度的影响。结果表明,在50~100MPa的中低压范围内,基于多点压力测试法获得的单樟-5/7发射药的膛内燃速与微波干涉法获得的测试结果偏差最大值为12%,最小值为2%,最大偏差点处对应的膛内燃速差值为0.45cm/s;在100~320MPa的压力区间内,两种测试法获得的发射药膛内燃速偏差最大值为1.7%;平行试验测试结果的对比分析表明,基于多点压力测试的发射药膛内燃速测试方法具有较高的测试精度和稳定性;由于单樟-5/7发射药表面钝感形成内、外层的非均质性,其膛内燃速方程需要采用分段函数表述才能更准确地反映膛内燃烧规律。

变燃速发射药膛内燃烧与内弹道过程研究

为了更好地描述与研究变燃速发射药膛内实际燃烧与内弹道过程,对30 mm火炮在两种装药量下应用内弹道势平衡理论求其势平衡点的位置及该点处的各参数。以坡膛处实测压力—时间曲线为标准求变燃速发射药膛内燃气的实际燃烧生成函数,用膛内实际燃气生成函数代替几何燃烧定律假设下的燃气生成函数,求解以势平衡态作为标准态的内弹道相似方程,并转化为弹道解。结果表明:应用内弹道势平衡理论描述和分析变燃速发射药膛内燃烧规律是可行的,拓展了其适用范围;通过对实际燃气生成函数的分析可以定性和定量地判断与研究变燃速发射药的燃烧性能;以变燃速发射药膛内实际燃气生成函数为基础求出弹道解具有准确性和可操作性。

DAGQ发射药膛内静态和动态燃烧性能

为了研究DAGQ发射药在膛内的燃烧性能,以经典内弹道理论为基础,建立了发射药膛内燃烧测试系统和处理方法,通过密闭爆发器燃烧试验和微波干涉法发射药膛内动态燃烧性能试验,研究了DAGQ发射药的静动态燃烧规律及不同温度下的动态燃烧特性。结果表明,所建立的试验系统和处理方法,能够很好地获得弹丸在膛内的运动过程。DAGQ发射药的静动态燃速都存在转折现象,静态燃速在转折点前压力指数大于1,转折点后压力指数都远小于1,动态燃速压力指数基本都小于1。在膛内燃烧过程中,由于高速气流对发射药的燃面冲刷,使得膛内的动态燃速要大于密闭爆发器内的静态燃速,并且随着膛内压力的增大,燃速相差越来越大。

发射药膛内两种燃速测试方法的比较

为了研究发射药在火炮膛内的燃烧规律，以经典内弹道理论为基础，从理论上分析了常规测试和微波测试的可行性，并建立了相关的计算处理方法。常规测试方法和微波测试方法分别采用P—t曲线、炮口初速和v—t曲线作为基础数据，经相关计算得到发射药膛内燃速。试验结果表明，理论计算P—t曲线和试验P—t曲线能够较好地吻合，在80～250MPa压力范围内，常规测试和微波测试所测燃速范围分别为17～29cm·S-1。和8～23cm·S-1。发射药在膛内的燃速关系式偏离指数式较远，微波测试方法的准确性在一定程度上要高于常规测试方法。

变燃速发射药线膨胀系数关系的实验研究

为了解双层变燃速发射药的热膨胀性能规律,采用膨胀系数测定仪测定了一种类双基型中心开孔双层变燃速发射药的线膨胀系数,结果表明,外层药的线膨胀系数大于内层药的线膨胀系数。推导了变燃速药型的轴向线膨胀系数与内、外层药的线膨胀系数以及几何尺寸之间的理论关系式,并计算了变燃速发射药的线膨胀系数,与实测值的相对误差小于10%。

催化剂对太根发射药燃速的影响

为探讨调节发射药燃气生成规律的途径,采用催化剂调节太根发射药的燃速,通过密闭爆发器实验测试了不同催化剂对太根发射药燃速调节的效果。结果表明,使用催化剂可以有效调节太根发射药的燃速,当测试压力为50~150M Pa时,碳酸镍可使太根发射药的燃速提高8%以上,二茂铁可使太根发射药的燃速降低10%。所研究的6种催化剂对发射药燃速压力指数的影响均小于0.02。