CD-3发射装药低易损性能试验研究

为了降低发射药的敏感性,以Bu-NENA为增塑剂,FOX-7和RDX作为填充物研制了一种新型硝化棉(NC)基发射药(GD-3发射药),对其装药进行了低易损性能测试研究。试验结果表明,GD-3发射装药在慢速烤燃和快速烤燃、子弹撞击刺激源下发生了V类燃烧反应,在特定的空心装药射流刺激下发生了III类爆炸反应。GD-3发射药在刺激源下易损性响应剧烈程度弱于硝基胍发射药和单基发射药,该新型装药符合低易损性弹药的性能评定要求。     

RDX和NGU对叠氮硝胺发射药动态燃烧稳定性的影响

以30 mm高压模拟炮为试验平台,以单基发射药为参照,研究了3种典型叠氮硝胺(DIANP)发射药的动态燃烧稳定性,分析了配方组成对DIANP发射药起始燃烧特征、膛内压力上升过程及膛内压力波动的影响,探讨了DIANP发射药配方组成与其起始燃烧特征、膛内压力上升特点和压力波强度的相互关系。结果表明,在DIANP发射药配方中添加质量分数30%的固体组分黑索今(RDX)或硝基胍(NGU),发射药膛内动态燃烧稳定性增加,膛压-时间曲线波动减小,膛压从30 MPa增至50 MPa所需的时间分别增加了92%和78%,起始负压差从－40.7 MPa降低至－4.44 MPa和－10.66 MPa。在DIANP发射药体系引入高含量的固体组分RDX或NGU,由于低压下RDX分解前熔融吸热,而NGU火药燃烧表面存在坚实熔融层,均可有效减小DIANP发射药起始燃气的生成速率,降低发射装药起始燃气生成猛度,缓减起始阶段膛内压力的上升,提高药床起始燃烧一致性,减小膛内压力波强度。     

FOX-7与RDX混合比例对压装炸药慢速烤燃及冲击波感度的影响

利用慢速烤燃试验和冲击波感度试验研究了FOX-7与 RDX不同混合比例对炸药响应特性的影响。试验表明:当FOX-7的混入量（质量分数）低于72%时，炸药在慢速烤燃试验中的响应剧烈程度表现为爆轰反应，其临界起爆压力接近6.62 GPa；当FOX-7的混入量（质量分数）等于72%时，炸药在慢速烤燃试验中的响应剧烈程度由爆轰降至爆燃，其临界起爆压力升至7.27 GPa；当配方中完全采用FOX-7时，炸药在慢速烤燃试验中的响应剧烈程度由爆燃降至燃烧，临界起爆压力升至8.24 GPa。造成上述试验结果的原因可能是压装炸药在成型过程中因颗粒的破碎、重排作用使FOX-7对RDX形成包覆，进而改善了RDX材料点火增长速度快的本质特点。     

不同约束条件下ANPyO炸药快烤试验研究

为研究约束条件对单质钝感炸药ANPyO（2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物）烤燃弹快烤响应的影响,对5种不同约束强度下的ANPyO烤燃弹进行了外部火烧试验研究,并对烤燃弹反应过程中的温度进行了数据采集。结果表明：在外部火烧条件下,ANPyO烤燃弹药柱中心的温度远低于炸药点火温度;烤燃弹的约束强度必须大于特定条件才能使ANPyO点火,且其点火延滞时间与其约束强度成负相关,而最终响应的剧烈程度与约束强度成正相关,但约束强度对点火温度影响很小。     

七孔变燃速发射药内孔位置对燃烧性能的影响

为研究内孔位置对七孔变燃速发射药燃气生成规律的影响,推导了不同弧厚七孔变燃速发射药的形状函数和燃气生成猛度,利用maple软件对不同内孔位置的七孔变燃速发射药进行了数值计算。计算结果表明,内孔位置影响七孔变燃速发射药的燃烧性能。缓燃层燃烧结束后,外弧等于内弧时,发射药的燃烧渐增性最好;周围六孔的位置靠内或者靠外,导致外弧和内弧不相等,当两者相差较大时,都会使减面燃烧时间提前,影响发射药的渐增性。     

快/慢烤试验中复合推进剂内部温度场的分布

为了研究不同烤燃条件下复合推进剂(PBT/HMX/Al/AP/BU)的响应特性,采用DSC研究了复合推进剂及单组分的热分解特性。复合推进剂的初始分解温度为187.27℃,单组分中BU初始分解温度最低,为192.95℃,表明复合推进剂的热分解过程是从BU开始;分别测量了在快/慢烤试验中,复合推进剂内部温度的变化。结果表明:1)快烤试验中,样品内部温度分布极不均匀。点火90 s后,样品发生反应,此时样品中心的温度为85℃,钢管端盖破裂,样品发生燃烧反应。2)慢烤试验中,样品内部温度分布均匀,几乎无温度差,样品发生反应时,样品内部温度与环境温度均为133℃,试验后样品钢管完全破碎,样品发生了爆轰。由此可见,慢烤试验中,由于样品内部温度分布均匀,发生反应时,大部分样品都处于临界反应温度,一旦激发,破坏效应比快烤试验更严重。     

不同尺寸装药烤燃特性的数值模拟研究

为研究装药尺寸和升温速率对装药烤燃的点火位置、点火温度和点火时间的影响,该文利用有限元商业软件LS-DYNA对不同尺寸装药在不同升温速率热环境下的烤燃特性进行数值模拟研究。研究发现,不同升温速率下,装药烤燃时的点火位置随着装药直径的增加其变化路径相似,均是从装药中心沿着中心轴向两端移动,在距离上下端约1/4处离开中心轴,沿着近似直线向边缘移动。不同升温速率下,装药的点火温度和点火时间均随着装药直径的增大先减小后增大,存在一个最小值。装药直径不变时,装药的点火温度均随着升温速率的增大而增大,装药的点火时间随着升温速率的增大而缩短。     

无烟/有烟烟火药剂发射药动摩擦系数对比研究

针对烟火药剂发射药受摩擦作用点火时会导致意外爆炸,而动摩擦系数是衡量摩擦作用获得能量的关键参数问题,基于摩擦感度测试仪物理模型,结合理论建模与计算,获得测定动摩擦系数方法,并结合实验研究获得有烟发射药黑火药与无烟发射药退役单基药两种常用烟火药剂发射药的动摩擦系数;研究不同实验条件对两动摩擦系数影响。结果表明,两种烟火药剂发射药的动摩擦系数均为同一范围值,且随压力及滑动速度的增大,两动摩擦系数范围均有一定变化,而每种实验条件的黑火药动摩擦系数均大于退役单基药动摩擦系数。     

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%。     

低分子量聚丙烯酸钾的合成及其应用

采用水溶液聚合法制备了低分子量聚丙烯酸钾（PAAK），并作为新型消焰剂加入单基发射药中。通过火焰原子吸收光谱法测试了PAAK中钾的含量；用乌氏黏度计测定了特性黏度；采用DSC法研究不同pH值的PAAK与硝化棉（NC）的相容性；利用充氮氧弹法对添加PAAK、硝酸钾KNO₃、硫酸钾K₂SO₄的单基发射药的燃烧残渣进行了对比研究。结果表明，合成的PAAK中，钾的质量分数为15.21%，相对分子量在3 000左右，有利于和NC均匀混合，且在中性或微碱性（pH＝7.0~7.5）的情况与NC相容性良好。与传统的KNO₃、K₂SO₄消焰剂相比，PAAK能够和NC均匀混合，制备均质透明的单基发射药；PAAK发射药的燃烧残渣最少，占发射药质量的0.18%。     

改性硝基胍装药快烤响应特性研究

为了研究改性后的硝基胍装药在生产、储存、运输和使用过程中因意外爆燃而产生的响应特性,采用温度采集仪记录了火灾刺激条件下硝基胍的火球温度变化规律,通过压力测试系统测量了反应过程的冲击波压力,使用热辐射测试系统测量了爆炸火球的热通量,通过Baker公式计算了火球的理论热通量。结果表明:第1发快烤点火后108 s样品发生反应,最高温度为894.3 ℃;第2发快烤点火后142 s样品发生反应,最高温度为960.7 ℃;两发快烤反应持续时间均约为2 s,响应等级均为爆燃。分析快烤响应过程中的冲击波、破片、热辐射毁伤效应发现,热辐射是硝基胍遭受火灾刺激的主要毁伤形式。对比两发快烤及不同距离处的热通量发现,测量值与理论值的规律一致。     

B/CuO复合燃料的制备及其对Mg/PTFE富燃料推进剂的影响

为了研究纳米氧化铜(CuO)改性硼(B)对镁/聚四氧乙烯(Mg/PTFE)富燃料推进剂的影响,利用球磨法制备了B/CuO复合燃料,将其添加到Mg/PTFE富燃料推进剂中,利用混合模压成型法制备含有不同比例的复合燃料的推进剂药柱。利用扫描电镜、TG-DSC分别测试了B/CuO复合燃料的微观形貌和热反应性能;利用红外测温仪、X射线衍射、TG-DSC分别测试了推进剂的燃烧速度、燃烧温度、反应产物以及热反应性能。结果表明:复合燃料混合较为均匀,局部有团聚;n(B)∶n(CuO)=32∶3的复合燃料的放热量高于B的放热量,燃烧效率最高,为73.1%,点火温度比B低66 ℃。含此复合燃料的推进剂的燃烧速度和质量燃烧速度均高于Mg/PTFE,分别提高了25.6%和3.1%,平均燃烧温度降低了16 ℃,最高燃烧温度则提高了6 ℃,但是相对于含B的Mg/PTFE推进剂,含此复合燃料的推进剂的燃烧速度和质量燃烧速度分别下降2.91%和19.51%,平均燃烧温度下降了94 ℃和121 ℃;复合燃料推进剂一次燃烧的凝聚相产物主要有MgF₂、MgO、C、Cu以及Mg₃F₃（BO₃）;一次燃烧反应过程主要是PTFE的分解以及F₂和Mg的反应,二次燃烧反应过程则主要为C、Mg以及复合燃料的氧化。     

Detailed numerical simulations for the multi-stage self-ignition process of n-decane single droplets with complex chemistry

The knowledge of droplet self-ignition processes as the basic element of spray ignition is necessary for many combustion applications. Detailed numerical analysis for the self-ignition process of n-decane single droplets showing the multistage self-ignition behavior of kerosene, are carried out for this study. A substantial chemical reaction model for n-decane with 603 reactions including 67 species is implemented in a former validated detailed one dimensional numerical simulation model for droplet ignition. This reaction mechanism pays special attention on the low temperature reaction path and the balance between high temperature and low temperature reactions. In the compared experiments the staged ignition process is detected by observing the temperature gradient with a Michelson interferometer, which is the numerical tracer for cool flame and hot flame appearance as well. The comparison between the results from the simulations and the experiments under microgravity conditions carried out at Drop Tower Bremen shows good agreement. Furthermore the numerical observation of important species like OH or formaldehyde is possible due to the implementation of detailed chemistry. This gives hints for other experimental methods to detect the multi-stage self-ignition behavior like formaldehyde-PLIF, which is meanwhile an approved tracer in the experiments, so that there is vice versa a further possibility to validate the present numerical model.     

Mg-Al/NC高能点火药的制备及性能研究

为提高点火药的点火能力,降低其吸湿性,采用Mg-Al合金粉为可燃剂,高氯酸钾(KClO4)为氧化剂,硝化棉(NC)为燃烧性能调节剂,制备了Mg-Al/NC高能点火药,并对其性能进行分析。研究结果表明:Mg-Al合金粉、NC可较大程度提高点火药的点火能力,Mg-Al/NC高能点火药与黑火药相比爆热增加约100%,比容增加约30%,固体残渣率增加约30%,火焰感度、撞击感度和摩擦感度有所下降,吸湿性降低。     

纳米Cu对HTPB-AP推进剂性能的影响

为研究纳米铜Cu对丁羟推进剂性能的影响,制备了含纳米Cu的推进剂,作为比较,同时制备了含有纳米CuO的推进剂和空白推进剂试样。采用SEM和TG-DSC表征推进剂的形貌和热性能,采用靶线法测试推进剂的燃速,并拍摄推进剂的燃烧火焰。TG-DSC结果表明,纳米Cu和纳米CuO主要影响AP的高温热分解阶段,但是纳米CuO比纳米Cu对推进剂的热分解具有更好的催化作用。纳米Cu可使AP的终止热分解温度降低67.0 ℃,使推进剂的终止热分解温度降低24.7 ℃。燃速测试结果表明,纳米Cu和纳米CuO均可提高推进剂的燃速,但是纳米Cu对推进剂燃速的改善效果更显著。加入纳米Cu和纳米CuO后,推进剂在燃烧过程中均出现蓝色火焰。     

Numerical analysis of the cool flame behavior of igniting n-Heptane droplets

For many technical combustion applications like Lean Prevaporized Premixed (LPP) Systems the knowledge of droplet self-ignition processes as the basic element of spray ignition is necessary. Especially the two-stage ignition behavior due to a cool flame and therefore the Zero Temperature Coefficient Behavior (ZTC) are hereby important. Detailed Numerical Simulations give the opportunity to analyze these processes leading to droplet self-ignition, to get a deeper insight into the existing phenomena. The present study is carried out with a former validated, detailed numerical model including a substantial chemical reaction mechanism for n-Heptane with 437 reactions and 92 species. The Temperature Profiles as a function of time and as a function of radius as well as the profiles of the temperature gradient as a function of time and as a function of radius clarify the characteristics of the ignition process. The mixture fraction due to evaporation and diffusion and therefore the pool on the for the cool flame appearance important species OQ’OOH determines the activity of the low temperature reactions and thus the maximum possible cool flame temperature. The first local temperature rise, which is produced by the low temperature reactions, takes place below ambient temperature at very low fuel / air mixture ratios. It can be found, that the place of the maximum temperature and of the maximum temperature gradient as well, do not coincide during the first stage of ignition. The spatial in-homogeneity of the temperature and species concentration field around the droplet allows for a parallel burning of a cool flame caused by low temperature reactions, even when hot flame ignition has already occurred.