一种新型大弧厚六翼星孔棒状发射药的燃烧特性

设计并制备了一种新型大弧厚六翼星孔棒状发射药,利用密闭爆发器研究了不同长径比(L/D=1,2,6)、不同端面封堵层厚度/发射药弧厚比(s/e_1=0,0.05,0.1)的星孔棒状发射药燃烧特性,并结合某大口径火炮进行了试验验证。结果表明,星孔棒状发射药燃烧稳定,呈平行层燃烧。长径比L/D由1增加至6时,燃烧渐增性因子Pr由0.285增加至0.447,增加了56.8%,而且最大压力点滞后。端面封堵发射药的L-B曲线显示了明显的降低起始燃烧活性和燃烧破孔特征。s/e_1由0增加至0.05、0.1时,星孔棒状发射药的起始气体生成量降低了约1/2,破孔时间介于燃烧10%~20%(已燃份数)发射药所需燃烧时间之间。选择合适封堵层厚度,可实现发射药燃气生成规律的可控调节。s/e_1由0增加至0.05、0.1时,最大膛压pm分别下降1.3%和3.5%,而离炮口32.5m处的弹丸初速分别提高0.28%和1.4%。     

七孔变燃速发射药燃烧性能的数值计算

为模拟七孔变燃速发射药的燃烧性能,建立了七孔变燃速发射药的燃烧模型。在几何燃烧定律的基础上推导出燃气生成猛度Γ和已燃发射药百分数Ψ的函数关系。通过编程计算得到Γ-Ψ曲线。分析了燃速比、速燃层内孔径、长径比和缓燃层厚度与燃速层厚度之比对七孔变燃速发射药燃烧渐增性的影响。结果表明:速燃层和缓燃层的燃速比为1.5~2.5,长径比为2~3,缓燃层厚度与速燃层厚度之比为0.1~0.22,速燃层内孔径为0.2~0.3mm的七孔变燃速发射药有较好的燃烧渐增性。     

变燃速发射药燃烧性能研究进展

介绍了变燃速发射药的提出背景及变燃速发射药的优良性能,特别是其所特有的燃烧渐增性。对变燃速发射药的加工原理和加工方法进行了概述,并用数学方法表述了燃气的释放规律。分析了阻燃层厚度、长径比、内孔大小等主要因素对变燃速发射药的燃烧性能的影响以及胶黏剂和硝酸铵的加入对变燃速发射药性能的改变,并对变燃速发射药的发展进行了总结。     

发射药药型结构对燃速测试结果的影响

为了研究药型结构对发射药燃速测试结果的影响,以高能硝胺发射药为研究对象,采用密闭爆发器燃烧实验和数据处理的分析方法,研究了4种药型及其不同内孔长径比发射药的燃速特性及其变化规律;采用中止燃烧实验研究了发射药内孔长径比对侵蚀燃烧的影响,并与太根发射药对比研究了燃速特性对侵蚀燃烧的影响关系。结果表明,多孔药的燃速压力指数明显小于单孔药,在内孔长径比相同的条件下,随着发射药内孔数量的增加,正比式燃速系数减小,燃速压力指数减小;在药型相同的条件下,随着内孔长径比增大,发射药侵蚀燃烧现象加剧,正比式燃速系数增大,燃速压力指数减小;燃速较高的发射药,侵蚀燃烧现象对燃速参数测试结果的影响更大。     

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。     

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。     

直写打印硝化棉基内嵌多方孔发射药及其性能

针对传统工艺无法制备复杂结构发射药的问题,为探索提高发射药燃面渐增性新途径,采用3D直写打印技术,设计并打印了具有较高燃面渐增性的硝化棉基内嵌多方孔发射药。对3D打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药进行了定容燃烧和内弹道性能表征。结果表明,以硝化棉、含能增塑剂和溶剂配制的浆料为打印物料,打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药符合设计的燃面渐增性燃烧预期;受打印针头直径、溶棉比、醇酮比、溶剂挥发速度等因素的影响,直写打印的发射药设计尺寸和实际尺寸有一定偏差;12.7 mm机枪弹道初步试验表明,内嵌多方孔NC-120发射药和制式D-4/7混合装药16 g,装药比例1∶1时,膛压为314.2 MPa,射击初速为854.1 m·s^-1,实现了直写打印内嵌多方孔发射药在膛内正常、稳定燃烧,达到了与制式发射药相似的水平,但充分利用直写打印内嵌多方孔发射药需要进一步优化设计药形、弧厚、内外层弧厚匹配等参数。     

药型对层状发射药燃烧渐增性的影响

为了研究层状发射药的燃烧渐增性能,建立了该类药型相应的形状函数,对影响层状发射药燃烧渐增性能的四个主要因素(即缓燃层厚度比例x<,1>、燃速比k、药片厚宽比β及黑索今RDX含量)取值相同的情况下,根据药型和形状函数分别进行了计算和分析,得到了相对已燃质量ψ、相对表面积σ随相对已燃厚度z的变化曲线.结果表明:与多层片状层...     

基于电离种子的发射药燃烧生成等离子体研究

针对发射药燃气温度难以满足等离子体生成条件的问题,通过添加电离种子的方法提高燃气生成等离子体含量。基于气体平衡方程推导了发射药添加电离种子后的燃气电子密度计算公式,分析了电子密度随温度的变化规律,通过不同类型发射药的燃烧对比实验及双基药添加电离种子实验进行了验证。结果表明:电子密度随燃气温度的增加而增加,且添加电离种子能在现有发射药的基础上进一步提高燃气电子密度。研究成果为下一步等离子体在火炮发射过程中的应用提供理论依据。     

预制刻槽增面燃烧发射药的原理与实验验证

为获得发射药能量释放渐增性及其多维度调节控制方法,根据内弹道学原理,提出预制刻槽增面燃烧发射药,建立了其燃烧过程的物理、数学模型,推导了气体生成猛度-已燃质量分数（Г-Ψ）关系,论述了其能量释放渐增性及多维度调节控制原理,提出了预制刻槽发射药的工艺实现方法。设计了一种中心开孔式预制刻槽发射药结构,制备了不同刻槽数、不同长径比的发射药试样。采用密闭爆发器试验对其燃烧性能进行测试与表征,并与七孔发射药、七孔包覆药进行对比分析。试验结果表明：制备的预制刻槽发射药具有理论设计的燃烧渐增性,对比七孔发射药其动态活度增量ΔL值提高了2倍,最大动态活度与起始动态活度的比值L_m/L₀提高了24.4%,最大动态活度对应的相对压力值B_m增加了32.4%,燃烧渐增性优于七孔发射药,可以达到七孔包覆药的渐增效果。     

部分切口多孔杆状发射药的燃烧性能

部分切口多孔杆状发射药可明显提高装药的装填密度,合适的切口参数是保持部分切口多孔杆状发射药良好燃烧渐增性的关键之一。为了获得合适的切口参数,设计并制备了不同弧厚、异向切口间隙、同向切口间距和切口宽度的19孔杆状发射药,进行了密闭爆发器试验,研究了切口参数对发射药定容燃烧性能的影响,并和相应的多孔粒状药燃烧性能进行了比较。结果表明:具有合适切口距的部分切口多孔长杆状发射药可以获得和相同药型的多孔粒状药相近的静态燃烧性能;本研究药型条件下,同向切口间距小于20 mm时,发射药的渐增性燃烧表现较佳,侵蚀燃烧不明显。     

侵蚀燃烧在发射装药内弹道中的应用研究

侵蚀燃烧是具有内孔燃烧火药的一种普遍现象，应用侵蚀燃烧可改变火药燃烧的规律。由于火炮发射装药装填密度的变化，不同装填密度发射药所受的内孔与外部压力也不同，这种压力差使发射药内孔在火炮膛内燃烧时发生侵蚀燃烧。利用发射药内孔燃气流动的流速、传热和冲刷对燃速的影响，研究了火炮发射装药的侵蚀燃烧对发射药燃速的影响，建立了发射装药侵蚀燃烧数学模型，分析了发射药装填密度、内孔的孔径、药粒长度等变化所引起的侵蚀燃烧变化及对发射装药内弹道性能的影响。提出了在变装药中，利用侵蚀燃烧提高小装药量、小射程用发射装药膛压的方法。     

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。     

The Application of Erosive Burning to Propellant Charge Interior Ballistics

Erosive burning is a common burning phenomenon of the gunpowder with inner holes. The actual combustion law of the gunpowder with inner holes can be changed by erosive burning. Pressure difference between the inner and the outer of hole caused by loading density variation of the propellant charge makes erosive burning occur at inner holes during in-bore burning. The effect of erosive burning on burning speed of the propellant is studied by using the effects of flow rate, heat transfer and erosion of the combustion gas in inner holes on burlaing rate. The mathematic model of erosive burning of the propellant is established. The effects of the factors such as loading density, inner hole size and grain length on erosive burning and interior ballistic performance are analyzed . The method to improve the bore pressure for small charge mass and small firing range by erosive burning is proposed.     

低燃速低燃温双基推进剂燃速与燃烧波特征量的相关性研究

为研究燃速与燃烧波特征量之间的相关性,采用在推进剂内埋设微型热电偶技术,测得了低燃速低燃温双基推进剂的燃烧波结构,并通过数据处理获得了燃烧波的特征量值,包括表面温度、火焰温度、暗区厚度、凝聚相温度梯度和气相嘶嘶区温度梯度。不含催化剂的基础配方燃速随表面温度增大而增大;加入催化剂的配方产生麦撒燃烧,表面温度比基础配方的表面温度有所增加,燃速与表面温度不再是单一的线性关系。火焰温度随压强增大而提高,其与燃速没有明显相关性。结果表明:低燃速低燃温双基推进剂的燃速与燃烧波特征量之间不仅存在线性关系,还存在非线性关系。分析认为是催化剂改变了低燃速低燃温推进剂的燃烧波结构所致。     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

含铝硝胺推进剂燃速计算研究

详细地描述了硝胺推进剂中铝粒子点火、燃及向燃面热反馈的数学处理方法。     

封端面内孔阻塞装药气体生成规律的研究

分析了封端面内孔阻塞装药与制式装药燃烧的差异，提出了调整封端面内孔阻塞装药气体生成量的三种途径，研究了封端面内孔阻塞火药的燃烧增面性。结果表明，其增面效果优于１９孔制式装药和按序开裂杜状装药。