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。     

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。     

基于3D打印技术的发射药燃烧增面设计

为了研究提高发射药燃烧增面技术,根据3D打印技术可制造特殊形状物体的原理和发射药平行层燃烧定律,设计了具有多列环形空槽管形结构的高燃烧增面的整体发射药。分析了整体发射药燃面和燃气生成量及燃气生成速率随燃烧进行的变化规律。建立了整体发射药相对燃面和相对燃气生成量随燃烧进行的变化规律计算方法。对比分析了整体发射药与19孔粒状发射药的相对燃面和相对燃气生成量随相对燃烧层厚度变化的规律。结果表明,设计的整体发射药具有较高的燃烧增面,可用于155 mm火炮的整体发射药,燃烧结束时相对燃面比19孔粒状发射药的相对燃面大3.1倍。整体发射药在燃烧过程中,燃气生成速率呈现前低后高的状态,75.612%的燃气生成量在整体发射药燃烧的后半程产生,比19孔粒状发射药高27.575%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

堵孔钝感高能叠氮硝胺发射药的性能

为了解决高能叠氮硝胺发射药燃烧渐增性欠佳及低温感效果较差的问题,采用高分子复合材料堵孔和含能复合材料钝感的两步法工艺,制备了3种内孔被高分子复合材料形成的“塞子”封堵、表面被钝感的钝感高能叠氮硝胺发射药(本研究称之为堵孔钝感发射药)。采用爆热和密闭爆发器试验,研究了堵孔钝感发射药的能量性能及静态燃烧性能。结果表明,与空白药相比,随着堵孔材料及钝感材料含量的增加,3种堵孔钝感发射药WCBF-1/18、WCBF-2/18和WCBF-3/18的爆热分别下降2.6%、3.6%和4.3%,燃烧渐增性增强且燃烧渐增性因子Pr值由0.471分别提高到0.552、0.563和0.576。3种堵孔钝感发射药WCBF-1/18、WCBF-2/18和WCBF-3/18的高温相对燃烧活度温度系数的绝对值均值分别为2.87%、1.89%和1.56%,相较于空白药均有所下降,表明堵孔钝感发射药高常温区间内低温感效果好。     

管状发射药内孔侵蚀燃烧与流动特性

为了研究管状发射药内孔侵蚀燃烧及气体流动的特性,建立了考虑管内气相区域、管外的气相区域和固体火药区域的密闭爆发器内弹道模型。通过数值模拟结果与文献实验数据比对,验证了该密闭爆发器内弹道模型与计算方法的准确性。在此基础上,分别讨论了不同火药长度、内径和装填密度对内孔侵蚀燃烧的影响,结果表明,内径d=0.56 mm、长度l=50 mm管状药、已燃百分比0.016≤ψ≤0.8范围内,孔内外最大压力差由1.23 MPa增加至2.00 MPa,端面最大气体速度由430 m·s~(-1)减小至200 m·s~(-1),端面最大的侵蚀燃烧系数由1.98下降至1.10,内孔侵蚀燃烧临界点由距离对称面7 mm处移动到20 mm,侵蚀燃烧面积减小65%;燃通比是影响内孔侵蚀燃烧的重要因素,燃通比小于71.4时侵蚀燃烧不发生;随长度增加、内径减小即随燃通比增大,侵蚀燃烧强度变强,燃通比大于142.8时侵蚀燃烧非常明显;当装填密度增加时,端面气体最大速度和侵蚀燃烧系数有微弱减小,而管内外气体压差增加明显。     

多孔发射药冲击受力模拟仿真

为研究多孔发射药受冲击载荷的力学响应过程及几何参数变化对药粒力学性能的影响,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了七孔、十九孔发射药计算模型,模拟药粒在冲击载荷下的受力情况,然后建立单孔发射药模型,长径比为1:1、2:1的七孔、十九孔发射药和花边形七孔、十九孔发射药模型,研究孔数、长径比和外形对药粒应力的影响.结果表明,药粒被压缩后发生回弹,与落锤接触面的应力从圆心到边界逐渐增加,药粒中部发生膨胀;受孔处应力集中的影响,孔数的增加改变了端面应力分布连续性,和单孔药相比,七孔药的受力时间和最大压缩位移分别增长了3.39％和3.76％,十九孔药的受力时间和最大压缩位移分别增长了10.17％和15.05％;当孔数不变,长径比从1:1增加到2:1时,应力峰值减小而压缩位移峰值增大;花边形药粒比圆柱形药粒更易在花边凹陷处出现应力集中.对发射药应力响应过程及影响因素的研究为发射药力学性能研究提供了基础数据.     

含氟功能助剂对发射药燃烧性能的影响

为提高发射药表面防盐湿、耐高温性能的同时调控其燃烧性能,采用TiO2纳米粒子与含氟单体反应合成了TiO2-含氟丙烯酸酯功能助剂。功能助剂和太根双基推进剂药片共混制备了发射药颗粒,对其进行了密闭爆发器实验。研究了含氟功能助剂的含量、含氟量及粒径对发射药定容燃烧性能的影响。结果表明:随着十二氟功能助剂含量的降低,发射药燃速呈增大趋势。十二氟功能助剂使发射药燃速提高0.1~0.3 cm·s-1,三氟功能助剂使发射药燃速降低0.4~1.0 cm·s-1。在本实验条件下,粒径对改善发射药燃速效果不明显。为更好地调控发射药起始燃烧速度,需要综合考虑含氟功能助剂链段中含氟量与TiO2含量二者比例以及发射药聚集体的物理形态。     

溶剂抽取工艺制备改性单基发射药的燃烧性能

为了进一步改善改性单基药的燃烧性能,对弧厚为0.55 mm的单基药单5/7进行增能、钝感处理,制备了1#、2#改性单基发射药样品,2#样品则在1#样品增能与钝感的工艺基础上增加了溶剂抽取工艺。采用扫描电镜分析了1#、2#样品的表面形貌,用标准容器法测试了其堆积密度,通过密闭爆发器研究了1#、2#样品的定容燃烧特性。结果表明,经过溶剂抽取工艺制备的2#改性单基发射药样品其表面更加致密,堆积密度从0.888 g.cm-3提高到0.920 g.cm-3;其初始燃烧稳定,燃烧分裂时间点为7.0 ms,滞后于1#样品(6.0 ms);燃烧结束时间为8.0 ms,迟于1#样品(7.2 ms),燃烧渐增性有所提高。     

弧厚偏差对发射药燃烧残渣形成的影响

为研究弧厚尺寸偏差对发射药燃烧残渣形成的影响规律,采用螺旋测微仪量取球扁形发射药弧厚值,并经统计分析得到发射药的弧厚分布规律。利用混合装药形状函数的形式,将弧厚分布规律转化为装药形状函数,再结合经典内弹道模型,模拟研究发射药弧厚偏差与燃烧残渣之间的关系。结果表明:发射药弧厚存在偏差,弧厚值呈正态函数分布,弧厚较大的发射药难以在膛内燃尽将形成燃烧残渣。其中,研究采用的球扁形发射药弧厚偏差为0.10 mm,射击时将有0.2%的发射药不能燃尽形成燃烧残渣;弧厚偏差Δ0.02 mm或期望值μ≥0.29 mm时,射击时会有部分发射药不能燃尽而形成燃烧残渣,并且随着弧厚偏差的增大或期望值的提高,燃烧残渣量增加。     

ETPE发射药与RGD7硝胺发射药燃烧性能及热行为的对比研究

用密闭爆发器实验、差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了3,3-二叠氮甲基氧丁环/3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(BAMO/AMMO)基含能热塑性弹性体(ETPE)发射药和RGD7硝胺发射药的燃烧性能及热行为。结果表明:与RGD7硝胺发射药相比,ETPE发射药燃烧时间较长,燃速较低,燃速压力指数n大于1,而RGD7硝胺发射药燃速压力指数小于1。对于RGD7硝胺发射药,RDX的熔融吸热峰(204.8℃)不明显,且分解放热峰(240℃)滞后于硝化棉/硝化甘油(NC/NG)(194℃),而ETPE发射药中poly(BAMO/AMMO)分解温度(263℃)高于RDX(240℃)。ETPE发射药和RGD7硝胺发射药的不同燃烧性能归因于发射药中主组分的不同热行为。     

RDX粒度对硝胺发射药力学性能及燃烧性能的影响

为研究黑索今(RDX)粒度对硝胺发射药力学性能及燃烧性能的影响,设计了RDX质量百分数为25.0%,平均粒径(D50)为30,50,150μm的3种硝胺发射药,采用摆锤式简支梁冲击试验机、落锤试验仪与密闭爆发器分别研究了其抗冲击强度、破碎情况及燃烧性能。结果表明,随着RDX粒度由150μm减小至30μm,发射药的低温(-40℃)抗冲击强度由3.46 J·cm~(-2)提高至8.99 J·cm~(-2),在落锤冲击(锤重5 kg,落高80 cm)作用下破碎度由96%降低到18%。RDX的平均粒径(D50)为30,50μm和150μm时,发射药的燃速压力指数分别为0.985、0.996和1.063。RDX粒径为30μm或50μm时,发射药u-p曲线较光滑,发射药燃烧稳定;RDX粒径为150μm时,在100~150 MPa、150 MPa~p_(dpm)的两个压力段范围内,燃速压力指数由1.125变为0.612,显示燃速压力指数存在突变,发射药燃烧不稳定。     

三基发射药烧蚀性影响因素的实验研究

为研究影响发射药烧蚀性的关键因素及其影响规律,制备了8种三基发射药样品,采用半密闭爆发器烧蚀管实验测定了烧蚀率,对比分析了爆热、爆温和燃气组分三因素与发射药烧蚀性之间的规律。结果表明,发射药的爆温是影响烧蚀性的关键因素,在3100~3700 K范围内烧蚀率随着爆温的升高明显线性增加;发射药的爆热对烧蚀性的影响不明显,烧蚀时间或压力冲量对烧蚀性的影响更大;发射药燃气组分中H2O对烧蚀率的影响最大,但燃气组分对烧蚀性的影响关系复杂,难以进行单独的定量描述。     

硝胺粒度及类型对BAMO-AMMO基ETPE发射药燃烧性能的影响

通过密闭爆发器实验研究了硝胺粒度及类型对BAMO-AMMO基发射药燃烧性能的影响规律。结果表明,在50～260MPa范围内,BAMO-AMMO基发射药燃速压力指数较高,约1.2;在75～175MPa和175～260MPa的压力区间,压力指数存在转折,从1.2下降到1;RDX粒度越大,BAMO-AMMO基发射药燃速和压力指数越大;通过RDX粒度的级配或两种氧化剂(RDX和HMX)混合使用可以提高BAMO-AMMO基发射药在中高压段(75～260MPa)的燃速,也可降低此压力范围内的燃速压力指数,但不显著;氧化剂类型(RDX,HMX)不同的BAMO-AMMO基发射药相比,以HMX为氧化剂的样品燃速较低,压力指数较高。     

用IR测定发射药燃气研究

采用密闭爆发器模拟发射药实际燃烧过程中生成燃气,并用红外光谱分析技术检测发射药燃气成分中毒性气体。结果表明密闭爆发器实验和红外光谱检测技术可用于不同发射药燃气中CO毒气的定性、定量分析,配方中加入KNO3、CuO、聚酯均能降低发射药燃气中CO的含量,该方法可为配方设计提供燃气安全性评价方法。