含能材料能量评价准则的讨论

应用理论与实例相结合的论证途径,阐述了含能材料作为炸药、推进剂与发射药的能量特性全面评价的准则分别是:体积比动能ρ_0u~2/2、体积比冲量ρ_0,I.与体积比火药力ρ_0f_v。     

热塑性弹性体在太根发射药中的应用研究

为了提高高能硝胺太根发射药的力学性能,在配方中添加了热塑性弹性体(TPUE)。测试了发射药的静态力学和定容燃烧性能,研究了TPUE添加量对发射药力学、能量和燃烧性能的影响。研究结果表明:加入1%～3%TPUE的硝胺太根发射药,在火药力(f)大于1150kJ.kg-1时,低温冲击强度提高60%以上,显示出高能量高强度的特征。随着TPUE含量的增加,火药力逐渐降低,余容α略有上升,压力指数n逐渐增大,TPUE加入量为3%时,f、α、n分别变化2%、1.4%和5.3%。     

电热炮 一种迅速发展的新概念火炮

传统发射药火炮的局限以常规固体发射药为能源的火炮,主要靠化学反应产生的高温燃气(主要是二氧化碳)的膨胀做功加速弹丸。目前常规火炮发射弹丸初速一般为1000米/秒左右,坦克炮已达1600～1700米/秒,要进一步增加弹丸初速,十分困难。这样,人们设想以新的发射能源取代常规固体发射药以提高火炮威力,从而诞生了一系列的新概念火     

液体发射药的能量特性研究

本文对HAN-TEAN-H_2O单元液体发射药的能量特性进行了研究.提出采用富燃料或富氧化剂配方.比采用最大火药力的配方得到较低的燃温与较高的体积能量密度。     

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。     

一种CL-20基压装混合炸药JWL状态方程参数研究

对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基压装混合炸药爆轰产物JWL状态方程参数进行了研究。采用直径25mm标准圆筒试验研究了CL-20基压装炸药(C-1,CL-20/钝感粘结剂(质量比)=94.5/5.5)的驱动做功能力,获得了圆筒壁膨胀速度、位移与时间的关系;应用考虑与爆轰参数封闭的炸药JWL状态方程参数数据处理方法得到该炸药的JWL状态方程参数,应用参数进行圆筒模型数值模拟,与试验结果对比,发现速度误差低于2%,位移误差低于1%;对比了本研究参数与国外类似炸药参数在做功能力上的差异,结果表明,LX-19和PBXC-19的格尼速度比C-1炸药分别高2.02%和2.20%。     

一种含FOX-7 的发射药燃烧性能研究

为研究高能化合物FOX-7在发射药中的应用,采用溶剂法制备3种FOX-7含量不同的发射药样品,利用DSC对发射药进行分析,以及密闭爆发器试验,并针对FOX7-3发射药还进行高低常温试验比较。试验结果表明:发射药的热分解与配方中FOX7含量成正比关系,热分解温度随FOX-7含量增加而增高;配方中含FOX-7较高的发射药(FOX7-3),能量较高(火药力为1 030.42 J/g),燃速较快(燃速系数为0.051 6,压力指数为1.066),且燃烧渐增性较好;FOX7-3发射药在高、低、常温下燃烧性能稳定,低温没有出现碎裂的现象。FOX-7在发射药中能够显著提高发射药的火药力,温度系数较稳定,在一定的范围内,通过调整FOX-7的含量能够获得火药力较高和燃烧渐增性较好的发射药。     

泡沫发射药能量特性计算与分析

采用基团加和法估算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、聚硝酸酯缩水甘油醚(PGN)、聚2,2-双叠氮甲基氧杂环丁烷(PBAMO)、聚2-甲基-2-硝酸酯基氧杂环丁烷(PNIMMO)为聚醚多元醇,二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为多异氰酸酯的泡沫发射药含能聚氨酯粘结剂的生成焓。采用内能法计算了以黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)、1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)为高能添加剂的泡沫发射药配方的能量特性参数,并绘制火药力为1250,1300,1350 kJ·kg~(-1)的(MDI/GAP1000)/RDX/HNIW、(MDI/GAP1000)/RDX/TNAZ和(MDI/GAP1000)/RDX/DNTF发射药配方的等火药力三角图。结果表明,通过含能聚氨酯粘结剂的结构单元可以估算粘结剂的生成焓。以含能聚氨酯粘结剂和固体添加剂为基本配方的发射药具有较高的火药力,在固含量为50%~70%范围内可以实现火药力≥1300 kJ·kg~(-1)。以HNIW与TNAZ部分替代RDX的发射药配方的等火药力线近似为直线,而添加DNTF的发射药等火药力线存在转折点。RDX含量不高于20%、TNAZ含量不低于52%的(MDI/GAP1000)/RDX/TNAZ发射药能量计算结果满足国际上提出的先进坦克炮用发射药火药力大于1300 kJ·kg~(-1),爆温低于3300 K的指标要求。     

钝感双基发射药老化迁移机理及动力学过程

为研究钝感双基发射药老化迁移过程及影响因素,利用钝感剂的正态分布特性及Fickian第二扩散定律的推论,建立了钝感发射药老化迁移导致钝感剂浓度分布及燃烧性能变化的理论模型.对6种不同硝化甘油(NG)及邻苯二甲酸二丁酯(DBP)含量的发射药进行不同温度下加速老化实验,采用密闭爆发器测试了不同老化时间后发射药的燃烧性能,分析了发射药老化迁移的动力学过程及热力学影响.理论分析表明,钝感球形发射药燃气生成猛度积分值的增长率随老化时间呈现出较好的线性增长模型.密闭爆发器结果表明,6种发射药加速老化后的动态活度最大值升高百分比随老化时间均呈较强的线性关系,与理论研究结果一致.建立的钝感发射药老化迁移热力学方程与试验结果基本吻合,迁移驱动因子对数与温度的倒数呈现出较为明显的线性负相关.发射药中NG与DBP总含量高于15％时,发射药的迁移驱动因子(动态活度最大值的百分比增长速率)更易受温度影响从而加剧钝感剂迁移导致钝感失效;而NG和DBP的总含量不高于15％时,钝感剂迁移导致失效的速率较为缓慢,更有利于发射药贮存后的使用和射击安全.     

磁约束下等离子体在火炮身管中的隔热特性研究

针对武器身管烧蚀严重的问题,提出一种应用磁场控制等离子体减少火炮身管内膛表面烧蚀的方法。运用感应磁场法建立磁流体动力学模型,对磁场作用下导电气体在火炮身管中的流动以及传热特性进行了数值模拟,研究了不同磁场大小和等离子体电导率对壁面温度的影响。结果表明:外加磁场后,导电气体内感应生成的洛仑兹力可以抑制气体的湍流强度,削弱其传热能力,从而减少壁面的烧蚀。在磁场强度为2 T时,壁面温度比无磁场情况下减小22.6%,且随着等离子体电导率的增大,隔热效果逐渐提高。     

含CL-20改性双基推进剂的能量计算与分析

借助REAL软件,采用最小自由能法计算了含不同量六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、黑索今(RDX)、Al的改性双基推进剂的能量特性。研究了CL-20、RDX、Al含量变化对该推进剂能量特性的影响。结果表明:随着CL-20含量的提高,该推进剂的理论比冲、燃烧温度、氧平衡和燃气平均分子量大幅度增加;在含CL-20改性双基推进剂中加入Al粉可进一步提高推进剂的能量,但Al粉含量应使体系氧平衡系数大于0.53,否则将降低能量。     

含钾盐添加剂的火药燃烧产物导电特性研究

为提高火药燃烧产物的导电特性,基于气体热电离理论,在火药中添加电离电位较低的碳酸钾碱金属化合物以提高其电离度。通过对火药燃烧反应的化学物理过程进行分析,结合内弹道理论和等离子体理论建立火药燃气的热电离模型,数值计算了火药燃烧过程的压力、燃气温度等热力学变化过程。应用Saha方程和交错法,分析了火药力、燃烧室容积和钾盐含量变化对燃烧产物电子密度和电导率的影响规律,并采用光谱测量法试验测试了无钾盐添加剂和加入钾盐后火药燃烧产物的发射光谱强度。研究结果表明：添加电离种子碳酸钾后能够使火药燃气具有较高的导电性;火药力和药室容积的增加可以相应地提高燃气电导率。     

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。     

基于AP预处理技术的粉末推进剂性能

为了提高高氯酸铵(AP)粉末推进剂的长期贮存性和高效燃烧性,利用预处理技术对AP粉末进行包覆团聚,改善其表面特性。采用吉布斯最小自由能法计算Al/AP粉末火箭发动机的能量特性,利用预处理实验分析端羟基聚丁二烯(HTPB)对AP粉末的装填密度、吸湿性能和热分解特性的影响,并进行密闭燃烧器点火实验,研究氧燃比和装填量对Al/AP粉末推进剂能量特性参数的影响规律。结果表明:AP的最佳预处理材料配比为添加10%HTPB,且在氧燃比为3∶1时,Al/AP粉末火箭发动机的理论比冲最高达262.1s;一定范围内,随着氧燃比的增加,粉末推进剂的能量特性参数均有所增加;在氧燃比相同条件下,单位质量粉末推进剂成气量基本相同,随着粉末装填量的增加,燃温和特征速度均有所提高。     

改性单基发射药的燃速模型

为了研究以5/7单基发射药为基体药,硝化甘油(NG)为浸渍剂,聚酯为包复剂所组成的改性单基发射药的燃烧性能,对改性单基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。制备了NG浸渍量分别为10%和15%两个样品,进行了密闭爆发器试验、显微切片照相,用所建理论模型计算了试验结果。结果表明:NG浸渍量为15%时,火药力提高了10.14%,浸渍深度约0.168 mm,小于150 MPa,计算所得基体药u-p曲线高于改性单基发射药u-p曲线;大于150 MPa,两者u-p曲线重叠。当NG和聚酯在推进剂中的浸渍量分别为15%和2.5%时,在NG和聚酯浸渍量配比合适的条件下,改性单基发射药的火药力和燃烧渐增性在一定范围内可以做到同时增加。     

固体火箭高温高压复杂燃气系统的扩散系数及其相似准则数计算

为了解决固体火箭推进剂高温高压燃气输运系数难以实验测量和理论预估的实际问题,考虑燃气中含有H₂O、HCl、SO₂等强极性组分和H₂等轻质组分,通过大量文献实例验证,归纳了适于上述组分及其混合物在高温高压条件下的扩散系数计算方法,并计算了典型双基推进剂、复合改性双基推进剂和复合推进剂三种主要固体推进剂燃气在不同温度(1 500～3 800 K)和压强(8～20 MPa)下的扩散系数和输运准则数(施密特数和路易斯数),得到了固体火箭发动机燃气扩散系数随温度和压强变化的幂指数函数规律(典型双基推进剂燃气的扩散系数随温度变化的幂指数为1.646 55、典型复合改性双基推进剂和典型复合推进剂为1.629 52),以及路易斯数、施密特数的典型取值(典型双基推进剂燃气的施密特数为0.772、路易斯数为0.91,典型复合改性双基推进剂燃气的施密特数为0.675、路易斯数为0.9,典型复合推进剂燃气的施密特数为0.74、路易斯数为0.83)。这对于促进高温高压气体混合物输运性质的深入研究、火箭发动机燃烧及其内外流动仿真,均具有重要的实际应用意义。该方法没有考虑凝聚相对输运性质的影响。     

燃烧轻气炮氢氧燃烧特性详细反应动力学模拟

应用氢氧燃烧19步详细化学反应机理,建立了某燃烧轻气炮氢氧燃烧单区模型,数值模拟了氢氧混合气体燃烧发射弹丸的过程。模拟结果与文献［1］实验结果基本吻合,较好地模拟了某燃烧轻气炮氢氧燃烧热力学过程。在此基础上,对多种工况参数下的氢氧混合气体燃烧进行了系统仿真计算,分别讨论了初始温度、初始压力、稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮氢氧燃烧特性以及内弹道性能的影响,分析了氢氧燃烧过程中各化学组分的变化。研究结果表明,氢氧混合气体初始温度、初始压力和稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮内弹道性能有着显著影响。     

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...     

双基药燃烧产物热物性参数计算分析

为准确获得双基药燃烧混合气体生成物的热物性参数,求解火药燃烧产生的高温气体与身管内壁面的对流换热系数以及火炮发射过程中内壁面的温度,根据双基药组分,给出了火药燃烧化学反应方程式,计算得到燃烧生成物各组分的含量。基于已有的标准大气压下CO₂、CO、H₂O(g)、H₂和N₂的动力黏度、导热系数、比定压热容随温度的变化实测数据,采用最小二乘法拟合得到双基药燃烧混合气体生成物的热物性参数计算模型,并针对3种典型的双基药进行计算分析。结果表明：最小二乘法拟合得到的计算模型可以较好地应用于标准大气压下纯气体热物性参数的求解;气体的动力黏度、导热系数和比定压热容均随着温度的升高而增大;硝化棉含氮量越高,导热系数和比定压热容值越小,硝化棉含氮量对混合气体的动力黏度值影响较小,可忽略不计。     

四级渐扩型BLPG内弹道特性实验研究及数值模拟

以整装式液体发射药火炮(BLPG)为研究背景,设计了一种小口径四级渐扩型整装式液体发射药燃烧推进模拟装置,实验测得该装置药室内部的p-t曲线。在经典的液体炮内弹道数理模型基础上,构建了一种全新的四级渐扩型整装式液体发射药火炮三阶段内弹道模型,并得到了数值模拟结果。结果表明:药室内燃烧压力与时间的模拟值与实测值吻合较好,计算模型合理,可用于指导渐扩型整装式液体发射药火炮的内弹道设计。采用渐扩型的药室结构可以促进燃烧稳定性。