空气电弧等离子体作用下发射药的燃烧特性

为了研究发射药等离子体点火作用机理,用扫描电子显微镜研究了不同强度电弧放电等离子体揭示的3种制式发射药及新型ETPE发射药在等离子体作用后的燃烧表面变化规律,得到等离子体点火后发生燃烧反应的质量.结果表明,电弧等离子体输入电能对发射药的点火有着重要影响,随着输入电能的增加,参加反应的发射药质量逐渐增加.ETPE发射药燃烧表面与常规制式发射药燃烧表面有较大差别.发射药对电弧等离子体的相对敏感程度不同,双基发射药最强,ETPE发射药最弱.     

ETPE发射药等离子体点火的燃烧特性

为解决ETPE发射药点火延迟时间长及难点火的问题,用高功率脉冲电源通过等离子体发生器产生电弧等离子体点燃ETPE发射药,并研究了ETPE发射药在等离子体作用条件下的点火燃烧特性.结果表明,与常规点火方式相比,等离子体作用使ETPE发射药的燃速显著增强,点火延迟期缩短,点火的一致性改变.分析认为,等离子体高温高速射流的强作用使得RDX颗粒快速越过吸热熔融过程达到分解放热阶段,所以ETPE发射药点火延迟期缩短以及燃烧初期燃速提高.     

GAP-ETPE基发射药配方的能量特性分析

采用内能法计算了GAP含能热塑性弹性体(ETPE)为基的多个发射药配方的能量特性参数.结果表明,RDX/ETPE/A3发射药的火药力约为1 170 kJ/kg,用CL-20、TNAZ等替代配方中的RDX,火药力呈线性规律变化,并且能够得到1 300 kJ/kg以上的火药力.不同的含能增塑剂对配方的能量有很大的影响,含BTTN、BuNENA发射药配方具有很高的能量,RDX/ETPE/NC/BTTN(ETPE与NC的质量比为70∶30)发射药配方的火药力在较宽的范围内都可以达到1 200 kJ/kg.     

SF-3发射药的等离子体点火中止燃烧试验

采用有剪切膜片控压的密闭爆发器分别在等离子体点火和常规点火条件下进行该发射药的燃烧性能和中止燃烧两种比较试验.用扫描电镜观测了SF-3发射药的燃面变化情况.结果显示,在底喷式等离子体发生器作用下,SF-3发射药的燃烧表面存在大量微坑,使燃烧表面积大大增加,并导致SF-3发射药等离子体点火燃烧在一定程度上偏离几何燃烧规律.在常规点火条件下,SF-3发射药中止燃烧表面的Cu、C、O三种元素的归一化质量分数分别为0.7%、30.0%、69.3%,而在等离子体点火条件下则分别为3.0%、35.5%、61.5%,表明等离子体发生器所产生的高温C颗粒和Cu颗粒对SF-3发射药的燃烧有显著影响.     

用于电热化学炮的放电毛细管烧蚀模型研究

为研究毛细管的烧蚀质量参数进而指导点火系统设计,对电热化学发射中等离子体点火用聚乙烯放电毛细管的烧蚀过程进行了理论研究。用电弧等离子体磁流体动力学仿真模型中的烧蚀焓方法,计算了一个典型放电周期过程中烧蚀率的时间分布。辐射能的计算分别采用灰体辐射模型与净辐射系数模型,对烧蚀过程的影响进行了对比分析。结果表明,等离子体的温度对管壁的烧蚀率有较大影响;在相同输入参数计算条件下,两种模型计算结果存在较大差异;灰体辐射模型理论计算结果与实验值接近。净辐射系数法适用于大管径放电情况,在小管径情况下则会低估烧蚀结果。     

ETPE发射药表观黏度的实验研究

利用ARES应变流变仪测试了不同ETPE发射药配方的表观黏度,并对实验结果进行了数学处理,得到ETPE发射药不同配方的表观黏度与剪切应力关系式.结果表明,影响ETPE发射药表观黏度的主要因素是热塑性弹性体ETPE的相对分子质量、固体添加剂RDX的质量分数及其表面特性以及实验温度.用惰性材料处理RDX表面是调节ETPE发...     

EI发射药的燃烧特性

为研究EI发射药的燃烧性能,基于EI发射药的制备过程及药形结构特征,对EI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.建立了EI发射药的燃速计算数学模型.制备了NG浸渍量分别为10％和15％的EI-1和EI-2样品.进行了密闭爆发器试验、显微切片照相.结果表明,NG浸渍量为15％时,火药力提高了10.14％,浸渍深度为0.168 mm;根据实验数据计算EI发射药的u-p曲线,150 MPa前EI发射药的燃速高于单基发射药,在150 MPa后两者重合;由L-B曲线知EI-2发射药的燃烧渐增性较好.只要NG浸渍量和聚酯浸渍量配比合适,EI发射药的火药力和燃烧渐增性在一定范围内可以同步增加.     

ETPE发射药的热分解特性与燃烧机理

通过DSC、PDSC分析了点火延迟时间长及难点火ETPE发射药燃烧过程中的热分解特性。用中止燃烧实验装置、SEM电镜观察研究了ETPE发射药燃烧表面的形貌变化及燃烧规律。结果表明,ETPE发射药热分解过程主要由其配方中含能添加剂RDX的热分解过程决定,RDX组分与含能黏结剂BAMO/AMMO聚合物体系之间的燃烧不同步性是造成ETPE发射药点火燃烧性能不佳的主要原因。根据ETPE发射药燃烧过程的特点,归纳出该类发射药的燃烧机理。     

约束条件对发射装药机械冲击作用下敏感特性的影响

选用制式发射药进行了子弹撞击、破片撞击和空心装药射流撞击试验,研究了钢和可燃药筒的强、弱两种约束条件对发射药在机械冲击作用下敏感特性的影响。结果表明,在子弹撞击和破片撞击的高速机械冲击作用下,约束条件对发射装药的敏感特性响应结果影响明显;强约束条件下发射装药发生燃烧或爆炸响应,弱约束条件下发射装药无响应或发生燃烧响应,在空心装药射流的最强机械冲击作用下,约束条件对发射装药的敏感特性响应结果无明显影响,弱、强约束条件下发射装药的响应结果一致;在发射装药壳体上设计容易泄压的薄弱环节有利于降低发射装药受到意外机械冲击作用时的反应剧烈程度。     

降低发射装药弹道温度系数技术的国内外研究进展

论述了国内外降低发射装药弹道温度系数技术的研究进展,主要包括采用机械压扁技术、包覆技术、表面包覆双基(SCDB)发射药技术、挤压浸渍(EI)技术、挤压复合低敏感(ECL)技术等实现燃面补偿可以降低发射装药弹道温度系数;对低温度系数(LTC)发射药的药型进行设计优化可以使不同温度下的燃速基本保持一致,从而降低发射装药弹道温度系数;电热化学发射技术能够通过调节输入能量精确实现对温度变化的补偿,显著降低发射装药弹道温度系数。结合降低发射装药弹道温度系数的基本原理,总结了不同技术途径降低发射装药弹道温度系数的调控机制。基于上述论述,今后可开展对ECL发射药、SCDB发射药的研究,进一步增强对等离子体与发射药相互作用机理以及电源的小型化研究。附参考文献62篇。     

局部阻燃火药在模块装药中的作用

通过定容燃烧实验比较了含局部阻燃火药的模块装药中各装药组分及其混合装药的燃烧性能。结果表明,定容燃烧实验中局部阻燃火药的混合装药p-t曲线拐点处的相对已燃烧部分Ψe值随装填密度的变化而变化。通过不同装填密度的混合装药中止实验,分析了Ψe值变化的原因。由势平衡理论结合实验数据分析表明,Ψe值变化与实际模块装药火炮内弹道p-t曲线上势平衡点的相对已燃烧部分ΨE值变化相对应。在模块装药中,局部阻燃火药能起到调节膛压的作用。     

On the Mechanism of Energy Transfer in the Plasma‐Propellant Interaction

A coupled plasma sheath/ablation model is developed for electrothermal chemical gun applications. By combining a commonly employed collisional sheath model with a previous ablation model, the convective heat flux as a function of time to the propellant bed is determined for two potential electrothermal chemical gun propellants, XM39 and JA2. It is found that the convective heat flux varies smoothly from a nearly collisionless to a fully collisional regime over the short duration of the plasma pulse. The possibility of determining an accurate estimate of the amount of heat flux to the propellant bed due to radiation from the bulk plasma presents itself.     

新型高能叠氮硝胺发射药高压燃烧稳定性研究

为了研究高能发射药膛内燃烧规律,通过半溶剂法制备了一种火药力高达1240J/g的新型高能叠氮硝胺发射药(ADR),采用高压密闭爆发器和30mm高压模拟试验装置,分别研究了不同温度下ADR发射药定容高压燃烧性能和装填密度、温度以及石墨光泽处理对ADR发射药膛内高压燃烧稳定性的影响。结果表明,不同温度条件下(-40、20和50℃)ADR发射药静态及动态燃烧性能稳定性良好,燃烧过程无异常;随着温度的增加,ADR发射药点火性能提高,增加了膛内燃烧稳定性;装填密度0.48~0.64g/cm³范围内,随着装填密度的增加,ADR发射药膛内压力波强度逐渐增加,但增长幅度减小;对发射药进行石墨光泽处理,增加了ADR发射药起始缓燃效果,使不同温度下膛内压力波强度明显降低;与RGD7发射药相比,ADR发射药火药力较高,爆温较低,发射装药膛内高压燃烧稳定性相当,在高膛压环境中应用前景较好。     

Multivariate Calibration of Semi‐Synthetic Data Sets: Gun Powder Analysis

Quantitative analysis of multi‐component mixtures such as propellant powders is not trivial since it usually requires separation of the mixture constituents. Multivariate calibration combined to the use of semi‐synthetic data sets can eliminate the need for standard solutions preparation, and therefore allow the rapid determination of mixtures provided no intermolecular interactions occur in the systems. Multivariate compositional analyses of FTIR spectra of low‐vulnerability (LOVA), high‐energy low‐vulnerability (HELOVA) and energetic thermoplastic elastomer (ETPE) propellant powder systems were performed using the partial least‐squares (PLS) regression algorithm. All constituents except ethyl centralite (EC) were quantified. Concentrations were predicted within 1% error for the major component (1,3,5‐trinitro‐1,3,5‐triazacyclohexane or RDX), and within 5% error for the minor components (between 12 and 2% nominally by weight). LOVA, HELOVA, and ETPE gun powder samples concentrations were estimated and compared to expected compositions.     

Effect of electrical/chemical energy input on the Interior Ballistics of an Electrothermal Chemical Gun

Recent studies have clearly indicated that an electothermal chemical (ETC) gun provides many advantages over solid and liquid propellant guns. However, the interior ballistic process of an ETC gun has not yet been fully investigated. Specifically, the effects of the energy ratio between the electrical and chemical energy input on gun performance is not well understood. Nor is it known exactly how chemical energy is converted to propulsive energy during the ETC gun event. In view of this, a comprehensive theoretical model taking into full account electrical/chemical energy input, liquid entrainment process, distribution of dispersed droplets, and liquid propellant combustion, is developed to simulate the interior ballistics of an ETC gun. Governing equations are formulated from first principles for five different regions, including the gas phase (i.e., Taylor cavity), working fluid (i.e., liquid propellant), dispersed droplets, projectile, and plasma generation cartridge (PGC). Various energy ratios with two different PFN discharge characteristics are employed to evaluate ETC gun performance. Results indicate that the gun champer pressure, muzzle velocity, and ballistic efficiency depend strongly on the energy ratio. The electrical energy input and chemical energy release processes show unequal influence on the gun performance over different stages of ETC gun event. The predicted time history of the breech presure is compared with the measured breech pressur available in the literature. The results show that shapes of the breech pressure-time traces and values of the peak pressure predicted by the present model agree reasonably well with the experimental data.     

多层发射药的燃烧特性

利用已建立的圆环状多层发射药燃烧模型得到多层发射药的理论燃烧猛度Γ-Ψ曲线,并通过密闭爆发器实验测试了不同结构的多层发射药的静态燃烧性能,讨论了结构对多层发射药燃烧渐增性的影响。结果表明,火药燃去量处于0.2~0.8时,实验L-B曲线与理论Γ-Ψ曲线之间有着相同的变化趋势;过大(或过小)的内外层燃速比K和缓燃层厚度比X均对多层发射药的燃烧渐增性不利,只有在合理的范围里选择,多层发射药的燃烧渐增性才会呈现增强的趋势;随着药片宽厚比W的增大,多层发射药表现出恒面燃烧的特征,燃烧渐增性变佳。