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。     

某压裂火药燃烧速度特征与温度关系的密闭爆发器实验研究

为模拟某压裂火药在油井作业中燃气的压力变化规律,需要确定火药的燃烧速度与其温度的关系。利用密闭爆发器实验系统,获得不同温度条件下火药燃气的压力随时间的变化曲线。基于内弹道火药燃烧特征量静态分析方法,计算出不同温度下火药的燃烧速度定律,并进一步计算燃速系数与温度的关系。通过拟合得出火药的燃速随温度增长的指数式变化函数,通过误差分析判定该函数适用于30℃～150℃的温度变化区间,为不同温度下的井下模拟计算提供了理论支持。     

火药燃烧宽波段热辐射温度测量方法研究

为了准确测量火药燃烧时的高温瞬态火焰表面温度,利用辐射测温理论提出了火药燃烧宽波段热辐射测温方法,集成设计了高温瞬态温度测量系统,并采用单基发射药自由场条件下的燃烧试验,验证了高温瞬态温度测量系统的有效性和可靠性。结果表明,自由场条件下3m处的单基发射药燃烧火焰表面温度在1~10 kg等4种不同药量下实测为1500~1800℃,数据重复性较好,且测量结果与理论计算一致。     

火药燃烧性能的矢量计算方法

提出一种计算火药燃烧性能的矢量方法,能够计算任意截面形状火药燃烧过程中任意时刻火药的燃烧边长、燃烧面积、截面积和体积.为研究火药的实际燃烧规律开辟了一个新途径,对于指导火药装药设计具有重要的理论参考价值与工程实际意义.     

一新型聚合物粘合烟火点火药的研究

在英国，不是用导火索而是用火硝纸点燃某些烟火药。缓慢燃烧的火硝纸通过一种点火药点燃粉末状主装烟火药。最近发现粉末状点火药在贮存和搬运期间往往会从火硝纸中漏出来。这样由于点火药数量减少而导致主装烟火药的点火能力下降。为了克服泄漏并改进粉末点火药的点火能力，在其中加入了3－12％的聚合物粘合剂。已经研究了六种聚合物粘合剂－乙烯醇／乙酸树脂，间苯二酚树脂，聚酯／苯乙烯树脂，环氧树脂，聚丁二烯和乙基纤维素。并测定聚合物粘合剂点火药的固化时间、燃烧速度、燃烧时间、残余物％、燃烧热、点火和预先点火温度。我们发现，聚酯／苯乙烯树脂、聚丁二烯在该项研究限定的时间和温度内难以固化。点火药的燃烧速度和残余物的重量百分比随着粘合剂浓度的增加而分别降低和增设高。同时也发现点火药的燃烧速度取决于加入配方的聚合物粘合剂的类型。还发现聚合物预点火反应[PIR]温度的降低会导致点火药燃烧速度的增加。发现含有间苯二酚树旨3％的点火药能很好地胶合在火纸内，从而避免了泄漏，具有最低的预点火反应温度和最快的燃烧速度。     

不同包覆方式包覆火药的燃烧性能

对基药、侧面包覆火药、端面包覆火药以及全包覆火药的燃烧性能进行了研究。分析了这几种不同包覆方式包覆火药在定容燃烧状态下的ｐ～ｔ曲线、ｄｐ／ｄｔ～ｔ曲线、Ｌ～Ｂ曲线及ｄψ／ｄｔ～ｐ曲线的变化规律，得出了包覆火药发生作用的机理，并分析了不同包覆方式包覆火药的燃气生成规律。     

低温感火药降低火炮弹道温度系数的研究

研究了低温感（LTSC）包覆火在高、常、低温（50℃、15℃、-40℃）下燃烧的不同规律，分析了低温感包覆火药分批参与燃烧从而降低火炮弹道温度系数的机理。低温感硝胺火药中止实验和105mm火炮弹道实验结果表明，低温感硝胺火药具有降低火炮弹道温度系数的效果。     

弹道特征参数计算及密闭燃烧压力实验

为了确定输出条件下燃气做功元件装药参数，用VLW状态方程计算了点火药和主装药的火药力、余容，结合诺贝尔-阿贝尔方程，对不同输出特性做功元件的装药参数进行了设计，容积为Icm^3的做功原件压力输出试验结果表明：点火药(B／KNO3)为0．2g、主装药(RDX)为0．0995g时，做功元件输出最大压力平均值为179MPa，与设计值192MPa接近；点火药(B／KNO3)为0．2g、主装药(RDX)为0．199g时，做功元件输出最大压力平均值为348MPa，与设计值384MPa接近。     

多孔火药燃烧分裂后药粒的形状函数计算研究

在内弹道计算中，多孔火药在燃烧分裂前的形状函数已有严格的推导。但对分裂以后的形状函数没有一个理想的公式，因而计算结果与实际的符合程度不理想，本文根据多孔火药分裂后的几何形状和几何燃烧定律推导出各种多孔火药的形状函数．并提出了多孔火药分裂后的内弹道新解法。     

点火药燃烧红外热成像技术的测试研究

选用3种高能点火药,利用全数字动态红外热像分析系统进行燃烧温度的测定,研究了高能点火药燃烧的温度场,得到了燃烧温度的时空分布、火焰大小的判读等.通过比较,掌握了3种点火药在不同组分下的燃烧温度变化规律及燃烧稳定性,得到3种点火药在不同磷铁比例时的最高燃烧温度.     

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。     

基于密闭爆发器的等离子体诊断系统研究

为了快速有效地诊断火药燃烧时生成的等离子体密度,设计了一套基于密闭爆发器的等离子体诊断系统,并采用光谱法对等离子体进行诊断。诊断结果表明:通过设计的等离子体诊断系统可以诊断出火药燃烧时的发射光谱,从而获得相应的等离子体密度。     

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.     

基于亚历山大效应测量固体火箭发动机燃气温度

介绍了亚历山大效应测温原理,通过数值仿真研究了发动机尺寸与热损失对燃烧室轴心温度的影响,组建了基于亚历山大效应的火箭发动机燃气温度测量系统。测量了铝含量为1%,9%,17%的复合推进剂在0.1 MPa下燃气温度、发动机工作压强为5 MPa时燃烧室内燃气温度和喷管出口处燃气温度。结果表明:发动机直径与热损失对燃烧室轴心温度的影响可忽略;基于亚历山大效应测温法在室压下测得燃气温度分别为2857,3109,3284 K,理论计算燃气温度分别为2712,2891,3049 K,即随着铝含量的增加,实测燃气温度和理论燃气温度都增加;测得发动机喷管出口燃气温度为2200 K,与理论计算的2278 K较吻合;透明玻璃窗在发动机工作过程中受到燃气污染,导致测得的燃烧室气体温度分别为2300 K和2450 K,低于理论计算的3190 K和3450 K,必须进一步改进高温测量系统,使之能精确测量火箭发动机燃气温度。     

固体火箭高温高压复杂燃气系统的黏性系数和导热系数计算

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,归纳了适于这些组分及其混合物在高温高压条件下的黏性系数和导热系数计算方法,计算了双基推进剂(DB)、改性双基推进剂(CMDB)和复合推进剂(CP)3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)下的黏性系数、导热系数和普朗特数,得到了固体火箭发动机燃气黏性系数和导热系数随温度变化的幂指数函数规律和典型普朗特数取值。所得结果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。     

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。     

底排推进剂瞬态泄压工况下燃烧流场特性的数值模拟

针对底排弹出炮口泄压瞬间燃烧失稳问题,建立了AP/HTPB底排推进剂燃烧流场的二维轴对称非稳态模型,通过数值模拟获取了底排模拟装置在瞬态泄压工况下的流场特性。结果表明: 在泄压过程中,燃烧室内压力、密度和温度沿轴向迅速下降,速度沿轴线迅速升高,且各流动参数的变化梯度逐渐减小;底排推进剂燃气的加入导致燃烧室内密度沿径向降低,而温度沿径向升高;燃烧室内压力随时间变化的计算值与实测值吻合较好。     

序列堆积杆状药床微细孔道相间阻力特性研究

为了进一步提升火炮发射弹丸的炮口动能,传统粒状药由于其装填条件的制约,在很大程度上无法满足现代火炮的需求。杆状药以其优异的装填性能得到了广泛的关注,采用杆状药以序列形式进行装填,可以有效调高火药装填密度。对于花边形的多孔杆状药,为更好研究其内弹道性能,采用仿真计算分析其燃烧性能,此过程需要大量辅助方程以保证计算结果的准确性。其中,燃气在序列堆积杆状药床微细孔道内流动的阻力系数是两相流内弹道的重要参数。利用实验装置分别完成氮气在杆状药内孔、花边间隙及装填药床流动的阻力特性实验研究,测量孔道进出口压降以及流量,总结出相间阻力系数f与雷诺数Re与间的关系。在同等条件下,使用Fluent仿真软件对氮气在微细孔道的流动特性进行计算分析,与实验结果吻合较好。在验证此模型的合理性后,将氮气更换为杆状药燃烧生成的火药燃气,结果表明：随着雷诺数Re增大,阻力系数f不断降低,可以拟合出相应的无量纲关系式f(Re),为两相流内弹道计算提供基础。