环切杆状发射装药的点传火试验研究.pdf

第4 6 卷第4 期 2 0 1 7 年8 月 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s V o i ．4 6N o ．4 A u g ．2 0 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 7 ．0 4 ．0 0 6 环切杆状发射装药的点传火试验研究采 赵宝明①郭 丹② 辛凯迪①刘来东① 赵宏立①张衡① 靳建伟o ①西安近代化学研究所 陕西西安，7 1 0 0 6 5 ②中国华阴兵器试验中心 陕西华阴，7 1 4 2 0 0 [ 摘要]针对环切杆状发射药装药，设计了两种点传火方案进行试验验证方案18 是中心传火管；方案2 4 是在 中心传火管上端增加一个点火药包，以便加强弹丸底部装药的点火。通过1 0 0m m 火炮弹道试验负压差的分析，两 种点传火方案均能满足点传火技术要求．方案2 ’负压差较方案1 。负压差小，射击安全性提高。对点火延迟时间的 分析发现，点火延迟时间越短，起始燃气生成速率越高，越易生成较大的压力波。 [ 关键词] 应用化学；环切杆状发射药；点传火；压力波；点火延迟时间 [ 分类号] T Q 5 6 2 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nI g n i t i o no fC u r v e - c u tS t i c kG u nP r o p e l l a n t Z H A OB a o m i n g ①，G U OD a n ②，X I NK a i d i ①，L I UL a i d o n g ￡，Z H A OH o n g l i 。，Z H A N GH e n g ①，J 1 NJ i a n w e i ① ①X i ’a nM o d e mC h e m i s t r yR e s e a r c hI n s t i t u t e S h a a n x iX i ’a l l ，71 0 0 6 5 ②C h i n aH u a y i nO r d n a n c eT e s tC e n t e r S h a a n x iH u a y i n ，71 4 2 0 0 [ A B S T R A C T ] T w oi g n i t i o nm e t h o d sw e r ed e s i g n e df o rc u r v e c u ts t i c kg u np r o p e l l a n tc h a r g e ．T h ef i r s to new a sc e n t r a l c o r ei g n i t e r ，a n dt h es e c o n dw a sa d d i t i o no fa ni g n i t e rb a go nt h et o po ft h ec e n t r a lc o r ei g n i t e rt oe n h a n c et h ei g n i t i o no f b o t t o mp r o p e l l a n tc h a r g e ．F i r i n gt e s tr e s u l t sb ．v10 0m mb a l l i s t i cg u ns h o wt h a tb o t ho ft h et w om e t h o d sc o u l dm e e tt h er e - q u i r e m e n to fi g n i t i o n ．N e g a t i v ep r e s s u r ed i f f e r e n c eo ft h es e c o n di g n i t i o nm e t h o di ss m a l l e rt h a nt h a to ft h ef i r s ti g n i t i o n m e t h o d ，a n dt h es e c u r i t yo ff i r ei si m p r o v e d ．I th a sb e e no b s e r v e dt h a tt h es h o r t e rt h ei g n i t i o nd e l a yt i m eo fp r o p e l l i n g c h a r g ei s ，t h el a r g e rt h eg a sp r o d u c t i o nr a t eo fp r o p e l l i n gc h a r g ew i l lb ea n de a s i e rf o r m a t i o no fas e r i o u sp r e s s u r ew a v ei n c h a m b e r ． [ K E Y W O R D S ]a p p l i e dc h e m i s t r y ；c u r v e c u ts t i c kp r o p e l l a n t s ；i g n i t i o n ；p r e s s u r ew a v e ；i g n i t i o nd e l a yt i m e 引言 提高初速是火炮武器的一个重要目标。实践证 明，提高装药量和提高发射药燃烧的渐增性能可以 有效地提高初速_ l 小。 多孔药由于比单孔管状药具有更多的中一C q L ， 燃烧过程中每个内孔直径增大，弥补了药粒外表面 直径减小造成的外表面积减少，使得总燃烧表面积 增大，是一种增面燃烧火药，燃烧渐增性优于单孔管 状药一舶一，越来越多地被应用于火炮武器。为了增大 粒状药的装填密度，多孑L 杆状发射药应运而生7 - 1 0 ， 其最大装填密度可达1 ．1g ／c m 3 。另外，由于杆状药 长度较长，燃烧时靠近内孔两端的直径变大，成喇叭 状 侵蚀燃烧J 卜1 2 1 ，不符合火药平行层燃烧规律， 不利于弹道设计者的弹道规划。而且，由于孔道过 长，孔道内压力不能及时排出，容易使多孔杆状药破 裂，使得火药不能按照设计思路正常燃烧，从而影响 弹道性能。因此，可以在多孑L 杆状药药体上增加横 向切口，改善内孑L 的通气状况，使多孔环切杆状发射 药更好地发挥其装填密度大、具有燃烧渐增性等 优点。 环切杆状发射药的装填方式相比于粒状药发生 了较大的变化。而国内目前关于环切杆状发射药点 传火性能的研究开展得较少- 1 3 一。因此，针对1 0 0 m ／T 弹道炮设计了两种环切杆状发射药点传火方 案，进行了弹道验证试验，探索适合环切杆状发射装 药的点传火方案。 { I 收稿日期2 0 1 6 4 3 6 3 0 作者简介赵宝明 1 9 7 8 一 ．男，副研究员，主要从事发射药点传火研究E - m a i l b a o m i n g z h a o 1 2 6 ．c o n 万方数据 2 0 1 7 年8 月环切杆状发射装药的点传火试验研究赵宝明，等 3 1 1 试验部分 1 ．1 环切杆状发射药制备 选用高能硝胺发射药配方，采用三基药制备工 艺，经过吸收、压延、胶化、压伸成型等工艺制备出多 孔环切杆状发射药药品。 图1 为多孔环切杆状发射药照片及示意图 参 考文献[ 6 ] 。本次弹道炮试验中，样品药型尺寸为 2 7 ／1 9 H 花边为1 9 孔，弧厚为2 ．7m m ，长度为 1 4 0m m 。 薹重雪焉 ■晕哆舅鼍 、 一_ 耋；兰釜霾羞 1 h 不意图 图1多孔环切杆状发射药 F i g ．1 M u l t ip e r f o r a t e dc u r v e c u ts t i c kp r o p e l l a n t s 1 ．2 点传火方案设计 有试验表明，迅速而分散的点火有利于降低压 力波。由于压力波主要在点火阶段形成_ l4 i ，所以应 特别注意点火系统的设计。设计两种点传火方案进 行试验验证方案14 是中心传火管；方案2 4 是在中 心传火管上端增加一个点火药包。以加强弹丸底部 装药的点火。 两种方案的装药均采用D A G R l 2 5 ．2 7 ／1 9 管 状药。方案1 ’中，传火管为可燃中心传火管，总长 3 6 0m m ，外径2 3m m ，内径1 8m m ，内部封装占装药 质量1 ％的奔奈药管作为传火药。方案2 。中，可燃 中心传火管结构尺寸与方案14 一致；与方案14 相 比，将管内奔奈药管质量减少3 0 ％，在点火药包中 装入质量分数3 0 ％的奔奈药粒。 图2 为两种方案所用的中心传火管及点火药包 照片 Ca 中心传火管 1 ．‘i 火药包 图2 两种方案所用中心传火管及点火药包照片 F i g ．2 P h o t o so fc e n t r a lc o r ei g n i t e ra n di g n i t e rb a g u s e di nt h et w oi g n i t i o nm e t h o d s 1 ．3 弹道试验 在1 0 0m m 弹道炮上对两种点传火方案进行试 验验证，弹丸质量6 ．2 7k g 。按照弹药试验标准，弹 道试验高温取5 0 ℃，低温取一4 0q C 。用S Y C ．1 0 0 0 型压电传感器测试膛底与坡膛处膛内压力，由二者 压力．时间曲线作出膛底与坡膛压差曲线。两种方 案各进行3 发平行试验，试验结果取平均值。 2 结果与讨论 2 ．1 安全性 压力波 膛内压力波的大小，通常以膛底处测得的压力 减去坡膛处所测压力的差值表示，从而获得压力差 随时间的变化规律．即 △p p 。- p 2 。 1 式中△p 为某瞬间膛底与坡膛处的压力差；P 。为某 瞬间膛底处测得的压力；P ，为某瞬间坡膛处测得的 压力。 火炮射击过程中，压力差随时间的变化曲线 却．t ，通常称为压差曲线。一般在压差曲线上，取 第一个负压差值作为衡量膛内压力波的特征量．记 作一卸∞它不仅反映点火的不均匀性，也是点火好 坏的标志。 图3 为一4 0 ℃时两种点传火方案在1 0 0m m 弹 道炮上试验测得的膛底与坡膛的压力曲线及压差曲 线。表1 为两种点传火方案在1 0 0 m m 弹道炮上试 万方数据 曝破器材 第4 6 卷第4 期 b 方案2 8 图3 两种点传火方案在1 0 0m m 弹道炮上的 p f 曲线及却一f 曲线 F i g ．3 P fc u n ‘e sa n d 卸一，C U D , ‘e so ft h et w oi g n i t i o n m e t h o d sb y ．1 0 0m mb a l l i s t i cg u n 表1两种点传火方案在1 0 0n l m 弹道炮 上的负压差 T a b ．1 N e g a t i v ep r e s s u r ed i f f e r e n c eo ft h et w o i g n i t i o nm e t h o d sb y ．10 0l i i mb a l l i s t i cg u n 验得到的结果。 由图3 可明显看出．方案18 压差曲线有较明显 的压力波动，方案2 ”压差曲线波动不明显 表1 试验结果显示．一4 0 ℃时两种点传火方案 单发获得的负压差均小于3 5M P a ，装药的射击安全 性得以保证。说明两种点传火方案均可满足该装药 的点传火要求。相比而言，方案2 ”的负压差较小， 说明其压力波变化较小，装药药床点火均匀性良好， 安全性优于方案1 。这是由于方案2 。将一部分点 火药由可燃中心传火管内移到药床中上部位置，加 强了弹丸底部装药的点火，使药床底部和中上部的 点火同时性及均匀性提高．避免了点火初期点火能 量集中在药室底部及中部，顶部火药的起燃迟滞于 底部，从而形成底部和顶部较大的压力梯度，避免了 危险压力波的产生 2 ．2 点火延迟时间 由两种点传火方案弹道试验得到的p - t 曲线可 分析获取两种方案点火延迟时间，结果如表2 所示 表2两种点传火方案在1 0 0m m 弹道炮上 的点火延迟时间 T a b ．2 I g n i t i o nd e l a yo ft h et w oi g n i t i o nm e t h o d s b y10 0m mb a l l i s t i cg u n 。 温度／点火延迟 点火延迟时 一△p 。／ “” q C 时间／m s 间均值／m sM P a 1 。一4 0 4 0 5 0 1 ．2 2 ．9 1 ．8 一1 0 ．1 9 气 一4 3 ．0 点火延迟时间是指点火药开始燃烧并加热发射 药至发射药起始燃烧 表面有燃烧火焰 之间的时 间。此处，点火延迟时间是指点火燃烧压力2M P a 至1 0M P a 的时间，认为2M P a 时点火药开始稳定燃 烧并开始加热发射装药 由表2 试验结果可看出．低温一4 0c | C 条件下． 与方案1 。相比。方案2 。点火延迟时间较长，膛内压 力达到2 ～1 0M P a 平均需2 ．9m s ，点火初始阶段压 力上升速率较慢，负压差平均值较方案1 。低同 样，方案2 8 高温5 0 ℃条件下膛内压力达到2 ～1 0 M P a 平均需1 ．8m s ，高温条件下气体压力上升速率 较低温一4 0 ℃高，表现出膛内产生较高的负压差， 负压差平均值达一4 3M P a 。可能正是由于点传火 系统、装药初温等对点火初始气体生成速率的影响， 从而影响膛内压力波的变化点火初始气体生成速 率较低，膛内压力梯度较小，局部产生的压力波有较 多的时间在药室消失，从而使膛内压力波衰减下来 另外，由表1 和表2 两种方案单发数据对比发 现．膛内压力由2 ～1 0M P a 经历时间越短，越易产生 较大压力波．说明起始燃气生成速率越高或点火强 度太强，越易生成较大的压力波。 对于环切杆状发射装药点传火系统设计时，要 注意以下几点 2 4 ● 8 8 9 8 8 }2，‘，‘1 1 万方数据 2 0 1 7 年8 月 环切杆状发射装药的点传火试验研究赵宝明，等 3 3 首先，要考虑点传火系统的点火能量。点火药 用量既要能保证药室装药正常点火，不发生装药不 均匀点燃和延迟发火，又不能超过某极限值。造成点 火过强，使得装药初始气体生成速率过高．形成危险 压力波。 其次，应考虑装药点传火系统的结构设计。随 着发射药高燃烧渐增性及高能量密度要求的发展， 复杂药型层出不穷，膛内装药的复杂性及对点传火 系统性能的要求也越来越高，原来在药室底部放置 一个点火药包，就可能较好地完成装药的点火，现在 对于一些装药，即使使用中心传火管，也不能保证点 火性能能满足点火技术要求。应根据膛内装药实际 情况、负压差等信息的反馈选择并改善点传火系统。 使其满足使用要求。 3结论 1 1 0 0m l T l 弹道炮试验结果表明。两种点传火 方案均能满足环切杆状发射装药的点传火技术要 求。相比而言，方案2 4 负压差较方案18 中心传火管 小，射击安全性提高。 2 点火延迟时间及负压差结果显示，点火阶段 点火延迟时间越短，起始燃气生成速率越高，越易生 成较强的压力波。 [ 2 ] ’37 参考文献 王琼林，刘少武，张远波，等．程序控制燃烧发射药的 概念和原理 J ] ．火炸药学报，2 0 0 9 ，3 2 5 7 l 一7 4 ． W A N GQL ，U 乙SW ，Z H A N GYB ，e ta 1 ．C o n c e p t i o na n d p r i n c i p l eo fc o n t r o l l e db u r n i n gg u np r o p e l l a n t J ] ．C h i n e s e J o u r n a lo fE x p l o s i v e sa n dP r o p e l l a n t s ，2 0 0 9 ，3 2 5 7 1 - 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2 1 0 ． [ 1 0 。 E R M O L A E 、一BS ，R O M A N K O VAV ，S U L I M O VAA ， e ta l ，C o m p a c t e dm o d i f i e dp r o p e l l a n tb l o c k sa st r a v e l i n g c h a r g ei nt h eh 、_ b r i ds h o ts c h e m e [ J ] ．P r o p e l l a n t s ，E x p l o s i v e s ，P y r o t e c h n i c s 。2 0 1 4 。3 9 6 8 8 1 - 8 8 9 ． 1 1 1 张洪林．侵蚀燃烧在发射装药内弹道中的应用研究 [ J ．兵工学报．2 0 0 8 ，2 9 2 1 2 9 1 3 3 ． Z H A N GHL ．A p p l i c a t i o nr e s e a r c ho fe r o s i v eb u r ni n p r o p e l l a n tc h a r g ei n t e r i o rb a l l i s t i c s [ J ] ．A e t aA r m a m e n t a r i i ，2 0 0 8 ，2 9 2 1 2 9 ．1 3 3 ． [ 1 2 j 萧忠良，王泽山．发射药科学技术总体认识与理解 [ J ] ．火炸药学报，2 0 0 4 ，2 7 3 1 _ 6 ． X I A OZL ．W A N GZS ．T h eu n d e r s t a n d i n ga n dc o m p r e h e n s i o no fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yf o rp r o p e l l a n t [ J ] ． C h i n e s eJ o u r n a lo fE x p l o s i v e sa n dP r o p e l l a n t s ，2 0 0 4 ，2 7 3 l - 6 ． [ 1 3 ] 赵宝明，李先，刘来东，等．适用于R G D 7 A 基三层发 射药的点火药[ J ] ．爆破器材，2 0 1 5 ，4 4 3 5 1 - 5 4 ． Z H A OBM ，L IX ，L I ULD ，e ta 1 ．I g n i t i o np o w d e r so f t h et h r e el a y e r sg u np r o p e l l a n tb a s e do nR G D 7 A [ J ] 。 E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 1 5 ，4 4 3 5 1 - 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