适用于RGD7A基三层发射药的点火药.pdf

2 0 1 5 年6 月适用于R G D 7 A 基三层发射药的点火药赵宝明，等 5 1 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 5 ．0 3 ．0 1 2 适用于R G D 7 A 基三层发射药的点火药米 赵宝明李先刘来东张衡靳建伟 赵宏立王琼林杨丽侠 西安近代化学研究所 陕西西安，7 1 0 0 6 5 [ 摘要] 以常用点火材料N c 硝化棉 、B P 2 ’小粒黑 和奔萘药作为点火药，考察点火药对R G D 7 A 基三层片状 硝胺发射药的点火能力。以特征点火药量、点火延迟时间及点火压力为点火性能判据，通过点火性能对比试验，发 现奔萘药更适合作为R G D 7 A 基三层药的点火药。进一步通过密闭爆发器试验证明，采用奔萘药作为R G D 7 A 基三 层药的点火药，可有效提高R G D 7 A 基三层药的点火同时性，效果明显优于N C 和B P 。 [ 关键词]点火药；三层药；点火性能；奔萘药 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 2 ；T Q 5 6 3 引言 多层发射药不仅可以大幅提高发射药装填密 度，而且其外层相对燃速较低。当弹丸启动并达到一 定速度时，由于弹后空间的急剧增加而膛压下降，普 通发射药这时因作用到弹丸底部的压力也出现下降 而导致最终弹丸的炮口初速偏低．而多层发射药因 为内层高燃速部分的快速燃烧弥补了弹后空间的压 力快速下降，提高了压力曲线的丰盈程度，通过提高 弹底的作用压力最终提高了弹丸的炮口初速[ I 圳。 目前国内有学者研究了多层药燃烧渐增性的表 征及弹道指标的提高[ 5 引，但对于多层药点传火的控 制及性能研究还不够深人。众所周知，点火是火药 装药燃烧的起始条件，点火的好坏直接影响到火药 燃烧的状况，从而影响火药装药的弹道性能。因此， 针对多层药的配方及使用特点，筛选适合多层发射 药的点火药．促进其在身管武器中的安全应用就显 得尤为重要。本文以R G D 7 A 基三层片状硝胺发射 药为例，以特征点火药量、点火延迟时间及点火压力 为点火性能的判据，从N C 硝化棉 、B P 2 。小粒黑 和奔萘药等常用点火药中优选适合R G D 7 A 基三层 片状硝胺发射药的点火药。 1 试验部分 1 ．1 试剂及仪器 奔萘药工业级。西安北方惠安精细化工有限公 司；N C 氮的质量分数1 2 ％，G J B 3 2 0 4 - - 1 9 9 8 ；B P H Y - 2 2 4 小粒黑 ，G J B l 0 5 6 - - 2 0 0 4 R G D 7 A 基药配 方 质量分数 N C N G 5 5 ．2 ％ 、R D X 2 6 ．6 3 ％ 、N Q 1 5 ．7 3 ％ 、其他 2 ．8 ％ ，西安近代 化学研究所。 压力传感器6 2 1 3 B 型压电传感器，西安近代化 学研究所数据采集器3 0 2 0 型数据采集器，采样频 率2 0k H z ，D E W E T R O N 公司；电子天平C P A 2 2 3 S 型电子天平，精确度0 ．0 0 01g 。赛多利斯公司。 1 ．2R G D T A 基三层硝胺发射药制备 R G D 7 A 基三层硝胺发射药由内层和外层组成， 呈三明治状结构，其结构如图1 a 所示。其内层选 用燃速较高的R G D 7 A 基配方组成。外层由质量分 数1 0 ％高分子阻燃材料聚酯P I O 及9 0 ％R G D 7 A 基 药混合组成，内外层药片厚度比按1 0 1 挤压黏结 成型。制备出的圆环状发射药，如图1 b 所示。 a 结构不意图 b 实物图 图1R G D T A 基三层片状发射药 F i g ．1 T 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 1 ．3 点火性能试验装置 发射药点火性能试验装置如图2 所示 自制 。 该装置容积1 0 0m L ，内径4 0m m ，外径8 0m m ，燃烧 室长度8 0m m 。点火药包置于装置左侧底端中心正 对测试样品，保证点火药燃烧产物均匀覆盖发射药 样品初始燃面。根据B r u c e t o n 升降法[ 7 剐调整点火 药量进行试验，直到点火与不点火药量相差0 ．0 0 2g 来收稿1 3 期2 0 1 4 - 0 9 - 2 8 作者简介赵宝明 1 9 7 8 ～ ，男，硕士，工程师，主要从事发射药燃烧性能研究。E - m a i l b a o m i n g z h a o 1 2 6 ．c o r n 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 4 卷第3 期 为止。将恰好点燃装药的点火药量作为试验条件下 试样的特征点火药量 也称临界点火药量 ，该特征 点火药量应连续3 次点燃发射药。最终以特征点火 药量作为发射药样品的点火性能衡量指标之一。 1 一点火堵头；2 一点火药；3 一压力传感器； 4 一发射药样品；5 一试验装置本体；6 一泄压堵头 图2 发射药点火性能试验装置 F i g ．2 T e s ts y s t e mo fi g n i t i o np r o p e r t yo fp r o p e l l a n t 1 ．4 点火试验方法 将多层药试样按某一固定方式放人点火性能试 验装置中，用电点火丝引燃点火药包，通过压力传感 器记录多层药点火燃烧过程p - t 曲线。由p - t 曲线 确定多层药点火过程压力上升到5M P a 时的点火延 时及点火延迟期所维持的压力，该时间及压力称作 点火时间及点火压力。利用B r u c e t o n 升降法进行多 次试验，即可得到刚好点燃多层药所需点火药的最 小药量，将该点火药量作为该条件下点燃多层药的 特征点火药量。利用铜片封堵装置的一个端口，点 火后压力达到一定程度时自行破片泄压。 2 结果与分析 对该三层片状硝铵发射药进行点火性能试验． 结果见图3 。图3 为三层片状硝胺发射药点火药量 为特征点火药量条件下的点火性能试验曲线，具体 试验条件及性能见表1 。 图3 、表1 数据可显示以下信息 1 膛内装填密度不同，特征点火药量、点火压 力及点火时间不同；随着装填密度的增加，特征点火 药量增加，点火压力下降，点火时间延长； 2 点火药种类不同，特征点火药量、点火压力 及点火时间不同 3 在装填密度相同的情况下。奔萘点火药特征 点火药量最小，点火时间最小及平均点火压力最小； 4 综合点火药量、点火压力和点火时间，奔萘 点火药作为该多层药的点火药点火性能最佳。 装填密度增加，若点火药量不变，则单位面积发 射药样品吸收的热量减少，发射药表面达不到反应 温度，导致点火失败。因此，需提高点火药量，发射 b 2 “ 1 1 2 。 萋i 。2 d 4 4 ．。。。一 ⋯。．．．⋯．⋯．．．．√ 一r ， 1-_”- 一一⋯，rT11 0O ．5 1 ．0 1 ．52 ．0 t 毡 e 5 4 图3 点火性能试验曲线 F i g ．3E x p e r i m e n t a lc u r v e so fi g n i t i o np r o p e r t y 药才能达到反应条件而燃烧。 3 4 结果没有颠覆点火实际规律。点火药点火性 能的好坏应综合点火药量、点火压力及点火时间。 虽然2 8 与18 比较，点火时间略长，但点火药量及点 火压力优于1 ”。同样的点火药量或点火压力下，黑 万方数据 2 0 1 5 年6 月适用于R G D 7 A 基三层发射药的点火药赵宝明，等 表13 种点火药点火性能试验 T a b ．1 I g n i t i o np r o p e r t yo ft h et h r e ei g n i t i o nm a t e r i a l s 火药的点火能力应该是优于N C 的。在装填密度较 大的情况下，这一规律尤为明显，如3 。与4 。的比较。 这2 种点火剂的点火能力差异在一些论文及著作中 已有定论⋯。原因在于黑火药燃烧后产生其产物 质量分数5 6 ％的固体粒子，这些微粒上聚集了一部 分热量成为灼热粒子。灼热粒子接触到火药表面 时，将热量集中传给某一点，使装药局部加热并引 燃。虽然N C 燃烧时热量较高，但不产生固体粒子， 点火能力不如黑火药。 表2 为3 种点火剂能量示性数。Q 。为爆热；W 为比容；厂为火药力。 表23 种点火药能量示性数 T a b ．2 E n e r g yc h a r a c t e r i s t i c so ft h et h r e e i g n i t i o nm a t e r i a l s 奔萘药的主要组成 质量分数 为4 0 ％N C ， 4 4 ％K N O ，，6 ．5 ％S ，9 ．5 ％C 。因此，相比黑火药，奔 萘药中N C 的加入，提高了爆热和比容。奔萘药集 二者传质 热粒子多 、传热 燃烧热大 、传压 比容 大 的优势于一体，能量传导效率高、速度快，燃烧 室中火药接受能量多．热量积聚快．容易达到发火点 着火，因此，表现出较优的点火药量及点火时间。 结合点火性能，对比试验结果，选用N C 、奔萘药 2 种点火药进行爆发器试验，发射药选用三层药 P 1 0 ／R G D 7 A 一1 ／1 0 ，正常点火压力1 0M P a 。对2 种 点火药爆发器试验结果进行比较，见表3 、图4 。 图4 a 、图4 b 分别为N C 、奔萘药两种点火 药条件下的三层药爆发器P ．t 曲线和u - p 曲线。由 表3 爆发器试验装药条件 T a b ．3 C h a r g ec o n d i t i o n so fc l o s e db o m bt e s t p ／／M P a b u - p 曲线 图4 密闭爆发器试验 F i g ．4 C l o s e db o m bt e s t 图4 a 可看出，由于三层药装药量条件相同，因此， 表现出2 条曲线能量水平接近，奔萘药曲线最大压 力时间略短，燃速较N C 曲线略快。由图4 b 可看 出，奔萘药曲线燃速较快，这是由于奔萘药特征点火 药量和点火压力小，因此，在相同点火压力条件下， 奔萘药点火更迅速，使得装药的点火同时性变得较 好，缩短了装药燃烧时间。因此，奔萘药点燃三层药 P 1 0 ／R G D 7 A ．1 ／1 0 的能力比N C 强。 对密闭爆发器试验的p - t 曲线进行后处理，得 到￡．B 曲线。图5 为使用不同点火药的多层药的三． B 曲线。低压段燃速跳动较大。当膛内压力达一定 值后，燃烧过程稳定，曲线光滑。从￡．B 曲线上反映 出前期较低，中期曲线上扬，显示出三层药较好的燃 烧渐增性。由图5 可知，奔萘药样品气体生成速率 大于N C 样品，其主要原因是奔萘药的点火同时性 更好，点燃三层药的速度较快。 3 结论 1 点火性能试验表明相比B P 2 。小粒黑 和 N C 氮质量分数1 2 ％ ，奔萘药点燃三层发射药 P 1 0 ／R G D 7 A ．1 ／1 0 的点火压力、点火时间均最小，点 火性能最佳。 2 密闭爆发器试验结果表明奔萘药点燃三层 药P 1 0 ／R G D 7 A 一1 ／1 0 的能力强于N C 和B P 。 万方数据 5 4 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 4 卷第3 期 占 图5 不同点火药三层药的L ．B 曲线 F i g ．5 ￡一BC u r v e so fd i f f e r e n tt h r e el a y e r sg u np r o p e l l a n t s [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 王泽山，徐复铭．火药装药设计原理[ M ] ．北京兵器 工业出版社．1 9 9 5 ． M e s s n e rAM ．T r a n s i e n tc o n i n gi ne n d b u r n i n gs o l i dp r o - p e l l a n tg r a i n s [ c ] ／／A I A A ／s A E ／A s M E1 6 t hJ o i n tP r o p u l s i o nC o n f e r e n c e ．N e wY o r k A I A A ，1 9 8 0 ． 王琼林．高能钝感发射药在炮射导弹装药中的应用 [ J ] ．火炸药学报，2 0 0 3 ，2 6 4 2 0 2 2 ． W a n gQ i o n g l i n ．H i g he n e r g yd e t e r r e dp r o p e l l a n tu s i n gf o r p r o p u l s i o no fg u i d e dm i s s i l e [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fE x 一 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] p l o s i v e sa n dP r o p e l l a n t s ，2 0 0 3 ，2 6 4 2 0 - 2 2 ． 王泽山．发射药技术的展望[ J ] ．华北工学院学报社 科版，2 0 0 1 增刊 3 6 - 4 0 ，1 0 3 ． W a n gZ e s h a n ．D e v e l o p m e n ta n dp r o s p e c to fp r o p e l l a n t t e c h n i q u e s 『J ] ．J o u r n a lo fN o r t hC h i n aI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y S o c i a lS c i e n c e s ，2 0 0 1 s u p p l ． 3 6 4 0 ，1 0 3 ． 王琼林，刘少武，朱阳春，等．多层高能硝胺发射药性 能研究[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 8 ，3 1 2 6 4 - 6 7 ． W a n gQ i o n g l i n ，L i uS h a o w u ，Z h uY a n g c h u n ，e ta 1 ．R e s e a r c hO i lm u l t i l a y e rd i s cn i t r a m i n eg u np 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 8 ，31 2 6 4 石7 ． 王琼林．发射药程序控制燃烧技术基础研究中期报告 [ C ] ／／2 0 0 6 年度发射药程序控制燃烧技术专题讨论 会．西安西安近代化学研究所，2 0 0 6 ． S i l v a p u l l eMJ ．O nt h ee x i s t e n c eo fm a x i m u ml i k e l i h o o d e s t i m a t o r sf o rt h eb i n o m i a lr e s p o n s em o d e l s [ J ] ．J o u r n a lo f t h eR o y a lS t a t i s t i c a lS o c i e t y ．S e r i e sB M e t h o d o l o g i c a l ， 1 9 8 1 ，4 3 3 3 1 0 3 1 3 ． N e y e rBT ．AD o p t i m a l i t y b a s e ds e n s i t i v i t yt e s t s [ J ] ． T e e h n o m e t r i c s ，1 9 9 4 ，3 6 1 6 1 - 7 0 ． I g n i t i o nP o w d e r so ft 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 Z H A OB a o m i n g ，L IX i a n ，L I UL a i d o n g ，Z H A N GH e n g ，J I NJ i a n w e i ，Z H A OH o n g l i ，W A N GQ i o n g l i n ，Y A N GL i x i a X 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 n ，7 1 0 0 6 5 [ A B S T R A C T ] S e l e c t i n gc o m m o n l yu s e di g n i t i o nm a t e r i a l ss u c ha sn i t r o c o t t o n N C ，B P 2 。s m a l lb l a c kp o w d e r a n d b e n z e n en a p h t h a l e n ed r u g ，t h ei g n i t i o np e r f o r m a n c eo ft h ep o w d e r so nR G D 7 Ab a s e dt h r e el a y e r sg u np r o p e l l a n tw e r e s t u d i e d ．I tw a sf o u n dt h a tb e n z e n en a p h t h a l e n ed r u gi ss u i t a b l ef o rt h eR G D 7 Ab a s e dt h r e el a y e r sg u np r o p e l l a n tb ym e a n s o fe x p e r i m e n t so ni g n i t i o np e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i co fi g n i t i o nc h a r g e ，t h ei g n i t i o nd e l a yt i m ea n dt h ei g n i t i o np r e s s u r e ． A n di ta l s os h o w st h a t ，i nc l o s e db o m bt e s t ，b e n z e n en a p h t h a l e n ed m gc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h es i m u l t a n e o u si g n i t i o no f t h eR G D 7 Ab a s e dt h r e el a y e r sg u np r o p e l l a n t ，w h i c hi ss u p e r i o rt ot h eo t h e rt w oi g n i t i o np o w d e r s N Ca n dB P ． [ K E YW O R D S ] i g n i t i o np o w d e r ；t h r e el a y e r sg u np r o p e l l a n t ；i g n i t i o np e r f o r m a n c e ；b e n z e n en a p h t h a l e n ed r u g e 加翻} a o - o 帕x o e 叼毛帕x H 争o x H 争o e ．。毛托x H 争o e ．o 专帕K H 争o e 岫e K o e 屺托M H 争。毛托令o e 叼} 尊．o 如} o e 屺} 9 0 巾K } o e 叼号帕毛帕毛m } o 令 上接第50页TestS t u d yO i lP r o p e r t i e so fN o n e lT u b e C H E NX i o n g s h e n g i ② 1 H o n g d aM i n i n gC o ．，L t d ． G u a n g d o n gG u a n g z h o u ，51 0 6 2 3 ④ S h a o g u a nB r a n c h ，G u a n g d o n gM i n g h u aM a c h i n e r yC o ．，L t d ． G u a n g d o n gS h a o g u a n ，5 1 2 1 4 6 [ A B S T R A C T ] T h ed e t o n a t i o nv e l o c i t yg r o w t ho fn o n e la n dt h ee f f e c t so fd e t o n a t i o np a r a m e t e r ss u c ha se x p l o s i v ei n t e r n a l f a u l t s ，l i m i td o s e ，t e m p e r a t u r ew e r es t u d i e d ．T h ed e t o n a t i o nw a v ea n dt h ee f f e c t so fe x p l o s i v ef a u l t sw e r et e s t e db ye l e c t r i c a lm e a s u r i n gm e t h o da n de m p t y t u b ec o n n e c t i n gm e t h o dr e s p e c t i v e l y ．L i m i te x p l o s i v ed o s ea n dt e m p e r a t u r ew e r ea l s oC O n - s i d e r e d ．R e s u l t ss h o wt h a ts t e a d yd e t o n a t i o np r o c e s sh a p p e n sa f t e rp r o p a g a t i n g8 0 0m m ，a n de x p l o s i v ef a u l t sl e n g t hl e s s t h a n2 0 0n l ／nw i l lh a v en os i g n i f i c a n te f f e c to nd e t o n a t i o np r o p a g a t i o n ．T op r e v e n tn o n e lt u b ef r o mb e i n gp e n e t r a t e da n d k e e pd e t o n a t i o np r o p a g a t i n gr e l i a b l y ，t h em a x i m u me x p l o s i v el o a d i n gs h o u l db es e ti nt h er a n g eo f1 8m e ma n d1 2m g ／m ． T h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r e ，t h es o f t e rt h et u b ew a l la n dt h em o r ee n e r g yi ta b s o r b s ，a n dh e n c et h el o w e rt h ed e t o n a t i o n v e l o c i t ya n dt h em o r el i k e l yt h en o n e li sp e n e t r a t e d ． [ K E YW O R D S ] n o n e lt u b e ；d e t o n a t i o np r o p a g a t i o n ；e x p l o s i v ef a u l t s ；l i m i te x p l o s i v ed o s e ；t e m p e r a t u r e 万方数据