钝感发射药的内弹道特性研究

第21卷第2期南　京　理　工　大　学　学　报Vol.21No.2

1997年4月　JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnology Apr.1997

钝感发射药的内弹道特性研究αΞ易文俊ΞΞ　汤瑞峰　邱佩蓉(南京理工大学动力工程学院,南京210094)

摘要　针对未完善的钝感对发射药内弹道性能影响的研究现状,该文利用密闭爆发器试验和靶场射击试验研究了钝感对发射药燃烧规律的影响,建立钝感发射药的燃烧数值模型,提出确定钝感药燃烧特征量的方法,并计算分析钝感发射药的内弹道特性,计算结果符合膛内射击过程的变化规律,与射击试验结果吻合很好。关键词　内弹道学,发射药,钝化(炸药),密闭爆发器分类号　TJ012.1

武器系统性能反映到内弹道无一不归结于控制最大膛压提高初速。这就需要在保证最大膛压符合战术技术指标条件下提高发射药的总能量,即提高装填密度或提高火药力,特别是研究高装填密度的装药技术在国际上已成为热门研究课题。为能在高装填密度条件下控制膛压及膛内压力波,必须对发射药作控制燃烧规律的阻燃处理。本文着重研究了阻燃发射药中钝感发射药的内弹道特性。

1　钝感对发射药燃烧规律的影响图1是8󰃗1钝感发射药(Y=518,Y为钝感剂在装药中的百分含量)和8󰃗1本体药的p′p󰃖pmax—ppmax试验曲线。由图可见,钝感发射药与本体药的p′p󰃖pmax—ppmax

曲线有相似性,

特别是在燃烧后期燃气生成猛度非常相近,说明钝感发射药并未完全改变本体药燃气生成规律;但图中明显显示本体药燃烧前期较短,燃气生成猛度增加很快,幅度变化大,钝感发射药燃烧前期增长,气体生成猛度增加较平缓。这说明钝感处理后发射药燃烧增面性增强了。表1为不同钝感剂含量的发射药密闭爆发器试验结果。表2为在pmax、vg相当条件下,将本体药和钝感药对比进行射击试验的结果。表中分子为钝感药的实测值,分母为本体药的实测值。图2是燃气生成猛度随钝感剂含量的变化曲线。由数据表和试验曲线可见,随着钝感

剂含量增大,pmax、钝感药表层燃速系数ud、dpdt平均值和(dp

dt

)max均下降,其基本关系呈线性

,

而燃烧结束时刻tk、(dp

dt

)max时刻均增加,燃气生成猛度曲线也较平缓。与此相应,射击状态

αΞΞΞ易文俊　男　26岁　助理研究员国防科技预研行业基金项目

本文于1996年6月12日收到下膛内pmax出现的时刻tm和总射击过程的时间te也增长。这说明钝感处理强烈地影响表层燃速,对内层燃速的影响程度稍次,对火药力影响相对较弱。

图1　p′p󰃖pmax—ppmax曲线Fig.1　p′p󰃖pmaxvs.ppmax

图2　燃气生成猛度随钝感剂含量变化Fig.2　Thechangeofdynamicvivacitywiththechangeofpassivatorcontents

表1　钝感剂含量对燃烧规律的影响Table1　Passivatorcontentseffectonburninglaws

Y(%)pmax′pmax(f′f)tk′tkudu1(dpdt)′󰃗(dpdt)tg′tgpg

′

pg

0110011001100110011001100110019611390176018511260197210019411570163017611350186316019111900142015611970176表2　钝感药与本体药射击试验结果Table2　ComparisonofshootingresultsbetweenpassivationpropellantandbasepropellantY(%)tm′󰃗tmte′󰃗t

e

010011001100

112411841136

2　钝感发射药燃烧规律的数值模型根据以上试验结果,本文从以下方面定量描述钝感发射药基本特征:

(1)钝感药表层相对燃速系数k1=ud󰃗u1,用以表示钝感强度,u1为本体药燃速系数。

k

1

越小,表层燃速越低,钝感越强。

(2)钝感层相对厚度

z

1=ed󰃗e1,其中ed为钝感层厚度,e1

为火药半弧厚。钝感剂向内层

渗透现象符合扩散规律,根据扩散渗透规律推导可得钝感药膛内燃烧燃速系数表达式:

u1(z)=u1(e-bz-1+k1)u1 0≤z≤z

1

z1k

(1)

式中,b=b(k1,z

1

),b

取决于特征参量k1,z1。

令f

钝

(z)为钝感剂随相对厚度z的分布函数(z≤z1),则∫z10f钝(z)∆s1e1Ρdz=wY,式中

,

Ρ为火药相对燃烧表面积,∆为发射药的密度,w为火药质量,s1为药粒初始表面积。由于钝

431南　京　理　工　大　学　学　报 第21卷第2期感层较薄,

∫z1

0f钝(z)dz≈Y,则由(1)式可得

z1=Y󰃗(z-k

1-

1-k

1

ln(z-k

1

)

)(2)

相对质量燃速dΩdt与线燃速dedt的关系按几何燃烧定律有dΩdt=ςΡdzdt=ςΡe1u1pv。以(dΩdt

)′、

f′代表钝感药参量,以dΩdt、f代表本体药参量,在火药起始点燃时p=pB(pB

点火压力),Ρ=

110,故(dΩdt)′󰃗(dΩdt)=udu1=k1。由内弹道理论可知,dΩdt≈Af(dpdt),其中A=1∃-1∆,故有

k

1=

ff′(dpdt)B′󰃗(dp

dt

)B(3)

由钝感药和本体药在点火起始时的气体生成速率(dΩdt

)B之比,或p—t曲线在p=pB时

的起始陡度(dp

dt

)B之比可确定钝感药的表层相对燃速系数k1。

3　算例、弹道特性分析及结论图3是将钝感药燃烧数值模型代入内弹道方程组计算出的某火炮内弹道p—t、v—t曲线。由曲线可见,计算结果符合膛内射击过程的变化规律。理论计算特殊点值:pmax=

36113MPa,vg=117115m󰃗s,试验测试值pmax=36414MPa,vg=116914m󰃗s,理论计算值与试验测试值吻合很好。表3是计算出的8󰃗1单孔药不同弹道方案及初速vg。表3　8󰃗1单孔药弹道方案及初速v

g

Table3　Interiorballisticschemeandmuzzlevelocityvgof8󰃗1propellant

∃󰃗kg󰃖m3

7508008509009501000

w󰃗kg01270128801306013240134201360

k1

110vg111718113114113418113011111218

B1197421272216092199631441

017vg112115113919114114114613115418

B1171411937211782144421738

015vg114319116018117217117916118019

B1168011857210452124421464

014vg116414117911118918119512

B11681118321199321162 图4是在相同pmax条件下,不同装药的炮口初速vg与装填密度∃曲线,计算结果表明:

(1)欲在保持

p

max一定条件下提高初速vg,可通过增大装药量w及同时增大装填参量

B来实现。B=S2I2kfwpmax,增大B则须增大Ik=e1u1,但增大e1或减小u1

的结果会使火炮效率

Χg减小。由于存在2个初速影响相反趋势的作用结果,故vg—∃曲线存在极值∃m,∃>∃m的装药方案无意义。(2)保持一定pmax提高初速的另一有效途径是减小药粒弧厚,同时加深钝感强度。该途

径比增大弧厚更为有利。(3)不钝感时,19孔

v

g

—∃曲线最高,7孔和单孔次之,这是由于几何增面性起作用,19

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