点火药燃烧红外光谱法测试的应用_段进军

点火药燃烧红外光谱法测试的应用*段进军黄寅生李锦涛南京理工大学(江苏南京,210094)[摘要]选用3种配方的高能点火药,利用遥感红外光谱辐射计进行了燃烧温度的测定。

通过比较,掌握了3种配方在不同组分下的燃烧温度变化规律,配方1、配方2、配方3测试最高温度分别为2324K、2043K、1987K。

其调节剂磷铁加入对燃烧温度的影响不大,且燃烧温度不太稳定。

测温结果可以为配方的选用和对比提供相应依据。

[关键词]起爆器材点火具点火药遥感红外光谱辐射计燃烧温度[分类号]TD235.221引言底排点火药是一种用于点燃底排药剂的烟火药,是将底排药剂局部加热到发火点,并促使其稳定可靠地持续燃烧下去。

底排增程弹的点火,要求点火药有足够的燃烧强度、火焰强度(火焰温度、火焰长度、火焰持续时间)、灼热固体粒子的含量及点火压力。

灼热残渣的热量大,且液态的灼热残渣比固态的灼热粒子含有更多的热量(相变热),因而具有更强的点火能力,即燃烧温度高的点火药因其热量多而点火能力就强[1]。

测量方法上传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等存在着测温的延迟现象,存在一定的使用局限,而且测温范围窄,可测温度相对低,不能用于测试高燃温、高放热点火药的燃烧温度[2]。

遥感红外光谱辐射计具有使用方便、反应速度快、灵敏度高、测温范围广、可实现非接触连续测量等众多优点,能够准确测定固体点火药燃烧温度。

本实验采用SR-5000遥感红外光谱辐射计对点火药配方的燃烧温度进行测定。

本试验所选用的3种配方点火药都具有较高的燃烧热值(Q﹥6.5M J/kg),经过组分比例的调整和粘合剂的使用,使其在某些参数方面有所提高,对研究点火药的燃烧温度有重要意义。

2试样的选用根据点火药的选配要求和原则,试验中氧化剂选用Ba(NO3)2、KC l O4、Sr(NO3)2,还原剂选用M g、A,l粘合剂选用NC,并加入磷铁进行性能的调节。

磷铁是一种灰色略带光泽的合金,其主要成分为铁和3价磷化铁混合物,熔点约为1149e,常温下其化学成分稳定,不溶于酸,无锈,无磁性,表面光洁度较好[3]。

磷铁主要应用于冶金、原子能、建材、炸药、石油等工业。

磷铁主要成分见表1。

表1磷铁的组成比例成分P M n S i S Fe C含量/%20~250.6~1.03~50.001~0.572~680.08~1.00选用3种配方以磷铁含量为0、5%、8%、10%、12%、15%6组进行测试比较:配方1:B a(NO3)2ØM gØA lØ磷铁ØNC配方2:KC l O4ØM gØ磷铁ØNC配方3:Sr(NO3)2ØM gØ磷铁ØNC3光谱辐射计测试实验3.1遥感红外光谱辐射计原理SR-5000遥感红外光谱辐射计是外部辐射光源经过反射通过视场光阑分叉衍射后,经探测器把辐射信号转化为电信号,电信号被放大,经相关软件处理后得到需要的数据结果。

SR-5000遥感红外光谱辐射计具有宽光谱(从紫外到红外)、高灵敏度、高精确性、标准模系统和与视场同步性等优点。

3.2实验步骤实验采用遥感红外光谱辐射计(C I SR-5000型,以色列生产),待测物距仪器镜头5.0m,并使用H FY-200A标准黑体。

利用起爆器引燃点火头,同步启动光谱辐射计记录系统,点火药进行剧烈的燃烧(持续2~4s),其发出的光首先经反射转化后经计算机处理就能得出需要的数据。

在试验中以3种#25#2009年8月点火药燃烧红外光谱法测试的应用段进军等*收稿日期:2009-01-13基金项目:总装备部科研基金项目(基金项目号略)。

作者简介:段进军(1978~),男,在读硕士,从事火工品点火技术研究。

通讯联系人:黄寅生(1962~),男,教授,博士,主要从事军事化学与烟火技术的研究。

E-m ai:l huangyi n s heng@s i na.co m图1配方1典型(磷铁含量10%)的光谱图形配方的不同成分比例进行燃烧温度测试,磷铁的含量分别为0、5%、8%、10%、12%、15%6组。

4结果与讨论对3种配方点火药分别进行燃烧温度的测定,并对配方的最高温度和燃烧过程的温度值进行分析比较。

图1是配方1(磷铁含量10%)燃烧过程典型的扫描曲线原始图。

扫描是从2.5L m到5.0L m范围的辐射强度,每条曲线的扫描间隔是0.1s,图片显示的是1.0s内的10条不同时段的温度扫描。

对图形进行数据分析时,选取了燃烧的平缓稳定区域,即具有代表性的4.4~4.5L m段进行计算机软件处理,可以得出燃烧的最高温度值和燃烧过程的温度值。

通过图2可以得出测试的最高温度磷铁含量在10%比0时略高,其它组则相对较低,燃烧温度具有一定的波动性。

从图3可以看出,磷铁含量在10%和15%时曲线较稳定,说明其燃烧过程较其它更平稳。

图4和图5是配方2各组的最高温度和平均温度的特征图。

通过图4可以得出测试的最高温度加入磷铁均比0时低,燃烧温度波动较大。

从图5中可以看图2配方1(以磷铁百分比不同)各组最高温度值图3配方1各组平均温度分布图4配方2(以磷铁百分比不同)各组最高温度值出磷铁含量在15%时曲线较稳定,说明其燃烧过程较其它更平稳。

图6和图7是配方3最高温度和平均温度的特征图。

通过图6可以得出,测试的最高温度磷铁含量在12%比0时略高,其它组则相对较低,燃烧温度波动幅度相对较小。

从图7可以看出磷铁含量在0、5%和15%时曲线稳定,说明其燃烧过程较其#26#爆破器材Explosive M ater i a ls第38卷第4期图5 配方2各组平均温度分布图6 配方3(以磷铁百分比不同)各组最高温度值它更平稳。

5 结论选用的3种配方在添加了不同比例的磷铁后,图7 配方3各组平均温度分布其燃烧温度均有一定的变化,但与未加磷铁前没有较明显的变化,说明磷铁在点火燃烧中温度提高的作用效果表现不明显。

在对3种配方进行最高温度的对比中,配方1最高测试温度为2324K,配方2最高测试温度为2043K,配方3最高测试温度为1987K (由于仪器采集精度原因,实际燃烧温度应比最高测试温度还高),通过试验,研究了不同配方组分的点火药燃烧温度变化的关系曲线,掌握了3种点火药燃烧温度的变化规律。

参考文献[1] 潘功配.高等烟火学[M ].黑龙江:哈尔滨工程大学出版社,2005.324~325.[2] 曾强,舒芳誉,李清华.红外测温仪)))工作原理及误差分析[J].传感器世界,2007,(2):32~33.[3] 中国化工节能技术协会.化工节能技术手册[M ].北京:化学工业出版社,2006.297.A pplication of Infrared Spectroscopy in the Com busti o n of Ignition Co m positionDUAN Ji n j un ,HUANG Y i ns heng ,L I Ji n taoSchoo l o f Che m ica l Eng i neer i ng,N anji ng U n i versity o f Sc i ence and T echnology (J i angsu N an ji ng ,210094)[ABS TRACT ]The combustion temperatures o f three h i gh energy i gn iti on co m positi onsw ere m easured by tele m e try i n fra -red spec tru m spectro radio m eter i nstrum ent .The var i a tion la w s o f t he co m busti on te m pera t ures w ere acqu ired by compar i ng the t hree co m pos itions .T he h i ghest te m pera t ure of compositi on Ñ,Òand Óis 2324K,2043K and 1987K respectively .T he effects o f F e 3P a re no t obv ious ,and the combustion te m peratures are no t steady .T he test results may prov i de a bas i s for the se l ec ti on and comparison of t he co m positi ons .[K EY WORD S]i n iti ation m ater i a ls ,ign iter ,ign iti on co m position ,te le m etry i nfrared spectru m spectroradi om eter i nstru -m ent ,co m busti on te m pera t ure#27#2009年8月 点火药燃烧红外光谱法测试的应用 段进军等。