基于3D打印技术的发射药燃烧增面设计

为了研究提高发射药燃烧增面技术,根据3D打印技术可制造特殊形状物体的原理和发射药平行层燃烧定律,设计了具有多列环形空槽管形结构的高燃烧增面的整体发射药。分析了整体发射药燃面和燃气生成量及燃气生成速率随燃烧进行的变化规律。建立了整体发射药相对燃面和相对燃气生成量随燃烧进行的变化规律计算方法。对比分析了整体发射药与19孔粒状发射药的相对燃面和相对燃气生成量随相对燃烧层厚度变化的规律。结果表明,设计的整体发射药具有较高的燃烧增面,可用于155 mm火炮的整体发射药,燃烧结束时相对燃面比19孔粒状发射药的相对燃面大3.1倍。整体发射药在燃烧过程中,燃气生成速率呈现前低后高的状态,75.612%的燃气生成量在整体发射药燃烧的后半程产生,比19孔粒状发射药高27.575%。     

发射药药型结构对燃速测试结果的影响

为了研究药型结构对发射药燃速测试结果的影响,以高能硝胺发射药为研究对象,采用密闭爆发器燃烧实验和数据处理的分析方法,研究了4种药型及其不同内孔长径比发射药的燃速特性及其变化规律;采用中止燃烧实验研究了发射药内孔长径比对侵蚀燃烧的影响,并与太根发射药对比研究了燃速特性对侵蚀燃烧的影响关系。结果表明,多孔药的燃速压力指数明显小于单孔药,在内孔长径比相同的条件下,随着发射药内孔数量的增加,正比式燃速系数减小,燃速压力指数减小;在药型相同的条件下,随着内孔长径比增大,发射药侵蚀燃烧现象加剧,正比式燃速系数增大,燃速压力指数减小;燃速较高的发射药,侵蚀燃烧现象对燃速参数测试结果的影响更大。     

存在侵蚀燃烧的发射药高、低温内弹道性能研究

为研究存在侵蚀燃烧的发射药高、低温内弹道性能,分析了发射药初温变化引起的火药热焓变化及对侵蚀燃烧的影响,修正了常温发射药的侵蚀函数,得到了高、低温多孔药燃速的数学表达式,建立了多孔发射药高、低温内弹道数学模型。应用该模型对某大口径舰炮高、低温内弹道进行仿真,计算结果和试验值一致性较好。通过对比仿真研究可得结论:考虑火药热焓变化对侵蚀燃烧影响的多孔发射药高、低温内弹道仿真结果更接近试验值。     

发射药燃速压力指数变化规律的研究

为深入研究含黑索今(RDX)类硝胺发射药的燃烧性能,采用密闭爆发器燃烧实验和分段数据处理分析方法,研究了3种含RDX硝胺发射药的燃速压力指数变化规律,并与传统的单基发射药进行了对比分析。实验结果表明,在0.2 g.cm-3装填密度的实验条件下,单基药的燃速压力指数在50~100 MPa压力范围内为0.869,在150~217 MPa压力范围内为0.926,随压力升高有增大的趋势;而RDX硝胺发射药的燃速压力指数在低压下较大,尤其是RGD和JMZ配方在50~100 MPa压力范围内都明显大于1,但随压力升高而明显变小,并达到小于1的水平。另外,多孔粒状药的燃速压力指数明显小于单孔管状药。     

直写打印硝化棉基内嵌多方孔发射药及其性能

针对传统工艺无法制备复杂结构发射药的问题,为探索提高发射药燃面渐增性新途径,采用3D直写打印技术,设计并打印了具有较高燃面渐增性的硝化棉基内嵌多方孔发射药。对3D打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药进行了定容燃烧和内弹道性能表征。结果表明,以硝化棉、含能增塑剂和溶剂配制的浆料为打印物料,打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药符合设计的燃面渐增性燃烧预期;受打印针头直径、溶棉比、醇酮比、溶剂挥发速度等因素的影响,直写打印的发射药设计尺寸和实际尺寸有一定偏差;12.7 mm机枪弹道初步试验表明,内嵌多方孔NC-120发射药和制式D-4/7混合装药16 g,装药比例1∶1时,膛压为314.2 MPa,射击初速为854.1 m·s^-1,实现了直写打印内嵌多方孔发射药在膛内正常、稳定燃烧,达到了与制式发射药相似的水平,但充分利用直写打印内嵌多方孔发射药需要进一步优化设计药形、弧厚、内外层弧厚匹配等参数。     

高压力指数发射药应用研究

叙述了燃速和燃速压力指数的概念，分析了各种因素对燃速压力指数的影响．由实验发现，不含硝胺的常规发射药（例如ＮＡＣＯ发射药）也有高压力指数现象，且这些发射药在数十年应用中未发现有异常现象．内弹道计算指出：燃速压力指数为１．１～１．２的发射药能获得合理的弹道性能，但初始弹道诸元对弹道性能的影响较敏感．因此，具有较高压力指数（１．１～１．２）的发射药可广泛地应用到火炮中去．     

基于燃烧产物的硝胺类发射药的燃速预估模型

针对探讨硝胺类发射药的燃速预估模型,在分析硝胺炸药在燃烧分解产物热分解规律的基础上,运用近年来提出的火药燃速预估方法,推导硝铵发射药的燃速公式及压力指数公式。编写硝铵发射药燃速计算软件。在0～400 MPa压力范围内,对硝胺类发射药的燃速进行理论预估,并对3种硝铵发射药的燃烧计算值与相应的试验数据进行比较。分析结果表明,本模型是可行的,适合硝铵发射药的燃速预估。     

变燃速发射药燃烧性能研究进展

介绍了变燃速发射药的提出背景及变燃速发射药的优良性能,特别是其所特有的燃烧渐增性。对变燃速发射药的加工原理和加工方法进行了概述,并用数学方法表述了燃气的释放规律。分析了阻燃层厚度、长径比、内孔大小等主要因素对变燃速发射药的燃烧性能的影响以及胶黏剂和硝酸铵的加入对变燃速发射药性能的改变,并对变燃速发射药的发展进行了总结。     

七孔变燃速发射药燃烧性能的数值计算

为模拟七孔变燃速发射药的燃烧性能,建立了七孔变燃速发射药的燃烧模型。在几何燃烧定律的基础上推导出燃气生成猛度Γ和已燃发射药百分数Ψ的函数关系。通过编程计算得到Γ-Ψ曲线。分析了燃速比、速燃层内孔径、长径比和缓燃层厚度与燃速层厚度之比对七孔变燃速发射药燃烧渐增性的影响。结果表明:速燃层和缓燃层的燃速比为1.5~2.5,长径比为2~3,缓燃层厚度与速燃层厚度之比为0.1~0.22,速燃层内孔径为0.2~0.3mm的七孔变燃速发射药有较好的燃烧渐增性。     

催化剂对太根发射药装药燃烧性能的影响

为了研究催化剂对太根发射药装药燃烧性能的影响,将二茂铁、氢氧化镍、草酸镍、硝酸镍、铁酸镍5种不同催化剂加入太根发射药中,利用密闭爆发器实验研究了不同催化剂对太根发射药燃速和燃速压力指数的调节规律.实验结果表明,催化剂可以有效地调节太根发射药的燃速;在50~150 MPa测试压力区间内,草酸镍可以提高发射药燃速6.3%以...     

底排风洞模拟实验中燃气温度测量及其修正

通过接触测量测得底部燃烧尾迹区中心线上的温度分布及底部燃烧尾迹区各截面的温度分布.结合试验特点分析了测量误差来源,介绍了减小测量误差所采取的措施,对气流速度引起的误差及辐射引起的误差进行了修正,提高了实验结果的正确性.     

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。     

高低燃温组合推进剂下喷管壁面温度边界层影响规律

为了获得高低燃温组合推进剂下喷管温度边界层的影响规律,建立了四个物理模型,通过使用不同的低燃温推进剂、不同的质量分数来分析低燃温燃气对喷管温度边界层的影响。结果显示,在靠近喷管喉衬位置喷入低燃温燃气时,仅需少量低燃温推进剂就能很好的降低喷管表面边界层的温度;而在远离喷管喉衬部位时,即使使用较大的质量分数,喷管边界层的降温效果也不明显。喷管温度边界层的降低受低燃温燃气温度、质量分数、低燃温燃气进口位置以及进口直径影响。     

影响低温度系数装药弹道性能的装填参数

从理论上分析了影响低温度系数装药弹道性能的装填参数，并具体讨论了主装药和包覆火药的混合比，燃面比及燃面温度系数等对该装药弹道温度系数的影响。研究表明，在一定范围内，包覆火药与主装药的混合比增加，主装药和包覆火药的燃面比减小或燃面温度系数的绝对值增大，有利于降低该装药的弹道温度系数。     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

超声波实时测量技术在固体火箭发动机中的应用

利用超声波对固体推进剂燃速进行实时测量是先进的燃速测量方法之一。针对超声波技术在固体火箭发动机试车中的应用,对典型固体火箭发动机材料进行测试研究,获得了发动机材料的超声波信号特征。将超声波探头直接安装在发动机壳体外侧部位,测量了固体推进剂在常压燃烧时的厚度变化。针对动态燃速测试,提出了超声波数据处理方法,对固体装药在常压燃烧下的回波进行处理,获得了装药的厚度变化过程和燃速,并分析了燃面附近温度分布对燃速测量的影响。结果表明：用超声波测量金属壳体固体发动机的燃速必须在壳体上开窗使超声波透过壳体和绝热层界面,而对复合材料壳体发动机可将超声波探头直接安装在壳体外侧;燃烧引起的装药表面温度变化对测量的影响可以忽略;该数据处理方法可以有效获得装药厚度变化。     

一种含能硝基化合物对低燃速低燃温双基推进剂性能影响

为进一步降低低燃速低燃温双基推进剂的燃速、燃温,对一种含能硝基化合物的降温、降速效果进行了实验研究,设计了系列含无机铅盐、有机铜盐及过渡元素金属催化剂的双基配方。通过燃速测试及高压差示扫描量热法(PDSC)研究上述推进剂的燃烧性能和热分解特性。含该硝基化合物的推进剂DSC曲线呈三峰放热,放热峰峰温分别在200℃、280℃、350℃左右,第三峰不明显。结果表明:该含能硝基化合物能有效降低推进剂的燃速、燃温,但使推进剂的压强指数增大,而加入催化剂能改善推进剂的燃烧性能,使压强指数降低,分解放热量也降低。     

低燃速低燃温双基推进剂燃速与燃烧波特征量的相关性研究

为研究燃速与燃烧波特征量之间的相关性,采用在推进剂内埋设微型热电偶技术,测得了低燃速低燃温双基推进剂的燃烧波结构,并通过数据处理获得了燃烧波的特征量值,包括表面温度、火焰温度、暗区厚度、凝聚相温度梯度和气相嘶嘶区温度梯度。不含催化剂的基础配方燃速随表面温度增大而增大;加入催化剂的配方产生麦撒燃烧,表面温度比基础配方的表面温度有所增加,燃速与表面温度不再是单一的线性关系。火焰温度随压强增大而提高,其与燃速没有明显相关性。结果表明:低燃速低燃温双基推进剂的燃速与燃烧波特征量之间不仅存在线性关系,还存在非线性关系。分析认为是催化剂改变了低燃速低燃温推进剂的燃烧波结构所致。     

高温燃烧体系的光辐射

分别从热效应、燃烧温度和化学发光效应等几个方面分析了高温燃烧体系的光辐射，提出了提高高温燃烧体系光辐射强度的几种途径。     

镁粉对造雾剂燃烧性能的影响

采用CAE(Chemical Eguilibrium and Application)软件对造雾剂的燃烧产物组成和燃烧反应热力学参数进行了理论计算,使用红外测温仪、高速摄影仪和X射线衍射仪等对不同镁粉含量的造雾剂的燃温、燃速和燃烧残渣率进行了分析测试,将二者进行了对比分析,研究了镁粉对于造雾剂燃烧反应过程以及成雾可见光遮蔽性能的影响。理论计算结果表明,平衡态燃烧产物中气相产物主要包括气化的氯化物和CO2、CO、H2O、H2等,凝聚相产物主要为Mg O。实验结果表明,镁粉对燃温、燃速的控制作用较大,对燃烧反应和凝结核的生成和核化过程有重要影响。镁粉含量增加到8%时,造雾剂的燃速迅速上升到1.26 mm·s-1,燃温迅速升高到2000 K。当燃温达到1773 K以后,氯化物的核化过程顺利进行,成雾的可见光遮蔽性能逐渐变好。实验结果与理论结果在燃温的变化趋势以及燃烧产物组成方面较为符合,但理论值比实测燃温要高300~500 K,而燃烧残渣与理论计算的凝聚相产物含量方面有所差异,镁粉含量小于5%时,实测残渣率远大于凝聚相产物的理论值,而当镁粉含量大于6%之后,实测残渣率小于凝聚相产物的理论值。