可燃藥筒對(duì)模塊裝藥燃燒殘?jiān)挠绊?/h1>
2011-02-22 07:31:16喬麗潔堵平廖昕王澤山
兵工學(xué)報(bào) 2011年10期
喬麗潔，堵平，廖昕，王澤山
(南京理工大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 南京210094)
0 引言
目前，世界各國(guó)都在發(fā)展以遠(yuǎn)射程、高射速、大威力、強(qiáng)生存能力和射擊精度好為目標(biāo)的火炮裝備［1］。為提高射速、適應(yīng)自動(dòng)裝填，大口徑火炮開(kāi)始應(yīng)用模塊裝藥技術(shù)取代傳統(tǒng)的藥包裝藥，其主要區(qū)別是可燃藥筒的應(yīng)用［2］?？扇妓幫布绕鹬饘偎幫不蛩幇氖⒀b裝藥的“容器”作用，同時(shí)它也作為發(fā)射能源，成為發(fā)射裝藥的重要組成部分，參與了內(nèi)彈道的全過(guò)程［3］。但可燃藥筒本身是一種多孔復(fù)合材料，具有氧平衡系數(shù)低、燃燒后期漸減性大等特點(diǎn)，與主裝藥共同燃燒時(shí)，對(duì)主裝藥的燃燒規(guī)律影響明顯，進(jìn)而帶來(lái)內(nèi)彈道性能的變化，尤其是小號(hào)裝藥有燃燒不完全現(xiàn)象發(fā)生，容易導(dǎo)致射擊殘?jiān)男纬桑?-5］。
消除身管武器射擊殘?jiān)难芯?，一直是?guó)內(nèi)外裝藥工作者重視的課題。國(guó)外對(duì)可燃藥筒產(chǎn)生殘?jiān)难芯枯^少?？扇妓幫驳难芯孔钤玳_(kāi)始于二戰(zhàn)后期的德國(guó)，而美國(guó)最早將其應(yīng)用于武器系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的努力，可燃藥筒已成為現(xiàn)代火炮裝藥的重要組成部分。國(guó)內(nèi)對(duì)可燃藥筒的燃燒特性進(jìn)行了深入研究，主要針對(duì)可燃藥筒與主裝藥的匹配性進(jìn)行，在共同燃燒時(shí)，降低對(duì)主裝藥燃燒規(guī)律的影響，保持內(nèi)彈道性能穩(wěn)定。如張兆鈞等的“3 種可燃藥筒燃燒特性分析”［6］、張會(huì)生等的“可燃藥筒點(diǎn)火問(wèn)題淺析”［7］、李煜等的“可燃藥筒的定容燃燒特性”［8］。國(guó)內(nèi)外的研究大都集中于可燃藥筒的燃燒特性，本文針對(duì)其射擊殘余物進(jìn)行重點(diǎn)研究。
我國(guó)某外貿(mào)型號(hào)火炮的模塊裝藥，其小號(hào)1、2號(hào)裝藥為A 模塊，采用小弧厚發(fā)射藥保證在較低膛壓下的燃盡性;3～6 號(hào)裝藥為B 模塊，采用大弧厚發(fā)射藥保證全裝藥時(shí)膛壓正常。但是，該裝藥的B模塊(尤其是3 號(hào)裝藥)射擊時(shí)，炮膛、藥室和炮閂處存在燃燒殘?jiān)?。燃燒殘?jiān)鼤?huì)影響炮閂正常開(kāi)關(guān)，甚至損壞炮閂;藥室里的殘?jiān)鼤?huì)影響裝藥的正常裝填;炮管內(nèi)的殘?jiān)鼤?huì)使下一發(fā)射擊時(shí)膛線磨損加重，增加火炮身管的維護(hù)和保養(yǎng)難度，縮短身管壽命［9-10］。
本研究重點(diǎn)針對(duì)B 模塊的可燃藥筒進(jìn)行。利用密閉爆發(fā)器試驗(yàn)，研究?jī)煞N可燃藥筒(速燃?xì)んw和緩燃?xì)んw)的燃燒性能，測(cè)試不同壓力下的燃燒殘?jiān)?結(jié)合靶場(chǎng)試驗(yàn)，測(cè)試并分析殘?jiān)a(chǎn)生的主要原因;通過(guò)改進(jìn)可燃藥筒的結(jié)構(gòu)和組成，驗(yàn)證燃燒殘?jiān)康淖兓?guī)律。
1 可燃藥筒的燃燒殘?jiān)鼇?lái)源分析
可燃藥筒是以硝化纖維素(NC)為主，輔加木質(zhì)或紙質(zhì)纖維、合成樹(shù)脂及二苯胺等材料的可燃裝藥容器。NC 是含能材料，纖維和樹(shù)脂起增強(qiáng)、粘合、加固作用，二苯胺為安定劑［11］。從理論上分析，可燃藥筒的燃燒殘?jiān)赡苡? 個(gè)來(lái)源:一是可燃藥筒的主要組分NC，其能量較高，燃速快。若NC 含量＜40%時(shí)，燃燒性能降低，可能會(huì)產(chǎn)生少量燃燒殘?jiān)?二是纖維增強(qiáng)材料，在可燃藥筒結(jié)構(gòu)中起骨架支撐作用，提高強(qiáng)度。增強(qiáng)材料的含量，明顯影響藥筒的強(qiáng)度和燃燒性能。若含量高會(huì)影響燃盡性，射擊煙霧大，燃燒殘?jiān)?三是合成樹(shù)脂粘合劑，可燃藥筒的關(guān)鍵材料之一，屬于惰性材料，對(duì)強(qiáng)度、燃盡性、工藝性能影響很大。若粘合劑比例高時(shí)，藥筒的燃盡性降低。
有研究者認(rèn)為:粘合劑因發(fā)射藥和藥筒中的含能成分燃燒而受熱分解，分解產(chǎn)物(如CO、H、C 等)與火藥氣體發(fā)生反應(yīng)，使火藥燃?xì)鉁囟认陆担自斐煽扇妓幫不虬l(fā)射藥燃燒不完全［12-14］。另有研究者認(rèn)為高溫高壓下，熔融的粘合劑覆蓋在藥筒和發(fā)射藥的表面阻礙其燃燒，影響點(diǎn)火火焰的傳布，導(dǎo)致藥筒或發(fā)射藥燃燒不完全［15］。還有研究者認(rèn)為高溫高壓下，熔融的粘合劑附著于藥室及身管內(nèi)壁，使燃燒殘?jiān)掣狡渖希璧K了發(fā)射藥燃燒產(chǎn)物快速向炮口方向的排出［15-16］。
2 密閉爆發(fā)器定容燃燒模擬試驗(yàn)
通過(guò)測(cè)試可燃藥筒定容燃燒后的殘?jiān)|(zhì)量，來(lái)評(píng)價(jià)某外貿(mào)型號(hào)武器火炮的模塊裝藥中可燃藥筒對(duì)燃燒殘?jiān)康挠绊?。具體操作過(guò)程:將兩種不同配方的可燃藥筒殼體置于密閉爆發(fā)器中，在不同的點(diǎn)火壓力下，使模塊殼體點(diǎn)火燃燒;打開(kāi)密閉爆發(fā)器，使用已預(yù)先干燥、定量的海綿，蘸去離子水擦盡密閉爆發(fā)器內(nèi)壁粘附的殘?jiān)?，在干燥箱中干燥，前后質(zhì)量差即為燃燒殘?jiān)?。為去除點(diǎn)火藥、發(fā)射藥可能帶來(lái)的殘?jiān)绊?，采用多孔NC 點(diǎn)火藥(CBI)、19孔粒狀單基發(fā)射藥進(jìn)行試驗(yàn)。
2.1 試驗(yàn)設(shè)備及樣品
試驗(yàn)設(shè)備:實(shí)際標(biāo)定容積V0=100.16 cm3的密閉爆發(fā)器測(cè)試系統(tǒng)。
試驗(yàn)樣品:緩燃?xì)んw、速燃?xì)んw。
與緩燃?xì)んw相比，速燃?xì)んw配方中NC 含量增加了3%，鈍感劑含量減少了25%，惰性粘合劑含量減少了12%，余下增強(qiáng)纖維成分作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
2.2 結(jié)果與討論
不同燃燒壓力pm、不同模塊殼體在密閉爆發(fā)器中的燃燒殘?jiān)鼫y(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、表2所示。
由表1、表2可知，在相同的燃燒壓力下，緩燃?xì)んw比速燃?xì)んw產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)唷Ｈ紵龎毫?duì)燃燒殘?jiān)挠绊懭鐖D1所示。
表1 無(wú)發(fā)射藥時(shí)不同模塊殼體在不同燃燒壓力下燃燒殘?jiān)黅ab.1 Combustion residue of different combustible cases at different combustion pressures without propellant
表2 有發(fā)射藥時(shí)不同模塊殼體在不同燃燒壓力下燃燒殘?jiān)黅ab.2 Combustion residue of different combustible cases at different combustion pressures with propellant
圖1 燃燒壓力對(duì)不同模塊殼體燃燒殘?jiān)挠绊慒ig.1 Effect of combustion pressure on combustion residue of different combustible cases
從圖1可知:在燃燒壓力較低時(shí)，緩燃?xì)んw燃燒殘?jiān)|(zhì)量多，明顯高于速燃?xì)んw。當(dāng)燃燒壓力＞50 MPa時(shí)，兩種殼體的燃燒殘?jiān)|(zhì)量比近似于不變，緩燃?xì)んw燃燒殘?jiān)撬偃細(xì)んw的1.4 倍。密閉爆發(fā)器試驗(yàn)中，模塊殼體燃燒后，在密閉爆發(fā)器內(nèi)壁上有黑色粘稠狀殘?jiān)?，緩燃?xì)んw尤為明顯。這是因?yàn)榫徣細(xì)んw的惰性成分要高于速燃?xì)んw。
氧平衡是火藥配方設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的依據(jù)之一。當(dāng)火藥配方為負(fù)氧平衡時(shí)，含氧量不足，會(huì)出現(xiàn)燃燒不完全情況?？扇妓幫矠樨?fù)氧平衡，過(guò)多的惰性成分使燃燒后產(chǎn)生殘?jiān)?，而緩燃?xì)んw更為嚴(yán)重。
3 靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)
通過(guò)密閉爆發(fā)器試驗(yàn)，得到可燃藥筒在不同的燃燒壓力下，其燃燒殘?jiān)康淖兓?guī)律。以此為參考，以藥包裝藥系統(tǒng)為對(duì)比體系，以3 號(hào)裝藥的條件作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)成組的靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)，對(duì)每一發(fā)射擊后藥室和炮閂處的殘?jiān)M(jìn)行全面收集處理，測(cè)試其質(zhì)量。根據(jù)裝藥的情況，分析可燃裝藥成分與燃燒殘?jiān)P(guān)系。靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3所示。
對(duì)表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析:
1)序號(hào)1 為單基藥包裝藥在射擊后的燃燒殘?jiān)|(zhì)量(0.03 g)，近似于不產(chǎn)生殘?jiān)?序號(hào)4 為某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥的燃燒殘?jiān)?7.66 g)，數(shù)量較多。
2)序號(hào)2、3 只有三基藥和單基藥的差別，燃燒殘?jiān)嗖?.55 g.單基藥的燃燒殘?jiān)鼮?.03 g，則0.58 g 是三基藥和點(diǎn)火藥產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)?/p>
3)序號(hào)4、5 只有消焰劑的差別，燃燒殘?jiān)嗖?.33 g，沒(méi)加消焰劑的殘?jiān)炊燃酉鎰┑臍堅(jiān)?，這說(shuō)明消焰劑有利于減少燃燒殘?jiān)?。這與作者在“炮用模塊裝藥燃燒殘?jiān)姆治觯?0］”中得到的:消焰劑產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)鼉H為2%，不是產(chǎn)生燃燒殘?jiān)闹饕虻慕Y(jié)論互相印證［10］。故消焰劑產(chǎn)生0.15 g 殘?jiān)?/p>
4)序號(hào)4、6 只有鈍感襯紙的差別，燃燒殘?jiān)嗖?.11 g，此來(lái)源于鈍感襯紙。
5)序號(hào)7、8 只有速燃?xì)んw和緩燃?xì)んw的差別，燃燒殘?jiān)嗖?.58 g，既緩燃?xì)んw比速燃?xì)んw產(chǎn)生的殘?jiān)?.58 g.
表3 各種裝藥結(jié)構(gòu)在射擊中產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)黅ab.3 Combustion residue produced by different charging structures during firing
根據(jù)1)～5)的分析，得出某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥緩燃?xì)んw產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)繛?.66-0.58-0.15-2.11=4.82 g.由此可知，緩燃?xì)んw燃燒殘?jiān)撬偃細(xì)んw的1.5 倍，這與密閉爆發(fā)器試驗(yàn)結(jié)果可以互相印證?？扇佳b藥成分與燃燒殘?jiān)P(guān)系的分析研究結(jié)果見(jiàn)表4所示。
由此可知:在某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥中，2/3的燃燒殘?jiān)鼇?lái)源于緩燃?xì)んw，鈍感襯紙亦是主要來(lái)源;三基藥發(fā)射藥及點(diǎn)火藥也會(huì)產(chǎn)生燃燒殘?jiān)⒎侵饕蛩亍?/p>
4 改進(jìn)可燃藥筒后靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)
結(jié)合密閉爆發(fā)器和靶場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，在保持某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥的可燃藥筒加工工藝不變的條件下，對(duì)可燃藥筒進(jìn)行配方配比的改進(jìn)，并用射擊試驗(yàn)考核其效果。結(jié)果見(jiàn)表5所示。
表4 模塊裝藥可燃裝藥成分產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)黅ab.4 Combustion residue produced by flammable components in modular charges
表5 可燃藥筒改進(jìn)前后的燃燒殘?jiān)鹘M分質(zhì)量Tab.5 Combustion residue of combustible case before and after improvement
由表5可知:改進(jìn)后的可燃藥筒，由于增加可燃藥筒中的NC 含量，減少合成樹(shù)脂粘合劑和纖維增強(qiáng)材料，改進(jìn)后的模塊裝藥的燃燒殘?jiān)|(zhì)量降低了2/3，說(shuō)明原模塊裝藥的可燃藥筒燃燒不完全，究其原因，主要是原藥筒設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到要求其必須具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，因此加入了紙纖維和粘合劑;同時(shí)，要求可燃藥筒外形必須與藥室形狀相配合，其加工工藝是已定的;所以可燃藥筒中的粘合劑、增強(qiáng)材料和NC 含量是決定可燃藥筒燃盡性的重要原因。粘合劑和增強(qiáng)材料對(duì)可燃藥筒的燃盡性有重要影響。
5 結(jié)論
本文研究了可燃藥筒對(duì)某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥燃燒殘?jiān)挠绊懀砻骺扇妓幫驳娜急M性嚴(yán)重影響著模塊裝藥的清潔燃燒。通過(guò)密閉爆發(fā)器定容燃燒實(shí)驗(yàn)表明，緩燃藥筒產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)人偃妓幫捕?0%左右，與靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)結(jié)果一致。近2/3 的模塊裝藥燃燒殘?jiān)怯煽扇妓幫伯a(chǎn)生的。找到了燃燒殘?jiān)a(chǎn)生的最主要因素。
在其它裝藥條件不變、保證內(nèi)彈道性能穩(wěn)定、保持某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥的可燃藥筒加工工藝不變的條件下，對(duì)可燃藥筒進(jìn)行配方配比的改進(jìn)，增加可燃藥筒中的NC 含量，減少合成樹(shù)脂粘合劑和纖維增強(qiáng)材料，燃燒殘?jiān)|(zhì)量降低了2/3，基本消除了模塊裝藥的射擊殘?jiān)鼏?wèn)題。
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0 引言
目前，世界各國(guó)都在發(fā)展以遠(yuǎn)射程、高射速、大威力、強(qiáng)生存能力和射擊精度好為目標(biāo)的火炮裝備［1］。為提高射速、適應(yīng)自動(dòng)裝填，大口徑火炮開(kāi)始應(yīng)用模塊裝藥技術(shù)取代傳統(tǒng)的藥包裝藥，其主要區(qū)別是可燃藥筒的應(yīng)用［2］?？扇妓幫布绕鹬饘偎幫不蛩幇氖⒀b裝藥的“容器”作用，同時(shí)它也作為發(fā)射能源，成為發(fā)射裝藥的重要組成部分，參與了內(nèi)彈道的全過(guò)程［3］。但可燃藥筒本身是一種多孔復(fù)合材料，具有氧平衡系數(shù)低、燃燒后期漸減性大等特點(diǎn)，與主裝藥共同燃燒時(shí)，對(duì)主裝藥的燃燒規(guī)律影響明顯，進(jìn)而帶來(lái)內(nèi)彈道性能的變化，尤其是小號(hào)裝藥有燃燒不完全現(xiàn)象發(fā)生，容易導(dǎo)致射擊殘?jiān)男纬桑?-5］。
消除身管武器射擊殘?jiān)难芯?，一直是?guó)內(nèi)外裝藥工作者重視的課題。國(guó)外對(duì)可燃藥筒產(chǎn)生殘?jiān)难芯枯^少?？扇妓幫驳难芯孔钤玳_(kāi)始于二戰(zhàn)后期的德國(guó)，而美國(guó)最早將其應(yīng)用于武器系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的努力，可燃藥筒已成為現(xiàn)代火炮裝藥的重要組成部分。國(guó)內(nèi)對(duì)可燃藥筒的燃燒特性進(jìn)行了深入研究，主要針對(duì)可燃藥筒與主裝藥的匹配性進(jìn)行，在共同燃燒時(shí)，降低對(duì)主裝藥燃燒規(guī)律的影響，保持內(nèi)彈道性能穩(wěn)定。如張兆鈞等的“3 種可燃藥筒燃燒特性分析”［6］、張會(huì)生等的“可燃藥筒點(diǎn)火問(wèn)題淺析”［7］、李煜等的“可燃藥筒的定容燃燒特性”［8］。國(guó)內(nèi)外的研究大都集中于可燃藥筒的燃燒特性，本文針對(duì)其射擊殘余物進(jìn)行重點(diǎn)研究。
我國(guó)某外貿(mào)型號(hào)火炮的模塊裝藥，其小號(hào)1、2號(hào)裝藥為A 模塊，采用小弧厚發(fā)射藥保證在較低膛壓下的燃盡性;3～6 號(hào)裝藥為B 模塊，采用大弧厚發(fā)射藥保證全裝藥時(shí)膛壓正常。但是，該裝藥的B模塊(尤其是3 號(hào)裝藥)射擊時(shí)，炮膛、藥室和炮閂處存在燃燒殘?jiān)?。燃燒殘?jiān)鼤?huì)影響炮閂正常開(kāi)關(guān)，甚至損壞炮閂;藥室里的殘?jiān)鼤?huì)影響裝藥的正常裝填;炮管內(nèi)的殘?jiān)鼤?huì)使下一發(fā)射擊時(shí)膛線磨損加重，增加火炮身管的維護(hù)和保養(yǎng)難度，縮短身管壽命［9-10］。
本研究重點(diǎn)針對(duì)B 模塊的可燃藥筒進(jìn)行。利用密閉爆發(fā)器試驗(yàn)，研究?jī)煞N可燃藥筒(速燃?xì)んw和緩燃?xì)んw)的燃燒性能，測(cè)試不同壓力下的燃燒殘?jiān)?結(jié)合靶場(chǎng)試驗(yàn)，測(cè)試并分析殘?jiān)a(chǎn)生的主要原因;通過(guò)改進(jìn)可燃藥筒的結(jié)構(gòu)和組成，驗(yàn)證燃燒殘?jiān)康淖兓?guī)律。
1 可燃藥筒的燃燒殘?jiān)鼇?lái)源分析
可燃藥筒是以硝化纖維素(NC)為主，輔加木質(zhì)或紙質(zhì)纖維、合成樹(shù)脂及二苯胺等材料的可燃裝藥容器。NC 是含能材料，纖維和樹(shù)脂起增強(qiáng)、粘合、加固作用，二苯胺為安定劑［11］。從理論上分析，可燃藥筒的燃燒殘?jiān)赡苡? 個(gè)來(lái)源:一是可燃藥筒的主要組分NC，其能量較高，燃速快。若NC 含量＜40%時(shí)，燃燒性能降低，可能會(huì)產(chǎn)生少量燃燒殘?jiān)?二是纖維增強(qiáng)材料，在可燃藥筒結(jié)構(gòu)中起骨架支撐作用，提高強(qiáng)度。增強(qiáng)材料的含量，明顯影響藥筒的強(qiáng)度和燃燒性能。若含量高會(huì)影響燃盡性，射擊煙霧大，燃燒殘?jiān)?三是合成樹(shù)脂粘合劑，可燃藥筒的關(guān)鍵材料之一，屬于惰性材料，對(duì)強(qiáng)度、燃盡性、工藝性能影響很大。若粘合劑比例高時(shí)，藥筒的燃盡性降低。
有研究者認(rèn)為:粘合劑因發(fā)射藥和藥筒中的含能成分燃燒而受熱分解，分解產(chǎn)物(如CO、H、C 等)與火藥氣體發(fā)生反應(yīng)，使火藥燃?xì)鉁囟认陆担自斐煽扇妓幫不虬l(fā)射藥燃燒不完全［12-14］。另有研究者認(rèn)為高溫高壓下，熔融的粘合劑覆蓋在藥筒和發(fā)射藥的表面阻礙其燃燒，影響點(diǎn)火火焰的傳布，導(dǎo)致藥筒或發(fā)射藥燃燒不完全［15］。還有研究者認(rèn)為高溫高壓下，熔融的粘合劑附著于藥室及身管內(nèi)壁，使燃燒殘?jiān)掣狡渖希璧K了發(fā)射藥燃燒產(chǎn)物快速向炮口方向的排出［15-16］。
2 密閉爆發(fā)器定容燃燒模擬試驗(yàn)
通過(guò)測(cè)試可燃藥筒定容燃燒后的殘?jiān)|(zhì)量，來(lái)評(píng)價(jià)某外貿(mào)型號(hào)武器火炮的模塊裝藥中可燃藥筒對(duì)燃燒殘?jiān)康挠绊?。具體操作過(guò)程:將兩種不同配方的可燃藥筒殼體置于密閉爆發(fā)器中，在不同的點(diǎn)火壓力下，使模塊殼體點(diǎn)火燃燒;打開(kāi)密閉爆發(fā)器，使用已預(yù)先干燥、定量的海綿，蘸去離子水擦盡密閉爆發(fā)器內(nèi)壁粘附的殘?jiān)?，在干燥箱中干燥，前后質(zhì)量差即為燃燒殘?jiān)?。為去除點(diǎn)火藥、發(fā)射藥可能帶來(lái)的殘?jiān)绊?，采用多孔NC 點(diǎn)火藥(CBI)、19孔粒狀單基發(fā)射藥進(jìn)行試驗(yàn)。
2.1 試驗(yàn)設(shè)備及樣品
試驗(yàn)設(shè)備:實(shí)際標(biāo)定容積V0=100.16 cm3的密閉爆發(fā)器測(cè)試系統(tǒng)。
試驗(yàn)樣品:緩燃?xì)んw、速燃?xì)んw。
與緩燃?xì)んw相比，速燃?xì)んw配方中NC 含量增加了3%，鈍感劑含量減少了25%，惰性粘合劑含量減少了12%，余下增強(qiáng)纖維成分作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
2.2 結(jié)果與討論
不同燃燒壓力pm、不同模塊殼體在密閉爆發(fā)器中的燃燒殘?jiān)鼫y(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、表2所示。
由表1、表2可知，在相同的燃燒壓力下，緩燃?xì)んw比速燃?xì)んw產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)唷Ｈ紵龎毫?duì)燃燒殘?jiān)挠绊懭鐖D1所示。
表1 無(wú)發(fā)射藥時(shí)不同模塊殼體在不同燃燒壓力下燃燒殘?jiān)黅ab.1 Combustion residue of different combustible cases at different combustion pressures without propellant
表2 有發(fā)射藥時(shí)不同模塊殼體在不同燃燒壓力下燃燒殘?jiān)黅ab.2 Combustion residue of different combustible cases at different combustion pressures with propellant
圖1 燃燒壓力對(duì)不同模塊殼體燃燒殘?jiān)挠绊慒ig.1 Effect of combustion pressure on combustion residue of different combustible cases
從圖1可知:在燃燒壓力較低時(shí)，緩燃?xì)んw燃燒殘?jiān)|(zhì)量多，明顯高于速燃?xì)んw。當(dāng)燃燒壓力＞50 MPa時(shí)，兩種殼體的燃燒殘?jiān)|(zhì)量比近似于不變，緩燃?xì)んw燃燒殘?jiān)撬偃細(xì)んw的1.4 倍。密閉爆發(fā)器試驗(yàn)中，模塊殼體燃燒后，在密閉爆發(fā)器內(nèi)壁上有黑色粘稠狀殘?jiān)?，緩燃?xì)んw尤為明顯。這是因?yàn)榫徣細(xì)んw的惰性成分要高于速燃?xì)んw。
氧平衡是火藥配方設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的依據(jù)之一。當(dāng)火藥配方為負(fù)氧平衡時(shí)，含氧量不足，會(huì)出現(xiàn)燃燒不完全情況?？扇妓幫矠樨?fù)氧平衡，過(guò)多的惰性成分使燃燒后產(chǎn)生殘?jiān)?，而緩燃?xì)んw更為嚴(yán)重。
3 靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)
通過(guò)密閉爆發(fā)器試驗(yàn)，得到可燃藥筒在不同的燃燒壓力下，其燃燒殘?jiān)康淖兓?guī)律。以此為參考，以藥包裝藥系統(tǒng)為對(duì)比體系，以3 號(hào)裝藥的條件作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)成組的靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)，對(duì)每一發(fā)射擊后藥室和炮閂處的殘?jiān)M(jìn)行全面收集處理，測(cè)試其質(zhì)量。根據(jù)裝藥的情況，分析可燃裝藥成分與燃燒殘?jiān)P(guān)系。靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3所示。
對(duì)表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析:
1)序號(hào)1 為單基藥包裝藥在射擊后的燃燒殘?jiān)|(zhì)量(0.03 g)，近似于不產(chǎn)生殘?jiān)?序號(hào)4 為某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥的燃燒殘?jiān)?7.66 g)，數(shù)量較多。
2)序號(hào)2、3 只有三基藥和單基藥的差別，燃燒殘?jiān)嗖?.55 g.單基藥的燃燒殘?jiān)鼮?.03 g，則0.58 g 是三基藥和點(diǎn)火藥產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)?/p>
3)序號(hào)4、5 只有消焰劑的差別，燃燒殘?jiān)嗖?.33 g，沒(méi)加消焰劑的殘?jiān)炊燃酉鎰┑臍堅(jiān)?，這說(shuō)明消焰劑有利于減少燃燒殘?jiān)?。這與作者在“炮用模塊裝藥燃燒殘?jiān)姆治觯?0］”中得到的:消焰劑產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)鼉H為2%，不是產(chǎn)生燃燒殘?jiān)闹饕虻慕Y(jié)論互相印證［10］。故消焰劑產(chǎn)生0.15 g 殘?jiān)?/p>
4)序號(hào)4、6 只有鈍感襯紙的差別，燃燒殘?jiān)嗖?.11 g，此來(lái)源于鈍感襯紙。
5)序號(hào)7、8 只有速燃?xì)んw和緩燃?xì)んw的差別，燃燒殘?jiān)嗖?.58 g，既緩燃?xì)んw比速燃?xì)んw產(chǎn)生的殘?jiān)?.58 g.
表3 各種裝藥結(jié)構(gòu)在射擊中產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)黅ab.3 Combustion residue produced by different charging structures during firing
根據(jù)1)～5)的分析，得出某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥緩燃?xì)んw產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)繛?.66-0.58-0.15-2.11=4.82 g.由此可知，緩燃?xì)んw燃燒殘?jiān)撬偃細(xì)んw的1.5 倍，這與密閉爆發(fā)器試驗(yàn)結(jié)果可以互相印證?？扇佳b藥成分與燃燒殘?jiān)P(guān)系的分析研究結(jié)果見(jiàn)表4所示。
由此可知:在某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥中，2/3的燃燒殘?jiān)鼇?lái)源于緩燃?xì)んw，鈍感襯紙亦是主要來(lái)源;三基藥發(fā)射藥及點(diǎn)火藥也會(huì)產(chǎn)生燃燒殘?jiān)⒎侵饕蛩亍?/p>
4 改進(jìn)可燃藥筒后靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)
結(jié)合密閉爆發(fā)器和靶場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，在保持某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥的可燃藥筒加工工藝不變的條件下，對(duì)可燃藥筒進(jìn)行配方配比的改進(jìn)，并用射擊試驗(yàn)考核其效果。結(jié)果見(jiàn)表5所示。
表4 模塊裝藥可燃裝藥成分產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)黅ab.4 Combustion residue produced by flammable components in modular charges
表5 可燃藥筒改進(jìn)前后的燃燒殘?jiān)鹘M分質(zhì)量Tab.5 Combustion residue of combustible case before and after improvement
由表5可知:改進(jìn)后的可燃藥筒，由于增加可燃藥筒中的NC 含量，減少合成樹(shù)脂粘合劑和纖維增強(qiáng)材料，改進(jìn)后的模塊裝藥的燃燒殘?jiān)|(zhì)量降低了2/3，說(shuō)明原模塊裝藥的可燃藥筒燃燒不完全，究其原因，主要是原藥筒設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到要求其必須具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，因此加入了紙纖維和粘合劑;同時(shí)，要求可燃藥筒外形必須與藥室形狀相配合，其加工工藝是已定的;所以可燃藥筒中的粘合劑、增強(qiáng)材料和NC 含量是決定可燃藥筒燃盡性的重要原因。粘合劑和增強(qiáng)材料對(duì)可燃藥筒的燃盡性有重要影響。
5 結(jié)論
本文研究了可燃藥筒對(duì)某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥燃燒殘?jiān)挠绊懀砻骺扇妓幫驳娜急M性嚴(yán)重影響著模塊裝藥的清潔燃燒。通過(guò)密閉爆發(fā)器定容燃燒實(shí)驗(yàn)表明，緩燃藥筒產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)人偃妓幫捕?0%左右，與靶場(chǎng)射擊試驗(yàn)結(jié)果一致。近2/3 的模塊裝藥燃燒殘?jiān)怯煽扇妓幫伯a(chǎn)生的。找到了燃燒殘?jiān)a(chǎn)生的最主要因素。
在其它裝藥條件不變、保證內(nèi)彈道性能穩(wěn)定、保持某外貿(mào)型號(hào)火炮模塊裝藥的可燃藥筒加工工藝不變的條件下，對(duì)可燃藥筒進(jìn)行配方配比的改進(jìn)，增加可燃藥筒中的NC 含量，減少合成樹(shù)脂粘合劑和纖維增強(qiáng)材料，燃燒殘?jiān)|(zhì)量降低了2/3，基本消除了模塊裝藥的射擊殘?jiān)鼏?wèn)題。
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