嚴(yán)文榮，王瓊林，張玉成，李 強(qiáng)

(西安近代化學(xué)研究所， 陜西 西安 710065)

發(fā)射裝藥用可燃緊塞元件的力學(xué)強(qiáng)度及燃盡性試驗(yàn)

嚴(yán)文榮，王瓊林，張玉成，李 強(qiáng)

(西安近代化學(xué)研究所， 陜西 西安 710065)

為減少某發(fā)射裝藥的燃燒殘片，對(duì)可燃緊塞元件的強(qiáng)度及燃盡性開展了試驗(yàn)研究，對(duì)比測試了傳統(tǒng)紙質(zhì)緊塞元件及可燃緊塞元件的壓縮力，通過火炮輸彈上膛沖擊試驗(yàn)及野戰(zhàn)公路運(yùn)輸試驗(yàn)測試了采用可燃緊塞元件的發(fā)射裝藥的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；通過密閉爆發(fā)器試驗(yàn)測試了可燃緊塞元件的表觀燃速，并通過內(nèi)彈道射擊試驗(yàn)驗(yàn)證了可燃緊塞元件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及膛內(nèi)燃盡性。結(jié)果表明，可燃支撐筒的壓縮力約為紙質(zhì)支撐筒的兩倍；可燃緊塞蓋的壓縮力約為原紙質(zhì)緊塞蓋的40%，約為原紙質(zhì)支撐筒的80%，可燃緊塞元件力學(xué)強(qiáng)度可保證該發(fā)射裝藥在運(yùn)輸過程及供輸彈過程中的結(jié)構(gòu)完整性；在50～150MPa下，可燃緊塞元件的線燃速為ADiGu發(fā)射藥燃速的8倍以上，在同一燃燒環(huán)境下，可燃緊塞元件可先于發(fā)射藥在膛內(nèi)燃盡；射擊后炮口無燃燒殘片，在內(nèi)彈道過程中燃燒完全，無二次火焰，炮口無殘留。

發(fā)射裝藥；可燃緊塞元件；壓縮力；燃速；內(nèi)彈道；膛內(nèi)燃盡性

引 言

隨著彈藥技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外對(duì)可燃藥筒及模塊裝藥開展了系列研究。德國ICT研究院采用泡沫發(fā)射藥制作了無殼彈用可燃藥筒[2]；盧先明等[3]開展了可用于制備具有3R(Recycle，Recover and Reuse)概念可燃藥筒的高能熱塑性黏合劑CE-PBAMO的合成研究；李煜等[4-5]為了同時(shí)提高可燃藥筒的力學(xué)性能與燃燒性能，以含能纖維作為可燃藥筒的增強(qiáng)組分，制備了新型可燃藥筒，并對(duì)所制藥筒進(jìn)行了力學(xué)性能和燃燒性能測試，通過密閉爆發(fā)器試驗(yàn)考察了裝填密度、點(diǎn)火強(qiáng)度和含水量對(duì)可燃藥筒燃燒和能量釋放性能的影響；鄒偉偉等[6-8]研究了模壓可燃藥筒的孔隙率、比表面積、孔容和孔徑分布，對(duì)半可燃藥筒豎放狀態(tài)下應(yīng)力應(yīng)變與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了分析，并對(duì)小口徑模壓可燃藥筒的孔結(jié)構(gòu)特性、燃燒特性、力學(xué)性能、彈道性能等進(jìn)行了研究；喬麗潔等[9]用化學(xué)分析、紅外光譜對(duì)炮用模塊裝藥的燃燒殘?jiān)M(jìn)行了定性和定量測試。以上研究均針對(duì)可燃藥筒性能的改進(jìn)，可燃藥筒相比傳統(tǒng)金屬藥筒可大幅減輕彈藥質(zhì)量，提高武器系統(tǒng)攜彈量，并在一定程度上提高發(fā)射裝藥的能量密度。但關(guān)于發(fā)射裝藥可燃緊塞元件力學(xué)強(qiáng)度及燃燒性能的研究報(bào)道較少。

本試驗(yàn)以某定裝式發(fā)射裝藥用可燃緊塞元件為對(duì)象，通過壓縮力測定檢驗(yàn)了可燃緊塞元件的力學(xué)強(qiáng)度；通過密閉爆發(fā)器試驗(yàn)測試了可燃緊塞元件的表觀燃速；并通過內(nèi)彈道射擊試驗(yàn)驗(yàn)證了可燃緊塞元件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及膛內(nèi)燃盡性，以期為可燃緊塞元件在中大口徑火炮彈藥中的應(yīng)用提供參考。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品

某定裝式發(fā)射裝藥用可燃緊塞元件包含緊塞底蓋、緊塞頂蓋及支撐筒3個(gè)零件，緊塞底蓋位于發(fā)射藥藥面頂部，緊塞頂蓋與彈丸底平面緊貼，頂蓋與底蓋間采用支撐筒支撐，如圖1所示。

可燃緊塞元件厚度為3mm，其樣品配方見表1，其中可燃緊塞蓋(含底蓋及頂蓋，下略)采用抽濾模壓工藝制備，可燃支撐筒采用卷制工藝制備。

表1 可燃緊塞元件樣品配方

1.2 力學(xué)強(qiáng)度測試

可燃緊塞元件靜態(tài)力學(xué)強(qiáng)度測試參照半可燃藥筒試驗(yàn)方法可燃筒體壓縮力測定進(jìn)行，將原裝藥用紙質(zhì)緊塞元件作為參比樣。其中可燃支撐筒樣品按半可燃藥筒試驗(yàn)方法試樣要求準(zhǔn)備，從卷制支撐筒筒體截取高約50mm的圓環(huán)。

①年齡＜10周歲，或＞70周歲。②不符合“橈骨遠(yuǎn)端骨折”的診斷標(biāo)準(zhǔn)者。③患肢曾行手術(shù)治療者，有手術(shù)禁忌癥者。④未簽署手術(shù)知情同意書及研究知情同意書者。

在靜態(tài)力學(xué)強(qiáng)度測試的基礎(chǔ)上開展發(fā)射裝藥野戰(zhàn)公路運(yùn)輸試驗(yàn)，試驗(yàn)后拔彈檢測裝藥結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并通過運(yùn)輸前后內(nèi)彈道射擊試驗(yàn)驗(yàn)證裝藥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。其中野戰(zhàn)公路運(yùn)輸試驗(yàn)參照榴彈定型試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，內(nèi)彈道射擊試驗(yàn)參照炮用發(fā)射藥與裝藥內(nèi)彈道試驗(yàn)方法進(jìn)行。

1.3 膛內(nèi)燃盡性試驗(yàn)

可燃緊塞元件表觀燃速通過密閉爆發(fā)器試驗(yàn)獲取，試驗(yàn)時(shí)密閉爆發(fā)器體積為100mL，裝填密度為0.2g/cm3, 同步測試了裝藥所采用的發(fā)射藥的燃速。并通過內(nèi)彈道試驗(yàn)驗(yàn)證了采用可燃緊塞元件的該定裝式發(fā)射裝藥的膛內(nèi)燃盡性。測試時(shí)身管開設(shè)多個(gè)測壓孔，其中3#測壓點(diǎn)位于坡膛前方約35cm處，3#、4#、5#、6#相鄰間距為10cm，依次向炮口方向開設(shè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)強(qiáng)度分析

2.1.1 壓縮力

可燃緊塞元件及傳統(tǒng)紙質(zhì)緊塞元件的壓縮力測試結(jié)果見表2。

表2 可燃緊塞元件及傳統(tǒng)紙質(zhì)緊塞元件的壓縮力測試結(jié)果

表2測試結(jié)果表明，可燃支撐筒的壓縮力約為紙質(zhì)支撐筒的兩倍?？扇季o塞蓋的壓縮力為原紙質(zhì)緊塞蓋的40%左右，約為原紙質(zhì)支撐筒的80%，這與可燃緊塞蓋的厚度及制備工藝有關(guān)?？紤]到燃盡性，可燃緊塞蓋平均厚度設(shè)計(jì)為3mm，而原紙質(zhì)緊塞蓋厚度為4mm；此外抽濾模壓工藝制備可燃緊塞蓋屬于含能結(jié)構(gòu)性多孔材料，這有利于提高其燃速，但其密度及力學(xué)強(qiáng)度必然低于原紙質(zhì)緊塞蓋。

分析該定裝式彈藥發(fā)射裝藥結(jié)構(gòu)，由于底蓋緊貼藥面，頂蓋緊貼彈底，因此可認(rèn)為支撐筒為保持裝藥結(jié)構(gòu)完整性的關(guān)鍵件，基于壓縮力測試結(jié)果，可燃緊塞元件可滿足該定裝式彈藥發(fā)射裝藥的強(qiáng)度要求。

2.1.2 內(nèi)彈道性能

圖2為經(jīng)野戰(zhàn)公路運(yùn)輸后發(fā)射裝藥狀態(tài)；表3為采用原紙質(zhì)緊塞元件及可燃緊塞元件發(fā)射裝藥內(nèi)彈道射擊試驗(yàn)結(jié)果。

序號(hào)v0/(m·s-1)p/MPa采用原紙質(zhì)緊塞元件(運(yùn)輸前)采用可燃緊塞元件(運(yùn)輸前)采用可燃緊塞元件(運(yùn)輸后)采用原紙質(zhì)緊塞元件(運(yùn)輸前)采用可燃緊塞元件(運(yùn)輸前)采用可燃緊塞元件(運(yùn)輸后)1847.5853.1852.3255.4255.3259.72852.1852.6851.4260.1262.4259.53849.0851.7850.3261.7259.2261.64849.2853.0852.3262.3264.3260.15849.7853.8853.1264.5264.1262.0平均值849.5852.8851.9260.8261.1260.6

由圖2可知，經(jīng)拔彈檢測，含可燃緊塞元件的發(fā)射裝藥在野戰(zhàn)公路運(yùn)輸后結(jié)構(gòu)完整。表3測試結(jié)果表明，采用原紙質(zhì)緊塞元件及可燃緊塞元件發(fā)射裝藥彈丸初速組平均值相差約0.4%，膛壓組平均值相差約0.1%；采用可燃緊塞元件發(fā)射裝藥運(yùn)輸前后彈丸初速平均值相差約0.1%，膛壓平均值相差約0.2%；說明可燃緊塞元件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足該定裝式彈藥發(fā)射裝藥的使用要求。

2.2 膛內(nèi)燃盡性試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 密閉爆發(fā)器試驗(yàn)結(jié)果分析

可燃緊塞元件及發(fā)射裝藥用ADiGu發(fā)射藥的密閉爆發(fā)器試驗(yàn)p-t曲線如圖3(a)所示；圖3(b)為計(jì)算擬合獲得的密閉爆發(fā)器中各樣品的表觀燃速在50～200MPa下的u-p曲線；表4為依據(jù)燃速方程計(jì)算的各樣品在不同壓強(qiáng)條件下的線性燃速數(shù)據(jù)。

表4 各樣品燃速計(jì)算結(jié)果

由圖3(a)各樣品p-t曲線可知，可燃緊塞元件密閉爆發(fā)器燃燒時(shí)間均比ADiGu發(fā)射藥短。從圖3(b)及表4燃速數(shù)據(jù)可知，在不同壓強(qiáng)下，可燃緊塞元件的線燃速均遠(yuǎn)高于ADiGu發(fā)射藥。在較低壓強(qiáng)(50MPa)下可燃支撐筒燃速約為ADiGu發(fā)射藥的8倍?？扇贾瓮布翱扇季o塞蓋燃速壓強(qiáng)指數(shù)均大于1，ADiGu發(fā)射藥燃速壓強(qiáng)指數(shù)小于1，隨著壓強(qiáng)的升高，燃速差距逐漸加大；壓強(qiáng)大于150MPa時(shí)，可燃支撐筒燃速接近發(fā)射藥的20倍，可燃緊塞蓋燃速接近發(fā)射藥的30倍。實(shí)際裝藥中，發(fā)射藥弧厚約為2.0mm，緊塞元件中最厚部位約為3.5mm；分析認(rèn)為，在相同的燃燒環(huán)境下，高燃速的可燃緊塞元件將先于ADiGu發(fā)射藥燃完。

2.2.2 內(nèi)彈道試驗(yàn)結(jié)果

圖4為內(nèi)彈道射擊試驗(yàn)得到的身管不同位置的p-t曲線。

由圖4可知，射擊時(shí)炮口壓強(qiáng)在50MPa以上；彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)過程中，膛內(nèi)燃?xì)鈮簭?qiáng)在100MPa以上的時(shí)間大于10ms?；诿荛]爆發(fā)器燃速數(shù)據(jù)可知，可燃緊塞元件將先于ADiGu發(fā)射藥燃燒完。通過高速攝像監(jiān)測，采用可燃緊塞元件的發(fā)射裝藥炮口無二次火焰。射擊后檢查炮口前方區(qū)域，未發(fā)現(xiàn)燃燒殘片。因此，可燃緊塞元件可滿足該定裝式彈藥發(fā)射裝藥的膛內(nèi)燃盡性要求。

3 結(jié) 論

(1)采用可燃緊塞元件的發(fā)射裝藥經(jīng)戰(zhàn)斗炮輸彈沖擊及野戰(zhàn)公路運(yùn)輸環(huán)境考驗(yàn)后，裝藥結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)彈道性能一致，可燃裝藥元件力學(xué)強(qiáng)度可滿足該定裝式彈藥發(fā)射裝藥的使用要求。

(2)在相同的膛內(nèi)燃燒環(huán)境下，高燃速的可燃緊塞元件將先于發(fā)射藥燃完；經(jīng)內(nèi)彈道試驗(yàn)驗(yàn)證，采用可燃緊塞元件的發(fā)射裝藥膛內(nèi)燃燒完全，炮口無殘留，可滿足該定裝式彈藥發(fā)射裝藥的膛內(nèi)燃盡性要求。

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ExperimentofMechanicalIntensityandCombustionCompletenessofCombustibleSealsinGunPropellantCharge

YAN Wen-rong，WANG Qiong-lin， ZHANG Yu-cheng， LI Qiang

(Xi′an Modern Chemistry Research Institute，Xi′an 710065, China)

To reduce the combustion debris of certain gun propellant charge, the experimental research of mechanical intensity and combustion completeness for combustible seals was carried out. The compression of combustible seals and conventional papery seals were measured and compared. The structure strength of gun propellant charge with combustible seals was tested by gun loaded ramming impact test and transportation test on field road. The apparent burning rates of combustible seals were tested by a closed bomb test. The structure strength and combustion completeness of gun propellant charge with combustible seals were validated by an interior ballistic test. The results show that the compression of combustible underprop is two times as conventional paper underprop. The compression of combustible cover is about 40% as conventional paper cover, and about 80% as conventional paper underprop. The mechanical intensity of combustible seals can meet the structure integrity of gun propellant charge in ramming and transportation process. Under the pressure of 50-150MPa, the burning rate of combustible seals is 8 times faster than that of ADiGu gun propellant. The combustible seals can be burnt before gun propellant under the same burning environment in bore. And there is no combustion debris in front of muzzle after firing.The combustion in the interior ballistic process is complete without second flame and residue in front of muzzle.

gun propellant charge; combustible seal; compression; burning rate; interior ballistic; completeness of combustion in bore

TJ55;TQ562

A

1007-7812(2017)05-0078-04

10.14077/j.issn.1007-7812.2017.05.015

2017-04-10；

2017-05-14

嚴(yán)文榮(1982- )，男，高級(jí)工程師，從事發(fā)射裝藥及內(nèi)彈道研究。E-mail:64180367@qq.com