鄭東升

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原 030051）

AN對(duì)槍炮二次焰的影響

鄭東升

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原 030051）

槍炮二次焰的形成與燃燒產(chǎn)物中還原性氣體息息相關(guān)。采用最小自由能法理論計(jì)算了硝酸銨發(fā)射藥燃?xì)饨M成隨硝酸銨的變化。氣相色譜分析表明，隨著硝酸銨的增加，還原性氣體含量大幅下降；30毫米火炮炮口焰參數(shù)表明，炮口火焰強(qiáng)度降低了42.37%。因此，硝酸銨能有效抑制二次焰的形成。

AN；二次焰；發(fā)射藥；還原性氣體

1 引言

二次焰是因?yàn)槲慈急M的火藥可燃產(chǎn)物與卷入空氣中的氧氣重新點(diǎn)火發(fā)生爆燃引起的一種十分有害的現(xiàn)象，研究表明，燃燒產(chǎn)物中可燃性氣體成分愈多，產(chǎn)生二次焰的可能性愈大[1]。本文從形成二次焰的機(jī)理[2]出發(fā)，理論計(jì)算了硝酸銨對(duì)還原性氣體的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了硝酸銨（AN）能有效降低有害氣體，抑制二次焰的形成。

2 理論計(jì)算

單基發(fā)射藥配方為：硝化棉（NC,94.7%N），二苯胺1.5%，石墨0.2%，水（外揮）1.2%，乙醇（內(nèi)揮）0.9%，樟腦1.5%。保持單基發(fā)射藥的百分比組成不變，逐漸增加硝酸銨的含量，采用最小自由能法程序計(jì)算燃燒后產(chǎn)物中還原性氣體的變化情況，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1：

圖1 AN對(duì)還原性氣體濃度的影響

由圖1可以看出隨著硝酸銨含量的逐漸增加，還原性氣體濃度逐漸減小，CH4的濃度幾乎為零。當(dāng)硝酸銨含量達(dá)到60%以上時(shí)，三種還原性氣體的含量趨于零，氣體全部轉(zhuǎn)化為CO2、N2和H2O等。圖2直觀的顯示了還原性氣體總量以及還原性氣體CO、H2在總?cè)細(xì)庵械陌俜趾侩S硝酸銨含量的變化關(guān)系，其中CH4可以忽略不計(jì)。說(shuō)明硝酸銨的加入能有效降低還原性氣體的含量，從根本上減小二次焰的形成，達(dá)到減少二次焰的目的。

圖2 AN對(duì)還原性氣體百分含量的影響

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 試劑與儀器

硝酸銨（AN），分析純；乙醚，分析純；乙醇，分析純；硝化棉（含氮量12.7%）；二苯胺，工業(yè)用品；球磨機(jī)；烘箱；分級(jí)篩；捏合機(jī)；分析天平；氣體搜集袋；密閉爆發(fā)器；氣相色譜儀；高速攝像儀。

3.2 樣品制備

將硝酸銨倒入球磨機(jī)研磨，篩選分級(jí)，選擇合適粒度的硝酸銨、硝化棉與配制好的醇醚溶劑在捏合機(jī)中捏合，經(jīng)過(guò)塑化、壓伸、涼藥、切藥、篩選、烘干、包覆、光澤等工序，得到硝酸銨發(fā)射藥。

3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

用分析天平稱取含不同量硝酸銨的發(fā)射藥21.20g，將制得的不同含量硝酸銨的發(fā)射藥在密閉爆發(fā)器中燃燒，硝酸銨在發(fā)射藥中的含量分別為0%、20%、30%、40%、60%、70%、80%，搜集燃燒后常溫下的氣體產(chǎn)物，通過(guò)氣相色譜儀分析可燃?xì)怏w含量。

將硝酸銨發(fā)射藥與制式發(fā)射藥按1：1的比例混合裝藥，采用30mm彈道炮測(cè)試平臺(tái)對(duì)混裝發(fā)射藥進(jìn)行試驗(yàn)。以30mm標(biāo)準(zhǔn)制式發(fā)射藥試驗(yàn)結(jié)果作為參照對(duì)比，在炮彈飛出的方向設(shè)立標(biāo)尺，對(duì)硝酸銨含量（占總裝藥量的百分含量）依次為5%、10%、15%、20%、25%的5個(gè)試樣進(jìn)行射擊，并用高速攝像儀拍照。利用計(jì)算機(jī)Image-ProPlus6.0軟件對(duì)各試樣得到的炮口焰圖像進(jìn)行分析。

4 結(jié)果與討論

4.1 燃燒產(chǎn)物中可燃?xì)怏w測(cè)試

氣相色譜法分析不同硝酸銨含量發(fā)射藥燃燒后可燃性氣體濃度隨硝酸銨含量的變化結(jié)果如圖3～6。

圖3 AN對(duì)燃燒產(chǎn)物中可然性氣體總量的影響

圖4 AN對(duì)燃燒產(chǎn)物中H2的影響

圖5 AN對(duì)燃燒產(chǎn)物中CO的影響

圖6 AN對(duì)燃燒產(chǎn)物中CH4的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著硝酸銨含量的增加，發(fā)射藥可燃性氣體總量以及CO、H2和CH4的含量均明顯下降。當(dāng)硝酸銨的含量達(dá)到80%時(shí)，還原性氣體全部轉(zhuǎn)化為CO2、N2和H2O等。其中主要還原性氣體為CO，占50%以上，以理論計(jì)算結(jié)果基本相符。與理論計(jì)算相比較，實(shí)驗(yàn)的CH4含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值，H2的含量遠(yuǎn)小于實(shí)測(cè)值，其原因是高溫高壓下未完全燃燒的C與H2結(jié)合生成CH4。但與制式發(fā)射藥（即AN含量為零時(shí)）相比，隨著硝酸銨含量的增加，CO、H2和CH4的含量均有大幅度的下降，有效抑制了二次焰的形成。

4.2 炮口焰測(cè)試結(jié)果

用Image-Pro Plus 6.0分析炮口焰參數(shù)，結(jié)果如表1所示：

表1 炮口焰參數(shù)分析結(jié)果

從表1可以看出，隨著AN含量的逐漸增加，炮口火焰的面積（A）大幅度降低。AN含量為25%時(shí)，炮口焰面積降低了34.83%，表示火焰強(qiáng)度的積分光密度（IOD）降低了42.37%。說(shuō)明隨著還原性氣體的減少，二次焰得到了有效抑制。

5 結(jié)論

5.1 理論計(jì)算表明，硝酸銨的加入能有效降促進(jìn)還原性氣體生成非還原性氣體。

5.2 氣相色譜分析表明，配方中隨著硝酸銨含量的逐漸增加，硝酸銨發(fā)射藥燃燒后的還原性氣體CO、H2、CH4等的含量也逐漸降低，還原性氣體的減少大幅降低了產(chǎn)生二次焰的可能性。

5.3 炮口焰的參數(shù)測(cè)試表明，混裝發(fā)射藥中隨著硝酸銨含量的逐漸增加，炮口焰面積、光強(qiáng)度均逐漸減小。當(dāng)AN含量為25%時(shí)，炮口焰面積降低了34.83%，積分光密度降低了42.37%。

［1］ 王澤山，何衛(wèi)東，徐復(fù)銘.火藥裝藥設(shè)計(jì)原理與技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

［2］ 許厚謙，二次炮口焰點(diǎn)燃的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理[J].1990（2）：33-36.

Effect of AN on muzzle flash of gunnery

ZHENG Dong-sheng
(Dept.of Chemical Engineering and Environment,North University of China,Taiyuan 030051,China)

The formation of secondary muzzle flash is closely related to reducing gases in combustion products. Minimum free energy method is adopted to calculate gas components with the increasing of AN.Gas chromatographic analysis reveals that the reducing gases percentage composition greatly decreases with the increasing of AN. Parameters of muzzle flash on 30mm gun indicate that intensity of gun muzzle flash reduces by 42.37%.Therefor,AN can effectively inhibit the secondary muzzle flash of gunnery.

AN;secondary muzzle flash;propellant;reducing gases

book=2010,ebook=75

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.02.0.13

TQ562

A

1008-1267（2010）02-0036-03

2009-11-10

鄭東升（1984-），男，碩士，主要從事潔凈燃燒發(fā)射藥的研究。