點(diǎn)火藥量對(duì)30mm火炮內(nèi)彈道性能及內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間的影響

李 達(dá)，鄭 雙，魏學(xué)濤，劉少武，王 鋒，張遠(yuǎn)波，李梓超

（西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

目前傳統(tǒng)中小口徑彈藥點(diǎn)火一般采用底部強(qiáng)點(diǎn)火點(diǎn)燃彈藥發(fā)射裝藥的點(diǎn)火方式[1]。這種點(diǎn)火方式的點(diǎn)火部位位于彈藥底部，由于彈藥為了追求高射速而通常采用密集裝藥，造成彈藥裝藥裝填密度高，透氣性較差，底火點(diǎn)火燃?xì)獠灰卓焖俪錆M藥床，因此在點(diǎn)火過(guò)程中必須采用點(diǎn)火猛度高的強(qiáng)力點(diǎn)火來(lái)完成彈藥的點(diǎn)火任務(wù)。由于點(diǎn)火猛度高，對(duì)發(fā)射藥的強(qiáng)度提出了較高要求，且在點(diǎn)火過(guò)程容易產(chǎn)生壓力波從而影響火炮的內(nèi)彈道性能[2]。

國(guó)內(nèi)關(guān)于點(diǎn)火方面的研究多集中在提高點(diǎn)火性能以及點(diǎn)火一致性方面[3-6]，為了改善火炮底部點(diǎn)火易產(chǎn)生壓力波的現(xiàn)象，在大口徑火炮中通常將點(diǎn)、傳火系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)，裝配在藥筒上，組合成具有良好點(diǎn)傳火功能的點(diǎn)傳火系統(tǒng)[1-2]。肖正剛等[7]研究了改善點(diǎn)火在減小高裝填密度發(fā)射藥裝藥膛內(nèi)壓力波方面的作用；崔寶生[8]研究了點(diǎn)傳火裝置對(duì)內(nèi)彈道的影響；韓博等[9]研究了大口徑火炮發(fā)射裝藥點(diǎn)傳火設(shè)計(jì)對(duì)內(nèi)彈道的影響，這些研究都集中在大口徑火炮方面。黃振亞[10]研究了 30mm 高壓模擬火炮點(diǎn)火的改善對(duì)提高30mm火炮使用安全性方面的作用，但有關(guān)點(diǎn)火藥量對(duì)中小口徑火炮內(nèi)彈道性能影響的研究則較少。在點(diǎn)火系統(tǒng)中點(diǎn)火藥以及藥量的選擇，不僅會(huì)影響發(fā)射藥裝藥的點(diǎn)火性能，還會(huì)給發(fā)射藥裝藥的內(nèi)彈道性能帶來(lái)一定程度的影響。本文在30mm火炮制式藥筒的底部增加了輔助點(diǎn)火藥包，以改善高裝填密度發(fā)射藥裝藥的點(diǎn)火性能，通過(guò)內(nèi)彈道試驗(yàn)研究了點(diǎn)火藥量的變化對(duì) 30mm火炮裝藥內(nèi)彈道性能以及內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間的影響，以期為中小口徑武器高裝填密度發(fā)射裝藥點(diǎn)火設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 樣品制備

高能發(fā)射藥配方質(zhì)量百分比為：粘結(jié)劑與增塑劑（NC+NG）55.2%，高能固體組分(RDX+NGU)42.3%，其它組分2.5%，發(fā)射藥制備為七孔發(fā)射藥，燃燒層厚度為 0.69mm，制備出的高能發(fā)射藥樣品標(biāo)記為G；表面包覆層配方在上述高能發(fā)射藥配方的基礎(chǔ)上外添加NA聚酯鈍感劑，通過(guò)表面噴涂包覆制備出Gp-1、Gp-2、Gp-3發(fā)射藥樣品，Gp-1、Gp-2、Gp-3中聚酯鈍感劑的含量分別為0.50%、0.75%、1.00%。

1.2 點(diǎn)火藥組成

30mm火炮點(diǎn)火由制式底火及輔助點(diǎn)火藥組成，輔助點(diǎn)火藥用量見(jiàn)表1。

表1 點(diǎn)火藥組成Tab.1 The formation of iginition powder

1.3 內(nèi)彈道性能測(cè)試

在30mm彈道炮上進(jìn)行內(nèi)彈道試驗(yàn)，彈筒采用30mm制式彈筒加底部點(diǎn)火藥包，點(diǎn)火藥分別選擇表1中的A、B、C、D，彈丸質(zhì)量260g，用壓電傳感器測(cè)膛壓，用靶線法測(cè)試彈丸距炮口10m處的速度。

內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間測(cè)試：通過(guò)通斷信號(hào)采集儀連接炮人工擊發(fā)按鈕兩極，采用通斷原理，未擊發(fā)時(shí)電源呈斷開(kāi)狀態(tài)，人工按下?lián)舭l(fā)按鈕時(shí)，電源接通，電底火擊發(fā)，采集儀可獲取連通信號(hào)，并記錄擊發(fā)時(shí)刻ti，完成點(diǎn)火擊發(fā)時(shí)間信號(hào)采集；同時(shí)采用通斷靶檢測(cè)彈丸出炮口時(shí)刻tg。發(fā)射裝藥彈藥射擊全過(guò)程時(shí)間周期t=tg-ti，時(shí)間通過(guò)DETE-2010數(shù)據(jù)采集記錄儀記錄。

2 結(jié)果與討論

2.1 點(diǎn)火藥藥量對(duì)內(nèi)彈道性能的影響

不同點(diǎn)火藥量條件下樣品Gp-1高低常溫內(nèi)彈道性能見(jiàn)表2、圖1～2。

表2 不同點(diǎn)火藥量條件下高能發(fā)射藥裝藥高低常溫內(nèi)彈道性能結(jié)果Tab.2 The interior ballistic performance of high energy propellant under different temperature and different ignition powder mass condition

圖1 Gp-1在不同的點(diǎn)火藥量條件下的高低常溫炮口初速變化曲線Fig.1 The muzzle velocity under different temperature and different ignition powder mass condition

通過(guò)表2，圖1和圖2 可看出樣品Gp-1在常溫內(nèi)彈道試驗(yàn)中隨著點(diǎn)火藥量的增加炮口初速和膛壓都有增加，但增加不明顯；在高溫條件下隨著點(diǎn)火藥量的增加炮口初速和膛壓同樣有小幅度的升高；在低溫條件下，隨著點(diǎn)火藥量的增加，點(diǎn)火能力增強(qiáng)，炮口速度和膛內(nèi)壓力都有一定幅度的增加，且低溫下炮口初速低于常溫下的炮口初速，但膛內(nèi)壓力隨著點(diǎn)火藥量的增加，膛內(nèi)壓力變高，當(dāng)輔助點(diǎn)火藥藥量為150mg時(shí)低溫的壓力低于常溫壓力，當(dāng)輔助點(diǎn)火藥量上升到200mg、250mg時(shí)低溫和常溫的壓力基本相當(dāng)并略有反常，但當(dāng)輔助點(diǎn)火藥量增加到300mg時(shí)低溫壓力上升較為明顯，低溫壓力明顯高于常溫壓力21.9MPa。因此可得出在不同溫度條件下隨著點(diǎn)火藥量的增加基本上都可造成炮口初速和壓力的增長(zhǎng)，在常溫和高溫條件下炮口初速和膛內(nèi)壓力增長(zhǎng)幅度較小，基本上可以忽略，在低溫環(huán)境下隨著點(diǎn)火藥量的增加，壓力和速度增加較為明顯。

圖2 GP-1在不同的點(diǎn)火藥量條件下的高低常溫膛內(nèi)最高壓力變化曲線Fig.2 The maximum pressure curves under different temperature and different ignition powder mass condition

在試驗(yàn)中，當(dāng)輔助點(diǎn)火藥藥量超過(guò)200mg時(shí)低溫壓力就略有反常，當(dāng)輔助點(diǎn)火藥量增加至300mg，低溫出現(xiàn)了明顯高于常溫膛壓的現(xiàn)象。分析認(rèn)為在低溫環(huán)境下藥粒變脆，藥粒的力學(xué)性能變差，點(diǎn)火能量過(guò)高使得藥粒瞬間承受高強(qiáng)度點(diǎn)火沖擊而變得易碎，從而造成低溫環(huán)境下火炮膛內(nèi)壓力高于常溫的不良現(xiàn)象。在高能量密度裝藥過(guò)程中點(diǎn)火藥量的增加可以起到加強(qiáng)點(diǎn)火的作用，但點(diǎn)火藥藥量過(guò)高，產(chǎn)生的過(guò)強(qiáng)的點(diǎn)火易造成低溫壓力反常。因此，為了避免高裝填密度發(fā)射藥裝藥在低溫環(huán)境下出現(xiàn)壓力反常的不良現(xiàn)象，一方面應(yīng)提高發(fā)射藥藥體本身的低溫力學(xué)強(qiáng)度[10]，同時(shí)應(yīng)該根據(jù)發(fā)射藥的力學(xué)性能和裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出與發(fā)射藥裝藥相匹配的點(diǎn)傳火結(jié)構(gòu)。

2.2 點(diǎn)火藥對(duì)內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間的影響

（1）不同的點(diǎn)火藥量對(duì)發(fā)射藥內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間的影響見(jiàn)表2和圖3。可以看出相同的點(diǎn)火藥量條件下，隨著溫度的升高內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間變短，基本上呈線性減少；相同溫度條件下，隨著點(diǎn)火藥量的增加內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間變短，當(dāng)輔助點(diǎn)火藥量從150mg增加到200mg、200mg增加到250mg時(shí)內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間縮短較為明顯，不同溫度條件下內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間都可縮短約1ms，但當(dāng)點(diǎn)火藥量從250mg增加到300mg時(shí)內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間則縮短較少，少于0.5ms。說(shuō)明點(diǎn)火藥量增加到一定量后再繼續(xù)增加將不能夠起到繼續(xù)改善點(diǎn)火的作用。藥粒的點(diǎn)火準(zhǔn)則取表面溫度準(zhǔn)則，即當(dāng)表面達(dá)到著火溫度時(shí)藥粒即被點(diǎn)燃[2]，因此無(wú)論是發(fā)射藥裝藥環(huán)境溫度的升高，還是點(diǎn)火藥量的增加都能加快發(fā)射藥藥粒表面達(dá)到著火溫度，縮短內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間；當(dāng)點(diǎn)火藥量增加到一定量后已能滿足藥粒瞬間著火所需的熱量，繼續(xù)增加點(diǎn)火藥量將不能起到明顯縮短內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間的作用。

圖3 Gp-1在不同的點(diǎn)火藥量、不同溫度條件下的內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間Fig.3 The circulating time under different ignition powder mass and different temperature condition

（2）點(diǎn)火藥量不變，發(fā)射藥表面鈍感劑含量的變化對(duì)內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間的影響見(jiàn)表3、圖4。

表3 發(fā)射藥表面鈍感劑含量的變化對(duì)內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間的影響Tab.3 The influence of polymer deterrent content on the circulating time

從表3和圖4可看出，在相同的點(diǎn)傳火條件下，內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間隨著發(fā)射藥的不同而變化，當(dāng)發(fā)射藥表面的鈍感劑含量從0變化到1.0，內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間逐漸增加，且隨著鈍感劑含量的增加內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間增長(zhǎng)的速率變快；鈍感劑含量從0.5%變化到0.75%后內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間增加了0.8ms，鈍感劑從0.75%增加到1.0%內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間增加了1.5ms。因此發(fā)射藥內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間隨著發(fā)射藥表面鈍感劑含量的增加而增加，發(fā)射藥表面點(diǎn)火的難易對(duì)裝藥內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間有較大的影響；同樣點(diǎn)火準(zhǔn)則取表面溫度準(zhǔn)則[2]，隨著發(fā)射藥表面鈍感劑含量的增加藥粒的著火溫度會(huì)升高，點(diǎn)火藥量不變的情況下，藥粒的著火所需要的熱量增加，內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間變長(zhǎng)。

圖4 相同的點(diǎn)火藥量不同的發(fā)射藥表面鈍感劑含量條件下的內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間Fig.4 The circulating time under different polymer deterrent content and same ignition powder mass condition

3 結(jié)論

（1）在內(nèi)彈道試驗(yàn)中，不同溫度條件下隨著點(diǎn)火藥量的增加基本上都可引起炮口初速和膛內(nèi)壓力的增長(zhǎng)，在常溫和高溫條件下炮口初速和膛內(nèi)壓力增長(zhǎng)幅度較小，基本上可以忽略，在低溫環(huán)境下隨著點(diǎn)火藥量的增加壓力和速度增加較為明顯。

（2）輔助點(diǎn)火藥藥量150mg時(shí)，低溫壓力低于常溫壓力，超過(guò)200mg時(shí)低溫壓力開(kāi)始略有反常，當(dāng)輔助點(diǎn)火藥量增加至300mg，低溫出現(xiàn)了明顯高于常溫膛壓的現(xiàn)象。這是由于在低溫環(huán)境下藥粒變脆，藥粒的力學(xué)性能變差，點(diǎn)火能量過(guò)高使得藥粒在瞬間承受高強(qiáng)度點(diǎn)傳火沖擊而變得易碎，從而造成低溫環(huán)境下火炮膛內(nèi)壓力高于常溫的反?，F(xiàn)象。

（3）相同的點(diǎn)火藥量條件下，隨著溫度的升高內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間變短，隨著發(fā)射藥表面鈍感劑含量的增加內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間變長(zhǎng)；相同溫度條件下隨著點(diǎn)火藥量的增加內(nèi)彈道循環(huán)時(shí)間變短，但當(dāng)點(diǎn)火藥量超過(guò)一定量后再繼續(xù)增加將不能起到明顯改善點(diǎn)火的作用。

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