表面微孔结构三基发射药的性能
发射药的基本性能解读
双基发射药
单基发射药
三基发射药
美国M2
美国M6
美国M30
装填密度/( g· cm-3)
0．1
0.2
0.2
温度/℃
21
21
21
μ1/[mm· s-1· (MPa)-n]
2.6462
2.7152
3.7551
压力指数n
0.755
0.650
0.652
• 因为燃烧过程关系到武器的效率和安全，所以燃烧性能是 发射药的重要性能之一。 • 按照规律进行燃烧，可获得高的弹道效率和稳定的燃烧过 程。 • 稳定的燃烧过程体现于燃烧气体的生成速率，即体现于燃 烧速度。 • 所以燃烧研究的重点是发射药的燃烧速度及燃速变化的规 律，以使发射药稳定、规律的燃烧，满足武器对不同燃速 和安全性的要求。 • back
Qp( g ) QV ( g ) 2 41.536 nH2O 2.478n
g
• （1）发射药的爆热与炸药的爆热是不相同的，虽然它们 都在定容条件下进行化学变化，但发射药的爆热是引燃后 燃烧化学变化放出的热，与发射药密度无关，而炸药的爆 热则是引爆后爆炸化学变化放出的热，与炸药的密度有关； • （2）爆热与物质的充分燃烧不同，爆热是与外界氧隔绝， 自身所含各元素进行燃烧化学反应所放出的热，而充分燃 烧是指某物质在过量氧存在下充分燃烧，使其元素生成稳 定的氧化物时所放出的热量。对于发射药常为负氧平衡， 很显然，发射药的充分燃烧热值比发射药的爆热值要大。
• 热分解反应是发射药自身的特征，无法改变，而自动催化 则既是关键因素，又是可能控制的因素。 • 在发射药的发展中，早已采用一种缓解自动催化反应的有 效方法，即在热分解反应不间断生成催化剂NO2的同时及 时消除它。 • 其方法是加入一种能立即与NO2发生反应，生成稳定、不 对热分解反应有任何影响之产物的物质。加入的物质被称 为安定剂，它虽然不能制止发射药的热分解反应，但可以 减缓自动催化作用。
溶剂表面侵蚀对硝基胍发射药燃烧性能的影响
溶剂表面侵蚀对硝基胍发射药燃烧性能的影响张福炀;季丹丹;廖昕;王泽山【期刊名称】《南京理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)002【摘要】In order to improve the combustion performance of nitroguanidine propellants,the physical solvent surface erosion is conducted,and the various micro-porous structures surface are formed in the 100 μm depth range of the nitroguanidine propellant surface layer. The surface micro-structure of four propellant samples are observed by scanning electron microscope,their combustion pressure-time curves are obtained by the closed bomb test,and the combustion performance changes of propellants are analyzed comparatively. The results show that,when the 1# propellant sample through physical solvent surface erosion losses 1. 94% mass,the formed microporous surface structures can improve the comprehensive combustion performance and reduce the burning-rate pressure exponent of ni-troguanidine propellants.%为了改善硝基胍发射药的燃烧性能，利用溶剂对其表面进行物理侵蚀处理，在硝基胍发射药表面层100μm深度范围内形成不同的微孔结构表面。
微孔型无烟烟花发射药装药技术
ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｎ ｈ ｒ ｉ ｇ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｏ ｕ ｌ ｔｉｉ ａ ｅｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ａ ｎ ｈ ｎ ｆ ｃｓ ａ ｅ ｓ ｄｅ ． ｔ ｔ ｒ ｓａ ｄ ｃ ａｇ ｎ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｂ ｌ ｎ ｔ ｖ ｌ ｃｔ ａ ｄ ｏｈ ｒｌ ｕ ｃ ｉ ｇ ｅｆ ｔ ｒ ｔ ｉｄ ｕ ｉ ｅ ｉ ｌ ｙ ｅ ｕ
（ ． ｃ ｏｌ ｆ ｈｍｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｎ Ｓ ， ａｊ ｇ２ ０ ９ Ｃ ｉａ １ Ｓｈ ｏ ｏ ｅ ｃ ｇ ｅｉ ， Ｕ Ｔ Ｎ ｎｉ １０ ４， ｈｎ ； Ｃ ａＥ ｎ ｎ ｎ ２ Ｘ ’ ｉｇｕ ｉ ｌ ｘ ｌ ｉ ｓＣ ｒ ． Ｌｄ ， ｉ ｎ７ ０ ２ ， ｈ ａ ． ｉ ｎＱｎ ｈ ａＣｖ ｐｏ ｖ ｏｐ ，ｔ． Ｘ ’ １０ ５ Ｃ ｉ ） ａ ｉＥ ｓ ｅ ａ ｎ
关键 词 ： 烟花 ； 发射 药 ； 药 ； 孔 ； 装 微 无烟 ； 初速
中 图分类 号 ：Ｑ ６ ；Ｑ ６ Ｔ ５ ２Ｔ ５７
文章 编号 ：０ ５ ９３ （０ １ ０ — ５２ ０ １０ — ８０ ２ １ ）４ ０５ — ６
ＬＮ Ｘ ａ ｇｙｎ ＬＵ Ｙ ． ｎ ，ＨＩＳ ａ ｇ ， Ａ ｅ ． ｎ Ｉ ｉｎ ．ａ ｇ ，Ｉ ｕｊ Ｓ ｈ ｎ 和 装 药条 件 对初速 等发 射效 果 的影响 。分 别改 变装 药量 、 射 药种 类 以及 支撑 环 高 发
度等 装 药条件 ， 测试发 射初 速 的 变化 规律 ， 通过 光度计 、 级计及 激 光透过 率测 试 系统 测定 并 并 声
对比了黑火药与无烟发射 药装药的火焰强度 、 声响 以及烟雾浓度等参数。结果表 明： 在发射筒 内增 加 支撑环 ， 以解 决发 射 残 药的 问题 ； 可 随着装 药量 的增加 、 发射 药传 火速 度提 高及 发射 药粒
三基发射药M32和SD的热安全性
提 出 并 完 善 了 估 算 。 和 的 数 值 方 法 。
热 至爆 时间 （Ｔ ， 入热 爆炸 临界环 境 温 度式 ［ 程 ｔ ）代 ｈ 方 （ ） ， 鹏一 ５ ］王 杜志 明热 安 全 度 式 ［ 程 （ ）一（ ０ ］ 方 ６ １ ） 和
热爆 炸概 率式 ［ 程 （ １ ］ 得 试样 的 热爆 炸 临界环 境 方 １） ， 温度 （ ） 安全度 （ 和热爆 炸概 率 （ ） 、 Ｓ） Ｐ 。
代 人 Ｚ ａｇＨｕＸ ｅＬ 热 点 火 温 度 计 算 式 ［ 程 ｈ ｎ － — ｉ—ｉ 方 ） 。以爆 热之 半 定 为
温 度 （ ｒｉａ ｔｅ ｌｅｐｏｉ ｍ ｉ ｔｔｍ ｅａ ｒ ， ｃｉｃｌ ｈ ｒ ｘ ｌ ｏ ａ ｂｅ ｅ ｐ ｒｔ ｅ ｔ ｍａ ｓｎ ｎ ｕ
（） ， ２ ］ 得试样 的 热点火 温度 （
大 点 的切 线与外 延基 线 的交 点所 对应 的温度 （ ｎｅ 温 ｏ ｓｔ
度 ， ） 定 为 试样 的分 解 温 度 ， Ｊ ＋ ， 以 Ｂ ０的 值 ［ ， ＿ 由方 程 （ ） 得 ］ 视 为 试 样 的 自 加 速 分 解 温 度 １ 算 ，
单基和双基发射药力学性能的MD模拟研究
基药、 双基药结构模型． 压缩后的八个模型均视为正 则系综（ Ｖ ） ． Ｎ Ｔ Ｊ充分平衡后 ， 视为等温等压系综
（Ｐ） ． Ｎ Ｔ Ｊ各分 子起 始速 度 按 Ｍａｗｌ分 布取 样 ， ｘｅ １ 牛
讨各组分在其 中的作用 ， 本文选 择含氮 量分 别为
（ｉｏｅｕｏｅ Ｃ ． ｎｔ ｃｌ ｌ ，Ｎ ）双基 药 主要 由硝化纤 维素 和硝 ｒ ｌ ｓ 化甘 油 （ｉｏｌ ｅｎ Ｇ） ｎｔ ｇ ｃｒ ，Ｎ 按质量 比 ６ ４构 成 ， 外 ｒ ｙｉ ： 此 还有 增塑剂 等 Ｈ． 研 究 发 射 药 的结 构 和性 能 ， 为 Ｊ 探
接近理论值． 使用上述方法共得到八种不 同含氮量
四种不同的双基发射药模 型 ， 用分子动力学 （ Ｄ Ｍ ） 方法对这些模 型物进行模拟计算研究．
１ 模 型 构 建 与 模 拟 方 法
纤 维素 的 羟基逐 步被 硝基 取 代 形成 一 硝酸 酯 ，
二 硝酸 酯 和三 硝 酸 酯 时 ， 它们 的含 氮 量 分别 为
６ ７ ％ 、１ １％和 １．４ 实 际上 ， ．５ １． １ ４ １ ％． 因为 硝化 纤 维 素很 难被完 全硝 化 ， 总 是得 到 各 种 不 同取 代 物 的 故
分别为 １ ％、２ 、３ 和 １％ 的四种 Ｎ １ １％ １％ ４ Ｃ高分子 链． 运用 Ａ ｏ ｈｕ ｅ ＿ 模块分别建立 以下两种 ｍ ｒ ｏｓＣｌ３ ｐ ｌ 初始模型： １ 将 Ｎ （） Ｃ高分子链随机放入周期箱 中， 得到初始密度为 １０的高分子链周期性模型， ． 经适 当压缩使其密度接近理论值．２ 将 Ｎ （ ） Ｃ高分子链和
拟所得 密度 约在 １６ （ ｃ ） 右 ， 取 结果 是 ．０ ｇ・ ｍ 左 所 其 中六帧轨迹 力学性 能计算 的平均 ． 计算 采用 Ｍａ － ｔ ｅ
三基发射药的含能基-概述说明以及解释
三基发射药的含能基-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以是对三基发射药的基本概念和作用进行介绍。
下面是一个可能的编写方式：概述三基发射药是火箭发动机等航天器动力装置中不可或缺的关键部分。
它由氧化剂、燃料和增能剂三种主要组成部分组成，因此得名“三基发射药”。
在航天领域，它被广泛应用于推进系统中，可以提供强大的动力支持。
同时，三基发射药也具有许多其他领域的重要应用，如火工品、炸药和燃烧剂等。
三基发射药的作用是在推进过程中释放大量能量，将助推器、火箭等航天器推向空中。
它们的特殊组成使其能够产生高温高压的气体和火焰，以产生巨大的推力。
在太空探索和卫星发射等任务中，三基发射药起着至关重要的作用，保证了航天器的顺利起飞和运行。
在三基发射药的组成中，氧化剂提供氧气，用于燃料的燃烧；燃料则是产生热能的物质，常见的有液体燃料和固体燃料两种类型；增能剂则是为了提高燃烧效率和能量释放而添加的物质。
这三种基本组成部分的比例和配方会根据具体的应用需求和性能要求进行优化调整，以达到最佳的推力和能量输出效果。
本文的主要目的是深入了解三基发射药的含能基，从其定义和作用、组成和特点等方面进行阐述。
通过对三基发射药的探讨，我们可以更好地理解其在航天领域的重要性和应用前景，并探索其未来的发展趋势和面临的挑战。
接下来，我们将逐一介绍三基发射药的各个方面，以期为读者提供全面而深入的了解。
文章结构部分主要是对整篇文章的组织和安排进行介绍。
本文的结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 三基发射药的定义和作用2.2 三基发射药的组成和特点3. 结论3.1 三基发射药的重要性和应用前景3.2 三基发射药的发展趋势和挑战在引言部分先概述了本文所要探讨的主题——三基发射药的含能基，接着介绍了文章的整体结构和安排以及文章的目的。
接下来进入正文部分，首先对三基发射药的定义和作用进行详细介绍，包括其在火箭发动机中的重要角色和作用。
高燃速功能材料对高能发射药性能的影响
高燃速功能材料对高能发射药性能的影响[摘要] 为了研究一种具有高能、高燃速特性的新型发射药，在高能发射药的配方体系中添加了两种高燃速功能材料乙二胺-三乙烯二胺高氯酸盐(SY)和硝酸肼镍(NHN)。
利用密闭爆发器试验研究高燃速功能材料对高能发射药燃速特性的影响规律，并考察其对高能、高燃速发射药综合性能的影响。
采用中止燃烧试验和SEM 探索了燃速提高的机理。
结果表明，添加质量分数3%的SY 或NHN 可以有效地提高发射药的燃速，使燃速分别提高了31.8%、17.8%，SY 对燃速的提高效果更为显著；高能、高燃速发射药的火药力为1 200 J/g 左右，具有较高的能量特性；在20 ℃和-40 ℃下，NDCS-02(含SY)的抗冲强度分别为73.89 kJ/m2和7.12 kJ/m2，NDCN-02(含NHN)的抗冲击强度分别为未断和6.60 kJ/m2，力学性能优良；NDCS-02 和NDCN-02 的撞击感度分别为19.0、22.4 cm，摩擦感度分别为84%、90%，都可以满足应用要求；NDCS-02 和NDCN-02 化学安定性测试的放气量分别为1.15、1.79 mL/g，安定性较好。
中止燃烧试验和SEM 的测试结果表明，高燃速功能材料先于发射药基体燃烧，使燃烧过程中燃面增加，从而提高燃速。
[关键词] 发射药；高燃速；燃烧性能；机理引言近年来，不断地涌现出一些新原理、新结构和新概念装药技术，相较于常规的装药技术，具有更高的装填密度和能量利用率，可大幅提高火炮内弹道效率，从而可以获得较高的炮口动能和弹丸初速[1-3]。
其中，随行装药、变燃速发射药装药等新型装药技术都急需一种具有优良特性的高能、高燃速发射药作为技术支撑。
因此，开展高燃速发射药的研究是基础，也是重点[4-6]。
传统的提高发射药燃速的方法有添加快燃物、微孔结构发射药、燃速调节剂和新型含能材料等，但选取不合适的方法往往会使发射药能量性能、力学性能降低，同时使发射药的加工更加困难[7-11]。
发射药的基本性能
• 稳定的燃烧过程体现于燃烧气体的生成速率，即体现于燃 烧速度。
• 所以燃烧研究的重点是发射药的燃烧速度及燃速变化的规 律，以使发射药稳定、规律的燃烧，满足武器对不同燃速 和安全性的要求。
• back
3、安定性
• 在特定条件下，发射药能发生爆炸反应，具有敏感性与不 安定性,所以发现各种发射药敏感性与不安定性的实质、 保持其物理和化学性质的相对不变、发展安全使用技术等， 是火药研究的一项重要内容。
• 在发射药中，常用的安定剂是二苯胺和中定剂。二苯胺与 发射药热分解产物NO2的反应，开始形成二苯亚硝胺，最 后的产物是2，4，-三硝基二苯胺。
• 反应过程出现一系列中间产物，这些产物分别为黄色、橙 黄色、蓝色或是黑蓝色物质，所以保存久的发射药常常是 有颜色的。另一种安定剂是乙基中定剂，它与发射药热分 解产物作用形成的最终产物是2，4-二硝基-N-乙基苯胺。
3.2发射药物理安定性
• 吸湿性、组分迁移都属于物理安定性研究的内容。 • 组分迁移会改变预定的、在加工时形成的组分分布，造成
发射药的“渗析”、“晶析”和“汗析”。 • 有些发射药的主体物料是处于过饱和状态的溶液，有些发
射药是该过饱和溶液与固体物质的混合物，由于组分分布 不均、结构中物质化学势的差别，以及环境温度等条件的 变化，其组分分布要逐渐趋于平衡和稳定，所以组分的迁 移现象，不间断的在发射药中进行。 • 如果迁移物以固体的形式集中于发射物的表面，称为“晶 析”，析出的物质是晶析物； • 迁移物以液态形式存在于发射药的表面，称为“汗析”, 析出的物质是汗析物。
发射药的基本性能
• 1、发射药的能量性质 go • 2、燃烧性质 go • 3、安定性 go
三基发射药单螺杆压伸模具流场仿真及实验验证
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０２２.０１.００１三基发射药单螺杆压伸模具流场仿真及实验验证❋刘㊀晶①②㊀谢中元①②㊀王琼林①②㊀王㊀勇①②㊀陈㊀松①②㊀许灿啟①②①西安近代化学研究所(陕西西安ꎬ７１００６５)②氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室(陕西西安ꎬ７１００６５)[摘㊀要]㊀为了实现三基发射药生产工艺中的连续化压伸ꎬ同时避免模具内部螺旋状流道造成的三基发射药成型的质量和安全问题ꎬ应用ＡＮＳＹＳ软件模拟了发射药物料在模具内的挤压过程及模针的受力情况ꎮ分析了收缩角㊁出料方向和模具结构对物料在模具中的温度㊁模具壁面压力㊁模针表面受力和物料出料速度分布的影响规律ꎬ并通过实验进行了验证ꎮ结果表明:模具收缩角越大ꎬ模具内压力越大ꎬ物料温度也越高ꎬ且越容易形成热点ꎬ同时模针外表面受到的挤压力和摩擦力也越大ꎬ模针越容易出现变形和断裂ꎻ竖直挤出过程中ꎬ模具壁面压力及模针受力均远大于水平挤出中的相应参数ꎬ且容易造成挤出后物料的弯曲ꎻ增加多孔板有利于物料在挤出模具中的整流和取向ꎬ大幅减少物料的径向流动ꎬ降低模针在挤出过程中的受力ꎬ且成型质量更好ꎮ[关键词]㊀单螺杆压伸ꎻ流场仿真ꎻ三基发射药ꎻ连续成型[分类号]㊀ＴＪ５５ꎻＴＱ５６２ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｌｏｗＦｉｅｌｄｏｆＳｉｎｇｌｅＳｃｒｅｗＥｘｔｒｕｓｉｏｎＭｏｌｄＵｓｅｄｉｎＴｈｒｅｅ￣ＢａｓｅｄＧｕｎＰｒｏｐｅｌｌａｎｔＬＩＵＪｉｎｇ①②ꎬＸＩＥＺｈｏｎｇｙｕａｎ①②ꎬＷＡＮＧＱｉｏｎｇｌｉｎ①②ꎬＷＡＮＧＹｏｎｇ①②ꎬＣＨＥＮＳｏｎｇ①②ꎬＸＵＣａｎｑｉ①②①Ｘｉ ａｎＭｏｄｅｒｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ(ＳｈａａｎｘｉＸｉ ａｎꎬ７１００６５)②ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｌｕｏｒｉｎｅ＆ＮｉｔｒｏｇｅｎＣｈｅｍｉｃａｌｓ(ＳｈａａｎｘｉＸｉ ａｎꎬ７１００６５)[ＡＢＳＴＲＡＣＴ]㊀Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｅｘｔｒｕｓｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔａｎｄａｖｏｉｄｔｈｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓａｆｅｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｓｐｉｒａｌｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｉｎｓｉｄｅｔｈｅｍｏｌｄꎬｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｎｅｘｔｒｕｄｅｒｍｏｌｄａｎｄｔｈｅｆｏｒｃｅｏｆｄｉｅｐｉｎｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｏｌｄｓｈｒｉｎｋａｇｅａｎｇｌｅｓꎬｅｘｔｒｕｓｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｍｏｌｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｍｏｌｄꎬｍｏｌｄｗａｌｌｐｒｅｓｓｕｒｅｆｏｒｃｅｏｎｓｕｒｆａｃｅｏｆｄｉｅｐｉｎꎬａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｉｓｃｈａｎｇｅｒｕｌｅｓｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ.Ｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔꎬｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｍｏｌｄｓｈｒｉｎｋａｇｅａｎｇｌｅｓꎬｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｓｉｄｅｔｈｅｍｏｌｄꎬｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅꎬａｎｄｔｈｅｅａｓｉｅｒｉｔｉｓｔｏｆｏｒｍｈｏｔｓｐｏｔｓ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｅｘｔｒｕｓｉｏｎｆｏｒｃｅａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｏｎｄｉｅｐｉｎꎬｔｈｅｍｏｒｅｐｒｏｎｅｔｈｅｄｉｅｎｅｅｄｌｅｉｓｔｏｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅ.Ｍｏｌｄｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｏｒｃｅｏｎｄｉｅｐｉｎｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｒｅｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｅｘｔｒｕｓｉｏｎꎬａｎｄｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｃａｕｓｅｂｅｎｄｉｎｇａｆｔｅｒｅｘｔｒｕｓｉｏｎｉｎｖｅｒｔｉ￣ｃａｌｅｘｔｒｕｓｉｏｎ.Ａｄｄｉｔｉｏｎｏｆａｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｐｌａｔｅｉｓｂｅｎｅｆｉｔｔｏｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｅｘｔｒｕｓｉｏｎｍｏｌｄꎬｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄｒｅｄｉａｌｆｌｏｗｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｆｏｒｃｅｏｎｄｉｅｐｉｎｉｎｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓꎬａｎｄｍｏｌｄｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｓｂｅｔｔｅｒ.[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ｓｉｎｇｌｅｓｃｒｅｗｅｘｔｒｕｓｉｏｎꎻｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔꎻｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｏｌｄｉｎｇ引言多孔三基发射药不仅具有良好的燃面增强性ꎬ而且具有能量高㊁烧蚀率低㊁炮口烟焰较少等特点ꎬ已广泛应用于大口径火炮武器中[１]ꎮ目前ꎬ多孔三基发射药的成型多利用溶剂或半溶剂法通过挤压压伸制得[２]ꎮ张丹丹等[３]对７孔硝基胍发射药在挤压成型过程中的流动过程进行了仿真计算ꎬ讨论了物料特性㊁物料入口体积流量等对发射药成型效果产生的影响ꎻ季丹丹等[４]使用ＡＮＳＹＳ软件对１９孔发射药压伸模具内物料的流动情况进行了仿真计算ꎬ第５１卷㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.５１㊀Ｎｏ.１㊀２０２２年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｆｅｂ.２０２２❋收稿日期:２０２１￣０８￣２１第一作者:刘晶(１９８８－)ꎬ女ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ主要从事炸药制造工艺及装备研究ꎮE￣mail:159****5735＠１６３.ｃｏｍ通信作者:谢中元(１９８１－)ꎬ男ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ主要从事火炸药制备工艺的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:５６４８４５２５２２＠ｑｑ.ｃｏｍ得出了１９孔发射药压伸模具的优化方法ꎻ陈富华等[５]应用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件的流体与固体耦合模块模拟了发射药物料在模腔内的挤压过程及针架的变形ꎬ分析了收缩角㊁成型段长度对挤出成型压力和模具针架系统变形的影响ꎬ提出了多孔发射药成型模具的设计方法ꎮ但是ꎬ传统挤压工艺的最大弊端是单锅式生产ꎬ无法实现生产的连续化ꎮ常用的连续式螺压工艺中ꎬ由于内部流道呈螺旋状ꎬ发射药在机头内的流场分布复杂ꎬ物料在压伸过程中的压力和剪切速率不断波动[６]ꎬ影响发射药产品的表面质量ꎬ造成偏孔或弧厚不一及模针断裂脱落等安全问题ꎮ为解决多孔三基发射药连续螺压压伸工艺质量的一致性和安全性等问题ꎬ实现三基发射药的连续成型ꎬ学者们在发射药单螺杆成型工艺条件方面开展研究ꎮＺｈｏｕ等[７]使用Ｐｏｌｙｆｌｏｗ软件对发射药单螺杆挤出过程中物料在螺杆段内的压力和温度进行计算ꎬ并对物料在螺杆段内的安全性进行了初步分析ꎻ刘林林等[８]使用Ｐｏｌｙｆｌｏｗ软件仿真分析了螺杆转速对变燃速发射药物料体积流率波动的影响ꎮ经深入分析得知ꎬ使用螺压工艺对多孔三基发射药进行压伸成型的瓶颈是压伸过程中模具内压力较高㊁溶剂不能及时挥发㊁且物料受热不均ꎬ容易发生溶剂闪爆ꎬ进而引燃物料ꎻ同时ꎬ螺压工艺的流道特点造成物料流动方向呈螺旋方向ꎬ模针受力不均导致模针脱落ꎬ进而发生闭孔ꎮ但目前相关的研究报道较少ꎮ文章中ꎬ结合单螺杆压伸与成型模具的流道特点ꎬ通过ＡＮＳＹＳ仿真软件计算了单螺杆螺压机成型模具的收缩角㊁出料方向和是否含有多孔板对三基发射药压伸成型过程的影响ꎬ分析了不同模具结构参数下物料在模具中的温度㊁模具壁面压力㊁模针表面受力以及物料出料速度的分布规律ꎻ并通过实验验证ꎬ得出了用于多孔三基发射药螺压压伸模具的设计方法ꎬ为三基发射药的连续化压伸成型工艺提供参考ꎮ１㊀计算模型１.１㊀数学模型在模拟流场时ꎬ考虑到三基发射药的特性及螺杆结构的几何特性ꎬ为方便求解ꎬ特做如下假设:１)由于流体为高黏度流体ꎬ忽略惯性力作用ꎻ２)流体为稳态流动ꎬ即流动过程与时间无关ꎻ３)流动为不可压缩流动ꎻ４)流动为层流ꎬ雷诺数较小ꎻ５)机筒与螺杆边界无滑移ꎮ基于以上假设ꎬ物料流动的控制方程采用常规的连续方程㊁动量方程和能量方程ꎮ三基发射药的稳态黏度符合假塑性流体的流动规律ꎬ表观黏度与剪切速率的关系满足Ｃｒｏｓｓ￣Ｃａｒｒｅａｕ模型ꎬ方程式为η＝η０(１＋λ２̇γ２)ｎ－１２ꎮ(１)式中:λ为Ｃｒｏｓｓ￣Ｃａｒｒｅａｕ模型的时间常数ꎬｓꎻη０为零剪切黏度ꎬＰａ ｓꎻｎ为非牛顿指数ꎻ̇γ为剪切速率ꎬｓ－１ꎮ１.２㊀三基发射药物料参数测试１.２.１㊀实验原材料物料为硝基胍三基发射药ꎬ主要组分包括硝基胍(ＮＱ)㊁硝基纤维素(ＮＣ)和硝化甘油(ＮＧ)ꎮ配方如表１所示ꎮ表１㊀三基发射药配方Ｔａｂ.１㊀Ｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ组分ＮＣ＋ＮＧＮＱ其他质量分数/％５０.５４７.０２.５１.２.２㊀实验仪器捏合机ꎬ南通福斯特机械制造有限公司ꎻＡＲＥＳ￣Ｇ２型旋转流变仪ꎬ美国ＴＡ公司ꎻＣ８０型微热量热仪ꎬ法国Ｓｅｔａｒａｍ公司ꎮ１.２.３㊀物料制备将原材料加入卧式捏合机ꎬ并加入占原材料质量２０.５％的醇酮溶剂ꎮ捏合机转速１５ｒ/ｍｉｎꎬ温度３０ħ左右ꎬ捏合时间１２０ｍｉｎꎮ１.２.４㊀本构方程参数测试分别在２５㊁３０㊁３５ħ和４０ħ下测试物料黏度随剪切速率的变化情况(图１)ꎮ㊀㊀图１㊀三基发射药黏度与剪切速率的关系Ｆｉｇ.１㊀Ｓｈｅａｒｒａｔｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙ￣ｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ㊀㊀经过与Ｃｒｏｓｓ￣Ｃａｒｒｅａｕ模型本构方程进行拟合ꎬ得到三基发射药的流变学参数ꎬ如表２所示ꎮ２ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５１卷第１期表２㊀三基发射药流变学参数Ｔａｂ.２㊀Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔλ/ｓη０/(Ｐａ ｓ)ｎ１４.０１０５７４５.３１.６９１.２.５㊀物料热物理性能测试表３为升温速率为０.１５Ｋ/ｍｉｎ时ꎬ利用连续比热法测定三基发射药２５~４０ħ时的比热容ꎮ表３㊀三基发射药不同温度时的比热容Ｔａｂ.３㊀Ｓｐｅｃｉｆｉｃｈｅａｔｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ温度/ħ２６３０３５比热容/(Ｊ ｇ－１ Ｋ－１)１.２４７４１.７７４６１.９５４７１.３㊀工况及边界条件１.３.１㊀工况单螺杆螺压挤出过程通常分为输送段㊁压缩段㊁塑化段ꎮ其中ꎬ输送段和压缩段内物料不充满ꎻ当机头出口的截面缩小或阻力增大时ꎬ塑化段基本为物料充满状态[９]ꎮ为保证仿真的准确性ꎬ只针对塑化段及机头充满段建模(图２)ꎮ其中ꎬ螺杆直径为６５ｍｍꎬ采用三基发射药常用的７孔模具ꎮ收缩角为模具过渡所形成的锥角[１０]ꎮ为研究模具收缩角对成型过程的影响ꎬ建立不同的收缩角模型ꎬ如图２(ａ)所示ꎮ由于三基发射药为高黏度物料ꎬ收缩角常规在３０ʎ ６０ʎ范围内选取ꎮ㊀㊀为了优化三基发射药生产工艺的压伸形式ꎬ便于切药㊁晾药等后续工序的设备安装ꎬ建立垂直于出料方向压伸的机头模型[１０]ꎬ研究出料方向对物料成型过程的影响ꎬ如图２(ｂ)所示ꎮ在单螺杆螺压机对三基发射药进行压伸时ꎬ由于螺压工艺的流道特点ꎬ物料呈螺旋流动ꎬ在经过模具的整流后仍存在小范围的径向流动[１１]ꎬ造成物料挤出模具后有扭曲情况发生ꎬ影响产品质量ꎮ为了最大程度避免物料的径向流动ꎬ在模具与单螺杆交接处增加多孔板并建立模型ꎬ研究模具结构对物料成型过程的影响ꎬ如图２(ｃ)所示ꎮ１.３.２㊀网格划分使用ＡＮＳＹＳ软件Ｍｅｓｈ中的四面体网格对几何模型进行网格划分ꎬ如图３所示ꎮ其中ꎬ竖直挤出模型的网格数量为４２７７９５ꎬ水平挤出模型的网格数量为５５８４３１ꎮ１.３.３㊀边界条件设定螺杆转速为１５ｒ/ｍｉｎꎮ入口边界为质量流量边界ꎬ质量流量为１０ｋｇ/ｈꎻ出口边界为压力边界ꎬ出口压力为１.０１３ˑ１０５Ｐａꎮ物料密度１３００ｋｇ/ｍ３ꎬ热传导系数０.２４Ｗ/(ｍ Ｋ)[１２]ꎬ机筒温度３０ħꎬ进口物料温度４０ħꎮ２㊀仿真计算结果及分析２.１㊀收缩角对物料流动的影响２.１.１㊀对挤出速度的影响㊀㊀计算结果如图４所示ꎬ出料速度呈角对称分布ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)单螺杆模具收缩角㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)单螺杆竖直机头三维模型㊀㊀(ｃ)含有多孔板的单螺杆机头三维模型图２㊀单螺杆螺压模具的三维模型Ｆｉｇ.２㊀３Ｄｍｏｄｅｌｓｏｆｓｉｎｇｌｅｓｃｒｅｗｅｘｔｒｕｓｉｏｎｍｏｌｄ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)竖直挤出模型㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)水平挤出模型图３㊀三维流道的网格划分Ｆｉｇ.３㊀Ｍｅｓｈｏｆ３Ｄｆｌｏｗｍｏｄｅｌｓ ３２０２２年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀三基发射药单螺杆压伸模具流场仿真及实验验证㊀刘㊀晶ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收缩角为３０ʎ㊁４５ʎ和６０ʎ时物料的出料速度分别为４.２１㊁４.５２ｃｍ/ｓ和６.８６ｃｍ/ｓꎮ物料挤出速度随收缩角的增加而增加ꎬ出料速度越快ꎬ单螺杆挤出机的产量越大ꎻ但由于出料速度快ꎬ造成物料挤出过程应力快速聚集ꎬ在挤出后又快速释放ꎬ药条容易产生挤出胀大现象ꎮ且从图４中可以看出ꎬ收缩角越大ꎬ药条中心出料速度与周围出料速度差异越大ꎬ容易出现药条表面质量下降的情况ꎮ２.１.２㊀对模具内物料温度分布的影响计算流道内温度场分布ꎬ并沿流道中心点做轴向切面ꎬ分析模具内物料温度场沿出料方向的变化ꎬ温度场分布云图见图５ꎮ由图５可知ꎬ收缩角越大ꎬ温度变化越剧烈ꎬ在模具拐点越容易出现热点ꎬ且最高温度越高ꎮ这是由于模具收缩角越大ꎬ流道内压力变化越快ꎬ物料由于压力作用产生的热量不能及时传导出去ꎬ造成热点聚集ꎬ带来危险ꎮ２.１.３㊀对模具壁面压力的影响如图６所示ꎬ模具壁面压力与收缩角基本呈线性关系ꎬ压力随收缩角的增大而增加ꎮ这是由于较大的收缩角下ꎬ物料体积急剧缩小ꎬ物料需要更大的压力使之快速团聚ꎻ而较小的收缩角ꎬ流道的容积变化较慢ꎬ物料的收缩是缓慢的过程ꎮ壁面压力越大ꎬ对于含溶剂的三基发射药安全风险越大ꎬ这是由于物料在急剧收缩后来不及排出的溶剂挥发组分被裹入物料中ꎬ会有发生绝热压缩的风险ꎮ２.１.４㊀对模针表面受力的影响物料在压伸时受到螺杆的推力作用呈螺旋状流动ꎬ虽在模具内经过压缩段㊁成型段的整流ꎬ但仍存在小部分的径向流动[１１]ꎮ这种径向流动则会在模具成型段内形成扰流ꎬ对模针造成摩擦和挤压ꎬ进而引起模针变形或断裂ꎬ使产品质量变差或带来安全问题ꎮ计算不同收缩角时模针单位面积内受到的平均挤压力和平均摩擦力ꎮｐ＝ðＮｓｉ＝１ｐｉＡꎻ(６)Ｆｎ＝ðＮｓｉ＝１ＦｎｉＡꎮ(７)式中:Ｎｓ为样本总数ꎻｐｉ为模针表面第ｉ个样本靠近模针一侧的压力ꎻＦｎｉ为模针表面第ｉ个样本物料给模针表面施加的摩擦力ꎻＡ为模针外表面总面积ꎮ计算时ꎬ每个网格为一个取样样本ꎮ计算结果如图７所示ꎮ模针受到的摩擦力及挤压力随模具收缩角的增大而逐渐增大ꎮ模具收缩得越快ꎬ由于模具对物料的整流作用尚未完全发挥ꎬ物料的径向流动越多ꎬ造成物料对模针的挤压越剧烈ꎬ模针越容易㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)收缩角３０ʎ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)收缩角４５ʎ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｃ)收缩角６０ʎ图４㊀不同收缩角时三基发射药压伸的出料速度分布Ｆｉｇ.４㊀Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｌｄｓｈｒｉｎｋａｇｅａｎｇｌｅｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)收缩角３０ʎ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)收缩角４５ʎ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｃ)收缩角６０ʎ图５㊀不同收缩角时三基发射药压伸的温度分布Ｆｉｇ.５㊀Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｌｄｓｈｒｉｎｋａｇｅａｎｇｌｅｓ４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５１卷第１期㊀㊀图６㊀不同收缩角时模具壁面压力的变化Ｆｉｇ.６㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｍｏｌｄｗａｌｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｌｄｓｈｒｉｎｋａｇｅａｎｇｌｅｓ㊀㊀㊀图７㊀收缩角对模针所受挤压力和摩擦力的影响Ｆｉｇ.７㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｏｌｄｓｈｒｉｎｋａｇｅａｎｇｌｅｓｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｏｎｄｉｅｐｉｎ发生断裂或变形ꎮ２.２㊀出料方向对物料流动的影响２.２.１㊀物料速度的影响㊀㊀计算收缩角为３０ʎ㊁出料方向为水平和竖直时三基发射药在模具内的流动情况ꎮ模具出口的物料速度云图和模具内的速度矢量分布如图８所示ꎮ从图８中可以看出:水平出料速度矢量较均匀ꎻ竖直出料的速度矢量呈现涡流形ꎬ在靠近模针的位置尤为明显ꎻ同时ꎬ竖直出料口的物料速度呈现不规则性ꎬ容易出现药条弯曲的情况ꎬ影响内孔弧厚均匀度等药条质量指标ꎮ这是由于三基发射药的黏度较大ꎬ物料在流动时整流较困难ꎬ竖直挤出的流道特点造成物料在模具内强制改变流动方向ꎬ物料流动受阻ꎬ形成涡流ꎮ这与超高分子量聚合物挤出的特点相一致[１３]ꎮ２.２.２㊀对模具壁面压力的影响㊀㊀分别计算不同收缩角时水平出料和竖直出料情况下模具内的最大压力ꎬ结果如图９所示ꎮ壁面压力与收缩角呈线性关系ꎬ但竖直出料时壁面压力明显高于水平挤出时ꎬ这同样是由于竖直出料模具的流道特点所致ꎮ物料的流动方向由水平改为竖直ꎬ㊀㊀㊀㊀图８㊀不同出料方向时三基发射药的物料速度分布Ｆｉｇ.８㊀Ｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｘｔｒｕｓｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ㊀㊀图９㊀不同出料方向时模具壁面压力的变化Ｆｉｇ.９㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｍｏｌｄｗａｌｌｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｘｔｒｕｓｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ物料受到堵塞后改变流动方向ꎬ造成流动不畅ꎬ模具内压力升高ꎮ２.２.３㊀对模具内物料最高温度的影响计算不同出料方向时模具内物料的最高温度随模具收缩角的变化ꎬ如图１０所示ꎮ物料最高温度随收缩角的增大而增加ꎬ但竖直挤出时物料温度变化㊀㊀图１０㊀不同出料方向时物料最高温度的变化Ｆｉｇ.１０㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｘｔｒｕｓｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ５２０２２年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀三基发射药单螺杆压伸模具流场仿真及实验验证㊀刘㊀晶ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀并不明显ꎻ这是因为收缩角越大ꎬ模具内整体的压力越高ꎬ但模具内流道方向的改变弥补了收缩角对于模具内压力梯度变化的影响ꎮ压力梯度变化越小ꎬ热点越不容易产生ꎮ２.２.４㊀对模针表面受力的影响分别计算水平出料和竖直出料时模针表面受到平均摩擦力和平均挤压力随收缩角的变化情况ꎬ如图１１所示ꎮ竖直挤出时模针所受的摩擦力及挤压力远大于水平挤出时摩擦力和挤压力ꎬ这与物料在模具内的流动情况有关ꎮ根据２.２.１中物料在竖直挤出模具中的速度矢量分布来看ꎬ物料出现涡流后ꎬ径向流动较多ꎬ对模针的冲击和摩擦也就越大ꎮ㊀㊀图１１㊀出料方向对模针所受挤压力和摩擦力的影响Ｆｉｇ.１１㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｏｎｄｉｅｐｉｎ２.３㊀多孔板对物料流动的影响２.３.１㊀对物料速度的影响计算收缩角为３０ʎ并增加多孔板时三基发射药在模具出口的速度云图和模具内的速度矢量分布ꎬ如图１２㊁图１３所示ꎮ可以看出ꎬ未安装多孔板前ꎬ物料从螺杆输送段进入压缩段后仍呈现螺旋运动的状态ꎻ安装多孔板后ꎬ物料在压缩段基本呈现轴向运动状态ꎮ同时ꎬ从模具出口的速度分布中可以看出ꎬ安装多孔板后ꎬ物料的流速分布更均匀ꎬ径向的差异较小ꎮ这是由于三基发射药中纤维素分子链较长ꎬ在经过多孔板的强制取向后ꎬ分子链被均匀地排列进入压缩段ꎬ这样㊀图１２㊀是否安装多孔板情况下螺杆与模具接口处的速度矢量图Ｆｉｇ.１２㊀Ｖｅｌｏｃｉｔｙｖｅｃｔｏｒｄｉａｇｒａｍａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｓｃｒｅｗａｎｄｍｏｌｄｗｉｔｈｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｐｌａｔｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｒｎｏｔ㊀㊀图１３㊀是否安装多孔板情况下物料的出口速度分布Ｆｉｇ.１３㊀Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｗｉｔｈｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｐｌａｔｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｒｎｏｔ就避免了螺压机结构造成的物料螺旋运动ꎬ消除了物料大部分的径向流动ꎬ同时也减少了物料挤出时速度的径向差异ꎮ２.３.２㊀对模针表面受力的影响分别计算安装多孔板及未安装多孔板时不同模具收缩角情况下模针表面受到平均摩擦力和平均挤压力随收缩角的变化ꎬ如图１４所示ꎮ由于多孔板对于三基发射药分子链的取向作用ꎬ物料的径向流动大部分被消除ꎬ物料对模针的径向冲击较小ꎻ所以ꎬ在安装多孔板后ꎬ模针的受力大幅减小ꎬ这样有利于三基发射药的成型ꎬ也可以延长模具的使用寿命ꎮ㊀㊀㊀图１４㊀是否安装多孔板情况下收缩角对模针所受挤压力和摩擦力的影响Ｆｉｇ.１４㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｏｌｄｓｈｒｉｎｋａｇｅａｎｇｌｅｓｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｏｎｄｉｅｐｉｎｗｉｔｈｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｐｌａｔｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｒｎｏｔ３㊀实验验证根据仿真计算的结果ꎬ采用卧式捏合机进行三基发射药物料捏合ꎬ利用单螺杆螺压机对三基发射药进行压伸ꎬ并设计收缩角分别为３０ʎ㊁４５ʎ和６０ʎ的水平挤出型㊁竖直挤出型２０.５Ｈ/７模具ꎬ对仿真模型进行验证ꎮ采用的物料为１.２中的硝基胍三基发射药配方ꎮ采用的单螺杆水平挤出和竖直挤出ꎬ机头结构６ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５１卷第１期如图１５所示ꎮ㊀㊀㊀(ａ)单螺杆及水平挤出㊀㊀(ｂ)单螺杆及竖直挤出图１５㊀单螺杆挤出机及模具Ｆｉｇ.１５㊀Ｓｉｎｇｌｅ￣ｓｃｒｅｗｅｘｔｒｕｄｅｒａｎｄｍｏｌｄ３.１㊀实验参数设定卧式捏合机转速为１５ｒ/ｍｉｎꎬ捏合时间为１２０ｍｉｎ后将物料加入单螺杆ꎬ单螺杆转速１５ｒ/ｍｉｎꎬ加料速度１０ｋｇ/ｈꎬ机筒温度３０ħꎬ进口物料温度４０ħꎮ３.２㊀工艺参数实验验证在机头安装温度与压力传感器ꎬ测量挤出过程中模具壁面的压力和物料温度ꎬ将实际测量值与仿真计算结果作对比ꎬ如图１６所示ꎮ㊀㊀(ａ)模具壁面压力㊀㊀(ｂ)物料温度图１６㊀仿真计算值与实际值对比曲线Ｆｉｇ.１６㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄａｔａｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ㊀㊀从图１６可以看出ꎬ仿真计算结果与实际测量值的变化趋势基本相同ꎮ但仿真计算所得模具壁面压力较实际测量值偏小ꎮ分析原因:在仿真计算时ꎬ假设模具内表面无摩擦ꎻ而在实际试验中ꎬ由于模具内加工精度有限ꎬ及长期使用造成的内表面磨损ꎬ使模具壁面压力较仿真计算的理论值偏大ꎮ由于实验中温度传感器的安装位置靠近模具内壁面ꎬ因此ꎬ仿真计算取紧贴在模具内壁面的物料温度与实际测量值进行对比ꎬ所得数据较接近ꎮ３.３㊀物料流场实验验证对比收缩角为３０ʎ时水平出料㊁竖直出料及安装多孔板后水平出料３种情况的产品切面形状与仿真计算结果ꎮ结合２.２.１中仿真计算物料在模具出口的流场速度发现ꎬ由于机头流道发生弯曲ꎬ竖直出料的药条出料速度不均匀(图８)ꎮ这与实际中竖直挤出的药条切面图相一致ꎬ中心孔的位置出现了偏移ꎬ同时药条发生了弯曲ꎬ如图１７(ａ)ꎮ水平挤出的药条出料速度呈中心对称ꎬ因此ꎬ药条切面中心孔的位置没有发生偏移ꎬ如图１７(ｂ)所示ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)竖直挤出药条㊀㊀㊀(ｂ)水平挤出药条图１７㊀不同模具生产的压伸药条的实际切面Ｆｉｇ.１７㊀Ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｌｄｓ㊀㊀此外ꎬ对比水平挤出药条和安装多孔板后水平挤出药条的外表面形状发现ꎬ两种模具生产的药条的外表面均较光滑ꎬ但水平挤出药条的外表面出现一定程度的扭转ꎬ增加多孔板后药条的外表面形状较均匀ꎬ如图１８所示ꎮ这与２.３中的计算结果相一致ꎮ安装多孔板后ꎬ流道内的螺旋流动被消除ꎬ使药条的出料速度基本沿轴向方向ꎬ药条的成型质量有㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)原模具㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)安装多孔板图１８㊀原模具和安装多孔板后压伸药条的外表面Ｆｉｇ.１８㊀Ｏｕｔｓｉｄｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｒｅｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｍｏｌｄｂｅｆｏｒｅｏｒａｆｔｅｒｔｈｅｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｐｌａｔｅｉｓｉｎｓｔａｌｌｅｄ７２０２２年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀三基发射药单螺杆压伸模具流场仿真及实验验证㊀刘㊀晶ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀所提高ꎮ４ 结论１)仿真计算结果表明ꎬ模具收缩角越大ꎬ挤压成型过程所需要的挤压力越大ꎬ物料在模具内的最高温度也越高ꎬ且越容易形成热点ꎻ同时ꎬ模针外表面受到的挤压力和摩擦力也越大ꎬ模针越容易出现变形和断裂ꎮ２)竖直挤出虽然方便后续物料的切药㊁晾药ꎬ但挤出过程中模具壁面压力㊁模具内物料温度及模针表面受力均远大于水平挤出中的相应参数ꎻ且物料的流场较复杂ꎬ特别是出口速度不均ꎬ容易造成挤出后药条的弯曲ꎮ３)增加多孔板有利于物料在挤出模具中的整流和取向ꎬ大幅减少物料的径向流动ꎬ降低模针在挤出过程中的受力ꎮ４)模具壁面压力㊁模具内物料温度等参数的实验值与模拟值基本一致ꎻ增加多孔板后的水平挤出方式使发射药中心药孔的分布更加均匀ꎬ且成型质量更好ꎮ参考文献[１]㊀常飞ꎬ南风强ꎬ何卫东.多孔硝基胍发射药压伸数值仿真及验证[Ｊ].含能材料ꎬ２０１７ꎬ２５(２):１０６￣１１２.ＣＨＡＮＧＦꎬＮＡＮＦＱꎬＨＥＷＤ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｏｒｏｕｓｎｉｔｒｏｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｅｘｔｒｕｓｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇａｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ２５(２):１０６￣１１２.[２]㊀韩博.高增面性大弧厚硝基胍发射药工艺技术研究[Ｄ].南京:南京理工大学ꎬ２００９.ＨＡＮＢ.Ｓｔｕｄｉｅｓｏｎｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈｐｒｏｇｅｒｓｓｉｃｅａｎｄｌａｒｇｅａｒｃ￣ｔｈｉｃｋｎｅｓｓＮＱ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ[Ｄ].Ｎａｎｊｉｎｇ:ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００９.[３]㊀张丹丹ꎬ何卫东.硝基胍七孔发射药挤压成型过程的数值模拟[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１５ꎬ３８(１):８２￣８６.ＺＨＡＮＧＤＤꎬＨＥＷＤ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ７￣ｈｏｌｅｎｉｔｒｏｇｕａｎｉｄｉｎｅ￣ｂａｓｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｎｅｘｔｒｕｓｉｏｎｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｃｅｓａｎｄＰｒｏｐｅｌ￣ｌａｎｔｓꎬ２０１５ꎬ３８(１):８２￣８６.[４]㊀季丹丹ꎬ刘志涛ꎬ廖昕ꎬ等.１９孔发射药挤出过程的数值模拟与模具优化[Ｊ].含能材料ꎬ２０１６ꎬ２４(１１):１１１４￣１１２０.ＪＩＤＤꎬＬＩＵＺＴꎬＬＩＡＯＸꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｄｉｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒ１９￣ｈｏｌｅｐｒｏｐｅｌ￣ｌａｎｔ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａＩｓꎬ２０１６ꎬ２４(１１):１１１４￣１１２０.[５]㊀陈富华ꎬ胡小秋ꎬ刘志涛.基于有限元分析Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件的多孔发射药挤压过程仿真分析[Ｊ].兵工学报ꎬ２０１７ꎬ３８(４):６９５￣７０３.ＣＨＥＮＦＨꎬＨＵＸＱꎬＬＩＵＺＴ.Ｗｏｒｋｂｅｎｅｈ￣ｂａｓｅｄｓｉｍｕｌａ￣ｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｕｌｔｉ￣ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄｇｕｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｎｅｘｔｒｕ￣ｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＡｃｔａＡｒｍａｍｅｎｔａｒｉｉꎬ２０１７ꎬ３８(４):６９５￣７０３.[６]㊀丁亚军ꎬ应三九.螺杆挤出过程中物料在线流变行为及其数值模拟[Ｊ].兵工学报ꎬ２０１５ꎬ３６(８):１４３７￣１４４２.ＤＩＮＧＹＪꎬＹＩＮＧＳＪ.Ｉｎ￣ｌｉｎｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｓａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｉｎｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ[Ｊ].ＡｃｔａＡｒｍａｍｅｎｔａｒｉｉꎬ２０１５ꎬ３６(８):１４３７￣１４４２. [７]㊀ＺＨＯＵＫꎬＨＥＺＱꎬＹＩＮＳＰ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｅｘｐｌｏｒｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｎｓｉｎｇｌｅｓｃｒｅｗｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｄｉａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１４(８４):９３３￣９３９.[８]㊀刘林林ꎬ马忠亮ꎬ高可政ꎬ等.变燃速发射药挤出过程中药料流动计算研究[Ｊ].含能材料ꎬ２０１０ꎬ１８(５):５８３￣５８６.ＬＩＵＬＬꎬＭＡＺＬꎬＧＡＯＫＺꎬｅｔａｌ.Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｓｔｕｄｙｏｆｆｌｏｗｆｏｒｏｕｔｓｉｄｅｌａｙｅｒｏｆｖａｒｉａｂｌｅ￣ｂｕｒｎｉｎｇｒａｔｅｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｄｕｒｉｎｇｅｘｔｒｕｓｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅ￣ｒｉａｌｓꎬ２０１０ꎬ１８(５):５８３￣５８６.[９]㊀潘龙ꎬ张玉霞ꎬ金志明ꎬ等.单螺杆挤出机挤出理论研究进展[Ｊ].中国塑料ꎬ２００９ꎬ２３(５):１２￣１９.ＰＡＮＬꎬＺＨＡＮＧＹＸꎬＪＩＮＺＭꎬｅｔａｌ.Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｅｘｔｒｕ￣ｓｉｏｎｔｈｅｏｒｙｆｏｒｓｉｎｇｌｅ￣ｓｃｒｅｗｅｘｔｒｕｄｅｒｓ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｌａｓｔｉｃｓꎬ２００９ꎬ２３(５):１２￣１９.[１０]㊀于保敏.塑料成型工艺与模具设计[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２００９.[１１]㊀毛玉ꎬ王强.浅析挤出模具口模设计[Ｊ].工程塑料应用ꎬ２００８ꎬ３６(１０):７３￣７５.ＭＡＯＹꎬＷＡＮＧＱ.Ｂｒｉｅｆａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｘｅｔｒｕｓｉｏｎｄｉｅｄｅ￣ｓｉｇｎ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｌａｓｔｉｃｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬ２００８ꎬ３６(１０):７３￣７５.[１２]㊀«火炸药理论与实践»编委会.火炸药理论与实践[Ｚ].北京:中国北方化学工业总公司ꎬ２００１. 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球扁形发射药的研究进展
球扁形发射药的研究进展任鹏亮;马忠亮;刘保顺【摘要】综述了球扁形发射药的性能特点及应用研究现状,指出钝感技术和微孔技术是目前用于改善该发射药性能的两大常用方法.钝感技术的研究出现已久,目前国内外关于钝感技术的研究重点放在了钝感剂的选择和合成上;微孔技术是现在球扁药研究的热点领域.结合目前球扁药实际生产中面临的问题与难点进行综述和分析,并提出了一些建议.【期刊名称】《山西化工》【年(卷),期】2015(035)006【总页数】4页(P40-43)【关键词】球扁形发射药;钝感剂;微孔技术【作者】任鹏亮;马忠亮;刘保顺【作者单位】中北大学,山西太原 030051;中北大学,山西太原 030051;中北大学,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TQ560引言随着现代武器装备的不断发展，为了提高武器威力，满足现代战争对于武器性能的要求，作为武器能源物质的发射药成为了研究重点。
国内外研究表明，高装填密度装药技术可以有效地提高枪炮武器弹道性能，而药粒形状及尺寸是影响装填密度的主要因素之一，从提高装填密度和减小初始燃烧表面这2个因素来考虑，球形药粒最为理想，但球形药的燃烧减面性较大［1］。
为了克服球形药的这个缺点，生产工艺上一般将球形药做成球扁状，减弱其燃烧的减面性，然后对药粒表面进行钝化处理，使球扁药的线性燃速呈渐增变化趋势，从而弥补了因药粒本身呈减面燃烧所引起产气速率降低的缺点［2］。
根据国内外目前研究情况来看，用来改善球扁形发射药减面燃烧的方法已有不少。
本文根据制作工艺原理的不同，分述了不同改善方法的研究现状及发展趋势，希望能为球扁形发射药的研究提供一些参考。
1 球扁形发射药钝感技术的研究1.1 国外相关技术研究进展发射药表面钝感处理技术的原理，是用钝感剂在发射药的表层渗透一层生成热焓较小的物质，然后在发射药内、外层形成钝感剂的浓度梯度分布，在燃烧初期，发射药的燃烧速率会相对减缓，钝感剂含量会随着燃烧的进行而减少，在燃烧的中后期，发射药燃气生成速率逐渐增大，整体达到渐增性燃烧效果，发射药经表面钝感处理后不仅初始燃烧速率降低，而且可解决发射药初始燃气生成速率过快而导致膛内压力波过大的问题［3］。
钝感三基发射药的燃烧性能
钝感三基发射药的燃烧性能郑双;刘波;于慧芳;刘少武;张远波;王锋;魏伦;李达;韩冰【期刊名称】《含能材料》【年(卷),期】2010(018)006【摘要】针对含水溶性组份硝基胍(NGu)的三基发射药,采用水相搅拌工艺制备出钝感发射药样品,进行了高分子钝感技术研究.通过扫描电镜研究了加入饱和剂和未加入饱和剂的两种钝感发射药样品的表面状态.结果表明,与未加入饱和剂的钝感工艺相比较,采用添加饱和剂的钝感工艺制得的发射药表面结构致密.采用可控点火参量模拟装置进行点火试验;在药室容积100 cm3,装填密度0.2 g·cm-3,点火压力10 MPa的条件下进行了密闭爆发器试验;选用14.5 mm弹道枪进行了内弹道试验.结果表明,钝感处理后的发射药样品点火延迟时间(6.86, 5.72 ms)延长,燃烧渐增性能增强,内弹道性能提高,且添加饱和剂的发射药性能比未添加饱和剂的优良.【总页数】4页(P677-680)【作者】郑双;刘波;于慧芳;刘少武;张远波;王锋;魏伦;李达;韩冰【作者单位】西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TJ55;TQ562;O64【相关文献】1.GAP基聚氨酯包覆单基发射药能量与燃烧性能 [J], 郑启龙;田书春;周伟良;肖乐勤2.单基发射药中钝感剂组分含量的快速检测方法 [J], 王云云;邓国栋;徐君;王志强;谷强;曾建3.改性单基发射药中聚酯钝感剂的扩散研究 [J], 潘清;王琼林;苏鹏飞;丁黎;韩芳4.含钾盐消焰剂的硝化棉基钝感推进剂燃烧性能研究 [J], 赵凤起;陈沛;杨栋;李上文5.樟脑钝感发射药燃烧性能参数测试与计算 [J], 陈明华;刘礼斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
发射药概述
发射药概述·发射药通常指装在枪炮弹膛内用以发射弹丸的火药。
用以发射火箭的，称火箭发射药，也称火箭燃料或火箭推进剂。
·发射药按其成分又可分为单基发射药（如火棉加助剂制成的火药）、双基发射药（如火棉与硝化甘油制成的火药）、三基发射药（如含火棉、硝化甘油和硝基胍的火药）等。
1.1 发射药的组成·组成现有发射药的化学元素主要是C、 H、O、N。
含这些元素的发射药，其稳定性、腐蚀性、以及感度性能都较好。
含有金属和卤素的发射药，反应后形成的卤化物或金属化合物，容易损毁武器和污染环境。
·但发射药组成并不局限于C、H、O、N系化合物，一些金属及氟氮，氟碳等高能量或具有高性能的化合物根据武器和装置的需要也可以应用于发射药的配方中。
·分子结构中含有下属基团的化合物，常作为发射药的组分：·≡CH 、≡C—NO2 、=N-NO2、-O-NO2、-ClO4、—NF2、-N3、—NO3、—N=N—等·含有上述基团的典型化合物有二硝基甲苯等芳香族硝基化合物；硝基胍（NGU）、黑索今（RDX）、奥克托今（HMX）等硝铵化合物；丙三醇三硝酸酯（硝化甘油NG）、纤维素硝酸酯（硝化棉NC）、季戍四醇四硝酸酯（太安）等硝酸酯化合物；重氮二硝基酚、高氯酸盐、二氟氨基化合物以及聚酯等高分子化合物。
·与上述化合物相似的化合物或它们的混合物都有可成为发射药或发射药的组分。
·例如，由单一硝化纤维素（含-O-NO2）组成的发射药；由氧化剂硝酸钾，可燃物硫和碳组成的黑火药；由氧化剂黑索金和可燃物高分子粘合剂组成的低易损发射药；由硝化棉、硝化甘油和硝基胍三种爆炸物组成的三基发射药等。
·在发射药的组成中必须有起氧化作用的氧化基团和起还原作用的可燃性基团。
它们或以还原剂和可燃剂的混合物形式或以两类基团存在于同一化合物的形式组成为发射药。
两类基团存在于同一化合物的物质也称为爆炸性化合物。
表面微孔结构三基发射药的性能
３ ㊀ 结果与讨论
ａ ．ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅａ ｐ １ ㊀ 表面层微孔结构三基发射药燃烧性能 ㊀㊀ 对处理前后的原三基发射药与表面微孔结构三基 发射药进行 密 闭 爆 发 器 试 验， 测得的 ｐ ｔ 曲线如图 ２ 所示。 ｐ ｔ 曲线经过数据转换处理获得到的 ｄ ｐ ／ ｄ ｔ ｔ 曲线如图 ３所示， Ｌ Ｂ关 系 曲 线 如 图 ４所 示， ｕ ｐ关 系 曲线图 ５所 示。 其 中：ｐ为 爆 发 器 实 验 所 测 得 压 力，
称 取 一 定 质 量 的 蒸 馏 水， 其中水与发射药质量比为 ５ʒ １ ， 将纯净水 升 温 至 １ ０ ０ħ ， 将一定质量的发射药 放入水中， 保持水温不变， ４ ０ｍｉ ｎ后取出发射药， 烘干 后称量备用。 ㊀㊀ 采用 Ｆ Ｅ Ｉ Ｑｕ ａ ｎ ｔ ａ２ ５ ０环境扫描电子显 微 镜， 对所 得硝基胍发射药样品进行表面层及内部微观结构进行 观测， 并测量了其微孔层厚度。结果如图 １所示。
发射药的包覆技术一种是通过不含能的高分子樟脑邻苯二甲酸二丁酯石蜡聚酯等对发射药进另一种是加入感度较低的含能组分在保证发射药能量基本不变的条件下将tatb药等加入包覆剂对发射药进行表面处理达到调节发射药燃气释放规律的目的45变燃速技术采用两层及两层以上燃速不同的发射药一般内层为高燃速发射药外层为低燃速发射药通过调整发射药的药型尺寸内外层比例和燃速系数比控制分层结构发射药在不同时期的气体生成速率达到调节发射药的燃气释放规律的目的69包覆技术变燃速技术改变了发射的燃气生成规律
分， 在保证发射药能量基本 不 变 的 条 件 下， 将Ｔ Ａ Ｔ Ｂ炸 药等加入包覆剂， 对发射药进行表面处理， 达到调节发
４ － ５ ］ 。变 燃 速 技 术 采 用 两 层 射药燃气释放规律的目的 ［
三基发射药的制备方法和装置
三基发射药的制备方法和装置一、原料准备在制备三基发射药之前，需要准备以下原料：硝酸铵、硝酸钡、碳粉等。
这些原料需要按照一定的比例混合，并且需要保证原料的质量和纯度。
二、化学反应将硝酸铵、硝酸钡和碳粉按照一定比例混合后，在一定温度和压力条件下进行化学反应，生成三基发射药。
在这个过程中，需要对反应过程进行控制和监测，确保反应的顺利进行和产品的质量。
三、混合工艺在化学反应完成后，需要进行混合工艺，将生成的发射药与其他添加剂和填料进行混合，以得到所需的性能和形状。
在这个过程中，需要注意混合的均匀性和粒度的控制，以确保产品的质量和性能。
四、造粒技术在混合工艺完成后，需要进行造粒技术，将混合物制成颗粒状。
这个过程中，需要控制颗粒的大小和形状，以确保产品的性能和流动性。
五、干燥过程在造粒技术完成后，需要进行干燥过程，去除产品中的水分和挥发性物质。
这个过程中，需要注意干燥的温度和时间，以确保产品的质量和安全性。
六、质量控制在干燥过程完成后，需要进行质量控制，对产品进行检测和评估，确保产品的质量和性能符合要求。
质量控制包括化学分析、物理性能测试等。
七、安全防护在制备三基发射药的过程中，需要注意安全防护。
需要对工人进行安全培训和防护用品的配备，避免发生安全事故。
同时，需要对设备进行检查和维护，确保设备的安全性和稳定性。
八、设备维护为了确保设备的正常运行和生产过程的顺利进行，需要对设备进行定期的维护和保养。
需要对设备进行检查、清洗、润滑等，以确保设备的稳定性和可靠性。
九、废弃物处理在制备三基发射药的过程中，会产生一些废弃物，如废气、废水等。
这些废弃物需要按照国家规定进行处理和排放。
需要对废弃物进行监测和控制，确保不会对环境和人体造成危害。
十、生产管理为了确保三基发射药的制备过程的顺利进行和质量稳定，需要进行生产管理。
需要对生产过程进行计划、组织、指挥、协调和控制等活动。
需要对原材料的采购、产品的质量控制、设备的维护等方面进行管理，以确保生产的顺利进行和产品的质量稳定。
三基发射药半溶剂法间断捏合加料方式对工艺及成品性能的影响
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２ ㊀ 实验部分
２ ． １ ㊀ 表面微孔结构三基发射药制备 ㊀㊀ 自制三基发射药， 硝基胍质量分数为 ４ ７ ％， 原料： 吸收 药 片、 硝 基 胍， 辽 宁 庆 阳 化 工 厂；试 剂：乙 醇、 甲 醇， 分析纯， 上海试剂厂；蒸馏水 实 验 室 自 制。由于硝
Ｃ ＨＩ Ｎ Ｅ Ｓ ＥＪ ＯＵ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯＦＥ Ｎ Ｅ Ｒ ＧＥ Ｔ Ｉ Ｃ ＭＡ Ｔ Ｅ Ｒ Ｉ Ａ Ｌ Ｓ
分， 在保证发射药能量基本 不 变 的 条 件 下， 将Ｔ Ａ ５ ］ 。变 燃 速 技 术 采 用 两 层 射药燃气释放规律的目的 ［
及两层以上燃速不同 的 发 射 药， 一般内层为高燃速发 射药， 外层为低燃速发射药， 通过调整发射药的药型尺 寸、 内外层比例和燃速系数比， 控制分层结构发射药在 不同时期的气体生成 速 率， 达到调节发射药的燃气释
１ － ３ ］ 行钝感包覆处理 ［ ；另一种是加入感度较低的含能组
射的燃气生成规律。 包 覆 剂、 炸药等非发射药组分外 加剂的引入， 改变 了 发 射 药 的 组 成。 外 加 剂 在 不 同 燃 速发射药层间产生浓 度 含 量 梯 度， 在发射药内发生迁 移， 影响发射药组分 之 间 的 相 容 性 和 储 存 期 内 的 各 项 性能。而通过物理方 法， 溶解发射药表面层中分散的 发射药组分， 保持发射药的整体结构不变， 不引入发射 药组分以外的物质， 使表面层形成海绵状微孔结构， 改 变发射药的燃气生成 规 律， 且增加发射药的初始燃烧 速度， 发射装药在点火燃烧后形成初始压力场， 使发射 装药快速点燃的研究尚未见相关文献报道。 ㊀㊀ 为此， 本研究通过物理方法， 采用蒸馏水在一定的 温度下浸泡处理三基 发 射 药， 使其表面层一定深度内 的硝基胍溶解。用扫描电镜观测了浸泡后发射药表面 层的形貌特征， 并利用密闭爆发器实验测得的压 力 时 间（ ｐ ｔ ） 曲线分 析 表 面 微 孔 结 构 对 发 射 药 燃 烧 性 能 的 影响， 测量了表面微 孔 结 构 对 三 基 发 射 药 的 力 学 性 能 的影响， 进行了内弹道性能试验， 为微孔结构三基发射 药的应用提供理论和实验依据。
收稿日期：２ ０ １ ４ ０ １ １ ３ ；修回日期：２ ０ １ ４ ０ ３ １ ６ 基金项目：基础科研项目（ Ａ ２ ６ ２ ０ １ ３ ３ ０ ０ ７ ） 作者简介：张福炀（ １ ９ ８ １ － ） ， 男， 博士生， 主要从事含能材料及装药设 计 研究。 ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｚ ｆ ｙ １ ２ １ １ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ 通信联系人：廖 昕 （ １ ９ ６ １ － ） ， 男， 副 研 究 员， 主要从事含能材料装药设 计、 配方及其工艺等研究。 ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｌ ｉ ａ ｏ ｘ ｉ ｎ ３ ３ １ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
６ － ９ ］ 。 包 覆 技 术、 变燃速技术改变了发 放规律的 目 的 ［
１ ㊀引㊀言
㊀㊀ 三基发射药具有能量高、 烧蚀低等优良性能， 在火 炮装药中应用广泛。但是三基发射药点火压力高， 发射 装药不易点燃， 影响了发射药在火炮膛内的燃烧性能及 弹道性能。对此， 可通过改变发射药燃气释放规律、 采 用混合装药技术等， 使发射药装药在膛内按照一定的方 式释放燃气， 以最大程度释放发射药的潜能。目前， 改 变发射药燃气生成规律的常用方法有包覆技术、 变燃速 技术等。发射药的包覆技术， 一种是通过不含能的高分 子（ 樟脑、 邻苯二甲酸二丁酯、 石蜡、 聚酯等） 对发射药进
－ １ － １ 口初速提高 １ ３ ． ９ｍ· ｓ 、 全装药炮口初速提高 １ ５ ． ０ｍ· ｓ ， 膛压均有不同程度降低。
关键词：物理化学；三基发射药；微孔结构；燃烧性能；力学性能；动态活度 中图分类号：Ｔ Ｊ ５ ５ ；Ｏ６ ４ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ ９ ９ ４ １ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ４ ． ０ １ ６
含能材料
２ ０ １ ４年 ㊀ 第 ２ ２卷 ㊀ 第 ４期 ㊀ （ ５ ０ ９ － ５ １ ３ ）
５ １ ０
－ １ 基胍在 ８ ０ħ 以上的水中溶解度高于 ６ ． １ ２ｇ ·１ ０ ０ｇ ，
张福炀，薛耀辉，廖昕，王泽山，王彬彬
测量压力， 采集数据进行处理。 ２ ． ３ ㊀ 力学性能 ㊀㊀ 用模具制成直径为 ６ｍｍ 圆柱状药条， 切割成高度 ６ｍｍ 的药柱， 经表面处理后 制 成 微 孔 结 构 样 品 ３组， 以及未处理的原药样品 ３组， 每组样品有 １ ０发平行样， 分别在高温（ ５ ０ħ ） 、常温（ ２ ０ħ ） 、 低温（ － ４ ０ħ ） 下 保温 ２ ４ｈ ， 采用 Ｉ ＮＳ Ｔ Ｒ ＯＮ ３ ３ ６ ７型 电 子 万 能 材 料 试 验 机测量发射药的抗压强度。 ㊀㊀ 采 用 Ｉ ＮＳ Ｔ Ｒ ＯＮ ９ ２ ５ ０ ＨＶ 型 全 数 字 化 落 锤 冲 击 试 验机测试冲击强度。 ２ ． ４ ㊀ 内弹道性能 ㊀㊀ 将表面微孔结构 三 基 发 射 药， 与未处理原药按质 量比 ３ʒ ７混合组成新装药， 在４ ５倍 口 径 １ ５ ５ｍｍ 火 炮上进行内弹道试 验。 采 用 电 测 法 测 压， 靶线法测试 弹丸炮口初速。
表面微孔结构三基发射药的性能
５ ０ ９
文章编号：１ ０ ０ ６ ９ ９ ４ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ ０ ５ ０ ９ ０ ５
表面微孔结构三基发射药的性能
张福炀 １，薛耀辉 ２，廖 ㊀ 昕 １，王泽山 １，王彬彬 １
（ １ ．南京理工大学化工学院，江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ；２ ．中国国际工程咨询公司，北京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ） 摘 ㊀ 要：为了调节发射药的燃气释放规律， 采用溶解法制备 了 表 面 微 孔 结 构 三 基 发 射 药， 利用扫描电镜观察了发射药样品的微观 结构；通过密闭爆发器试验研究了其静态燃烧性能；用材料试验机及冲击试验测定了其力学性能；以 １ ５ ５ｍｍ 火 炮 研 究 了 发 射 药 的内弹道性能。研究结果表明， 与原药相比， 表面微孔结构三基发射药燃烧压力上升快， 常温下燃烧结束时间缩短 ３ ． ２ｍｓ ；初 始 动 态活度值高， 燃烧渐增性比原药低；在点火燃烧初始阶段表观燃速变大， 后期燃速与原药基本一致；表面微孔结构三基 发 射 药 的 力 学性能有较小幅度的降低， 其中， 常温下降低幅度最大， 抗压强度和抗冲击强度 分 别 降 低 了 ２ ． ９ ８ＭＰ ａ和 ０ ． ３ ５ｋ Ｊ · ｍ－２；减 装 药 炮