改性单基发射药的燃速模型第一期

先压 出单孑 Ｌ 、 七孔 等 不 同药 型 形状 的 以硝 化 棉 为基 本
１ 引 言
随着新概念武器系统 、 超高 速发射系统 、 高精度发射 系统 的出现 ， 对发射药的要求不 断提高 ， 具有 高燃烧渐增
能量组 分 的均质单 基 发 射 药 ， 然后 通 过 浸 渍 高 能组 分
（ 主要 是硝 化甘油 ）使能量 得到 大幅 度提升 ， 为 降低初 始燃 速 ， 在 表面 浸渍一 薄层 钝感剂 ， 最 后在表 面包 覆一
层均 匀 的高性能 改 性 材料 ， 完 成 整 个 制备 过 程 。改性 单基 发射 药 的结 构示 意 图如 图 １所示 。
性 的发射药得到了大力 的发展 ， 如程序控制发射药 、 多层
制 备 了 两 种样 品 ， 基 体 药 采用 ５ ／ ７单 基 发 射 药 ， 采 用浸 渍一 驱水 ． 浸 渍一 驱水工 艺路 线 。 （ １ ）在 基体 药 中 加入 １ ０ ％ ＮＧ 组 分 进 行 浸 渍 ， 经 工 艺 处 理 后 再 加 入 ２ ． ５ ％ 聚酯 组 分 进 行 浸 渍 ， 得到 Ｚ ０ ６ ０ ４ — １号 改 性 单 基 发 射药 ；（ ２ ）在 基体 药 中加 入 １ ５ ％ Ｎ Ｇ， 经 工艺 处 理 后 加入 ２ ． ５ ％聚 酯 ， 制得 Ｚ ０ ６ ０ ４ — ２号改性 单基 发射药 。
下， 改 性 单 基 发 射 药 的火 药 力 和 燃 烧 渐 增 性 在 一 定 范 围 内可 以做 到 同 时增 加 。
关键词 ： 材 料 学 ；改 性 单 基 发 射 药 ； 燃烧 ； 燃 速 ；物 理模 型 ； 燃烧渐增性 ； 密 闭爆 发 器
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｊ ５ ５ 文献标识码 ： Ａ ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — ９ ９ ４ １ ． ２ Ｏ １ ２ ． ０ ６ ． ０ ２ １
较 均质单基 发射 药粒 （ 基体 药 粒 ）外形 尺 寸 增 大 不 明
含 能材 料
Ｗ ＷＷ． ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｅ ｔ ｉ ｃ － ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ． ｏ ｒ ｇ ． ｃ ｎ
改性 单基 发 射 药 的 燃 速模 型
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显 ；（ ５ ）发射 药 内层未 浸渍 部分 为均 质硝 化棉 层 。
（ １ ）改性 单 基发 射药 基体 为质 地严 格均 一 的同质 材料
发射 药 ；（ ２ ）浸渍 浓度 的分 布 和浸渍 深 度 以某 一 函数
的形 式 给 出 ， 并且 严格 服从 给 出 的函数 ， 其它 随机 因素 和工 艺 细节 的影 响不 予 考 虑 ；（ ３ ）包 覆 层 为 表 面 （ 不 根据 燃速 的定 义公式 有
发器 中的燃速关 系 式 。由于钝 感剂 含量少 且位 于改性
聚酯 的浸 渍量 ， 则 聚酯 浓度 分布 为 ｃ Ｚ （ ｘ ） 。 由物 理学 中密 度 的定义 知 ， 在任 意深 度 ｘ处有
， 、
单基 发射 药表 层 ， 在 压力 达到 一定值 （ 如３ ０ ＭＰ ａ ）后 ， 钝感 剂 已经完 全 燃 烧 ， 故钝感剂对较高压力 （ 如 大 于 ３ ０ ＭＰ ａ ） 下 的燃 速无 影 响 ， 以下结合 具体 实例说 明。
根 据 以上 假 定 ， 对于一定量 的 ５ ／ ７基 体 发 射 药 ，
加入 ５ ％ ～２ ０ ％硝 化 甘 油 的浸 渍 量 ， 以浸 渍 深 度 ｘ为 自变 量 ， 则硝 化甘 油浓 度分 布为 ｃ Ｊ （ Ｘ ） ， 加入 ０ ％ ～ ３ ％
分布后 ， 可 求得 Ｐ 与 Ｚ（ ｘ ） 的关 系 ， 由式 （ ６ ） ； 可 获得 ｕ （ Ｘ ） 与Ｐ （ Ｘ ） 的关 系 ， 即 为 改性 单 基 发 射 药 在 密 闭爆
２ ． １ 改 性单基 发射 药结构 特征 分析 改 性单基 发射 药 采用 压 伸 浸 渍工 艺 进 行 制备 ， 首
收稿 日期 ： ２ Ｏ １ １ 一 Ｏ ９ — ０ １ ； 修 回 日期 ： ２ Ｏ １ ２ — ０ ４ — ２ ５
改性单基发射药 具有 如 下 的结 构 特征 ：（ １ ）药 粒 整体 为非均质材料 ；（ ２ ）药 粒表层 （ 指发射药 外 圆周 面及 两 端面 ）浸 渍深度较深 ， 小孔 内部浸 渍深度 较浅 ；（ ３ ）由 物体 浸渍原 理知 ， 浸 渍浓 度 和 深 度 服从 渐 减 或 递减 抛
ｆ ｒ ｏｍ ｔ ｈ ｅ ｈｏｍ ｏ ｇｅ ｎｅ ｏｕｓ ｓ ｉ ｎｇｌ ｅ ｂ ａｓ ｅ ｐ ｒ ｏｐｅｌ ｌ ａｎ ｔ
１ 一ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｆ ｈ ｏ ｍｏ ｇ ｅ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ａ ｎ ｔ ，２ 一ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ
２ ． ２ 改性 单 基发射 药燃 烧 速度 数学 物理 模型
为均 质基 体发射 药 的燃烧 ， 服从 一般 发射 药燃烧 规律 。
为对 发射药 密 闭爆 发 器 中的数 据 进 行 计算 ， 结合 以上 改性单 基发 射药 的燃 烧特 点 ， 有
根据 以上 分析 ， 提 出改 性 单 基 发 射 药 的组 成 及 燃 烧速 度数 学 物理模 型 ， 为方 便计 算研 究 给 出假 设条 件 ：
Ｖ ｎ ｐ （ ｘ ）＋Ｖ Ｐ （ Ｘ ） ｃ Ｊ （ Ｘ ）＋Ｖ ， ｐ （ Ｘ ） ｃ Ｚ（ Ｘ ）
ｐ ｓ Ｌ
—— — — —— 弋 — —— — 一
＝ ｐ （ Ｘ ）＋ ｐ （ Ｘ ） ｃ Ｊ （ Ｘ ）＋ ｐ （ Ｘ ） ｃ Ｚ （ Ｘ ）
（ １ ）
３ 实验 部 分
物线 规律 ；（ ４ ）通 过 对 实验 样 品 的药 型测 试 知 ， 药粒
作者简介： 张江波（ １ ９ ８ ２ 一）， 男， 硕士， 工程师， 主要从事发射药及装
药技 术 研 究 。ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：ｚ ｈ ａ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｂ ｏ ｌ ９ ８ １ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
ｕ （ ｘ ）：ｅ
（ ５ ）
包含 小孔 内部 表 面 ）一薄 层 ；（ ４ ）各 发 射药 药 粒 完全 相同， 所 有计 算 均 不 考 虑 实 际 中 发 射 药 的外 形 偏 差 ； （ ５ ）发 射药 燃烧 服 从 几 何燃 烧 定 律 ， 同层 发射 药 具 有 相 同的燃 速 ， 非均 质组 成 部 分 的不 同 层 之 间按 相 应 的 燃 速 公式 计算 ；（ ６ ）不 同层 不均 质部 分 具有 各 自的 主 要 物 性参 数 ， 包括 火 药 力 、 燃速系数、 压力指数 、 密度 ， 燃 烧 产物 具有 均 一 的物 性 ；（ ７ ）根 据 试 验 和 经 验 ， 改 性 单 基发 射药 体积 的增 大 为一 可忽 略 的数值 ， 因此 ， 假
研究 尤其是药型燃烧速度模型理论方 面正在进行深入 研
究。本工作 主要着重于改性单基 发射药燃烧速度基础 理
论方面的研究 ， 分析了改性单基发射药 的结构 特征 ， 建 立
了相 关药 型 的燃 烧速 度模 型及方 程 ， 制 备 了 ２种样 品 ，
进行 了 密闭爆发 器试 验 ， 通过试 验及计 算知 ， 所 建立 的 模 型基本 能够 反映 改性 单 基 发 射药 的燃 烧 过程 ， 经 浸 渍钝 感后 的改性 单基 发射 药具 有较好 的燃 烧渐增 性 。
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张江波 ， 张 玉 成 ，李 强 ，严 文 荣 ，闫光 虎 ， 刘强， 杜 江 媛
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ９ ９ ４ １ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ６ — ０ ７ ５ ８ — ０ ４
改性 单基 发射 药 的燃 速模 型
张江波， 张玉成， 李 强， 严文荣， 闫光虎， 刘 强， 杜江嫒
（ ６ ）
将式（ １ ）、 （ ３ ）、 （ ４ ）和 （ ５ ）合 并后 得
Ａ ， Ｚ （ ｘ ） （ １＋ Ａ Ｚ （ ｘ ）＋
１
（ ｘ ） ）＝
１
垒 ！ ２ ± （ ２ （ ２ ± ！ ２ ！ ２
＋ ｃ Ｊ （ Ｘ ） １
， ７ 、
图１ 从 均 质 单 基 发 射 药 制 备 改 性 单 基 发 射 药 示 意 图 １ 一均质单基发射药粒 ， ２ 一表面包覆层 ， ３ 一浸渍 层 ， ４ 一 均 质 硝 化 棉 层
Ｆ ｉ ｇ．１ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃｈ ｍ ａｐ ｏ ｆ ｍ ｏｄｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｓ ｉ ｎｇｌ ｅ ｂａ ｓ ｅ ｐ ｒ ｏｐ ｅｌ ｌ ａ ｎｔ ｍ ａ ｄｅ
３ ． １ 样 品 及 制 备
式 中， Ｊ Ｄ （ ｘ ） 为不 同深 度 改性 单基 发 射 药 的密 度 ， Ｐ （ Ｘ ）
为 基体 药 密度 ， 为 深度 Ｘ处 某一 层 的体积 。 组 分混 合 过程 中没 有反 应且 浸渍 组分 和钝 感组 分 总 的含 量较 少 ， 火药 力 近似符 合加 和定 律
ｏｖ ｅｒ ｌ ａｙ，３ — —ｄｉ ｐｐｉ ｎ ｇ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ，４－ － ｈ ｏｍｏｇ ｅ ｎｅ ｏｕ ｓ ｎｉ ｔ ｒ ｏｃ ｅｌ ｌ ｕｌ ｏｓ ｅ ｌ ａ ｙ ｅｒ
根据改性单基发射药 的制备工艺过 程及 图 １可 知 ，
２ 改 性 单 基 发 射 药 燃 烧 速 度模 型
一
弧厚 的一半 。
丽
当Ｘ Ｅ［ Ｘ ， ｅ ］ 时， 采 用通 用计算 方法 计算 。ｅ 为
由式 （ ７ ）知 ， 在 已知 爆 发 器 所 测 压 力 Ｐ 及 浓 度
定 改 性单 基发 射药 与 基 体 发射 药 相 比体 积 不 变 ， 密 度
随浸 渍深 度变 化 ， 用 某 一 函数给 出 。
（ 西 安近 代 化 学研 究所 ，陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ／ ７单 基 发射 药 为基 体 药 ， 硝化甘油（ ＮＧ） 为浸渍 剂 ， 聚酯 为包 复 剂 所 组 成 的 改 性 单 基 发 射 药 的燃 烧 性 能 ， 对