自然儲(chǔ)存過(guò)程中點(diǎn)火具性能變化規(guī)律研究

路桂娥，劉萌陽(yáng)，江勁勇，葛強(qiáng)，王韶光，賈昊楠

?

自然儲(chǔ)存過(guò)程中點(diǎn)火具性能變化規(guī)律研究

路桂娥1，劉萌陽(yáng)2，江勁勇1，葛強(qiáng)1，王韶光1，賈昊楠1

（1.軍械技術(shù)研究所，石家莊 050000； 2.軍械工程學(xué)院，石家莊 050003）

目的研究點(diǎn)火具的點(diǎn)火壓力隨儲(chǔ)存時(shí)間、地區(qū)的變化規(guī)律。方法對(duì)在正常儲(chǔ)存條件下分別儲(chǔ)存于北方和南方地區(qū)，儲(chǔ)存年限分別為5，10，15，19年的某型點(diǎn)火具進(jìn)行點(diǎn)火壓力-時(shí)間關(guān)系試驗(yàn)。結(jié)果點(diǎn)火壓力隨時(shí)間的增加先上升后減小，北方地區(qū)的最大壓力下降了0.4 MPa左右，南方地區(qū)的最大壓力下降了0.3 MPa左右。在北方地區(qū)儲(chǔ)存的點(diǎn)火具的最大壓力時(shí)間要長(zhǎng)于在南方地區(qū)儲(chǔ)存的點(diǎn)火具最大壓力時(shí)間。結(jié)論點(diǎn)火具在長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存和不同地區(qū)儲(chǔ)存的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，但是參數(shù)的變化在允許的范圍之內(nèi)，地區(qū)的差異會(huì)對(duì)點(diǎn)火具的性能產(chǎn)生一定的影響，影響的主要因素之一是溫度。

點(diǎn)火具；點(diǎn)火壓力；儲(chǔ)存

點(diǎn)火具是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置，內(nèi)裝點(diǎn)火黑藥。黑火藥疏松多孔很容易吸收外界的水分，水分的含量直接影響其性能[1—3]。因此在長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中其點(diǎn)火性能是否下降，是否隨儲(chǔ)存環(huán)境的變化而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠點(diǎn)火是值得關(guān)注的問(wèn)題。為此進(jìn)行了點(diǎn)火具性能變化的規(guī)律研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為保證測(cè)試數(shù)據(jù)接近真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算內(nèi)彈道發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的裝藥和固藥膠體積，制作了相同體積的假藥柱。用固藥膠將假藥柱與發(fā)動(dòng)機(jī)連接。點(diǎn)火性能測(cè)試條件：導(dǎo)爆管、起爆器9373廠(chǎng)提供；靜試發(fā)動(dòng)機(jī)245廠(chǎng)加工制作；假藥柱245廠(chǎng)加工制作。

1.2 測(cè)試原理及方法

根據(jù)GJB 770B 中關(guān)于的內(nèi)彈道測(cè)試方法和GJB 5309.24—2004《火工品試驗(yàn)方法》中關(guān)于點(diǎn)火壓力-時(shí)間曲線(xiàn)測(cè)定具體要求進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.1 測(cè)試原理

對(duì)裝在測(cè)壓容器內(nèi)的火工品施加規(guī)定的激發(fā)能量，火工品發(fā)火后產(chǎn)生的氣體壓力作用在壓力傳感器上，使其輸出和壓力對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大，由記錄系統(tǒng)處理給出-曲線(xiàn)[4]。

1.2.2 測(cè)試方法

分別對(duì)自然條件下在北方儲(chǔ)存5，10，15，19年和在南方儲(chǔ)存6，9，12，18，20，22年的試驗(yàn)用點(diǎn)火具進(jìn)行點(diǎn)火壓力測(cè)試，每組5發(fā)。軟件會(huì)同步繪制出壓力隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)[5—6]。根據(jù)繪制出來(lái)的圖像，以曲線(xiàn)上壓力坐標(biāo)最高點(diǎn)為最大壓力m，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為最大壓力時(shí)間m。

最大壓力根據(jù)式（1）或（2）計(jì)算。

(1)

式中：Δm為-曲線(xiàn)上最高點(diǎn)電壓的有效值，V；P為靜壓標(biāo)定時(shí)，ΔU對(duì)應(yīng)的壓力值，MPa；P－1為靜壓標(biāo)定時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓力值，MPa。

其中K根據(jù)式（3）計(jì)算:

式中：K為第－1和第個(gè)間隔間的內(nèi)插系數(shù)，MPa/V；P－1為第－1個(gè)間隔的壓力值，MPa；P為第個(gè)間隔的壓力值，MPa。

最大壓力平均值根據(jù)式（4）計(jì)算：

2 結(jié)果與分析

根據(jù)測(cè)試結(jié)果和利用最大平均壓力值公式進(jìn)行計(jì)算，得出的測(cè)試結(jié)果如圖1所示。壓力曲線(xiàn)如圖2所示。

圖1 點(diǎn)火具測(cè)試結(jié)果

圖2 壓力曲線(xiàn)

從圖2可以看出，最大壓力平均值可以隨著儲(chǔ)存時(shí)間年限的增加，無(wú)論在南方還是北方，壓力值均有所降低，但降低程度不是很大，在允許范圍內(nèi)[7]。分析認(rèn)為，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，點(diǎn)火藥盒內(nèi)的點(diǎn)火黑藥發(fā)生了分解脫硝，能量有所下降。對(duì)比圖2兩個(gè)曲線(xiàn)可以看到，在南方儲(chǔ)存的點(diǎn)火壓力要高于北方。南方地區(qū)在10年至20年之間有一個(gè)上升的過(guò)程，但是總體趨勢(shì)是減小的。分析認(rèn)為，由于長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存，能量物質(zhì)產(chǎn)生分解，會(huì)使得點(diǎn)火壓力下降，但是由于溫度作用，點(diǎn)火藥里邊水分子交換頻繁，使得點(diǎn)火藥內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，增大了燃燒面積。燃燒面積的增加導(dǎo)致了燃速的加快，最終對(duì)外表現(xiàn)為點(diǎn)火壓力的上升。10年至20年間能量物質(zhì)分解不嚴(yán)重，但是水分子交換，使燃燒面積增大到最大值，兩者共同作用的結(jié)果導(dǎo)致了南方地區(qū)點(diǎn)火壓力先增大后減小的現(xiàn)象。從圖3可以看出，南方儲(chǔ)存的對(duì)應(yīng)的m值比北方小。分析認(rèn)為，吸附和毛細(xì)作用都是放熱的過(guò)程，溫度升高使得水分的平均動(dòng)能增大，吸濕性會(huì)由于吸附和毛細(xì)作用的減小而減小[8—9]。南方溫度比北方高，溫度高加快了水分子的動(dòng)能，使得點(diǎn)火藥里邊的水分子與空氣中的水分子交換頻率加大，從而使得點(diǎn)火藥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加疏松，導(dǎo)致燃燒面積增大，引起燃速和點(diǎn)火壓力的增加。燃速的增加直接導(dǎo)致了作用時(shí)間的減小，這與南方和北方地區(qū)的壓力曲線(xiàn)剛好相符。

同時(shí)點(diǎn)火藥中含水量的多少對(duì)于點(diǎn)火具最大壓力有著較大影響。在一定范圍內(nèi)，最大壓力隨著含水量的增加而增加，超過(guò)一定范圍，最大壓力隨著含水量的增加而減少[10—11]。通過(guò)對(duì)選取的所有批次進(jìn)行組分測(cè)定發(fā)現(xiàn)，水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在3%左右，相差不大。點(diǎn)火藥盒內(nèi)部的相對(duì)濕度也是影響性能的一個(gè)因素[12]。點(diǎn)火藥盒密閉的內(nèi)部環(huán)境與生產(chǎn)時(shí)期的當(dāng)時(shí)環(huán)境有關(guān)，通過(guò)查找各個(gè)批次彈藥的履歷書(shū)，發(fā)現(xiàn)所選取的批次溫濕度數(shù)據(jù)基本接近，因此認(rèn)為內(nèi)環(huán)境的相對(duì)濕度對(duì)點(diǎn)火具的性能影響可以不予考慮。

3 結(jié)論

1）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)，點(diǎn)火具依舊可以正常發(fā)揮作用，有效點(diǎn)火。點(diǎn)火壓力雖然有所下降，但是下降的不明顯。在儲(chǔ)存過(guò)程中有能量物質(zhì)的分解是點(diǎn)火壓力下降的主要原因。

2）點(diǎn)火壓力的變化與儲(chǔ)存地域有關(guān)。在南方存放的庫(kù)房溫度大于北方，在四季、晝夜高低溫交變過(guò)程中，點(diǎn)火藥中水分蒸發(fā)、回流的不斷進(jìn)行，造成藥塊有一定的疏松。外部環(huán)境溫度越高，水分子的運(yùn)動(dòng)就越劇烈。最終導(dǎo)致了南方地區(qū)的燃燒時(shí)間比北方地區(qū)短，南方地區(qū)的點(diǎn)火壓力比北方地區(qū)大。

[1] 徐永士, 魏晗, 張彬. 影響火炸藥吸濕性因素的研究[J]. 當(dāng)代化工, 2015, 44(4): 734—735.

[2] 袁有根, 李峻東, 趙繼勤, 等. 某點(diǎn)火具貯存壽命研究[J]. 火工品, 2007(4): 36—38.

[3] 任慧, 崔慶忠, 焦清介. 黑火藥的熱分解過(guò)程與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)研究[J]. 含能材料, 2007, 15(1): 29—32.

[4] GJB 5309.24—2004, 火工品試驗(yàn)方法.點(diǎn)火壓力-時(shí)間曲線(xiàn)測(cè)定. 第24部分: 點(diǎn)火壓力-時(shí)間曲線(xiàn)測(cè)定[S].

[5] GJB 3653.4—2002, 火工品檢驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)則.點(diǎn)火具和傳火具[S].

[6] GJB 770B, 火藥試驗(yàn)方法[S].

[7] DICKJ J. Shock-wave Behavior in Explosive Moncrystals [J]. Journal de Physiqueiv, 1995.

[8] 柳振江, 王保國(guó), 趙文虎, 等. 黑火藥的防潮改性技術(shù)研究[J]. 火工品, 2015(6): 32—37.

[9] 祝逢春, 胡瑜, 秦志春. 火箭彈電點(diǎn)火具安全性改進(jìn)研究[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2003, 23(5): 82—84.

[10] 趙宜新, 錢(qián)建平, 季正峰. 火箭增程彈延時(shí)點(diǎn)火具研究[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2006, 26(2): 423—425.

[11] 崔慶忠, 馮代英, 任慧. 幾種火箭彈點(diǎn)火具的對(duì)比研究[J]. 火工品, 1998(4): 32—34.

[12] 安剛. 某SCB 點(diǎn)火具貯存性能及失效機(jī)理研究[D]. 南京: 南京理工大學(xué), 2015.

Performance of the Igniter during Storage

LU Gui-e1, LIU Meng-yang2, JIANG Jin-yong1, GE Qiang1, WANG Shao-guang1, JIA Hao-nan1

(1.Mechanical Technical Research Institute, Shijiazhuang 050000, China; 2.Mechanical Engineering Collage, Shijiazhuang 050003, China)

Objective To research the igniter on its ignition pressure changing with the storage time and area. Methods The igniter stored in the north and south area under normal conditions for 5, 10, 15, 19 years was tested for ignition pressure-time relation. Results The ignition pressure first increased and then decreased with the increase of time. The max pressure of the igniter which stored in the north declined about 0.4 MPa; that stored in the south decreased about 0.3 MPa. But the pressure time of the igniter stored in the north was longer than that stored in the south. Conclusion The ignition pressure changes with the storage time and the area, but the variation is allowed. Regional different has certain influences on performance of igniter. Temperature is one of the main factors.

igniter; ignition pressure; storage

10.7643/ issn.1672-9242.2017.06.006

TJ45

A

1672-9242(2017)06-0026-03

2016-12-19；

2017-01-05

路桂娥（1963—），女，山東濟(jì)南人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楹懿牧闲阅軝z測(cè)與評(píng)估。