自然儲存過程中點火具性能變化規(guī)律研究

路桂娥，劉萌陽，江勁勇，葛強，王韶光，賈昊楠

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自然儲存過程中點火具性能變化規(guī)律研究

路桂娥1，劉萌陽2，江勁勇1，葛強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）

目的研究點火具的點火壓力隨儲存時間、地區(qū)的變化規(guī)律。方法對在正常儲存條件下分別儲存于北方和南方地區(qū)，儲存年限分別為5，10，15，19年的某型點火具進行點火壓力-時間關(guān)系試驗。結(jié)果點火壓力隨時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)儲存的點火具的最大壓力時間要長于在南方地區(qū)儲存的點火具最大壓力時間。結(jié)論點火具在長時間儲存和不同地區(qū)儲存的參數(shù)會發(fā)生變化，但是參數(shù)的變化在允許的范圍之內(nèi)，地區(qū)的差異會對點火具的性能產(chǎn)生一定的影響，影響的主要因素之一是溫度。

點火具；點火壓力；儲存

點火具是火箭發(fā)動機的點火裝置，內(nèi)裝點火黑藥。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]。因此在長期儲存過程中其點火性能是否下降，是否隨儲存環(huán)境的變化而影響發(fā)動機的可靠點火是值得關(guān)注的問題。為此進行了點火具性能變化的規(guī)律研究。

1 試驗

1.1 試驗設(shè)計

為保證測試數(shù)據(jù)接近真實發(fā)動機的發(fā)火狀態(tài)，通過計算內(nèi)彈道發(fā)動機內(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)動機連接。點火性能測試條件：導(dǎo)爆管、起爆器9373廠提供；靜試發(fā)動機245廠加工制作；假藥柱245廠加工制作。

1.2 測試原理及方法

根據(jù)GJB 770B 中關(guān)于的內(nèi)彈道測試方法和GJB 5309.24—2004《火工品試驗方法》中關(guān)于點火壓力-時間曲線測定具體要求進行試驗。

1.2.1 測試原理

對裝在測壓容器內(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，使其輸出和壓力對應(yīng)的電信號，經(jīng)過放大，由記錄系統(tǒng)處理給出-曲線[4]。

1.2.2 測試方法

分別對自然條件下在北方儲存5，10，15，19年和在南方儲存6，9，12，18，20，22年的試驗用點火具進行點火壓力測試，每組5發(fā)。軟件會同步繪制出壓力隨時間的變化曲線[5—6]。根據(jù)繪制出來的圖像，以曲線上壓力坐標最高點為最大壓力m，對應(yīng)的時間為最大壓力時間m。

最大壓力根據(jù)式（1）或（2）計算。

(1)

式中：Δm為-曲線上最高點電壓的有效值，V；P為靜壓標定時，ΔU對應(yīng)的壓力值，MPa；P－1為靜壓標定時，對應(yīng)的壓力值，MPa。

其中K根據(jù)式（3）計算:

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

最大壓力平均值根據(jù)式（4）計算：

2 結(jié)果與分析

根據(jù)測試結(jié)果和利用最大平均壓力值公式進行計算，得出的測試結(jié)果如圖1所示。壓力曲線如圖2所示。

圖1 點火具測試結(jié)果

圖2 壓力曲線

從圖2可以看出，最大壓力平均值可以隨著儲存時間年限的增加，無論在南方還是北方，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]。分析認為，隨著儲存時間的延長，點火藥盒內(nèi)的點火黑藥發(fā)生了分解脫硝，能量有所下降。對比圖2兩個曲線可以看到，在南方儲存的點火壓力要高于北方。南方地區(qū)在10年至20年之間有一個上升的過程，但是總體趨勢是減小的。分析認為，由于長時間的儲存，能量物質(zhì)產(chǎn)生分解，會使得點火壓力下降，但是由于溫度作用，點火藥里邊水分子交換頻繁，使得點火藥內(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，最終對外表現(xiàn)為點火壓力的上升。10年至20年間能量物質(zhì)分解不嚴重，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)點火壓力先增大后減小的現(xiàn)象。從圖3可以看出，南方儲存的對應(yīng)的m值比北方小。分析認為，吸附和毛細作用都是放熱的過程，溫度升高使得水分的平均動能增大，吸濕性會由于吸附和毛細作用的減小而減小[8—9]。南方溫度比北方高，溫度高加快了水分子的動能，使得點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，引起燃速和點火壓力的增加。燃速的增加直接導(dǎo)致了作用時間的減小，這與南方和北方地區(qū)的壓力曲線剛好相符。

同時點火藥中含水量的多少對于點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，超過一定范圍，最大壓力隨著含水量的增加而減少[10—11]。通過對選取的所有批次進行組分測定發(fā)現(xiàn)，水分的質(zhì)量分數(shù)都在3%左右，相差不大。點火藥盒內(nèi)部的相對濕度也是影響性能的一個因素[12]。點火藥盒密閉的內(nèi)部環(huán)境與生產(chǎn)時期的當(dāng)時環(huán)境有關(guān)，通過查找各個批次彈藥的履歷書，發(fā)現(xiàn)所選取的批次溫濕度數(shù)據(jù)基本接近，因此認為內(nèi)環(huán)境的相對濕度對點火具的性能影響可以不予考慮。

3 結(jié)論

1）經(jīng)過長時間的存儲，點火具依舊可以正常發(fā)揮作用，有效點火。點火壓力雖然有所下降，但是下降的不明顯。在儲存過程中有能量物質(zhì)的分解是點火壓力下降的主要原因。

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

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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，山東濟南人，高級工程師，主要研究方向為含能材料性能檢測與評估。