传统黑火药(KNO3/C12H4O2/X)体系优化技术

1.KNO3/C12H4O2

对不同组成的KNO3/C12H4O2体系的平衡气相百分数、火药力、爆温的计算结果如图3-8所示。

图3-8　不同组成的KNO3/C12H4O2体系的目标函数

(a)气相百分数-x；(b)fp-x；(c)T-x

从图3-8可见,KNO3的质量百分数为73%～83%时,气体生成物多；80%～83%时,体系的火药力高；80%～87%时,体系的爆温高,当气体生成量、火药力、爆温最高时,点火药的点火能力最强,考虑到燃烧体系处于零氧状态时,可以使产物中的CO转化为CO2,减少有毒气体的生成,据此确定二元体系的配比为(80%～83%)∶(20%～17%)。在此配比下,气相产物占产物总量的46%～48%(组成如图3-9所示),火药力为220～245kJ/kg,定压爆温为1500～1700K。

从图3-9可见,KNO3/C12H4O2体系燃烧气相产物主要有CO、CO2、N2、H2O,其中CO含量约为13.7%,CO2含量约为23.0%,N2含量约为11.3%,H2O含量约为2.1%。

2.KNO3/C12H4O2/S

对不同组成的KNO3/C12H4O2/S体系的平衡气相百分数、火药力、爆温的计算结果如图3-10所示。

图3-9　KNO3/C12H4O2体系燃烧反应气相组成

图3-10　不同组成的KNO3/C12H4O2/S体系的目标函数

(a)气相百分数-x；(b)fp-x；(c)T-x(www.xing528.com)

从图3-10可见,KNO3的质量百分数为51.8%～76.5%,C12H4O2的质量百分数为34.4%～12.9%时,气体生成物最多；KNO3的质量百分数为65.4%～80%,C12H4O2的质量百分数为22.3%～10.0%时,体系的火药力最高；KNO3的质量百分数为70.0%～80.0%,C12H4O2的质量百分数为18.6%～10.0%时,体系的爆温最高。当配比为(70.0%～76.5%)∶(18.6%～10.0%)∶(11.4%～13.5%)时,体系的气体生成物、爆温、火药力最佳。在此配比下,气相产物占产物总量的48%～55%(组成如图3-11所示),火药力为245～260kJ/kg,定压爆温为1525～1775K。

图3-11　KNO3/C12H4O2/S体系燃烧反应气相组成

从图3-11可见,KNO3/C12H4O2/S体系燃烧气相产物主要有CO、SO2、CO2、H2S、N2、H2O、CS2,其中CO的含量为17.8%,SO2的含量为15.5%,CS2的含量为1.2%,CO2的含量为15.5%,H2S的含量为8.1%,N2的含量为6.8%,H2O的含量为1.5%。

3.KNO3/C12H4O2/NC

对不同组成的KNO3/C12H4O2/NC体系的平衡气相百分数、火药力、爆温的计算结果如图3-12所示。

从图3-12可见,KNO3的质量百分数为68.3%～77.3%,NC的质量百分数为2.4%～1.8%时,气体生成物多,CO的生成量少；KNO3的质量百分数为72.6%～87.1%,NC的质量百分数为2.2%～1.2%时,体系的火药力高；KNO3的质量百分数为83.1%～90%,NC的质量百分数为1.5%～1.0%时,体系的爆温高。爆温高,生成NOx的概率增加。当配比为(72.6%～77.3%)∶(25.9%～21.7%)∶(1.5%～1.0%)时,体系的气相产物含量、火药力最佳。在此配比下,气相产物占产物总量的47.5%～49.8%(组成如图3-13所示),火药力为225～243kJ/kg,定压爆温为1488～1625K。

图3-12　不同组成的KNO3/C12H4O2/NC体系的目标函数

(a)气相百分数-x；(b)fp-x；(c)T-x

图3-13　KNO3/C12H4O2/NC体系燃烧反应气相组成

从图3-13可见,KNO3/C12H4O2/NC体系燃烧气相产物主要有CO、CO2、N2、H2O,其中CO的含量为7.2%,CO2的含量为30.5%,N2的含量为11.2%,H2O的含量为9.3%。