酚酞型黑火药体系优化改为：优化黑火药的酚酞型体系

1.KNO3/C20H14O4

对不同组成的KNO3/C20H14O4体系的平衡气相百分数、火药力、爆温的计算结果如图3-14所示。

图3-14　不同组成的KNO3/C20H14O4体系的目标函数

(a)气相百分数-x；(b)fp-x；(c)T-x

从图3-14可见,KNO3的质量百分数为69%～75%时,气体生成物最多；KNO3的质量百分数为70%～83%时,体系的火药力最高；KNO3的质量百分数大于77%时,体系的爆温最高,当气体生成量、火药力、爆温最高时,点火药的点火能力最强,结合零氧平衡时CO、NOx生成量最少的原则,确定二元体系的配比为(77%～83%)∶(23%～17%)。在此配比下,气相产物占产物总量的42%～48%(组成如图3-15所示),火药力为250～280kJ/kg,定压爆温为1500～1700K。

图3-15　KNO3/C20H14O4体系燃烧反应气相组成

从图3-15可见,KNO3/C20H14O4体系燃烧气相产物主要有CO、CO2、N2、H2O,其中CO的含量为16.0%,CO2的含量为23.5%,N2的含量为12.7%,H2O的含量为5.3%。

2.KNO3/C20H14O4/S

对不同组成的KNO3/C20H14O4/S体系的平衡气相百分数、火药力、爆温的计算结果如图3-16所示。

从图3-16可见,KNO3的质量百分数为57.8%～70.2%,C20H14O4的质量百分数为29.1%～19.8%时,气体生成物多；KNO3的质量百分数为62.5%～81.4%,C20H14O4的质量百分数为25.7%～11.3%时,体系的火药力高；KNO3的质量百分数为69.4%～84.9%,C20H14O4的质量百分数为20.4%～8.8%时,体系的爆温高。考虑到气相组成中含有的CO、SOx等有毒物质,可增加KNO3含量以提高爆温,促进CO的转化。当配比为(69.4%～81.4%)∶(20.4%～11.3%)∶(10.2%～7.3%)时,体系的火药力、爆温最高。在此配比下,气相产物占产物总量的37.0%～51.6%(组成如图3-17所示),火药力为255～300kJ/kg,定压爆温为1659～1900K。

图3-16　不同组成的KNO3/C20H14O4/S体系的目标函数

(a)气相百分数-x；(b)fp-x；(www.xing528.com)

图3-16　不同组成的KNO3/C20H14O4/S体系的目标函数(续)

(c)T-x

图3-17　KNO3/C20H14O4/S体系燃烧反应气相组成

从图3-17可见,KNO3/C20H14O4体系燃烧气相产物主要有CO、SO2、CO2、N2、H2O,其中CO的含量为3.0%,SO2的含量为7.5%,CO2的含量为23.0%,N2的含量为11.0%,H2O的含量为1.6%。

3.KNO3/C20H14O4/NC

对不同组成的KNO3/C20H14O4/NC体系的平衡气相百分数、火药力、爆温的计算结果如图3-18所示。

图3-18　不同组成的KNO3/C20H14O4/NC体系的目标函数

(a)气相百分数-x；(b)fp-x；(c)T-x

从图3-18可见,KNO3的质量百分数为58.4%～78.8%,NC的质量百分数为3.1%～1.7%时,气体生成物最多,CO的含量较少；KNO3的质量百分数为65.8%～79.3%,NC的质量百分数为2.6%～1.7%时,体系的火药力最高；KNO3的质量百分数为78.8%～90%,NC的质量百分数为1.8%～1.0%时,体系的爆温最高。若KNO3含量增加,则体系氮含量增加,爆温升高,气相产物中有NOx生成的概率增加,当配比为(65.8%～78.8%)∶(31.6%～19.5%)∶(2.6%～1.7%)时,体系气相产物含量、火药力最高,在此配比下,气相产物占产物总量的51.5%～53.8%(组成如图3-19所示),火药力为256～286kJ/kg,定压爆温为1238～1463K。

从图3-19可见,KNO3/C20H14O4/NC体系燃烧气相产物主要有CO2、N2、H2O,其中CO2的含量为38.1%,N2的含量为11.8%,H2O的含量为1.7%。

图3-19　KNO3/C20H14O4/NC体系燃烧反应气相组成