1.配方组成
不同种类的黑火药的燃烧速度有较大差别。表7-8列举了目前生产的各类黑火药的燃烧速度。
对于同一类黑火药,其燃烧速度随着组成中硝酸钾含量和木炭含量的增加而加快(见表7-9),随着硫黄含量的增加而减慢。当黑火药组成中的硫黄含量固定不变时,增加木炭含量,减少硝酸钾含量可使燃烧速度加快,当木炭含量过高时,可能由于硝酸钾含量低而导致燃烧不完全,放热量减小,表现为燃烧速度降低(见表7-9)。
表7-8 各种黑火药的燃烧速度
表7-9 黑火药的组成与燃速的关系
2.工艺参数
在黑火药中加入回收粉的数量多,或在一定范围内三料混合时间长,都可以加快黑火药的燃烧速度。通过导火索的燃烧试验可见,用纯三料粉制得的导火索比用纯回收粉制得的导火索燃烧速度慢很多(见表7-10)。
表7-10 三料粉、回收粉与燃烧速度的关系
3.密度
当黑火药的密度比较低时,燃烧速度较快,同时燃烧无规律性。这是因为密度小时,药粒(或装药)的内部具有较多的空隙,火焰容易进入空隙内燃烧,此时生成的气体不易排出,由于燃烧面积的扩大,空隙内压力很快增大,以至于药粒或装药破碎,燃烧面积进一步扩大,使燃速加快,同时燃烧的规律性也遭到破坏。粉状黑火药和散装的粒状黑火药密度较小,故燃烧速度较快,燃烧可以很快完成,形成较大的压力和较强的火焰。
当黑火药的密度增大时,燃烧速度明显减慢。密度达到1.90g/cm3以上时,黑火药的燃速几乎保持不变,在0.101MPa下为7～10mm/s,即使在较大的压力下,也能有规律地逐层燃烧,这是黑火药的特点。其原因是当密度较大时,药粒或装药内部空隙很少,火焰只能由表及里逐层传播。
4.粒度
相同密度的黑火药,粒度越大,燃烧速度越慢。这是因为粒度小的黑火药,药粒间的空隙多,接触面积大,火焰容易扩散和传播。而大粒度药粒的火焰传播由表及里地进行,传播速度慢。另外,大粒黑火药的间隙小,比表面积小,燃烧速度也慢(见表7-11)。
表7-11 不同粒度黑火药的燃烧速度
5.水分
在一般情况下,黑火药的燃烧速度随着火药中水分含量的增大而降低(见表7-12)。水分达到一定程度时,可导致熄灭或者不燃烧。但在某个特定的范围内,增加水分含量,其燃烧速度反而增加。(www.xing528.com)
表7-12 水分与燃烧速度的关系
水在黑火药的燃烧过程中是一种惰性物质,不参与燃烧反应,但它的含量对输出特性曲线有较大影响。不同含水量下,黑火药输出压力的变化曲线如图7-13所示。
图7-13 黑火药输出压力与含水量的关系曲线
当含水量较低时,水分吸收反应产生热汽化而使体系比容增加,压力升高；随着含水量的增加,水汽化吸收的热量已明显地影响体系温度的升高,压力开始下降。当含水量为1.7%左右时,黑火药在密闭爆发器中燃烧的输出压力最大。当含水量超过4%时,有些水分来不及汽化,反应就已经停止了,此时黑火药点火压力建立缓慢,已不能作为点火药使用。
6.环境压力
黑火药在低于0.101MPa环境下燃烧时,燃烧速度慢,并且随着压力的减小而减慢(见表7-13)。当压力过小时,黑火药燃烧有熄灭的可能。这是由于压力过小时,火药燃烧的生成物,尤其是大量的气体生成物容易向四周扩散,使火焰温度和药温降低造成的。
表7-13 低于0.101MPa下黑火药的燃烧速度
黑火药的这种性质,对装有黑火药的时间引信有较大的影响。炮弹中的引信在发射状态下处于高度旋转状态,由于离心力的作用,引信内压力降低,黑火药的燃烧速度迅速减小,甚至会熄灭(见表7-14),因此,高过载环境下使用的引信已不再采用黑火药。
表7-14 黑火药燃烧速度与旋转压力的关系
黑火药在高于0.101MPa环境下燃烧时,燃烧速度很快,并随着压力的升高而不断加快(见表7-15)。
表7-15 高于0.101MPa下黑火药的燃烧速度
7.环境温度
黑火药的燃烧速度随着温度的升高而加快。通过某时间药盘的高低温度试验(见表7-16)可见,温度每改变1℃,燃烧时间变化0.025s。当温度从＋60℃下降到-60℃时,燃烧时间增加了3s。
表7-16 温度对燃烧速度的影响
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