内弹道性能优化策略

黑火药作为点火药广泛应用于中大口径火炮点传火系统中,随着火炮主装药装填密度的增加和射击精度要求的提高,点火系统已由原来的底部点式点火演变为中心传火管轴向点火方式,中心传火管内的主装药为黑火药,传火管的点火压力和轴向点火压力的一致性直接影响到弹丸内弹道性能的一致性,特别是随着高装填密度抛射药的大量使用,传统黑火药的能量密度已不能保证及时、快速点燃抛射药,影响装药的作功效率；另外,黑火药的燃烧速度和作功能力也不能适应传火管线性点火的要求,轴向点火瞬时性、一致性差,极易造成局部点火,形成压力波(同一时刻膛底压力与坡膛压力之差),使内弹道安全性差,容易发生膛炸,危及武器系统的安全,同时影响弹丸的射击精度。

相同条件下(装药量:310g±1.0g),以某中心传火管为对比平台,传统黑火药(KNO3/C12H4O2/S)、酚酞型(KNO3/C20H14O4/NC)及对硝基苯酚型(KNO3/C6H5NO3/NC)无木炭黑火药的典型配方为主装药,进行点火适配性试验,结果如图7-15所示。图中(Ⅰ)为静态测试数据,a、b分别为传火管底部、顶部压力曲线。(Ⅱ)为该结构传火管原理样炮动态射击试验时的膛底(a)、坡膛(b)、压力波(c)曲线。

从静态燃烧输出特性曲线可见,用传统黑火药为主装药时,传火管燃烧一致性差,底部和顶部曲线有较大的差异,而且底部负压差明显,这是由于点火药引燃后,不能同时点燃传火管内全部装药,造成局部压力过高,使药床在燃烧的同时向低压区移动,已燃烧区域的压力急剧下降,并出现负压,随着被挤压药剂燃烧反应的进行,压力迅速升高,并出现二次压力峰,同时负压区压力逐渐升高,直至体系平衡。采用KNO3/C20H14O4/NC、KNO3/C6H5NO3/NC为主装药时,由于药剂的燃烧一致性好,保持了药床的相对稳定,因而两点的压力基本一致,实现了线性点火。

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图7-15　中心传火管输出特性曲线对比图

(a)KNO3/C12H4O2/S；(b)KNO3/C20H14O4/NC；(c)KNO3/C6H5NO3/NC

从膛内压力时间曲线可以看出,由于传统黑火药的燃烧均匀性差,传火管底端的黑火药被引燃后,气体压力冲击黑火药向顶端运动,使顶部药粒堆积,压力猛增,造成传火管不同部位输出压力值相差大,最大负压差达-100MPa,形成膛内压力波。以KNO3/C20H14O4/NC、KNO3/C6H5NO3/NC作主装药时,由于药粒燃烧一致性好,火焰传播速度快,大量灼热燃烧的粒子在点火瞬间喷射入抛射药床,加速了发射装药的全面引燃,膛底与坡膛压力几乎同步增长,没有尖峰与陡变,负压差降至-10～-20MPa,是较为理想的内弹道压力曲线。