CN114213200A - 一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，其选用一种硬而韧的缓燃材料，经过交联固化及模压成型工艺，将其包覆在颗粒粘结模压密实发射药表面。本发明首次提出依托颗粒粘结模压密实发射药有效的力学支撑和缓燃材料一定的力学强度，通过对缓燃材料燃烧时间控制的方法，进而实现并控制颗粒粘结模压密实发射药在膛内阶段点火燃烧。同时，颗粒粘结模压密实发射药具有高燃速、高燃气释放速率的特性，这样在提高发射药能量密度的同时，有益于获得更宏观的阶跃式能量释放渐增特性。进一步地讲，可以控制颗粒粘结模压密实发射药在膛内最大压力后适时燃烧，以对膛内进行有效的能量补偿，实现在膛压基本不变的情况下，火炮初速得到大幅提升。
Description
技术领域
本发明涉及身管武器发射能源领域，具体涉及一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药。
背景技术
火炮作为重要的常规兵器，其装备数量大、应用范围广，在现代战争中具有不可替代的作用。为满足现代战场“高效毁伤、精确打击、快速机动、大纵深宽阵面压制”的作战需要，对火炮性能提出了更高的要求，特别是火炮的初速、射程方面。而提高火炮初速，又是提升火炮射程的主要技术途径。
发射药作为火炮的主要动力能源，如何不断地提高其弹丸初速是发射药技术领域中一项长期的、及其重要的研究课题。国内外学者已经证明，在膛压基本不变的情况下，实现弹丸初速的大幅提高，一方面需要增加发射药的能量密度，另一方面需要实现与之匹配的高能量释放渐增特性。目前，采用的具有高能量密度、高能量释放渐增特性的发射药技术有：高能发射药、密实发射药、包覆钝感发射药、多孔发射药、变燃速发射药等，这些发射药技术对弹丸初速的提升潜力在4%~5%，远不能满足现代战场对火炮初速的要求，迫切需要通过技术创新，实现对初速的进一步提升。
实现大幅提升火炮初速，首先需要考虑其必要条件，即如何最大程度地提高发射药能量密度：将堆积密度高的发射药，以粘结剂辅之，通过模压方法制备成密实的发射药（以下称为颗粒粘结模压密实发射药），该技术是提升发射药能量密度最为显著的途径，提升潜力可以达到40%以上；其次需要考虑其充分条件，即如何实现更高、更为宏观的能量释放渐增特性：在膛内将发射药阶段点火燃烧是行之有效的方法，可以实现更为宏观的阶跃式能量释放渐增特性，这是目前发射药技术不可能达到的效果，技术实现难度较大。可以看出，实现并控制颗粒粘结模压密实发射药在膛内的阶段点火，是大幅提升火炮初速的有效途径。而如何实现并控制颗粒粘结模压密实发射药在膛内的阶段点火燃烧，是科研工作者亟待解决的技术难题。目前未见有相关报道，理论分析认为，该技术有望使火炮初速的提升潜力达到10%以上。
发明内容
本发明的目的是为了解决颗粒粘结模压密实发射药在膛内的阶段点火燃烧问题，获得更为宏观的能量释放渐增特性，而提出的一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，其可控制颗粒粘结模压密实发射药在膛内最大压力后适时燃烧，以对膛内进行有效的能量补偿，使得该发射药对火炮初速的提升能力达到较优状态。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，具体是选用一种硬而韧的缓燃材料，经过交联固化及模压成型工艺，将其包覆在颗粒粘结模压密实发射药表面，包覆层厚度一般为2~4mm。
所述的缓燃材料，其组分配比为：聚叠氮缩水甘油醚10%~20%、端羟基聚醚（PEG）10%~20%、环氧树脂10%~30%、二元醇10%~30%、异氰酸酯20%~40%。
所述的颗粒粘结模压密实发射药，由基体药和粘结剂组成，粘结剂含量为3%~5%；基体药选用任意一种或几种多气孔小粒发射药；粘结剂由乙醇丙酮溶剂（4:1~6:1 v/v）和硝化棉组成浓溶液，溶剂含量为85%~90%；粘结剂含量越高，颗粒粘结模压密实发射药压制密度越大，其燃气释放速率越慢；优选的粘结剂含量、颗粒粘结模压密实发射药压制密度，可有效保证在满足武器膛压限定的基础上，获得更高的颗粒粘结模压密实发射药燃气释放速率。
所述的颗粒粘结模压密实发射药密度为1.4 g/cm3~1.5 g/cm3，其尺寸大小可根据不同的火炮平台进行优选。
本发明的有益效果是：通过缓燃材料对颗粒粘结模压密实发射药进行交联固化式包覆，实现了颗粒粘结模压密实发射药的延迟燃烧，即实现了阶跃式的能量释放渐增特性；通过对缓燃材料组分中端羟基聚醚含量、包覆层厚度的调节，实现了对颗粒粘结模压密实发射药开始燃烧时间的控制；通过对颗粒粘结模压密实发射药粘结剂含量、压制密度的调节，可以实现对颗粒粘结模压密实发射药燃烧性能的控制；针对不同火炮平台，通过对缓燃材料、颗粒粘结模压密实发射药相关参数的优选，可以实现在最大压力后，适时对膛内能量进行有效补偿，使火炮初速得到大幅提升；与现有发射药相比，该发射药对火炮初速的提升能力更显著。
附图说明
图1为圆柱状火炮膛内能量时序补偿固体发射药的结构示意图；
图2为火炮膛内能量时序补偿固体发射药实施例一静态燃烧L-B曲线；
图3为火炮膛内能量时序补偿固体发射药实施例二静态燃烧L-B曲线；
图4为火炮膛内能量时序补偿固体发射药实施例三静态燃烧L-B曲线。
具体实施方式
下面将通过实施例和附图对火炮膛内能量时序补偿固体发射药作进一步的介绍。
实施例一：
一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，是选用一种硬而韧的缓燃材料，经过交联固化及模压成型工艺，将其包覆在圆柱状颗粒粘结模压密实发射药表面制备而成，其结构示意图如图1所示。
制备的缓燃材料组分配比为：聚叠氮缩水甘油醚15%、端羟基聚醚（PEG）10%、环氧树脂25%、二元醇20%、异氰酸酯30%。
制备的圆柱颗粒粘结模压密实发射药，密度为1.4 g/cm3，高为27 mm、直径为20mm。其基体药为多-125发射药；粘结剂含量为3%，粘结剂由85%的乙醇丙酮溶剂（4:1 v/v）和15%的C级硝化棉组成。
制备的缓燃材料包覆层厚度为4 mm。采用密闭爆发器测定本实施例的一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药静态燃烧特性，由主装药单樟6/7发射药和火炮膛内能量时序补偿固体发射药混装进行试验，在0.2 g/cm3的装填密度下测定该发射药的静态燃烧性能，图2为相应的静态燃烧L-B曲线，从图可知实现了颗粒粘结模压密实发射药的延迟燃烧，使得发射药能量释放规律呈现了阶跃式的渐增特性。与一般发射药相比较，其能量释放渐增特性更为宏观、更为显著，达到了发明的目的。
实施例二：
一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，是选用一种硬而韧的缓燃材料，经过交联固化及模压成型工艺，将其包覆在圆柱状颗粒粘结模压密实发射药表面制备而成，其结构示意图如图1所示。
制备的缓燃材料及颗粒粘结模压密实发射药与实施例一相同。
制备的缓燃材料包覆层厚度为2 mm。采用密闭爆发器测定本实施例的一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药静态燃烧特性，由主装药单樟6/7发射药和火炮膛内能量时序补偿固体发射药混装进行试验，在0.2 g/cm3的装填密度下测定该发射药的静态燃烧性能，图3为相应的静态燃烧L-B曲线，从图可知发射药能量释放规律同样呈现为阶跃式的渐增特性。同时，阶跃点由B值0.4提前至0.25，说明实现了对颗粒粘结模压密实发射药延迟燃烧时间的控制，达到了发明的目的。
实施例三：
一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，是选用一种硬而韧的缓燃材料，经过交联固化及模压成型工艺，将其包覆在圆柱状颗粒粘结模压密实发射药表面制备而成，其结构示意图如图1所示。
制备的缓燃材料与实施例一相同。制备的颗粒粘结模压密实发射药，除密度变为1.5 g/cm3、粘结剂含量变为5%，其他参数与实施例一相同。
制备的缓燃材料包覆层厚度为4 mm。采用密闭爆发器测定本实施例的一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药静态燃烧特性，由主装药单樟6/7发射药和火炮膛内能量时序补偿固体发射药混装进行试验，在0.2 g/cm3的装填密度下测定该发射药的静态燃烧性能，图4为相应的静态燃烧L-B曲线，从图可知发射药能量释放规律同样呈现为阶跃式的渐增特性。同时可以发现，阶跃开始后动态活动L变化较缓，说明实现了对颗粒粘结模压密实发射药燃烧性能的控制，达到了发明的目的。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，其特征在于：选用一种硬而韧的缓燃材料，经过交联固化及模压成型工艺，将其包覆在颗粒粘结模压密实发射药表面，包覆层厚度一般为2~4mm；
所述缓燃材料组分配比为：聚叠氮缩水甘油醚10%~20%、端羟基聚醚10%~20%、环氧树脂10%~30%、二元醇10%~30%、异氰酸酯20%~40%；
所述颗粒粘结模压密实发射药由基体药和粘结剂组成，粘结剂含量为3%~5%；其基体药选用任意一种或几种多气孔小粒发射药；其粘结剂由乙醇丙酮溶剂和硝化棉组成浓溶液，溶剂含量为85%~90%。
2.根据权利要求1所述的一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，其特征在于：所述颗粒粘结模压密实发射药密度为1.4 g/cm3~1.5 g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种火炮膛内能量时序补偿固体发射药，其特征在于：所述乙醇丙酮溶剂的体积比为：4:1~6:1。
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