JP2014185792A - Propellant powder ignition primer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機関砲などの中口径砲、戦車砲などの大口径砲等の弾薬に用いられる発射薬点火用火管に関する。 The present invention relates to a gun for igniting a propellant used for ammunition such as a medium caliber gun such as a machine gun and a large caliber gun such as a tank gun.
一般的にこの種の弾薬1は、図1に示すように有底筒状の薬莢10と、薬莢10の先端開口部に固定された弾丸11と、薬莢10内に充填された発射薬12と、薬莢10内後端(底部)に配設された、発射薬点火用の火管20とによって構成されている。火管20は、図2に示すように、周壁に複数の貫通孔(フラッシュホール)22を有する中空筒状の火管体21と、火管体21の内部に充填された点火薬23と、点火薬23を点火するため火管20の後端(底部)に配設された雷管24とを有する。そして、雷管24の発火によって点火薬23が点火されると、火管体21のフラッシュホール22から点火薬23の燃焼ガスが噴出され、発射薬12が点火され、その燃焼ガスによって弾丸11が発射される。従来では、粒状の点火薬が一般的に使用されている。
Generally, this type of
しかしながら、この種の火管では、火管先端部に異常燃焼圧力が発生して火管先端部が破損する問題があった。詳しくは、雷管の点火によって火管後端部から火管先端部に向かって伝播する点火薬の燃焼波が発生する。このとき、火管内に軸方向(燃焼波の進行方向)に連続した空間を有しない場合は、火炎が未燃点火薬によって遮られるため、燃焼波は、当該燃焼波より前方の未燃点火薬を圧縮しながら進行する。この結果、燃焼波が火管先端部に近づくにつれて点火薬の充填密度が増加する。さらに、点火薬には、点火薬の燃焼速度をr、点火薬周囲の圧力をP、係数をa,nとした場合、r=a・P^nで表される圧力依存性があり、点火薬の燃焼速度は点火薬周囲の圧力が増加すると指数関数的に増加する。そのため、点火薬の充填密度の増加と点火薬燃焼速度の増加とが相まって、火管先端側へ燃焼波が進行するにつれて、燃焼波近傍の燃焼圧力が増加する。最終的に、火管先端部では数百MPa以上の異常燃焼圧力が発生して、火管先端部が破損することがある。 However, this type of fire tube has a problem that an abnormal combustion pressure is generated at the tip of the fire tube and the tip of the fire tube is damaged. Specifically, a combustion wave of an igniting agent that propagates from the rear end of the fire tube toward the front end of the fire tube is generated by ignition of the detonator. At this time, if there is no space continuous in the axial direction (combustion wave traveling direction) in the fire tube, since the flame is blocked by the unburned ignition agent, the combustion wave compresses the unburned ignition agent ahead of the combustion wave. While proceeding. As a result, the filling density of the igniting agent increases as the combustion wave approaches the tip of the fire tube. Furthermore, the igniter has a pressure dependency represented by r = a · P ^ n, where r is the combustion rate of the igniter, P is the pressure around the igniter, and a and n are coefficients. The explosive burning rate increases exponentially as the pressure around the igniter increases. Therefore, an increase in the filling density of the igniting agent and an increase in the igniting agent combustion speed are combined, and the combustion pressure in the vicinity of the combustion wave increases as the combustion wave advances toward the tip of the fire tube. Eventually, an abnormal combustion pressure of several hundred MPa or more is generated at the tip of the fire tube, and the tip of the fire tube may be damaged.
一方、発射薬の異常圧力(差圧)の抑制や、低温使用時の発射薬への点火性能改善等を目的とした技術として、下記特許文献1〜5が提案されている。特許文献1では、火管先端側のフラッシュホールの孔径を後端側の孔径より大きくしたり、火管先端側のフラッシュホールの孔径を火管の長さ方向に傾けている。特許文献2では、火管体の内部に内筒を設けた内外二重構造として、内筒と火管体との間に点火通路を設けている。特許文献3では、火管長さを薬莢長さの0.3〜0.7倍とし、フラッシュホールのトータル孔面積を薬莢外周面の面積の0.01〜0.04倍とし、且つ火管外周面の面積1平方センチメートル当たりの孔数を0.3〜1.0個としている。特許文献4では、点火薬の長さを火管長よりも大きい棒状或いは管状形状として、点火薬を可燃性保持部に固定すると共に、火管を可燃性保持部の火管挿通用孔に通して配置している。特許文献5では、フラッシュホールを火管体の先端部に偏在するように設けられている。なお、特許文献1〜3には、棒状の点火薬を使用し得ることも記載されている。
On the other hand,
特許文献1〜5では発射薬の均一な燃焼等を図っているが、火管内の異常燃焼圧力による火管の破損については特に着目していない。特許文献1,3,5では、フラッシュホールの孔径や開口位置を調整するなどしているが、フラッシュホールを調整するのみでは火管内の異常燃焼圧力には対応できない。特許文献2では、火管を内外二重構造にして内筒と火管体(外筒)との間に軸方向の連続空間を設けているが、点火薬が充填されている収容空間には連続空間は存在しないので、火管内の異常燃焼圧力の解決には至らない。特許文献4でも、点火薬を火管体よりも長くしているのみであり、やはり火管内の異常燃焼圧力の解決には至らない。
一方、火管の破損を回避する方法として、単純には点火薬量を減少させる方法が考えられる。しかしながら、点火薬量を減少すると発射薬を点火させるために必要な点火薬燃焼ガス量が減少するため、発射薬の燃焼挙動が不安定となり、点火遅れの発生や不発の原因となる。 On the other hand, as a method for avoiding damage to the fire tube, a method of simply reducing the amount of the ignition charge is conceivable. However, if the amount of the igniting agent is reduced, the amount of the igniting agent combustion gas necessary for igniting the propellant is reduced, so that the combustion behavior of the propellant becomes unstable, causing an ignition delay or a failure.
そこで、本発明者らは上記異常燃焼圧力の発生に起因する火管の破損を回避する方法を鋭意検討の結果、点火薬が充填される火管の内部空間において、点火薬の間に隙間を形成して点火薬燃焼波の進行経路を確保することで、上記課題を解決することができることを知見し、本発明を成すに至った。すなわち、本発明の目的は、点火薬の異常燃焼圧力を抑制して火管の破損を防止できると共に、発射薬の点火遅れや不発をも回避できる、発射薬点火用火管を提供することにある。 Therefore, as a result of intensive investigations on a method for avoiding damage to the fire tube due to the occurrence of the abnormal combustion pressure, the present inventors have found a gap between the sparks in the internal space of the fire tube filled with the sparks. It has been found that the above problem can be solved by forming and securing the traveling path of the ignition powder combustion wave, and the present invention has been achieved. That is, an object of the present invention is to provide a gun for igniting a propellant that can suppress an abnormal combustion pressure of the igniter and prevent the fire tube from being damaged, and can also avoid the ignition delay and misfire of the propellant. is there.
そのための手段として、本発明は、先端部に弾丸が固定された薬莢の内部に充填された発射薬に点火するため、前記薬莢内後端に配設される発射薬点火用火管であって、周壁に複数の貫通孔を有する中空筒状の火管体の内部に、棒状の点火薬が前記火管体の軸方向に沿って複数本充填されており、前記点火薬の総体積は、前記火管体の内部空間容積の25〜75%であり、前記火管体の内部空間には、軸方向に連続する空間を有することを特徴とする。 As a means for this, the present invention is a propellant ignition tube disposed at the rear end of the cartridge case for igniting the propellant charged in the inside of the cartridge case with a bullet fixed to the tip. In the hollow tubular fire tube body having a plurality of through holes in the peripheral wall, a plurality of rod-shaped igniters are filled along the axial direction of the fire tube body, and the total volume of the igniter is It is 25 to 75% of the internal space volume of the fire tube body, and the internal space of the fire tube body has a space continuous in the axial direction.
このとき、前記点火薬の長さは前記火管体の内部空間長さの45%以上とし、前記点火薬のアスペクト比(長さ/直径)は10以上とすることが好ましい。 At this time, the length of the igniting agent is preferably 45% or more of the internal space length of the fire tube body, and the aspect ratio (length / diameter) of the igniting agent is preferably 10 or more.
本発明によれば、点火薬を棒状(長尺状)に形成したうえで、その充填率を75%以下とすることで、各点火薬間に隙間が形成されて軸方向に連続する空間が生じる。これにより、点火薬燃焼波の進行経路が確保されることで、未燃点火薬が燃焼波に押圧されることがなくなり、火管内において異常燃焼圧力の発生が抑制され、火管の破損が防止される。一方、点火薬の充填率を25%以上としているので、発射薬の点火遅れや不発が発生することもない。 According to the present invention, after the igniting agent is formed in a rod shape (long shape), and the filling rate is 75% or less, a space is formed between the igniting agents and an axially continuous space is formed. Arise. As a result, the traveling path of the igniter combustion wave is secured, so that the unburned igniter is not pressed by the combustion wave, the occurrence of abnormal combustion pressure in the fire tube is suppressed, and the fire tube is prevented from being damaged. The On the other hand, since the filling rate of the igniting agent is 25% or more, there is no occurrence of ignition delay or misfire of the propellant.
点火薬の長さが火管体の内部空間長さの45%以上で、点火薬のアスペクト比が10以上であれば、確実に軸方向に連続する空間を形成することができ、火管の破損をより確実に防止することができる。 If the length of the igniting agent is 45% or more of the internal space length of the fire tube body and the aspect ratio of the igniting agent is 10 or more, a space continuous in the axial direction can be surely formed. Damage can be prevented more reliably.
以下に、本発明の代表的な実施態様について説明する。本発明の火管は、機関砲などの中口径砲や、戦車砲などの大口径砲等の弾薬において、弾丸を発射する発射薬に点火するため薬莢の内部に発射薬と共に配設されるものである。 Hereinafter, typical embodiments of the present invention will be described. The fire tube of the present invention is arranged with a propellant in a cartridge case to ignite a propellant that fires a bullet in an ammunition such as a medium caliber gun such as a cannon or a large caliber gun such as a tank gun. It is.
図1に示すように、弾薬1は、有底筒状の薬莢10と、薬莢10の先端開口部に嵌合固定された弾丸(飛翔体)11と、薬莢10内に充填された複数個の発射薬12と、薬莢10内に配設された火管20とによって構成されている。符号13は、弾丸11の外周面に設けられた弾帯である。火管20は、薬莢10の底壁の径方向中央部に螺合され、薬莢10内の後端から先端側に向けて軸方向に延在している。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態の火管20は、図2に示すように、先端及び後端が開口する中空円筒状の火管体21と、火管体21内の収容空間に充填された点火薬23と、火管体21の先端開口を閉塞する塞栓25と、火管体21の後端を閉塞する雷管支持体26とを有する。なお、塞栓25と火管体21とを一体的に有する火管体、すなわち後端が開口する有天筒状の火管体を使用することも可能である。
As shown in FIG. 2, the
火管体21の周壁には、点火薬23の燃焼ガスを外部に放出するフラッシュホールとして、複数個の貫通孔が穿設されている。火管体21の材質は特に制限されず、従来からこの種の火管において使用されているいずれの材質も使用できる。例えば、鉄、真鍮、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属材料、パルプとニトロセルロースとを主成分とする焼尽性材料などが挙げられる。火管体21の強度、加工性、及び取扱性を考慮すれば金属材料が好ましく、中でも鉄及び真鍮が好ましい。
A plurality of through holes are formed in the peripheral wall of the
塞栓25は、点火薬23を封止するため、火管体21の先端開口部に螺合されている。塞栓25も火管体21と同様の材質であればよく、その形状も特に限定されない。具体的には、平板状、外面が凸となる円錐台状、円錐状、及び外面が凸となる半球状等の形状が挙げられる。外面が凸となる形状であれば、薬莢10内に予め発射薬12を充填した後から、火管20を薬莢10内に挿入する場合に挿入し易い。図2には、平板状の塞栓25を図示している。
The
雷管支持体26も、火管体21と同様の材質とすればよい。雷管支持体26は、火管体21よりも一回り径大な有底円筒状であり、火管体21の後端部に螺合されている。そのうえで、雷管支持体26内の径方向中央部には、点火薬23を点火するための雷管24が配設されている。雷管24は、電気信号または撃発衝撃によって発火する。
The
点火薬23は、雷管24の発火により瞬時に燃焼を開始することができる薬剤である。点火薬23の材料としては特に制限されず、この種の火管において従来から使用されているいずれの材料でも使用できる。具体的には、ベナイト、黒色火薬、ボロン硝石、無煙火薬等から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。中でも、発射薬12への着火性や取扱性を考慮すれば、ベナイト及び黒色火薬が好ましい。なお、ベナイトは、ニトロセルロース、硝酸カリウム、硫黄、木炭及びエチルセントラリットを含有する組成物である。
The igniting
点火薬23の形状は、少なくとも火管体21の内径より長尺な棒状とする。棒状であればその断面形状は特に制限されず、円形や楕円形のほか、四角形や六角形などの多角形とすることができる。中でも、各点火薬23の間に隙間(後述の連続空間K)を形成するためには、円形又は楕円形が好ましい。そのうえで、点火薬23は、図2,3に示すように、火管体21の内部空間へ火管20の軸方向に沿って複数本充填される。
The shape of the igniting
このとき、点火薬23の充填率(点火薬23の総体積/火管体21の内部空間容積×100)は、25〜75%、好ましくは35〜75%とする。これにより、各点火薬23の間に隙間が生じ、火管体21の内部空間(点火薬23の収容空間)には、後端から先端に至る軸方向に連続する空間Kが形成される。点火薬23の充填率が25%未満では、発射薬12への点火遅れや不発が生じる可能性がある。一方、点火薬23の充填率が75%を超えると、各点火薬23の間に隙間が生じ難くなる。
At this time, the filling rate of the igniting agent 23 (total volume of the igniting
また、点火薬23の長さは、火管体21の内部空間長さの45%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上とする。点火薬23の長さが火管体21の内部空間長さに対して45%未満では、火管体21内に軸方向に連続する空間を形成し難い。点火薬23の長さの上限は、火管体21の内部空間長さに対して100%である。
The length of the igniting
点火薬23の直径は特に制限されず、火管体21の耐圧強度、フラッシュホール22の直径や個数、及び点火薬23の組成等に応じて適宜設定すればよい。但し、点火薬23のアスペクト比(長さ/直径)が10以上、好ましくは20以上、より好ましくは40以上となるように設定する。点火薬23のアスペクト比が10未満では粒状に近くなり、火管体21内に軸方向に連続する空間を形成し難くなる。
The diameter of the igniting
このような火管20を備える弾薬1においては、雷管24の発火によって点火薬23が点火されると、火管体21のフラッシュホール22から点火薬23の燃焼ガスが噴出される。これにより発射薬12が点火され、その燃焼ガスによって弾丸11が発射されることになる。このとき、火管20内においては、各点火薬23の間に隙間が形成されており、火管体21の内部空間には軸方向に連続する空間Kを有する。したがって、点火薬23が点火されても、その燃焼の進行経路が確保されているので、火管20内において異常な燃焼圧力の発生が抑制され、火管の破損が防止される。
In the
以下に、本発明の具体的な実施例等について説明するが、本発明はこれらに限られるものではない。点火薬には、ニトロセルロースを40重量%、硝酸カリウムを44.3重量%、硫黄を6.1重量%、木炭を9.1重量%、及びエチルセントラリットを0.5重量%含有するベナイトを使用した。そして、捏和(ねつか)、圧伸、裁断、及び乾燥の工程からなる公知の溶剤圧伸法を用いて、円形断面形状の点火薬を製造した。発射薬の寸法は、後述する実施例、比較例にあわせて直径D=2〜5mm、長さL=2〜350mmとした。 Specific examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. The igniter includes benite containing 40% by weight of nitrocellulose, 44.3% by weight of potassium nitrate, 6.1% by weight of sulfur, 9.1% by weight of charcoal, and 0.5% by weight of ethyl central. used. And the ignition agent of circular cross-sectional shape was manufactured using the well-known solvent drawing method which consists of a process of kneading, drawing, cutting, and drying. The dimensions of the propellant were set to a diameter D = 2 to 5 mm and a length L = 2 to 350 mm in accordance with Examples and Comparative Examples described later.
火管体の寸法は内部長さ105〜400mm、内部直径12〜17mmとし、側面の厚みは5mmとした。フラッシュホールの直径は3mmとし、火管の長さ方向に20mm毎に千鳥状に配置した。後述する雷管支持体と勘合するねじ部の長さは12mmとし、ねじのピッチは1.5mmとした。また、塞栓と勘合するねじ部の長さは12mmとし、ねじのピッチは1.5mmとした。火管体の材質にはS45Cを使用した。 The dimensions of the fire tube were an internal length of 105 to 400 mm, an internal diameter of 12 to 17 mm, and a side thickness of 5 mm. The diameter of the flash holes was 3 mm, and the flash holes were arranged in a zigzag pattern every 20 mm along the length of the fire tube. The length of the screw part to be fitted with a detonator support described later was 12 mm, and the screw pitch was 1.5 mm. Moreover, the length of the screw part fitted with the embolus was 12 mm, and the pitch of the screw was 1.5 mm. S45C was used for the material of the fire tube.
雷管支持体には電気発火式雷管を組み込み、雷管内には0.5gの黒色火薬を装填した。火管体と勘合するねじ部の寸法は上述の通りとした。雷管支持体の材質にはS45Cを使用した。塞栓は円板状のものとした。火管体と勘合するねじ部の寸法は上述の通りとした。塞栓の材質にはS45Cを使用した。 An electric ignition type detonator was incorporated in the detonator support, and 0.5 g of black powder was loaded in the detonator. The dimensions of the screw part to be fitted with the fire tube were as described above. S45C was used as the material for the detonator support. The embolus was disc-shaped. The dimensions of the screw part to be fitted with the fire tube were as described above. S45C was used as the embolization material.
続いて、図4を参照しながら、破裂板ボンブ31を用いた破裂板ボンブ試験について説明する。破裂板ボンブ31は、金属製の破裂板32の破断によって発射薬12の燃焼を中断させるものであり、破裂板32が破断するまでの圧力領域内における燃焼挙動を取得することができる試験装置である。ボンブ本体33は有底円筒状に形成され、その底壁34の内面中心部には火管20が固着されている。ボンブ本体33の開口端部には、その開口端部を塞ぐように破裂板32が配置され、該破裂板32はほぼ円筒状に形成された破裂板押え部材36にてボンブ本体33に固定されている。ボンブ本体33内には容積が約9500ml(直径150mm、深さ550mm)である燃焼空間37が設けられ、その燃焼空間37には発射薬12が装填されている。また、火管20の雷管には、電気ケーブル38が配線されている。
Next, a rupture disc bomb test using the
ボンブ本体33の周体39の中間部には圧力変換器40が取り付けられ、圧力変換器40が燃焼空間37に連通されている。そして、発射薬12が燃焼した際の燃焼時間(ms)と燃焼圧力(MPa)との関係を圧力変換器40を介してオシロスコ−プ(図示せず)にて計測した。点火信号時間を0とし、破裂板ボンブ内最大圧力値の10%到達時間を点火遅れ時間として求めた。
A
破裂板ボンブ31に充填する発射薬12としては、代表的なM30組成とした。具体的には、ニトロセルロースを28重量%、ニトログリセリンを22.5重量%、ニトログアニジンを47.7重量%、安定剤を1.5重量%、及び消炎剤を0.3重量%含有する組成とした。発射薬12は、捏和(ねつか)、圧伸、裁断、及び乾燥の工程からなる公知の溶剤圧伸法を用いて、7孔円形断面形状に製造した。各発射薬12の寸法は、直径D=14mm、長さL=14mm、貫通孔の直径=0.5mmとした。そのうえで、表1に示す寸法の火管体及び点火薬を用いて、下記の要領で発射薬点火用火管を評価した。その結果も表1に示す。
The
[火管の破損の評価方法]
火管単体での燃焼試験を実施して評価した。火管の雷管支持体を万力で固定し、雷管の発火に必要な電流を与えて火管を燃焼させた。判定基準としては、火管体、雷管支持体、及び塞栓に変形・破損が無いものを良(○)とし、変形・破損が有るものを不良(×)とした。
[Evaluation method of fire tube damage]
A fire test with a single fire tube was conducted and evaluated. The detonator support of the fire tube was fixed with a vise, and the current was required to ignite the detonator to burn the fire tube. As criteria for judgment, fire tubes, detonator supports, and emboli with no deformation / breakage were judged as good (◯), and those with deformation / breakage were judged as poor (×).
[点火遅れの評価方法]
破裂板ボンブ試験で点火遅れを評価した。点火遅れ時間が200ms未満のものを良(○)とし、200ms以上のものを不良(×)とした。なお、火管単体での燃焼試験で破損が生じたものは未評価(−)とした。
[Evaluation method of ignition delay]
The ignition delay was evaluated by a rupture disc bomb test. Those with an ignition delay time of less than 200 ms were judged as good (◯), and those with an ignition delay of 200 ms or more were judged as bad (×). In addition, the thing which a failure | damage occurred in the combustion test with the fire pipe single-piece | unit was set as un-evaluated (-).
表1の結果からわかるように、実施例1〜4では、点火薬間に連続した空間を有するため火管の破損が発生していないと共に、点火遅れ時間は200ms未満に抑制されていることが確認された。 As can be seen from the results in Table 1, in Examples 1 to 4, since there is a continuous space between the igniting agents, the fire tube is not damaged, and the ignition delay time is suppressed to less than 200 ms. confirmed.
これに対し、比較例1は軸方向に連続する空間が無いため、火管先端部で異常圧力が発生して火管が破損した。比較例2では比較例1よりも点火薬の寸法を大きくしたが、比較例1と同様に火管が破損した。比較例3は比較例1よりも点火薬の長さを長くしたが、比較例1と同様に火管が破損した。比較例4は点火薬を少なくして火管の破損を回避できたが、点火遅れ時間が200ms以上となり、点火性能が不十分であった。比較例5でも、比較例1と同様に火管が破損した。 On the other hand, in Comparative Example 1, since there was no space continuous in the axial direction, abnormal pressure was generated at the tip of the fire tube, and the fire tube was damaged. In Comparative Example 2, the size of the igniting agent was made larger than that in Comparative Example 1, but the fire tube was damaged as in Comparative Example 1. In Comparative Example 3, the length of the ignition agent was made longer than that in Comparative Example 1, but the fire tube was broken in the same manner as Comparative Example 1. In Comparative Example 4, it was possible to avoid damage to the fire tube by reducing the amount of ignition agent, but the ignition delay time was 200 ms or more, and the ignition performance was insufficient. In Comparative Example 5, as in Comparative Example 1, the fire tube was damaged.
1 弾薬
10 薬莢
11 弾丸
12 発射薬
20 火管
21 火管体
22 フラッシュホール
23 点火薬
24 雷管
25 塞栓
26 雷管支持体
31 破裂板ボンブ
32 破裂板
40 圧力変換器
K 連続空間
1
Claims (2)
周壁に複数の貫通孔を有する中空筒状の火管体の内部に、棒状の点火薬が前記火管体の軸方向に沿って複数本充填されており、
前記点火薬の総体積は、前記火管体の内部空間容積の25〜75%であり、
前記火管体の内部空間には、軸方向に連続する空間を有することを特徴とする、発射薬点火用火管。 In order to ignite a propellant filled in a cartridge case with a bullet fixed to the tip, a propellant ignition tube disposed at the rear end of the cartridge case,
Inside the hollow tubular fire tube body having a plurality of through holes in the peripheral wall, a plurality of rod-shaped ignition powders are filled along the axial direction of the fire tube body,
The total volume of the igniting agent is 25 to 75% of the internal space volume of the fire tube,
The propellant-igniting fire tube having an axially continuous space in the internal space of the fire tube body.
前記点火薬のアスペクト比が10以上である、請求項1に記載の発射薬点火用火管。
The length of the ignition powder is 45% or more of the internal space length of the fire tube body,
The propellant-ignited fire tube according to claim 1, wherein the aspect ratio of the igniter is 10 or more.
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