AN对枪炮二次焰的影响

郑东升

（中北大学化工与环境学院，山西 太原 030051）

AN对枪炮二次焰的影响

郑东升

（中北大学化工与环境学院，山西 太原 030051）

枪炮二次焰的形成与燃烧产物中还原性气体息息相关。采用最小自由能法理论计算了硝酸铵发射药燃气组成随硝酸铵的变化。气相色谱分析表明，随着硝酸铵的增加，还原性气体含量大幅下降；30毫米火炮炮口焰参数表明，炮口火焰强度降低了42.37%。因此，硝酸铵能有效抑制二次焰的形成。

AN；二次焰；发射药；还原性气体

1 引言

二次焰是因为未燃尽的火药可燃产物与卷入空气中的氧气重新点火发生爆燃引起的一种十分有害的现象，研究表明，燃烧产物中可燃性气体成分愈多，产生二次焰的可能性愈大[1]。本文从形成二次焰的机理[2]出发，理论计算了硝酸铵对还原性气体的影响，并通过实验验证了硝酸铵（AN）能有效降低有害气体，抑制二次焰的形成。

2 理论计算

单基发射药配方为：硝化棉（NC,94.7%N），二苯胺1.5%，石墨0.2%，水（外挥）1.2%，乙醇（内挥）0.9%，樟脑1.5%。保持单基发射药的百分比组成不变，逐渐增加硝酸铵的含量，采用最小自由能法程序计算燃烧后产物中还原性气体的变化情况，计算结果见图1：

图1 AN对还原性气体浓度的影响

由图1可以看出随着硝酸铵含量的逐渐增加，还原性气体浓度逐渐减小，CH4的浓度几乎为零。当硝酸铵含量达到60%以上时，三种还原性气体的含量趋于零，气体全部转化为CO2、N2和H2O等。图2直观的显示了还原性气体总量以及还原性气体CO、H2在总燃气中的百分含量随硝酸铵含量的变化关系，其中CH4可以忽略不计。说明硝酸铵的加入能有效降低还原性气体的含量，从根本上减小二次焰的形成，达到减少二次焰的目的。

图2 AN对还原性气体百分含量的影响

3 实验部分

3.1 试剂与仪器

硝酸铵（AN），分析纯；乙醚，分析纯；乙醇，分析纯；硝化棉（含氮量12.7%）；二苯胺，工业用品；球磨机；烘箱；分级筛；捏合机；分析天平；气体搜集袋；密闭爆发器；气相色谱仪；高速摄像仪。

3.2 样品制备

将硝酸铵倒入球磨机研磨，筛选分级，选择合适粒度的硝酸铵、硝化棉与配制好的醇醚溶剂在捏合机中捏合，经过塑化、压伸、凉药、切药、筛选、烘干、包覆、光泽等工序，得到硝酸铵发射药。

3.3 实验过程

用分析天平称取含不同量硝酸铵的发射药21.20g，将制得的不同含量硝酸铵的发射药在密闭爆发器中燃烧，硝酸铵在发射药中的含量分别为0%、20%、30%、40%、60%、70%、80%，搜集燃烧后常温下的气体产物，通过气相色谱仪分析可燃气体含量。

将硝酸铵发射药与制式发射药按1：1的比例混合装药，采用30mm弹道炮测试平台对混装发射药进行试验。以30mm标准制式发射药试验结果作为参照对比，在炮弹飞出的方向设立标尺，对硝酸铵含量（占总装药量的百分含量）依次为5%、10%、15%、20%、25%的5个试样进行射击，并用高速摄像仪拍照。利用计算机Image-ProPlus6.0软件对各试样得到的炮口焰图像进行分析。

4 结果与讨论

4.1 燃烧产物中可燃气体测试

气相色谱法分析不同硝酸铵含量发射药燃烧后可燃性气体浓度随硝酸铵含量的变化结果如图3～6。

图3 AN对燃烧产物中可然性气体总量的影响

图4 AN对燃烧产物中H2的影响

图5 AN对燃烧产物中CO的影响

图6 AN对燃烧产物中CH4的影响

实验结果表明，随着硝酸铵含量的增加，发射药可燃性气体总量以及CO、H2和CH4的含量均明显下降。当硝酸铵的含量达到80%时，还原性气体全部转化为CO2、N2和H2O等。其中主要还原性气体为CO，占50%以上，以理论计算结果基本相符。与理论计算相比较，实验的CH4含量远远大于理论计算值，H2的含量远小于实测值，其原因是高温高压下未完全燃烧的C与H2结合生成CH4。但与制式发射药（即AN含量为零时）相比，随着硝酸铵含量的增加，CO、H2和CH4的含量均有大幅度的下降，有效抑制了二次焰的形成。

4.2 炮口焰测试结果

用Image-Pro Plus 6.0分析炮口焰参数，结果如表1所示：

表1 炮口焰参数分析结果

从表1可以看出，随着AN含量的逐渐增加，炮口火焰的面积（A）大幅度降低。AN含量为25%时，炮口焰面积降低了34.83%，表示火焰强度的积分光密度（IOD）降低了42.37%。说明随着还原性气体的减少，二次焰得到了有效抑制。

5 结论

5.1 理论计算表明，硝酸铵的加入能有效降促进还原性气体生成非还原性气体。

5.2 气相色谱分析表明，配方中随着硝酸铵含量的逐渐增加，硝酸铵发射药燃烧后的还原性气体CO、H2、CH4等的含量也逐渐降低，还原性气体的减少大幅降低了产生二次焰的可能性。

5.3 炮口焰的参数测试表明，混装发射药中随着硝酸铵含量的逐渐增加，炮口焰面积、光强度均逐渐减小。当AN含量为25%时，炮口焰面积降低了34.83%，积分光密度降低了42.37%。

［1］ 王泽山，何卫东，徐复铭.火药装药设计原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

［2］ 许厚谦，二次炮口焰点燃的化学动力学机理[J].1990（2）：33-36.

Effect of AN on muzzle flash of gunnery

ZHENG Dong-sheng
(Dept.of Chemical Engineering and Environment,North University of China,Taiyuan 030051,China)

The formation of secondary muzzle flash is closely related to reducing gases in combustion products. Minimum free energy method is adopted to calculate gas components with the increasing of AN.Gas chromatographic analysis reveals that the reducing gases percentage composition greatly decreases with the increasing of AN. Parameters of muzzle flash on 30mm gun indicate that intensity of gun muzzle flash reduces by 42.37%.Therefor,AN can effectively inhibit the secondary muzzle flash of gunnery.

AN;secondary muzzle flash;propellant;reducing gases

book=2010,ebook=75

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.02.0.13

TQ562

A

1008-1267（2010）02-0036-03

2009-11-10

郑东升（1984-），男，硕士，主要从事洁净燃烧发射药的研究。