发射装药用可燃紧塞元件的力学强度及燃尽性试验

严文荣，王琼林，张玉成，李 强

(西安近代化学研究所， 陕西 西安 710065)

发射装药用可燃紧塞元件的力学强度及燃尽性试验

严文荣，王琼林，张玉成，李 强

(西安近代化学研究所， 陕西 西安 710065)

为减少某发射装药的燃烧残片，对可燃紧塞元件的强度及燃尽性开展了试验研究，对比测试了传统纸质紧塞元件及可燃紧塞元件的压缩力，通过火炮输弹上膛冲击试验及野战公路运输试验测试了采用可燃紧塞元件的发射装药的结构强度；通过密闭爆发器试验测试了可燃紧塞元件的表观燃速，并通过内弹道射击试验验证了可燃紧塞元件的结构强度及膛内燃尽性。结果表明，可燃支撑筒的压缩力约为纸质支撑筒的两倍；可燃紧塞盖的压缩力约为原纸质紧塞盖的40%，约为原纸质支撑筒的80%，可燃紧塞元件力学强度可保证该发射装药在运输过程及供输弹过程中的结构完整性；在50～150MPa下，可燃紧塞元件的线燃速为ADiGu发射药燃速的8倍以上，在同一燃烧环境下，可燃紧塞元件可先于发射药在膛内燃尽；射击后炮口无燃烧残片，在内弹道过程中燃烧完全，无二次火焰，炮口无残留。

发射装药；可燃紧塞元件；压缩力；燃速；内弹道；膛内燃尽性

引 言

随着弹药技术的发展，国内外对可燃药筒及模块装药开展了系列研究。德国ICT研究院采用泡沫发射药制作了无壳弹用可燃药筒[2]；卢先明等[3]开展了可用于制备具有3R(Recycle，Recover and Reuse)概念可燃药筒的高能热塑性黏合剂CE-PBAMO的合成研究；李煜等[4-5]为了同时提高可燃药筒的力学性能与燃烧性能，以含能纤维作为可燃药筒的增强组分，制备了新型可燃药筒，并对所制药筒进行了力学性能和燃烧性能测试，通过密闭爆发器试验考察了装填密度、点火强度和含水量对可燃药筒燃烧和能量释放性能的影响；邹伟伟等[6-8]研究了模压可燃药筒的孔隙率、比表面积、孔容和孔径分布，对半可燃药筒竖放状态下应力应变与结构强度进行了分析，并对小口径模压可燃药筒的孔结构特性、燃烧特性、力学性能、弹道性能等进行了研究；乔丽洁等[9]用化学分析、红外光谱对炮用模块装药的燃烧残渣进行了定性和定量测试。以上研究均针对可燃药筒性能的改进，可燃药筒相比传统金属药筒可大幅减轻弹药质量，提高武器系统携弹量，并在一定程度上提高发射装药的能量密度。但关于发射装药可燃紧塞元件力学强度及燃烧性能的研究报道较少。

本试验以某定装式发射装药用可燃紧塞元件为对象，通过压缩力测定检验了可燃紧塞元件的力学强度；通过密闭爆发器试验测试了可燃紧塞元件的表观燃速；并通过内弹道射击试验验证了可燃紧塞元件的结构强度及膛内燃尽性，以期为可燃紧塞元件在中大口径火炮弹药中的应用提供参考。

1 试 验

1.1 试验样品

某定装式发射装药用可燃紧塞元件包含紧塞底盖、紧塞顶盖及支撑筒3个零件，紧塞底盖位于发射药药面顶部，紧塞顶盖与弹丸底平面紧贴，顶盖与底盖间采用支撑筒支撑，如图1所示。

可燃紧塞元件厚度为3mm，其样品配方见表1，其中可燃紧塞盖(含底盖及顶盖，下略)采用抽滤模压工艺制备，可燃支撑筒采用卷制工艺制备。

表1 可燃紧塞元件样品配方

1.2 力学强度测试

可燃紧塞元件静态力学强度测试参照半可燃药筒试验方法可燃筒体压缩力测定进行，将原装药用纸质紧塞元件作为参比样。其中可燃支撑筒样品按半可燃药筒试验方法试样要求准备，从卷制支撑筒筒体截取高约50mm的圆环。

①年龄＜10周岁，或＞70周岁。②不符合“桡骨远端骨折”的诊断标准者。③患肢曾行手术治疗者，有手术禁忌症者。④未签署手术知情同意书及研究知情同意书者。

在静态力学强度测试的基础上开展发射装药野战公路运输试验，试验后拔弹检测装药结构状态，并通过运输前后内弹道射击试验验证装药结构强度。其中野战公路运输试验参照榴弹定型试验规程进行，内弹道射击试验参照炮用发射药与装药内弹道试验方法进行。

1.3 膛内燃尽性试验

可燃紧塞元件表观燃速通过密闭爆发器试验获取，试验时密闭爆发器体积为100mL，装填密度为0.2g/cm3, 同步测试了装药所采用的发射药的燃速。并通过内弹道试验验证了采用可燃紧塞元件的该定装式发射装药的膛内燃尽性。测试时身管开设多个测压孔，其中3#测压点位于坡膛前方约35cm处，3#、4#、5#、6#相邻间距为10cm，依次向炮口方向开设。

2 结果与讨论

2.1 力学强度分析

2.1.1 压缩力

可燃紧塞元件及传统纸质紧塞元件的压缩力测试结果见表2。

表2 可燃紧塞元件及传统纸质紧塞元件的压缩力测试结果

表2测试结果表明，可燃支撑筒的压缩力约为纸质支撑筒的两倍。可燃紧塞盖的压缩力为原纸质紧塞盖的40%左右，约为原纸质支撑筒的80%，这与可燃紧塞盖的厚度及制备工艺有关。考虑到燃尽性，可燃紧塞盖平均厚度设计为3mm，而原纸质紧塞盖厚度为4mm；此外抽滤模压工艺制备可燃紧塞盖属于含能结构性多孔材料，这有利于提高其燃速，但其密度及力学强度必然低于原纸质紧塞盖。

分析该定装式弹药发射装药结构，由于底盖紧贴药面，顶盖紧贴弹底，因此可认为支撑筒为保持装药结构完整性的关键件，基于压缩力测试结果，可燃紧塞元件可满足该定装式弹药发射装药的强度要求。

2.1.2 内弹道性能

图2为经野战公路运输后发射装药状态；表3为采用原纸质紧塞元件及可燃紧塞元件发射装药内弹道射击试验结果。

序号v0/(m·s-1)p/MPa采用原纸质紧塞元件(运输前)采用可燃紧塞元件(运输前)采用可燃紧塞元件(运输后)采用原纸质紧塞元件(运输前)采用可燃紧塞元件(运输前)采用可燃紧塞元件(运输后)1847.5853.1852.3255.4255.3259.72852.1852.6851.4260.1262.4259.53849.0851.7850.3261.7259.2261.64849.2853.0852.3262.3264.3260.15849.7853.8853.1264.5264.1262.0平均值849.5852.8851.9260.8261.1260.6

由图2可知，经拔弹检测，含可燃紧塞元件的发射装药在野战公路运输后结构完整。表3测试结果表明，采用原纸质紧塞元件及可燃紧塞元件发射装药弹丸初速组平均值相差约0.4%，膛压组平均值相差约0.1%；采用可燃紧塞元件发射装药运输前后弹丸初速平均值相差约0.1%，膛压平均值相差约0.2%；说明可燃紧塞元件结构强度满足该定装式弹药发射装药的使用要求。

2.2 膛内燃尽性试验结果分析

2.2.1 密闭爆发器试验结果分析

可燃紧塞元件及发射装药用ADiGu发射药的密闭爆发器试验p-t曲线如图3(a)所示；图3(b)为计算拟合获得的密闭爆发器中各样品的表观燃速在50～200MPa下的u-p曲线；表4为依据燃速方程计算的各样品在不同压强条件下的线性燃速数据。

表4 各样品燃速计算结果

由图3(a)各样品p-t曲线可知，可燃紧塞元件密闭爆发器燃烧时间均比ADiGu发射药短。从图3(b)及表4燃速数据可知，在不同压强下，可燃紧塞元件的线燃速均远高于ADiGu发射药。在较低压强(50MPa)下可燃支撑筒燃速约为ADiGu发射药的8倍。可燃支撑筒及可燃紧塞盖燃速压强指数均大于1，ADiGu发射药燃速压强指数小于1，随着压强的升高，燃速差距逐渐加大；压强大于150MPa时，可燃支撑筒燃速接近发射药的20倍，可燃紧塞盖燃速接近发射药的30倍。实际装药中，发射药弧厚约为2.0mm，紧塞元件中最厚部位约为3.5mm；分析认为，在相同的燃烧环境下，高燃速的可燃紧塞元件将先于ADiGu发射药燃完。

2.2.2 内弹道试验结果

图4为内弹道射击试验得到的身管不同位置的p-t曲线。

由图4可知，射击时炮口压强在50MPa以上；弹丸在膛内运动过程中，膛内燃气压强在100MPa以上的时间大于10ms。基于密闭爆发器燃速数据可知，可燃紧塞元件将先于ADiGu发射药燃烧完。通过高速摄像监测，采用可燃紧塞元件的发射装药炮口无二次火焰。射击后检查炮口前方区域，未发现燃烧残片。因此，可燃紧塞元件可满足该定装式弹药发射装药的膛内燃尽性要求。

3 结 论

(1)采用可燃紧塞元件的发射装药经战斗炮输弹冲击及野战公路运输环境考验后，装药结构完整，内弹道性能一致，可燃装药元件力学强度可满足该定装式弹药发射装药的使用要求。

(2)在相同的膛内燃烧环境下，高燃速的可燃紧塞元件将先于发射药燃完；经内弹道试验验证，采用可燃紧塞元件的发射装药膛内燃烧完全，炮口无残留，可满足该定装式弹药发射装药的膛内燃尽性要求。

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ExperimentofMechanicalIntensityandCombustionCompletenessofCombustibleSealsinGunPropellantCharge

YAN Wen-rong，WANG Qiong-lin， ZHANG Yu-cheng， LI Qiang

(Xi′an Modern Chemistry Research Institute，Xi′an 710065, China)

To reduce the combustion debris of certain gun propellant charge, the experimental research of mechanical intensity and combustion completeness for combustible seals was carried out. The compression of combustible seals and conventional papery seals were measured and compared. The structure strength of gun propellant charge with combustible seals was tested by gun loaded ramming impact test and transportation test on field road. The apparent burning rates of combustible seals were tested by a closed bomb test. The structure strength and combustion completeness of gun propellant charge with combustible seals were validated by an interior ballistic test. The results show that the compression of combustible underprop is two times as conventional paper underprop. The compression of combustible cover is about 40% as conventional paper cover, and about 80% as conventional paper underprop. The mechanical intensity of combustible seals can meet the structure integrity of gun propellant charge in ramming and transportation process. Under the pressure of 50-150MPa, the burning rate of combustible seals is 8 times faster than that of ADiGu gun propellant. The combustible seals can be burnt before gun propellant under the same burning environment in bore. And there is no combustion debris in front of muzzle after firing.The combustion in the interior ballistic process is complete without second flame and residue in front of muzzle.

gun propellant charge; combustible seal; compression; burning rate; interior ballistic; completeness of combustion in bore

TJ55;TQ562

A

1007-7812(2017)05-0078-04

10.14077/j.issn.1007-7812.2017.05.015

2017-04-10；

2017-05-14

严文荣(1982- )，男，高级工程师，从事发射装药及内弹道研究。E-mail:64180367@qq.com