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1、硕 t: 论文工艺条件对发射药 催化效果影响Ab S t I 8 C tS in ceth e reexi sts s o m e di sa d v an加 嗯 e s s u c hasm u C hhi ghe r b ux 正 n g Ia t ePres s ur ee x pon ent i n th e 即 P l i c at i o n o f s o m e p r o P e l l ants ， 而s worki s d evot e d tothe i m P r o v ements o f com b ust i o n P ro perty. F ir s t
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6、 l l a n t ， c atal y Ze r，te c hni c s ， b u 而ng r at eexP o n e n t ， c l o s e d b o m b t e st ， th e rma l anal y s i s声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果， 尽我所知， 在本学位论文中， 除了加以标注和致谢的部分外， 不包含其他人己经发表或公布过的研究成果， 也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。研究生签名:， 叮 年 7 月 歹 日学位论文使用授权声明南京理工大学有权
7、保存本学位论文的电子和纸质文档， 可以借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内 容， 可以向 有关部门或机构送交并授权其保存、 借阅或上网公布本学 位论文的全部或部分内 容。 对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名:级了 毛， 刀 年 油少 日硕 卜 论文工艺条件对发射药催化效果影响1前言L l课题研究的目 的与意义L L I研究的目的随着高性能火炮的发展， 对发射药和装药的要求越来越高， 高能、 高强度发射药 成为当 今的主导研究方向 之一111 . 为了能够提高发射药的能量性能，国内 外普遍在双基药的基础上添加高能炸药组分来增加其能量， 但是添加了高能炸药组分的发射药在密闭爆发
8、器和恒压燃烧仪等静态条件下的燃速压力指数较大， 早期研制的许多配方存 在 燃 速 压 力 指 数 大 于1 和u- p 曲 线 转 折 的 现 象 121.， 可 能 导 致 其 在 火 炮中 应 用时 产 生 膛 炸等灾难性事故， 针对燃速压力指数大于1 和企 p 曲 线转折这一问 题， 研究者作了 大 量的研究工作。 有研究者曾想从研究药粒中化学组分分布对火药燃烧的影响入手， 并从材料和工艺上加以控制， 从而达到降低燃速压力指数的目的， 但并不理想。 也有很 多 研究者尝试通过加入燃烧改良 剂来控制凝聚相的 燃速， 达到解决降低燃速压力指数 和u 一曲 线 转 折的 效 果， 结 果 证明
9、 这 种方 法 在 一 定 程 度上 能 解 决 这 个问 题 团 ， 但是 要 求改良 剂的含量普遍比较高时效果才更显著. 这种加入改良剂的方法以牺牲高能量为代价， 来达到降低压力指数的目 的， 并没有从根本上解决压力指数过高这个问题。 加 入 催化剂有可能是很好的 解决 嫩速压力指数大于1 和u 一曲 线转折的方法， 并且催化 剂含量一般为3 %以下，对能量并无较大影响。本课题从双基药入手，研究其催化燃烧反应机理与反应动力学过程， 希望寻找到催化然烧条件下降低压力指数的途径， 并 且对工艺过程进行优化， 提高催化效果， 从而为发射药降低压力指数的研究提供理论基础。L L Z研究的意义1 8
10、 93年维也里通过实验， 提出了 火药的燃速与压力的关系式 u = u l 刀 .( 1 . 1 )式中 u J 一燃速系 数， 浏 耐 ( 5 .M P 约;尸- - 燃烧时的压力，MP a ;n 一压力指数。这种指数式的关系式一直作为描述发射药线性燃烧速度与压力之间相互关系的 主 要方式之一l 。 燃速压力指数n 是表征发射药燃速和压力关系的重要参数。 n 值的 大小不仅与发射药的种类、 组分 有关， 而且与压力大小有关。 压力指数反映了 压力对 火 药 燃速影响的 敏感程度， 从内 弹道性能而言， 压力指数对弹道效率有一定的影响。 为 保证良 好的火药燃烧性能， 希望发射药有较小的 燃速
11、压力指数， 即要求火药的燃速硕 1 论文工艺条件对发射药催化效果影呐与压力的依存关系小， 燃速对压力的变化不敏感， 所以控制火药的燃速压力指数有很 大 的 实 际 意 义 12 。表征火药燃烧性能的参数除压力指数外， 还有有燃速、 、温度系数等。发射药的 燃 烧性能， 一 般通过密闭 爆发 器实 验得到的 压力 时 间 (P-t)曲 线， 经过一系 列数学 转换得到的燃速压力指数和燃速系数来表征。 本论文在研究时主要是从降低压力指数的角度寻找改善发射药燃烧性能的途径。L I J实 验的 研究原理及手段发射药的燃烧速度由化学反应的速度控制， 其组分大多为碳化合物， 这些化合物 普遍由共价键存在。
12、 由于不同原子的性质不一样， 使得共价键的 键长和键能各不一样。从而使发射药在热分解时，基团先后断裂，表现在D T A曲线上即是分解放热峰的位 置和大小各不相同，通过研究分解放热峰的位置和峰值可以预估发射药的燃烧情况。在发 射药 研究过程中， 会出 现了翻 卜 户 曲 线转 折和 燃速压力指数大 于1 的 不利因 素， 在内弹道学看来这对发射药的使用是非常不利的。由D T A实验可以看出:硝胺发射药的D TA 曲 线通常存在着两个独立的峰。 一些研究者研究发现: 发射药D TA 曲线只 形成 一个峰时曰边 吮 p 曲 线几乎不 转 折， 而两 个峰相 互 靠近的发 射药的翻 伙 尸 曲 线转
13、折也 比 较平缓。 通过D TA 实验可以了 解发射药热分解的 情况，密闭 爆发器实验则能够得出发 射药 燃 烧时的剐 伙 尸曲 线和燃速压力指 数的 值。 众所周知， 发 射药的热分解和燃 烧之间 存在着必然的 联系， 通过这两个实 验， 研究发射药的 热分解情况， 对比 密闭 爆发器的实 验结果。 可以 在更深的层次上研究新型高能 发射药燃烧性能的基本规律、 影响因素及其 调节控制原理，为其配方研究提供理论依据和技术支撑。国 内 有 学 者 提出 了 发 射药 “ ， 尸 曲 线 转 折 和 燃 烧 过 程稳 定 性的 分 析方 法 侈 一 。1 . 赵 卜 夕 曲 线的 转 折性分析拟
14、卜 尸 曲 线的 转折性分析主 要以 1 11 赵 、 1 即的 线性 回归系数 。 和“ ， ， 曲线的 拟合相关系 数 R 为 判 据。 坛 左 刁 即的 线性回 归 系 数 闹“ ， p 曲 线的 拟合相关系 数 左 分别为:硕 : 论文工艺条件对发射药催化效果影响l 刁。 = 艺(，n ; ， 一 而) ， ， = 艺( “ u ， 一 丽) ， ;( 1 . 2)( InP ， 一 InP X In. 1 一 Inu ) ;柑艺间盆与R = 、， 一 艺 (u ， 一 。 ;)， 艺 (u ， 一 动 ，式中表征N 一 岭户 曲 线拟合数据点数 . 而 一In p ， 的平均值 福
15、一In 二 ， 的 平均 值 u ， 一 实测的 第1 点 燃速 值 u ， 一 拟合u =A尸关系式计算燃速值u 一u ， 的 平均值 2 . u P 曲 线的燃烧过程稳定 性分析 燃烧过程的稳定性采用燃烧过程稳定性系数Cu和燃速跳动系数Co两个特征量来 。燃烧过程稳定性系数C . 和燃速跳动系数Ca分别为: 。 = 套 刽 钊几 =艺器In刀 1 一 In A式中: M 一赵 ， 户 曲 线的转折段总数甘， 一第1 个转折段的起止点压力差 尸 一整个分析区段的起止点压力差n ， 一第1 个转折段的燃速压力指数n 一 总区段的燃速压力指数AI一 第1 个转折段的 燃速系数A 一总区段的燃速系
16、数该 分 析方 法 对Inu l nP的 线 性 回归 和 创 卜 尸 曲 线的 拟合 较 好， 但是， 在计算 稳定 性 分析时，不同发射药的五 夕 和API变化比较复杂，在数据处理方面存在一定的测试条件 的影响。硕 : 论文工艺条 件对发射药催化效果影响由 于发射药的燃烧过程是高温、 高压、 瞬间的过程， 不少学者希望能用数学的方 法来模拟发射药燃烧的情况， 并且不少学者提出了 一些物理模型和数学模型。 宋洪昌 老师 认为 火药姗烧表面附近区域的 气相分解产物主要有困伍 、 C H Z o、 仪H O 、 c Hl、 c 0等5 大类。 其中 IC H o l 自 然裂解程 度是与 压 力 有关的函 数。 并 提出了 如下 模型: 。 间一 ， 了 一 牛产 ，“十 P+q 叮 吸 P 少 + 了 + 1( 1 3 )式中几 ( P) 表示【 C H O 分解的程度是压力( 尸 ) 的函数。a ，夕 ， q ，Y 为其他各类 组分与特征摩尔组分比的初值。 还由 此导出了 燃速的计算公式:u ( 夕 ) = 1 .
