一种渗透工艺环切棒状发射药的燃速计算方法

1.本发明涉及发射药技术领域，尤其涉及发射药燃烧速度的计算，具体涉及一种针对采用渗透工艺制备的环切棒状发射药，能够实现其燃速的计算。


背景技术：

2.环切棒状发射药主要应用于大口径及高膛压装药的武器，具有装填密度高的特点。为了降低环切棒状发射药的起始燃烧压力、增加其能量或燃烧渐增性，通常需要对环切棒状发射药进行后处理，一般采用深钝感或浸渍高能组分的方法，这些方法的共同特点就是采用液态功能试剂对成型后的环切棒状发射药进行渗透，而后进行晾药、烘干等后续的处理工艺，采用这种渗透工艺的环切棒状发射药具有能量组分分布不均匀，功能试剂从环切棒状发射药表层向内层方向按一定的规律分布，从内层向表层方向按一定的规律分布，由于内部圆孔的直径较小，因此这两种分布规律不一致，通过对功能试剂品种及分布规律的调整可以有效地对环切棒状发射药的燃烧性能进行调控，进而提高武器的技术性能。其中，渗透工艺环切棒状发射药的燃烧性能决定了其装药应用特性，因此，开展其燃速的研究具有重大意义。现在的渗透工艺环切棒状发射药的燃速计算方法主要有：(1)将其不同组分物质的特性进行平均，将渗透工艺环切棒状发射药作为宏观的均一物质进行处理，这明显与实际物质的组成不符，无法得到较准确的燃烧过程参数；(2)对每一组分采用与渗透深度相关的近似函数表示，总组分的参数认为是每一组分参数的加和，该方法尽管考虑了渗透物质的分布，但是采用参数加和的方法无法得到较可靠的结果，如不同组分的氧平衡不同，且火药力也不同，将两种一正一负氧平衡的组分混合后，采用火药力加和方法计算两种单独组分获得的火药力比实际火药力小，这是因为在实际燃烧过程中，两种物质将同时参加燃烧，氧将得到有效利用，并不会出现一种组分燃烧产物为正氧平衡、另一种组分燃烧产物为负氧平衡的情况；(3)将发射药的药形参数视作一个不变的参数，从开始燃烧到燃烧完毕均符合均值物质燃烧的平行层规律，这显然与实际情况不同，渗透工艺环切棒状发射药随着弧厚的变化，组分和燃速均在变化。因此，现有计算方法无法较好的获得渗透工艺环切棒状发射药的燃速。
3.从目前检索的技术资料中，尚未见具有能够考虑组分渗透深度分布与发射药参数性能及药形变化的渗透工艺环切棒状发射药的燃速计算方法。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种考虑组分渗透深度分布与发射药参数性能及药形变化的渗透工艺环切棒状发射药的燃速计算方法。
5.本发明提供的计算方法，步骤如下：
6.(1)分布函数的计算，假定内部每个圆孔的组分分布基本一致，取渗透工艺环切棒状发射药弧厚的一半，外层分布的坐标轴为由外层向内层为x的正方向，内层分布的坐标轴为由内层向外层为x的正方向，渗透组分的特性与x的关系为
7.h
w1
(x)＝f
w1
(x)
8.h
w2
(x)＝f
w2
(x)
9.h
n1
(x)＝f
n1
(x)
10.h
n2
(x)＝f
n2
(x)
11.x为弧厚方向上的坐标变量，h
w1
(x)为外层第一种渗透组分的含量，f
w1
(x)为外层第一种渗透组分的分布函数，h
w2
(x)为外层第二种渗透组分的含量，f
w2
(x)为外层第二种渗透组分的分布函数，h
n1
(x)为内层第一种渗透组分的含量，f
n1
(x)为内层第一种渗透组分的分布函数，h
n2
(x)为内层第二种渗透组分的含量，f
n2
(x)为内层第二种渗透组分的分布函数；
12.(2)不同位置处火药力的计算
13.f(x)＝power(h，h
w1
(x)，h
w2
(x)，h
n1
(x)，h
n2
(x))
14.f(x)为不同位置处的火药力，power()为火药力计算函数，根据组分的含量进行计算，h为均质基体发射药的各组分含量，即未渗透前的发射药配方；
15.(3)发射药药形函数的计算
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]
x
w10
＝(f
w1
(x)＝0，x)
[0027]
x
w20
＝(f
w2
(x)＝0，x)
[0028]
x
n10
＝(f
n1
(x)＝0，x)
[0029]
x
n20
＝(f
n2
(x)＝0，x)
[0030]
x
w0
＝max(x
w10
，x
w20
)
[0031]
x
n0
＝max(x
n10
，x
n20
)
[0032]
x0＝min(x
w0
，x
n0
)
[0033]
χ为第一项药形系数，λ为第二项药形系数，e1为发射药弧厚的一半，c为环切棒状发射药切距长度的一半，p1、q1、β、c1、c2为计算的中间参数，s
qs
为切口重合部分的面积，s
h
为发射药的横截面积，n为发射药的孔数，a、b、c、a、b为和药形相关的计算常数，d0为发射药内部圆孔的直径，x
w10
为外层第一种渗透组分含量为零的位置，x
w20
为外层第二种渗透组分含量为零的位置，x
n10
为内层第一种渗透组分含量为零的位置，x
n20
为内层第二种渗透组分含量为零的位置，x
w0
为外层发射药渗透层与均质层的边界位置，x
n0
为内层发射药渗透层与均质层的边界位置，x0为内层或外层中发射药渗透层与均质层边界位置的较小值，max()为取两者数值中最大值的函数，min()为取两者数值中最小值的函数；
[0034]
(4)发射药燃烧的已燃百分数计算
[0035]
ψ(x)＝χz(x)(1+λz(x))
[0036]
ψ(x)为不同位置处的已燃百分数，z(x)为不同位置处的已燃相对厚度；
[0037]
(5)由密闭爆发器实验所测数据计算发射药已燃百分数
[0038][0039]
δ为装填密度，ρ为发射药的密度，p
′
为所测得的燃气压力，p
b
为密闭爆发器中的点火压力，α
f
为发射药的余容；
[0040]
(6)计算发射药的已燃相对厚度，联立第(3)步到第(5)步，求出发射药的已燃相对厚度z(x)与p
′
的关系
[0041]
z(x)＝f
zp
(p
′
)
[0042]
f
zp
()为函数关系表达式；
[0043]
(7)计算发射药的燃速
[0044][0045]
t为所测得的对应于p
′
的时间值，结合第(6)步，即可计算得到渗透工艺棒状环切发射药的燃速；
[0046]
(8)重复第(2)到第(7)步，计算不同压力下渗透工艺环切棒状发射药的燃速。
[0047]
因此，基于渗透组分的实际分布规律，采用渗透分布函数与发射药特性参数及药形函数紧密关联的计算方法，能够获得较符合实际燃烧过程的渗透工艺环切棒状发射药燃烧特性数据，较好的对渗透工艺环切棒状发射药的燃速进行表征。
[0048]
本发明提供的一种渗透工艺环切棒状发射药的燃速计算方法，与现有技术相比，有益效果体现在以下几个方面：
[0049]
(1)将液体组分渗透到固体中的不同工艺方法统一采用渗透分布函数进行表征，去除了工艺参数的影响，能够实现任意多种渗透组分发射药的燃烧特性表征，并且工艺复杂度和组分的多少不增加计算的复杂度。与现有技术相比，实现了各类渗透工艺的统一化，如浸渍工艺、钝感工艺均可用渗透分布函数表征，从而拓展了计算范围，降低了计算难度。
[0050]
(2)通过采用内外层渗透分布函数结合均质发射药组分组合成新配方的方式直接进行能量计算，能够准确地获得环切棒状发射药不同分布位置处的火药力，更好的与发射
药物理组成相符，较准确的表达发射药的燃烧性能参数。与现有技术相比，实现了与渗透分布函数对应的发射药能量参数的求解，为燃速的准确计算提供了技术支撑，填补了现有技术空白。
[0051]
(3)采用将渗透层和均质层分为两种药形函数的计算方法，能够较好的描述非完全平行层燃烧的物理过程，进一步提高了计算的精度。与现有技术相比，适用范围更广，能够应用于各类具有非均质结构的环切棒状发射药。
[0052]
因此，本发明解决了渗透工艺环切棒状发射药的燃速精确计算问题，提供了一种非均质环切棒状发射药燃速计算的技术手段。
附图说明
[0053]
图1是渗透工艺七孔环切棒状发射药的示意图。
[0054]
图2是图1的a向剖视图。
[0055]
图3是渗透工艺环切棒状发射药燃速计算流程图。
具体实施方式
[0056]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0057]
如图1、图2所示，一种渗透工艺环切棒状发射药1，切距长度为10mm，切口5重合部分所占面积比例为0.5，弧厚为0.5mm，内孔6直径为0.3mm；外层渗透层2的厚度为0.15mm，内层渗透层4的厚度为0.05mm，第一种渗透物质为邻苯二甲酸二丁酯，第二种渗透物质为聚己二酸丙二醇酯，均质层3为含氮量12.6％的硝化棉。
[0058]
根据图3所示的渗透工艺环切棒状发射药燃速计算步骤如下：
[0059]
(1)分布函数的计算，取渗透工艺环切棒状发射药弧厚的一半(0.25mm)，外层分布的坐标轴为由外层向内层为x的正方向，内层分布的坐标轴为由内层向外层为x的正方向，渗透组分的特性与x的关系为
[0060]
h
w1
(x)＝0.06
‑7×
(x
‑
0.05)2[0061]
h
w2
(x)＝0.05
‑
6.8
×
(x
‑
0.04)2[0062]
h
n1
(x)＝0.063
‑
70
×
(x
‑
0.02)2[0063]
h
n2
(x)＝0.042
‑
70
×
(x
‑
0.02)2[0064]
(2)不同位置处火药力的计算，计算外层第一个点，x＝0处的火药力
[0065]
f(0)＝power(h，h
w1
(0)，h
w2
(0)，h
n1
(x)＝0，h
n2
(x)＝0)
[0066]
此时，内层处的值恒等于零，求得火药力为967.25kj/kg；
[0067]
(3)发射药药形函数的计算
[0068]
x
w10
＝0.15
[0069]
x
w20
＝0.12
[0070]
x
n10
＝0.05
[0071]
x
n20
＝0.04
[0072]
x
w0
＝max(0.15，0.12)＝0.15
[0073]
x
n0
＝max(0.05，0.04)＝0.05
[0074]
x0＝min(0.15，0.05)＝0.05
[0075]
c1＝0.5，c2＝0.5 x≤0.05
[0076]
β＝0.075 x≤0.05
[0077]
χ＝0.725 x≤0.05
[0078]
λ＝0.1812 x≤0.05
[0079]
β＝0.0606 x＞0.05
[0080]
χ＝0.7674 x＞0.05
[0081]
λ＝0.1756 x＞0.05
[0082]
(4)发射药燃烧的已燃百分数计算
[0083]
ψ(x)＝χz(x)(1+λz(x))
[0084]
在不同位置处计算得到了ψ(x)与z(x)之间的关系；
[0085]
(5)由密闭爆发器实验所测数据计算发射药已燃百分数，取密闭爆发器中30mpa的数据作为第一个计算数据点，装填密度为0.2g/cm3，发射药密度为1.6g/cm3，点火压力取10mpa，发射药余容为0.001m3，x取弧厚的10％即0.025，根据
[0086][0087]
求得发射药的已燃百分数为0.09；
[0088]
(6)计算发射药的已燃相对厚度，由第(4)步得到
[0089]
0.09＝0.725
×
z(0.025)
×
(1+0.1812
×
z(0.025))
[0090]
求得z(0.025)＝0.1215；
[0091]
(7)计算发射药的燃速，根据
[0092][0093]
重复第(2)到第(7)步对数据点逐次求解，即可获得发射药的燃速。计算获得的特定压力点处渗透工艺七孔环切棒状发射药燃速如下：
[0094]
渗透工艺七孔环切棒状发射药的燃速
[0095]
序号压力(mpa)燃速(mm/s)13029.5526062.2939087.924120112.285150135.736180158.48