第三章 延期药和延期元件(王茜)

国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 1 3延期药和延期元件3 1概述弹药中完成定时作用 如钟表机构 电子线路 化学腐蚀和延期燃烧等 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 2 技术要求 1 延期时间要精确2 较好的火焰感度3 作用可靠4 足够的机械强度 延期药 有气体延期药 通气式延期元件 无气体延期药 密闭式延期元件 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 3 3 2有气体延期药 黑火药3 2 1成分及主要性能1 成分黑药一般是由硝酸钾 木炭和硫三元混合而成 几种黑药的配比百分数种类硝酸钾木炭硫军用一般黑药751510导火索芯药781210普通引信用黑药73 7517 5 14 59 5 10 5 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 4 2 主要性能外观 灰黑色到黑色感度 火焰感度很高 易点燃 爆发点 290 310 机械感度和摩擦感度也较大 受到强烈的冲击和摩擦即可发火或爆炸 50 爆炸的冲击感度为84kg cm 将它放在两个木板间摩擦就可能发火 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 5 爆温 约为2100 黑药的燃烧 黑药易点燃 反应热大 点火能力强 传火及燃烧速度快 密度大时 能有均匀的逐层燃烧 如按硝酸钾 木炭 硫 75 15 10作为零氧平衡计算 则黑药化学反应方程式为 2KNO3 S 3C K2S 3CO2 N2 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 6 3 2 2黑药的用途用作延期药的是小粒黑药 用于炮弹发射药的是大粒黑药 粉状黑药是三元混合物 未经过热压处理 一般用于制造导火索 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 7 3 2 3影响黑药燃速的因素1 原料的影响三组分原料中对燃速影响最大的是木炭 2 成分配比的影响目前采用的成分配比 可以在1 1 5 之间变动 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 8 黑药的配比对燃速的影响 一 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 9 黑药配比对燃速的影响 二 1g硫燃烧放出的2 72kJ的热 1g木炭燃烧放出11 62kJ的热 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 10 3 水份的影响水份有两种作用 一是水份在燃烧时汽化吸热 使燃速降低 二是水份参加化学物理反应使燃速增加 4 装填条件对延期药燃烧速度的影响黑药药粒的真密度一般为1 6 1 95g cm 3 密度小时易点火且燃速大 可相差10 20倍 延期药管和药盘的材料及尺寸 一般来说管径小 材料的传热系数大 会使燃速降低 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 11 5 外界条件对延期药燃速的影响温度的影响 常用下列经验公式计算 u u 0 0005 t式中u 温度t时的燃速 u 速度增量 t 温度增量 环境 或大气 压力的影响 压力增大燃速增大 压力降低燃速就降低 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 12 3 3 1延期药的原材料选择1 氧化剂的选择熔点 熔点低燃烧速度大含氧量 有效含氧量多分解热 分解时需要热量少或放热的氧化剂 对同一可燃物而言 分解生成物的熔点和沸点 为了避免外界条件的变化而影响其燃速 要求分解生成物是难挥发的物质 吸湿性 吸湿性大的氧化剂不能用 3 3微气体延期药 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 13 常用的氧化剂 氯酸盐和过氯酸盐 KClO3 KClO4等铬酸盐和重铬酸盐 BaCrO4 PbCrO4 K2CrO4 BaCr2O7等高锰酸盐 KMnO4 硝酸盐 KNO3 Ba NO3 2等 BaO2 MnO2 PbO2 Pb3O4 Fe2O3 CaO等 氧化物和过氧化物 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 14 2 可燃物的选择 化学活性 化学活性高 燃烧速度也大 燃烧热 燃烧热大的可燃物燃速大燃烧生成物 可燃物燃烧的生成物在燃烧温度下为凝聚状态 可燃物的粉碎程度 粒子越小 比表面越大 燃烧反应速度就越快 而且时间精度越高 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 15 常用的可燃物 金属可燃物 Mg 快 Al Mn 中 Zr 快 Sb 慢 Zn W 慢 等非金属可燃物 Si 中 S Se B 快 Te等硫化物 Sb2S3 Sb2S5等合金 Fe Si Zr Ni 中 Ca Si Ce Mg等 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 16 粘合剂及其它附加物的选择 常用的粘合剂 硝化棉 虫胶 松香 亚麻油 硫 酚醛树脂 聚硫橡胶 氯丁橡胶 聚乙二醇 聚醋酸乙烯酯 聚甲基丙烯酸丁酯 有机多硫化物等 燃速调整剂 石墨 铜 硅藻土和氟化钙 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 17 3 3 2延期药的组成 1 成分 根据燃速来选择2 配比所谓氧平衡是指延期药中可燃物完全燃烧时所需要氧化剂的氧量有多余或不足的情况 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 18 例 强耐水药601 Pb3O472 Zr28 反应方程为 2Zr Pb3O4 2ZrO2 3PbX 锆分子量 92 1 Y Pb3O4分子量 686 则锆含量百分数 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 19 一般原料锆中活性锆的含量规格为69 81 则28g锆中活性锆的含量为 28 69 18 32 g 28 81 22 68 g 即锆的含量为18 32 22 68g实验时选定的配比的实验点是围绕着零氧平衡进行的 测定不同配比时 药剂的燃速 得到配比和燃速的曲线 在使用时常选用曲线的最大点 即曲线斜率最小处作为延期药的配方 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 20 3 3 3微气体延期药燃烧机理及影响燃速的因素3 3 3 1延期药的燃烧机理固 固相的反应 反应时氧从固体氧化剂扩散到可燃物中 或可燃物扩散到氧化剂中 预点火反应 固 固相反应以BaO2和Fe为例 著名的U型管试验 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 21 3 3 3 2延期药燃烧速度 是药柱的未燃区 是反应区 是已燃区 AB是燃烧面 Tr 室温 Ti 药柱的发火点 Tb 燃烧后的温度 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 22 根据热力学定律 热量由高温向低温流动 而流速为dg dg dQ dt 式中 dQ1 从反应区向预热区流动的热量 传热系数dt 时间 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 23 则 2 3 从反应区流出的热量用于将药剂从Tr加热到Ti 设dQ2为此加热所需的热量 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 24 图3 4 3 2药柱的扩散燃烧模型 边界条件 反应前 t 0 r 0反应后 t r r0 r0 dr 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 25 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 26 3 3 3 3影响燃烧速度的因素1 原料 可燃物的活性 氧化剂的分解温度 粘合剂 水分 CaF22 原料粒度 细度增大 燃速快 精度好3 装药直径 直径减小 径向热损失大 燃速小4 管壳材料及厚度 热损失5 装药密度6 环境条件 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 27 图3 5 2 1压药药量与燃烧时间的关系 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 28 3 3 4设计和研制延期药应该注意的问题1 产品要求2 作用时间的调整3 原料的选择4 环境条件适应性5 原料配比的确定 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 29 应满足以下技术要求 1 燃烧时间要准确 2 射击时中途不熄灭 3 良好的物理和化学安定性 4 具有较小的机械感度和一定的强度 5 工艺要求 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 30 3 3 5常见延期药简介国外 有硅系 硼系 镁系 钨系 铬系 钼系 锆系 锰系 硒 锑等延期药 硅系 硅 PbO2 Pb3O4 PbCrO4 用于毫秒级延期雷管硼系 短延期药剂 25 100ms 用于短延期雷管钨系 高秒量延期药 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 31 国内 常用的有钨系 硅系和硼系 钨系常用作高秒量长延期药 硅系多用作毫秒延期药 硼系短延期军用较多 近年来国外对有机组分作延期药也有一些研究 延期 点火药是梯恩梯的金属盐类的混合物 这类药剂与硼 铅丹比较 静电感度更低 并有良好的贮存稳定性 此外 还有三硝基间苯二酚钡 硝基萘与碳的混合药剂等 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 32 硅系延期药主要含有硅和四氧化三铅 是一种常用的 性能较好的 无气体的毫秒延期药 也可用作点火药 硅系延期药的缺点 机械和静电感应较高 在生产中安全问题应特别注意 硼系延期药大致可分为B Pb3O4 B CuO和B BaCrO4三类 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 33 1 B Pb3O4延期药B Pb3O4的点火感度较高 B含量大于5 时可为导爆管直接点燃 其燃速在4 7 45mm s 1之间 适用于25 200ms的延期范围 误差大约为10 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 34 2 B CuO延期药B CuO延期药的点火感度高 类似B Pb3O4延期药 而燃速稍慢 适用于100 500ms的延期范围 B CuO延期药的燃速随B含量的增加而增加 其范围是14 48mm s 1 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 35 3 B BaCrO4延期药B BaCrO4延期药的点火感度较差 需要加入点火药才能被点燃 其燃速较慢 主要作为秒延期药 B BaCrO4延期药的燃速在5 18mm s 1之间 硼含量的变化影响B BaCrO4延期药的燃速 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 36 4 其它硼系延期药法国专利公布的电雷管延期药配方是硼粉 四氧化三铅 铜粉为6 90 4 美国用于双方向延期接头处的延期药配方是硼粉 四氧化三铅 硅为1 5 70 28 5 钨延期药是一种燃速很慢的延期药 它需要用锆点火药来点燃 钨系延期药的优点是低温燃烧性能较好 在一60 一70 时不易熄灭 但是 钨系延期药燃速随环境温度的变化较大 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 37 3 4延期元件简介 延期保险螺结构示意图 3 4 1保险药柱 国防科技学院火工品设计原理第三章延期要和延期元件 38 3