火工品第三章延期藥和延期元件(王茜)講述

1、國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件13 延期藥和延期元件3.1 概述概述 o 彈藥中完成定時(shí)作用:如鐘表機(jī)構(gòu)、電子線路、化學(xué)腐蝕和延期燃燒等。 性能性能項(xiàng)目項(xiàng)目結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)精度精度價(jià)格價(jià)格鐘表機(jī)構(gòu)復(fù)雜高高電子線路復(fù)雜高高化學(xué)腐蝕延期燃燒簡單較低低國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件2技術(shù)要求：技術(shù)要求：o 1.延期時(shí)間時(shí)間要精確o 2.較好的火焰感度火焰感度o 3.作用可靠可靠o 4.足夠的機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度延期藥延期藥有氣體延期藥有氣體延期藥通氣式延期元件通氣式延期元件無氣體延期藥無氣體延期藥密閉式延期元件密閉式延期元件國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延

2、期要和延期元件33.2 有氣體延期藥有氣體延期藥-黑火藥黑火藥3.2.1 成分及主要性能成分及主要性能o 1.成分成分o 黑藥一般是由硝酸鉀，木炭和硫硝酸鉀，木炭和硫三元混合而成。 幾種黑藥的配比百分?jǐn)?shù)幾種黑藥的配比百分?jǐn)?shù)種類 硝酸鉀 木炭 硫軍用一般黑藥 75 15 10導(dǎo)火索芯藥 78 12 10普通引信用黑藥 7375 17.514.5 9.510.5國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件42.主要性能主要性能o 外觀外觀 ：灰黑黑色到黑色o 感度：感度：火焰感度很高火焰感度很高，易點(diǎn)燃。爆發(fā)點(diǎn)：290310。機(jī)械感度和摩擦感度也較大機(jī)械感度和摩擦感度也較大，受到強(qiáng)烈的沖

3、擊和摩擦即可發(fā)火或爆炸。50%爆炸的沖擊感度為84kgcm；將它放在兩個(gè)木板間摩擦就可能發(fā)火。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件5o 爆溫：爆溫：約為2100。o 黑藥的燃燒：黑藥的燃燒：黑藥易點(diǎn)燃，反應(yīng)熱大，點(diǎn)火能力強(qiáng)，黑藥易點(diǎn)燃，反應(yīng)熱大，點(diǎn)火能力強(qiáng)，傳火及燃燒速度快傳火及燃燒速度快。密度大時(shí)，能有均勻的逐層燃燒。如按硝酸鉀：木炭：硫=75：15：10作為零氧平衡計(jì)算，則黑藥化學(xué)反應(yīng)方程式為：o 2KNO3+S+3CK2S+3CO2+N2國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件63.2.2 黑藥的用途黑藥的用途 o 用作延期藥延期藥的是小粒黑藥小粒黑藥，

4、o 用于炮彈發(fā)射藥炮彈發(fā)射藥的是大粒黑藥大粒黑藥。o 粉狀黑藥粉狀黑藥是三元混合物，未經(jīng)過熱壓處理，一般用于制造導(dǎo)火索導(dǎo)火索。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件73.2.3 影響黑藥燃速的因素影響黑藥燃速的因素o 1.原料原料的影響 三組分原料中對燃速影響最大的是木炭。 o 2.成分配比成分配比的影響 目前采用的成分配比，可以在11.5%之間變動(dòng)。國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件8黑藥的配比對燃速的影響（一）黑藥的配比對燃速的影響（一） 黑藥成分配比/% KNO3 S C 在藥盤內(nèi)燃燒時(shí)間/s 75 10 15 12.4 78 10 12 16.9

5、80 10 10 24.2 81 10 9 25.8 84 10 6 49.7 87 10 3 不燃 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件9 黑藥配比對燃速的影響（二）黑藥配比對燃速的影響（二）黑藥成分配比% KNO3 S C 在藥盤內(nèi)燃燒時(shí)間/s 75 1 24 10.9 75 4 21 11.2 75 7 18 11.8 75 10 15 12.4 75 13 12 13.2 75 20 5 28.8 1g硫燃燒放出的2.72kJ的熱，1g木炭燃燒放出11.62kJ的熱。國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件10o 3.水份的影響水份的影響 水份有兩種作用

6、，一是水份在燃燒時(shí)汽化吸熱，使燃速降低；二是水份參加化學(xué)物理反應(yīng)使燃速增加。 o 4.裝填條件對延期藥燃燒速度的影響裝填條件對延期藥燃燒速度的影響 黑藥藥粒的真密度一般為1.61.95gcm-3，密度小時(shí)易點(diǎn)火且燃速大，可相差1020倍。 延期藥管和藥盤的材料及尺寸：一般來說管徑小，材料的傳熱系數(shù)大，會(huì)使燃速降低。國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件11o 5.外界條件對延期藥燃速的影響外界條件對延期藥燃速的影響 溫度溫度的影響，常用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： u/u=0.0005t 式中 u溫度t時(shí)的燃速； u速度增量； t溫度增量。 環(huán)境環(huán)境（或大氣）壓力的影響:壓力增大燃速增大

7、， 壓力降低燃速就降低。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件123.3.1 延期藥的原材料選擇延期藥的原材料選擇 o 1.氧化劑的選擇氧化劑的選擇 熔點(diǎn)：熔點(diǎn)低 燃燒速度大 含氧量：有效含氧量多 分解熱：分解時(shí)需要熱量少或放熱的氧化劑 （對同一可燃物而言）。 分解生成物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)：為了避免外界條件的變化而影響其燃速，要求分解生成物是難揮發(fā)的物質(zhì)。 吸濕性：吸濕性大的氧化劑不能用3.3 微氣體延期藥微氣體延期藥國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件13常用的常用的氧化劑：氧化劑：氯酸鹽和過氯酸鹽：KClO3、KClO4等鉻酸鹽和重鉻酸鹽：BaCrO4、PbC

8、rO4、K2CrO4、 BaCr2O7等高錳酸鹽：KMnO4硝酸鹽：KNO3、Ba(NO3)2等BaO2、MnO2、PbO2、Pb3O4、Fe2O3、CaO等氧化物和過氧化物：國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件142.可燃物可燃物的選擇的選擇化學(xué)活性：化學(xué)活性高活性高，燃燒速度也大。燃燒熱：燃燒熱大燃燒熱大的可燃物燃速大燃燒生成物：可燃物燃燒的生成物在燃燒溫度下為凝凝聚聚狀態(tài)。 可燃物的粉碎程度:粒子越小小，比表面越大，燃燒反應(yīng)速度就越快，而且時(shí)間精度越高。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件15常用的可燃物：常用的可燃物：金屬可燃物：Mg（快）、Al、

9、Mn(中)、Zr(快)、Sb(慢慢)、Zn、W(慢慢)等非金屬可燃物：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等國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件16粘合劑及其它附加物的選擇粘合劑及其它附加物的選擇常用的粘合劑：硝化棉、蟲膠、松香、亞麻油、硫、酚醛樹脂、聚硫橡膠、氯丁橡膠、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸丁酯、有機(jī)多硫化物等。燃速調(diào)整劑：石墨、銅、硅藻土和氟化鈣。國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件173.3.2 延期藥的組成延期藥的組成1.成分成分根據(jù)燃速來選擇2

10、.配比配比 所謂氧平衡是指延期藥中可燃物完全燃燒時(shí)所需要氧化劑的氧量有多余或不足的情況。國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件18 %21%1006862 .9122 .912%10022%YXXZr例例：強(qiáng)耐水藥601#Pb3O4 72%Zr 28%反應(yīng)方程為：2Zr+Pb3O42ZrO2+3PbX-鋯分子量=92.1，Y- Pb3O4分子量=686，則鋯含量百分?jǐn)?shù)：國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件19o 一般原料鋯中活性鋯的含量規(guī)格為6981%，則28g鋯中活性鋯的含量為： 2869%=18.32（g） 2881%=22.68（g）， 即鋯的含量為18

11、.3222.68go 實(shí)驗(yàn)時(shí)選定的配比的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是圍繞著零氧平衡進(jìn)行的，測定不同配比時(shí)，藥劑的燃速，得到配比和燃速的曲線。在使用時(shí)常選用曲線的最大點(diǎn)，即曲線斜率最小處作為延期藥的配方。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件203.3.3 微氣體延期藥燃燒機(jī)理及影響燃速的因素微氣體延期藥燃燒機(jī)理及影響燃速的因素o 3.3.3.1 延期藥的燃燒機(jī)理延期藥的燃燒機(jī)理 固-固相的反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)氧從固體氧化劑擴(kuò)散到可燃物中，或可燃物擴(kuò)散到氧化劑中 。 預(yù)點(diǎn)火反應(yīng)：固-固相反應(yīng) 以BaO2和Fe為例,著名的U型管試驗(yàn)國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件213.3.3.2 延

12、期藥燃燒速度延期藥燃燒速度是藥柱的未燃區(qū)，是反應(yīng)區(qū)，是已燃區(qū)。AB是燃燒面，Tr-室溫，Ti-藥柱的發(fā)火點(diǎn)，Tb-燃燒后的溫度。國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件22o根據(jù)熱力學(xué)定律，熱量由高溫向低溫流動(dòng)，而流速為dg, dg=dQ/dtdtLTTdtdLdTdQib1式中： dQ1：從反應(yīng)區(qū)向預(yù)熱區(qū)流動(dòng)的熱量 ： 傳熱系數(shù) dt： 時(shí)間國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件23 dsTTCdQri)(12 （1） 21dQdQ則 dsTTCdtLTTriib)(1 （ 2） )()(1riibTTLCTTVdtds （ 3） 從反應(yīng)區(qū)流出的熱量用于將藥劑從

13、Tr加熱到Ti，設(shè)dQ2為此加熱所需的熱量：國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件24圖 3.4.3.2 藥柱的擴(kuò)散燃燒模型根據(jù)擴(kuò)散方程，擴(kuò)散速度 rKdtdr1，即：Kdtrdr 邊界條件：反應(yīng)前：t0， r0 反應(yīng)后：t，rr0r0dr國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件25 000Kdtrdrr Kr220 （5） Kr220 KrvvL220 201)(2)(rTTCKTTVriib國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件263.3.3.3影響燃燒速度的因素影響燃燒速度的因素o 1.原料 ：可燃物的活性，氧化劑的分解溫度，o 粘合劑，水分

14、，CaF2o 2.原料粒度:細(xì)度增大，燃速快，精度好o 3.裝藥直徑：直徑減小，徑向熱損失大，燃速小o 4.管殼材料及厚度 ：熱損失o 5.裝藥密度o 6.環(huán)境條件國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件27圖3.5.2.1壓藥藥量與燃燒時(shí)間的關(guān)系國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件283.3.4 設(shè)計(jì)和研制延期藥應(yīng)該注意的問題設(shè)計(jì)和研制延期藥應(yīng)該注意的問題1.產(chǎn)品要求2.作用時(shí)間的調(diào)整 3.原料的選擇 4.環(huán)境條件適應(yīng)性5.原料配比的確定 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件29應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：o (1)燃燒時(shí)間要準(zhǔn)確

15、o (2)射擊時(shí)中途不熄滅o (3)良好的物理和化學(xué)安定性o (4)具有較小的機(jī)械感度和一定的強(qiáng)度 o (5)工藝要求國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件303.3.5 常見延期藥簡介常見延期藥簡介 o 國外:有硅系、硼系、鎂系、鎢系、鉻系、鉬系、鋯系、錳系、硒-銻等延期藥。 o 硅系：硅/(PbO2、Pb3O4、PbCrO4) ，用于毫秒級延期雷管o 硼系：短延期藥劑，25100ms，用于短延期雷管o 鎢系：高秒量延期藥國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件31o 國內(nèi)：常用的有鎢系、硅系和硼系。鎢系常用作高秒量長延期藥；硅系多用作毫秒延期藥；硼系短延期軍用

16、較多。o 近年來國外對有機(jī)組分作延期藥也有一些研究。延期-點(diǎn)火藥是梯恩梯的金屬鹽類的混合物。這類藥劑與硼-鉛丹比較，靜電感度更低，并有良好的貯存穩(wěn)定性。此外，還有三硝基間苯二酚鋇、硝基萘與碳的混合藥劑等。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件32o 硅系延期藥主要含有硅和四氧化三鉛，是一種常用的、性能較好的、無氣體的毫秒延期藥，也可用作點(diǎn)火藥。硅系延期藥的缺點(diǎn)：機(jī)械和靜電感應(yīng)較高，在生產(chǎn)中安全問題應(yīng)特別注意。o 硼系延期藥大致可分為BPb3O4、BCuO和BBaCrO4三類。國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件33(1) BPb3O4延期藥延期藥B Pb3O

17、4的點(diǎn)火感度較高，B含量大于5時(shí)可為導(dǎo)爆管直接點(diǎn)燃，其燃速在4.745 mms-1之間，適用于25200ms的延期范圍，誤差大約為10。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件34(2) BCuO延期藥延期藥 BCuO延期藥的點(diǎn)火感度高，類似BPb3O4延期藥，而燃速稍慢，適用于100500ms的延期范圍。BCuO延期藥的燃速隨B含量的增加而增加，其范圍是1448 mms-1。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件35(3) BBaCrO4延期藥延期藥 BBaCrO4延期藥的點(diǎn)火感度較差，需要加入點(diǎn)火藥才能被點(diǎn)燃，其燃速較慢，主要作為秒延期藥。BBaCrO4延

18、期藥的燃速在518mms-1之間，硼含量的變化影響B(tài)BaCrO4延期藥的燃速。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件36(4)其它硼系延期藥其它硼系延期藥o 法國專利公布的電雷管延期藥配方是硼粉，四氧化三鉛，銅粉為6904。o 美國用于雙方向延期接頭處的延期藥配方是硼粉/四氧化三鉛硅為1.5/7028.5。 o 鎢延期藥是一種燃速很慢的延期藥，它需要用鋯點(diǎn)火藥來點(diǎn)燃。鎢系延期藥的優(yōu)點(diǎn)是低溫燃燒性能較好，在一60一70時(shí)不易熄滅。但是，鎢系延期藥燃速隨環(huán)境溫度的變化較大。 國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件373.4 延期元件簡介延期元件簡介 延期保險(xiǎn)螺結(jié)構(gòu)示意圖3.4.1 保險(xiǎn)藥柱保險(xiǎn)藥柱國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件383.4.2 短延期藥柱短延期藥柱 甲-1引信的自調(diào)延期機(jī)構(gòu) 1-延期管座 2-網(wǎng)墊 3-延期藥 4-慣性片 5-延期藥管國防科技學(xué)院 火工品設(shè)計(jì)原理 第三章 延期要和延期元件393.4.3 時(shí)間藥盤時(shí)間藥盤 延期時(shí)間機(jī)構(gòu)示意圖1-定位銷 2-點(diǎn)火藥 3-藥盤 4