密闭爆发器条件下火药燃烧的基本方程.ppt

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热力学( T h e rmod y n a m i cs)研究连续变容情况下火药,,固体的燃烧规律和火药气体的生成规律,,热静力学环境产生于密闭爆发器中,也可以产生于弹丸开始运动前的,,火炮药室中密闭爆发器用于研究火药在定容情况下的燃烧过程以及,,相应的火药燃烧规律·在内弹道试验中使用的定容密闭容器称为密闭爆发器(图8-1)8.1密闭爆发器及火药在密闭爆发器,,内燃烧的气体状态方,,密闭爆发器的本体是用炮钢制成的圆筒1,在其两端开口的内表面上,,制有螺纹圆筒的一端旋入点火塞2,它依靠电流点燃火药3,从而,,使火药4着火燃烧火药燃烧产生的压力及其随时间变化的规律,则,,由另一端旋入的测压传感器5及各种记录仪器记录目前常用的是5,,0mL(内径28mm)、100mL(内径36mm)和200m,,L(内径为44mm)三种容积的密闭爆发器在密闭爆发器常规试验中,试验压力一般在400MPa以下但随,,着高膛压火炮的出现,用于研究火药定容燃烧性能的密闭爆发器,其,,试验压力也需要相应提高图8-2所示的是一种压力在700MP,,a以上的高压密闭爆发器为了提高密闭爆发器的承压能力,本体采,,用复合层结构,内筒还经过专门的高压自紧装置自紧,,,,8.1密闭爆发器及火药在密闭爆发器,,内燃烧的气体状态方,,外筒热套在内筒上,给内筒产生一定的预紧力。

经过这样处理后,本,,体的耐压强度得到较大幅度的提高点火塞2和放气塞11与本体之,,间的密封形式也采取特殊的自动密封结构当火药气体作用在自紧塞,,3和7时,自紧塞再压缩后面的密封胶环4、8和密封铜垫圈5、9,,这时,密封件4、8、5和9与本体1之间就产生密封力,而且这,,一密封力随着火药气体压力增加而增大,从而达到高压密封的目的,,本节主要阐述在定容情况下火药燃烧的物理过程和相应的数学方程在弹丸开始运动前,火药在火炮药室中的燃烧过程与火药在密闭爆发,,器中的燃烧过程可以认为是相同的,,,,8.1密闭爆发器及火药在密闭爆发器,,内燃烧的气体状态方,,假定未装火药的火炮药室的初始容积为W0,ω为装药质量火药固,,体的不断燃烧产生了质量为ug的火药气体,此时的火药气体体积为,,W=WW,,p wd,,(8-1),,其中,Wpwd为未燃的火药固体体积与气体分子自身所占体积之和,,引入火药相对燃烧量,即火药燃去的质量分数:甲=Ug/u(ug,,为燃烧过程中转变为气相的装药质量),则有,,生成的火药气体的弹道特性可由以下状态参数来描述:压力p、密度,,p和温度T通过气体状态方程可以建立起这些参数之间的相互联系,,,,8.1密闭爆发器及火药在密闭爆发器,,内燃烧的气体状态方,,·8.1.2火药气体的状态方程,,气体状态方程是如下函数关系,,F=F(p,p,T)(8-3),,它把状态参数彼此联系在一起。

状态方程中一个参数的变化会导致其,,他参数的变化,根据这一特性,方程(8-3)也可以写为下面的形,,式,,p=F(p,T)(8-4),,这些方程的具体数学表达式可能有不同的形式,这取决于是理想气体,,还是非理想气体所谓理想气体,指的是气体分子没有体积而且气体,,分子间不存在相互作用力的一类气体8.1密闭爆发器及火药在密闭爆发器,,内燃烧的气体状态方,,理想气体的状态方程可由下面的方程描述:,,对于单位质量理想气体,,pW=RT(8-5),,对于气体质量为ug的理想气体,,p W=WRT(8-6),,在方程(8-5)和(8-6)中,R为气体常数,它等于R=nr,,(8-7),,其中n为单位质量气体的摩尔数,,n=1000/M,(8-8),,,,8.1密闭爆发器及火药在密闭爆发器,,内燃烧的气体状态方,,Mg为气体的摩尔质量;r=8.3143kJ/(kmo1.K),,,为普适气体常数对于火药气体,M=23~25g/mo1,n,,=40~44mo1/kg,R=360~380J/(kg.K),,理想气体状态方程(8-5)和(8-6)通常适用于压力不超过,,7~10MPa的情况火炮发射时,膛内会产生很高的气体压力,同时膛内火药气体具有很,,高的密度,气体分子自身所占有的体积就必须考虑。

在这种情况下,,进行内弹道计算时就不能使用理想气体状态方程,否则会产生很大的,,计算错误考虑到火药气体的真实气体特性,必须使用真实(非理想,,)气体的状态方程8.2火药燃烧的物理化学过程与火药,,的燃烧速度定律,,·8.2.1火药的燃烧过程和影响燃速的因素,,混合固体火药的燃烧能够在没有氧气进入燃烧室的情况下进行,并且,,燃烧伴随着大量的热能和气体产物的生成想要使火药燃烧,就应该对火药进行点火所谓点火,就是在火药药,,粒表面形成一个局部“温床”,当“温床”的温度达到点火温度时即,,发生点火有烟火药在空气中的点火温度为270℃~320℃,无,,烟火药在空气中的点火温度在200℃左右,,燃烧反应沿火药表面蔓延称为点火过程对于有烟火药,点火速率为,,1~3m/s,而对于无烟火药,为0.001~0.004m/s41,、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻——,阿卜,·,日,·,法拉兹,,,,42,、只有在人群中间，才能认识自己——,德国,,,,43,、重复别人所说的话，只需要教育；而要挑战别人所说的话，则需要头脑——,玛丽,·,佩蒂博恩,·,普尔,,,,44,、卓越的人一大优点是：在不利与艰难的遭遇里百折不饶。

——,贝多芬,,,,45,、自己的饭量自己知道——,苏联,。