CC BY
93
УДК 536.46
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕНИ СРАБАТЫВАНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКОГО ГАЗОГЕНЕРАТОРА
М.И. Кирюшкина, Е.П. Поляков
Предложена математическая модель горения пиротехнического топлива, основанная на концепции объемной зоны превращения конденсированной фазы в продукты сгорания. Модель позволяет прогнозировать ускоренный режим горения топлива, обосновывая его закономерность.
Ключевые слова: скорость горения, пиротехнический заряд, шлаковый остаток, рецептура состава, генерируемый газ.
Для оценки влияния на процесс горения пиротехнического топлива пористой структуры различных способов отвода продуктов газогенерации из зоны горения разработана математическая модель, основанная на концепции объемной зоны превращения конденсированной фазы в продукты сгорания.
При идентификации коэффициентов математической модели использованы результаты экспериментальных работ по изучению закономерностей горения газогенерирующей смеси ЖАН-1,15 [1].
Работы проводились на установке, позволяющей проводить сжигание состава как в условиях вакуума, так и при высоком давлении газа (до 20 МПа).
В установке предусматривалась возможность измерения давления газа в процессе горения состава и общего количества выделившегося газа после сгорания образца.
При необходимости проводился отбор проб газа для анализа. При проведении испытаний в качестве основного параметра определялась средняя скорость горения исследуемого состава, которая вычислялась по формуле:
Н
и
ср гг
1 гор
где Н- высота смеси в образце, мм; тгор - время горения состава, с. Время горения состава определялось по формуле:
т гор = т п — т з ,
где тп - полное время срабатывания, с; тз - время задержки, с. Полное время срабатывания тп вычислялось от момента подачи импульса поджига до момента полного сгорания состава, регистрируемого по факту достижения максимального давления. Время задержки тз определялось от момента подачи импульса поджига до момента начала горения, регистрируе-
96
мого по началу роста давления газа в системе.
Время начала горения и время достижения максимального давления определялись с помощью датчика давления типа МД, показания которого регистрировались на свето-лучевом осциллографе Ш17/1.
В опытах использовались газогенераторы АСГН209.020 и АСГН220.020. Конструктивно они незначительно отличаются друг от друга, только в высоте заряда ( 103 мм - АСГН209.020, 92 мм - АСГН220.020)
-У -2
и свободном объеме газогенераторов (100 см - АСГН220.020, 62 см -АСГН220.020)
На базе разработанной системы уравнений проведено численное моделирование влияния различных факторов на среднюю скорость горения пиротехнического заряда. Расчеты проведены при следующих исходных данных. Коэффициенты модели х и ц варьировались соответственно от 0 до 1 и от 10-3 до 10-6. Вязкостный коэффициент гидравлического сопротивления и инерционный коэффициент были приняты согласно данным
9 7 9 10
работы [2] для частиц в форме гранул а = 8,9 ' 10 П- ; в = 6.8' 10 П- .
Характерные осциллограммы, получаемые в процессе численного эксперимента, приведены на рис.1.
Рис.1. Осциллограммы давления в приемном устройстве при срабатывании газогенератора: 1 - подача напряжения на поджигающее устройство; 2 - начало поступления газа в приемник;
3 - момент изменения характера горения заряда; 4, 4' - окончание заполнения приемника; Руск - давление в момент появления ускорения
горения; Ртах, Р^ах - конечное (максимальное) давление в приемнике;
хз - время поджига; хуск - время начала ускорения горения;
х п, хП - время срабатывания
97
Посредством численного эксперимента установлено, что при определенных условиях срабатывания газогенератора для процесса горения пиротехнического топлива характерны два режима. На начальной стадии -обычный режим, когда генерируемый в процессе горения газ фильтруется через продукты реакции - шлаки, т.е. через зону, где размещен воспламе-нительный состав. Тепло от продуктов горения к непрореагировавшему веществу конденсированной системы в этом случае передается теплопроводностью, что определяет сравнительно невысокие скорости процесса. При достижении в газогенераторе некоторого давления наступает ускоренный режим горения, при котором скорость изменения (роста) давления в опытах в 2-2.5 раза больше по сравнению с обычным режимом.
Предложенная концептуальная модель и разработанная на ее основе математическая модель скорости горения пиротехнического топлива пористой структуры позволяют прогнозировать такой процесс, обосновывая его закономерность. На стадии обычного режима по мере выгорания заряда увеличивается глубина шлака, через который фильтруется генерируемый в процессе горения газ. При этом газопроницаемость слоя шлака снижается, что приводит к увеличению перепада давления на слое шлака. После того как газопроницаемость шлака становится ниже газопроницаемости пиротехнического заряда, горячие газы проникают в поры непрореаги-ровавшего состава и поджигают вещество внутри. Возникают конвективные токи фильтрующегося через смесь газа. Поверхность горения и, следовательно, скорость газовыделения возрастают, увеличивается доля тепла, которое передается конвекцией, повышается скорость процесса.
Для подтверждения выдвинутого объяснения ускоренного режима горения заряда были использованы эксперименты в следующей редакции: заряд газогенератора состоял из двух частей, разделенных фильтром из ме-таллорезины диаметром 30 мм, равным диаметру заряда, и толщиной 2 мм. Расстояние от фильтра до дна чехла составляло 25 мм. В опытах использовался состав ЖАН-1,15, запрессованный до относительной плотности 0,8. Срабатывание газогенератора осуществлялось на объем 50 см при начальной температуре + 500С и комнатной температуре.
Результаты опытов. В первом опыте (Тн = 200С), когда ускоренный режим горения в первой части заряда не возникал, горение через металлическую преграду не передавалось. Во втором опыте (Тн = 500С) реализовался ускоренный режим горения и заряд газогенератора, состоящий из двух частей, полностью сгорел. Так как непосредственного контакта между этими частями не было, то горение от одной части заряда к другой могло передаваться только конвективным потоком горячего газа. В пользу конвективного характера теплопередачи говорит и тот факт, что на полученной осциллограмме задержки горения на границе двух частей заряда не обнаружено.
В процессе экспериментального исследования была решена задача по уменьшению скорости роста давления в корпусе газогенератора, т.е. задача увеличения времени срабатывания газогенератора. С этой целью предложено использовать заряд, состоящий из нескольких частей, соединенных друг с другом замедлительным составом, т.е. пиротехническим составом с меньшей скоростью горения, чем основной состав. Для подтверждения эффективности данного способа проведены срабатывания
-> Л
АСГН209.020 на приемник объемом 50 см при Тн = 200С. В первом генераторе азота использовался единый заряд согласно КД, в двух других - заряд, разделенный на три части металлорезиновыми фильтрами толщиной 3 мм и имеющими центральное отверстие диаметром 15 мм (рис. 2).
¿1
1
л
3
Рис. 2. Заряд из нескольких частей, соединенных друг с другом замедлительным составом: 1 - заряд; 2 - чехол; 3 - переходная таблетка; 4 - металлорезиновый фильтр; 5 - фильтрующий элемент, стрелки показывают направление потока газа
Передача горения от одной части заряда к другой осуществлялась при помощи таблетки ПТС, запрессованной в отверстие МР-фильтра. В одном опыте использовались таблетки из того же состава, что и заряд (ЖАН-1,15), в другом - из состава ЖАН-0,42, скорость горения которого в 3-4 раза меньше скорости горения таблеток из состава ЖАН-1,15. Полученные результаты этих опытов приведены в таблице и на рис.3.
Параметры срабатывания газогенераторов с замедлительным составом
Констр. Состав Время Время Давле- Макси- Скорость
заряда переход- срабаты- появле- ние, при мал. газогене-
ных вания, ния котором давле- рац.
таблеток с ускоре- начина- ние, до уско-
ния, ется МПа рения
с ускорение, МПа горения, МПа/с
КД Нет 5,6 4,8 43,0 112,0 11,0
Состав- ЖАН- 6,0 5,3 50,0 98,0 11,0
ной 1,15
Состав- ЖАН- 7,9 Нет Нет 97,0 7,6х
ной 0,42
х - скорость газогенерации вычислялась на момент срабатывания второй переходной таблетки.
Рис.3. Диаграммы давления для газогенератора с составным зарядом
Результаты проведенных экспериментов подтвердили возможность исключения ускоренного срабатывания газогенераторов посредством составной конструктивной сборки пиротехнического заряда.
Список литературы
1. Результаты испытаний газогенератора в составе изделия. № 06/94 от 12.02.07 (19/19ф от 13.02.07 дело 1908-03).
2. Поляков Е.П., Якунов М.А. Использование низкотемпературного газогенератора для взведения взрывателей кумулятивно-осколочных бое-
100
вых элементов РСЗО // C6. материалов НТК «VII Окуневские чтения». Санкт-Петербург: Изд-во «Военмех», 2007. С. 28-32.
Кирюшкина Мария Игоревна, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Поляков Евгений Павлович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIMTNAL STUDY OF THE TIME OF ACTUATION OF THE PYROTECHNIC
GAS GENERATOR
M.I. Kiryushkina, E.P. Poliakov
Mathematical model of the combustion of the pyrotechnic fuel allows to predict the accelerated burning fuel, to justify its regularity is proposed.
Key words: burning rate, a pyrotechnic charge slag residue, formulation on the composition of the generated gas.
Kiryushkina Maria Igorevna, postgraduate, ms. ivts@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Poliakov Evgenii Pavlovich, doctor of technical scienses, professor, ms. ivts@rambler. ru, Tula, Tula State University
УДК 623.9
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧИ СТРУКТУРНОГО И ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ДВУХСРЕДНОГО СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ
Н.Е. Стариков, А.Ю. Вязников, А.Ю. Борисова
Выделены проблемные вопросы, которые возникают при постановке задачи структурно-параметрического синтеза стрелковых комплексов. Показан вариант решения задачи для двухсредного автомата, как для новой, малоисследованной системы, вызывающей определенные трудности.
Ключевые слова: целевое применение, универсальность, эффективность, специализация, калибр, патрон, оптимизация, критерий.
Основная цель данной статьи состоит в том, чтобы выделить проблемные вопросы, которые возникают при постановке задач, и показать, что попытка решения задачи напрямую для действительно сложных сис-
101
