液體發(fā)射藥炮1945年美國開始試驗把液體發(fā)射藥用于火炮預(yù)測20世紀末或21世紀初可裝備部隊？1PPT課件液體火箭發(fā)動機優(yōu)點比沖高250～500秒推力范圍大單臺推力1克力～700噸力能反復(fù)起動能控制推力大小工作時間較長2PPT課件液體火箭發(fā)動機化學(xué)火箭發(fā)動機氧化劑液氧四氧化二氮燃燒劑液氫偏二甲肼煤油氧化劑和燃燒劑必須儲存在不同的儲箱中3PPT課件液體火箭發(fā)動機組成推力室推進劑供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)動機控制系統(tǒng)4PPT課件液體火箭發(fā)動機推力室將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成推進力的重要組件推進劑噴嘴燃燒室噴管組件5PPT課件液體火箭發(fā)動機推力室推進劑通過噴注器注入燃燒室霧化、蒸發(fā)、混合、燃燒出口速度高2500～5000米/秒燃燒室內(nèi)壓力可達20MPa溫度3000～4000℃需要冷卻6PPT課件7PPT課件液體火箭發(fā)動機推進劑供應(yīng)系統(tǒng)按要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進劑按輸送方式擠壓式（氣壓式）高壓氣體經(jīng)減壓器減壓后進入氧化劑、燃燒劑貯箱將其分別擠壓到燃燒室中只用于小推力發(fā)動機泵壓式用液壓泵輸送推進劑大推力發(fā)動機8PPT課件9PPT課件液體火箭發(fā)動機控制系統(tǒng)對工作程序和工作參數(shù)進行調(diào)節(jié)和控制工作程序包括三個階段發(fā)動機起動工作關(guān)機按預(yù)定程序自動進行工作參數(shù)主要指推力大小推進劑的混合比10PPT課件液體火箭發(fā)動機主要用途航天器發(fā)射姿態(tài)修正與控制軌道轉(zhuǎn)移等11PPT課件液體發(fā)射藥炮初速大最初目的液體發(fā)射藥比固體發(fā)射藥的能量高炮用肼基藥120毫米2096米/秒裝填密度高相對裝藥量高12PPT課件液體發(fā)射藥炮射速高不需裝填、抽拋藥筒155毫米液體發(fā)射藥自行榴彈炮攜彈量超過126發(fā)普通榴彈炮30～40發(fā)有自動裝填機構(gòu)的155毫米液體發(fā)射藥炮射速15～20發(fā)/分普通火炮最大射速為12發(fā)/分30毫米液體發(fā)射藥航空機關(guān)炮射速可達6000發(fā)/分13PPT課件液體發(fā)射藥炮燒蝕小液體燃料爆溫低延長身管壽命燃料配制工藝簡單危險性降低價格便宜容易實現(xiàn)裝填自動化液體燃料由專門供給管道灌裝14PPT課件液體發(fā)射藥炮提高炮膛工作容積利用系數(shù)通過噴射流量的控制后勤上的便利液體燃料體積可變性貯存運輸彈藥加工15PPT課件液體發(fā)射藥炮內(nèi)彈道性能穩(wěn)定性較差尚不能有效控制液體燃料的破碎、霧化和燃燒初速分散大膛壓曲線多峰或壓力振蕩類似于液體火箭發(fā)動機產(chǎn)生回火而引發(fā)膛炸內(nèi)彈道循環(huán)控制不當(dāng)16PPT課件液體發(fā)射藥炮噴射機構(gòu)的可靠性和壽命還不夠高多數(shù)的液體燃料具毒性和腐蝕性部隊使用不便17PPT課件液體發(fā)射藥裝填方式一次注入式整裝式BLPG再生注入式RLPG目前最接近實用的液體發(fā)射藥火炮18PPT課件整裝式發(fā)射時將燃料預(yù)先注入藥室，然后點火發(fā)射結(jié)構(gòu)簡單類似于固體裝藥的裝填內(nèi)彈道過程難以控制利用流體不穩(wěn)定性使氣液混合并充分燃燒的過程19PPT課件整裝式底火液體燃料彈丸20PPT課件整裝式裝藥結(jié)構(gòu)類似于固體發(fā)射藥液體發(fā)射藥直接裝填在彈后空間的藥室內(nèi)較大的裝填密度（1~1.45g/cm3)機械結(jié)構(gòu)簡單內(nèi)彈道過程復(fù)雜難以控制點火方式及點火能量影響到壓力曲線形狀大多數(shù)情況下有雙峰現(xiàn)象21PPT課件整裝式內(nèi)彈道過程一般底部點火類似于膛底發(fā)生的輕微水下爆炸使膛底局部形成氣泡或空腔容易產(chǎn)生流動的不穩(wěn)定性導(dǎo)致液體燃料破碎很大的隨機性難以控制增大燃燒面積提高燃燒效率提高彈道效率22PPT課件整裝式內(nèi)彈道過程底火液體藥氣體彈丸23PPT課件24PPT課件整裝式雙峰現(xiàn)象第一峰值與點火能量釋放有關(guān)第二峰值取決于液體燃料破碎機制25PPT課件整裝式口徑mm點火方式彈丸質(zhì)量gML/ms發(fā)數(shù)PmMPav0標準偏差38.8煙火劑端面開孔3291.10055291569392.53291.10554901549191.2煙火劑徑向開孔3281.10074911533422.73231.130135071531322.11912.2603535179129.31.61912.3203562180322.61.3ML——液體發(fā)射藥質(zhì)量；ms——彈丸質(zhì)量（比值為相對裝藥量）Kanpton,J.D.等給出的采用HAN（硝酸羥胺hydroxylammoniumnierate）基火藥的結(jié)果26PPT課件再生注入式再生注入式1活塞擠入式外環(huán)式內(nèi)環(huán)式再生注入式2泵入式27PPT課件再生注入式1貯液室（藥室）與燃燒室由活塞隔開點火后推動活塞向后運動通過活塞上的噴口將燃料噴射到燃燒室霧化燃燒通過控制噴射規(guī)律可獲得平臺式的p-t曲線增大炮膛工作容積效率給定最大壓力下獲得更高初速28PPT課件外環(huán)式貯液室活塞燃燒室彈丸29PPT課件外環(huán)式30PPT課件內(nèi)環(huán)式31PPT課件再生式內(nèi)彈道過程P-t曲線大致5階段內(nèi)彈道初始階段點火延遲階段壓力上升階段平臺效應(yīng)階段燃氣膨脹階段32PPT課件再生式內(nèi)彈道過程1—點火；2—噴射積累；3—積累與燃燒；4—準平衡；5—膨脹33PPT課件再生式內(nèi)彈道過程內(nèi)彈道初始階段點火產(chǎn)生燃氣壓力升高推動活塞后退壓縮貯液室中的燃料噴射燃料通過活塞上的小孔或間隙噴射到燃燒室34PPT課件再生式內(nèi)彈道過程點火延遲階段活塞繼續(xù)后退積累噴射出來的霧化燃料在燃燒室內(nèi)積累受熱點火藥氣體將熱量傳給霧化燃料對流傳熱點火延遲時間過長積累過多膛炸35PPT課件再生式內(nèi)彈道過程壓力上升階段點燃積累的燃料迅速燃燒壓力上升活塞加速速度升至最大彈丸開始加速36PPT課件再生式內(nèi)彈道過程平臺效應(yīng)階段膛內(nèi)壓力達到最大值后基本不變平衡狀態(tài)氣體生成量與流入身管和補償活塞運動的氣體量液體發(fā)射藥火炮的優(yōu)勢所在內(nèi)彈道性能優(yōu)于固體發(fā)射藥火炮37PPT課件再生式內(nèi)彈道過程燃氣膨脹階段噴射過程結(jié)束活塞到位膛內(nèi)燃料繼續(xù)燃燒膛壓下降燃料全部燃完燃氣繼續(xù)膨脹做功彈丸射出膛口內(nèi)彈道過程結(jié)束38PPT課件再生式內(nèi)彈道過程的壓力振蕩39PPT課件再生式內(nèi)彈道過程的壓力振蕩原因噴射流體的脫壁與重附作用再生式活塞的沖擊及機械振蕩前兩種因素的綜合作用燃燒室及貯液室的聲學(xué)振蕩燃燒室被活塞所激勵而產(chǎn)生的應(yīng)力波電子噪聲等40PPT課件噴射面積對壓力曲線的影響41PPT課件再生式口徑mm燃料類型藥量kgML/ms發(fā)數(shù)PMPa膨脹比行程mv0彈道效率%計算25OTTOII0.1160.83481837.652.1394621.124.030OTTOII0.1970.58341198.52.4494619.623.9LP18450.2340.8124195101913.917.5LP18460.2270.7873196101415.018.0105OTTOII1.030.092311015.95.1850136.239.81.080.096211051137.741.51.960.157211012.866240.441.92.100.161211066139.545.13.130.250211010.475533.938.33.220.278811081035.037.742PPT課件再生注入式2發(fā)射時用泵將發(fā)射藥不斷地泵入藥室通過調(diào)節(jié)泵入速率來控制燃速從而控制初速和射程結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜43PPT課件液體發(fā)射藥單元藥將氧化劑和燃料溶為一體發(fā)射時注入藥室，點火燃燒雙元藥氧化劑和燃料分別置于不同容器中裝填時液體通過各自的管道注入藥室44PPT課件單元液體發(fā)射藥成份異丙基硝酸脂和肼的化合物肼、硝酸肼與水的混合物優(yōu)點點火容易噴射機構(gòu)簡單使用方便缺點對沖擊波和強烈點火源很靈敏貯存不安全45PPT課件單元液體發(fā)射藥單元燃料顯示出更多的優(yōu)點OTTOII早期研究硝酸羥胺（HAN）基單元燃料美國海軍LP系列單元燃料美國彈道研究實驗室以硝酸羥胺為基燃料組分主要為三甲基胺（TMAN，C3H10N2O3）乙醇硝酸胺（FOAM，C2H8N2O4）三乙基硝酸胺（EN，C6H16N2O3）可溶于水的混合物毒性小46PPT課件單元液體發(fā)射藥HAN溶液和LP系列單元燃料初始分解溫度僅依賴于硝酸的濃度大范圍內(nèi)幾乎是線性關(guān)系硝酸濃度從約200℃的2.8mol/L到120℃的13mol/LLP系列燃料中含有少量鹵鹽或轉(zhuǎn)變金屬使著火溫度減小對污染敏感相容性差47PPT課件單元液體發(fā)射藥以HAN為基的液體燃料的壓縮點火相關(guān)項所?？臻g大小氣泡大小增壓速率最大壓力液體初始壓力液體燃料一項重要的敏感性指標48PPT課件單元液體發(fā)射藥液體燃料的相變溫度早期HAN基的液體燃料-30℃左右軍用角度不能接受LGP1845和LGP1846-60℃溫度與粘性的關(guān)系溫度減小，粘性明顯增大影響低溫條件下流動特性噴射霧化過程-55℃以下才能滿足要求49PPT課件單元液體發(fā)射藥與固體火藥名稱比能

kJ/kg爆溫

K氧平衡

%密度

g/cm3硝基甲烷(NM)CH3NO31244304439.31.14硝酸異丙基(IPN)C3H7NO38221844-991.04肼(65%)+水(5%)+硝酸(30%)10991792-62.41.12OTTOII8132040-1.22M1(84.2%NC)9552554-516A502(93.5%NC)9622721-43NC873(96.6%NC)10122968-37.8A505(98.2%NC)10353097-34.5M8(52.15%NC-43%NGL)11733758-21固體火藥單元液體藥50PPT課件HAN基單元燃料牌號燃料HAN質(zhì)量分數(shù)水質(zhì)量分數(shù)密度g/cm3火藥力kJ/kg火焰溫度K符號質(zhì)量分數(shù)1776TMAN0.1930.6080.1991.39960.726001781EOAN0.3250.5030.1721.42929.625601812TEN0.1360.6750.1891.40959.826201814TEN0.1320.6530.2151.38924.725001835TEN0.1180.6840.1981.41885.724101845TEAN0.2000.6320.1681.46962.327301846TEAN0.1920.6080.2001.42934.525701848TEAN0.1450.6630.1921.46820.7226051PPT課件HAN基發(fā)射藥液滴燃燒特性LP1846液滴在高溫環(huán)境下主要經(jīng)歷蒸發(fā)過程蒸發(fā)產(chǎn)物為水蒸氣周期性膨脹收縮過程液滴膨脹的最大直徑約為初始直徑的兩倍左右伴有液滴的輕度微爆現(xiàn)象微爆機理主要是水組分的過熱較強熱分解過程燃燒過程52PPT課件液滴微爆的序列過程（p∞

=0.4MPa，T∞

=700℃）53PPT課件液滴燃燒分區(qū)模型示意54PPT課件液滴質(zhì)量燃速與環(huán)境溫度的關(guān)系55PPT課件雙元液體發(fā)射藥自燃式發(fā)射藥注入藥室一經(jīng)接觸便可燃燒非自燃式發(fā)射藥注入藥室后須點火方能燃燒56PPT課件雙元液體發(fā)射藥氧化劑硝酸四氧化二氮過氧化氫（雙氧水）N2H4O4燃料自燃一甲基肼(MMH)非對稱二甲基肼(UDMH)三乙基胺(TEA)非自燃十氫化萘煤油(JP4)異辛烷和異丙醇(ZPA)57PPT課件雙元液體發(fā)射藥優(yōu)點良好的點火性能和彈道性能氧化劑和燃料的配比可以在很寬的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)貯存和輸運時比較安全氧化劑和燃料分開存放缺點毒性和腐蝕性操作人員的安全火炮身管、噴射系統(tǒng)的壽命58PPT課件雙元液體發(fā)射藥氧化劑和燃料名稱凝固點℃沸點

℃密度

g/cm3燃料異辛酸C14N18-109117.60.69JP4（煤油）-601040.773非對稱二甲基肼(UDMN)C2H8N2-57.2630.791一甲基肼（MMH）CH6N2-52.487.60.875二乙基肼（TEA）C6H15N-114.789.30.728糖醇（FFA）C5H6O2-321711.13異丙酸（IPA）C3H8O-89.582.40.786氧化劑WFNAHNO3-41.6841.513RFNAHNO3-52401.557四氧化二氮N2O4-11.221.31.45過氧化氫H2O285%ig-17.9136.91.3659PPT課件自燃與非自燃雙元燃料比能kJ/kg爆溫K氧平衡%非自燃JP4/RFNA10163200異辛烷/WFNA-90%ig8792800異辛烷/WFNA12783581異辛烷/N2O414373928IPA/H2O2-80%ig11462851-8.5自燃MMW/RFNA14463510-21.9UDMH/WFNA13753500-20.0TEA/WFNA13023671-20.2FA/WFNA11533635-16.7UDMH/RFNA137560PPT課件液體燃料的基本要求燃燒性能及能量指標物理性能安全性穩(wěn)定性經(jīng)濟性61PPT課件液體燃料的基本要求有些要求是相互矛盾的某些性能有所改善，而另一些性能卻可能惡化不能片面地追求某些性能指標應(yīng)該從整個武器系統(tǒng)性能的綜合指標出發(fā)對液體燃料提出合理的要求62PPT課件液體燃料的燃燒性能及能量指標低閃點或燃點閃點開始閃火的最低溫度液體燃料蒸氣與空氣的混合物與明火或火花接觸時燃點當(dāng)液相也參與燃燒時的最低溫度高蒸氣壓易揮發(fā)可燃濃度極限寬點火迅速可靠貯運時易起火、爆炸選擇合適參數(shù)采取安全措施63PPT課件蒸氣壓氣態(tài)分子對液體產(chǎn)生的壓強飽和蒸氣壓一定外界條件下單組分系統(tǒng)發(fā)生兩相變化液體中的液態(tài)分子會蒸發(fā)為氣態(tài)分子氣態(tài)分子也會撞擊液面回歸液態(tài)平衡時，氣態(tài)分子含量達到最大值蒸氣壓越大液體內(nèi)分子的逃逸傾向越大即越容易揮發(fā)64PPT課件蒸氣壓的特征衡量傾向程度的量液體中能量較高的分子脫離液面進入氣相產(chǎn)生氣態(tài)分子的原因液體的本性液體的自有屬性外界條件（溫度、壓力）一定確定的數(shù)值在密閉容器中裝滿液體液體沒有空間形成蒸氣自然也不會對液體產(chǎn)生壓力但蒸氣壓作為液體本質(zhì)屬性依然存在不能說此時液體的蒸氣壓為065PPT課件蒸氣壓的特征描述單組分體系氣液兩相平衡時的特征具有熱力學(xué)上的意義不能等同動力學(xué)量66PPT課件蒸氣壓的特征將液體放入真空容器中外壓相當(dāng)于此條件下的液體蒸氣壓當(dāng)液體系統(tǒng)氣液兩相平衡時借此研究蒸氣壓隨溫度的變化規(guī)律及對應(yīng)關(guān)系蒸氣壓會隨溫度增大而增大分別利用Clapeyron方程和Antonie公式求解67PPT課件蒸氣壓的特征液體非在真空容器中，而是在惰性氣體中外壓不再相當(dāng)于液體蒸氣壓若液體置于空氣中且規(guī)定空氣不溶于液體此時的外壓為大氣壓力蒸氣壓隨外壓的變化規(guī)律通過平衡分析利用Gibbs自由能變量相等定量考察蒸氣壓隨外壓增大而增大外壓的影響甚微，通?？珊雎圆挥?8PPT課件液體燃料的燃燒性能及能量指標著火或點火延遲時間短而穩(wěn)定著火延遲時間自燃雙元燃料中氧化劑和燃料從開始接觸到著火的時間點火延遲時間非自燃液體燃料與明火接觸到被點燃的時間著火或點火時間過長控制噴射速度不協(xié)調(diào)燃燒室內(nèi)液體燃料聚集過多燃燒不穩(wěn)定性甚至爆炸與燃料的性質(zhì)有關(guān)大部分在4～30ms69PPT課件液體燃料的燃燒性能及能量指標燃燒充分、安全高熱值低爆溫燃氣比體積大絕熱指數(shù)小70PPT課件液體燃料的物理性能粘性小減小流動阻力霧化容易霧化直徑小利于混合、蒸發(fā)和燃燒溫度敏感性低避免造成流阻變化引起流量波動影響到膛壓曲線的變化規(guī)律內(nèi)彈道性能穩(wěn)定在高、低溫度條件下內(nèi)彈道的設(shè)計容易保證合理匹配燃料噴射規(guī)律膛內(nèi)壓力變化規(guī)律隨溫度增加而減小氣體的粘性隨溫度增加而增大71PPT課件液體燃料的物理性能表面張力小易碎裂成液滴和霧化提高燃燒效率易形成液膜濕潤膛壁表面減小身管的燒蝕72PPT課件液體燃料的物理性能密度大充分利用藥室容積增大裝填密度減小貯液室容積減小消極質(zhì)量密度隨溫度變化小影響噴射流量影響到內(nèi)彈道的穩(wěn)定73PPT課件液體燃料的物理性能冰點和沸點范圍寬適應(yīng)高、低溫度條件下的使用一般冰點低于-50℃沸點高于100℃此溫度范圍內(nèi)不應(yīng)發(fā)生相變或變?yōu)槟z狀否則會影響到噴射過程中燃料的輸送74PPT課件液體燃料的安全性選擇燃料時在保證安全的前提下再考慮滿足其他性能的要求75PPT課件液體燃料的安全性熱敏感性液體燃料受熱作用時發(fā)生著火爆炸的敏感程度低的熱分解溫度或自燃溫度利于燃料的點火和燃燒熱敏感性程度同時增大不利于貯存運輸?shù)陌踩?6PPT課件液體燃料的安全性火花敏感性液體燃料產(chǎn)生爆炸的敏感程度電火花、靜電火花機械火花雷擊明火火花敏感程度低閃點高燃點高爆炸濃度極限窄最小引爆能量小安全77PPT課件液體燃料的安全性機械敏感性機械作用下發(fā)生著火或爆炸的敏感程度受到摩擦作用或者壓縮燃料局部溫度上升發(fā)生分解或著火現(xiàn)象包括撞擊敏感振動敏感摩擦敏感槍擊敏感壓縮敏感78PPT課件液體燃料的安全性沖擊波敏感受到氣體沖擊波作用下能否引起爆炸的特性爆轟敏感性臨界直徑?jīng)_擊波強度射擊環(huán)境炮口沖擊波戰(zhàn)爭環(huán)境高溫高壓爆炸沖擊波79PPT課件液體燃料穩(wěn)定性物理穩(wěn)定性蒸發(fā)使燃料損失，濃度變小，質(zhì)量下降污染環(huán)境甚至造成人員死亡吸濕分層單元燃料分層或膠化影響其組分的均勻性沉淀貯存安全使用壽命燃料性能80PPT課件液體燃料穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性貯存過程中氧化分解貯存安全使用壽命燃料性能81PPT課件液體燃料經(jīng)濟性原料成本低來源廣泛生產(chǎn)工藝過程簡單周期性短使用壽命長82PPT課件液體發(fā)射藥火炮的點火點火過程可靠性直接影響到藥火炮內(nèi)彈道性能的穩(wěn)定點火過程影響因素噴射結(jié)構(gòu)點火原理液體燃料性能對點火的影響尤為顯著點火功能有顯著差別83PPT課件自燃雙元燃料火炮的點火開始時噴入燃燒室的氧化劑和燃料在某個部位首先反應(yīng)著火為維持再生過程提供了必要條件液體的噴射啟動原理很簡單通常只用空氣或氮氣把活塞壓到啟動位置即可84PPT課件單元/非自燃雙元燃料火炮的點火點火器必須具備功能將再生活塞推到初始噴射位置產(chǎn)生高壓熱氣體將噴射燃燒室的冷態(tài)液體燃料點燃性能良好的點火器5ms內(nèi)燃燒室壓力達到18～20ＭPa能多次重復(fù)使用85PPT課件單元/非自燃雙元燃料火炮的點火與點火有重要作用的參量壓力上升速率最大壓力值點火器持續(xù)時間這些參量必須與噴射活塞的液壓特征性能相匹配當(dāng)噴口打開時，保證貯液室內(nèi)的壓力大于燃燒室內(nèi)壓力滿足射擊要求給再生過程提供足夠的起始噴射量避免噴射過量點火延遲或過程中止86PPT課件單元液體發(fā)射藥火炮的點火器整裝方案中的電火花點火系統(tǒng)安裝在燃燒室內(nèi)固體火藥盒安裝在燃燒室外部高壓燃燒之后，排出熱氣進入燃燒室點火輔助點火增強點火87PPT課件電點火在電極之間形成電弧相當(dāng)于電阻加熱和電解反應(yīng)向點火器中的液體燃料提供能量使其燃燒而生成高溫氣體噴入燃燒室進行點火88PPT課件氫+空氣點火器以氫和氧為基礎(chǔ)的點火系統(tǒng)兩種方案氫氣和空氣的混合物用電點火引發(fā)氫和空氣經(jīng)過壓縮注意對燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響點火位置點火強度燃燒室結(jié)構(gòu)將液體燃料噴入用氬氣稀釋的氫和氧混合氣體電流在液體射流噴嘴部位放電產(chǎn)生等離子流使液體燃料霧化并將其周圍的氣體和液體燃料同時點燃89PPT課件燃料＋空氣點火器將液體燃料噴入點火器中的空氣預(yù)壓燃燒室由電極放電點燃燃燒產(chǎn)物通過噴孔以高壓噴入燃燒室88

～243ＭＰａ65

～210ｍ/s噴射速度90PPT課件燃料＋空氣點火器參量優(yōu)化獲得合適的最大壓力及其壓力上升速率噴射條件當(dāng)量比當(dāng)量比高，最大壓力高混合時間燃料噴