何昌輝，王瓊林，劉少武，魏 倫，王 鋒，韓 冰

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065)

發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣的研究進(jìn)展

何昌輝，王瓊林，劉少武，魏 倫，王 鋒，韓 冰

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065)

針對身管武器射擊中消除或減少燃燒殘渣的要求，對發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣的研究進(jìn)行了綜述。根據(jù)燃燒殘渣在身管武器及射擊環(huán)境中的存在位置，將其分為膛內(nèi)燃燒殘渣和膛外燃燒殘渣；分析了燃燒殘渣的特性及危害、收集分析技術(shù)、抑制技術(shù)等；提出今后發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣研究的重點方向是新型材料在低燃燒殘渣發(fā)射藥及裝藥中的應(yīng)用、實彈射擊過程中燃燒殘渣測試評價方法的研究以及抑制技術(shù)的集成優(yōu)化等。附參考文獻(xiàn)72篇。

軍事化學(xué)與煙火技術(shù)；發(fā)射藥；裝藥；燃燒殘渣；身管武器

引 言

發(fā)射藥及裝藥作為身管武器的發(fā)射能源[1]，其基本功能是將彈丸射向目標(biāo)，并保證射擊時的安全性。發(fā)射藥及裝藥性能的優(yōu)劣直接影響武器性能的發(fā)揮[2-3]。當(dāng)前我國裝備的各式身管武器發(fā)射彈丸時存在明顯的膛口煙霧大、膛內(nèi)留有燃燒殘渣的問題[4-6]，不僅降低武器的能量利用率、可靠性和射擊精度，而且造成環(huán)境污染。對此，國內(nèi)外從事發(fā)射藥及裝藥技術(shù)的學(xué)者[7-20]一直重視這種有害射擊現(xiàn)象，并致力于研究新的燃燒殘渣的測試評價方法和尋找消除或抑制燃燒殘渣形成的技術(shù)途徑，從而實現(xiàn)發(fā)射藥及裝藥的潔凈燃燒。

開展降低發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣的研究，不僅是目前身管武器發(fā)展的需求，也是未來發(fā)射藥及裝藥領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要方向。本文從燃燒殘渣的特性、危害、收集分析技術(shù)、抑制技術(shù)等方面對發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并對以后的發(fā)展方向做出展望。

1 燃燒殘渣的特性及危害

1.1 燃燒殘渣的形成原因

射擊過程實質(zhì)是發(fā)射藥及裝藥通過燃燒反應(yīng)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)馔苿訌椡柽\動的過程。從燃燒反應(yīng)的熱力學(xué)[6,18]方面看，發(fā)射藥及裝藥的組成及配比決定燃燒反應(yīng)進(jìn)行的方向；從燃燒反應(yīng)的化學(xué)動力學(xué)[6,18]方面看，發(fā)射藥及裝藥的自身特性、環(huán)境條件是影響燃燒反應(yīng)速率和反應(yīng)歷程的重要因素。在槍炮射擊過程中，由于發(fā)射時間極短，膛內(nèi)部分化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的不完全或者藥粒沒有燃燒完，從而形成燃燒殘渣。

發(fā)射藥及裝藥的最終燃燒產(chǎn)物不是瞬間一步生成的，而是經(jīng)過一系列的物理化學(xué)變化才達(dá)到。分析火藥穩(wěn)態(tài)燃燒理論[21-24]可知，燃燒時的壓力、溫度和燃燒時間是影響燃燒殘渣生成量的重要因素。在固相加熱區(qū)，火藥基本未發(fā)生變化，主要出現(xiàn)藥體的軟化、熔化等物理變化；在亞表面及表面反應(yīng)區(qū)，燃燒產(chǎn)物主要是硝酸酯類物質(zhì)的熱分解，以及熱分解產(chǎn)物之間的化學(xué)反應(yīng)；在嘶嘶區(qū)，燃燒產(chǎn)物主要為氣體，此外還有未來得及完全氣化的固體和液體微粒；在暗區(qū)和火焰反應(yīng)區(qū)，燃燒產(chǎn)物主要為氣體。這表明火藥燃燒殘渣主要來源于未來得及完全燃燒的固相加熱區(qū)、亞表面及表面反應(yīng)區(qū)、嘶嘶區(qū)等3個燃燒反應(yīng)區(qū)。

此外，趙曉梅等[20]在研究一種LOVA發(fā)射藥燃燒殘渣現(xiàn)象時，分析了該發(fā)射藥的燃燒規(guī)律和燃燒特性，認(rèn)為配方中兩種主要組分熱分解特性不同，在燃燒時的不同步是造成該類發(fā)射藥燃燒不完全、燃燒結(jié)束后留有殘渣的一個主要原因。

1.2 燃燒殘渣的特性分析

由發(fā)射藥及裝藥的組成和結(jié)構(gòu)可以看出[3]，發(fā)射藥、點火體系、裝藥元器件是身管武器發(fā)射過程中燃燒殘渣的主要來源。武器射擊過程中由于發(fā)射藥及裝藥的自身特性、點傳火不足、燃燒條件不良以及膛壁的溫度差、壓力變化的影響，生成大量固體顆粒、凝聚相中間產(chǎn)物等。根據(jù)燃燒殘渣在身管武器及其射擊環(huán)境中的存在位置，可將其分為膛內(nèi)殘渣和膛外殘渣；根據(jù)形態(tài)，又可將膛內(nèi)殘渣進(jìn)一步分為附著性燃燒殘渣以及難燃或不燃性留膛殘渣。膛外殘渣可按形態(tài)進(jìn)一步分為漂浮性燃燒殘渣和膛外沉降性燃燒殘渣[13,19]。

1.2.1 膛內(nèi)殘渣

膛內(nèi)燃燒殘渣是在武器射擊完成后殘留于身管內(nèi)的殘渣。這類殘渣主要包括：對膛內(nèi)壁具有一定黏附作用的附著性燃燒殘渣和裝藥元器件燃燒后形成的難燃或不燃性留膛殘渣。

(1)附著性燃燒殘渣

當(dāng)膛內(nèi)燃燒的發(fā)射藥與身管內(nèi)壁相接觸時，部分燃燒的發(fā)射藥會黏附于身管內(nèi)壁，并且對身管內(nèi)壁傳熱，造成與身管內(nèi)壁接觸的藥體溫度降低，熱分解、燃燒等化學(xué)過程減緩，甚至彈丸飛離膛口時仍以凝聚相的形式附著于身管內(nèi)壁，不易脫落，成為身管內(nèi)壁上的附著性燃燒殘渣[7-10,19]。發(fā)射藥的附著性燃燒殘渣[13,19,25]主要有兩個來源：(1)溶塑型發(fā)射藥中含有的少量無機(jī)鹽類和金屬氧化物，如KNO3或K2SO4、TiO2等；(2)發(fā)射藥成分中的非能量成分，如苯二甲酸二丁酯、二苯胺、石蠟、凡士林、中定劑等。這些物質(zhì)在發(fā)射藥及裝藥的燃燒過程中有可能產(chǎn)生黏附性較強(qiáng)的金屬氧化物、中間有機(jī)物、游離碳顆粒等凝聚相，附著在身管內(nèi)壁表面，不易脫落。

(2)難燃或不燃性留膛殘渣

在設(shè)計制造可燃裝藥元器件[26-30]時，如可燃藥筒、可燃傳火管、襯紙、藥包布等，為了保證力學(xué)強(qiáng)度以及制造工藝的可行性，往往會添加不少非含能的黏合劑、增強(qiáng)材料、工藝助劑等。這些非含能組分雖然含量很少，但在射擊條件下，會形成難燃或不燃性殘渣，未被吹出炮口的則殘留于膛內(nèi)。

1.2.2 膛外殘渣

膛外殘渣是在射擊過程中，被膛內(nèi)氣流帶出身管，以漂浮性燃燒殘渣和沉降性燃燒殘渣形式存在的殘渣。

(1)漂浮性燃燒殘渣

漂浮性燃燒殘渣[13]是在射擊過程中被吹出膛口并在膛口一定距離內(nèi)形成的漂浮性煙霧。漂浮性殘渣顆粒尺寸較小，本質(zhì)上是一種膠體體系，其分散介質(zhì)為燃燒產(chǎn)物中的氣體與空氣，分散相是燃燒產(chǎn)物中的固體粒子和凝聚相的水。研究表明[19]，漂浮性殘渣的性質(zhì)，如大小、顏色和穩(wěn)定性，與火藥性質(zhì)、裝藥結(jié)構(gòu)、燃燒條件、武器諸元及氣象條件有關(guān)。

(2)沉降性燃燒殘渣

沉降性燃燒殘渣是在射擊過程中隨著膛內(nèi)氣流被帶出身管，因慣性運動和重力作用，被拋灑到離槍、炮口較遠(yuǎn)地面的殘渣，其顆粒幾何尺寸較大。研究表明[10-11]，在炮口附近的沉降性殘渣主要為未反應(yīng)完的殘藥和裝藥元器件、燃燒的中間產(chǎn)物或衍生物。

1.3 燃燒殘渣的主要危害

在身管武器射擊過程中，發(fā)射藥及裝藥燃燒產(chǎn)生的燃燒殘渣帶來的危害主要有4個方面：(1)膛外漂浮性殘渣，極易暴露己方陣地，并且影響人眼或光電系統(tǒng)對目標(biāo)的跟蹤和瞄準(zhǔn)[14]；(2)膛內(nèi)附著性殘渣往往黏附性強(qiáng)，會在身管、導(dǎo)氣孔處不斷累積，最終造成膛線尺寸明顯變化、堵塞槍管導(dǎo)氣孔、影響身管武器的射擊可靠性和射擊精度等嚴(yán)重后果；(3)膛內(nèi)難燃或不燃性殘渣會增加身管武器的勤務(wù)工作量，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)武器卡殼現(xiàn)象，影響發(fā)射安全性，從而削弱己方戰(zhàn)斗力和戰(zhàn)場生存力；(4)膛外沉降性殘渣會引起炮口炸[31]和影響射擊場所潔凈性[32]，污染射擊場所附近的土壤和地下水。

2 燃燒殘渣的收集分析技術(shù)

2.1 燃燒殘渣的收集技術(shù)

燃燒殘渣的收集方法主要有氧彈瓶法、密閉爆發(fā)器法、煙箱法、煙室法、雪地收集法、收集盒收集法等。美國軍方和環(huán)境保護(hù)部門比較重視燃燒殘渣對環(huán)境的污染，開展了一系列身管武器燃燒殘渣的收集與分析研究。Walsh等[11,32]以雪地為射擊場，通過收集射擊后未受其他干擾源污染的雪地表面的雪，進(jìn)行分離提純，獲取殘渣樣本。Ampleman等[10]通過在武器射擊正前方各處放置收集盒收集燃燒殘渣，從而得到殘渣樣本。

國內(nèi)王瓊林等[13]對不同類型發(fā)射藥樣品的燃燒殘渣進(jìn)行了測試分析，結(jié)果表明充氮氧彈法可測試評價不同槍用發(fā)射藥燃燒附著性殘渣，煙室法可測試評價漂浮性燃燒殘渣。喬麗潔等[25]用密閉爆發(fā)器法研究了炮用發(fā)射藥和可燃藥筒的附著性燃燒殘渣，測試結(jié)果和靶場射擊試驗基本一致。王宏等[33]在借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)局NBS煙室方法的基礎(chǔ)上，用一定體積的煙箱對槍口產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行收集。此外，國內(nèi)外在刑偵技術(shù)上，常采用膠粘附、真空吸塵、擦拭等方法在皮膚、毛發(fā)、織物、槍口等現(xiàn)場環(huán)境可能存留燃燒殘渣的地方采集燃燒殘渣樣品[34-37]。

綜上分析可知，氧彈瓶法和密閉爆發(fā)器法主要測試評價發(fā)射藥及裝藥元器件燃燒后，附著性燃燒殘渣在金屬內(nèi)壁的附著情況。煙箱法和煙室法主要是測試評價發(fā)射藥及裝藥元器件在密閉燃燒室燃燒后，漂浮性燃燒殘渣的透過率。雪地法和收集盒法主要是收集實彈射擊后產(chǎn)生的沉降性燃燒殘渣。

2.2 燃燒殘渣檢測分析技術(shù)

2.2.1 化學(xué)分析法

格里斯顯色反應(yīng)是燃燒殘渣分析檢測中最早使用的方法。1933年Gonzalez等[37]首次進(jìn)行了皮膚硝酸根實驗。隨后Harrison等[34]發(fā)明了一種用于判斷來自于裝藥底火中的鉛、鋇和銻元素的化學(xué)分析方法。喬麗潔等[38]用化學(xué)分析法鑒定了炮用模塊裝藥燃燒殘渣中水溶性物質(zhì)為K2SO4、K2CO3、KNO3。

圍繞提高城鄉(xiāng)供水保障能力，現(xiàn)代水網(wǎng)體系框架基本建成。構(gòu)建現(xiàn)代水網(wǎng)工程體系步伐加快，南水北調(diào)山東段干線工程試通水成功，膠東調(diào)水主體工程具備試通水條件，基本形成輻射全省的“T”形水網(wǎng)骨干框架。推進(jìn)雨洪資源利用，組織編制了雨洪資源利用規(guī)劃綱要并啟動實施一期工程。

2.2.2 色譜法

用薄層色譜法分析發(fā)射藥燃燒殘渣中的有機(jī)成分時，針對不同的檢測成分，選用對應(yīng)的溶劑進(jìn)行提取，并配置不同極性的展開液和不同的顯色劑來檢測試樣中含有的物質(zhì)。常用的實驗條件[39]如表1所示。

表1 發(fā)射藥燃燒殘渣有機(jī)成分分析常用的實驗條件

Oliver等[36]報道了利用氣相色譜法檢驗發(fā)射藥燃燒殘渣中的硝化甘油，但是由于硝化甘油的熱穩(wěn)定性差，采用氣相色譜法(GC)并不能對其進(jìn)行有效分析。氣相色譜法(GC)檢測靈敏度可低至納克級別，但是誤差較大，達(dá)到20%，且只能對沸點在300℃以下并且熱穩(wěn)定性好的樣品進(jìn)行分析。Wash等[32]采用高效液相色譜法(HPLC)測定發(fā)射藥燃燒殘渣中的硝基芳香族化合物和硝胺，如NG、DNT、RDX等。高效液相色譜法(HPLC)檢測誤差很小，約2%，且可以對高沸點的物質(zhì)進(jìn)行檢測，但是靈敏度不如氣相色譜法。

2.2.3 光譜法

在發(fā)射藥燃燒殘渣的檢測分析中，常用的光譜法主要有原子吸收光譜法、紅外顯微光譜法、顯微拉曼光譜法等。

Koons、Can等[40-42]利用原子吸收光譜法分析了發(fā)射藥燃燒殘渣的Sb、Pb、Cu、Sn、Ba等金屬元素。喬麗潔等[38]用紅外光譜法研究了炮用模塊裝藥燃燒殘渣中的非水溶性物質(zhì)為聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、碳。路凡、錢曉凡等[43]研究了拉曼光譜在槍擊殘留物中的應(yīng)用。

2.2.4 雙光路透過率法

王宏、孫美等[33]近年來對煙霧檢測技術(shù)進(jìn)行了深入研究，建立了膛口煙霧測試裝置系統(tǒng)，形成了小口徑槍彈發(fā)射藥及裝藥槍口煙霧濃度測試方法——煙箱透過率法的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，探索出了適合膛口煙霧測試評價的技術(shù)途徑，為減小并最終消除膛口煙霧提供技術(shù)支持。王勁松等[44]在雙光路測量方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計了新型可卸壓煙箱，較好地解決了輕武器槍口煙測量的技術(shù)難題，具有工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)和測量精度高等特點。趙宏立等[45]以光透過率為基礎(chǔ)推導(dǎo)出一個與武器發(fā)射過程膛口煙霧總量成正比的物理量——特征發(fā)煙量，提出了一種在敞開體系下利用光強(qiáng)法測量大口徑火炮膛口煙霧的方法，很好地解決了目前無法定量中大口徑身管武器膛口煙霧總量的問題。

Romolo、Margot等[46]將掃描電鏡與X射線能譜儀結(jié)合使用，實現(xiàn)了殘渣顆粒的顯微形貌和元素組合特征的同時檢測。Koons、Steffen等[47-48]則采用比原子吸收光譜法更為先進(jìn)的等離子體發(fā)射光譜與質(zhì)譜聯(lián)用法分析了發(fā)射藥燃燒殘渣中的金屬元素。Martel等[49]采用固相萃取法(SPE)對微量NG及其降解產(chǎn)物進(jìn)行萃取濃縮，并利用液相色譜-紫外(LC-UV)聯(lián)用法分離與定量了萃取混合物中NG及其二硝基(DNG)、單硝基(MNG)系列NG降解產(chǎn)物。陳斌等[50]將級聯(lián)撞擊采樣系統(tǒng)與煙霧收集箱結(jié)合，研究了煙霧顆粒粒徑分布及其與煙霧透過率的關(guān)系，并使用掃描電鏡觀察了燃燒煙霧顆粒表面形貌及煙霧顆粒的富集形態(tài)。此外，Trinks等[51]運用質(zhì)譜法分析了膛口氣流中的殘渣顆粒物組成；Mach等[52]采用電子顯微鏡研究了膛口流場中的殘渣顆粒物粒徑分布，并建立了顆粒物粒徑分布函數(shù)；鄭文芳等[19]用直接拉開法研究了殘渣涂膜在光滑鋼板上的附著力，來模擬研究燃燒殘渣的黏附特性。

綜上可知，針對實彈射擊過程中發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣的分析檢測技術(shù)僅開展了初步的研究，相關(guān)研究方法和技術(shù)等不系統(tǒng)、不完善；在進(jìn)一步工作中需開展更簡便、實用的燃燒殘渣定性、定量的收集與分析方法研究。

3 燃燒殘渣的抑制技術(shù)

根據(jù)發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣的來源，結(jié)合身管武器發(fā)射藥及裝藥的具體特點，為消除或抑制燃燒殘渣的生成，從而實現(xiàn)發(fā)射藥及裝藥的潔凈燃燒，需要從火炮技術(shù)、發(fā)射藥設(shè)計、裝藥技術(shù)、制備工藝等幾個方面進(jìn)行系統(tǒng)考慮和綜合治理。

3.1 火炮技術(shù)

火炮技術(shù)方面，通過火炮結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，延長身管，優(yōu)化火炮抽氣和炮口制退裝置等，提高點傳火一致性，減少燃燒殘渣的生成量。但改變火炮結(jié)構(gòu)通常將帶來巨大的研制和換裝費用。

3.2 發(fā)射藥設(shè)計

3.2.1 發(fā)射藥配方設(shè)計

發(fā)射藥的配方組成對燃燒殘渣的形成有著重要的影響：一方面發(fā)射藥配方的氧平衡水平對燃燒殘渣的形成影響極大[53-54]，負(fù)氧平衡的發(fā)射藥燃燒時，由于氧含量不足，碳原子不能完全氧化，會產(chǎn)生游離碳顆粒；零氧平衡的發(fā)射藥燃燒，理論上會完全轉(zhuǎn)化為H2O、CO2，也不產(chǎn)生煙焰和其他無害氣體，并且能量釋放更加充分；正氧平衡的發(fā)射藥燃燒時，過量的氧容易將硝化物中的氮元素氧化為有毒的氮氧化物；另一方面隨著鈍感包覆發(fā)射藥及其他低燒蝕低爆溫發(fā)射藥的推廣應(yīng)用，新型發(fā)射藥配方組成的日益復(fù)雜化，配方里的助劑如中定劑、消焰劑[50]、鈍感劑[14]等非含能物質(zhì)，容易發(fā)生不完全燃燒現(xiàn)象進(jìn)而產(chǎn)生燃燒殘渣。

相關(guān)研究結(jié)果表明[19]，發(fā)射藥配方氧平衡低于某臨界水平時，其燃燒產(chǎn)物中會有固態(tài)游離碳生成，并且生成量隨著氧平衡的降低而呈線性增加；提高發(fā)射藥中硝化纖維素含氮量、硝化甘油含量以及降低燃燒平衡壓力都能使臨界氧平衡值降低，從而抑制游離碳的生成[19,54]；含納米復(fù)合材料[55]的發(fā)射藥能夠滿足發(fā)射藥的內(nèi)彈道要求，同時，發(fā)射藥的燃燒完全性得到提高；在發(fā)射裝藥中采用有機(jī)硅降燒蝕劑[56]取代801降燒蝕劑，不影響靜態(tài)燃燒性能和內(nèi)彈道性能，并且燃燒完全性較好；與DBP相比，氧含量高且不含苯環(huán)的新型鈍感劑PA能夠降低槍口煙霧且彈道性能不會下降[14]。

因此設(shè)計發(fā)射藥配方時，在綜合考慮發(fā)射藥能量性能、燃燒性能、彈道性能、力學(xué)性能、貯存性能、加工性能、抗燒蝕性能等的基礎(chǔ)上，應(yīng)將配方的氧平衡控制在適當(dāng)?shù)乃?；采用一些氧平衡高的含能黏結(jié)劑、氧化劑、添加劑等，改善配方的氧平衡，從而降低生成碳化殘余物的傾向；利用燃燒催化劑，如微納米或有機(jī)金屬催化劑等[57-58]，改善發(fā)射藥在低壓或高壓下的燃燒性能，提高其燃燒完全性；發(fā)射藥的助劑采用易分解且燃燒完全性好的新材料，如新型有機(jī)硅降燒蝕劑、有機(jī)鉀鹽[59]、氧含量高且不含苯環(huán)的新型鈍感劑等，并且盡量減少其使用量。

3.2.2 發(fā)射藥弧厚設(shè)計

弧厚是發(fā)射藥最重要的尺寸參數(shù)。根據(jù)內(nèi)彈道理論[3,60]，發(fā)射藥的弧厚與其在膛內(nèi)燃燒結(jié)束點直接相關(guān)；弧厚較大的發(fā)射藥燃燒結(jié)束點向膛口方向偏移；當(dāng)發(fā)射藥弧厚過大時，其理論燃燒結(jié)束點可能偏移至膛外，意味著發(fā)射藥在膛內(nèi)不能燃燒完全；未燃燒完的殘藥在膛口的瞬間壓力降作用下，燃燒火焰將熄滅并形成燃燒殘渣。

因此在發(fā)射藥及裝藥設(shè)計時，為保證發(fā)射藥能在膛內(nèi)燃燒完全，充分利用發(fā)射藥能量，并防止膛口速度出現(xiàn)較大的分散，需要以火藥幾何燃燒定律為基礎(chǔ)，設(shè)計合理的發(fā)射藥弧厚，使發(fā)射藥的燃燒結(jié)束點在彈丸行程全長的70%～80%[2-3,61-62]。

3.3 裝藥技術(shù)

3.3.1 點傳火匹配技術(shù)

在點傳火藥方面，使用綠色環(huán)保點火藥[25]，燃燒時幾乎不產(chǎn)生固體顆粒，燃燒殘渣大大降低。杜成中等[63]以點燃性能較好的硝化棉、單基藥作基準(zhǔn)，通過點火模擬對比試驗，獲得了可提高硝胺發(fā)射藥點火能力的新型點火藥配方。在點火藥中加入碳納米管[64]能夠增加點火藥的火焰感度，這是由于團(tuán)聚態(tài)的碳納米管在體系中起到熱點的作用。韓冰等[65]設(shè)計制備出一種新型高能點火藥，新型點火藥爆熱高、吸濕性小、燃燒后殘渣量少，組分相容性良好，并且點火的瞬時性和點火強(qiáng)度均優(yōu)于黑火藥。

在點傳火結(jié)構(gòu)方面，黃明等[66]研究的新型點火具LVD管可以明顯提高火焰的傳播速度和增強(qiáng)點火能力，研究結(jié)果對于模塊裝藥的點傳火結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的參考價值。劉斌等[67]設(shè)計了一種奔奈藥管與黑火藥組合的新型裝藥結(jié)構(gòu)，試驗表明，該裝藥結(jié)構(gòu)能極大地改善點火具的點傳火特性，明顯提高點火一致性。焦旭英等[68]采用帶有硝基軟片管的藥管、以黑火藥和奔奈藥條為點火藥的點傳火裝藥結(jié)構(gòu)，能夠顯著提高傳火管的傳火速度、解決傳火不暢問題，使大長徑比點傳火管具有良好的傳火性能，從而為大長徑比點傳火管應(yīng)用于中大口徑火炮提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。此外，近年來一些研究者提出的新型點傳火技術(shù)[3]，如激光點火、新型電點火、等離子點火、網(wǎng)絡(luò)點火等，可以實現(xiàn)全面迅速地點火，減少點火階段的燃燒殘渣。但是國內(nèi)新型點傳火技術(shù)研究起步較晚、技術(shù)還不成熟，在大中口徑火炮中加以應(yīng)用還需時日。

3.3.2 裝藥附加元件的設(shè)計

在發(fā)射裝藥中，為改進(jìn)和完善火炮性能，需要使用一些附加元件，如護(hù)膛劑、除銅劑、消焰劑以及緊塞具和密封蓋等。但是這些裝藥元件中含有大量的惰性材料、金屬和金屬氧化物等，在射擊過程中會生成固態(tài)燃燒產(chǎn)物，形成燃燒殘渣[3]。如可燃藥筒中隨著增強(qiáng)材料、黏結(jié)劑含量和材料密度的增加等，提高了藥筒的強(qiáng)度，但是其燃燒完全性變差，射擊后煙霧增大，甚至留下殘渣[28]。

在保證裝藥元件使用強(qiáng)度的前提下，通過引入新型含能黏結(jié)劑或含能纖維[69]，部分代替非含能材料，減少裝藥元器件惰性材料的比例，改善裝藥元件的燃燒完全性，從而減少燃燒殘渣的生成；卷制可燃藥筒中硝化棉紙中硝化棉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從50%提高到60%，嚴(yán)格控制硝化棉紙的制造工藝，確保硝化棉紙的緊度在0.42～0.46g/cm3[28]；采用燃燒完全性好的材料作為裝藥的藥包布材料，如棉、黏膠纖維、麻、絲織物等[3,30]。

3.4 制備工藝

在發(fā)射藥生產(chǎn)制造過程中，因工藝技術(shù)水平限制、操作人員技能差異等方面的影響，同一批號發(fā)射藥的理化性能、幾何尺寸、鈍感層厚度等都不會完全相同，而是在一定范圍內(nèi)波動[70-72]。這些差異會影響發(fā)射藥的燃燒完全性。鈍感層太厚時，會出現(xiàn)燃燒不完全，燃燒后有燃燒殘渣的現(xiàn)象。弧厚較大的發(fā)射藥難以在膛內(nèi)燃盡，將形成燃燒殘渣，并且隨著弧厚偏差的增大或期望值的提高，燃燒殘渣量增加。其中，弧厚期望值的提高對燃燒殘渣量增加影響更為顯著，同時對彈道性能的影響也更為明顯[19]。

研究工藝控制方法，制定和配方相適應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程，改進(jìn)關(guān)鍵工序，優(yōu)化制備工藝條件，提高成型模具的制造精度，優(yōu)化發(fā)射藥的表面鈍感工藝技術(shù)，盡可能地提高發(fā)射藥及裝藥元件的生產(chǎn)工藝一致性[73]，提高產(chǎn)品的篩選指標(biāo)，制造出幾何尺寸一致性好、內(nèi)在質(zhì)量一致性好和界面完整的發(fā)射裝藥產(chǎn)品，從而提高發(fā)射藥及裝藥的燃燒完全性，減少燃燒殘渣。

4 結(jié)束語

身管武器綜合性能的改善不僅要求提高彈丸的初速及射擊精度，還要求減少射擊時的燃燒殘渣、煙焰等有害現(xiàn)象。為降低發(fā)射藥及裝藥的燃燒殘渣，國內(nèi)學(xué)者近年來開展了一系列探索性研究工作，在低殘渣、低煙霧特征鈍感劑和發(fā)射藥配方方面取得了一定的成果，初步建立了輕武器煙霧殘渣的評價方法，但系統(tǒng)性研究工作不多，技術(shù)積累少，還未從根本上解決發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣多的問題，不能滿足我國身管武器機(jī)械化、信息化的發(fā)展需求。建議未來發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣的重點研究方向為：

(1)重視研究新型含能材料及功能材料在低燃燒殘渣發(fā)射藥及裝藥中的應(yīng)用；

(2)開展更簡便實用的燃燒殘渣定性、定量的收集與分析測試方法研究，尤其是實彈射擊過程中發(fā)射藥及裝藥燃燒殘渣的測試評價技術(shù)研究；

(3)實現(xiàn)發(fā)射藥及裝藥的潔凈燃燒技術(shù)，是一項涉及材料、配方、工藝及裝藥技術(shù)的系統(tǒng)工程，在實際運用中，應(yīng)根據(jù)具體的彈道要求，將各種抑制技術(shù)集成優(yōu)化，達(dá)到潔凈燃燒的目的。

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[72] 任玉立, 陳少鎮(zhèn). 火藥化學(xué)與工藝學(xué)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1981.

Research Progress on Gun Propellant and Charge Combustion Residue

HE Chang-hui，WANG Qiong-lin，LIU Shao-wu，WEI Lun，WANG Feng，HAN Bing

(Xi′an Modern Chemistry Research Institute, Xi′an 710065, China)

Aiming at the request of eliminating or reducing the combustion residue in the barrel weapon firing, the research of gun propellant and charge combustion residue was summarized and reviewed. According to the existence position of combustion residue in the barrel weapon and shooting enviroment, the combustion residue can be divided into in-bore residue and out-bore residue. Characteristics, hazards, collection and analysis technology and suppression technique of the combustion residue were analyzed. Pointing out that the application of new materials in gun propellant and charge with low combustion residue, the evaluation method study of the combustion residue produced in the live firing process and the integrated optimization of suppression technique are the key direction of the further research in the combustion residue of gun propellant and charge, with 72 references.

military chemistry and pyrotechnic technology; gun propellant; charge; combustion residue;barrel weapon

10.14077/j.issn.1007-7812.2017.02.002

2016-10-10；

2017-01-16

陸軍預(yù)先研究項目(No. 301110104)

何昌輝(1988-)，男，碩士研究生，從事發(fā)射藥技術(shù)研究。E-mail:hechanghui1989@163.com

王瓊林(1966-)，男，博士，博導(dǎo)，研究員，從事發(fā)射藥及裝藥技術(shù)研究。E-mail: wangqionglin369@126.com

TJ55；TQ562

A

1007-7812(2017)02-0010-09