Pulberile din Incarcaturile de Azvarlire ale Munitiilor de Calibru Mic, Mijlociu Si Mare

Cuprins

INTRODUCERE

Capitolul I Pulberile din încărcăturile de azvârlire ale munițiilor de calibru mic, mijlociu și mare

Scurt istoric

Noțiuni generale dspre pulberi

Clasificare

După formă

După destinație

Dupa natura fizico-chimică

În funcție de compoziția chimică a acestora

Concluzii

Capitolul II Studiul teoretic al caracteristicilor fizice, chimice și energetice ale pulberilor utilizate în încarcaturile de azvarlire ale munitiilor

2.1 Proprietăți fizice

2.1.1 Formă, culoare și dimensiuni

2.1.2 Densitatea pulberii

2.1.3 Higroscopicitatea

2.2 Proprietăți chimice

2.2.1 Compoziția chimică

2.2.2 Stabilitatea chimică

2.2.3 Conținutul de azot

2.2.4 Conținutul de substanțe volatile (H

2.3 Proprietăti energetice

2.3.1 Căldura de ardere a pulberii

2.3.2 Temperatura de ardere

2.3.3 Forța pulberii

2.4 Concluzii

Capitolul III Definirea caracteristicilor balistice ale pulberilor pentru arme: forța, covolumul, vivacitatea statică, coeficientul vitezei de combustie, în conformitate cu documentele de referința NATO

3.1 Relații de calcul

3.2 Calculul vitezei de combustie

3.3 Lista simbolurilor

3.4Comparație între caracteristicile balistice în conformitate cu documentele de referința NATO și literatura de specialitate, alta decât cea de referință Nato

3.5 Concluzii

Capitolul IV Studiul metodelor și procedurilor experimentale utilizate pentru determinarea caracteristicilor balistice ale pulberilor

4.1 Echipamente, materiale și dispozitive necesare

4.1.1 Bombele balistice

4.1.2 Încărcătura de pulbere

4.1.3 Traductorul piezoelectric

4.1.4 Sistemul pentru măsurarea presiunii

4.2 Prelevarea și pregătirea probelor pentru încercare. Condiții de mediu

4.3 Efectuarea încercării

4.4 Înregistrarea și interpretarea rezultatelor

4.5 Concluzii

Capitolul V Studiul experimental al caracteristicilor balistice pentru pulberi din diferite muniții de calibru mic

5.1 Determinarea experimentală

5.2 Rezultate obținute

5.3Concluzii

Capitolul VI Modelarea și simularea numerică a combustiei pulberilor în bombele manometrice

6.1 Prezentarea modelului în SolidWorks

6.2 Pregatirea materialelor pentru realizarea simularii

6.3 Modelarea și simularea numerică în FLUENT

6.4Concluzii

Capitolul VII Concluzii și contribuții originale

7.1 Concluzii

7.2Contribuții originale

Bibliografie

Anexe

INTRODUCERE

Caracteristicile de performanță și siguranță ale armelor de foc depind în principal de caracteristicile pulberilor din încărcătura de azvârlire. Este esențial pentru o armă ca încărcătura de azvârlire să ardă regulat, conform unor legi prestabilite. Mai mult, influența capsei de aprindere asupra modului de ardere a pulberii este hotărâtoare și face din fiecare configurație capsă – încărcătură propulsivă un caz particular.

Scopul general al acestei lucrări este de a studia modul de determinare al caracteristicilor balistice ale pulberilor folosite la realizarea și echiparea munitiilor compatible NATO pentru armamentul de infanterie dar și evaluarea influenței pe care o au caracteristicile balistice ale pulberilor asupra comportamentului armamentului de calibru mic. În consecință, studiul proprietăților pulberii, și în special a proprietăților balistice, are o importanță deosebită.

În Capitolul I intitulat „Pulberile din încărcăturile de azvârlire ale munițiilor de calibru mic, mijlociu și mare” se face o scurtă prezentare a pulberilor utilizate la realizarea încărcăturilor de azvârlire ale munițiilor de calibru mic, mijlociu și mare.

În capitolul următor, capitolul II „Studiul teoretic al caracteristicilor fizice, chimice și energetice ale pulberilor utilizate în încarcaturile de azvarlire ale munitiilor ” se trec în revistă principalele caracteristici fizice, chimice și energetice ale pulberilor pentru a observa cum influențează acestea caracteristicile balistice.

Mai departe, în capitolul III, „Definirea caracteristicilor balistice ale pulberilor pentru arme: forța, covolumul, vivacitatea statică, coeficientul vitezei de combustie, în conformitate cu documentele de referința NATO” se definesc caracteristicile balistice ale pulberilor în conformitate cu documentele de referință NATO.

„Studiul metodelor și procedurilor experimentale utilizate pentru determinarea caracteristicilor balistice ale pulberilor ” este titlul capitolului IV, capitol care constă în prezentarea aparaturii și dispozitivelor utilizte în vederea măsurării variației în timp a presiunii dezvoltate de către gazele degajate de combustia pulberii prin trageri la diferite densități de încărcare în bomba balistică și determinarea caracteristicilor balistice conform relațiilor de calcul.

Capitolul V, „Studiul experimental al caracteristicilor balistice pentru pulberi din diferite muniții de calibru mic” prezintă procedura experimentală de determinare a caracteristicilor balistice ale pulberii sferice SB620 utilizată în încărcătura de azvârlire a munițiilor de calibru mic.

Lucrarea se continuă cu capitolul VI, „Modelarea și simularea numerică a combustiei pulberilor în bombele manometrice”,capitol în care se folosesc programe precum Solidworks , Gambit și FLUENT pentru realizarea simulării combustiei pulberii SB620 în bomba balistică cu volumul de 2cm3.

În ultimul capitol, capitolul VII intitulat „Concluzii și contribuții originale ” se analizează studiul efectuat în toate capitolele acestei lucrări și se evidențiaza contribuțiile originale.

Capitolul I

Pulberile din încărcăturile de azvârlire ale

munițiilor de calibru mic, mijlociu și mare

Pulberea destinată formării încărcăturii de azvârlire este de cele mai multe ori încercată prin trageri reale în țevi și bombe balistice special concepute în acest scop. Din acest motiv a rezultat necesitatea realizării unor studii prealabile a pulberilor, studii realizate teoretic sau cu ajutorul unor teste de laborator și prelucrarea computerizată a datelor.

Scopul acestui capitol este de a face o scurtă prezentare a pulberilor utilizate la realizarea încărcăturilor de azvârlire ale munițiilor de calibru mic, mijlociu și mare.

1.1 Scurt istoric

Prima substanță explozivă utilizată pentru a imprima proiectilului din țeava unei guri de foc o mișcare de propulsie , a fost pulberea neagra. Aceasta a fost fabricată pentru prima dată în China, sub forma unui amestec fin din nitrat de potasiu, carbune de lemn și sulf. În secolul al XVII-lea, pentru ușurarea formării încărcaturilor, pulberea neagră a inceput sa fie presată în granule de mici dimensiuni. S-a constatat că viteza de ardere a pulberii negre depinde de densitatea și dimensiunile granulelor. Inventarea nitrocelulozei in 1845 de către Schonbein a constituit un moment de cotitură în dezvoltarea substanțelor explozive. Utilizarea acesteia la fabricarea pulberilor pentru guri de foc este atribuită lui Vieille. În 1884, acesta a constatat că nitroceluloza se dizolvă într-un amestec eter-etanol, transformându-se într-o masă plastică. Prin laminarea acesteia în foi subțiri, taierea în mici patrțele și uscarea lor pentru eliminarea solventului, Vieille a obținut o nouă substanță explozivă care prezenta avantaje incontestabile față de pulberea neagră: micșorarea de două până la trei ori a masei încărcăturii de azvârlire pentru aceeași viteză inițială a proiectilului, reducerea considerabilă a fumului la gura țevii (motiv pentru care a fost denumita și pulbere fără fum), precum si posibilitatea de realizare a unor granule cu densitate ridicată, cu formă si dimensiuni controlate, în funcție de calibrul gurii de foc la care erau folosite. În 1888, Nobel a inventat balistită, o pulbere în care nitroceluloza a fost gelatinizată cu nitroglicerină, în locul unui solvent volatil, care în final trebuie eliminat. Un an mai tarziu, Abel și Deware au inventat cordite(58% nitroglicerina, 37% nitroceluloza de bumbac si 5% vaselina; utilizând acetona ca solvent, pulberea a fost extrudată sub forma unor fire asemanatoare cu spaghetele; la început a fost numită cord powder, apoi prescurtat cordite) , o pulbere pe bază de nitroceluloză, gelatinizată cu nitroglicerină și acetonă.

De atunci si până in prezent, pulberile fără fum au fost perfecționate și îmbunatățite permanent pentru satisfacerea cerințelor tot mai restrictive privind conținutul energetic, sensibilitatea la solicitări mecanice sau termice, stabilitatea caracteristicilor în timp, demascarea gurii de foc datorită fumului și flăcării la gura tevii, uzura tevii, economicitatea și simplitatea fabricatiei etc.

1.2 Noțiuni generale dspre pulberi

Pulberile sunt materiale explozive ce au drept formă caracteristică de transformare explozivă deflagrația. . În plus, în urma descompunerii explozive se eliberează o mare cantitate de energie, fapt pentru care pulberile se utilizează cu precadere ca surse de energie pentru mișcarea proiectilelor, gloanțelor, bombelor sau pentru propulsia rachetelor cu combustibil solid. De asemenea, ele mai sunt folosite ca încarcaturi de aprindere (amorse), mijloace de transmitere a flăcării, întârzietori, încărcături de evacuare etc. Sunt întrebuințate ca încărcături de azvârlire în sistemele artileristice (pulberi balistice) sau ca încărcături de propulsie (combustibili de rachetă, propergoli, pulberi propulsive) în sistemele reactive.

Utilizarea pulberilor impune ca acestea sa îndeplinească câteva condiții de bază:

să posede suficientă energie pentru a asigura propulsia proiectilelor, gloanțelor și bombelor din țeava gurii de foc sau propulsia rachetelor cu combustibil solid;

să posede o sensibilitate bine determinată la impulsuri mecanice și tennice, în scopul asigurării unei bune funcționări în condiții de siguranță în exploatare;

să prezinte stabilitate fizică și chimică, pentru a-și menține proprietațile fizico-chimice și balistice un timp cât mai îndelungat;

să aibă rezistență mecanică corespunzătoare;

să păstreze uniformitatea proprietăților fizico-chimice și balistice la o masă cât mai mare;

să nu prezinte flacară și fum în timpul tragerii , pentru a nu duce la demascarea gurii de foc;

să aibă o actiune corozivă și erozivă a produselor de ardere cât mai mică asupra canalului gurii de foc, camerei de ardere și ajutajului motorului rachetă;

să nu necesite la fabricație materii prime deficitare economiei naționale;

să prezinte simplitate și economicitate în fabricate.

1.3 Clasificare

Există o varietate destul de mare a pulberilor și de aceea este destul de greu să se realizeze o clasificare rezonabilă și completă a acestora . În cele ce urmează voi face o clasificare a pulberilor din mai multe puncte de vedere :

1.3.1 După forma lor pulberile pot fi :

pulberi sub formă de lamă ;

pulberi sub formă de placi pătrate ;

pulberi sub formă de bară ;

pulberi sub formă de cub ;

pulberi sub formă de tub ;

pulberi sub formă de tub cu mai multe canale de formă diferită ;

pulberi cu formă neregulată .

Figura 1.1

Forme al pulberilor

1.3.2 După destinatie, pulberile se împart, de obicei, în patru grupe:

pulberi pentru armament de artilerie;

pulberi pentru armament de infanterie;

pulberi pentru aruncătoare de bombe;

pulberi pentru rachete

1.3.3 Dupa natura fizico-chimică, pulberile se pot impărți în două grupe:

Pulberi omogene pe baza de nitroceluloz;

Pulberi eterogene pe baza de amestecuri.

Pulberile pe bază de nitroceluloză sunt compoziții omogene obținute prin plastificarea și compactizarea nitraților de celuloză. În literatura de specialitate aceste pulberi s-au numit inițial pulber fără fum iar mai târziu au fost denumite pulberi coloidale, denumire care nu mai corespunde, în prezent avându-se in vedere teoria modernă cu privire la structura polimerilor și a soluțiilor acestora.

Nitrații de celuloză se obțin prin tratarea celulozei cu acid azotic, în prezența acidului sulfuric și sunt caracterizați de gradul lor de nitrare, exprimat prin conținutul de azot. propulsia rachetelor cu combustibil solid;

să posede o sensibilitate bine determinată la impulsuri mecanice și tennice, în scopul asigurării unei bune funcționări în condiții de siguranță în exploatare;

să prezinte stabilitate fizică și chimică, pentru a-și menține proprietațile fizico-chimice și balistice un timp cât mai îndelungat;

să aibă rezistență mecanică corespunzătoare;

să păstreze uniformitatea proprietăților fizico-chimice și balistice la o masă cât mai mare;

să nu prezinte flacară și fum în timpul tragerii , pentru a nu duce la demascarea gurii de foc;

să aibă o actiune corozivă și erozivă a produselor de ardere cât mai mică asupra canalului gurii de foc, camerei de ardere și ajutajului motorului rachetă;

să nu necesite la fabricație materii prime deficitare economiei naționale;

să prezinte simplitate și economicitate în fabricate.

1.3 Clasificare

Există o varietate destul de mare a pulberilor și de aceea este destul de greu să se realizeze o clasificare rezonabilă și completă a acestora . În cele ce urmează voi face o clasificare a pulberilor din mai multe puncte de vedere :

1.3.1 După forma lor pulberile pot fi :

pulberi sub formă de lamă ;

pulberi sub formă de placi pătrate ;

pulberi sub formă de bară ;

pulberi sub formă de cub ;

pulberi sub formă de tub ;

pulberi sub formă de tub cu mai multe canale de formă diferită ;

pulberi cu formă neregulată .

Figura 1.1

Forme al pulberilor

1.3.2 După destinatie, pulberile se împart, de obicei, în patru grupe:

pulberi pentru armament de artilerie;

pulberi pentru armament de infanterie;

pulberi pentru aruncătoare de bombe;

pulberi pentru rachete

1.3.3 Dupa natura fizico-chimică, pulberile se pot impărți în două grupe:

Pulberi omogene pe baza de nitroceluloz;

Pulberi eterogene pe baza de amestecuri.

Pulberile pe bază de nitroceluloză sunt compoziții omogene obținute prin plastificarea și compactizarea nitraților de celuloză. În literatura de specialitate aceste pulberi s-au numit inițial pulber fără fum iar mai târziu au fost denumite pulberi coloidale, denumire care nu mai corespunde, în prezent avându-se in vedere teoria modernă cu privire la structura polimerilor și a soluțiilor acestora.

Nitrații de celuloză se obțin prin tratarea celulozei cu acid azotic, în prezența acidului sulfuric și sunt caracterizați de gradul lor de nitrare, exprimat prin conținutul de azot. Cei cu un conținut de azot mai mare de 12% se numesc piroxiline, iar cei cu un continut mai mic – coloxiline. Deoarece nitrații de celuloză nu posedă proprietatea de plasticitate, din ei nu se pot obține elemente de pulbere cu caracteristici corespunzatoare numai printr-o simplă operatiune de presare. Din aceastaă cauză, în vederea obținerii elementelor de pulbere din nitrați de celuloză, aceștia sunt plastificați și compactizați cu ajutorul solvenților.

Solvenții utilizați la fabricarea pulberilor pot fi activi sau inerți . Solvenții activi, comparativ cu cei inerți, au proprietăți explozive contribuind la sporirea energiei potențiale a pulberii și nu se elimină din masa acesieia. Cei mai utilizați solvenți activi sunt nitroglicerina, nitrodiglicolul, dinitrotoluenul și nitroguanidina. Solvenții inerți nu posedă proprietăți explozive, fiind eliminați din masa pulberii la teminarea fabricației. Cei mai importanți sunt alcoolul etilic in amestec cu eterul etilic, alcoolul metilic în amestec cu eterul etilic, acetona, benzenul, dibutilul, dibutilftalatul etc.

În funcție de gradul de volatilizare a solventilor și de specificul fabricației, pot fi urmatoarele variante de pulberi pe bază de nitroceluloză (după gradul de volatilizare a solvenților, acestia pot fi volatili, greu volatili sau nevolatili) :

pulberi cu solvent volatil, denumite si pulberi piroxilinice; aceste pulberi se obțin din nitroceluloza cu continut ridicat de azot plastifiată cu un amestec eter-etanol;

pulberi cu solvent greu volatil și nevolatil, denumite și balistite; aceste pulberi se fabrica din nitroceluloză cu conținut redus de azot plastifiată cu esterii acidului azotic (nitroglicerina, dinitroglicolul) sau cu nitroderivații aromatici (dinitrotoluen, trinitrotoluen); uneori. pulberile care se fabrica utilizând ca solvent nitroglicerina se numesc pulberi de nitroglicerină; trebuie menționat că, datorita procesului tehnologic complicat, pulberile pe bază de solvent nevolatil au o raspândire redusă;

pulberi cu solvent combinat, denumite și cordite , pentru aceste pulberi se utiilizează nitroceluloza cu conținut ridicat de azot care se plastifiază cu nitroglicerina în combinație cu un solvent volatil (acetona sau amestec etanol-eter);

pulberi fabricate din emulsie; nitroceluloza cu conținut ridicat de azot dizolvata în acetat de etil și nitroglicerina se introduce treptat în apă și se amesteca până când soluția dispersează sub forma unor mici sfere; după înlaturarea solventului volatil, pulberea se solidifica păstrandu-și forma sferică, fiind cunoscută din aceasta cauză și sub denumirea de pulbere sferica ; datorită dimensiunilor reduse ale granulelor sale , această pulbere se utilizează exclusiv pentru armamentul de infanterie.

Pulberile pe bază de amestecuri sunt compoziții neomogene obținute prin amestecarea mecanică a unei substanțe care arde (carburant), a unei substanțe care întreține arderea (oxidant) și a unei substanțe care să le lege pe primele (liant). În literatura de specialitate ele se mai numesc pulberi compuse, complexe , compozite sau eterogene.

Cea mai simpla pulbere din aceasta categorie este pulberea cu fum a carei compozitie este în principiu , următoarea : azotat de potasiu 75% ( oxidant ) , cărbune de lemn 15 % (carburant) și sulf 10 % (liant și carburant) . După apariția pulberilor fără fum , pulberea neagră nu s-a mai utilizat la formarea încarcaturilor de azvârlire , ci doar la confecționarea amorselor.

1.3.4 În funcție de compoziția chimică a acestora, pulberile se clasifică astfel:

Pulberi cu bază simplă (monobazice, NC)

Pulberi cu bază dublă (bibazice, NC + NG);

Pulberi multibază (NC + NG + nitroguanidină – NQ);

Pulberi dopate;

Pulberi compozite.

Pulberile cu bază simplă

Se pot utiliza pentru încărcăturile de azvârlire ale munițiilor de calibru mic și mijlociu. În cazul calibrelor mari, ele au rolul de întăritoare de flacără ale dispozitivelor de amorsare (SPA sau stupile de aprindere). Se pot găsi sub variate forme și dimensiuni: cilindrice, granulare- cu unul sau mai multe canale (7, 14, 19 perforații), tubular cu un canal, bandă, lamele etc.

În compoziția pulberilor cu bază simplă intră următoarele elemente:

Nitroceluloză – reprezintă componentul de bază, cu proporții masice cuprinse între 96 – 98 %; nitroceluloza utilizată este în general un amestec de nitroceluloze (piroxiline și coloxiline);

Difenilamină – are rol de stabilizator și se utilizează în proporții masice cuprinse între 1-2 %;

Solvenți reziduali – eter etilic, alcool etilic, acetat de etil pentru pulberile sferice, alcool etilic, rezultă din procesul tehnologic de fabricație, în proporții ≤ 0,5 %;

Gelatinizatori, moderatori – camfor, cu roluri tehnologice, în proporții cuprinse între 0,2 – 1,0 %;

Grafit – utilizat pentru tratamentul superficial, pentru a le proteja electrostatic sau îmbunătăți caracteristicile electrice, fiind în același timp și lubrifiant solid, cu proporții de

aproximativ 0,1 %;

Sulfatul de potasiu cu rol de substanță antiflacără;

Pulberile cu bază dublă sunt utilizate la fabricarea încărcăturilor de azvârlire pentru sistemele de armament cu țevi ghintuite sau lise, de calibru cuprins între 90 și 155mm, pentru munițiile de mare energie cinetică (în general cu destinații antitanc), pentru încărcăturile de azvârlire ale bombelor de aruncător, dar și pentru echiparea motoarelor rachetă sub forma propergolilor.

În ciuda bunei lor vivacități, datorită temperaturilor înalte de combustie, ele au o erozivitate ridicată, fiind mai recent înlocuite de pulberile “reci”. Caracteristicile energetice sunt îmbunătățite în raport cu pulberile cu bază simplă prin introducerea nitroglicerinei ca bază suplimentară a nitrocelulozei.

Se mai numesc și pulberi fără dizolvant și au în compoziția chimică următoarele componente:

Nitroceluloză – cu proporții masice cuprinse între 50 -69 %; nitroceluloza utilizată este în general o coloxilină;

Nitroglicerină – este cea de-a două bază a pulberii – și se găsește în proporții cuprinse între 30 și 49 %;

Centralita I sau II – are rol de stabilizator și se utilizează în proporții masice de până la 7 %;

Gelatinizatorul utilizat este dibutilftalatul, în proporții cuprinse între 3 și 7%;

Dinitrotoluen – utilizat pentru a reduce higroscopicitatea pulberilor, în proporții mai mici de 10 %.

Vaselină sau ulei de vaselină – utilizat cu rol de moderator sau plastifiant.

Pulberile cu bază dublă se fabrică prin procedeul de extrudare sau prin calandrare, sub formă de plăcuțe, benzi, inele, tuburi..

Pulberile cu bază dublă se fabrică prin procedeul de extrudare sau prin calandrare, sub formă de plăcuțe, benzi, inele, tuburi.

Pulberile multibazice conțin, pe lângă nitroceluloză și nitroglicerină, alte componente ce conferă acestor pulberi caracteristici speciale sub raport energetic. În această categorie pot fi incluse și pulberile denumite generic “reci” care prezintă o compoziție generică, de tipul celei prezentate în continuare:

Nitroceluloză 25 – 40 %;

Nitroglicerină 20 – 30 %;

Nitroguanidină 30-55 %;

Centralită 1 – 2 %.

În această compoziție nitroguanidina conferă pulberii calități antiflacără și erozivitate scăzută. În compoziție se mai introduc și alți componenți, ca de exemplu: nitrat de polivinil (cu rol de plastifiant) etc.

Pulberile dopate conțin pe lângă produșii energetici obișnuiți (nitroceluloză și nitroglicerină) și unii explozivi brizanți (cu rol de adaos energetic): trotil, hexogen, octogen, pentrită. Aceste pulberi sunt superioare sub raport energetic pulberilor clasice, la temperaturi egale de combustie.

Pulberi cu bază de nitroceluloză și nitroglicerină, dopate cu 10 – 15 % pentrită, fabricate în granule multitubulare, s-au utilizat pe scară largă încă din timpul celui de-al doilea război mondial.

Pulberi compozite

Datorită vulnerabilității pulberilor la impactul cu proiectilele sau la unda de șoc, precum și a variației mari a vitezei de combustie cu presiunea și temperatura din camerele de încărcare ale motoarelor rachetă, s-a ajuns la concluzia că sunt mai eficiente noile tipuri de pulberi, denumite generic “compozite”. Acestea constau dintr-un material exploziv de tip nitramină înglobat într-un polimer (de ex. polibutadiena). La astfel de pulberi combustia se produce în straturi paralele, după o cinetică ce diminuează mult vulnerabilitatea acestora la variații locale ale presiunii, temperaturii sau suprafeței de ardere. Compozițiile de acest gen sunt utile pentru încărcăturile de propulsie ale motoarelor rachetă.

1.4 Concluzii

Problematica prezentată în acest capitol nu are pretenția de a epuiza tematica ci de a trece în revistă unele aspecte care au fost considerat interesante.

Au fost prezentate mai întâi câteva aspecte referitoare la apariția pulberilor balistice, câteva noțiuni generale despre pulberi iar mai apoi a fost realizată o clasificare a principalelor tipuri de pulberi utilizate pentru realizarea încârcăturii de azvârlire a munițiilor folosite în armata României.

Capitolul II

Studiul teoretic al caracteristicilor fizice, chimice și energetice ale pulberilor utilizate în încarcaturile de azvarlire ale munitiilor

Munițiile sunt ansambluri care utilizează energia pulberilor din încărcăturile de azvârlire pentru aruncarea sau propulsia gloanțelor, bombelor, proiectilelor etc. În funcție de compoziția chimică, proprietățile fizice și energetice, se obțin diferite performanțe pentru muniții.

Scopul acestui capitol este să prezint principalele proprietăți fizice (forme, dimensiuni, densități), chimice (compoziția chimică) și energetice (caldura si temperatura de ardere).

2.1Proprietăți fizice

2.1.1 Formă, culoare și dimensiuni

Elementele de pulbere utilizate la formarea încãrcãturilor de azvârlire ale gurilor de foc se prezintă sub forme diferite: sfere, cuburi, cilindri, lamele, benzi, macaroane,granule, cu unul sau mai multe canale.

Figura 2.1

Tipuri de pulbere

Culoarea lor este foarte variată: galbenă deschisă, galbenă închisă, verde-cenusiu, brună, albastru-inchisă, sau chiar neagră ,depinzând de compoziție și de procedeul de fabricație. Culoarea brun închis este, de exemplu, caracteristică pulberilor stabilizate cu difenilamină; culoarea negru – brun ne indică un adaos de grafit; culoarea galben deschis (cu aspect mat) a pulberii de piroxilină se datoreaza prelucrării acesteia cu apă fierbinte sau înlăturării solventului rezidual. În general pulberile cu nitroglicerină, cu grăunți de dimensiuni mici, prelucrate cu grafit, au o culoare neagră strălucitoare. Pulberile cu grăunți mari au o culoare care variază de la galben deschis la negru – brun. Suprafața exterioară a elementelor de pulbere, în majoritatea cazurilor, este netedă. Ea este aproape strălucitoare la pulberi cu solvenți greu volatili și la pulberi cu solvenți volatili vălțuite iar la celelalte tipuri de pulberi au o suprafață mată. Acestă varietate de forme și culori se pot observa în imaginile următoare :

Figura 2.2

Pulbere pentru încărcătura de azvârlire a tunului AA 25 mm Md.40 cu proiectil

exploziv incendiartrasor sau perforant incendiar

Figura 2.3

Pulbere cu bază simplă, pentru încărcătura completă variabilă

a obuzierului de cal.152 mm Md.43

Figura 2.4

Pulbere sferică cu bază dublă pentru munițiile de infanterie calibru 919 mm

Figura 2.5

Pulbere cu bază simplă pentru încărcătura de azvârlire

pentru aruncătorul de 120 mm Md.38

Figura 2.6

Pulbere cu bază simplă pentru muniții de artilerie calibru 30 – 57 mm

Figura 2.7

Pulbere lamelară pentru aruncător de grenade

Figura 2.8

Pulbere de propulsie pentru motor rachete

Figura 2.9

Pulbere cu bază simplă pentru muniții de artilerie calibru 122 mm

Dimensiunile pulberilor sunt strâns legate de gura de foc cu care sunt trase. Pentru armamentul de infanterie, unde se întrebuințează pulberi în formă de lamele mici, pătrate, cilindri cu un canal, pulberi poroase sau sferice, raportul dintre latura plăcii și grosime este de 5 la 10; pentru lungimea cilindrului cu un canal este de 5 la 10 ori mai mare față de grosimile pereților cilindrului iar diametrul canalului poate fi de la jumătate până la grosimea peretelui. Pentru gurile de foc de artilerie, de calibru mic și mijlociu la care pulberile sunt încărcate direct în tubul cartuș, se folosesc tuburi lungi (macaroane) cu raportul dintre lungime și grosimea pereților de la 100 la 300, sau cilindri scurți cu unul sau șapte sau chiar mai multe canale. Pentru artileria de calibru mare, cu lovituri neacuplate, se folosesc aproape exclusiv pulberi sub formă de tuburi lungi, a căror lungime este egală fie cu a camerei de încărcare, fie cu jumătate din aceasta. În acest caz, încărcătura punându-se în săculeți de panza, matase sau nitroceluloză.

Cea mai importantă dimensiune a unui element de pulbere, notată cu 2e1, este grosimea de combustie care mai este definită și ca cea mai mică distanță dintre oricare două suprafețe adiacente ale elementului. Pentru un element de pulbere de formă cilindrică, 2e1 este egal cu diametrul său în timp ce pentru un element cilindric cu o perforație, 2e1 este egal cu grosimea peretelui său. Grosimea elementului de pulbere crește odată cu mărirea calibrului gurii de foc.

Figura 2.10

Grosimea de combustie pentru pulberea cilindrică și tubulară

Caracteristicile χ, λ, μ ale căror expresii sunt date de relația (2.1), poartă denumirea de caracteristicile de formă ale pulberilor și sunt mărimi constante ce depind de forma elementului de pulbere. Cu ajutorul relațiilor (1) se pot deduce caracteristicile de formă pentru toate tipurile de la bandă (tijă pătratică, cub, placă pătratică, tub), precum și pentru tipurile de pulbere pentru corpuri de revoluție (sferă, tijă circulară, placă circulară).

(2.1)

În continuare vor fi prezentate caracteristicile de formă pentru tipurile de pulbere enumarate anterior:

Tabelul 2.1

Caracteristicile de formă ale pulberilor

2.1.2 Densitatea pulberii

Densitatea pulberii sau greutatea specifică reprezintă masa pulberii conținută în unitatea de volum la temperatura de 288 K și presiunea de 101325 Pa. Densitatea pulberilor cu fum este funcție de presiunea de presare și se situează în limitele 1.5 – 1.9 g/cm3. Densitatea pulberilor fără fum este cuprinsă între limitele 1.54 – 1.64 g/cm3. Pulberile de piroxilină au densitatea în jur de 1.6 g/cm3, iar balistitele si corditele – în jur de 1.58 g/cm3 Pulberile poroase de nitroceluloză folosite la armamentul de calibru mic au densitătți ce variază în limitele 1.3 – 1.4 g/cm3. Pulberiie pe bază de amestecuri utilizate la rachetele cu combustibil solid au densitațile cuprinse în limitele 1.55 – 1.9 g/cm3 .Pulberile cu densitatea mai mare se inflamează mai greu și ard mai încet, de aceea, pentru amorse și gurile de foc de calibru mic și cu țevi scurte se folosesc pulberi cu o densitate mică. Determinarea densitații se realizează prin calcul, după ce în prealabil proba de pulbere a fost cantărită și i s-a determinat volumul.

Densitatea gravimetrică (sau densitatea în vrac) a pulberilor este raportul dintre greutatea pulberii și volumul recipientului în care acestea sunt turnate în mod liber, având valori între 0.5 -0.9 g/cm3. Valoarea sa depinde de greutatea specifică a pulberii, precum și de forma și dimensiunile elementelor de pulbere. O densitate în vrac optimă se obține prin netezirea și grafitarea particulelor de pulbere. De densitatea în vrac depinde gradul de umplere a cartușelor. Pentru a utiliza cât mai bine cartușele se încearcă a se obține o densitate în vrac cât mai ridicată. Astfel, prin ridicarea densității în vrac la pulberile pentru carabine de la 0,77 la 0,86 g/cm3, crește gradul de umplere a cartușelor de la 2,65 la 3,2 g, aceasta influențând atât viteza inițială, cât și efectul la țintă. Metoda de determinare a densității gravimetrice se bazează pe determinarea masei de pulbere turnată liber într-un vas de o anumită formă și de un volum cunoscut, densitatea gravimetrică obținându-se în urma unor calcule aritmetice.

2.1.3 Higroscopicitatea

Higroscopicitatea pulberilor, exprimată prin capacitatea lor de a absorbi și reține anumite cantități de umiditate în condiții atmosferice determinate, depinde în special de natura chimică , de constituția fizică a pulberii, de proprietățile materiilor prime utilizate. Ea este relativ mică pentru pulberile cu bază simplă (maxim 2 – 2,5 % când umiditatea relativă a mediului este de 100 %). O dată cu creșterea procentului de azot, higroscopicitatea scade (NC cu 13 % N absoarbe circa 1,6 % umiditate, iar NC cu 12 % N reține 2,6 % apă). Pulberile cu bază dublă sunt mai puțin higroscopice decât cele monobazice, iar în cadrul aceleiași categorii, cele care conțin ulei de vaselină sau dibutilftalat sunt și mai puțin higroscopice. Viteza cu care elementele de pulbere absorb umiditatea din mediu sau o elimină depinde de suprafața exterioară a grăuntelui și de grosimea peretelui. Variația conținutului de apă existent în masa pulberii influențează viteza de ardere și presiunea produșilor de reacție.Higroscopicitatea impusă pulberilor monobazice, bibazice și multibazice este de maximum 2 %, 1 % și, respectiv, de 0.5 %.Determinarea higroscopicității se bazează pe umezirea unei cantități de pulbere uscată în anumite condiții și în determinarea prin cântărire a cantității de apă absorbită.

2.2Proprietăți chimice

2.2.1 Compoziția chimică

Materia primă de bazã pentru pulberile coloidale o constituie nitrații de celuloză (nitroceluloza , NC). În afara de nitroceluloză si solvent, pulberile contin o serie de alte substante (ingrediente), cum ar fi :stabilizatori, flegmatizatori (moderatori), substanțe antiflacară și altele. Solvenții sau gelatinizatorii sunt substanțe care, în anumite condiții de concentrație , temperatura si presiune transformă nitrații de celulozã în stare coloidalã (coloid solid), plastică, îi gelatinizează. Stabilizatorii sunt substanțe care, introduse într-o anumitã cantitate in compoziția pulberii, încetinesc descompunerea ei, marind prin aceasta durata de utilizarea pulberii. Flegmatizatorii sunt aditivi care , pătrunzând în straturile superficiale ale masei de pulbere din elementele respective, duc la o scãdere treptatã a concentrației lor de la suprafață spre interiorul elementului de pulbere, ceea ce micșoreazã viteza de ardere a straturilor exterioare ale elementelor de pulbere. Substanțele antiflacară sunt substanțe care se introduc in compoziþia pulberii sau se adaugã la încarcatura de pulbere pentru a obtine o tragere fară flacarã. Alte adaosuri, la pulberile coloidale cuprind dinitrotoluen in proportie de aproximativ 10%, cu rolul de stabilizant, de reducere a higroscopicitații și , fiind exploziv, compenseazã și pierderea de potențial cauzată de adaugarea de alte substante inerte.

2.2.2 Stabilitatea chimică

Stabilitatea chimică a pulberilor este proprietatea lor de a rezista la descompunerea lentă, treptată, în timpul depozitării și a nu suferi transformări chimice care să aibă drept urmare autoinflamarea. Durata sau termenul de utilizare a pulberii este timpul în decursul căruia pulberea sau încărcăturile cu pulbere își mențin proprietățile balistice necesare, rămânând perfect inofensive în timpul manipulării. Pulberile coloidale au, în comparație cu substanțele explozive brizante și de inițiere , o stabilitate chimică mai mică în timp, datorită stabilității chimice mai mici a nitraților de celuloză și a nitratului de glicerină. Astfel , pulberile prezintă o viteză de decompunere în timp și deci o stabilitate chimică mai mare sau mai mică, fenomen tradus prin capacitatea lor de a rezista un timp mai îndelungat sau mai scurt proceselor de descompunere.

2.2.3 Conținutul de azot

Conținutul de azot , numit și grad de nitrare reprezintã cantitatea de azot conținută de un gram din nitroceluloza pulberii.Se exprimã de obicei în procente de azot (N) sau în cm3 de oxizi de azot ( NO ) , ce revin unui gram din nitroceluloza pulberii. Conținutul de azot este, de regulă, cuprins în limitele de 10 – 12 %, pulberile numindu-se coloxiline, iar cele cu un conținut de 12 – 14 % – piroxiline. Conținutul de azot din compoziția pulberilor este important deoarece influențează direct proporțional forța pulberii și viteza de ardere a acesteia.

2.2.4 Conținutul de substanțe volatile (H )

Conținutul de substanțe volatile (H ) reprezintă cantitatea de substanțe volatile (solvent și apă) care se întrebuințează la fabricarea pulberii. Este format din conținutul de substanțe volatile eliminabile h și conținutul de substanțe volatile neeliminabile h’. Substanțele volatile eliminabile sunt cele care se îndepărtează din masa pulberii printr-o uscare timp de 6 ore la temperatura de 368K și se referă la apa folosită în procesul de fabricație. Substanțele volatile neeliminabile sunt acele substanțe care nu se îndepărtează de masa pulberii și se referă la solvenții utilizați pentru compactizarea și plastificarea nitrocelulozei.Se exprimă de regulă în procente și se compune din :

Valoarea conținutului de substanțe volatile este legată de grosimea pulberii. Grosimea pulberii influențează direct proporțional conținutul de substanțe volatile astfel: în pulberile subțiri H = ( 2 – 2.5 ) % N, pentru pulberile cu grosimea lamelelor de aproximativ un milimetru H ~ 4% N iar pulberile cu grosimea de până la 6 milimetri , H ajunge până la 7 % N.

2.3 Proprietăti energetice

2.3.1 Căldura de ardere a pulberii

Căldura de ardere a pulberii este cantitatea de căldură care se degajă la arderea unui kilogram de pulbere, gazele rezultate racindu-se pană la temperatura mediului ambiant. Căldura de ardere se determina teoretic cu ajutorul relațiilor din termochimie sau, experimental, cu ajutorul bombei calorimetrice. Influențează direct proporțional forța pulberii și depinde de conținutul de azot, crescând o dată cu creșterea acestuia. Sporirea cu 1% a conținutului de azot determină o creștere a căldurii de ardere cu 15%.

În funcție de condițiile de ardere, exista căldura de ardere la volum constant Qw si căldura de ardere la presiune constantă Qp’ , fiecare din ele depinzând de starea in la care se gasește apa – sub formă lichidă sau sub formă de vapori. Raportul dintre căldura de ardere la volum constant cu apă sub formă lichidă Qw,l , și cea similară cu apa sub forma de vapori Qw,v este, in medie, egal cu 1,12.

Căldura de ardere pentru pulberile fară fum variază între limitele 2,6-5,25 MJ/kg. Pulberiie la care căldura de ardere se apropie de limita inferioara se numesc conventional "reci", iar cele la care caldura de ardere se apropie de limita superioară – "fierbinți".

2.3.2 Temperatura de ardere

Temperatura de ardere a pulberii este temperatura pe care o au gazele de pulbere în momentul formării lor. Daca arderea are loc la volum constant, temperatura de ardere se noteaza cu T1, iar la presiune constantă cu T 0. Temperatura de ardere T1 se determină in funcție de caldura de ardere la volum constant Qw si caldura specifică corespunzatoare iar temperatura de ardere t0 – în functie de căldura de ardere la presiune constantaă Qp și căldura specifică corespunzatoare cp. O dată cu creșterea temperaturii de ardere, sporește atât forța pulberii, cât și acțiunea erozivă a produșilor de ardere. Ca urmare, o pulbere cu temperatura de ardere ridicata prezinta avantaje (pentru ca are o forța mare), dar și dezavantaje (deoarece produce uzura prematură a gurii de foc). Pentru pulberiie pe bază de nitroceluloză, temperatura T1este cuprinsă în limitele 2900 – 3100 K, iar T0 în limitele 1900 – 3000 K.

Toate caracteristicile energetice ale pulberilor pot fi calculate teoretic, după compoziția pulberilor cât și pe baza alcătuirii reacțiilor transformarilor explozive atât în mod aproximativ dar și în mod precis .

2.3.3 Forța pulberii reprezintă lucrul mecanic pe care îl pot efectua gazele rezultate în urma arderii unui kilogram de pulbere, dacă se destind până la presiunea de 760mmHg și se răcesc până la temperatura de 273[ K]. Aceasta se va studia în capitolul următor deoarece este inclusă în categoria proprietăților balistice.

2.4 Concluzii

În cadrul acestui capitol s-au prezentat principalele caracteristici fizico-chimice și energetice ale pulberilor pentru arme și s-au observat următoarele :

dintre caracteristicile fizice, forma și dimensiunile pulberii influențeză caracteristicile balistice ale pulberilor ;

caracteristicile energetic sunt deasemenea importante în studiul pulberilor deoarece influențează viteza de ieșire din țeavă și presiunea maximă care este atinsă pe parcursul tragerii.

Am constatat că, pentru cunoașterea proprietăților fizice, chimice și energetice este esențială determinarea teoretică sau experimentală a caracteristicilor pulberilor coloidale.

Caracteristicile reprezentative pentru categoria pulberilor fără fum sunt prezentate în tabelul următor:

Tabelul 2.2

Principalele caracteristici fizice, chimice și energetice ale pulberilor coloidale

Studiul efectuat arătată că pentru o cunostere cât mai exactă a fenomenelor și transformărilor care au loc care asupra pulberilor din încărcăturile de azvârlire este imprtant să se cunoască și caracteristicile fizice , chimice și energetice.

Capitolul III

Definirea caracteristicilor balistice ale pulberilor pentru arme: forța, covolumul, vivacitatea statică, coeficientul vitezei de combustie, în conformitate cu documentele de referința NATO

Proprietațile balistice ale pulberilor sunt definite de mărimi precum: forța, covolumul, vivacitatea statică și coeficientul vitezei de combustie. Acestea exprimă conținutul de energie, viteza de combustie dar și geometria elementelor de pulbere ca un factor de control al vitezei de eliberare a energiei în timpul arderii, depinzând în principal de presiunea maximă a gazelor de pulbere și de viteza de creștere a presiunii, la combustia pulberii într-un volum constant.

Scopul acestui capitol este să definesc principalele caracteristici balistice ale pulberilor, dar nu oricum ci în conformitate cu standardele NATO. Pentru îndeplinirea cu succes a acestei sarcini este necesară utilizarea STANAG-ului 4115 (ediția 2), Definition et determination des proprietes balistiques des poudres a canon care îndeplinește normele prevăzute de standardele NATO.

3.1 Relații de calcul

1.Presiunea maximă: pmax

Presiunea maximă a gazelor de pulbere este extrasă de pe curba liniarizată a presiunii în funcție de timp.

2.Vivacitatea dinamică: L

(3.1)

3.Vivacitatea dinamică relativă: Lrel

(3.2)

Unde „m” indică numărul de încercări și „z”, aproximarea raportului p/pmax.

4.Caracteristica vivacității dinamice: Lk

Valoarea medie a vivacității dinamice relative în gama 0,3 la 0,7 p/pmax luate cu incrementul de 0,1 p/pmax. Dacă se utilizează altă gamă, aceasta trebuie notată în raport.

(3.3)

5.Densitatea de încărcare: Δ

Masa inițială a pulberii pe unitatea de volum a vasului închis.

6.Covolumul: η

Covolumul este definit în ecuația Noble – Abel.

(3.4)

7.Forța: fp

Aceasta este cantitatea utilizată în balistica interioară. Reprezintă capacitatea de lucru a pulberii și este proporțională cu energia realizată de unitatea de masă a pulberii la o temperatură specifică.

8.Funcția de formă: Ø (z)

Funcția de formă este definită ca raportul dintre aria suprafeței de ardere și aria suprafeței inițiale și este dată de ecuația S/S0. Această expresie este notată prin litera Ø.

3.2 Calculul vitezei de combustie

Ecuația de stare Noble – Abel poate fi scrisă astfel:

(3.5)

Viteza de combustie este definită astfel:

(3.6)

Definirea termenului referitor la funcția de formă

(3.7)

Și un termen pentru ecuația de stare diferențiată

(3.8)

și dacă se utilizează curba presiunii funcție de timp dp/dt , viteza de combustie poate fi calculată din următoarea expresie:

(3.9)

Forța și covolumul experimentale care vor fi utilizate trebuie estimate prin regresie liniară pe baza a trei densități de încărcare, fiecare separată prin 30 kg/m3 și pmax corespunzătoare , utilizând următoarea formulă:

(3.10)

Valoarea centrală a densității de încărcare trebuie să fie comparată cu presiunea sistemului de armă. Dacă rezultatul este valabil doar pentru o singură densitate de încărcare, valoarea teoretică a covolumului trebuie utilizată. În acest caz forța trebuie calculată utilizând:

(3.11)

În final, în concordanță cu STANAG 4367 (Ed. 2), dacă nu sunt valabile nici constanta forței, nici covolumul, acestea pot fi determinate teoretic.

3.3 Lista simbolurilor

Simbol Definire Unitate SI

D Diametrul camerei m

e Grosimea stratului pulberii arse m

fex Forța pulberii experimentală J/kg

fp Forța pulberii J/kg

l Lungimea camerei m

L Vivacitatea dinamică 1/(Pa-s)

Lk Vivacitatea dinamică caracteristică 1/(Pa-s)

Lrel Vivacitatea dinamică relativă –

Ltest Vivacitatea dinamică a pulberii testate 1/(Pa-s)

Lref Vivacitatea dinamică a pulberii de referință 1/(Pa-s)

m Numărul de încercări pe serie –

mp Masa pulberii kg

n Numărul molilor de gaz pe unitatea de masă a pulberii mol/kg

p Presiune Pa

pmax Presiunea maximă a gazelor Pa

pmax, ex Presiunea maximă a gazelor, experimentală Pa

r Viteza de ardere m/s

R Constanta universală a gazelor (= 8,3143) J/(mol-K)

S0,p Suprafața inițială a elementului de pulbere m2

t Timp s

T Temperatura K

V Volumul vasului m3

V0,p Volumul inițial al elementului de pulbere m3

z Fracția masei de pulbere arsă –

Δ Densitatea de încărcare kg/m3

η Covolumul gazelor de pulbere m3/kg

ηex,p Covolumul gazelor de pulbere experimental m3/kg

ηth,p Covolumul gazelor de pulbere teoretic m3/kg

ρ Densitatea pulberii kg/m3

Ø(z) Funcția de formă (ca funcție de z)

3.4Comparație între caracteristicile balistice în conformitate cu documentele de referința NATO și literatura de specialitate, alta decât cea de referință Nato

Tabelul 3.1

Comparație între caracteristicile balistice

3.5 Concluzii

Proprietățile balistice al pulberilor fără fum,nu sunt de sine stătătoare ci depind de foarte mulți factori, ca de exemplu viteza de ardere,forma și dimenrsiunile pulberii etc.

Definirea caracteristicilor balistice ale pulberilor în documentele conform cerințelor NATO este superficială deoarece partea teoretică în care să se prezintă semnificația marimilor folosite dar și condițiile în care acestea pot fot fi folosite este absentă. Ca o consecință a acestui lucru, utilizarea acestor caracteristici nu este adresată unei mase mari de populație ci doar persoanelor cu un bagaj solid de cunoștinte în domeniu.

Notațiile utilizate în STANAG-ului 4115 sunt diferite fața de cele utilizate in literatura de specialitate și cele care se folosesc în mod constant.

Capitolul IV

Studiul metodelor și procedurilor experimentale utilizate pentru determinarea caracteristicilor balistice ale pulberilor

Caracteristicile de performanță și siguranță ale armelor de foc depind în principal de caracteristicile pulberilor din încărcătura de azvârlire. Astfel, înainte de a alcătui încărcătura de azvârlire pentru un anumit tip de muniție, balisticienii trebuie să determine caracteristicile balistice ale pulberilor.

Scopul acesei proceduri constă în măsurarea variației în timp a presiunii dezvoltate de către gazele degajate de deflagrația pulberii prin trageri la diferite densități de încărcare în bomba balistică și determinarea caracteristicilor balistice conform relațiilor de calcul.

4.1 Echipamente, materiale și dispozitive necesare

4.1.1 Bombele balistice

Bombele balistice de înaltă presiune constau dintr-un vas de combustie rezistent, prevăzut cu o cameră de combustie de formă cilindrică. Volumul camerei de combustie poate fi de 2400ml, 700 ml, 300 ml, 200 ml, 10 ml și chiar 2 ml și este dictat de cantitatea de pulbere disponibilă pentru efectuarea tragerilor.De exemplu dacă eșantioanele de pulbere se prelevează dintr-un lot de serie cu masa de ordinul sutelor de kilograme, atunci bombele cu volumul mai mare au avantajul unor pierderi termice minime și a unei precizii sporite la determinarea densitații de încarcare. Dacă pulberea provine dintr-un lot pilot cu masa de ordinul zecilor de kilogramesau din delaborarea unui numar limitat de lovituri, atunci volumul bombei se alege astfel încat să se poată asigura densitatea de încarcare prevazută în procedurile de testare.

Bombele balistice sunt confecționate din oțel aliat crom-molibden (30 Cr Ni Mo 8) și sunt proiectate să reziste până la presiuni de 5000 bari.

În scopul curățirii și încărcării bombei, aceasta este echipată cu un dispozitiv de auto-închidere etanșă, numit închizător, care conține două borne pentru darea focului electrică și elemente de etanșare.

Pe partea opusă închizătorului, bomba este prevăzută cu un locaș filetat pentru montarea traductorului piezoelectric de presiune.

Bomba balistică poate fi prevăzută cu un suport metalic cu dispozitiv de blocare. Acesta permite bombei să se rotească vertical față de axa de rotație. Flanșele bombei sunt prevăzute cu două bolțuri inelare (opțional) pentru a ușura transportul cu ajutorul dispozitivelor mecanice.

1. Cilindru de oțel

2. Valvă (Ștuț) de evacuare a gazelor

3. Închizător

Figura 4.1

Bomba balistică de înaltă presiune de tipul ATM/2

Valva de evacuare a gazelor are rolul de a elibera în atmosferă gazele rezultate la combustia pulberilor testate în bombe, după ce s-a realizat tragerea și achiziționarea datelor. La bombele fără răcire cu apă, valva de evacuare a gazelor este montată într-un corp metalic construit special acestui scop, în timp ce la bombele cu răcire cu apă ele sunt conectate direct la corpul bombei, prin peretele acesteia. În ultima versiune constructivă, valva de evacuare a gazelor este montată pe peretele frontal al bombei balistice.

Bombele de înaltă presiune se instalează într-o cameră separată, care trebuie să fie uscată pentru a preveni astfel orice influență a umidității asupra sistemului de măsurare piezoelectric. Ventilarea acestei camere pentru eliminarea gazelor, fumului și vaporilor de apă eliberați este esențială.

4.1.2 Încărcătura de pulbere

Masa încărcăturii de pulbere se stabilește în funcție de scopul urmărit, având în vedere să nu se depășească presiunea maximă admisibilă a bombei manometrice. Pulberea sub formă de granule poate fi introdusă ,după cântărire, într-un saculeț din bumbac sau hârtie subțire. După cântărire, încărcătura de pulbere se temperează timp de cel puțin 6 ore . Temperatura standard normală este 210C.

Atunci când este cazul, amorsa se realizează din pulbere neagră cu o astfel de granulație încât să treacă în totalitate printr-o sită cu ochiuri de 2 mm și să nu treacă în proporție de 95% printr-o sită cu ochiuri de 1 mm. După cântărire, pulberea neagră se introduce într-un saculeț de bumbac. Prin saculeț se trece un filament (sârmă din aliaj de platină-iradiu sau cupru-nichel ) cu diametrul de 0.25 mm care se leagă cu un capăt de electrodul de dare a focului și cu celalalt pe contact, tensiunea aplicată pentru darea focului fiind de minimum 24V.

4.1.3 Traductorul piezoelectric

Traductorul piezoelectric de tensiune constă într-un disc de cuarț montat într-un disc de oțel , special conceput pentru a transmite o forță de compresiune cuarțului și conceput pentru a putea transmite un semnal electric .

1.Membrană

2.Disc de cuarț

3.Corp

4.Conductor

5.Contact

6.Conector

Figura 4.2

Traductorul de presiune piezoelectric AVL 4 QP 6000

Pentru măsurarea presiunii gazelor de pulbere din bomba manometrică, în prezent se utilizează două tipuri de traductoare, care diferă prin modul de montare și zona de etanșare. La primul tip ,zona de etanșare este suprafața frontală a traductorului (etanșare frontală) ,iar la cel de-al doilea tip aceasta este mai în spate (etanșare la umăr). Ambele tipuri de traductoare prezintă avantaje cât și dezavantaje.

Alegerea traductorului de presiune piezoelectric se face anticipând valoarea maximă a presiunii care urmează să fie măsurată. Până la 1400 bari se folosește traductorul de tipul AVL 4 QP 2000 iar pentru presiuni care depășesc 1400 bari se folosește un traductor de tipul AVL 4 QP 6000 (Kistler 6201B) .

4.1.4 Sistemul pentru măsurarea presiunii

Elementele sistemului de înregistrare a presiunii și schema de montaj a acestora este prezentată în Figura13. Sistemul este compus din următoarele aparate și instalații:

– Traductor pentru presiune piezoelectric, caracterizat prin valoarea maximă a presiunii pe care o poate măsura și sensibilitatea sa (s.t.), măsurată în pc/V.

– Amplificator de sarcină, caracterizat în principal prin factorul său de amplificare (f.a.) care se măsoară în pc/bar sau scala s [bar/V].

– Generator de semnal pentru triggerare.

-Înregistrator de semnal electric; se poate utiliza de exemplu un osciloscop cu memorie, placă de achiziție, PC, imprimantă.

Figura 4.3

Reprezentarea schematică a sistemului de măsurare a presiunii

4.2 Prelevarea și pregătirea probelor pentru încercare. Condiții de mediu.

Modul de prelevare și pregătire a probelor de pulbere de testat se desfășoară astfel: se prelevează din lotul de pulbere o cantitate suficientă pentru realizarea unui program de tragere. Cantitatea necesară este suma maselor de pulbere utilizate pentru trageri la diferite densități de încărcare.

Se cântărește masa de pulbere de testat (1, 2, 3) cu o precizie de cel puțin 0,1 g. De exemplu, pentru o bombă balistică de 200 cm3 sunt necesare următoarele mase: 1=20 g, 2=30 g, 3=40 g) și în total sunt necesare 90 g.

Se pregătesc amorsorii, care au rolul de a aprinde pulberea. În situația când bombele au volumul mic (de exemplu W0=2 cm3), amorsorul va fi constituit doar din capsa electrică de aprindere. În această situație se va verifica prin trageri în această bombă presiunea de amorsare, adică presiunea maximă a gazelor generate doare de funcționarea amorsorului electric.

Dacă volumul bombei este mare și nu este suficientă numai capsa electrică de aprindere, atunci amorsorul electric va avea și o cantitate de pulbere neagră, în cantitatea care va asigura o presiune maximă de 60 – 80 bar. Pentru a dimensiona cantitatea de pulbere neagră, se pot utiliza caracteristicile balistice ale pulberii negre: forța f= 250.000 daN.dm/kg și covolumul =0,5 l/kg. De exemplu, pentru o bombă cu volumul W0 de 200 cm3 se obțin următoarele mase:

– pentru pam=60 bari am=4,68 g;

– pentru pam=80 bari am=6,20 g.

Se verifică presiunea de amorsare generată de amorsor; dacă ea se încadrează în valorile așteptate, atunci se confecționează amorsorii pentru toate tragerile necesare; dacă presiunile maximă diferă, atunci înseamnă că pulberea neagră nu are caracteristicile balistice generale preconizate și se vor modifica masele de pulbere neagră până se obțin presiunile de amorsare de 60 – 80 bar.

4.3 Efectuarea încercării

Pentru determinarea caracteristicilor balistice ale pulberilor sunt necesare minim 2 trageri în bombă la densități de încărcare diferite. Pentru aprecierea influenței densității de încărcare asupra caracteristicilor balistice se recomandă tragerea la 3 densități: 0,1, 0,15 și 0,20 g/cm3.

Pentru fiecare tragere se vor efectua următoarele operații:

– se montează amorsorul electric;

– se cântărește prima cantitate de pulbere (ce corespunzătoare la densitatea de 0,1 g/cm3.

– se toarnă pulberea prin intermediul unei pâlnii în interiorul bombei balistice;

– se înșurubează închizătorul;

– se închide ștuțul de eliberare a gazelor;

– se conectează cablul de dare a focului la bornele din capacul închizătorului;

– se orientează bomba în poziția corespunzătoare;

– se închide blindajul de protecție;

– se deplasează în camera de achiziție a semnalului;

– se pregătește sistemul de achiziție a semnalului;

– se declanșează aprinderea amorsorului prin apăsarea butonului de dare a focului;

– se salvează achiziția semnalului numeric cu ajutorul plăcii de achiziție sau sub formă de semnal analogic pe osciloscopul cu memorie, urmând să se imprime forma curbei și valoarea maximă a presiunii;

– se deplasează în încăperea unde se găsește bomba;

– se deconectează bomba de la sistemul de dare a focului;

– se deschide cu mișcări line ștuțul de evacuare a gazelor;

– se deșurubează închizătorul;

– se curăță bomba balistică;

– se reiau operațiile de mai sus până la epuizarea programului de trageri la toate densitățile de încărcare.

4.4 Înregistrarea și interpretarea rezultatelor

Rezultatele măsurătorilor și celelalte calculelor se trec într-un formular, ca cel prezentat în Anexa 1. Mărimile măsurate sunt mărimi electrice (variații de tensiuni) în funcție de timp. Trecerea de la tensiune la presiune se face cu relația:

(4.1)

Valorile timpilor de întârziere tî, timpilor de combustie tc, timpilor de creștere tr, sunt cele înregistrate de osciloscop sau sistemul de înregistrare (placa de achiziție, calculator).

Presiunea maximă pmax, timpii de întârziere tî, timpii de combustie tc, au semnificația din figura următoare.

Figura 4.4

Semnificația mărimilor înregistrate

Pentru calculul caracteristici balistice se pleacă de la relațiile cu ajutorul relațiilor:

daN/cm2 (4.2)

unde: pmax – presiunea maximă daN/cm2

– densitatea de încărcare g/cm3

f – forța pulberii daNdm/kg

– covolumul pulberii dm3/kg

Forța și covolumul pulberii, considerate constante în raport cu densitatea de încărcare și presiune, se pot determina ușor cu ajutorul a două încercări cu densitate de încărcare diferite în bomba balistică, determinându-se presiunea maximă în cele două cazuri:

Covolumul pulberii se calculează cu relațiile:

l/kg (4.3)

Forța pulberii se calculează cu relațiile

(4.4)

(4.5)

(4.6)

Impulsul total se calculează cu relațiile:

(4.7)

Coeficientul vitezei de combustie se calculează cu relațiile:

(4.8)

Viteza de combustie u (exprimată în mm/s), care este orientată pe normala la suprafața pulberii este, așadar, o caracteristică importantă a pulberii. Aceasta depinde de presiune și de caracteristicile fizico-chimice ale pulberii, bineînțeles pentru pulberile coloidale. În cazul pulberilor negre, viteza de combustie nu mai este constantă în granula de pulbere.

Pentru determinarea vitezei de combustie, trebuie cunoscută variația presiunii în funcție de timp în bomba balistică.

Se face ipoteza proporționalității între valoarea vitezei liniare de combustie și presiune. Pentru presiuni mari (p 100 200 bari), este valabilă formula:

u = u1 p [mm/s] (4.9)

Dacă una dintre mărimile înregistrate diferă cu un ordin de mărime față de valorile înregistrate în mod curent, se poate exclude de la calcularea mărimilor medii.

4.5 Concluzii

În acest capitol am descris metodele și aparatura care au fost folosite în partea experimentală , pentru aprecierea diferitelor mărimi caracteristice ale pulberii. Aparatura este modernă, cu o mare capacitate de înregistrare și stocare.

Metodele de apreciere și formulele de calcul sunt din literatura de specialitate .

Înregistrările efectuate sunt redate în anexa 1.

Rezultatele sunt prezentate, prelucrate, analizate și comparate în capitolul V.

Capitolul V

Studiul experimental al caracteristicilor balistice pentru

pulberi din diferite muniții de calibru mic

Procedura prezentată în continuare este utilizată pentru a stabi metodologia de determinare a comportamentului balistic al pulberilor încărcate în sistemele balistice și se folosește pentru aprecierea pulberilor apte a echipa încărcătura de azvârlire pentru lovitura munițiilor de calibru mic.

Scopul acestui capitol este de a pune în practică procedurile utilizate în capitolul precedent, în vederea determinarii experimentale a caracteristicilor balistice. Pentru aceasta, se folosește pulberea sferică SB620, iar ca locație, laboratorul LT-CAM din Academia Tehnică Militară.

5.1 Determinarea experimentală

1. Se cântărește pulberea SB620 pentru prima tragere, ω = 1 [g];

Figura 5.1

Determinarea masei pulberii marca SB620 pentru prima tragere

Tabelul 5.1

Dimensiunile elementelor de pulbere măsurate prin analiză imagine

2. Se conectează amorsorul la închizător și se verifică continuitatea legăturii amorsorului și a circuitului electric de dare a focului. Amorsorul se conectează la știfturile închizătorului, asigurându-se cu atenție capetele firelor. După asamblarea amorsorului la bornele închizătorului, continuitatea circuitului electric se verifică prin măsurarea rezistenței electrice cu ajutorul unui aparat de măsură.

Figura5.2

Conectarea amorsorului la bornele închizătorul bombei manometrice

Figura 5.3

Verificarea continuității circuitului electric

3. Se toarnă pulberea SB620 în bomba manometrică. Pentru următoarele operații bomba se așează într-o cameră separată, care să asigure siguranța operatorilor. Se rotește sau se poziționează bomba balistică într-o poziție verticală, cu orificiul pentru închizător orientat în sus. Se introduce cantitatea de pulbere, cântărită cu precizia corespunzătoare, astfel încât să se asigure densitatea de încărcare dorită. Pentru turnarea pulberii în bombă se va folosi o pâlnie, astfel încât să nu se poată depune elemente de pulbere pe filetul închizătorului sau în alte părți ale bombei, altele decât camera de combustie.

Se curăță încă odată filetul închizătorului și cel corespunzător din bombă, precum și garnitura din teflon, cu o cârpă moale. Se unge ușor cârpa de curățare cu ulei siliconic. Înainte de asamblarea închizătorului trebuie să se observe dacă nu a rămas pulbere pe filete sau pe elementele de etanșare.

Figura 5.4

Bomba manometrică de 10 cm3

Figura 5.5

Încărcarea bombei manometrice

4. Se înfiletează închizătorul la bomba balistică și se strânge cu o cheie cu cepi, furnizată odată cu echipamentul bombei balistice. Se repune bomba în poziție orizontală. Pentru a asigura distribuirea uniformă a încărcăturii de pulbere în bombă, se balansează bomba de câteva ori, în jurul axei transversale, alternativ la stânga și apoi la dreapta. În final se repune bomba în poziție orizontală pentru a preveni apariția de unde de șoc în interiorul camerei de combustie.

Figura 5.6

Fixarea închizătorului

Figura 5.7

Fixarea traductorului piezoelectr

5. Se verifică continuitatea amorsorului și a circuitului de dare a focului cu bomba încărcată.

Se conectează mai întâi bornele cablului de dare a focului la bornele închizătorului. Se va avea în vedere ca borna de culoare neagră să vină la masa bombei, iar cea de culoare roșie să fie dispusă pe firul (borna) central al închizătorului.Se conectează cablurile de dare a focului la un apărat de măsură și se verifică rezistența electrică a circuitului.

6. Se inițiază tragerea în bomba manometrică și se înregistrează semnalul pe osciloscop și placa de achiziții.

Se pornește instalația de măsurare a presiunii prin alimentarea osciloscopului, alimentatorul amplificatorului, calculatorul, placa de achiziție și imprimanta. Se verifică traductorul de presiune piezoelectric, reținându-se sensibilitatea acestuia. Se conectează cablul electric la traductor și apoi la amplificatorul de sarcină. Se setează osciloscopul, placa de achiziție și echipamentul de achiziție astfel încât să se poată înregistra variația presiunii în funcție de timp și să poată înregistra tensiunea maximă (presiunea maximă), timpul de întârziere, timpul de funcționare, durata de creștere constantă a presiunii. Diviziunile de timp și tensiune specifice se setează în funcție de caracteristicile bombei balistice și ale pulberii testate. Se conectează pupitrul de dare a focului electric la generatorul de semnal și la canalul de start (triggerare) și apoi la osciloscop/placa de achiziție și se verifică continuitatea cablului și funcționarea corespunzătoare a startului semnalului electric, atunci când se acționează butonului de dare a focului.

Figura 5.8

Reprezentarea semnalelor electrice achiziționate

( variația presiunii amorsorului înregistrată pe osciloscop și pe placa de achiziție)

Rezultatele măsurătorilor, graficele cu evoluția presiunii în funcție de timp și cele ale calculelor sunt prezentate în continuare. Mărimile măsurate sunt mărimi electrice (variații de tensiuni) în funcție de timp. Valorile timpilor de întârziere tî, timpilor de combustie tc, timpilor de creștere tr, sunt cele înregistrate de osciloscop sau sistemul de înregistrare .

5.2 Rezultate obținute

Valorile presiunilor maxine indicate pe ecranul osciloscopului după efectuarea tragerilor sunt prezentate în continuare:

Tabelul 5.2

Exemplu de înregistrare – Curba de variație a presiunii pulberii SB620

Ținand cont de rezultatele obținute la determinările experimentale, putem determina caracteristicile balistice ale pulberilor. Pentru ușurarea calculului în vederea stabilirii acestora , am realizat un soft în Microsoft Visual Studio 2010.Acesta are o interfață destul de ușor de folosit și reduce timpul de calculare al acestora. În plus,rezultatele obținute ,le exportă într-un document excel, aceleși cu documrntul care trebuie intocmit și pentru înscrierea rezultatelor obținute în urma realizării procedurii studiate în capitolul IV.

Figura 5.9

Interfața programului de calcul al caracteristicilor balistice

Figura 5.10

Interfață cu rezultatele obținute

Acest program poate fi utilizat doar dacă se cunosc anumite valori,ca de exemplu : grosimea de combustia, presiunile si temperaturile maxime înregistrate în bomba balistică. Calculul se executa pentru 3 densități de încărcare,fie cele stabilite în baza de date sau se pot introduce alte valori de la tasatură.

5.3Concluzii

În urma analizării rezulatelor obținute la tragerile experimentale și avându-se în vedere faptul că traductorul piezoelectric înregistrează valorile maxime generate de combustia pulberii în bomba manometrică, s-a concluzionat faptul că valorile maxime ale presiunii generate de către placa de achiziții sunt doar vârfuri ale acesteia.

. Valorile forței pulberii și covolumului conțin erori datorită determinării inexacte a pierderilor de căldură expansiunii gazelor în țeavă. Deși valorile experimentale obținute pentru covolum și forța pulberilor nu sunt acceptate ca date de intrare în cadrul modelelor de balistică interioară, ele sunt utilizate în calcule intermediare pe durata arderii.

Capitolul VI

Modelarea și simularea numerică a combustiei pulberilor

în bombele manometrice

Funcționarea corectă a sistemelor de armament de calibru mic reprezintă rezultatul unor eforturi considerabile de cunoaștere și de modelare a fenomenului arderii pulberilor, pe de o parte – și de determinare cu acuratețe a comportamentului dinamic al armei cu un anumit tip de muniție. Astfel, sunt necesare determinări teoretice și experimentale care combină informații și rezultate din două domenii importante: termodinamica arderii pulberilor cu studiul particular al deflagrației lor în camera de încărcare a armei și dinamica solidului supus la legături. Pentru înțelegerea modului în care fenomenele studiate se influențează reciproc, sunt necesare cunoștințe temeinice referitoare la: termochimia și tehnologia fabricației pulberilor, metode de determinare teoretică și experimentală a constantelor termochimice, tehnici de filtrare, prelucrare și interpretare a semnalelor, studiul combustiei și modelarea ei utilizând softuri de analiză cu volume finite (FLUENT), studiul cinematic al mecanismelor și dinamica lor, rezistența materialelor și calcul de rezistență și deformare la viteze mari cu metoda elementului finit sau a diferențelor finite (COSMOS, ANSYS, AUTODYN), precum și aptitudini de modelare și simulare (SolidWorks).

Scopul acestui capitol este de a simula combustia pulberii sferice SB620 în bomba balistica cu volumul camerei de ardere de 2cm3 , în vedrea determinării presiunii maxime și de a realiza o comparație cu rezultatele experimentale obținute în capitolul V

6.1 Prezentarea modelului în SolidWorks

Modelările care se prezintă în acest capitol s-au realizat cu ajutorul programului de graficaă SolidWorks considerând problema 3D iar simularea numerică a combustiei a fost realizată în FLUENT cu ajutorul softului de grafica Gambit, problema rezolvându-se în 2D.

Pentru modelarea comportamentului structurii s-au folosit datele disponibile din literatura de specialitate.

Figura 6.1

Secțiune longitudinală prin bomba balistică ATM/2

Bomba prezentată are drept model bomba balistică cu voloumul camerei de combustie de 2 cm3 din laboratorul Academiei Tehnice Militare. Reprezentarea a putut fi facută în urma masurării bombei manometrice din laborator.

În vedrea realizării simulării numerice,se va folosi doar camera de combustie a bombei, deoarece toata structura ar prezenta o dificultate mult mai mare .

6.2 Pregatirea materialelor pentru realizarea simularii

Pulberea considerată pentru realizarea acestei simulări, ca și în cazul procedurii experimentale este pulberea sferică SB620.

Figura 6.2 Element de pulbere în formă de sferă

Pentru elementul de pulbere se cunosc umătoarele:

2e1=0.3292mm

Viniț=0.2121mm3

ρ=1.6 g/cm3

∆=0.1 g/cm3

Cantitatea de pulbere necesară realizării unei trageri în bomba balistică cu volumul de 2 cm3 ,la o densitate de încărcare de 0.1 g/cm3 este de 0.2 g. Cunoscând aceasta , propunem urmatoarea variantă constructivă: toată cantitatea de pulbere a fi modelata ca un singur element cu raza de 3.1 mm iar pentru realizarea calculului termochimic folosim informațiile furnizate de următorul tabel.

Figura 6.3

Dispunerea pulberii în bomba balistică

Tabelul 6.1

Caracteristicile fizice-chimice, energetice și de stabilitate ale pulberilor testate

Pentru realizarea calculului termochimic utilizăm un program realizat în Mathcad pentru a determina caracteristicile fizice, chimice, termodinamice si explozive ale pulberilor pentru arme. Aceste caracteristici vor fi calculate in vederea utilizarii lor in programul de simulare numerică în FLUENT.

Programul de calcul are două parti :

1) Calculul formulei chimice echivalente a pulberii coloidale;

2) Calculul caracteristicilor termodinamice pe baza aflării ecuatiei reactiei de combustie.

Calculul este efectuat pentru 1 kg de pulbere SB620.

Componentii pulberilor pentru arme sunt:

1. NC – NITROCELULOZA –– C6H(10-S)O(5+2S)NS

2. NG – NITROGLICERINA –– C3H5(ONO2)3 = C3H5O9N3

3. DNT – DINITROTOLUEN –––C7H6O4N2

4. DBF – DIBUTILFTALAT ––- C16H22O4

5. DPA – DIFENILAMINA –– C12H11N

Proporțiile masice ale componentilor pulberii sunt cele indicate în tabelul 4.

Formula chimică echivalentă a pulberii este: C20.99 H 26.48O 36.17N9.98

Cunoscand formula echivalenta a pulberii putem scrie ecuatia transformarii explozive:

Număul de moli:

Se determină deasemenea căldura specific, vâscozitatea dinamică și conductivitatea termică, marimi necesare codului din c++ pentru rularea programului Fluent.Aceste valori sunt prezentate în Anexa 2.

Fiind cunoscute toate aceste date se poate începe modelarea numeric a cumbustiei.

6.3 Modelarea și simularea numerică în FLUENT

Pentru rezolvarea problemei combustiei pulberii vom folosi un model 2D realizat în Gambit și introdus mai apoi în FLUENT. Se va lucra ținându-se seama de axa de simetrie.

Programul nu are o interfață prea prietenoasă iar pentru a realiza simularea ,în spatele programului trebuie creat un cod în c++, pentru a pune condițiile necesare realizării fenomenului de ardere a pulberii. În cazul nostru , arderea pulberii se face după legea:

u=u1×pϑ (6.1)

Toate mărimile care se folosesc ,sunt determinate cu ajutorul programului de calcul termochimic și se folosesc în codul realizat în c++. După stabilirea condițiilor inițiale ,se selectează opțiunea pentru crearea de animații și se lansează programul. Animațiile cuprind variația presiunii și a temperaturii din camera de combustie după momentul începerii arderii pulberii.

Cele mai representative imagini pentru presiune sunt:

Figura 6.4

Figura 6.5

Figura 6.6

Figura 6.7

Figura 6.8 Figura 6.9

Figurile de mai sus reprezintă variația presiunii în bomba balistică.Programul furnizează deasemenea si valorile presiunii ,astfel încat să se poată realize și graficul variației presiunii.

După cum se poate observa, valoarea presiunii crește o dată cu arderea elementului de pulbere și eliminarea gazelor rezultate în urma arderii.

Figura 6.10

Graficul presiunii

FLUENT-ul , în cazul noastru poate furniza si variația temperatutii pe durata arderii pulberii:

Figura 6.11

Figura6.12

Figura6.13

Figura6.14

Figura 6.15

Figura 6.16

Pe parcursul arderii se poate observa că temperature crește pe masură ce elemental de pulbere se consumă .

6.4Concluzii

Analizând graficul presiunii determinată în urma simulării numerice cu cel rezultat în urma determinării experimentale, Figura 6.10, cu graficul de mai jos putem spune că simularea este reușită deoarece se încadrează în valorile nomale. Reușita acestei simulări se datorează folosirii corecte a tuturor parametrilor care influențează viteza de ardere dar și a datelor de intrarea referitoare la compozitia pulberii.

Figura6.17

Capitolul VII

Concluzii și contribuții originale

7.1 Concluzii

În proiectul de față s-a realizat un studiu al pulberilor folosite la realizarea și echiparea munițiilor compatibile NATO în vederea determinării caracteristicilor balistice ale acestora dar și a simulării numerice a combustiei în bomba manometrică.

În vederea realizării acestui proiect, s-a efectuat o documentare bibliografică și tehnică constând în consultarea unor lucrări de specialitate și a unor cursuri din anii precedenți și am concluzionat următoarele:

dintre caracteristicile fizice, forma și dimensiunile pulberii influențeză caracteristicile balistice ale pulberilor ;

caracteristicile energetic sunt deasemenea importante în studiul pulberilor deoarece influențează viteza de ieșire din țeavă și presiunea maximă care este atinsă pe parcursul tragerii;

am constatat că, pentru cunoașterea proprietăților fizice, chimice și energetice este esențială determinarea teoretică sau experimentală a caracteristicilor pulberilor coloidale;

pentru o cunostere cât mai exactă a fenomenelor și transformărilor care au loc care asupra pulberilor din încărcăturile de azvârlire este imprtant să se cunoască și caracteristicile fizice , chimice și energetice.

proprietățile balistice al pulberilor fără fum,nu sunt de sine stătătoare ci depind de foarte mulți factori, ca de exemplu viteza de ardere,forma și dimensiunile pulberii etc.

valorile caracteristicilor balistice ale pulberilor sunt determinate prin interpretarea curbelor obținute și interpretarea datelor oferite de traductorii piezoelectrici de presiune, la testele efectuate în bomba balistică;

capacitatea de a modela fenomenele de balistică interioară din armă are drept finalitate obținerea controlului încărcaturii de pulbere. De asemenea, modelarea poate fi folosită pentru proiectarea și analiza caracteristicilor de performanță a unei arme înainte ca aceasta să fie produsă, testată sau modificată.

7.2 Contribuții originale

Pentru studiul în detaliu, am ales o pulbere folosită la armamentul de calibru mic, SB620 deoarece am dispus de mai multe date referitoare la acestă pulbere, atât date de intrare cât și date experimentale, ceea ce mi-a permis o evaluare corectă a rezultatelor obținute.

Partea de originalitate introdusă de mine în acest proiect este modelarea și simularea numerică ,a bombei balistice și a combustiei pulberii în camera de ardere,în urma unui studiu intens asupra pulberilor și a determinărilor experimentale a caracteristicilor acestora, realizate sub supravegherea domnilor profesori.

Modelarea bombei a fost realizată în cele mai sigure condiții deoarece masurările cu șublerul , efectuate asupra bombei balistice în laboratorul din Academia Tehnică Militară au fost effectuate cu success.

Procedura experimental de determinare a caracteristicilor balistice ale pulberilor a fost realizată în laboratorul LT-CAM din Academia Tehnică Militară sub îndrumarea și supraavegherea domnului Col.prof.dr.ing Goga Adrian care a avut în vedere respectarea întocmai a procedurii și a normelor de protecție și siguranță în muncă.

La realizarea simulării numerice, am considerat că toată cantitatea de pulbere are forma unui element, adică formă sferică. Am realizat simularea acesteia în 2D, simulare realizându-se fată de axa de simetrie a camerei de combustie.De menționat că nu s-a facut simularea pe toată suprafața bombei balistice , ci doar în camera de ardere, deoarece structura ar fi fost mult mai complex și ar fi putut apărea erori.

Munca mea pe parcursul acestui an universitar a făcut posibilă îndeplinirea obiectivelor propuse de memorial tehnic și stabilirea unui bagaj de cunoștințe în domeniu pulberilor care îmi vor fi de folos în munca mea de viitor inginer.

Bibliografie

1.STANAG 4400 (Edition 1) -Derivation of thermochemical values for interior ballistic calculation.

2. STANAG 4367 LAND (Edition 2) – Thermodynamic interior ballistic model with global parameters.

3. STANAG 4115 LAND (Edition 2) – Definition and determination of ballistic properties of gun propellants.

4. Explozivi și combustibili speciali. Metode de analiză și identificare, Orban O, Goga Doru, Paraschiv T., Editura A & C International, 1994, 219 pag.

5. Propellants and Explosives, Thermochemical Aspect of Combustion, Naminosuke

Kubota, Wiley-VCH, 2002, 249 pag.

6. TM 9-1300-214. Military Explosives, Technical Manual, Department of the Army,

USA. 1984. 355 pag.

7. Les poudres, propergols et explosives – Les poudres pour armes, Quinchon J, Tranchant J. Technique et documentation (Lavoisier), 1986,226 pag.

8.Curs de balistică interioară, Titică V, Emanoil P, București, 1974, 331 pag

ANEXA 1

Formular F 01-PO-LTECAM-17 Raport de încercare, “Determinarea caracteristicilor balistice ale pulberilor”

Data: …………………..

Numele operatorului: ………………………………………………..

Date inițiale:

– Denumirea pulberii de testat: …………………………………………….

– Temperatura de testare: ……0C;

– Caracteristicile instalației de măsurare a presiunii:

– Caracteristicile dispozitivului de măsurare a presiuni:

Tabel cu rezultatele măsurătorilor și calculelor

Semnătura DÎ-LTECAM Semnătura operator

Bibliografie

1.STANAG 4400 (Edition 1) -Derivation of thermochemical values for interior ballistic calculation.

2. STANAG 4367 LAND (Edition 2) – Thermodynamic interior ballistic model with global parameters.

3. STANAG 4115 LAND (Edition 2) – Definition and determination of ballistic properties of gun propellants.

4. Explozivi și combustibili speciali. Metode de analiză și identificare, Orban O, Goga Doru, Paraschiv T., Editura A & C International, 1994, 219 pag.

5. Propellants and Explosives, Thermochemical Aspect of Combustion, Naminosuke

Kubota, Wiley-VCH, 2002, 249 pag.

6. TM 9-1300-214. Military Explosives, Technical Manual, Department of the Army,

USA. 1984. 355 pag.

7. Les poudres, propergols et explosives – Les poudres pour armes, Quinchon J, Tranchant J. Technique et documentation (Lavoisier), 1986,226 pag.

8.Curs de balistică interioară, Titică V, Emanoil P, București, 1974, 331 pag

ANEXA 1

Formular F 01-PO-LTECAM-17 Raport de încercare, “Determinarea caracteristicilor balistice ale pulberilor”

Data: …………………..

Numele operatorului: ………………………………………………..

Date inițiale:

– Denumirea pulberii de testat: …………………………………………….

– Temperatura de testare: ……0C;

– Caracteristicile instalației de măsurare a presiunii:

– Caracteristicile dispozitivului de măsurare a presiuni:

Tabel cu rezultatele măsurătorilor și calculelor

Semnătura DÎ-LTECAM Semnătura operator