Tài liệu Nghiên cứu chế tạo thuốc nổ nhiệt áp dùng cho đạn đna 7v (tt)

  • Số trang: 28 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 40 |
  • Lượt tải: 0
sharebook

Tham gia: 25/12/2015

Mô tả:

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN QUANG PHÁT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THUỐC NỔ NHIỆT ÁP DÙNG CHO ĐẠN ĐNA-7V Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 9 52 03 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 2 Công trình được hoàn thành tại: Viện Khoa học & Công nghệ Quân sự/Bộ Quốc phòng Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Ngô Văn Giao 2. PGS.TS Ninh Đức Hà Phản biện 1: GS.TS Thái Hoàng Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS Vũ Minh Thành Viện Khoa học và Công nghệ quân sự Phản biện 3: TS Nguyễn Đức Long Viện Thuốc phóng Thuốc nổ Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện họp tại Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự vào hồi: ……giờ …… ngày ...... tháng……. năm 2020 GS.TS Vũ Thị Thu Hà Công nghiệp Việt Nam Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. - Thư viện Quốc gia Việt Nam. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Vũ khí nhiệt áp (VKNA) là loại vũ khí tiên tiến, hiện đại, dựa trên nền tảng thuốc nổ nhiệt áp (TBE) đã được phát triển ở nhiều nước có nền công nghiệp quốc phòng tiên tiến. Sự ra đời của vũ khí này là một thành tựu lớn của kỹ thuật quân sự thế giới những năm cuối thế kỷ XX. Vũ khí này đặc biệt hiệu quả khi tác chiến trong môi trường đô thị và địa hình phức tạp. Các loại VKNA điển hình đã được trang bị cho quân đội một số nước trên thế giới như RPO-A, RPO-M, TBG-7V, TBG-29V (Nga); GTB-7G (Bungari); BLU-118/B (Mỹ); AGM-114N Hellfire (Anh). Nhận thấy những tính năng vượt trội của loại vũ khí này, Quân đội ta đã nhập về một cơ số đạn nhiệt áp TBG-7V và bắt đầu tìm hiểu, nghiên cứu tiến tới chế tạo và làm chủ loại vũ khí này. Trong nhiệm vụ mới này thì việc nghiên cứu chế tạo thành công thuốc nổ nhiệt áp (TBE) là đóng vai trò quan trọng nhất, quyết định đến khả năng nghiên cứu, chế tạo VKNA ở trong nước. Đây là một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới ở trong nước và đáp ứng được yêu cầu thực tiễn cấp bách. Do đó, TBE được xác định là đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn phương pháp đánh giá khả năng sinh công (KNSC) của TBE và các yếu tố ảnh hưởng đến KNSC của TBE. - Nghiên cứu lựa chọn được đơn thành phần phù hợp của TBE và xác lập các yếu tố công nghệ chế tạo TBE và nhồi đúc vào đầu đạn ĐNA-7V. - Xác định được một số đặc trưng năng lượng và kỹ thuật của TBE. 3. Phạm vi nghiên cứu Các vấn đề liên quan đến thành phần, công nghệ chế tạo TBE, các thông số suất dư trên bề mặt sóng xung kích, xung lượng riêng pha tích cực, nhiệt lượng nổ, nhiệt độ nổ, kích thước khối cầu lửa của TBE. 4. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng kỹ thuật chuẩn bị mẫu TBE đúc. Các kỹ thuật hiện đại để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu: VST, DSC, SEM, EDX, EDXMapping. Các kỹ thuật đánh giá đặc tính cơ lý, năng lượng, đánh giá khả năng sinh công của TBE, kỹ thuật thử nghiệm đầu đạn. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Luận án đã chế tạo thành công TBE và xây dựng được phương pháp đánh giá KNSC và các chỉ tiêu kỹ thuật của TBE phù hợp điều kiện thực tế trong nước. 6. Bố cục của luận án Luận án gồm 126 trang được phân bổ như sau: mở đầu 3 trang; chương 1 - tổng quan, 35 trang; chương 2 - thực nghiệm, 15 trang; chương 3 - kết quả 2 và thảo luận, 61 trang; kết luận 2 trang; danh mục các công trình khoa học đã công bố 1 trang và 88 tài liệu tham khảo. Chương 1. TỔNG QUAN Trình bày đặc điểm chung của TBE, liều nổ nhiệt áp, cơ chế nổ của TBE. Giới thiệu các thành phần của TBE và thành phần của TBE dùng cho đạn ĐNA-7V. Làm rõ KNSC của thuốc nổ, sóng xung kích, trường nổ. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước về TBE và KNSC của TBE. Các nội dung cần nghiên cứu, giải quyết trong luận án. Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính là các mẫu TBE do luận án nghiên cứu, chế tạo và các mẫu của Nga. Các đối tượng liên quan như nguyên vật liệu, trang bị, tiến trình công nghệ, phương pháp thử nghiệm. 2.2. Hóa chất, vật tư, trang thiết bị, dụng cụ nghiên cứu 2.1.1. Hóa chất, vật tư Thuốc nổ RDX cấp 1, bột Al dạng hạt, hàm lượng tinh khiết không nhỏ hơn 99,7 %, cỡ hạt: ≤ 5 m; ≤ 45 m; ≤ 75 m; bột AP hàm lượng tinh khiết không nhỏ hơn 99,5 %, cỡ hạt: 105÷154 m, 180÷280 m; 280÷450 m; cao su polyacrylic dạng rắn không màu; hỗn hợp HD-70; lexitin mác P; TDI mác P; DPA mác P. 2.1.2. Trang thiết bị, dụng cụ - Khuôn đúc mẫu; - Máy trộn; - Thiết bị hỏa quang kế; - Camera tốc độ cao Phantom v711; - Phần mềm REAL phiên bản 3.5; - Thiết bị Vaccum Stabil Tester; - Thiết bị xác định độ nhạy va đập; - Con lắc dây mềm để xác định khả năng sinh công; - Thiết bị đo độ nhớt động lực học DW-E; - Thiết bị đo độ bền kéo nén M350-10CT; - Thiết bị phân tích nhiệt trọng lượng TGA Pyris; - Thiết bị đo đa kênh DEWE-3020, đầu đo áp suất theo nguyên lý piezo; - Thiết bị xác định nhiệt lượng nổ DCA-5; - Thiết bị phân tích diện tích bề mặt và lỗ xốp TriStar II; - Kính hiển vi điện tử quét JSM-6510LV, đầu dò tán xạ năng lượng tia X. 2.3. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng 2.3.1. Phương pháp và kỹ thuật chuẩn bị mẫu 3 Các bước công nghệ chế tạo mẫu: - Sấy RDX, AP; - Cân định lượng; - Trộn đều thành phần lỏng; - Cho bột Al vào hỗn hợp chất lỏng, trộn đều; - Cho thuốc nổ RDX vào hỗn hợp, trộn đều; - Cho AP vào hỗn hợp, trộn đều; - Đúc mẫu: + Chuẩn bị khuôn; + Đổ thuốc nổ vào trong khuôn, dùng chày ép nhẹ để dàn đều thuốc; Hình 2.1. Khuôn đúc mẫu TBE 1. Nắp 2. Tấm đệm 2 đầu + Tháo chày; 3. Khuôn đúc 4. Tấm đệm ngoài + Lắp tấm đệm, nút chặn; 5. Chày ép 6. Nút chặn. + Đậy nắp, vặn chặt ren; - Sấy, đóng rắn; - Tháo thuốc, kiểm tra; - Bảo quản mẫu thuốc nổ. 2.3.2. Phương pháp và kỹ thuật đánh đo ∆P và Itc 2.3.3. Kỹ thuật đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu - Phương pháp VST, DSC - Đo SEM, EDX, EDX-Mapping, xác định diện tích bề mặt riêng - Phân tích phổ hồng ngoại 2.3.4. Kỹ thuật đánh giá các đặc tính cơ lý của TBE - Khả năng chịu nén - Độ nhớt động lực học của hỗn hợp 2.3.5. Kỹ thuật đánh giá đặc trưng năng lượng của TBE - Đo nhiệt độ vụ nổ - Đo kích thước quả cầu lửa - Khả năng sinh công bằng con lắc xạ thuật 2.3.6. Kỹ thuật thử nghiệm đầu đạn ĐNA-7V - Thử nghiệm đo Pmax và Itc - Thử nghiệm đo kích thước quả cầu lửa - Thử nghiệm khả năng phá hủy mục tiêu lô cốt CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Lựa chọn phương án đánh giá khả năng sinh công của TBE 4 3.1.1. Lựa chọn mô hình thử nghiệm Qua tìm hiểu ba mô hình thử nghiệm trong không gian hở, bán kín và kín, luận án lựa chọn mô hình thử nghiệm trong không gian hở để thực hiện. Sơ đồ bố trí thử nghiệm như trên hình 3.1. Hình 3.1. Sơ đồ thử nghiệm TBE 3.1.2. Kết quả đo đạc ΔPmax và Itc TBE sử dụng cho thử nghiệm là mẫu TBE-N2. Mẫu có kích thước Ф5591,2 mm; khối lượng 413,6 g; mật độ 1,91 g/cm3. Hình 3.2 là các đồ thị P(t) của mẫu TBE-N2 ở các khoảng cách 3 m, 5 m, 7 m và 9 m. Hình 3.2. Đồ thị P(t) của vụ nổ mẫu TBE-N2 ở các khoảng cách khác nhau 5 Từ kết quả đo ΔP của mẫu thuốc TBE-N2, giá trị ΔPmax và Itc được xác định và kết quả cho trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Kết quả đo Pmax và Itc của vụ nổ mẫu TBE-N2 Khoảng cách ΔPmax, psi Itc, psi.ms 3m 8,87 6,32 5m 3,89 3,74 7m 2,36 3,94 9m 1,71 3,61 Để so sánh với kết quả đo Pmax và Itc của thuốc nổ phá (TNP), luận án đã thực hiện đo 2 mẫu TNP là TNT và TNP hỗn hợp TG-30 (30% TNT và 70% RDX) với cùng khối lượng. Bảng 3.2 đưa ra kết quả đo Pmax và Itc của 2 mẫu thuốc này và giá trị kết quả đo của mẫu TBE-N2. Bảng 3.2. Kết quả đo Pmax và Itc của 3 mẫu thuốc nổ Mẫu Khoảng cách 3 m Kh.cách 5 m ΔPmax, ΔPmax, Itc, Itc, psi psi psi.ms psi.ms Kh.cách 7 m ΔPmax, Itc, psi psi.ms Kh.cách 9 m ΔPmax, Itc, psi psi.ms TNT 7,51 4,86 3,26 3,21 2,12 3,52 1,52 3,35 TG-30 8,21 5,35 3,49 3,37 2,21 3,65 1,63 3,38 TBE-N2 8,87 6,32 3,89 3,74 2,36 3,94 1,71 3,61 Nhận xét: giá trị của Pmax và Itc đều lớn hơn nhiều khi so sánh với giá trị của thuốc nổ phá TNT và TG-30, đặc biệt khi đo ở khoảng cách 3 m và 5 m. Ở khoảng cách xa (7 m và 9 m) các giá trị đo Pmax bị ảnh hưởng bởi sóng phản xạ và kết quả không phản ánh đúng giá trị thật. Như vậy các đại lượng Pmax và Itc ở khoảng cách gần (3 m và 5 m) có thể được sử dụng như các chỉ tiêu chính đặc trưng cho khả năng sinh công của TBE. 3.2. Nghiên cứu lựa chọn thành phần TBE 3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính (CKD) polyme 3.2.1.1. Nghiên cứu đánh giá tính tương thích hóa học một số polime với các thành phần theo phương pháp VST Ba loại polyme được lựa chọn để đánh giá độ tương thích là PAC, cao su CKH-10KTP và epoxy ED-20. Kết quả tính toán VR của polyacrylic, CKH10 KTP và Epoxy ED-20 lần lượt là 1,4 mL; 0,6 mL và 6,2 mL tương ứng. Nhận xét: Theo tiêu chuẩn STANAG 4147, epoxy ED-20 hoàn toàn không tương thích về mặt hóa học với hỗn hợp ba thành phần chính. Hai cao su PAC và CKH-10 KTP đều tương thích hóa học với hỗn hợp thành phần chính của TBE và độ tương thích của cao su CKH-10 KTP tốt hơn. 3.2.1.2. Nghiên cứu lựa chọn CKD trên cơ sở đặc tính công nghệ Căn cứ kết quả đo Pmax và Itc đối với mẫu TBE của Nga (bảng 3.1), 6 trong trường hợp sử dụng hệ CKD trên nền cao su CKH-10KTP, qua các thử nghiệm để các giá trị Pmax và Itc đạt yêu cầu thì thành phần của TBE gồm thuốc nổ RDX 35%, bột Al 25 %, AP 32 % và chất kết dính 9 %. Căn cứ giá trị độ nhớt động lực () có thể xác định được trạng thái một hỗn hợp có thể được sử dụng bằng các phương pháp công nghệ khác nhau. Giá trị cụ thể được cho như sau: - Khi  từ 102 đến 103 (đến 6.103) pa.s: Đúc rót tự do; - Khi  từ 103 đến 105 pa.s: Đúc rót có áp suất; - Khi  từ 106 đến 1011: Nén ép. Kết quả đo của hỗn hợp trên nền cao su CKH-10KTP là 7,3.105 pa.s. Như vậy thuốc nổ này chỉ có thể sử dụng phương pháp nhồi nén. Mục tiêu cuối của nghiên cứu TBE là phải nhồi được vào đạn ĐNA-7V. Hình dạng loại đạn này có hai đầu nhỏ hơn thân đạn nên phương pháp nhồi tối ưu nhất là phương pháp nhồi đúc, do đó TBE trên nền cao su CKH-10KTP không phù hợp. Với cao su polyacrylic (PAC), luận án nghiên cứu đối hai mẫu TBE-V6 và TBE-V7, thành phần cho trong bảng 3.5. Bảng 3.5. Tỷ lệ thành phần của 2 mẫu TBE Thành phần Hàm lượng (%) Mẫu TBE-V6 Mẫu TBE-V7 Thuốc nổ RDX 23 25 Bột Al 29 27 AP 32 33 Chất kết dính trên nền cao su PAC 16 15 Kết quả đo độ nhớt động lực của 2 mẫu TBE-V1 và TBE-V2 lần lượt là 45826 Pa.s và 53482 Pa.s tương ứng. Nhận xét: TBE trên nền cao su PAC phù hợp cho đạn ĐNA-7V vì đáp ứng được yêu cầu công nghệ. Hơn nữa, cao su này còn đáp ứng được tính tương thích hóa học theo phương án VST. 3.2.1.3. Nghiên cứu đánh giá tương thích của PAC và hỗn hợp theo phương pháp DSC Sử dụng phương pháp DSC xác định mức độ tương thích của các thành phần chính của TBE. Mẫu được chọn để nghiên cứu là mẫu TBE-V3. Từ giản đồ DSC của PAC và mẫu TBE-V8. Giá trị ΔPp được tính toán bằng 3,5 oC. Theo tiêu chuẩn STANAG 4147, PAC và hệ 3 thành phần Al, AP, RDX tương thích với nhau. 7 3.2.1.4. Nghiên cứu khả năng khâu mạch của CKD trên nền cao su PAC Từ hình 3.7 nhận thấy sự xuất hiện của các số sóng tương ứng với các nhóm chức sau: nhóm hidroxyl, liên kết C-H trong hydrocacbon, nhóm cacbonyl, các dao động của liên kết C-O. Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của Hình 3.8. Phổ hồng ngoại của cao su PAC cao su PAC đã đóng rắn Từ hình 3.8 nhận thấy có các nhóm, liên kết: liên kết C-H trong hydrocacbon no, nhóm izocianat, nhóm cacbonyl đã yếu đi do nhóm izocianat dùng dư, nhóm CH2 trong nhân benzen, các dao động của liên kết C-O và nhóm hidroxyl không còn do tham gia phản ứng đóng rắn. Nhận xét: Cao su PAC sau khi đóng rắn bằng TDI đã có phản ứng của nhóm izocianat và nhóm OH- trong cao su PAC tạo ra polyme mạng lưới có khả năng kết dính các thành phần rắn. 3.2.1.5. Nghiên cứu khả năng liên kết của CKD và các nguyên liệu Dùng phương pháp BET đo diện tích bề mặt riêng (SR) của các mẫu nguyên liệu. Kết quả thu được như sau: - Thuốc nổ RDX: SR = 0,11 (m2/g); - Hạt AP: SR = 0,19 (m2/g); - Đối với hạt Al: Ở 3 vùng cỡ hạt  5 m (i),  45 m (ii), và  75 m (iii) cho giá trị của SR lần lượt là 6,35 (m2/g); 0,73 (m2/g) và 0,39 (m2/g) tương ứng. a. b. Hình 3.9. Ảnh SEM của RDX (a), hỗn hợp RDX và chất kết dính (b) Nhận xét: Từ hình 3.9 và 3.10 nhận thấy có rất ít các hạt AP và RDX được bao phủ hoàn toàn bởi chất kết dính do BMR bé. Mẫu nhôm (i) có 8 diện tích BMR lớn hơn nhiều hai mẫu còn lại nên chất kết dính sẽ được hấp phụ một phần lên bề mặt hạt Al và được giữ lại trên bề mặt hạt Al. a. b. Hình 3.10. Ảnh SEM của AP(a), hỗn hợp AP và chất kết dính (b) a. b. Hình 3.11. Ảnh SEM của bột Al (a), hỗn hợp bột Al và chất kết dính (b) Nhận xét: Hạt nhôm (i) được trộn đều với chất kết dính thì chất kết dính bao bọc các hạt Al rất tốt. Để tạo ra khối TBE có độ bền cơ học cao thì mẫu Al (i) cho kết quả tốt hơn các mẫu Al (ii) và Al (iii). 3.2.1.6. Nghiên cứu khả năng hóa dẻo cao su PAC Thành phần cao su để nghiên cứu tính chất nhiệt gồm: cao su PAC 25 %, DEGDN 52,5 % và TEGDN 22,5 %. Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ thủy tinh hóa của cao su PAC sau khi được hóa dẻo bằng phương pháp DSC. Hình 3.12. Giản đồ DSC của PAC Hình 3.13. Nhiệt độ thủy tinh của cao su PAC sau khi hóa dẻo 9 Nhận xét: nhiệt độ thủy tinh hóa của cao su PAC trước khi hóa dẻo là 69,4oC, sau khi được hóa dẻo là 4,555oC. Nhiệt độ thủy tinh hóa giảm rõ rệt khi được tiến hành hóa dẻo bằng hỗn hợp DEGDN và TEGDN (hỗn hợp HD-70). Do đó, hỗn hợp hóa dẻo trên có khả năng hóa dẻo tốt cao su PAC. 3.2.2. Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ thành phần Trong luận án, việc nghiên cứu lựa chọn thành phần chỉ giới hạn với các thành phần chiếm tỷ lệ lớn trong TBE là thuốc nổ phá (RDX), chất cháy (bột nhôm), chất oxi hóa (AP). Luận án đã lựa chọn cố định thành phần chất cao su polyme, chất đóng rắn, chất hóa dẻo, chất an định, phụ gia công nghệ. Tỷ lệ thành phần các chất được cố định như sau: - Cao su PAC: 12,0 ± 0,10 - Hỗn hợp HD-70: 4,0 ± 0,05 - Lexitin: 0,3 ± 0,01 - TDI: 0,8 ± 0,03 - DPA: 0,4 ± 0,02 Hình 3.14. Mẫu TBE chế tạo bằng phương pháp đúc Tổng hàm lượng các thành phần RDX, Al, AP là 82,5 %. Để tiến hành thí nghiệm, luận án tiến hành chế tạo các mẫu TBE bằng phương pháp đúc với khối lượng (410  10) g; kích thước Ф × d = 55 mm × (92  2) mm. 3.2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hóa học đến Pmax và Itc a. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng RDX đến  Ptc và Itc Xuất phát từ việc đặt vấn đề về lựa chọn giới hạn tỷ lệ các thành phần của ba chất gồm RDX, Al, AP, tỷ lệ thành các phần của các mẫu TBE được lựa chọn để sử dụng cho nghiên cứu được cho trong bảng 3.6. Bảng 3.6. Thành phần các mẫu TBE Thành phần TBE-V9 Tỷ lệ (%) TBE-V10 TBE-V11 TBE-V12 TBE-V13 RDX 20,5 ± 0,2 22,5 ± 0,2 24,5 ± 0,2 26,5 ± 0,2 28,5 ± 0,2 Bột Al ( 5 m) 29,0 ± 0,2 29,0 ± 0,2 29,0 ± 0,2 29,0 ± 0,2 29,0 ± 0,2 AP (100 ÷ 150m) 33,0 ± 0,2 31,0 ± 0,2 29,0 ± 0,2 27,0 ± 0,2 25,0 ± 0,2 Kết quả đo ASD lớn nhất trên bề mặt sóng xung kích (ΔP max) và xung lượng pha tích cực (Itc) được cho trong bảng 3.7. 10 Bảng 3.7. Kết quả đo ΔPmax và Itc của các mẫu TBE Tên mẫu Pmax, psi Khoảng cách 3 m Kh.cách 5 m Itc, psi.ms Kh.cách 3 m Kh.cách 5 m TBE-V9 8,43 3,45 5,61 3,32 TBE-V10 8,56 3,58 5,87 3,48 TBE-V11 8,74 3,76 6,06 3,61 TBE-V12 8,59 3,62 5,84 3,52 TBE-V13 8,48 3,41 5,67 3,21 Từ kết quả trong bảng 3.5 luận án xây dựng được các đường cong về mối quan hệ của Pmax và Itc đối với các mẫu thuốc (hình 3.17 và 3.18 tương ứng). Hình 3.17. Giá trị Pmax của các mẫu Hình 3.18. Giá trị XLTC của các mẫu ở các khoảng cách 3 m và 5 m ở các khoảng cách 3 m và 5 m Nhận xét: Ở các khoảng cách 3 m và 5 m, giá trị Pmax và Itc của mẫu TBEV11 đạt giá trị lớn nhất. b. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bột Al và đến ΔPmax và Itc Thành phần các mẫu thuốc nổ được nghiên cứu cho trong bảng 3.9. Bảng 3.9. Thành phần chính của các mẫu TBE Thành phần Tỷ lệ (%) TBE-V14 TBE-V15 TBE-V16 RDX 24,5 ± 0,2 24,5 ± 0,2 24,5 ± 0,2 25,0 ± 0,2 27,0 ± 0,2 29,0 ± 0,2 Bột Al (5 m) AP (100 ÷ 150 m) 33,0 ± 0,2 31,0 ± 0,2 29,0 ± 0,2 TBE-V17 24,5 ± 0,2 31,0 ± 0,2 27,0 ± 0,2 TBE-V18 24,5 ± 0,2 33,0 ± 0,2 25,0 ± 0,2 Kết quả đo ΔPmax và Itc được cho trong bảng 3.10. Bảng 3.10. Kết quả đo ΔPmax và Itc của các mẫu TBE Tên mẫu TBE-V14 TBE-V15 TBE-V16 TBE-V17 TBE-V18 Pmax, psi Khoảng cách 3 m Kh.cách 5 m 8,28 8,47 8,71 8,45 8,21 3,34 3,51 3,72 3,56 3,32 Itc, psi.ms Kh.cách 3 m Kh.cách 5 m 5,61 5,87 5,98 5,84 5,67 3,34 3,47 3,64 3,44 3,26 11 Nhận xét: Ở khoảng cách 3 m và 5 m, giá trị Pmax và Itc của mẫu TBE-V16 đạt giá trị lớn nhất. c. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng AP đến ΔPmax và Itc Từ bảng 3.7 cho thấy khi cố định tỷ lệ hàm lượng bột Al 29%, nghiên cứu sự thay đổi hàm lượng RDX từ 20,5 % lên 28,5 % sẽ làm thay đổi hàm lượng AP từ 33 % xuống 25 %. Mẫu TBE-V11 thành phần với hàm lượng RDX 24,5 %, bột Al 29 % và AP 29 % cho trị Pmax và Itc lớn nhất. Từ bảng 3.10 cho thấy khi cố định tỷ lệ hàm lượng RDX 24,5 %, nghiên cứu thay đổi hàm lượng RDX từ 20,5 % lên 28,5 % sẽ làm thay đổi hàm lượng AP từ 33 % xuống 25 %. Mẫu TBE-V16 với thành phần với hàm lượng RDX 24,5 %, bột Al 29 % và AP 29 % cho trị Pmax và Itc lớn nhất. Trong hai nghiên cứu trên cho thấy thành phần gồm RDX 24,5 %, bột Al 29 % và AP 29 % cho giá trị Pmax và Itc lớn nhất. Luận án so sánh kết quả nghiên cứu và công bố của Nga cho thấy có sự khác nhau nhỏ về thành phần, nguyên nhân của sự sai khác trong các thành phần có thể do nguyên vật liệu, công nghệ chế tạo, điều kiện đo lường, thử nghiệm. Do đó, mẫu TBE với thành phần thành phần chính được nghiên cứu gồm RDX 24,5 %, bột Al 29 % và AP 29 % qua thử nghiệm cho kết quả các giá trị Pmax và Itc tốt nhất. 3.2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi thành phần đến Pmax và Itc Sử dụng các chất cháy và chất oxi hóa khác thay cho bột Al và AP: mẫu TBEV19 (thay NH4ClO4 bằng NaNO3); mẫu TBE-V20 (thay NH4ClO4 bằng NH4NO3); mẫu TBE-V21 (thay bột Al bằng hợp kim Al-Mg kth  5 m); mẫu TBE-V22 (thay bột Al bằng bột Mg kth  5 m); mẫu so sánh là mẫu TBE-V16. Kết quả đo Pmax và Itc được cho trong bảng 3.13. Bảng 3.13. Kết quả đo Pmax và Itc của vụ nổ các mẫu TBE Tên mẫu Itc, psi.ms Pmax, psi Khoảng cách 3 m Kh.cách 5 m Kh.cách 3 m Kh.cách 5 m TBE-V19 8,35 3,51 5,58 3,27 TBE-V20 9,24 3,97 6,34 3,88 TBE-V21 8,35 3,48 5,39 3,36 TBE-V22 8,16 3,26 5,23 3,12 8,71 3,72 5,98 3,64 Mẫu so sánh Nhận xét: So sánh 3 mẫu TBE-V19, TBE-V20 và TBE-V16: mẫu TBEV20 dùng NH4NO3 cho kết quả cao nhất, TBE-V19 dùng NaNO3 cho kết quả thấp nhất. Nguyên nhân do vai trò của chất oxi hóa trong TBE. Quá trình cháy của chất oxi hóa tạo ra các khí nóng để thúc đẩy quá trình cháy của bột nhôm. NH4NO3 phân hủy tạo ra số mol sản phẩm khí nhiều nhất nên kết quả đo của mẫu TBE-V20 cao nhất và đối với NaNO3 thì ngược lại. Tuy nhiên, 12 luận án không sử dụng NH4NO3 làm chất oxi hóa trong thành phần TBE vì NH4NO3 có tính hút ẩm mạnh nhất. - So sánh 3 mẫu TBE-V21, TBE-V22 và mẫu so sánh: mẫu so sánh có kết quả tốt nhất, mẫu TBE-V22 có kết quả thấp nhất. Nguyên nhân là do trong ba chất cháy: bột Al, Mg và hợp kim Al-Mg thì bột Al có nhiệt lượng cháy lớn nhất và tốc độ cháy cao nhất, bột Mg có nhiệt lượng cháy nhỏ nhất và tốc độc cháy thấp nhất. Do đó, các kết quả đo hoàn toàn phù hợp. Qua nghiên cứu trên và căn cứ vào điều kiện công nghệ thực tế trong nước cho thấy sử dụng bột Al và AP là lựa chọn phù hợp nhất. Căn cứ vào thành phần các chất đã được cố định và kết quả nghiên cứu từ 3.2.2 cho thấy với tỷ lệ thành phần tối ưu cho trong bảng 3.15. Bảng 3.15. Thành phần TBE tối ưu Thành phần TT 1 2 3 4 5 6 Tỷ lệ (%) Cao su PAC Hỗn hợp HD-70 Lexitin TDI DPA Bột Al 12,0 ± 0,1 4,0 ± 0,05 0,3 ± 0,01 0,8 ± 0,03 0,4 ± 0,02 29,0 ± 0,5 7 RDX 24,5 ± 0,5 8 AP 29,0 ± 0,5 3.3. Nghiên cứu một số tính chất của hỗn hợp thuốc nổ 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt nguyên liệu đến độ nhớt động lực của hỗn hợp sau khi trộn Cỡ hạt nguyên liệu như sau: - Thuốc nổ RDX có kth chủ yếu từ 0,09 mm đến 0,5 mm; - Bột Al có ba kth:  5 m,  45 m, và  75 m; - AP có ba kth: 100 ÷ 150 m, 180÷280 m và 280 ÷ 450 m. Kết quả thử nghiệm đo độ nhớt động lực cho trong bảng 3.16. Bảng 3.16. Kết quả đo độ nhớt động lực (Pa.s) Bột Al AP  5 (i) Kích thước hạt (m)  45 (ii)  75 (iii) 58440 Không đo được Không đo được Kích 100 ÷ 150 () thước hạt 180 ÷ 280 () 53180 Không đo được Không đo được (m) 44700 Không đo được Không đo được 180 ÷ 280 () Nhận xét: Với AP cả ba loại kth đều có thể sử dụng với hạt Al (i) thích hợp cho phương pháp nhồi đúc có áp suất. Sự ảnh hưởng đến độ nhớt của bột 13 Al và AP có chiều hướng ngược nhau: đối với AP, khi tăng kích thước hạt thì độ nhớt của hỗn hợp giảm. Với bột Al thì theo chiều ngược lại, khi kích thước hạt tăng thì độ nhớt cũng tăng. Nguyên nhân do khe hở giữa các hạt trong khối thuốc và đặc tính hấp phụ chất kết dính tốt của hạt Al. 3.3.2. Nghiên cứu xác định thời gian sống của hỗn hợp 3.3.2.1. Nghiên cứu xác định thời gian sống của hỗn hợp ở nhiệt độ phòng Thời gian sống của hỗn hợp được xác định bằng khoảng thời gian mà hỗn hợp vẫn giữ được giá trị độ nhớt động lực phù hợp với phương pháp đúc rót có áp suất. Lựa chọn bột Al có kth không lớn hơn 5 m, AP có kth từ 180 ÷ 280 m. Kết quả khảo sát độ nhớt động lực ở các thời điểm khác nhau ở điều kiện nhiệt độ phòng được thể hiện bằng đồ thị hình 3.23. Hình 3.23. Sự thay đổi của độ nhớt động lực theo thời gian Nhận xét: Thời gian sống của hỗn hợp khoảng 5h ở điều kiện thường. 3.3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian sống của hỗn hợp Lựa chọn bột Al có kth không lớn hơn 5 m, AP có kth từ 180 ÷ 280 m. Kết quả khảo sát độ nhớt động lực khi thay đổi nhiệt độ từ 35 oC đến 50 oC được cho trong bảng 3.18. Nhận thấy nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian sống của hỗn hợp. Đây là căn cứ quan trọng khi lựa chọn phương án công nghệ và thiết kế thiết bị đúc rót TBE vào đầu đạn. Bảng 3.18. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian sống của hỗn hợp Nhiệt độ (oC) Thời gian thí nghiệm Độ nhớt động lực học (Pa.s) Yêu cầu của phương pháp Kết quả đo được đúc rót dưới áp suất 35 4h 25phút 98741 40 3h 30 phút 102758 103÷105 45 2h 15 phút 98382 50 35 phút 103396 3.4. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến KNSC của TBE 3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của cỡ hạt nguyên liệu đến ∆Pmax và Itc 3.4.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của cỡ hạt bột Al đến ∆Pmax và Itc Các mẫu TBE: mẫu TBE chế tạo từ nhôm có kth  5 m, sử dụng mẫu TBE-V16, mẫu TBE-V23, chế tạo từ nhôm có kth  45 m, mẫu TBE-V24, 14 chế tạo từ nhôm có kth  75 m. AP sử dụng loại có cỡ hạt 100 ÷ 150 m. Kết quả đo cho trong bảng 3.19. Bảng 3.19. Kết quả đo Pmax và Itc của vụ nổ các mẫu TBE Tên mẫu TBE-V16 TBE-V23 TBE-V24 Pmax, psi Khoảng cách 3 m Kh.cách 5 m 3,72 8,71 8,53 3,78 8,58 3,65 Itc, psi.ms Kh.cách 3 m Kh.cách 5 m 5,98 3,64 6,14 3,89 5,82 4,07 Nhận xét: Kết quả đo không khác biệt rõ ràng, nguyên nhân là do cỡ hạt của nhôm, cả ba loại nhôm có kth nhỏ nên bảo đảm cho hạt nhôm cháy hoàn toàn ở giai đoạn cháy sau nên không có sự ảnh hưởng rõ rệt đến giá trị Pmax và Itc. 3.4.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của cỡ hạt AP đến ∆Pmax và Itc Các mẫu TBE: mẫu TBE chế tạo từ AP có kth 100 đến 150 m, sử dụng mẫu TBE-V16; mẫu TBE-V25, chế tạo từ AP có kth 180 đến 280 m; mẫu TBE-V26, chế tạo từ AP có kth 280 đến 450 m. Bột nhôm sử dụng loại cỡ hạt không lớn hơn 5 m. Kết quả đo cho trong bảng 3.20. Bảng 3.20. Kết quả đo Pmax và Itc của vụ nổ các mẫu TBE Tên mẫu Pmax, psi Khoảng cách 3 m Kh.cách 5 m Itc, psi.ms Kh.cách 3 m Kh.cách 5 m TBE-V16 8,71 3,72 5,98 3,64 TBE-V25 3,52 8,62 5,74 3,41 TBE-V26 3,28 8,46 5,36 3,27 Nhận xét: Mẫu TBE-V16 có kết quả lớn nhất, mẫu TBE-V26 có kết quả nhỏ nhất. Kích thước hạt AP có ảnh hưởng đến khả năng sinh công của TBE. Hạt AP có kích thước bé khả năng sinh công lớn và ngược lại. Do AP có nhiệt độ bùng cháy thấp nên quá trình cháy sẽ tạo ra các khí nóng để thúc đẩy quá trình cháy của hạt Al ở giai đoạn cháy sau. Hạt AP kích thước nhỏ sẽ phản ứng hoàn toàn và thúc đẩy quá trình cháy của nhôm triệt để tạo ra năng lượng lớn. Hạt AP kích thước lớn phần lõi chưa bị phân hủy hoàn toàn ở giai đoạn cháy sau của nhôm, làm cho hạt nhôm không có đủ môi trường để cháy hoàn toàn. 3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ khối thuốc đến ΔPmax và Itc Sử dụng 3 mẫu TBE với mật độ khác nhau: mẫu TBE-V16 có mật độ 1,91 g/cm3; mẫu TBE-V27 và TBE-V28 có mật độ là 1,86 g/cm3 và 1,80 g/cm3 tương ứng. Các mẫu đều sử dụng bột nhôm có kích thước không lớn hơn 5 m, AP có kích thước hạt 100 ÷ 150 m. Kết quả cho trong bảng 3.22. 15 Bảng 3.22. Kết quả đo Pmax và Itc của vụ nổ các mẫu TBE Tên mẫu Pmax, psi Khoảng cách 3 m Kh.cách 5 m Itc, psi.ms Kh.cách 3 m Kh.cách 5 m TBE-V16 8,71 5,98 3,72 3,64 TBE-V27 8,57 5,82 3,63 3,55 TBE-V28 8,44 5,62 3,47 3,42 Nhận xét: Theo chiều giảm dần mật độ, các chỉ tiêu Pmax và Itc đều giảm dần, chỉ tiêu của mẫu TBE-V16 lớn nhất. Nguyên nhân là do đối với mỗi loại thuốc nổ nhất định, nhiệt lượng nổ tỷ lệ thuận với mật độ khối thuốc. Hơn nữa, nhiệt lượng nổ của mỗi loại thuốc nổ lại tỷ lệ thuận với Pmax. Do đó, Pmax tỷ lệ thuận với mật độ. Hơn nữa, ba mẫu này có cùng thành phần hóa học, chỉ khác nhau về mật độ nên khi giá trị Pmax lớn sẽ có giá trị Itc lớn. 3.4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính khối thuốc đến Pmax và Itc Các mẫu với đường kính khác nhau: mẫu TBE-V16 có đường kính 5,5 cm, các mẫu TBE-V29, TBE-V30 và TBE-V31 có đường kính lần lượt là 3,4 cm; 4,25 cm và 6,4 cm. Các mẫu đều sử dụng bột nhôm có kth không lớn hơn 5 m, AP có kích thước hạt 100 ÷ 150 m. Kết quả đo cho trong bảng 3.24. Bảng 3.24. Kết quả đo Pmax và Itc của vụ nổ các mẫu TBE Tên mẫu Pmax, psi Khoảng cách 3 m Kh.cách 5 m Itc, psi.ms Kh.cách 3 m Kh.cách 5 m TBE-V29 8,26 3,32 5,42 3,38 TBE-V30 8,44 3,57 5,76 3,61 TBE-V16 8,71 3,72 5,98 3,64 TBE-V31 9,02 4,07 6,32 3,96 Nhận xét: Theo chiều tăng dần của đường kính khối thuốc, các chỉ tiêu Pmax và Itc đều tăng dần, mẫu TBE-V29 có giá trị lớn nhất. Điều này được giải tích bởi sự tập trung năng lượng khi nổ. Đại lượng được xem xét là tỷ số giữa chiều dài và đường kính khối thuốc: γ = L , trong đó: L: chiều dài khối thuốc, cm; Ф:  đường kính khối thuốc, cm. Mẫu TBE-V29 có kích thước “bất cân đối” nhất, chiều dài lớn hơn nhiều so với đường kính (γ lớn nhất). Khi nổ, khối thuốc sẽ được kích nổ từ một đầu, năng lượng nổ không được phân bố tập trung theo các hướng tính từ tâm vụ nổ, do đó các kết quả đo của mẫu TBE-V29 nhỏ nhất. Ngược lại, các kết quả đo của mẫu TBE-V31 lớn nhất (γ nhỏ nhất). Tuy nhiên, kết hợp tham khảo tài liệu và hình dáng thực tế đầu đạn, mẫu TBE-V16 có đường kính  5,5 cm, chiều dài 9,0 cm đến 9,4 cm được lựa chọn. 3.4.4. Thiết lập phương trình bán thực nghiệm xác định giá trị P Căn cứ vào công thức thực nghiệm xác định giá trị P, luận án xác định 16 được công thức tính áp suất dư: P  9,81 37, 48 37,32   2 3 R R R Từ công thức trên có thể tính được áp suất dư ở các khoảng cách khác nhau trong trường hợp 1≤ R ≤ 10  15 m. Nhận xét: Các kết quả chính các nghiên cứu trong 3.4 như sau: - Bột nhôm có kích thước hạt nhỏ hơn 75 m không ảnh hưởng đến KNSC của TBE; - Kích thước hạt AP tỷ lệ nghịch với KNSC của TBE; - Mật độ khối thuốc tỷ lệ thuận với KNSC của TBE; - Khi giá trị đường kính khối thuốc gần với chiều dài khối thuốc thì KNSC của mẫu TBE sẽ lớn nhất. Tuy nhiên, để phù hợp với hình dáng hình học, hình dạng thực tế của đầu đạn, thuận lợi trong công nghệ thì mẫu đường kính  5,5 cm, chiều dài từ 9,0 cm đến 9,4 cm được lựa chọn. - Bột Al và AP là chất cháy và chất oxi hóa phù hợp nhất trong nghiên cứu về TBE dùng cho đạn ĐNA-7V. - Thiết lập được phương trình bán thực nghiệm xác định ΔP. 3.5. Nghiên cứu xác định các đặc trưng năng lượng khác của TBE 3.5.1. Thiết lập mối quan hệ giữa mật độ và nhiệt lượng nổ 3.5.1.1. Tính toán giá trị mật độ lý thuyết Áp dụng công thức tính mật độ lý thuyết cho hỗn hợp. Thành phần dùng để tính toán là thành phần tối ưu cho trong bảng 3.15 và căn cứ vào khối lượng riêng của các thành phần, giá trị mật độ lý thuyết của hỗn hợp TBE được tính toán theo công thức: 1 t  0,12 0,4 0,03 0,08 0,04 0,29 0,245 0,29         0,5143 1,5 1,33 1,08 1,2 1,2 2,7 1,81 1,95 Từ đó xác định được t = 1,95 (g/cm3). Giá trị này có thể coi như giá trị mật độ lớn nhất của khối thuốc có thể đạt được. 3.5.1.2. Xây dựng mối quan hệ giữa nhiệt lượng nổ và mật độ Sử dụng mẫu TBE-V16 (mật độ 1,91 g/cm3) và 3 mẫu TBE với mật độ khác nhau. Kết quả đo nhiệt lượng nổ cho trong bảng 3.27. Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của nhiệt lượng nổ vào mật độ khối thuốc như trên hình 3.24. Nhận xét: Sự phụ thuộc có dạng tuyến tính, bậc nhất, đường hồi quy có phương trình y = 689,75 x + 1109,7. Với giá trị mật độ lý thuyết t = 1,95 (g/cm3), giá trị nhiệt lượng nổ tương ứng là 2454 cal/g. Đây có thể coi là giá trị nhiệt lượng nổ lớn nhất của khối TBE khi thử nghiệm có thể đạt được. 17 Bảng 3.27. Kết quả đo nhiệt lượng nổ của 4 mẫu thuốc Tên mẫu Mật độ khối thuốc (g/cm3) Nhiệt lượng nổ (cal/g) TBE-V32 1,30 TBE-V33 TBE-V34 TBE-V16 1,47 1,55 1,91 1996 2106 2218 2416 Hình 3.24. Đồ thị sự phụ thuộc của nhiệt lượng nổ vào mật độ khối thuốc 3.5.2. Nghiên cứu đo nhiệt độ nổ của vụ nổ TBE 3.5.2.1. Đo nhiệt độ nổ của các thuốc nổ phá thông dụng Thiết bị hỏa quang kế được chế tạo lần đầu tiên ở trong nước, hiện tại chưa có đơn vị có khả năng kiểm tra, kiểm định độ chính xác của phép đo. Do đó luận án sử dụng hai loại thuốc nổ phá đơn đã biết nhiệt độ nổ là TNT và hỗn hợp TNT+hexogen để chuẩn thiết bị và phép đo. Hai mẫu được chế tạo bằng phương pháp đúc với khối lượng như mẫu TBE. Kết quả đo nhiệt độ của các vụ nổ được thể hiện qua đồ thị nhiệt độ thời gian T(t), trong đó trục tung là sự thay đổi của nhiệt độ, tính bằng K; trục hoành là sự thay đổi của thời gian, tính bằng giây. Đồ thị T(t) của mẫu thuốc nổ TNT cho trong đồ thị 3.25, T(t) của mẫu thuốc nổ hỗn hợp TNT+hexogen trong bảng 3.26. Hình 3.25. Đồ thị T(t) của vụ nổ thuốc Hình 3.26. Đồ thị T(t) của vụ nổ thuốc nổ TNT nổ hỗn hợp TNT+hexogen Nhận xét: nhiệt độ của vụ nổ thuốc nổ TNT khoảng 3500 K và của thuốc nổ RDX khoảng 3730 K. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với số liệu 18 đã biết. Như vậy: số liệu đo nhiệt độ nổ của thiết bị hỏa quang kế hoàn toàn tin cậy, có thể sử dụng thiết bị để đo đối với các thuốc nổ khác. 3.5.2.2. Đo nhiệt độ nổ của vụ nổ TBE Kết quả đo nhiệt độ của vụ nổ được trong hình 3.27. Hình 3.28. Hình ảnh khối cầu lửa của vụ nổ mẫu TBE Nhận xét: Quá trình nổ của TBE bao gồm hai giai đoạn: nổ và cháy sau, xảy ra trong thời gian dài, nhiệt độ cao nhất của vụ nổ (khoảng 3700 K) chính là nhiệt độ nổ của thuốc nổ RDX, nhiệt độ cháy từ 2100 K÷2200 K là nhiệt độ cháy của bột nhôm, thời gian cháy sau khoảng 30 ms. Đến thời điểm hiện tại, các công bố về TBE trên thế giới đều chỉ ra trong vụ nổ nhiệt áp có giai đoạn cháy sau, tuy nhiên chưa có công trình nghiên cứu nào đưa ra định lượng con số này. Các số liệu và phương pháp thực nghiệm mà luận án thực hiện đã khẳng định có giai đoạn cháy sau cũng như định lượng được thời gian cháy sau của vụ nổ TBE. 3.5.3. Nghiên cứu đo kích thước khối cầu lửa của vụ nổ TBE Sử dụng camera tốc độ cao để ghi lại diễn biến vụ nổ và xác định được thời điểm khối cầu lửa có kích thước: chiều dọcchiều ngang lớn nhất (hình 3.28). So sánh diện tích Se của vụ nổ TBE và thuốc nổ TNT, TG ở cùng khối lượng. Nhận thấy TBE cho khối cầu lửa có diện tích lớn nhất (30,5 m2), thuốc nổ TNT cho kích thước nhỏ nhất (16,7 m2). Như vậy, diện tích khối cầu lửa có thể là một đại lượng đánh giá tính ưu việt của TBE so với các TNP. 3.6. Nghiên cứu các đặc trưng kỹ thuật của TBE Hình 3.27. Đồ thị T(t) của vụ nổ TBE 3.6.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ đến độ bền cơ học của khối thuốc Độ bền cơ học được xác định bằng đo độ bền nén. Mẫu TBE được chuẩn bị ở ba mật độ 1,8 g/cm3; 1,85 g/cm3 và 1,91 g/cm3, đường kính 20 mm, chiều cao 40 mm. Kết quả đo đạc và tính toán như trên hình 3.29. Nhận xét: độ bền cơ học thể hiện ở khả năng chịu nén của TBE thấp. Ở mật độ 1,91 g/cm3, dưới áp suất nén 7,3.10+5 (Pa) khối thuốc đã bị phá vỡ cấu trúc bên trong. Nguyên nhân là do thành phần của TBE gồm 3 chất rắn chính AP, Al, RDX thì chất kết dính chỉ liên kết tốt với bột Al do đó làm giảm độ bền cơ học của khối thuốc.
- Xem thêm -