Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Oddities in determining burning rate on basis of closed vessel tests of single base propellant

Leciejewski Z. K.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2014

|

Vol. 52 nr 2

313--321

EN

The proper determination of parameter values defining the dependence of the burning rate r of smokeless propellant on gas pressures p surrounding the burning grains constitutes one of the goals of experimental pyrostatic (closed vessel) testing. The aim of the hereby paper is the analysis of results of experimental closed vessel tests realized in the context of isolating possible oddities in determining the relation r(p). During the experimental tests, a single base propellant with grains of different or similar combustible layer thickness e1 was burned while implementing identical or various loading conditions. Identical ignition systems were used in both instances. The results of experimental tests and theoretical analysis performed permit a more complete verification of the assumptions with regard to proper realization of pyrostatic comparative tests and prove additionally that closed vessel tests should be focused in the direction of “dedicated” tests.

2

Kierunki rozwoju miotających materiałów wybuchowych w aspekcie wymagań przyszłościowej broni palnej

Leciejewski Z. K., Cudziło S.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2011

|

T. 3

64--71

PL

Postęp w rozwoju stałych miotających materiałów wybuchowych oraz wiedzy warunkującej możliwość coraz bardziej szczegółowej analizy zjawisk zachodzących podczas procesu miotania pocisku to główne czynniki rozwoju prochowych, lufowych układów miotających. Rozwój przyszłościowej amunicji oraz prochowych układów miotających jest ukierunkowany na poprawę charakterystyk energetyczno-balistyczno-użytkowych obecnie stosowanych prochów oraz na poszukiwanie nowych miotających materiałów wybuchowych o składzie chemicznym bardziej przyjaznym dla środowiska (tzw. green propellants). W prezentowanym artykule zostanie zaprezentowana analiza możliwości rozwojowych układów miotających w XXI w. z punktu widzenia balistyki wewnętrznej. W chwili obecnej najbardziej perspektywicznymi, z taktycznego i technicznego punktu widzenia, wydają się być układy miotające z prochem warstwowym (dla klasycznego rozwiązania układu miotającego) oraz układy typu ETC (Electrothermo-Chemical gun).

EN

Evaluation of knowledge leading to more precise internal ballistics analysis and development of solid propellants are the main development factors of gun propellant systems. This paper considers some future gun propellant systems with new solid propellants. The new, future propellants should make possible increase of projectile muzzle velocity in classical gun weapon, decrease of barrel’s wear, using of low vulnerability ammunition, should assure to conditions for thermal stability improvement of ballistic parameters of ammunition and should create new possibilities in barrel weapon construction. There are many original gun propellant systems that have been developed from 70’ of previous century but from today’s tactical and technological point of view it seems that classical gun systems with new layered propellants and electro-thermal gun systems are the most future systems.

3

Comparative closed vessel tests : influence of ignition and loading conditions on propellant burning rate

Leciejewski Z. K.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2011

|

T. 3

57--63

EN

The most widely used experimental method to determine and to compare energetic and ballistic properties (force, co-volume, coefficients of burning rate law) of different propellants is burning a specific amount of propellant in a closed chamber. The procedure of determining the values of the individual material constants recommends similar conditions of closed vessel investigations like limited range of loading density and determined mass of black powder (igniter material) for determined loading density. There also often occurs the need for performing of closed vessel comparative tests (carried out for two or more numbers of propellants), where one of them serves the role of a reference propellant and in relation to which described are the differences between the characteristics of the remaining propellants are described. Comparative tests of propellants should be understood to be such tests performed for identical loading conditions, including firstly the same closed chamber capacity, mass of the propellant burned (thereby the identical loading density) as well as identical ignition conditions which are understood as the same mass and the same type of igniter material. In the present paper the influence of ignition and combustion conditions during closed vessel tests on possible deviations in determination of burning rate is analysed as a function of incident heat flux.

4

Modyfikacja warunków zapłonu stałych materiałów miotających podczas pirostatycznych badań porównawczych

Leciejewski Z. K.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2010

|

T. 2

75--82

PL

Badania pirostatyczne mające na celu m.in. porównanie charakterystyk energetycznobalistycznych stałych materiałów miotających (prochów) o różnym składzie chemicznym masy prochowej i kształcie ziaren prochowych bazują na założeniach geometrycznego modelu spalania, a warunki badań (określone normatywnie m.in. w STANAG 4115, MIL STD 286) sprowadzają się w zasadzie do: 1. zachowania identycznej gęstości ładowania, co oznacza spalanie tej samej masy różnych prochów w komorze manometrycznej o ściśle określonej objętości; 2. przyjęcia jednej określonej naważki materiału zapłonowego (proch czarny) do rozpalania różnych prochów. Tymczasem cieplny model zapłonu zakładający, że temperatura na powierzchni ziarna powinna być większa od temperatury zapłonu prochu oraz, że gradient temperatury w warstwie przypowierzchniowej ziarna powinien być równy gradientowi jaki występuje podczas spalania ustalonego pod danym ciśnieniem, zmusza do krytycznego spojrzenia na dotychczas obowiązujący sposób realizacji zapłonu. W artykule zaprezentowano porównanie wyników obliczeń szybkości spalania jednobazowego prochu jednokanalikowego o różnej wielkości ziaren prochowych w kontekście analizy gęstości strumienia ciepła transferowanego w wyniku spalania masy zapłonowej (prochu czarnego). Przedstawiono propozycję indywidualizacji doboru warunków zapłonu podczas określania szybkości spalania dla prochów różniących się kształtem i wielkością ziaren prochowych.

5

Investigation of influence of propellant charge temperature on gun firing phenomenon

Leciejewski Z. K., Surma Z.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2009

|

T. 1

42--47

EN

The temperature of propellant charge, like the level of operating wear of barrel inner surface, influences on pressure impulse of propellant gases inside the barrel during firing process. Value of pressure impulse decides on muzzle velocity of projectile and creates input data to determine projectile trajectory and its terminal ballistics parameters. Existing shooting tables of different weapon systems, enabling precise firing, are based on experimental (very expensive and time-consuming) investigations leading in different ambient temperatures (conditions of operating). Contemporary computer technology makes possible automatic fire control system creation based on solution of closed equation system describing the motion of projectile inside and out of the barrel, taking into consideration influence of different disturbances (including propellant charge temperature deviation). The results of a single-base propellant research with different initial temperature of charges are presented in this paper. Basic ballistic properties, such as the force, covolume and burning rate factor were calculated on the basis of measurements of pressure of propellant gases versus time in the closed vessel. Results of experimental investigations and calculations show influence of initial temperature of charges especially on burning rate.

6

Influence of ignition method and loading conditions in closed vessel tests on the burning rate of a propelling charge

Leciejewski Z. K.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2009

|

T. 1

152--160

EN

Ignition process of granular propellant charge in gun propellant system is the essential step in the whole interior ballistic cycle and igniter is the very important element of ignition system. The task of igniter is to give propellant charge essential energetic impulse in time and space, which should provide uniform ignition of all propellant grains. Realisation of this task depends on many factors: mass and type of ignition material in igniter, igniter locations and dimensions, number and diameter of side holes of propellant grains etc. The aim of this work is to investigate closed vessel tests, which permit to see the differences in progress of propellant ignition period. For this purpose the possible infuence of the ignition system and loading density on the combustion rate was investigated. Different ignition systems have been used for the characterization of ignition phase in closed vessel tests. Basic closed vessel experiments were carried out in a conventional closed vessel (CCV) of 200 cm3 . Ignition systems with various mass of black powder were used. Comparable experiments were carried out in a micro-closed vessel (MCV) of 1,786 cm3 and vented closed vessel (VCV) of 200 cm3.

7

Experimental Study of Possibilities for Employment of Linear Form of Burning Rate Law to Characterise the Burning Process of Fine-Grained Propellants

Leciejewski Z. K.

Central European Journal of Energetic Materials

|

2008

|

Vol. 5, nr 1

45-61

EN

In the paper the linear form of burning rate law r=r1źp, describing changes (in proportion to pressure p) in burning rate of propellants is reviewed. The linear form is one of many (but very popular) forms of burning rate law predicted to analysis and computer simulations of propellant gun systems operating and design process of gun. Coeffcient r1 of the linear form is usually calculated on the basis of average dimensions of grain (layer of burnt propellant) and integrated experimental pressure-time curve. Recorded picture of pressure of propellant gas mixture is an effect of closed vessel test. It is assumed that value of coeffcient r1 is constant (for given type of propellant) regardless of value of propellant gas pressure. Different fne-grained propellants (single-base and double-base) were fred in closed vessel tests to determine their burning rate behaviour. The variations in mass of igniter pad (black powder) at the same value of loading density were used. The results of experimental tests and calculations presented in this paper show signifcant infuence of the used type of ignition system (mass of black powder) on burning rate (coeffcient r1) of propellant. The differences in calculations of propellant burning rate and computer simulations of pressure-travel history inside the barrel of a propellant gun system indicate that there are limitations to the validity of the linear form approach particularly for fne-grained propellants.

8

Criticism of linear form of burning rate law with reference to conventional fine-grained propellants

Leciejewski Z. K.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2008

|

Vol. 57, nr 3

61-72

EN

Linear form of the burning rate law r=r₁p, describing changes (with the pressure p) in burning rate of propellants, is very popular in East European ballistics laboratories for analysis and computer simulations of propellant gun systems regardless of propellant type and dimensions of propellant grains. The coefficient r₁ of the linear form of burning rate law is usually calculated on the basis of average dimensions of a grain (layer of burnt propellant) and integrated experimental pressure-time curve. A recorded picture of pressure of propellant gas mixture is an effect of closed vessel test. It is assumed that a value of the coefficient r₁ is constant (for given type of propellant) regardless of a value of a propellant gas pressure. Different single-base propellants were fired in closed vessel tests to determine their burning rate behaviour. In order to determine the burning rate law coefficient, the variations in mass of igniter material (black powder) at the same value of loading density were used. The results of experimental tests and calculations presented in this paper show significant influence of the used type of ignition system (mass of black powder) on burning rate (the coefficient r₁) of propellant. Differences in burning rate calculations may be the reason of considerable errors in theoretical calculations of pressure-travel and velocity-travel curves during internal ballistic computer simulations of a gun propellant system.

PL

Bardzo popularna w laboratoriach balistycznych Europy Wschodniej liniowa postać r=r₁p prawa szybkości spalania prochów wykorzystywana jest w analizach i symulacjach komputerowych pracy prochowych układów miotających niezależnie od typu prochu i wymiarów ziaren prochowych. Wartość współczynnika r₁ liniowej postaci tego prawa zgodnie z przyjętą metodyką jest obliczana na podstawie średnich wymiarów ziaren prochu (grubości spalonej warstwy prochu) oraz impulsu ciśnienia gazów prochowych z badań pirostatycznych. Zakłada się, że wartość współczynnika r₁ jest stała (dla danego typu prochu) i nie zależy od wartości ciśnienia gazów prochowych. W ramach niniejszej pracy - w celu określenia wartości współczynnika prawa szybkości spalania przeprowadzono, dla jednej określonej gęstości ładowania, badania pirostatyczne kilku prochów jednobazowych o różnych kształtach ziaren prochowych. W trakcie badań zastosowano różne masy zapłonników z prochu czarnego. Zaprezentowane w artykule wyniki badań eksperymentalnych i obliczeń pokazują istotny wpływ zastosowanego układu zapłonowego na szybkość spalania (współczynnik r₁ prawa szybkości spalania) prochu. Ukazane różnice w wynikach obliczeń współczynnika r₁ mogą być przyczyną błędów w kalkulacjach krzywych balistycznych charakteryzujących pracę prochowych układów miotających.

9

Badania pirostatyczne szybkości spalania prochu w szerokim przedziale gęstości ładowania

Leciejewski Z. K., Surma Z.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2008

|

Vol. 57, nr 3

73-85

PL

Ze względu na ograniczoną wytrzymałość ścianek komór manometrycznych, badania pirostatyczne stałych materiałów miotających realizowane są zwykle przy gęstościach ładowania Δ = (50÷250) kg/m³, znacznie mniejszych od gęstości ładowania występujących w realnie istniejących prochowych układach miotających. Ponadto stosowane w trakcie badań pirostatycznych układy zapłonowe oraz warunki zapłonu, wynikające ze znormalizowanej metodologii badań pirostatycznych (opisanej m.in. w NATOwskim dokumencie standaryzacyjnym STANAG 4115, amerykańskiej normie MIL STD 286B, czy też w niemieckiej normie TL 1376-600) znacznie odbiegają od układów zapłonowych stosowanych w rzeczywistej amunicji. Możliwość analizy szybkości spalania prochu dla dużych gęstości ładowania ( Δ > 250 kg/m³) daje specyficzna komora manometryczna VCV (ang. Vented Closed Vessel) wyposażona w przeponowy zawór bezpieczeństwa, którego przepona pęka przy ciśnieniu niższym od dopuszczalnego, umożliwiając wypływ gazów prochowych i niespalonych części ładunku prochowego do otoczenia. W pracy przedstawiono szybkość spalania prochu jednobazowego wyznaczoną na podstawie wyników badań pirostatycznych, realizowanych w konwencjonalnej komorze manometrycznej oraz w komorze z przeponą. Badania w komorze z przeponą realizowano w warunkach gęstości ładowania Δ = (300÷700) kg/m³.

EN

Because of limited durability of walls, closed vessel tests are usually realised for a range of loading density under 250 kg/m³ (less than in real barrel propellant systems). Adequate formal standards and regulations (STANAG 4115, American standard MIL STD 286B, and German standard TL 1376-600) recommend different conditions of ignition of closed vessel tests. Using a vented closed vessel, equipped with a diaphragm safety valve, analysis of propellant burning rate for high loading densities ( above 250 kg/m³) is possible. Conventional, single-base, seven-tubed propellant was fired to determine burning rate behaviour. The paper presents the results of burning rate analysis. The burning rate law is expressed as exponential dependence on the pressure ( r = β p α ) where α is the pressure index and β is the burning rate constant of the propellant composition. Comparative closed vessel experiments were realised in a conventional closed vessel ( range of loading density of 50÷225 kg/m³) and in a vented closed vessel ( range of loading density of 300÷700 kg/m³).