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研究生:許新吉
研究生(外文):SHU,SHIN-CHI
論文名稱:鋯系延期藥不同粒徑燃燒特性之研究
論文名稱(外文):A Study of Combustion Characteristics for Zirconium Delay Composition with Different Particle Size
指導教授:王春和王春和引用關係葛揚雄
指導教授(外文):WANG,CHUN-HOKO,YANG-HSIUNG
口試委員:吳炳文張繼禾
口試委員(外文):WU,PING-WENCHANG,CHI-HO
口試日期:2017-05-04
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學理工學院
系所名稱:兵器系統工程碩士班
學門:軍警國防安全學門
學類:軍事學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:延期藥熱電耦高速攝影
外文關鍵詞:delay compositionsThermocoupleHigh-speed photography
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本文之延期藥成分為鋯(Zr,50%)、三氧化鉬(MoO_3,25%)及三氧化二鉻(Cr_2 O_3,25%),其中鋯粉為燃燒主要成分,本延期藥主要運用在M557式彈頭觸發引信,引信於武器系統中主要負責點火、傳火、引爆、延期、作功及煙火效應等功能之起爆裝置,若無法正確運作,即使彈頭酬載內含具毀滅性能量,也無法成為具有效威脅能力的武器。
延期藥於火工品中扮演著承上啟下角色,須具備穩定的燃速、輸出溫度及合適的發火感度;實驗首先以NASA-Lewis Code (CET-86)模擬計算延期藥配方比例改變後產生之壓力與溫度變化,作為鋯系延期藥成分配方設計之重要依據,並採用三種不同粒徑延期藥,探討相同組成分下,粒徑大小對於燃速、輸出溫度及發火感度的影響,並於石英管輸出端放置銅片,延期藥燃燒後之輸出火焰噴流撞擊銅片正面,於銅片背面量測溫度曲線,藉卡爾曼濾波技術觀念所發展之遞迴式估算法(Recursive Estimation Technique),以逆向熱傳理論估算出作用於銅片正面之急速燃燒噴火脈衝熱通量,最後成果作為延期藥領域設計應用與量測分析。

The thesis aims at the delay composition composed of zirconium (50%), trioxide (25%) and chromium trioxide (25%) to evaluate the impact of particles size on the burning rate, output temperature and igniting sensitivity for warheads. The zirconium power is an essential component responsible for combustion of this delay composition. The formulation of delay composition this thesis aims at is mainly used in the M557 warhead trigger. The trigger is a centerpiece tasked with ignition, transmission, detonation, and pyrotechnic effects, etc. The warhead cannot function without ignitingtrigger appropriately even laden with devastation of explosives.
The delay composition plays an indispensable role with ability to burning and outputting temperature robustly as well as firing degree appropriately. This thesis initially determines the optimal formulation of related delay composition using NASA-Lewis Code (CET-86) simulation technique. Accordingly, the pressure and output temperature varied with different formulations of these three components involving zirconium, trioxide and chromium trioxide are recorded. With the optimal formulation obtained, a composition of zirconium (50%), trioxide (25%) and chromium trioxide (25%), this thesis evaluates the impact of three different particles sizes on the burning rate, output temperature and igniting sensitivity for warheads. The devices measuring experimental responses involve filling into a quartz tube igniting device and temperature measurement system with an autotransformer and timer capable of recording burning temperature using the K-type thermocouple. Moreover, the transient temperature curve can be retrieved using a high-speed data acquisition system. The experimental result of this thesis provides further inside into the field of explosive delay compositions in terms of design applications, measurement and analysis that is practical sound

誌謝 ii
摘要 iii
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
符號表 xii
1.緒論 1
1.1背景 1
1.2研究的動機及目的 1
1.3文獻回顧 2
2.研究方法及儀器設置 6
2.1粒徑分析儀實驗觀察 7
2.2鋯系延期藥燃燒熱力學模擬分析 7
2.3熱重分析儀 9
2.4溫度感測器-熱電耦 10
2.4.1熱電耦種類及焊接器 11
2.4.2 K-Type熱電耦特性 13
2.4.3陶瓷礙子尺寸規格 14
3.實驗步驟與設備系統 16
3.1實驗裝置 16
3.1.1定量點火模組系統 16
3.1.2暫態溫度資料量測系統 19
3.1.3高速影像攝影擷取系統 22
3.2實驗步驟 25
3.2.1實驗方法 25
3.2.2電流穩壓供電設定 27
3.2.3點火能量參數設定 27
3.2.4電熱點火模組製作技巧 28
3.2.5熱電耦製作方法 29
3.2.6熱電耦校驗 30
3.2.7探照燈與照度計運用 32
3.2.8實驗攝影與資料傳輸使用 33
3.3實驗注意事項 34
4.熱通量逆向估算 36
5.結果與討論 44
5.1鋯系延期藥熱力學性質分析 44
5.2粒徑分析 45
5.3點火感度及熱重分析(DSC)結果比較 46
5.3.1最小點火感度 46
5.3.2電熱絲溫度曲線 47
5.3.3熱重分析結果 49
5.4實驗結果分析 53
5.4.1火焰燃燒速率分析 53
5.4.2燃燒輸出溫度分析 56
5.4.3熱通量逆向估算結果 58
6.結論與建議 61
6.1研究結果 61
6.2未來研究規劃與建議 61
參考文獻 63
自傳 68


表目錄

表1.1 延期藥燃燒時之延期時間區分表 4
表2.1 NASA-Lewis Code (CET-86)數據資料庫格式 8
表2.2 延期藥不同配方比例熱力學性能分析 9
表2.3 各類型熱電耦性能差異 12
表2.4 陶磁礙子之材質種類 14
表2.5 陶磁礙子之標準尺寸 15
表3.1 點火組件設定參數 28
表3.2 高速攝影機參數設定範例 34
表5.1鋯系延期藥熱力學性質模擬分析比較 45
表5.2 最小點火能量參數表 47
表5.3 電熱絲最高溫度及時間比較表 49
表5.4 1號組件鋯系延期藥燃燒分析表 53
表5.5 2號組件鋯系延期藥燃燒分析表 53
表5.6 3號組件鋯系延期藥燃燒分析表 54

圖目錄

圖1.1 T-65式155公釐榴彈砲 2
圖1.2 105公釐榴砲彈 2
圖2.1 燃燒性能分析流程圖 6
圖2.2 粒徑分析儀 7
圖2.3 熱重分析儀 10
圖2.4 席貝克效應 10
圖2.5 熱電耦焊接器 13
圖2.6 各類型熱電耦的特性曲線 14
圖3.1 自耦變壓器與計時器 16
圖3.2 燈泡、導線及鱷魚夾 17
圖3.3 Tripp-Lite電源穩壓濾波器 17
圖3.4 Y型端及電熱絲 18
圖3.5 熱縮套管及陶瓷礙子 18
圖3.6 石英管及固定夾 18
圖3.7 定量點火系統 19
圖3.8 K-Type熱電耦組件 20
圖3.9 濾波放大器(左圖)及訊號處理基板(右圖) 20
圖3.10 熱電耦計(左圖)及高速暫態資料擷取器及電腦螢幕(右圖) 21
圖3.11 暫態溫度資料量測系統 21
圖3.12 溫度量測流程圖 22
圖3.13 探照燈及照度計 22
圖3.14 高速攝影機及三腳架 23
圖3.15 高速網路線及個人電腦 23
圖3.16 高速影像攝影擷取系統配置示意圖 24
圖3.17 高速影像攝影剪輯流程圖 25
圖3.18 延期藥定量點火燃燒組件示意圖 26
圖3.19 Tripp-Lite電源穩壓濾波器 27
圖3.20 計時器全貌 28
圖3.21 電熱絲模組製作示意圖 29
圖3.22 K-Type熱電耦 30
圖3.23 酒精燈及燒杯 31
圖3.24 燒杯水煮沸溫度上升 31
圖3.25 K-Type熱電耦熱校驗完成 32
圖3.26 探照燈運用搭配圖 33
圖3.27 高速網路傳輸線運用搭配圖 34
圖3.28 實驗安全防護器具 35
圖3.29 延期藥藥粉末秤重所需器材 35
圖4.1 熱傳導模型示意圖 38
圖5.1 粒徑分析圖(1) 46
圖5.2 粒徑分析圖(2) 46
圖5.3 1號組件溫度圖 48
圖5.4 2號組件溫度圖 48
圖5.5 3號組件溫度圖 49
圖5.6 第1號組件熱重分析曲線圖 50
圖5.7 第2號組件熱重分析曲線圖 51
圖5.8 第3號組件熱重分析曲線圖 51
圖5.9 不同粒徑起始溫度曲線比較圖 52
圖5.10 不同粒徑熱重分析溫度曲線比較圖 52
圖5.11 第1號組件鋯系延期藥燃燒現象觀測圖 54
圖5.12 第2號組件鋯系延期藥燃燒現象觀測圖 55
圖5.13 第3號組件鋯系延期藥燃燒現象觀測圖 56
圖5.14 第1組延期藥輸出溫度曲線圖 57
圖5.15 第2組延期藥輸出溫度曲線圖 57
圖5.16 第3組延期藥輸出溫度曲線圖 58
圖5.17 熱通量估算銅片背面實際溫度曲線圖 59
圖5.18 熱通量估算曲線圖 60
圖5.19 熱通量估算銅片背面模擬溫度曲線圖 60


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