Burning Phenomena of the Gun Propellant JA2

Autor: Volker Weiser, Wilhelm Eckl, Thomas S. Fischer, Norbert Eisenreich, Andrea Baier, Gesa Langer, Stefan Kelzenberg
Rok vydání: 2000
Předmět:
Zdroj: Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 25:143-148
ISSN: 1521-4087
0721-3115
Popis: The combustion phenomena of the standard gun propellant JA2 are investigated in experiments and analyzed by a simplified theoretical model. Hereby energy transfer from the gas phase governs ignition and combustion of solid rocket and gun propellants. In addition to the heat conduction and convection, the radiation of the flame contributes to the heat feedback which controls the burning rate in dependence on pressure. The dependence on the initial temperature is given by physical parameters of the conversion from the solid to the gaseous state. Burning rates are measured in dependence on pressure and initial temperature confirming a simplified law for the burning rate. The evaluation yields that the pressure exponent can be directly assigned to the heat feedback and that the temperature of the conversion from the condensed to the gas phase lies at about 675 K. The experiments also comprise spectroscopic measurements at low pressures in the wavelength ranges from 300 nm to 14000 nm which are resolved spatially along the vertical flame profile. The analysis of the spectra delivers the profiles of species in the flames including di-atomic radicals and tri-atomic molecules of the final combustion products. In addition, gas phase temperatures are derived by application of the Single-Line-Group model which gives approximately 2800 K closely below the adiabatic flame temperature of 2900 K at low pressures. They are compared to temperatures assigned to soot particle emission. In summary, these data enable an estimation of the heat feedback from the flame to the burning surface. Abbrandphanomene des Rohrwaffentreibmittels JA2 Die experimentellen Untersuchungen betreffen die Abbrandphanomene des Standardrohrwaffentreibmittels JA2, die mit einem vereinfachten Modell analysiert werden. Der Energietransfer aus der Gasphase bestimmt die Anzundung und den Abbrand von Raketenfesttreibstoffen und Rohrwaffentreibmitteln. Zusatzlich zur Warmeleitung und -konvektion tragt die Strahlung der Flamme zum Warmeruckflus bei, der die Abbrandrate in Abhangigkeit vom Druck kontrolliert. Die Abhangigkeit von der Anfangstemperatur wird mithilfe physikalischer Grosen fur die Umwandlung vom festen in den gasformigen Zustand beschrieben. Abbrandraten werden in Abhangigkeit von Druck und Anfangstemperatur gemessen. Die Auswertung ergibt, dass der Druckexponent direkt dem Warmeruckflus zugeordnet werden kann, und dass die Temperatur fur die Umwandlung von der festen zur gasformigen Phase bei etwa 675 K liegt. Die Experimente umfassen auch spektroskopische Messungen bei niedrigen Drucken, ortlich aufgelost entlang der vertikalen Flammenachse in Wellenlangenbereichen von 300 nm bis 14000 nm. Ihre Analyse ergibt Konzentrationsprofile fur zwei-atomige Radikale in der Flamme und drei-atomige Molekule der Verbrennungsprodukte. Mit Hilfe des Single-Line-Group Modells werden Temperaturen fur die Gasphase abgeleitet, die bei etwa 2800 K knapp unter der adiabaten Verbrennungstemperatur von 2900 K liegen. Sie werden mit Temperaturen verglichen, die aus der Emission von Ruspartikeln bestimmt wurden. Zusammengefasst erlauben diese Daten eine Abschatzung des Warmeruckflusses von der Flamme auf die Abbrandoberflache. Phenomenes de combustion de la poudre pour arme standard JA2 Les etudes experimentales portent sur les phenomenes de combustion du propergol d'arme a tube standard JA2, qui sont analyses a l'aide d'un modele simplifie. Le transfert d'energie a partir de la phase gazeuse determine l'allumage et la combustion des propergols solides de fusee et des poudres pour armes a tube. En plus de la conduction et de la convection thermique, le rayonnement de la flamme contribue a la retroaction thermique qui controle la vitesse de combustion en fonction de la pression. L'influence de la temperature initiale est decrite a l'aide de grandeurs physiques de conversion de l'etat solide a l'etat gazeux. Les vitesses de combustion sont mesurees en fonction de la pression et de la temperature initiale, confirmant une loi simplifiee de vitesse de combustion. L'evaluation montre que l'exposant de pression peut etre directement rattache a la retroaction thermique et que la temperature de conversion de l'etat solide a l'etat gazeux est d'env. 675 K. Les experiences comportent egalement des mesures spectroscopiques a basse pression, pour des longueurs d'onde entre 300 nm et 14000 nm, effectuees spatialement le long de l'axe vertical de la flamme. L'analyse spectrale donne les profils de concentration dans la flamme d'especes chimiques parmi lesquelles des radicaux diatomiques et des molecules triatomiques dans les produits de combustion. De plus, le modele Single-Line-Group permet de determiner les temperatures de la phase gazeuse, de l'ordre de 2800 K, juste en dessous de la temperature de combustion adiabatique a basse pression de 2900 K. Elles sont comparees a des temperatures definies a partir de l'emission de particules de suie. En resume, ces donnees permettent de faire une estimation de la retroaction thermique de la flamme a la surface de combustion.
Databáze: OpenAIRE
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