混合分为6个阶段,每个阶段的混合参数均用频率、输入能量和加速度表示在括号中(下文中类似参数与此同),6个阶段参数依次为(63Hz、2.8%、5g),(63Hz、4.6%、10g),(63Hz、7.6%、20g),(63Hz、13.4%、40g),(63Hz、19.2%、60g),(63Hz、11.2%、30g)。在加速度为30g的混合阶段抽真空,真空度为-0.095MPa。

上述B炸药混合参数中的输入能量和加速度之间的关系如图2所示,图中空心圆圈表示加速度分别为5g、10g、20g、40g、60g所对应的能量,其表示的是加速度增加过程中能量变化关系,对其拟合所得方程为y=a+bx(y、a、b、x分别表示输入能量、常数、常数、加速度,下文中出现类似拟合公式均遵循此表示规则),其中a=1.54,b=0.296; 拟合线性相关系数R=0.999。

图2 B炸药混合输入能量与加速度之间的关系
Fig.2 Relationship between input energy and acceleration for Comp.B mixing

由图2可知,输入能量与加速度呈线性关系,这表示设备自身摩擦、碰撞等能量损耗随加速度增大几乎无增加; 同时物料在各个混合阶段的阻尼变化对设备稳定性影响很小。

将混合后期加速度降低到30g对应的输入能量表示在图2中如实心圆圈所示,可见其几乎落在拟合线上,这说明设备在调节过程中具有很高的稳定性,且抽真空对设备稳定性影响很小。

混合分为9个阶段,每个阶段的混合参数用频率、输入能量、加速度表示在括号中,依次为(63.2Hz、3%、5g),(63.2Hz、5%、10g),(63.2Hz、8%、20g),(63Hz、10.6%、30g),(63Hz、14%、40g),(63Hz、8.4%、20g),(63Hz、15.8%、40g),(63Hz、24%、60g),(63Hz、10.6%、20g)。其中在第五个混合阶段结束后停机加入铝粉。在第九个混合阶段抽真空,真空度为-0.095MPa。

对输入能量—加速度进行线性拟合,如图3所示。

图3 浇注PBX混合输入能量与加速度之间的关系
Fig.3 Relationship between input energy and acceleration for cast PBX mixing

图3中空心圆圈为铝粉加入前加速度分别为5g、10g、20g、30g、40g所对应的能量,对其拟合所得方程为y₁=a₁+b₁x₁,a₁=1.707、b₁=0.305,线性相关系数R₁=0.996; 实心圆圈为铝粉加入后加速度分别为20g、40g、60g所对应的能量,对其拟合所得方程为y₂=a₂+b₂x₂,a₂=0.466、b₂=0.390,线性相关系数R₂=0.998。由此可见,设备在加速度调节过程中输入能量与加速度呈线性关系,设备稳定; 加入铝粉后,输入能量略有增加,这符合混合量级越大耗能越高的基本原则。空心三角形表示混合最后阶段加速度为20g时对应的输入能量。

从图3中可以看出,最后阶段的输入能量略大,这可能与加入铝粉后质量改变或者物料状态变化有关,需要进一步验证。3个阶段设备输入能量拟合曲线斜率存在一定差异,尤其是加入铝粉后斜率增大,说明混合质量增大对设备的输入能量要求提高,也就是耗能增快。为了将本次实验与其他实验的功率消耗关系进行对比,将所有能量输入点拟合在同一条直线上,如图3中虚线所示,拟合所得方程为y₃=a₃+b₃x₃,a₃=1.707、b₃=0.305,线性相关系数R₃=0.960。3条拟合曲线线性度都很好,表明物料混合过程中状态变化引起的阻尼波动对设备的能量输入基本没有影响,整个调节过程稳定。设备能够在一定范围内抑平物料阻尼波动,但质量波动会对设备能量输入造成明显影响。

混合分为6个阶段,每个阶段的混合参数用频率、输入能量、加速度表示在括号中,依次为:(63.1Hz、4%、5g),(63.1Hz、5.8%、10g),(63Hz、7.8%、20g),(63Hz、13.6%、40g),(63Hz、22%、60g),(63Hz、11.6%、30g)。在第六个混合阶段抽真空,真空度为-0.095MPa。

对加速度—输入能量进行线性拟合,如图4所示。其中空心圆圈表示加速度分别为5g、10g、20g、40g、60g所对应的能量,所得方程为y=a+bx,a=2.052、b=0.318,线性相关系数R=0.982。将30g的输入能量表示在图3中如实心圆圈所示,可见其完全落在直线上,表示输入能量与加速度大小呈线性关系,设备自身摩擦、碰撞等能量损耗随加速度增大几乎无增加,设备可重复性好。

图4 熔注PBX混合输入能量与加速度之间的关系
Fig.4 Relationship between input energy and acceleration for melt-cast PBX explosive mixing

混合分为6个阶段,每个阶段混合参数分别用频率、输入能量、加速度表示在括号中,依次为(63.0Hz、3.2%、5g),(63.0Hz、5%、10g),(63.0Hz、7.8%、20g),(63.0Hz、14%、40g),(63.0Hz、22%、60g),(63.0Hz、11.4%、30g)。在第六个混合阶段抽真空,真空度为-0.095MPa。

对输入能量—加速度进行线性拟合,如图5所示。其中空心圆圈表示加速度分别为5g、10g、20g、40g、60g、30g所对应的电机输出能量,对其拟合所得方程为y=a+bx,a=1.339、b=0.336,线性相关系数R=0.982。将30g的输入能量表示在图5中如实心圆圈所示,可见其完全落在直线上。与上述研究所得结论一致。

图5 HTPE推进剂混合输入能量与加速度之间的关系
Fig.5 Relationship between input energy and acceleration for HTPE propellant mixing

上述通过4种火炸药的实际混合,拟合了设备加速度增大及减小过程中输入能量与加速度的对应关系,证明了对于同一种物料,设备在加速度反复调节过程中运行稳定,能量输入与加速度呈线性关系。对于不同物料,以及同一物料的不同状态,其阻尼变化对设备的能量输入影响很小,设备能够在一定范围内抑平阻尼或物料状态波动对输入能量需求的影响。

为克服测试误差,将B炸药、浇注PBX炸药、熔注PBX炸药和HTPE推进剂在混合量级为200克条件下的设备输入能量—加速度之间的关系分别绘制于图6中,并将4种物料的所有能量输入—加速度点绘制成图中的黑实线。

图6 HTPE推进剂混合输入能量与加速度之间的关系
Fig.6 Relationship between input energy and acceleration for HTPE propellant mixing

将图6中5条曲线的截距、斜率和线性相关系数a、b、R汇总于表1中。

表1 图 6中5条曲线的拟合参数
Table 1 Fitting parameters of five curves in Fig. 6

从图6可以看出,除浇注PBX外,其他材料输入能量—加速度关系拟合线几乎重合。表1中5条曲线的线性相关系数均接近1,表明输入能量与加速度之间呈较为严格的线性关系。对于不同类型物料,拟合曲线的截距略有不同,而斜率大小非常接近,总拟合曲线斜率为0.339。表明在200克量级混合条件下,对所有类型被混火炸药,可按照y=1.587+0.339x的关系来指导设备设计时所需电机功率的预估,以及对工艺过程中加速度的自动调节给出范围甚至具体数值。