Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị nhồi đúc thuốc nổ nhiệt áp vào đầu đạn ĐNA-7V

Hóa học – Sinh học – Môi trường<br /> <br /> NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ NHỒI ĐÚC<br /> THUỐC NỔ NHIỆT ÁP VÀO ĐẦU ĐẠN ĐNA-7V<br /> Trần Quang Phát1*, Ngô Văn Giao2, Ninh Đức Hà3,<br /> Nguyễn Mậu Vương1, Hoàng Văn Quyên1<br /> Tóm tắt: Vũ khí nhiệt áp có nhiều tính năng vượt trội khi so sánh với vũ khí<br /> thông thường. Ở Việt Nam, thuốc nổ nhiệt áp gần đây đã được bắt đầu nghiên cứu<br /> để sử dụng cho một số loại vũ khí hiện đại. Các tác giả đã trình bày một số kết quả<br /> nghiên cứu ban đầu về thuốc nổ nhiệt áp, việc lựa chọn thành phần của thuốc nổ<br /> nhiệt áp dùng cho phương pháp nhồi đúc [1]. Bài báo trình bày một số kết quả<br /> nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị và kết quả nhồi đúc thuốc nổ nhiệt áp vào đầu<br /> đạn nhiệt áp ĐNA-7V.<br /> Từ khóa: Đạn nhiệt áp ĐNA-7V; Thuốc nổ hỗn hợp; Thuốc nổ nhiệt áp.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Thành phần của thuốc nổ nhiệt áp (TNNA) thường gồm có thuốc nổ phá, chất cháy,<br /> chất oxi hóa, chất kết dính và phụ gia. Thực tế, TNNA là 1 loại thuốc nổ PBX (Plastic<br /> Bonded eXplosives) nhiệt rắn. Thuốc nổ này được chuẩn bị bằng công nghệ đúc trực tiếp<br /> vào các loại vũ khí, sau đó được đóng rắn ở nhiệt độ cao, chúng trở thành khối thuốc nổ<br /> dạng rắn với các đặc trưng của cao su đàn hồi [3], [4]. Tuy nhiên, các công trình này<br /> không công bố thông tin chi tiết về công nghệ cũng như thiết bị và phương pháp nhồi đúc<br /> TNNA.<br /> Ở trong nước, TNNA nói chung và TNNA dùng cho đạn nhiệt áp ĐNA-7V mới bắt đầu<br /> được nghiên cứu, chế tạo. Đạn nhiệt áp ĐAN-7V có hình dạng vỏ đầu đạn phức tạp, 2 đầu<br /> có đường kính nhỏ hơn phần giữa (hình 1) nên phương pháp nhồi đúc thuốc nổ là phương<br /> pháp phù hợp nhất.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Đầu đạn nhiệt áp ĐNA-7V.<br /> Yêu cầu quan trọng nhất của trạng thái TNNA đúc là mật độ cao (không nhỏ hơn 1,89<br /> g/cm3) và hiện nay trong nước cũng chưa có sản phẩm nào đạt được mật độ này. Một khó<br /> khăn cần giải quyết là xác định công nghệ chế tạo và nhồi đúc vào thân đạn. Qua phân tích,<br /> đánh giá, phương án công nghệ đúc có áp suất kết hợp hút chân không trong lòng thân đạn<br /> được lựa chọn để đảm bảo chất lượng khối thuốc.<br /> Về mặt nguyên lý, có 2 phương án nhồi đúc là nhồi xuôi chiều và nhồi ngược chiều<br /> thuốc nổ vào trong lòng thân đạn.<br /> - Đối với phương án nhồi đúc xuôi chiều (hình 2a): Trong lòng thân đạn được hút chân<br /> không sẽ tạo áp suất âm. Xi lanh thủy lực hoạt động đẩy piston đi xuống và đẩy thuốc nổ<br /> từ bầu đúc rơi xuống thân đạn. Thuốc nổ sẽ điền đầy vào trong lòng thân đạn bắt đầu từ<br /> phía dưới, bịt kín cửa hút chân không. Do đó tác dụng hút chân không sẽ bị hạn chế, đặc<br /> biệt khi trong lòng khối thuốc nổ còn có bọt khí thì sẽ không thể hút hết làm khối thuốc<br /> còn có khuyết tật, mật độ không cao.<br /> <br /> <br /> <br /> 302 T. Q. Phát, …, H. V. Quyên, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo … áp vào đầu đạn ĐNA-7V.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a. Nhồi đúc xuôi chiều b. Nhồi đúc ngược chiều<br /> Hình 2. Nguyên lý nhồi đúc.<br /> 1. Xi lanh thủy lực 2. Bầu đúc 3. Piston<br /> 4. Thuốc nổ nhiệt áp 5. Thân đạn 6. Thiết bị hút chân không<br /> - Đối với phương pháp nhồi đúc ngược chiều (hình 2b): Trong lòng thân đạn được hút<br /> chân không sẽ tạo áp suất âm. Xi lanh thủy lực hoạt động đẩy piston đi lên và đẩy thuốc nổ<br /> từ bầu đúc đi lên vào trong lòng thân đạn. Thuốc nổ sẽ điền đầy vào trong lòng thân đạn<br /> bắt đầu từ phía dưới, trong quá trình đó độ chân không trong lòng thân đạn vẫn được duy<br /> trì, chỉ đến khi thuốc nổ điền đầy lòng thân đạn thì cửa hút chân không mới bị bịt kín, lúc<br /> này tác dụng hút chân không mới bị suy giảm. Nhờ áp lực của xilanh thủy lực sẽ tiếp đúc<br /> đẩy thuốc vào trong lòng thân đạn để đến mật độ cần thiết.<br /> Do đó, phương án nhồi đúc ngược chiều bảo đảm yếu tố công nghệ hơn được lựa chọn<br /> làm nguyên lý hoạt động cho thiết bị nhồi đúc thuốc nổ nhiệt áp.<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, KỸ THUẬT SỬ DỤNG<br /> 2.1. Hóa chất, vật tư<br /> 2.1.1. Hóa chất<br /> - Thuốc nổ RDX cấp 1: Theo TCVN/QS 1274:2017;<br /> - Thuốc nổ A-IX-1 cấp 1: Theo TCVN/QS 1921:2017;<br /> - Bột nhôm: Kích thước hạt < 6 m, hàm lượng Al tinh khiết  99,5 %;<br /> - Amonipeclorat (AP): Hàm lượng AP  98,5 %;<br /> - Cao su polyacrylic: Độ nhớt động học ở 30oC  40 cSt;<br /> - Dinitrat dietylenglycol (DNDEG): Khối lượng riêng: 1,37  1,40 g/cm3;<br /> - Dinitrat trietylenglycol (DNTEG): Khối lượng riêng: 1,33  1,37 g/cm3;<br /> - Toluen diizoxianat (TDI): Tỷ trọng 1,22  1,25;<br /> - Diphenylamin (DPA): Điểm đông đặc  52,6oC;<br /> - Lecithin: Hàm lượng photphatit  77 %.<br /> Đơn thành phần TNNA cho trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Thành phần của thuốc nổ nhiệt áp.<br /> TT Thành phần Hàm lượng (%)<br /> 1 Thuốc nổ RDX 25 ± 0,5<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 303<br />  Hóa học – Sinh học – Môi trường<br /> <br /> 2 Bột Al cỡ hạt < 6 m 29,0 ± 0,5<br /> 3 Amonipeclorat 28,5 ± 0,5<br /> 4 Cao su polyacrylic + hỗn hợp HD-70 16,0 ± 0,3<br /> 5 Lecithin 0,15 ± 0,01<br /> 6 TDI 0,75 ± 0,03<br /> 7 DPA 0,4 ± 0,02<br /> 2.1.2. Vật tư<br /> - Thép C45 TCVN 1766-75<br /> - Thép CT3;<br /> - Thép SUS 304;<br /> - Đồng vàng;<br /> - Nhôm 6061;<br /> 2.2. Tiến trình công nghệ nhồi đúc TNNA vào đạn nhiệt áp ĐNA-7V<br /> Công nghệ nhồi đúc TNNA vào đạn nhiệt áp ĐNA-7V gồm các nguyên công chủ yếu<br /> sau đây:<br /> 1. Sấy RDX đạt hàm lượng ẩm;<br /> 2. Sấy AP đạt hàm lượng ẩm;<br /> 3. Cân định lượng các thành phần rắn;<br /> 4. Trộn đều thành phần lỏng trên máy trộn hành tinh;<br /> 5. Cho bột Al vào hỗn hợp chất lỏng, trộn đều trên máy trộn hành tinh có cơ cấu hút<br /> chân không;<br /> 6. Cho thuốc nổ RDX vào hỗn hợp, trộn đều trên máy trộn hành tinh có cơ cấu hút<br /> chân không;<br /> 7. Cho AP vào hỗn hợp, trộn đều trên máy trộn hành tinh có cơ cấu hút chân không;<br /> 8. Đúc thuốc nổ:<br /> - Chuẩn bị thân đạn;<br /> - Chuẩn bị thiết bị đúc thuốc nổ;<br /> - Đúc thuốc nổ;<br /> - Đóng rắn sơ bộ;<br /> - Tháo thân đạn, lắp ống chứa ngòi;<br /> 9. Sấy, đóng rắn;<br /> 10. Sửa bề mặt thuốc;<br /> 11. Bảo quản sản phẩm.<br /> 2.3. Phương pháp thiết kế thiết bị nhồi đúc TNNA<br /> - Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý nhồi đúc TNNA;<br /> - Nghiên cứu tính toán thiết kế thiết bị nhồi đúc: Về nguyên lý, thiết bị hoạt động theo<br /> cơ cấu piston-xilanh. Thiết bị nhồi đúc gồm nhiều chi tiết, trong đó chi tiết quan trọng nhất<br /> là bầu đúc. Bầu đúc đóng vai trò đóng vai trò như 1 xi lanh và hoạt động trong môi trường<br /> áp suất cao (đến 130 atm), là nơi chứa các thành phần của hỗn hợp thuốc nổ nhiệt áp. Bầu<br /> đúc dạng trình trụ tròn. Do đó, có thể coi hệ piston-xilanh như một bình chịu áp lực cao.<br /> Sử dụng phương pháp tính toán bền bình chịu áp lực để tính toán chiều dày của bầu đúc.<br /> Công thức đưa vào tính toán chiều dày nhỏ nhất dựa theo ứng suất chu vi là [2]:<br /> P.D<br /> T (1)<br /> 2. f   P<br /> <br /> <br /> 304 T. Q. Phát, …, H. V. Quyên, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo … áp vào đầu đạn ĐNA-7V.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Trong đó:<br /> - T: Chiều dày của bầu đúc, mm;<br /> - P là áp suất thiết kế, MPa;<br /> - D là đường kính trong, mm;<br /> - f là độ bền kéo ở nhiệt độ thiết kế, MPa;<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Nghiên cứu tính toán thiết kế thiết bị nhồi đúc TNNA<br /> Thiết bị nhồi đúc gồm nhiều chi tiết, trong đó chi tiết quan trọng nhất là bầu đúc. Bầu<br /> đúc đóng vai trò quan trọng trong quá trình đúc thuốc nổ, nó là nơi chứa các thành phần<br /> của hỗn hợp thuốc nổ nhiệt áp. Bầu đúc dạng trình trụ tròn.<br /> Quá trình tính toán thiết kế bầu đúc:<br /> 3.1.1. Tính toán thể tích bầu đúc<br /> Lượng TNNA đưa vào trong bầu đúc khoảng 2800 g.<br /> Mật độ đong của hỗn hợp là khoảng 1,70 g/cm3, tức là thể tích tối đa của khối lượng<br /> hỗn hợp đưa vào là khoảng 1450 cm3.<br /> Để có thể đúc được thì piston phải di chuyển trong bầu đúc, do đó cần phải có không<br /> gian để dẫn hướng cho piston, lấy thể tích khoảng không gian này bằng ½ thể tích của<br /> thuốc nổ chiếm chỗ. Như vậy tổng thể tích của bầu đúc vào khoảng 1450 × 1,5 = 2175<br /> cm3. Chọn kích thước trong của bầu đúc như sau:  130 mm × 165 mm, thể tích trong là:<br /> V = 2190 cm3.<br /> 3.1.2. Tính toán chiều dày của bầu đúc<br /> Lựa chọn vật liệu làm bầu đúc là thép SUS 304 để tránh phát sinh tia lửa do va chạm<br /> giữa các chi tiết khi làm việc. Giả sử khi đúc, áp suất trong bầu lên cao tối đa là 120 atm<br /> (ngưỡng an toàn cho thiết bị).<br /> Theo công thức (1) ta có:<br /> P = 120 atm = 11,76 Mpa; D = 130 mm;<br /> Trong [2], tra bảng 3.3.1 ta có f = 110 MPa; tra bảng 3.5.1.7 ta có  = 0,9;<br /> 11, 76.130<br /> Vậy T   8, 2mm<br /> 2.110.0,9  11, 76<br /> Do đó với chiều dày là 9 mm thì thiết bị đảm bảo độ bền khi chịu áp suất làm việc cao.<br /> 3.2. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Bầu đúc.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 305<br />  Hóa học – Sinh học – Môi trường<br /> Hình vẽ bầu đúc được đưa ra trong hình 3, hình vẽ thiết bị nhồi đúc TNNA vào đầu đạn<br /> nhiệt áp ĐNA-7V được đưa ra trong hình 4 và hình 5. Thiết bị được chế tạo gồm 27 chi tiết.<br /> Đặc tính kỹ thuật chính:<br /> - Kích thước bầu đúc:  × H = (130 × 165) mm<br /> - Công suất làm việc tối đa: 3,0 kg/mẻ<br /> - Áp suất đúc (35  45) atm<br /> - Hành trình tối đa của xi lanh: 120 mm<br /> - Áp suất chân không trong quá trình đúc: -450 mmHg<br /> - Khối lượng máy: 120 kg.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Thiết bị nhồi đúc TNNA. Hình 5. Bản vẽ lắp thiết bị nhồi đúc TNNA vào đầu<br /> đạn nhiệt áp ĐNA-7V.<br /> 3.3. Kết quả nhồi đúc TNNA vào đầu đạn nhiệt áp ĐNA-7V<br /> Áp dụng tiến trình công nghệ trong 2.3 với thiết bị đúc TNNA, đầu đạn nhiệt áp ĐNA-<br /> 7V đã được đúc thành công. Hình 6 cho thấy rõ điều này.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (a) (b)<br /> Hình 6. Đầu đạn chưa nhồi TNNA (a) và đã nhồi, tổng lắp hoàn chỉnh (b).<br /> - Kết quả kiểm tra khối lượng TNNA và mật độ thuốc nổ của 10 quả đạn được cho<br /> trong bảng 2.<br /> <br /> <br /> <br /> 306 T. Q. Phát, …, H. V. Quyên, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo … áp vào đầu đạn ĐNA-7V.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Bảng 2. Kết quả tính toán mật độ thuốc nổ nhiệt áp trong đạn.<br /> TT Ký hiệu đạn Khối lượng TNNA (g) Mật độ (g/cm3)<br /> 1 Đầu đạn số 1 2359,4 1,90<br /> 2 Đầu đạn số 2 2346,2 1,90<br /> 3 Đầu đạn số 3 2324,4 1,89<br /> 4 Đầu đạn số 4 2346,2 1,90<br /> 5 Đầu đạn số 5 2357,2 1,90<br /> 6 Đầu đạn số 6 2328,2 1,89<br /> 7 Đầu đạn số 7 2359,4 1,90<br /> 8 Đầu đạn số 8 2326,3 1,89<br /> 9 Đầu đạn số 9 2343,1 1,89<br /> 10 Đầu đạn số 10 2357,5 1,90<br /> - Kiểm tra độ đồng đều mật độ của TNNA trong từng đầu đạn bằng cách đo mật độ ở 3<br /> vị trí đầu, giữa và cuối đầu đạn của 3 đầu đạn số 1, 2, 3 (ví trí đầu lắp ống chứa ngòi, là<br /> nơi thuốc bắt đầu vào trong quả đạn khi đúc). Kết quả đo được cho trong bảng 3.<br /> Bảng 3. Kết quả đo mật độ tại các vị trí khác nhau trong đầu đạn.<br /> Mật độ (g/cm3)<br /> TT Ký hiệu đạn<br /> Ở đầu quả đạn Ở giữa quả đạn Ở cuối quả đạn<br /> 1 Đầu đạn số 1 1,90 1,90 1,89<br /> 2 Đầu đạn số 2 1,91 1,89 1,89<br /> 3 Đầu đạn số 3 1,90 1,89 1,89<br /> Nhận xét:<br /> - Từ hình 6b nhận thấy khối thuốc có chất lượng tốt, không có khoang rỗng, bọt khí.<br /> - Từ kết quả của bảng 2 nhận thấy mặc dù khối lượng thuốc nổ của các quả đạn khác<br /> nhau (do khối lượng vỏ các quả đạn khác nhau), mật độ của thuốc nổ trong các quả đạn<br /> đồng đều và đều đạt yêu cầu (không nhỏ hơn 1,89 g/cm2).<br /> - Từ kết quả của bảng 3 nhận thấy có sự khác nhau về mật độ tại vị trí đầu và cuối quả<br /> đạn. Nguyên nhân là do áp suất nén lên các lớp thuốc ở cuối quả đạn bị nhỏ hơn so với ở<br /> đầu quả đạn trong quá trình đúc.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> 1. Đã lựa chọn nguyên lý đúc phù hợp; tính toán, thiết kế, chế tạo thiết bị đúc TNNA<br /> vào đầu đạn nhiệt áp.<br /> 2. Đã xây dựng quy trình công nghệ đúc TNNA vào đầu đạn nhiệt áp.<br /> 3. Đã lựa chọn vật liệu phù hợp để chế tạo các chi tiết của thiết bị.<br /> 4. Đã thực hiện đúc thuốc nổ vào trong đầu đạn, kết quả kiểm tra cho thấy mật độ của<br /> thuốc nổ trong các quả đạn đồng đều và đều đạt yêu cầu (không nhỏ hơn 1,89 g/cm2).<br /> Những kết quả đạt được trên đây là tiền đề cho việc nghiên cứu các thông số của<br /> TNNA và của đạn nhiệt áp ĐNA-7V.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Tran Quang Phat, Ngo Van Giao, Ninh Duc Ha, and Nguyen Khac Phuong Hoa,<br /> “Several initial results of research into thermobaric explosives in Vietnam,” The 5th<br /> academic conference on natural science for young scientict, master & Ph.D. students<br /> from Asian countries, Da Lat city, Vietnam. 4-7 October 2017, ISBN: 978-604-913-<br /> 088-5. pp 219-225.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 307<br />  Hóa học – Sinh học – Môi trường<br /> [2]. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8366:2010, Bình chịu áp lực - Yêu cầu về thiết kế và chế<br /> tạo, (2010).<br /> [3]. Danica Simić, Radoslav Sirovatka, Uroš Anđelić, Milorad Popović, "Influence of cast<br /> composite thermobaric explosive composition on air shock wave parametres," ),<br /> Scientific technical review (2013), Vol.63, No.2, pp 63-69.<br /> [4]. Uroš ANDJELIĆ, Dragan KNEŽEVIĆ, Katarina SAVIĆ, Vladimir DRAGANIĆ,<br /> Radoslav SIROVATKA, Ljubiša TOMIĆ Danica SIMIĆ, "Thermobaric effects of<br /> cast composite explosives of different charge masses and dimentions", Central<br /> European Journal of Energetic material (2016), pp 161-182.<br /> ABSTRACT<br /> RESEARCH ON DESIGN, MANUFACTURING EQUIPMENT FOR CASTING<br /> THERMOBARIC EXPLOSIVE OF WARHEAD ĐNA-7V<br /> Thermobaric weapons have spectacular features compared to conventional<br /> weapons. In Vietnam, thermobaric explosive recently are researched for modern<br /> weapons. Authors discusses some initial results of choosing composition of<br /> thermobaric explosive for casting. This paper presents results of designing,<br /> manufacturing equipments and casting technology on warhead ĐNA-7V.<br /> Keywords: Warhead ĐNA-7V; Explosive composition; Thermobaric explosive.<br /> <br /> Nhận bài ngày 30 tháng 5 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 17 tháng 8 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 9 năm 2018<br /> 1<br /> Địa chỉ: Viện Thuốc phóng Thuốc nổ;<br /> 2<br /> Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng;<br /> 3<br /> Viện Hóa học vật liệu.<br /> *<br /> Email: quangphat17@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 308 T. Q. Phát, …, H. V. Quyên, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo … áp vào đầu đạn ĐNA-7V.”<br />