Nghiên cứu thiết kế, chế tạo liều mồi dùng cho liều phóng đạn phóng tập PT-8M.VN

Thông qua kết quả khảo sát mẫu liều mồi nguyên bản của nước ngoài, nhóm tác giả đã tiến hành mô phỏng liều mồi và tính toán thiết kế, chế tạo khuôn ép liều mồi. Qua đó, nghiên cứu công nghệ chế tạo (áp suất ép, thời gian lưu áp suất) liều mồi bằng các trang thiết bị, công nghệ và nguyên liệu sẵn có ở trong nước.

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LIỀU MỒI DÙNG CHO LIỀU PHÓNG ĐẠN PHÓNG TẬP PT-8M.VN

Lê Duy Bình*, Hoàng Thế Vũ, Đỗ Đức Trí Phạm Văn Khương, Hà Đức Giang, Phạm Thành Đạt

Tóm tắt: Thông qua kết quả khảo sát mẫu liều mồi nguyên bản của nước ngoài, nhóm

tác giả đã tiến hành mô phỏng liều mồi và tính toán thiết kế, chế tạo khuôn ép liều mồi

Qua đó, nghiên cứu công nghệ chế tạo (áp suất ép, thời gian lưu áp suất) liều mồi bằng

các trang thiết bị, công nghệ và nguyên liệu sẵn có ở trong nước Kết quả cho thấy, với áp

suất ép tối ưu (55 ± 2) MPa; thời gian lưu áp suất ép (5 ± 0,5) giây và nguyên liệu đầu

được sử dụng là thuốc đen hạt số 3 cho liều mồi có mật độ đạt (1,836 ± 0,005) g/cm 3

(yêu cầu không nhỏ hơn 1,823 g/cm 3 ), đường kính đạt (25,15 ± 0,02) mm (yêu cầu từ 24,7 ÷

25,3 mm); bề dày (5,01 ± 0,01) mm (yêu cầu từ 4,75 ÷ 5,25 mm), khối lượng (4,02 ± 0,01)

g (yêu cầu từ 3,9 ÷ 4,2 g), bề mặt nhẵn bóng, khi thử nghiệm rung xóc không bị nứt vỡ, sứt

viền Với kết quả nghiên cứu đạt được là cơ sở cho việc chế tạo và ứng dụng liều mồi phục

vụ chế tạo, sản xuất đạn phóng tập PT-8M.VN ở trong nước

Từ khóa: Liều mồi; Thuốc đen hạt (số 2, số 3); Mật độ; Đường kính; Bề dày cháy; Áp suất ép; Thời gian lưu

1 MỞ ĐẦU

Đạn phóng tập PT-8M.VN thực chất là viên đạn hơi, có dạng hình trụ bao gồm: vỏ đạn, hạt lửa

KBM-3, liều mồi, màng nitratxenlulo, liều thuốc phóng, đế chắn thuốc, các đệm giấy, nút bịt Đạn

phóng tập PT-8M.VN khi được kích hoạt, tạo ra lượng lớn khí nén (do thuốc phóng cháy sinh khí),

áp lực cao trong ống phóng, có tác dụng đẩy toàn bộ hệ thống ghế cùng với phi công huấn luyện đang

ngồi ra khỏi vị trí đầu máy bay mô phỏng mặt đất theo phương thẳng đứng, góc nghiêng khoảng 15o

trên cơ cấu đường ray trượt lên không trung Ghế phóng được mô phỏng giống như trong tình trạng

khẩn cấp khi phi công lái máy bay chiến đấu gặp nạn, có thể bấm nút để thoát hiểm trên máy bay

Thực tế, không có bài kiểm tra thử phóng ghế khi thực hiện nhiệm vụ chiến đấu cũng như huấn luyện

trên máy bay Để đảm bảo sử dụng thuần thục và làm quen với tình huống giả định, các phi công chỉ

được huấn luyện trong điều kiện ở mặt đất Ghế phóng mặt đất là công cụ mô phỏng cho tình huống

giả định đã nêu

Liều mồi là một trong những thành phần quan trọng cấu thành nên viên đạn phóng tập

PT-8M.VN Liều mồi có thành phần từ thuốc hỏa thuật, có tác dụng mồi cháy liều thuốc phóng

chính Mỗi loại liều mồi đều có đặc trưng riêng về mật độ, hình dạng, kích thước hình học và

khối lượng để đảm bảo quá trình mồi cháy hiệu quả, tin cậy

Qua khảo sát kết hợp tài liệu tham khảo [4] cho thấy, đối với liều mồi dùng cho liều phóng

đạn phóng tập PT-8M, có thành phần từ thuốc đen, mật độ khoảng 1,820 g/cm3, khối lượng

khoảng 4,02 g, có hình dạng phức tạp Các thông tin quan trọng, như: công nghệ chế tạo, loại

nguyên liệu đầu có kích thước xác định và các đặc tính khác hầu như không được công bố Do

đó, việc nghiên cứu công nghệ chế tạo liều mồi bằng các trang thiết bị, công nghệ và nguyên liệu

sẵn có ở trong nước để chủ động, không phụ thuộc nước ngoài là cần thiết và cấp bách Kết quả

nghiên cứu là cơ sở cho việc chế tạo và ứng dụng liều mồi phục vụ chế tạo, sản xuất đạn phóng

tập PT-8M.VN ở trong nước

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Liều mồi nguyên bản của Cộng hòa (CH) Montenegro, liều mồi mô

phỏng 3D và liều mồi được tạo ra tại các áp suất nén ép khác nhau, thời gian lưu áp khác nhau,

loại nguyên liệu thuốc đen hạt khác nhau

- Phạm vi nghiên cứu: Ảnh hưởng của áp suất, thời gian lưu áp và nguyên liệu đầu đến chất lượng của liều mồi

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp tạo liều mồi

- Liều mồi được tạo ra bằng cách nén ép trên máy ép thủy lực 50 tấn theo sơ đồ công nghệ như trên hình 1 [3]

Hình 1 Sơ đồ công nghệ nén ép liều mồi

- Mẫu liều mồi được tạo ra từ các áp suất khác nhau (30 ÷ 60) MPa, thời gian lưu khác nhau (3 ÷ 7) s và từ nguyên liệu thuốc đen số 2, 3 và hỗn hợp giữa số 2, số 3

2.2.2 Phương pháp xác định mật độ của liều mồi

- Mật độ của liều mồi được xác định theo phương pháp cân thủy tĩnh, độ chính xác đến 0,001 g/cm3: Mật độ liều mồi là tỷ số giữa khối lượng mẫu/khối lượng mẫu được cân trong môi trường paraphin lỏng (ở 20oC) Gọi khối lượng của mẫu là M (g) và khối lượng của mẫu trong môi trường paraphin là m (g) thì mật độ của liều mồi được tính theo công thức:

p

M

M m

 Trong đó: ρ - Mật độ liều mồi M - Khối lượng liều mồi (g) m - Khối lượng liều mồi trong paraphin (g) và ρp (g/cm3) - Khối lượng riêng của paraphin ở 20 oC

- Cách tiến hành như sau: Bật nút khởi động cân, ấn nút zero chuyển về “0” Dùng giẻ khô, sạch để lau sạch liều mồi Sau đó, đặt liều mồi lên đĩa cân Khi chỉ số hiển thị khối lượng trên màn hình điện tử ổn định, ấn nút enter để nhập số liệu Dùng panh kẹp, gắp liều mồi ra khỏi đĩa cân Mở nắp cân, từ từ đặt liều mồi vào đĩa cân trong paraphin Sau đó, nhẹ nhàng đóng nắp cân Khi chỉ số hiển thị khối lượng trên màn hình điện tử ổn định, ấn nút enter để nhập số liệu Số liệu hiển thị trên màn hình điện tử sau khi ấn nút enter lần thứ hai là kết quả đo tỷ trọng đối với liều mồi tương ứng

2.2.3 Phương pháp thử nghiệm rung xóc liều mồi: Xếp khoảng 3 đến 5 liều mồi theo chiều nằm

ngang hoặc chiều thẳng đứng, các liều mồi được xếp cạnh nhau, giữa các liều mồi được chèn bằng giấy bông ép hoặc vải mềm Biên độ dao động 100 mm, tần số dao động 60 lần/phút, thời gian thử nghiệm là 60 phút liên tục

2.2.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học của liều mồi: Xác định thành phần hóa học của

thuốc đen theo tiêu chuẩn TCVN/QS 839:2013

Chuẩn bị nguyên liệu Sấy nguyên liệu

Định lượng

Nạp liệu vào khuôn

Ép và tháo sản phẩm

Chuẩn bị khuôn ép

Kiểm tra sản phẩm

2.3 Vật tư, hóa chất

- Thuốc đen hạt số 2 và thuốc đen hạt số 3, đạt yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn TCVN/QS

839:2013 [1] và Điều kiện kỹ thuật [2]

- Vật tư phụ kèm theo: dung môi axeton, CN kẽm stearat

2.4 Thiết bị và dụng cụ

- Trang thiết bị, dụng cụ chế tạo liều mồi: thiết bị nén ép thủy lực (máy ép thủy lực 50 tấn) cân

điện tử với cấp độ chính xác 10-2

(gam) đồ gá và bộ khuôn ép

- Hệ dụng cụ đo mật độ liều mồi: cân tỷ trọng, số hiệu 1253, ký hiệu DH 300 của Đài Loan,

sản xuất năm 2018, dải khối lượng từ 0,01 ÷ 300 g, độ chính xác 10-3

g, dải tỷ trọng từ 0 ÷ 10 g/cm3 Cân tỷ trọng còn hạn kiểm định

- Thước cặp điện tử đo kích thước liều mồi: thước cặp điện tử, hãng Dasqua của Anh, số

serial 181074478, sản xuất năm 2019, dải đo đến 300 mm, độ chính xác 0,01 mm Thước đo còn

hạn kiểm định

- Cân điện tử xác định khối lượng liều mồi: cân điện tử, hãng OHOUS, số hiệu B229127323,

sản xuất năm 2018, dải đo đến 110 g, độ chính xác 0,001 g Cân còn hạn kiểm định

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu, khảo sát liều mồi nguyên bản của nước ngoài

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát mẫu liều mồi đạn ПΤ-8M của CH Montenegro Kết

quả cụ thể như sau:

Về thành phần hóa học: Liều mồi có thành phần từ thuốc đen Tỷ lệ của các thành phần hóa

học của liều mồi được trình bày trong bảng 1

Bảng 1 Tỷ lệ các thành phần hóa học của liều mồi (mẫu của CH Montenegro)

1 Hàm lượng kali nitrat (KNO3) % 74 76 74,51

Về hình dạng: Liều mồi có hình dạng tròn như đồng tiền xu, một mặt phẳng, nhẵn, mặt còn

lại gồm nhiều hình chóp đều đáy vuông, được xếp cạnh nhau (hình 2) Kích thước, khối lượng và

mật độ của liều mồi được trình bày bảng 2

Bảng 2 Kích thước, khối lượng và mật độ của liều mồi

Hình ảnh của liều mồi

Mặt dưới của liều mồi Mặt trên của liều mồi

Hình 2 Hình ảnh của (mặt trên, mặt dưới) của liều mồi

Có thể thấy, việc tạo ra nhiều hình chóp đều, đáy vuông ở mặt dưới, nơi tiếp giáp với hạt lửa

mà được gắn trên mặt đáy của viên đạn nhằm mục đích tăng diện tích bề mặt cháy ban đầu cho liều mồi Đây chính là điểm nhấn cần lưu ý trong quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo khuôn ép liều mồi

3.2 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo khuôn ép liều mồi

Trên cơ sở kết quả khảo sát, yêu cầu về kích thước, hình dạng và khối lượng, nhóm tác giả đã

sử dụng phần mềm chuyên dụng để dựng hình 3D để tính toán thể tích và mật độ của sản phẩm liều mồi (hình 3, hình 4)

Tính toán, thiết kế hình dạng, kích thước liều mồi được trình bày trên hình 3

Hình 3 Kích thước liều mồi Hình 4 Dựng hình 3D của sản phẩm để tính mật độ

Từ kích thước và khối lượng, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phần mềm chuyên dụng để dựng hình 3D từ đó tính được thể tích và mật độ của sản phẩm

Phần mềm cho kết quả thể tích sản phẩm là 2,194 cm3 Qua đó, tính toán ra mật độ tương đối thông qua công thức:

m V

 Thay vào công thức ta có:

4 1,823 2,194

  (g/cm3) Trên cơ sở kết quả nghiên cứu mô phỏng, nhóm tác giả đã thiết kế chế tạo bộ khuôn ép liều mồi với các thông số, hình dạng cơ bản như hình 5 Trong đó, chày ép, áo khuôn ép được chế tạo

từ vật liệu thép carbon dụng cụ, ký hiệu Y8

Hình 5 Bản vẽ lắp khuôn ép liều mồi

3.3 Nghiên cứu công nghệ chế tạo liều mồi

Không giống như những vật liệu thông thường khác, đối với vật liệu nổ nói chung và thuốc

hỏa thuật (thuốc đen) nói riêng, không thể nén ép với áp suất ép hay thời gian lưu áp suất ép bất

kỳ, vì liên quan đến yếu tố an toàn (vật liệu nổ có thể tự nổ khi nén ép quá áp suất giới hạn hoặc

ép quá thời gian cho phép) Do đó, yếu tố quan trọng đối với vật liệu loại này là vừa phải đáp

ứng được yêu cầu về mật độ để đạt được hiệu quả nổ hoặc cháy ổn định, tin cậy đồng thời đảm

bảo an toàn trong quá trình nén ép

Kích thước hạt của nguyên liệu đầu (thuốc đen) càng mịn, cho mật độ càng cao Tuy nhiên,

quá trình hình thành khối thuốc (liều mồi) được tạo ra bởi áp lực nén ép, các hạt thuốc liên kết cơ

học với nhau Do đó, việc lựa chọn kích thước hạt của nguyên liệu thuốc đen ban đầu cũng là

yếu tố cần được quan tâm để liên kết giữa các hạt thuốc tiếp xúc nhau được bền nhất nhằm tránh

hiện tượng bị vỡ vụn, nứt vỡ bởi xung va đập gây ảnh hưởng đến chất lượng của liều mồi

Trên cơ sở lý luận nêu trên, nhóm tác giả đã định hướng công nghệ nghiên cứu, chế tạo liều

mồi, bao gồm: áp suất ép, thời gian lưu và kích thước hạt ảnh hưởng đến chất lượng (mật độ, bề

mặt, độ bền rung lắc) của liều mồi

Ảnh hưởng của áp suất ép

Để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến mật độ của liều mồi, nhóm tác giả lựa chọn các dải

áp suất từ 30 đến 60 MPa với các thông số đầu vào, gồm: khối lượng mẫu (4,02±0,01) g, thuốc

đen hạt số 3, thời gian lưu 5 giây Kết quả được trình bày trong bảng 3

Bảng 3 Ảnh hưởng của áp suất ép đến mật độ của liều mồi

Áp suất, MPa

Mẫu 1 1,747 1,791 1,814 1,824 1,826

mTĐH3 = (4,02 ± 0,01) g, tlưu = 5 s

Mẫu 2 1,748 1,793 1,813 1,825 1,826

Mẫu 3 1,749 1,792 1,812 1,823 1,825

Trung bình 1,748 1,792 1,813 1,824 1,826

Bảng 3 cho thấy, khi tăng áp suất ép, mật độ tăng Mức độ tăng của mật độ chậm dần so với

sự tăng của áp suất Đặc biệt, khi tăng đến áp suất ép 60 MPa, liều mồi có hiện tượng phần viền

mép dễ bị sứt mẻ Trong khi đó, ở các áp suất ép 30, 40 MPa, khối thuốc có bề mặt sần sùi,

không nhẵn bóng Ở áp suất 50 hoặc 55 MPa, liều mồi cho hình dạng đẹp, bề mặt nhẵn bóng

Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu chất lượng về mật độ, nhóm tác giả đã lựa chọn áp suất ép tối ưu

là 55 MPa

Ảnh hưởng của thời gian lưu

Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu áp suất ép đến mật độ của liều mồi, nhóm tác giả

lựa chọn các dải thời gian lưu từ 3 đến 7 giây với các thông số đầu vào, gồm: khối lượng mẫu

(4,02±0,01) g, thuốc đen hạt số 3, áp suất ép 55 MPa Kết quả được trình bày trong bảng 4

Bảng 4 Ảnh hưởng của thời gian lưu áp đến chất lượng của liều mồi

t lưu , s

1 1,823 1,824 1,824 1,824 1,823 mTĐH3 = (4,02 ± 0,01) g, P = 55 MPa

Bảng 4 cho thấy, với thời gian lưu trong khoảng đã xét, hầu như ít ảnh hưởng đến mật độ của

liều mồi Tuy nhiên, thực nghiệm thấy rằng, khi thời gian lưu nhỏ hơn 3 giây, trên bề mặt liều

mồi thường xuất hiện một số hạt bavia của nguyên liệu đầu Trong khi, ở thời gian lưu lớn hơn 7

giây viền mép của liều mồi thường dễ bị sứt mẻ hơn Nguyên nhân có thể được giải thích là do

liên kết cơ học ở phần viền yếu, việc lưu áp suất ép lâu có thể dẫn đến liên kết cơ học bị già hóa

dẫn đến phá hủy Ngoài ra, việc duy trì thời gian ép dài cũng dẫn đến nguy cơ mất an toàn cho quá trình nén ép (thuốc có thể bị giãn nở trong thể tích cố định) Do đó, nhóm tác giả đã lựa chọn thời gian lưu áp suất ép khoảng 4 đến 6 giây

Ảnh hưởng của mác thuốc đen (liên quan đến vùng phân bố kích thước hạt)

Để nghiên cứu ảnh hưởng của mác thuốc đen đến chất lượng của liều mồi, nhóm tác giả đã lựa chọn các mác thuốc đen số 2, số 3 và hỗn hợp của loại số 2 và số 3 với các thông số đầu vào, gồm: khối lượng mẫu (4,02±0,01) g, áp suất ép 55 MPa và thời gian lưu 5 s Kết quả được trình bày trong bảng 5

Bảng 5 Ảnh hưởng của mác thuốc đen đến chất lượng của liều mồi

2,01 g TĐH2+2,01 g TĐH3 1,823 Sần sùi, có dính các hạt thuốc bavia P = 55

MPa,

tlưu = 5 s

4,02 g TĐH2 1,821 Sần sùi, dính nhiều bụi thuốc bavia

4,02 g TĐH3 1,824 Nhẵn bóng, đẹp và không có bavia

Bảng 5 cho thấy, với các mác thuốc đen số 2 và số 3 cũng như hỗn hợp từ chúng (tỷ lệ 1:1 theo khối lượng) đều cho mật độ chênh lệch nhau không lớn Tuy nhiên, đối với mác thuốc đen

số 2 hoặc hỗn hợp thuốc đen số 2 và số 3 cho liều mồi có bề mặt sần sùi, lẫn các hạt bavia, trong khi đó, với mác thuốc đen hạt số 3 cho liều mồi nhẵn bóng, đẹp và trên bề mặt liều mồi không có bavia Do đó, nhóm tác giả đã lựa chọn mác thuốc đen số 3 để phục vụ chế tạo liều mồi cho đạn PT-8M

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả đã tiến hành chế tạo được 400 liều mồi, đạt yêu cầu chất lượng đề ra Trong đó, mật độ của sản phẩm đạt được 1,836 g/cm3, so với kết quả khảo sát là 1,820 g/cm3 và yêu cầu thiết kế, không nhỏ hơn 1,823 g/cm3 Đặc biệt, qua thử nghiệm rung xóc cho kết quả tốt, liều mồi không bị nứt vỡ, sứt viền

4 KẾT LUẬN

Đã khảo sát liều mồi nguyên bản của nước ngoài Kết quả cho thấy, liều mồi có thành phần thuốc đen, hình dạng đồng xu, mặt trên phẳng, nhẵn, mặt dưới gồm nhiều hình chóp đều đáy vuông được xếp cạnh nhau đường kính (25,15 ± 0,02) mm bề dày (5,01 ± 0,01) mm mật độ (1,820 ± 0,005) g/cm3 và khối lượng (4,02 ± 0,01) g

Đã nghiên cứu mô phỏng 3D sản phẩm liều mồi, từ đó tính toán thể tích, mật độ theo yêu cầu Qua đó, đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo được bộ khuôn ép liều mồi phục vụ nghiên cứu công nghệ và chế tạo liều mồi

Đã nghiên cứu công nghệ chế tạo liều mồi bằng các trang thiết bị, nguyên liệu sẵn có trong nước Kết quả cho thấy, với áp suất ép tối ưu (55 ± 2) MPa thời gian lưu áp suất ép (5 ± 0,5) giây và nguyên liệu đầu được sử dụng là thuốc đen hạt số 3 cho sản phẩm liều mồi có mật độ đạt (1,836 ± 0,005) g/cm3 (yêu cầu không nhỏ hơn 1,823 g/cm3), đường kính đạt (25,15 ± 0,02) mm (yêu cầu từ 24,7 ÷ 25,3 mm) bề dày cháy danh nghĩa đạt (5,01 ± 0,01) mm (yêu cầu từ 4,75 ÷ 5,25 mm), khối lượng đạt (4,02 ± 0,01) g (yêu cầu từ 3,9 ÷ 4,2 g), bề mặt nhẵn bóng, khi thử nghiệm rung xóc, không bị nứt vỡ, sứt viền

Kết quả nghiên cứu đạt được là cơ sở cho việc chế tạo và ứng dụng liều mồi phục vụ chế tạo, sản xuất đạn phóng tập PT-8M.VN ở trong nước

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tiêu chuẩn TCVN/QS 839:2013, “Thuốc đen hạt”, Bộ Quốc phòng

[2] Điều kiện kỹ thuật, “Thuốc đen hạt”, Dấu “B”, Tổng cục CNQP (2016)

[3] Lê Duy Bình và cộng sự, “Ảnh hưởng của áp suất nén ép, chiều dài và đường kính đến mật độ của

khối thuốc truyền nổ A-IX-1”, Tạp chí KH&CN quân sự, số đặc san FEE, 10-2020, tr 331-336

[4] Военно-воздушные силы/Союз Советских Социалистических Республик, “Краткое

техническое описание и инструкция по эксплуатация пиропатронов катапультирования”

Москва (1954)

ABSTRACT

RESEARCHING, DESIGNING AND MANUFACTURING OF PRIMER CHARGE

USED FOR PROPELLANT CHARGE OF PT-8M.VN BULLET

Based on survey results of foreign samples, the authors have simulated primer and then

calculating, designing and manufacturing of mold to compressure primer charge

Thereby, researching on technology (pressure, maintaining time of pressure) of

manufacturing primer charges by equipment, technology and materials available in the

country The results showed that: Optimal pressure is (55±2) MPa Maintaining time of

pressure is (5±0.5) seconds and Material is No.3 black powder will give required products

with density (1.836±0.005) g/cm 3 (require is not less than 1.823 g/cm 3 ), diameter

(25.15±0.02) mm (require is from 24.7 to 25.3 mm), thickness (5.01±0.01) mm (require is

from 4.75 to 5.25 mm), mass (4.02±0.01) g (require is from 3.9 to 4.2 g), the surface is

smooth and vibration test is not be cracked The achieved research results are the basis

for manufacture and application of primer charges for PT-8M.VN bullet in Vietnam

Keywords: Primer charge; Black powder (No.2 and No.3); Denstity; Diameter; Thickness; Pressure; Maintaining time

Nhận bài ngày 06 tháng 11 năm 2020 Hoàn thiện ngày 09 tháng 12 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 12 tháng 4 năm 2021

Địa chỉ: Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng

* Email: binhld.pro.pro@gmail.com