Experimental study of the joint influence of physicochemical parameters on the combustion velocity of pyrotechnic compositions
Étude expérimentale de l’influence conjointe de paramètres physicochimiques sur la vitesse de combustion des compositions pyrotechniques
Résumé
Pyrotechnic compositions are a class of energetic materials that are used both in military and civilian fields. The combustion velocity is a critical characteristic of these reactive mixtures. The control of this velocity is driven by the fine understanding of the physicochemical phenomena that take place during the ignition and the propagation of the combustion. This work aims to study the influence of specific parameters on the evolution of the combustion velocity. Studied pyrotechnic compositions are representative of the ones currently used at Nexter company. Pyrotechnic compositions formulated for this study are composed of an oxidiser, strontium peroxide (SrO2), a metallic reducer, magnesium (Mg), and an energetic molecule used both for energy supply and mechanical binding, 2,4-Dinitroanisole (DNAN). Raw materials and pyrotechnic compositions are thermally characterized using several techniques. The combustion velocities in small trough are also measured. The studied parameters are the amount of each constituent (oxidiser, reducer, binder), the porosity, the magnesium granulometry, the combustion enthalpy and the thermal conductivity. These parameters are used to produce 3 dimensionless numbers, which are representative of the evolution of the combustion velocity. Multilinear regressions are performed using these parameters and the dimensionless numbers to explain their joint influence on the combustion velocity.
Les compositions pyrotechniques sont une classe de matériaux énergétiques utilisés dans de nombreuses applications, tant dans le domaine militaire que civil. La vitesse de combustion de ces mélanges réactifs est l’une des caractéristiques principales de ces produits. La maîtrise de cette vitesse passe par la compréhension fine des phénomènes physico-chimiques complexes mis en jeu lors de l’allumage et de la propagation de la combustion. Ce travail de recherche est axé sur l’étude des paramètres influant sur la vitesse de combustion de compositions pyrotechniques se voulant représentatives de celles actuellement utilisées chez Nexter Munitions.Les compositions formulées pour cette étude sont composées d’un oxydant, le peroxyde de strontium (SrO2), d’un réducteur métallique, le magnésium (Mg), et d’une molécule énergétique, le 2,4-Dinitroanisole (DNAN),qui servira à la fois d’apport d’énergie et de liant mécanique. Les matériaux seuls ainsi que les compositions pyrotechniques fabriquées sont caractérisés thermiquement par différentes techniques. Les vitesses de combustion en gouttière sont également mesurées. D’une part, l’analyse de ces vitesses montre l’influence des divers paramètres influents retenus que sont le taux de constituants (oxydant, réducteur, liant), la porosité du lit de poudre, la granulométrie du magnésium, l’enthalpie de combustion ainsi que la conductivité thermique. D’autre part, ces paramètres sont utilisés pour mettre en place 3 nombres adimensionnels représentatifs de l’évolution de la vitesse de combustion. Des régressions multilinéaires sont menées sur les paramètres ainsi que sur les nombres adimensionnels pour expliciter leur influence conjointe sur la vitesse de combustion.
Origine : Version validée par le jury (STAR)