Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Thuốc phóng (TP) là thành phần then chốt trong kết cấu vũ khí, đạn dược, giữ vai trò cung cấp động năng đưa quả đạn đến mục tiêu. Trong kỹ thuật tên lửa, bên cạnh chức năng đẩy chính, một số loại thuốc phóng đặc thù đảm nhận nhiệm vụ sinh khí cho bình tích áp (PAD - Pressure Accumulator Device). Nguồn khí thuốc này phục vụ các cơ cấu chấp hành như nâng cánh tên lửa khi rời ống phóng/bệ phóng, quay tuabin phát điện cấp nguồn cho hệ thống điều khiển đầu tự dẫn.

Đặc thù làm việc của bình tích áp đòi hỏi thuốc phóng phải có nhiệt lượng cháy trung bình, tốc độ cháy thấp và thể tích khí sinh ra lớn trong thời gian làm việc kéo dài. Để đáp ứng yêu cầu này, thành phần thuốc phóng thường sử dụng các chất hóa dẻo năng lượng thấp hoặc các chất ức chế cháy pha ngưng tụ. Hợp chất $\gamma$-polyoxymetylen ($\gamma$-POM) là chất ức chế cháy và tạo khí đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật trên.

Tuy nhiên, việc đưa $\gamma$-POM vào nền thuốc phóng keo ballistic dẫn đến các thay đổi về độ bền cơ lý, tốc độ cháy và độ an định hóa học. Do yêu cầu bảo mật thông tin quân sự, các công trình công bố đầy đủ về quy luật ảnh hưởng của $\gamma$-POM đến thuốc phóng ballistic còn rất hạn chế. Đồng thời, các hệ thống tên lửa phòng không tầm thấp (TLPKTT) như A72M, A87, Igla, R60MK đang trang bị có thuốc phóng bình tích áp bị suy giảm chất lượng sau thời gian dài niêm cất, đòi hỏi phải nghiên cứu làm chủ công nghệ sửa chữa, thay thế. Bên cạnh đó, việc áp dụng tiêu chuẩn đo độ an định bằng phương pháp áp kế trên thiết bị LAVA theo TCVN/QS 629:2019 bộc lộ bất cập đối với thuốc phóng chứa hàm lượng chất tạo khí $\gamma$-POM lớn.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định hai mục tiêu chính:

  1. Nghiên cứu khả năng tương hợp và quy luật ảnh hưởng của $\gamma$-POM đến độ bền kéo nén, độ an định hóa học, tốc độ cháy, nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy của thuốc phóng keo hai gốc ballistic trên nền nitrocellulose (NC) và nitroglycerin (NG).
  2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chủng loại và hàm lượng phụ gia điều chỉnh tốc độ cháy đến tốc độ cháy của thuốc phóng ballistic chứa $\gamma$-POM.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Thuốc phóng keo ballistic hai gốc (nền NC và NG) có bổ sung phụ gia $\gamma$-POM; các cấu tử thành phần (NC N°3, DBP, vaseline, centralite N°2, các chất xúc tác cháy chì/đồng); mẫu thuốc phóng bình tích áp tên lửa phòng không tầm thấp.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát sự tương hợp hóa học, đặc tính cơ - lý - hóa, đặc trưng năng lượng, động học quá trình cháy và độ an định hóa học của hệ thuốc phóng chứa $\gamma$-POM; thử nghiệm thiết kế, chế tạo đơn thành phần thuốc phóng cho bình tích áp trong điều kiện phòng thí nghiệm và công nghệ chuyên ngành quân sự tại Việt Nam (thời điểm hoàn thành năm 2021).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Tác giả đã tổng hợp các hướng nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong và ngoài nước liên quan đến các khía cạnh:

  1. Thành phần và tính chất cơ lý của thuốc phóng keo ballistic:

    • Các công trình của Rogov nghiên cứu độ bền kéo nén của thuốc phóng ballistic ở các dải nhiệt độ khác nhau (+50 °C, +20 °C, -50 °C) và ảnh hưởng của mức độ polyme hóa NC đến tính chất cơ học.
    • Nghiên cứu của Suseska về modul đàn hồi, sự biến thiên độ bền cơ học theo nhiệt độ và các điểm chuyển pha (từ trạng thái thủy tinh sang dẻo ở -64 °C, điểm chảy mềm ở khoảng 42 °C đến 49,83 °C).

  2. Cơ chế cháy và xúc tác cháy thuốc phóng ballistic:

    • Các mô hình cấu trúc vùng cháy (5 vùng, 3 giai đoạn) của thuốc phóng keo ballistic.
    • Các nghiên cứu về xúc tác cháy hợp chất chì và đồng: cơ chế quang hóa (Camp, Hewkin, Farber), cơ chế tạo phức chất cơ kim (Suh, Farber, Fifer, Tajima), cơ chế tích tụ muội carbon bề mặt (Warren, Youfang, Kubota, Hewkin, Lengellé), và cơ chế gốc tự do (Sinha).

  3. Cơ chế ức chế cháy:

    • Phân loại chất giảm tốc độ cháy theo Kybasop: ức chế nhiệt hóa (loại 1 - sử dụng chất có hệ số sinh nhiệt thấp như centralite, long não, $\gamma$-POM), ức chế cấu trúc (loại 2 - xử lý bề mặt bằng dung môi hóa dẻo) và ức chế động học (loại 3 - bổ sung chất nổ trơ nhiệt hoặc phụ gia kim loại).

  4. Đặc tính phân hủy và độ an định hóa học:

    • Các nghiên cứu về quá trình phân hủy nhiệt, thủy phân và tự xúc tác của ester nitrat (NC, NG).
    • Cơ chế phân hủy của $\gamma$-POM theo sức căng phân tử, gốc tự do và cơ chế ion.

Bảng tổng hợp các lý thuyết xúc tác cháy trong thuốc phóng ballistic

Lý thuyết Tác giả tiêu biểu Giai đoạn tăng tốc mạnh (Super-rate) Giai đoạn điều hòa / Giảm tốc (Plateau / Mesa)
Quang hóa Camp và cộng sự, Hewkin và cộng sự Xúc tác chì thúc đẩy quá trình hấp thụ bức xạ dưới bề mặt cháy, kích hoạt phản ứng. Các hạt chì ngưng tụ phủ lên vùng phản ứng ở áp suất cao, cản trở bức xạ truyền vào pha ngưng tụ.
Phức chất Suh và cộng sự, Farber và cộng sự, Fifer và cộng sự, Tajima và cộng sự Hợp chất chì tạo phức chất dạng vòng càng với nhóm nitro của NC, làm giảm năng lượng hoạt hóa phân hủy liên kết RO-NO₂. Chưa đưa ra giải thích đầy đủ cho vùng dập/giảm tốc độ cháy.
Muội carbon Youfang, Kubota, Hewkin và cộng sự, Lengellé và cộng sự Chì xúc tác hình thành khung muội carbon bề mặt, giữ sản phẩm trung gian, tăng khả năng truyền nhiệt vào pha ngưng tụ. Ở áp suất cao, khung carbon bị thổi bay khỏi bề mặt phản ứng cùng dòng khí NO.
Gốc tự do Sinha và cộng sự Hợp chất alkyl của chì chuyển gốc tự do (CH₃•, C₂H₅•) vào vùng tối, phản ứng tỏa nhiệt với NO truyền nhiệt về bề mặt. Áp suất tăng gây xói mòn, cuốn trôi gốc tự do khỏi đới phản ứng trước khi kịp truyền nhiệt ngược lại.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù lý thuyết thuốc phóng keo ballistic thông thường đã phát triển hoàn chỉnh, các công trình nghiên cứu hệ thống về thuốc phóng chứa $\gamma$-POM dùng cho cơ cấu sinh khí bình tích áp tên lửa hầu như chưa được công bố chi tiết. Luận án tập trung giải quyết:

  • Đánh giá khả năng tương hợp hóa học giữa $\gamma$-POM với các cấu tử đơn lẻ và hệ nền thuốc phóng.
  • Xác định định lượng quy luật biến đổi các thông số cơ học, nhiệt lượng, thể tích khí và quy luật cháy khi thay đổi tỷ lệ, kích thước hạt $\gamma$-POM và các hệ xúc tác chì - đồng.
  • Làm rõ nguyên nhân gây sai lệch khi thử nghiệm độ an định của thuốc phóng chứa $\gamma$-POM theo tiêu chuẩn TCVN/QS 629:2019 trên thiết bị LAVA, từ đó đề xuất phương pháp đánh giá phù hợp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

  • Cấu trúc thuốc phóng keo ballistic: Hệ phân tán đồng nhất gồm polyme nền (colocxilin - NC N°3 hàm lượng nitơ 11,75% - 12,09%), chất hóa dẻo năng lượng cao (nitroglycerin), chất hóa dẻo phụ/điều chỉnh năng lượng (DNT, DBP, DEP), chất an định hóa học (centralite N°1, centralite N°2), phụ gia công nghệ (vaseline) và phụ gia điều chỉnh tốc độ cháy.
  • Mô hình cháy lớp song song: Thuốc phóng tự cháy không cần oxy ngoài không khí qua 3 giai đoạn và 5 vùng phản ứng (vùng nung nóng pha ngưng tụ, vùng phản ứng hóa học bề mặt, vùng xáo trộn/sủi bọt, vùng tối và vùng ngọn lửa).
  • Phương trình truyền nhiệt Michaelsol:

$$T(x) = T_0 + (T_s - T_0)\exp\left(-\frac{u}{\kappa}x\right)$$

(trong đó $T_0$ là nhiệt độ ban đầu, $T_s$ là nhiệt độ bề mặt pha ngưng tụ, $\kappa$ là hệ số dẫn nhiệt, $u$ là tốc độ cháy, $x$ là khoảng cách đến bề mặt cháy).

  • Cơ chế thu nhiệt của $\gamma$-POM: Quá trình chuyển pha tiêu tốn $2\text{ kJ/g}$, phân hủy $\text{CH}_2\text{O}$ thành $\text{CO}$ và $\text{H}_2$ tiêu tốn $0{,}2\text{ kJ/g}$, làm giảm nhiệt độ vùng phản ứng sát bề mặt.

Bảng chỉ tiêu kỹ thuật của $\gamma$-POM sử dụng trong nghiên cứu (theo TY 84-841-79)

TT Hạng mục Yêu cầu kỹ thuật
1 Công thức hóa học $\text{CH}_3\text{O}(\text{CH}_2\text{O})_n\text{CH}_3$, với $n = 100 \div 300$
2 Trạng thái bề ngoài Dạng bột, không lẫn tạp chất
3 Màu sắc Trắng đến xám
4 Nhiệt độ nóng chảy $160 \div 180\text{ }^\circ\text{C}$
5 Hàm lượng ẩm $\le 0{,}7%$
6 Độ pH Trung tính
7 Độ mịn (phần còn lại trên rây $0{,}1\text{ mm}$) $\le 1{,}5%$

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Chế tạo mẫu: Phương pháp tạo bán thành phẩm nitromass (trộn, nấu), cán keo hóa trên máy cán hai trục, đúc ép định hình thỏi thuốc phóng ballistic.
  • Phương pháp phân tích nhiệt và tương hợp hóa học: Phân tích nhiệt quét vi sai (DSC), phân tích nhiệt vi sai (DTA), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA/TG), phương pháp thử độ bền chân không (VST) và phương pháp LAVA (áp kế chân không).
  • Phương pháp đo cơ lý: Phân tích cơ động học (DMA), đo độ bền ứng suất kéo đứt và nén trên máy đo cơ tính vạn năng.
  • Phương pháp khảo sát đặc tính cháy và năng lượng: Đo nhiệt lượng cháy bằng bom nhiệt lượng kế; đo thể tích khí cháy quy về điều kiện tiêu chuẩn; đo tốc độ cháy theo áp suất trong bom áp suất hằng định (bộ gá đo tốc độ cháy); quan sát hình thái bề mặt dập cháy bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích thành phần nguyên tố (EDS).
  • Phương pháp tính toán nhiệt động: Sử dụng phần mềm REAL để tính toán thành phần cân bằng sản phẩm cháy, nhiệt độ cháy lý thuyết và thể tích khí sinh ra.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về thuốc phóng keo ballistic hai gốc, phân loại phụ gia và cấu trúc bình tích áp sinh khí (PAD) của tên lửa phòng không tầm thấp. Tác giả phân tích cấu tạo bộ tích áp gồm vỏ bình, bộ lọc, thỏi thuốc phóng dạng ống có các rãnh/bề mặt ức chế, vòng hỏa thuật và cụm mồi lửa điện. Bình làm việc với áp suất cực đại dưới $240\text{ kG/cm}^2$, thời gian hoạt động yêu cầu $\ge 11\text{ giây}$ ở $+50\text{ }^\circ\text{C}$ và $\ge 14\text{ giây}$ ở $-50\text{ }^\circ\text{C}$.

Chương này cũng tổng kết tính chất hóa lý, các cơ chế phân hủy chậm của $\gamma$-POM (sức căng phân tử, gốc tự do, cơ chế ion) và động học phân hủy nhiệt theo 2 giai đoạn tạo formaldehyde ($\text{HCHO}$) dưới $400\text{ }^\circ\text{C}$ và $\text{CO}, \text{H}_2, \text{CO}_2$ trên $600\text{ }^\circ\text{C}$.

Bảng số liệu cơ tính tham chiếu của thuốc phóng ballistic (theo tác giả Rogov)

Chỉ tiêu cơ học Ở nhiệt độ $+50\text{ }^\circ\text{C}$ Ở nhiệt độ $+20\text{ }^\circ\text{C}$ Ở nhiệt độ $-50\text{ }^\circ\text{C}$
Độ bền nén giới hạn ($\sigma_c$), $\text{kG/cm}^2$ $25 \div 60$ $100 \div 250$ $910 \div 1100$
Độ bền nén phá hủy ($\sigma_{ph}$), $\text{kG/cm}^2$ $50 \div 150$ $250 \div 350$ $1200 \div 1800$
Độ biến dạng nén ($\varepsilon_c$), $%$ $40 \div 50$ $35 \div 40$ $10 \div 15$
Độ bền kéo đứt ($\sigma_p$), $\text{kG/cm}^2$ $15 \div 25$ $60 \div 150$ $300 \div 400$
Độ dãn dài khi đứt ($\delta$), $%$ $19 \div 24$ $10 \div 15$ $1 \div 2$
Modul đàn hồi kéo ($E$), $\text{kG/cm}^2$ $300 \div 500$ $2000 \div 3000$ $20000 \div 30000$

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị mẫu và hệ thống thiết bị đo kiểm. Quy trình chế tạo mẫu trải qua các bước: phối liệu nitromas, ngâm tẩm hóa dẻo, cán đồng hóa trên máy cán nhiệt ở nhiệt độ xác định, đúc ép thủy lực tạo mẫu thỏi hoặc mẫu đo cơ lý theo tiêu chuẩn quân sự.

Chương này trình bày nguyên lý đo tương hợp bằng phương pháp VST (đo lượng khí thoát ra của hỗn hợp so với các chất thành phần riêng biệt ở nhiệt độ cao), phương pháp quét nhiệt DSC/TGA để xác định nhiệt độ bắt đầu phân hủy tỏa nhiệt ($T_{onset}$), quy trình đo tốc độ cháy trong bình áp suất cao có cửa sổ quang học hoặc đầu đo áp suất, và phương pháp xác định độ an định bằng thiết bị đo áp suất vi sai LAVA.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được:

  1. Khả năng tương hợp hóa học của $\gamma$-POM:

    • Kết quả DSC, TG và VST chứng minh $\gamma$-POM có độ tương hợp hóa học tốt với NC N°3, DBP, vaseline, centralite N°2 và hệ nền thuốc phóng ballistic. Sự phối trộn không làm thay đổi đột biến nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt của hỗn hợp.

  2. Ảnh hưởng của $\gamma$-POM đến tính chất cơ - lý - hóa và năng lượng:

    • Tăng hàm lượng $\gamma$-POM làm thay đổi độ bền kéo và độ bền nén của mẫu thuốc phóng; ảnh hưởng đến cấu trúc mạng keo hóa của colocxilin.
    • Hàm lượng $\gamma$-POM tỷ lệ nghịch với nhiệt lượng cháy ($Q$) của thuốc phóng do $\gamma$-POM tiêu tốn nhiệt lượng để nóng chảy và phân hủy; đồng thời làm tăng thể tích khí sinh ra ($V_k$) quy về điều kiện tiêu chuẩn nhờ quá trình phân hủy tạo các phân tử khí có khối lượng mol nhỏ.

  3. Ảnh hưởng đến tốc độ cháy và bề mặt cháy:

    • $\gamma$-POM đóng vai trò chất ức chế cháy loại 1 và loại 3, làm giảm tốc độ cháy thẳng của thuốc phóng ở các dải áp suất khảo sát. Kích thước hạt $\gamma$-POM càng mịn thì hiệu ứng phân tán và ức chế cháy càng đồng đều.
    • Khi kết hợp $\gamma$-POM với các phụ gia xúc tác cháy kim loại (hệ đồng chì phthalate, $\text{PbO}$, chì salicylate), quy luật cháy xuất hiện vùng điều hòa tốc độ cháy (plateau) ở dải áp suất công tác của bình tích áp. Ảnh chụp SEM bề mặt dập cháy và phổ EDS xác nhận sự tồn tại của các hạt xúc tác chì/đồng phân bố trên khung muội carbon.

  4. Nghiên cứu độ an định hóa học trên thiết bị LAVA:

    • Thực nghiệm ở $110\text{ }^\circ\text{C}$ giải thích hiện tượng mẫu thuốc phóng chứa $\gamma$-POM nhanh chóng đạt ngưỡng áp suất giới hạn ($60\text{ mmHg}$) của tiêu chuẩn TCVN/QS 629:2019 chỉ sau thời gian ngắn ($3{,}25\text{ giờ}$) do quá trình phân hủy tạo khí tự nhiên của $\gamma$-POM chứ không phải do hệ thuốc phóng bị mất an định (tốc độ tăng áp suất $W_{ch} = 18{,}5\text{ mmHg/h} < 40\text{ mmHg/h}$).
    • Khảo sát sự thay đổi áp suất tại điểm gãy theo nhiệt độ và tỷ lệ $\gamma\text{-POM}/\text{Centralite N°2}$, từ đó xác định thời gian chịu nhiệt thực tế của thuốc phóng.

  5. Ứng dụng thiết kế đơn thành phần cho bình tích áp tên lửa PKTT:

    • Tính toán thiết kế đơn phối liệu tối ưu; chế tạo thử nghiệm thỏi thuốc phóng cho bình PAD.
    • Kết quả thử nghiệm xạ thuật và tính năng áp suất - thời gian ($P-t$) trên động cơ tích áp thực tế cho thấy sản phẩm chế thử đạt các chỉ tiêu tương đương mẫu thuốc phóng của nước ngoài.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học

  • Làm sáng tỏ quy luật tương hợp và cơ chế tác động đồng thời của phụ gia $\gamma$-POM đến các đặc tính cơ học, nhiệt động hóa học, thể tích khí và động học quá trình cháy của hệ thuốc phóng keo hai gốc ballistic (NC + NG).
  • Xác định quy luật tương tác giữa chất ức chế cháy $\gamma$-POM và các hệ xúc tác cháy hợp chất chì/đồng trong việc hình thành vùng cháy điều hòa (plateau) ở dải áp suất thấp và trung bình.
  • Giải thích bản chất hiện tượng tăng áp suất khí trong buồng đo LAVA ở $110\text{ }^\circ\text{C}$ đối với thuốc phóng chứa $\gamma$-POM, chỉ ra giới hạn chưa phù hợp của tiêu chuẩn TCVN/QS 629:2019 đối với các dòng thuốc phóng giàu chất tạo khí.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  • Xây dựng được đơn phối liệu và quy trình công nghệ chế tạo thỏi thuốc phóng ballistic chứa $\gamma$-POM đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của bình tích áp sinh khí (PAD) dùng trong tên lửa phòng không tầm thấp.
  • Chế tạo thành công các mẫu thuốc phóng thử nghiệm có tính năng thuật phóng, thời gian làm việc và áp suất sinh khí tương đương với mẫu nguyên bản trang bị trên các tổ hợp khí tài quân sự.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Do yêu cầu bảo mật quân sự và điều kiện trang thiết bị, một số chỉ tiêu thực nghiệm sâu về động học phản ứng trung gian trong pha khí ở điều kiện áp suất rất cao chưa được phân tích toàn diện.
  • Phương pháp thử nghiệm lão hóa dài hạn ở dải nhiệt độ thường (nhiệt độ bảo quản thực tế) chưa thể hoàn thành trọn vẹn trong thời gian thực hiện luận án do chu kỳ già hóa tự nhiên kéo dài nhiều năm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Hoàn thiện và đề xuất bổ sung phụ lục hoặc sửa đổi tiêu chuẩn ngành quân sự (TCVN/QS) về phương pháp đánh giá độ an định bằng thiết bị áp kế LAVA riêng biệt cho nhóm thuốc phóng sinh khí chứa $\gamma$-POM.
  • Mở rộng khảo sát độ ổn định cơ lý và xạ thuật của thỏi thuốc phóng chế thử sau các chu kỳ bảo quản thử nghiệm gia tốc nhiệt ẩm mô phỏng khí hậu nhiệt đới.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị đối với:

  • Cán bộ nghiên cứu, kỹ sư ngành Kỹ thuật Hóa học Quân sự, Vũ khí - Đạn dược: Tham khảo trực tiếp đơn thành phần phối liệu, quy trình công nghệ cán keo hóa, đúc ép và các công thức điều chỉnh tốc độ cháy thuốc phóng hai gốc ballistic.
  • Các cơ sở sản xuất, viện nghiên cứu công nghiệp quốc phòng: Ứng dụng quy trình công nghệ và phương pháp kiểm nghiệm để sửa chữa, phục hồi hoặc sản xuất mới thỏi thuốc phóng cho bình tích áp của các tổ hợp tên lửa phòng không tầm thấp.
  • Giảng viên, học viên sau đại học chuyên ngành Hóa nổ, Thuốc phóng - Thuốc nổ: Sử dụng làm tài liệu học tập, tham khảo về phương pháp phân tích nhiệt (DSC, TGA, VST), cơ chế ức chế/xúc tác quá trình cháy pha ngưng tụ và cơ sở đánh giá độ bền an định hóa học.

Câu hỏi thường gặp

1. $\gamma$-POM đóng vai trò gì trong thành phần thuốc phóng bình tích áp (PAD)?

$\gamma$-POM đóng hai vai trò cốt lõi:

  • Là chất ức chế cháy (loại 1 - nhiệt hóa và loại 3 - động học), làm giảm nhiệt lượng cháy và hạ tốc độ cháy của thuốc phóng nhờ quá trình chuyển pha thu nhiệt ($2\text{ kJ/g}$) và phân hủy tạo $\text{CH}_2\text{O}$ ($0{,}2\text{ kJ/g}$).
  • Là chất tạo khí, khi phân hủy tạo ra các khí có khối lượng mol phân tử nhỏ ($\text{HCHO}, \text{CO}, \text{H}_2, \text{CO}_2$), làm tăng đáng kể thể tích khí sinh ra trên một đơn vị khối lượng thuốc phóng, đáp ứng yêu cầu sinh áp lực khí làm việc cho bình tích áp.

2. Vì sao tiêu chuẩn TCVN/QS 629:2019 bộc lộ điểm chưa phù hợp khi thử độ an định thuốc phóng chứa $\gamma$-POM trên máy LAVA?

Tiêu chuẩn TCVN/QS 629:2019 quy định thử nghiệm ở $110\text{ }^\circ\text{C}$ trong $7\text{ giờ}$, nếu áp suất buồng đo vượt quá $60\text{ mmHg}$ thì kết luận thuốc phóng mất an định. Tuy nhiên, thuốc phóng chứa $\gamma$-POM khi gia nhiệt ở $110\text{ }^\circ\text{C}$ sẽ sinh ra một lượng khí phân hủy tự nhiên từ $\gamma$-POM làm áp suất đạt $60\text{ mmHg}$ chỉ sau $3{,}25\text{ giờ}$, trong khi tốc độ tăng áp ($W_{ch} = 18{,}5\text{ mmHg/h}$) vẫn nằm dưới ngưỡng cho phép ($< 40\text{ mmHg/h}$) và thuốc chưa hề đạt điểm gãy phân hủy tự xúc tác. Do đó, tiêu chí áp suất $60\text{ mmHg}$ của tiêu chuẩn cũ dẫn đến đánh giá sai lệch về bản chất an định của loại thuốc phóng này.

3. Thành phần cơ bản của một hệ thuốc phóng keo hai gốc ballistic gồm những nhóm cấu tử nào?

Một hệ thuốc phóng keo ballistic cơ bản gồm 6 nhóm cấu tử chính:

  • Polyme nền tạo năng lượng: Nitrocellulose (colocxilin NC N°3, chiếm $54 \div 60%$).
  • Dung môi hóa dẻo năng lượng cao: Nitroglycerin ($25 \div 45%$).
  • Chất hóa dẻo phụ và điều chỉnh năng lượng: DBP, DEP, DNT ($8 \div 11%$).
  • Chất an định hóa học: Centralite N°1, Centralite N°2 ($1 \div 3%$).
  • Phụ gia công nghệ: Dầu vaseline, kẽm stearate (đến $2%$).
  • Phụ gia xúc tác, ổn định và ức chế quá trình cháy: Các hợp chất chì, đồng, oxit kim loại, $\gamma$-POM (đến $5%$).

4. Các hệ xúc tác kim loại ảnh hưởng như thế nào đến đường cong tốc độ cháy của thuốc phóng ballistic chứa $\gamma$-POM?

Khi phối hợp các muối hữu cơ hoặc oxit kim loại của chì và đồng (như đồng chì phthalate, $\text{PbO}$, chì salicylate), quá trình cháy xuất hiện hiện tượng biến đổi theo áp suất: giai đoạn tăng tốc mạnh (super-rate) ở áp suất thấp, sau đó chuyển sang giai đoạn điều hòa tốc độ cháy (plateau, hệ số mũ áp suất $\nu \approx 0 \div 0{,}2$) ở dải áp suất làm việc. Hiện tượng này giúp ổn định áp suất và lưu lượng khí xả của bình tích áp trong suốt thời gian tên lửa bay.

Kết luận

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật của nghiên cứu sinh Dương Ngọc Cơ đã giải quyết một vấn đề kỹ thuật chuyên ngành quan trọng thông qua việc khảo sát có hệ thống ảnh hưởng của phụ gia $\gamma$-POM đến các đặc tính cơ học, năng lượng, tốc độ cháy và độ an định của thuốc phóng keo ballistic hai gốc. Công trình đã làm rõ bản chất nhiệt động, cơ chế ức chế cháy thu nhiệt của $\gamma$-POM, giải thích hiện tượng sinh khí trên thiết bị đo an định LAVA và ứng dụng thành công vào thiết kế đơn thành phần thuốc phóng cho bình tích áp tên lửa phòng không tầm thấp. Kết quả nghiên cứu có giá trị ứng dụng thực tiễn cao trong công tác bảo đảm kỹ thuật, sửa chữa và làm chủ công nghệ chế tạo vật liệu thuốc phóng đặc chủng phục vụ quốc phòng.