两次世界大战期间各国发射药简介

克虏伯火炮 · 发表于 2012-10-20 22:40

本帖最后由克虏伯火炮于 2012-10-20 22:42 编辑

一战前各国发射药
一.单基发射药
　　世界第一种“无烟火药”是由法国化学家Paul Vielle在1884年发明的，并在1890年被海军所采用，称作Poudre B或者B火药。它是使用醇、醚混合溶剂塑化硝化棉制得的一种单组分火药，主要成分是硝化纤维。它在爆燃做功后不会产生浓烟，所以称作“无烟火药”。它的火药力高达900—1000千焦／干克，也比以往的黑色火药褐色火药高得多。此后，世界各国分别仿制、引进或者另行开发了硝化纤维以及硝化纤维/硝化甘油发射药，而迅速取代了黑火药、棱形火药等性能低劣的“有烟”火药。
　　然而这种早期的法国硝化纤维容易自燃，战列舰 Liberté 和 Iéna号的损失就被认为是它们自燃导致的。后来，这种发射药通过加入添加剂二苯胺作为稳定剂和严格控制制造和清洗过程，消除残留的酸而改善，这就是BM型发射药。
　　BM发射药一般都加工成片状颗粒，用字母BM后加数字标识片状颗粒厚度，比如BM15。但这个数字只是一个大概数。
　　BM型发射药是法国一战前后所使用的最主要的发射药，甚至二战期间大部分法国火炮仍主要使用这种发射药。
　　
　　日本海军在1893年之前使用从不列颠、荷兰或者比利时购买的褐色棱形火药。在1888年，日本陆军负责采购用于它自己和海军的发射药，测试了法国Poudre B型发射药，测试结果是可以接受的。随后日本在1893年购买了生产设备，开始国内生产这种发射药。
　　
　　美国从1896年开始，在纽波特、罗德岛州小规模生产SP型（smokeless powder）单基硝化纤维发射药。
　　但是这种无烟火药的性能会随着存放时间的加长、包含的两种挥发性物质（乙醚和乙醇）的蒸发而恶化。它有效存放期的长短在很大程度上取决于存放条件，潮湿和高温会加速其恶化。
　　在1905年，George Patterson尝试添加变色剂（rosaniline）到这种发射药中，继而开发出SPR型发射药。这种添加剂对发射药的稳定性没有改善，但却能在发射药恶化形成酸性物质之后通过改变颜色来显示其状态。这种发射药在1905至1908年用了一段短暂的时间。
　　Patterson又在1908年建议放弃变色剂而添加二苯胺来作为稳定剂，这就是SPD型发射药。它含有99.5%的硝化纤维（N元素含量12.6%），0.5%的二苯胺。这种新型发射药在1912年被采用作为标准制式发射药。
　　SPD型发射药被证明当适当地储存时具有很好的稳定特性。这种发射药在第一次世界大战之前大量制造，并稳定存放了12年之久而没有丧失稳定性。在第二次世界大战期间美国海军所使用的最主要的发射药就是SPD型多孔管状发射药，这是一种平、短圆柱形颗粒，通常有七个孔，孔的大小从用于短身管3英寸炮发射药的0.58毫米，到用于16英寸炮发射药的4.42毫米。
　　SPD型发射药有很好的安全性记录，部分归因于单基发射药难于被点燃和迟缓的燃烧性质，部分归因于它的制造加工过程的质量控制。
　　
　　硝化纤维单基发射药的优缺点
　　硝化纤维作为枪炮的发射药，性能和比以前的黑火药好得多，其优点是火药力大、没有烟、燃速温度系数小、对枪炮管烧蚀小。但随着火炮技术的发展，对火药性能的要求越来越高，单基发射药有如下不足：
　　1.由于在制造过程中必须用有机溶剂“胶化”硝化纤维，而在压延成型后又必须再祛除这些溶剂，所以这些溶剂只能用挥发性的。在制成成品后的干燥过程中，随着溶剂的挥发，药粒收缩变形现象十分严重。同时，挥发性的溶剂与空气混合，有可能形成可燃混合气，这对储存、运输时的安全性十分不利。
　　2.溶剂挥发后，发射药的角质状药管就成为多孔结构，比表面积相当大，所以具有相当明显的吸湿性。当它们在潮湿的空气中较长时间暴露后，就会因为吸收了水而改变了其能量特性，这样，使用预定好的装药发射时炮弹的初速也将随之改变，从而大幅度降低射击的准确性。
　　3.硝化纤维发射药对压力比较敏感，也就是随着所受到压力的增加，它的爆燃速度将显著提高，导致炮膛压力急剧上升，甚至当N元素含量量较高的时候能够转化为爆轰。在小口径火炮中，由于弹丸在炮管内停留的时间极短，压力对爆速的影响作用不大，所以硝化纤维发射药能够保证不大的初速误差。但用于大口径火炮时，它这种对压力敏感的特性就表露无遗，对弹道特性的影响将导致炮口初速误差明显增大。所以硝化纤维发射药不大适合于大口径长身管火炮，这是一个很大的缺点。
　　4.硝化纤维发射药的含热量一般在950千卡/千克左右，虽然用于大口径长身管火炮时对火炮身管的烧蚀作用仍然比较明显，但对于想得到高初速的小口径炮来说有时却显得不够大。
吸湿性和用于大口径炮的高发热量问题，可以通过加入适当的添加物来解决。但对压力敏感的缺陷却无法根除。为了进一步提高发射药的性能，出现了硝化甘油-硝化纤维双基发射药。

克虏伯火炮 · 发表于 2012-10-20 22:41

本帖最后由克虏伯火炮于 2012-10-22 12:27 编辑

二.双基发射药
　英国在1889年发明制造出Mark I型柯达无烟火药Cordite，它由37%的硝化纤维（N元素含量13.1%）、58%的硝化甘油和5%的凡士林组成。凡士林常用于制造工业作为润滑剂，但后来发现它对缓解不饱和烃的分解过程有效，所以在这里用来做安定剂。
　　在早期的6英寸速射炮的试验中显示，这种火药比传统的有烟火药和褐色火药强大得多，这种炮由6千克的新型Mark I柯达火药即可取代原先的25千克褐色棱形火药。此后，柯达无烟火药就广泛地应用于英国各种火炮。
　　柯达发射药通常制作成圆柱形颗粒，其型号数字代表制造它的挤压机孔直径，单位为0.01英寸。如Cordite-30表示其挤压机直径为0.3英寸。
　　Mark I型柯达发射药最早在1893年用于3磅、6磅和4.7英寸、6英寸火炮，1895年5月用于12英寸炮。通常火炮直径越大，其发射药颗粒直径越大。比如12英寸Mark VIII 型和IX 型炮使用Cordite-50型颗粒，而6英寸炮使用Cordite-30型颗粒，Hotchkiss 3磅炮使用Cordite-5型颗粒。
　　Mark I型柯达发射药燃烧非常猛烈，爆发温度高，对膛线烧蚀和磨损较大。由于这个原因，对该种发射药中的硝化甘油和硝化纤维的比例进行了调整以提高炮管寿命。这种发射药称为MD（Modified）型，它于1901年投入使用，其成分组成为65%的硝化纤维（N元素含量13.1%）、30%硝化甘油和5%凡士林。
　　由于降低了爆热高达6400千焦/千克的硝化甘油的比例，提高了爆热只有4000千焦/千克左右的硝化纤维的比例，所以这种发射药的能量特性相比于Cordite发射药较弱。但因为爆发温度有所降低，所以炮管的寿命可得以提高。当发射的弹道性能一致时，MD型发射药要比Mark I型Cordite发射药重25%，但却可以使炮管的使用寿命延长一倍。
　　MD型发射药在干燥过程中也有较高的收缩率，通常干燥后会缩小0.34至0.45英寸的直径（8.6-11.4毫米）。
　　绝大多数火炮都采用柱状颗粒的MD发射药，但后期（约1908年以后）至少为4英寸Mark III型速射炮制造了管状颗粒发射药。
　　一战期间Mark I 型和MD型发射药都有应用，但它们的存储特性都不好，稳定性会退化，这个特性导致一战时期有几艘倒霉的英国战舰被点爆了弹药库而沉没。
　　1917年4月英国MD型发射药的一个重大改进就是改用经过梳理的棉花制造无烟火药，使用至少硝化2.5小时的强火棉，严格检查控制生产过程，并由矿物脂代替凡士林以改进稳定性。这种改良的发射药称作MC型（Modified Cracked）。这种发射药一生产出来就用于替换现有的不安全的发射药，到1917年春天替代了6100吨旧的无烟火药。然而1917年7月9日，英国圣文森特级战列舰先锋号弹药库爆炸事件，使这一计划进一步加快，1918年9月大舰队全部完成了换装。
　　正确和谨慎制造的MC型发射药，它会是相当安全的，所以一直到二战时仍在使用，作为一些替代发射药。
　　像Mark I 型柯达火药一样，不同号数的MD和MC型发射药表示所使用的挤压机孔直径的不同，为0.01英寸。最常见的型号是MD4.5（用于3磅炮），MD8，MD11，MD19，MD26，MD37（用于9.2英寸炮），和MD45用于12英寸以及更大口径炮。更大颗粒的MD55曾尝试用于更大口径的炮，但最终发现不能消除全部挥发性溶剂。
　　
　　日本
　　1888年英国造巡洋舰吉野号到日本服役的时候，日本同时引进了不列颠Mark I型柯达无烟火药，1903年3月19日，所有在服役的海军QF型火炮都采用了这种发射药，日本称为C型，并命名为Jinjô Chûjô，("common cord like powder")。
　　直到日俄海战时，所有海军的发射药都还是进口的。而随着英日第一次结盟关系良好升温、进而在1905年第二次结盟，英国给日本的技术援助越来越多。1907年日本与威廉-阿姆斯特朗公司（Sir William Armstrong）签订了一个合同，在平冢神奈川（Hiratsuk City, Kanagawa Prefecture）建立一个工厂，制造英国MD型线状无烟火药。这个工厂在1908年11月建成，生产MDC线状发射药和MDT型管状发射药。在1919年，日本海军完全买下了这个工厂，重新命名为Kaigun Kayakukô（海军发射药工厂）。
　　在1912年，日本发展成熟并生产了自己的第一种海军发射药。它是引进英国的MD发射药略作改进二来的，被称为C2或2型线状无烟火药。但这种发射药一直到1917年才成熟，9月12日正式被采用，它由65%硝化纤维、30%硝化甘油，3%矿脂和2% 的jara jara(beta naphthol methyl ether)组成。这种发射药也有制成管状颗粒的，称作T2。
　　
　　德国最迟也在1906年开始制造硝化甘油双基发射药。
　　与同时代别国大都采用的柱状、片状发射药颗粒不同，早在20世纪初期德国双基发射药就全部制作成中空管状颗粒，称为RP （Rohr-Pulver或者Tube powder）型发射药。这种发射药以某年式命名，RP C/其后跟随的数字就代表开发出它的年代，而再往后的括号里的数字则代表管状颗粒的外径和内直径。比如RP C/06（14/4.9）的意思是一种开发于1906年的管状颗粒发射药，其外径为14毫米，内径为4.9毫米。
　　必须注意到的是，圆柱形和片状颗粒的发射药，因为在燃烧时其表面积逐渐减小，所以燃烧速度越来越小，这对枪炮内弹道性能有不利的影响。德国采用的这种管状颗粒，则在燃烧时有一个大致不变的燃烧表面积，所以燃烧速度稳定，可以产生更多的气体，对内弹道性能更加有利。
　　1906年研制成功的RP C/06型发射药，由70.5%的硝化纤维（N元素含量12%），23.5%硝化甘油，5%凡士林，1%碳酸氢钠组成。这种发射药作为标准发射药一直使用到第一次世界大战之前。
　　硝化纤维主要由棉花经硝化得到，因为棉花几乎是纯纤维素。从棉花制得的硝化纤维称为短花，或者硝化棉。但德国是个资源缺乏的国家，棉花也是需要每年进口的，所以在第一次世界大战时德国就不得不改用木纤维素来制造硝化纤维。
　　
　　英国在一战之前由Chilworth Gunpowder 公司制造了双基发射药CSP2。这种发射药被作为柯达火药的替代品，广泛地用于 Elswick 出口的武器。CSP2由70.5%的硝化纤维、23.5%的硝化甘油、5%的凡士林和1%的碳酸氢钠组成。很显然它与德国的RP C/12发射药几乎完全一样，可能就是从德国引进的。
　　1910年以后，意大利的诺贝尔-代拿麦特公司也开始制造这种发射药。
　　
　　截止到1912年，使用硝化甘油双基发射药的几个国家各型发射药，其生产过程与单基硝化纤维发射药一样，都是通过挥发性有机溶剂胶化来制得的，只是所使用的溶剂以乙醇-丙酮代替乙醇-乙醚。另外因为溶剂蒸气中含不安全的硝化甘油蒸气，故不对溶剂蒸汽进行回收而已。
　　很显然，使用有机溶剂的发射药，在干燥过程中颗粒的收缩变形问题、弹道性能不稳定问题相比于单基硝化纤维发射药是没有明显改善的，仅仅是吸湿性因为硝化甘油的加入而有所改善。另外把溶剂混合到发射药成分中，成型后再排除出来所浪费的时间和费用相当大，这一缺点在战争期间随着火药需求量的大幅度增加将变得更加明显。
　　1912年，德国人对双基发射药的配方和加工工艺做了重要的改进，发明了一种“无溶剂”的双基火药。它使用不具有挥发性的中定剂（对称二乙基二苯脲）作为增塑剂，提高火药的可塑性以完成压延加工过程。将硝化甘油、增塑剂和一些必要的附加物等溶合在一起，再与分散在水中的硝化棉一起于60℃下搅拌混合均匀，经离心除水后，形成以硝化甘油和硝化棉为主的吸收药团。将吸收药团通过双滚机进一步去水和塑化，待压延至药料完全呈胶质状态并达到规定厚度后，再经切药机切成规定的尺寸，即制成片状炮药产品。中定剂并不在发射药制成后去除，而是留下来作为一种效能显著的稳定剂，提高了火药的化学稳定性。留下增塑剂还在很大程度上减少了成品在干燥过程中的收缩变形。
　　这种无溶剂发射药称为RP C/12，由64.13%硝化纤维（N元素含量11.9%），29.77%硝化甘油，5.75%中定剂（二乙基联苯基脲），0.25%氧化镁，0.10%石墨组成，是德国在第一次世界大战中最主要的发射药。
　　
　　英国MD型发射药在1917年4月一个重大的改进就是改用经过梳理的棉花制造无烟火药，使用至少硝化2.5小时的强火棉，严格检查控制生产过程，并由矿物脂代替凡士林以改进稳定性。事后证明，与英国此前的发射药相比，正确和谨慎制造的MC型发射药是相当安全的。
　　这种改良的发射药称作MC型（Modified Cracked），这种发射药一生产出来就落实到位，在1917年春天就替代了6100吨旧的无烟火药。然而1917年7月9日，英国圣文森特级战列舰先锋号弹药库爆炸事件，使这一计划进一步加快，1918年9月大舰队完成了换装。
　　这种发射药一直到二战时仍在使用，但主要是作为SC型发射药的替代品。
　　
　　硝化纤维双基发射药的优缺点
以上所述这些双基发射药，由于成分配比的不同，其特点也各不相同。总的来说，双基发射药具有比单基发射药高的能量特性，尤其是英国Mark I 型柯达火药，它硝化甘油含量高，硝化纤维的N元素含量量也高，所以单位发热量相当大。但这也导致它的爆发温度比硝化纤维单基发射药高得多，对枪炮身管的烧蚀作用严重得多。另外这种发射药的炮口闪光也比较强烈。

saibaby · 发表于 2012-10-20 22:42

好贴。这方面的文章真心不多

克虏伯火炮 · 发表于 2012-10-20 22:42

本帖最后由克虏伯火炮于 2012-10-22 14:00 编辑

一战后各国发射药的进展
　　第一次世界大战后，根据凡尔赛和约，英国和法国得到了国无溶剂发射药这一技术成果。此后两国都研究和学习了RP C/12型发射药，并在其基础上相继开发出“自己的”SC型和SD型无溶剂发射药。
　　德语POL=无溶剂火药，法语SD=无溶剂，英语SC=无溶剂柯达火药。
　　
　　法国
　　一战期间大部分国家没有足够正确地估计硝化甘油发射药。比如虽然法国在发射药发展方面也做了很多工作，但在大量生产中还未能运用自己的成果。它仍旧依恋于自己古老的硝化纤维带状BM型发射药，用于自己几乎所有的火炮。在此期间内这种发射药唯一的改进项目，是一些138.6毫米炮所使用的发射药中加入了氯化钾，以降低炮口焰（闪光）。
　　尽管有了德国无溶剂双基发射药RP C/12的配方表以后，法国人还是过于谨慎，没有大规模应用双基发射药。法国为硝化甘油的压延加工建造了专门的工房，这些工房实际上是一些十分坚固的塔。而且一直到1930年代开始，才在一些为数不多的重炮中使用硝化甘油发射药，包括海军的380毫米和330毫米的大口径舰炮。
　　法国为大口径炮制造的无溶剂发射药以SD命名。事实上这种发射药的成分和含量比例都与德国RPC/12类似，包括64-65%的硝化纤维、25%的硝化甘油和8-9%的中定剂，外形也是制作成单管状颗粒。与BM型发射药相似，其产品代号是由SD后加一个大概标识颗粒尺寸的数字，其中SD19用于330毫米炮，而SD21用于380毫米炮。SD19外径约14毫米，内径约4毫米，SD21尺寸稍大。
　　
　　英国
　　英国化学家在1927年研究了德国一战时期使用的RPC/12型无溶剂发射药之后，发展了一种比自己的MD、MC型发射药更加稳定的无烟火药，称为SC型（solventless cordite，也被认为是solventless carbamite）。它主要是学习采纳了RP C/12的无溶剂制造工艺，以及使用德国中定剂（二乙基二苯基脲）来代替原先的稳定剂（矿物凡士林），并调整了硝化纤维和硝化甘油的比例。此后这种发射药迅速取代了旧的发射药，并成为二战期间最主要的发射药。
　　SC发射药首先制成圆柱形，但也有少数制成管状。SC型发射药的命名也是模具孔直径，但不同的是其单位为0.001英寸。管型颗粒的发射药使用两个数字标识，第一个数字是标明其外直径，第二个数字标明其内直径，其单位都是0.001英寸。典型的SC型管状发射药如SC T 100-40，HSC 和 HSCT型发射药如HSCT/K 134-055，K表示使用钾冰晶石作为中定剂。
　　SC型发射药的组成为49.5%的硝化纤维（N元素含量量12.2%）、41.5%的硝化甘油和9%的中定剂（也叫做carbamite），后者用作稳定剂。中定剂不仅改善了其稳定性，还减少了制造过程中的变形问题，这使其有更好的尺寸稳定性。这也使其可用作更大尺寸的药形，最大的型号是SC500，用于Mark VII 型14英寸多佛跨海峡大炮。然而SC型发射药比较硬，在压延成型时需要比MD型有更大的压力。
　　SC型发射药广泛应用于二战并且比过去的发射药安全记录良好得多，虽然胡德号的沉没可能要归因于它。
　　英国也制作了一种称作HSC（Hot Solventless Carbamite）或者HSCT（Hot Solventless Carbamite）的发射药用于6磅、3磅和2磅炮，其成分为49.5%的硝化纤维，47%的硝化甘油和3.5%的中定剂。
　　
　　意大利
　　意大利由于缺乏纤维素，主要是生产巴里蒂斯型硝化甘油发射药。
　　在第二次世界大战之前，意大利一直使用C型发射药，其典型组成成分为：68.5%硝化纤维，25.5%硝化甘油，5%凡士林，1%碳酸氢钠。这种发射药显然地来源于Elswick 公司的CSP2 ，化学组分类似于RP C/06。
　　意大利在1936年从Dinamite Nobel（代拿麦特-诺贝尔）公司引进了无溶剂发射药NAC、从Bombrini-Delfino引进了FC4。NAC发射药包含66%nitroacetylcellulose（此物为硝化纤维混入少量醋酸纤维），27%硝化甘油和7%中定剂。FC4是64%硝化纤维，28%硝化甘油，4%phthalit，3%中定剂和1%凡士林。
　　这些发射药的颗粒通常为单一管状设计，虽然50倍口径15英寸炮所用的在点火剂末尾也有一个圆盘状发射药，后者的作用可能是加速装药的点燃。战争期间还引入了添加氯化钾从而减少炮口闪光的发射药，被用于口径从120毫米到203毫米的火炮。
　　战后，意大利人采用了一种类似于美国海军NACO型发射药的单基发射药，型号称作M，比如M8或者M10。
　　
　　日本
　　1920年，日本也像德国RP C/12型发射药一样，采用了把中定剂作为一种凝胶剂添加到其中的技术。到了1924年，这种发射药成为了日本海军的标准制式发射药，称为DC型(for Doku = Deutsch or German Cordite)发射药。此后进一步开发出了DC2型发射药。
　　大约在1938年引进了含有硫酸钾和水合纤维素的相当让人满意的无焰发射药，称作FD型，这种发射药据说能够可靠地消除140毫米炮的炮口焰，但是用于大口径炮则效果不够好。
　　日本发射药中代表颗粒尺寸的数字放在代表发射药种类的字母之前，单位为0.1毫米。比如80DC就是直径8毫米的线状无烟火药。

　　美国
　　一直到二战时期，美国战列舰主炮所使用的发射药仍然是硝化纤维单基发射药。
　　在20世纪20年代中期，Indian Head的海军发射药制造厂和杜邦公司都开发了无焰火药，海军发射药工厂还获得了好的减少炮口焰的传统发射药产品。然而无闪光特性只能依靠增加烟的生成量来获得，这会影响探照灯照明并影响火控，是舰队不能接受的。到1928年，军械局停止了抑制炮口焰的工作。随着第二次世界大战雷达的到来，烟变得不那么讨厌了，此时生成一些烟而换来的炮口焰的减少就变得非常有意义，在那时舰队也乐于接受无焰发射药了。但此时军械局早已积累了大量无烟发射药的存货。为了免于丢弃这些物资，军械局发明了一些手段将这些发射药转化成无焰发射药。
　　到了1942年夏天，海军发射药制造厂加入硝酸钾和硫酸钾消除炮口焰，以及加入少量石墨促进成粒。经过Naval Proving Ground广泛试验之后，终于在1942年九月确定了详细配方。这些无焰发射药被限定用于3至6英寸的火炮，不能用于更大口径。甚至在这些口径上这种发射药的表现也并不总是完美，因为炮膛会残留残渣。当高仰角射击时这些残渣可能引起堵塞后膛机构而引起伤亡。
　　为了消除这种危险，为海军发射药制造厂工作的军械局研究部门开发了一种无焰火药颗粒，被称作SPDF。这种新的材料由5-7%的硫酸钾混合入硝化纤维，像正常无烟发射药一样胶化，并压制成发射药颗粒，从而兼顾了令人满意的弹道性能和抑制炮口闪光的特性。这种类型的无焰药在二战结束时由海军发射药制造厂投入生产。
　　SPDB：一种很合有二苯胺的稳定化火药，of different lots. The purpose of blending is to provide a uniform index of ample size and desired characteristics from smaller remnant lots
　　SPDN：含有非挥发性物质以减少吸湿性的SPD火药变种。N代表nonhygroscopic。
　　SPDW - Reworked propellant intended for target use. Propellant is ground down, reprocessed and then made into new grains.
　　SPWF - Reworked propellant to which a flashless element has been added
　　SPDX - Water-dried SPD
　　SPC -：用二乙基二苯基脲(ethyl centrality) 做稳定剂的无烟发射药。
　　SPCF：一种无焰型的SPC
　　
　　二战时期英国也从美国引进了一些硝化纤维单基发射药，是薄片或管状颗粒，用于标准的厄利孔20毫米机关炮。此外美国杜邦公司NH型和FNHP型不吸湿的硝化纤维-二硝基甲苯型多管状推进剂广泛地用于4英寸到5.25英寸炮。短多管grains of these propellants were particularly well-suited for bottle-neck cases such as those used for the 4.5 inch (11.4 cm) guns。NH组成为86%的硝化纤维（N元素含量13.15%）、10%二硝基甲苯，3%dibutylphthalate，1%二苯胺。FNHP与此的不同是少了2%的硝化纤维，多了2%的邻苯二甲酸二丁酯，以及0.8%的硫酸钾。FNHP通常用于博福斯40毫米炮弹。
　　
　　
　　德国
　　在第一次世界大战之后，当好几个国家都在仿制一战后得到的德国RP C/12型发射药的时候，德国人却得出了一个结论，即认为硝化甘油发射药不是发射药中最好的一种。它有如下缺点：
　　1.其主要原料甘油主要是由油脂得来，或者通过得率很低的方法从糖制成。但是这两种东西都是在战时非常缺乏的重要食品。第一次世界大战中在德国由于缺少脂肪和糖的结果，几乎把所有的这些东西都用于制造发射药了。对于现代化战争的消耗程度而言，甘油的原料来源是十分缺乏的。
　　2.硝化甘油具有非常高的爆热，约1485千卡/千克，而且它是正氧平衡炸药，自身爆炸产物中含有氧气，会提高与其配料的火药的爆热，总的来说它相当于爆热1700千卡/千克。实践证明发射药的爆热越高，对炮膛表面的烧蚀作用也越大。当然了可以采用添加附加物和选取不同的配比来降低硝化甘油火药的爆热，但加入添加物的比例都有一个限度，超过这一限度，硝化甘油就不能良好地胶化硝化纤维了。严格来说仅仅硝化甘油与硝化纤维的比例为40:60时才能够保证良好地胶化，此时得到的无烟发射药有较高的发热量——1250千卡/千克。采用在其中加入添加物的方法，是不可能降低到800千卡/千克的，因为在这种情况下会生成大量的烟雾。在德军中使用1250、1150、950和850千卡/千克的发射药。第一次世界大战时，由于硝化甘油发射药的烧蚀作用显著，一些火炮采用《磨损修正值》来修正射击参数，即射手要根据身管的磨损情况改变表定射角。以等于表定初速的0.33%为修正单位，例如初速600米/秒的火炮，修正值为2米/秒。当炮管的状态改变时，磨损修正值不变，但若药室容积增大时，则磨损修正值也随之增加。这种磨损修正值的增加，射手是不得而知的，因为在战争中不可能时常重新测定，所以射手只能使用从前测定的磨损修正值。在使用高发热值发射药的意大利炮中，也有这一类很不利的现象。
　　3.硝化甘油发射药炮口焰较大，这在夜间射击以及现代航空侦察很发达的条件下是相当大的缺点，因为炮口焰会暴露自己的位置。当然，可以使用无机盐比如氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、酸性酒石酸钾、草酸钠等等添加剂来消除炮口焰。这些物质或者加到发射药中作为组成成分，或者放在装药内作为“消焰剂”。此时炮口焰将被消除，但为此付出的代价则是烟。炮口焰消除的越彻底，生成的烟就越多。但是当以硝化甘油发射药作为大威力炮的发射药时，炮口焰可能会多到无论如何也无法消除的程度。
　　4.硝化甘油自身的安定性就比较差，并且有二个凝固点，即14度和3度，在接近凝固点的时候它的安定性极差，制造过程不很安全。虽然制成的发射药安定性比较高，但在非常低的温度下发射时，有可能有接近爆炸的变化。
　　
　　德国是一个资源相对缺乏的国家，在第一次世界大战时就因为甘油的来源问题而影响了发射药的产量。所以在第一次世界大战结束后，就为解决甘油供应量不足的问题而寻找代用品。
　　早在一战期间德国人就研究过硝化乙二醇。硝化乙二醇与硝化甘油一样，对硝化纤维有良好的胶化作用，而且他们发现在代拿麦特中加入硝化乙二醇可以降低其冰点。但硝化乙二醇的挥发性很高，即使制成混和发射药之后也会不同程度的挥发，从而导致成品药剂中的硝化乙二醇含量逐渐降低。硝化乙二醇的爆热很高，达到1700千卡/千克，所以它挥发后会显著改变发射药的能量特性，因而就改变了发射药的弹道性能，显然这会严重影响火炮的射击精度。另外硝化乙二醇的毒性也很大，因为它的挥发，加工制造时工人中毒现象比较严重。
　　大约在1929年曾提出了更为合适的物质，即硝化二乙二醇，它是由两个分子的乙二醇结合而成的。它是I.G工厂制造汽车发动机抗冻液二乙醇的副产品，是用硫酸座接触剂而将氧化乙烯加入水中制得的，这个反应混合产物经过分馏，首先蒸馏出水，其次是乙二醇，剩下的就是二乙二醇。I.G工厂将二乙二醇发送到当时在德国唯一的位于莱因斯道尔夫的WASAG发射药工厂，后者对其进行了硝化。但当开始制造发射药时却发现硝化二乙二醇具有像硝化乙二醇那样的不良性质，工人相继中毒，并且制得的发射药中胶化剂的挥发性也较高，在弹道性能上是不稳定的。而后在柏林高等工业学校进行了分析实验，很快找出了原因，原来这种副产品是一种共沸腾混合物，是由少量的水、约1/4乙二醇和3/4二乙二醇组成的，所以用它来硝化，得到的产物中也将含有大约1/4的硝化乙二醇，而胶化剂的挥发性仍然是由于硝化乙二醇导致的。
　　共沸腾混合物是无法利用分馏方法来分离的，但这不是不能解决的问题，在进一步与氧化乙烯相互作用时，乙二醇能转化成二乙二醇。虽然在这个反应条件下二乙二醇还会与氧化乙烯继续反应，生成三乙二醇、四乙二醇等等，但在适当的时候停止加入氧化乙烯，就可以控制主要制得二乙二醇。这样在反应后分馏就可以得到几乎纯的二乙二醇，而剩下少量的三乙二醇。
　　从此，德国开始了用硝化二乙二醇代替硝化甘油的工作，并在1938年到1945年之间相继开发出了多种以硝化二乙二醇为主要成分的双基发射药。
　　RP C/38：69.45%硝化纤维（N元素含量12.2%），25.3%硝化二乙二醇，5.0%中定剂，0.15%氧化镁，0.10%石墨。
　　RP C/38N：68.72%硝化纤维（N元素含量12.2%），25.03%硝化二乙二醇，1.5%中定剂，4.5%甲基中定剂，0.15%氧化镁，0.10%石墨。
　　RP C/40：67.55%硝化纤维（N元素含量11.45%），24.6%硝化二乙二醇，7.5%中定剂，0.25%氧化镁，0.10%石墨。
　　RP C/40N：64.87%硝化纤维（N元素含量12.2%），23.63%硝化二乙二醇，0.5% akardite，7.0%甲基中定剂，0.15%氧化镁，0.10%石墨。
　　而在此前，则是在RP C/12的基础上开发出仍使用硝化甘油的一种双基发射药RP C/32。它由66.6%硝化纤维（N元素含量11.5%），25.9%硝化甘油，7.25%中定剂，0.15%氧化镁，0.10%石墨组成，用于包括沙恩霍斯特级战列舰的283毫米主炮在内的一些火炮。
　　硝化二乙二醇完全没有硝化甘油的那些缺点：它的原料是乙烯，在德国取之不尽，不会影响食品供应；它的胶化作用比硝化甘油好得多，可以在更大的比例范围内（含量20-45%甚至可以更高）胶化，而硝化甘油只有与硝化纤维素40:60时才能保证很好的胶化效果；由于胶化效果好，它制得的发射药管更光滑，弹性也更大，能保证比硝化甘油发射药更为良好的初速误差，另外在压延机上加工时几乎完全消除了发火的现象，更加安全而且允许提高生产率；它的爆热比硝化甘油低得多，只有1100千卡/千克，因此可以制得爆热较低的发射药，能显著提高炮管的寿命；它的安定性比硝化甘油高，制造过程更加安全；它的凝固点低，为零下15度，并可在零下25度放置一星期也不会冻结。它的腐蚀性也比硝化甘油轻得多。
　　发射药的单位发热量，对炮管的烧蚀作用和寿命的影响相当大。比如，使用爆热为820千卡/千克的发射药、用100毫米火炮试验时，中口径炮管的寿命比使用爆热950千卡/千克发射药的时候增加一倍（试验中分别为1700发和3500发）。但是使用硝化甘油的发射药，再一步降低发热量已经不可能了。
　　硝化二乙二醇的爆热比硝化甘油低得多，所以改用二乙二醇发射药时却可以进一步降低发射药的单位发热量，比如可以很容易地降低到690±10千卡/千克，而使用硝化甘油则无法得到爆热这样低的发射药。当时德国为了保密起见，在二乙二醇发射药的品号上并未标明所测出的热值，而仅以字母G标识。
　　使用发热量690千卡/千克的G型发射药用前述100毫米火炮试验时发现，其寿命能够增加9倍，达到15000-17000发。
　　身管寿命的显著延长，可以减少前线对炮管的需求量，对后勤和合金钢资源的需求都小了很多。另外寿命长也意味着炮口初速下降的速度变缓，这对修正射击参数提高射击精度有很大的贡献。
　　但随着火炮口径的增大，这种延寿效果有所降低，用于210毫米炮时可能延长3-5倍，280毫米炮时约可延长2倍。
　　G型发射药用于小口径炮和威力不大的火炮射击时，生成的烟不多，几乎看不出来。用于大威力火炮时生成的烟则比较明显。同时，潮湿的天气更有利于烟雾的形成。但它的烟呈灰色，相比之下一般发射药用于大威力火炮的射击时，生成的烟大都稍带褐色，这种颜色是由于生成氮的氧化物而引起的。这一点相比于G型发射药，较易于被侦察到而暴露自己的阵地位置。
　　另外，这种发射药的炮口焰小，一些初速度不太高的火炮即使不添加消焰剂也可以没有炮口焰，而加入消焰剂之后在一些以前认为无法消除炮口焰的火炮例如大口径的加农炮上也能成功消除炮口焰。消焰剂的含量在品号中以数字表示，如G1.5表示含有1.5%的消焰剂。通常并不能保证每一次发射都没有炮口焰，尤其是随着射击次数的增加，出现炮口焰的概率上升。不过有的时候这也被用来作为判断身管寿命的一个手段：当每一次发射都出现炮口焰时，基本上就是身管到寿的标识，而不用再去判断弹道性能是否合适。这个物理原理大致如下：随着炮膛的磨损，药室增大，因此发射药气体爆发压力减低，发射药完全燃烬点逐渐接近炮口，进而出现炮口焰。
　　需要注意的是，G型发射药制成后需要放置14天以上以待其“成熟”，否则新制成的发射药能量特性稍高，炮口初速稍大。这种情况在战时必须注意，因为有时受到战场需求的制约，发射药往往制成2天甚至当天就需要被送到前线。

　　有这样的记载，说美国人也从事了二乙二醇的研究，但他们研究这种物质仅仅是作为添加物来使用的，而不是完全替代硝化甘油。

克虏伯火炮 · 发表于 2012-10-20 22:43

本帖最后由克虏伯火炮于 2012-10-22 14:00 编辑

硝基胍三基发射药
　　硝基胍结构式为C(NH2)2NNO2，代号NQ，呈白色结晶，密度1.715g/㎝3，微溶于水。硝基胍具有单体炸药的爆炸特性，在装填密度(ρ=1.55g/cm3)时爆速7650m/s，做功能力为同质量TNT的104%，猛度为144%。它安定性比TNT还好，感度低，对撞击、摩擦接近钝感，可单独用做穿甲弹的装药，常用于制造单体炸药或混合炸药，被广泛地用在各种弹丸中。
　　硝基胍通常可由硝酸胍经浓硫酸脱水制得，而硝酸胍是由尿素与硝酸铵以1：1的比例混熔后，在190～195℃下通过填有硅胶的反应柱，再精制而得的。所以制取硝基胍的原料来源广泛，这一优点在战时的意义非常重大。
　　但硝基胍最大的优点还不尽于此，虽然它的能量特性相当大，但由于它爆炸产物平均分子量低，因此爆炸温度较低。如果在发射药中加入较多的硝基胍，就可以制成爆发温度较低的“冷火药”。显然，“冷火药”对减轻炮管的磨损、提高炮管寿命和持续射击能力等方面都有相当大的好处。另外，硝基胍的“火药力”，就是单位质量发射药的做功能力较大。
　　通常加农炮使用管状发射药，榴弹炮使用粒状发射药。硝化二乙二醇发射药不太适用于榴弹炮，因为它的燃烧速度不够快，另外榴弹炮不可能像加农炮那样使用低发热量的发射药。G型发射药可任意用来制造榴弹炮和臼炮的专用药包（最大装药），因为这些炮用全装药射击时，由所用的发射药方面来看，可认为和加农炮是一样的。G型发射药也可用于大口径的榴弹炮中，因为在这种炮中炮弹重，在身管内的加速时间长，故能保证发射药有充足的燃烧时间。但是如果制造片状G型发射药并用它做成小装药在轻型和中型榴弹炮和臼炮中进行射击试验时，则在大多数情况下都会出现未燃尽的发射药残渣，并能产生很大的初速误差。其原因是G型发射药的燃烧速度比其他火药低得多。
　　但后来发现，在硝化二乙二醇发射药中加入硝基胍，可以制得能用于榴弹炮的发射药。
　　1937年，德国用硝化二乙二醇、硝化棉和硝基胍等成分最先制成，又称顾多(Gudol，也译作孤岛里)火药，缩写为Gu.P。其主要成分（％）为：硝化棉(11.95％N)42.0%，硝化二乙二醇18.5%，硝基胍30.0%，中定剂1.1%，阿卡尔基特0.5%，甲苯胺基甲酸乙酯、乙苯胺基甲酸乙酯、二苯胺基甲酸乙酯共7.7%，石墨0.1%，氧化镁0.1%。其发热量为690（+20/-10）千卡/千克。这种火药的优点是：火焰温度低而定容火药力大，燃速的温度系数小。
　　但是硝基胍的晶形和粒度大小其燃烧特性的影响相当大，也较难控制，所以有时得不到正常的初速度误差。过大的晶体会使初速误差更大，而过于微小的晶体则会使压延成型遇到困难。最好的是硝基胍晶体成为短纤维状结构，此种形状的晶体在一定条件下将硝基胍由水溶液中结晶即可制取。
　　为使湿度均匀，预先将硝基胍在胶化机中仔细地搅拌。湿药胶是用硝化纤维素和湿硝化二乙二醇，以普通的方法制得的。然后往装有药胶的胶化机中根据发射药的种类不同而装入20-30%的硝基胍，并很好地一起搅拌。压延药胶也是用普通方法，压延的时间决定于硝基胍颗粒的大小，如果颗粒大小选择得合适，则压延约25分钟即足够。如果颗粒很小，则压延时间，尤其是对没有经验的压延工人，则应增至75分钟。
　　片状药的切药和表面处理是以一般方式进行的。同样也制造了管状硝基胍发射药，为此，压伸药卷的压力约为120大气压。由压伸机压出的管状药室软而稍脆的，但以后即硬化。
　　不同的发射药在相同的含热量下，其对炮管的侵蚀作用也不同。对炮膛烧蚀最厉害的是硝化甘油发射药，其次是二乙二醇发射药和几乎与其程度相等的硝化纤维素发射药，而烧蚀作用最轻的就是硝基胍发射药。
　　顾多发射药在解决消除炮口焰的同时不增加射击烟度的问题上更进了一大步，用于轻型野战榴弹炮中，不加入特制的消焰剂即可保证射击时不发生炮口焰，而且在射击时生成的烟也不多。当用于威力大的火炮时，尤其是加农炮，则须加入消焰剂，但需要的量也很少。
　　与消除炮口焰问题密切相关的是预防炮尾焰。带有炮口制退器和半自动闩的炮很容易产生炮尾焰。采用顾多发射药即使在现在也是可以消除炮尾焰的唯一发射药，同时加入硝基胍的量应计算得不仅适于消除炮口焰，同时也要能消除炮尾焰。在大多数情况下，这两种现象可以同时消除。
　　不同的发射药在相同的含热量下，其对炮管的侵蚀作用也不同。对炮膛烧蚀最厉害的是硝化甘油发射药，其次是二乙二醇发射药和几乎与其程度相等的硝化纤维素发射药，而硝基胍发射药的烧蚀作用则最轻。
　　
　　二战期间，英国和加拿大也生产了一些硝基胍用于发射药。
　　由于SC型发射药含有少量的钙，所以射击时有明亮的火焰，这在夜战中会很不利，为此英国开发了无火焰的发射药。这种无火焰发射药是有沟槽的管状，用的最多的是NF型，最初称作NFQ，其组成为55%硝基胍，16.5%硝化纤维（N元素含量12.1%），21%硝化甘油，7.5%中定剂和0.3%冰晶石。
　　无焰火药在战争中相当受欢迎，然而对于大于5.25英寸的炮来说，全无焰火药的体积太大了，使用它的最大口径武器是6英寸Mark XXIII，而且实际上它是“减少火焰”或者是“非眩目”火药，称为NQFP。它与NF相比多了4.5%的硝化纤维，少了4.5%的中定剂和2%的硫酸钾。
　　但NF不易制造，其最初基本的必需品是碳化钙，这需要大量电力才能制取。由于这个原因，英国国内是不生产硝基胍的，而只有位于加拿大尼加拉瓜的韦兰制造。
　　加拿大二战期间也生产N型无烟火药，这种火药广泛用作航空机关枪弹药。N型无烟火药是另一种三基发射药，爆发温度相比相当的低，烟和火焰也几乎没有。其组成是55%硝基胍，19%硝化纤维，18.5%硝化甘油，7.5%乙基中定剂。
　　不过N型发射药没有用于英国皇家海军，而在二战期间美国则从加拿大进口了一些它的变种，N型Cordite 无焰发射药，用于至少6和8英寸炮的全当量药包，和16英寸的减装药药包，后来又用于其它火炮。这种发射药在美国海军称作SPCG型，其组成与英国NF型不同，为19.0%硝化纤维（N元素含量13.1%），18.7%硝化甘油，55%硝基胍和7.3%中定剂（二乙基二苯基脲），G字母代表硝化甘油（NG）。但美国军械局并不喜欢这种发射药，一方面是因为美国海军对硝化甘油的安全性不放心，甚至宁愿使用硝化纤维单基药也不愿使用含有硝化甘油的双基发射药，另一个原因就是N型发射药所用的硝化甘油的胶化能力不够好，使成品药剂很脆。
　　与之相比，德国的顾多型发射药则有好得多的机械性能，这是因为硝化二乙二醇的胶化能力非常好，才能够保证发射药中加入30%左右的硝基胍但仍能具有足够好的塑性。

克虏伯火炮 · 发表于 2012-10-20 22:43

　　其它国家的发射药
　　二战期间波兰、澳大利亚、捷克斯洛伐克像法国一样，同时制造硝化甘油和硝化棉发射药。其中波兰大多数火炮其实都是法国的复制品。
　　俄国继续使用硝化棉发射药，并且广泛使用所谓“七孔发射药”。
　　匈牙利则很喜欢使用硝化甘油发射药，而不愁甘油的来源问题。因为它拥有发达的畜牧业和有足够量的油脂。另外，匈牙利使用自己丰富的小麦制造硝化淀粉加入火药中，来与硝化甘油胶化，而不是使用硝化棉。
　　在北方一些国家中，以及在巴尔干、土耳其、荷兰和比利时，本国发射药的制造有着从属的意义，而是主要依赖进口。

克虏伯火炮 · 发表于 2012-10-20 22:44

本帖最后由克虏伯火炮于 2012-10-22 12:29 编辑

　　对二战期间各国舰炮发射药的性能进行比较和归纳。
　　总的来说，英国和日本发射药单位质量能量较大，比如英国的柯达火药约1075千焦/千克，也就是相同质量的装药，可以得到更大的炮口动能。即使是英国二战时采用的、参考了德国发射药而研制的SC型发射药也比德法美等国同时期的发射药猛一些。一战后期英国舰炮换用美国发射药之后，炮口初速和最大射程明显下降；而研究德国舰炮、换用英国发射药试验时，坎贝尔写到“这可以使德国火炮提高30英尺/秒的炮口初速”。但根据一战后的测试，MD型发射药的爆发温度相当高，相比于德国的RP C/12型发射药其身管寿命会明显降低。
　　另外英国日本发射药容易被点燃，而且爆燃强度大、爆速高，一旦被引燃就可能导致严重后果，甚至发生强烈爆炸而将整船都毁灭。英国和日本有多艘战舰殉爆、引爆或者在倾覆过程中发生大爆炸，发射药特性就是其中一个很重要的原因。
日本也就基于德国技术的DC型发射药。日本发射药的报告里面显示英国药C2的能量比德国药DC相比高10%左右。但德国发射药的安全性却比英国发射药好得多，在这一点上连英国人也是十分推崇的。
　　
　　美国发射药是单基硝化纤维发射药，其单位能量较低（火药力约910千焦/千克），爆速也低，所以最高膛压较低。这对延长身管寿命有好处，但也因为火药在身管内燃烧不充分，不经无焰处理的话出口时尚有未燃尽的可燃物质从而形成炮口焰，虽然其炮口闪光要比不经无焰处理的双基发射药弱得多。
　　与英国的MC、MD型发射药相比，美国发射药的安全性能却好得多。1918年1月 Raglan 号被戈本号（当时是土耳其的苏丹塞利姆号）的一发283炮弹击穿炮座，点燃了操作间和炮室之间 hand-up chambers 的发射药，但闪焰被控制住没有传播到下方的发射药库，没有像无敌、玛丽女王那样导致大爆炸，这也许可以归因于当时使用的是美国硝化纤维发射药而不是英国柯达火药。
　　轻巡洋舰博伊西号受到日本8寸91式穿甲弹的水下命中，从主装甲带之下击穿船体外板、内层板和进入前主发射药库爆炸。这次爆炸以及随后的火灾撕开了并引燃了相当一些数量的仍然在轻型密封容器内的发射药，随后被引燃的发射药越来越多，舱内的爆燃压力也迅速增大，直到破坏水密隔舱门使之向外弯曲变形、狂暴的燃气释放到了前部弹药库通道和炮塔空间才逐渐熄灭。
　　战斗结束后，美国海军部分析了此次损害，推测结果表明，在这样击中弹药库的情况下，如果这个弹药库装满了以美国海军习惯方式包装的英国（或者日本）柯达发射药，那么发射药将会燃烧得十分迅速，以至于在水密门被破坏之前将发生引起连锁反应，将几乎所有的装药全部引爆，即使有海水从弹洞涌入也对此不济于事。这条船将发生胡德那样的大爆炸，在几分钟之内带着绝大多数船员沉没。
　　
　　德国二战期间大口径舰炮主要采用的是硝化二乙二醇双基发射药，它的单位能量比美国硝化纤维单基药还低，燃烧温度也更低，对身管的烧蚀作用更小。不过它的燃烧速度比硝化纤维发射药高，导致最高膛压也很高，这稍微减弱了爆温低对身管寿命的好处，但同时也弥补了能量低的不足，使得它们能够得到与美国单基硝化纤维发射药接近的炮口动能。而且因为火药燃烧快和完全，所以炮口焰也比单基硝化纤维发射药更弱，甚至不经处理也可以消除。
另外，德国发射药的安全性也很好，RP C/12发射药中硝酸甘油比英国线状无烟火药少，而且还有良好的中定剂，这使得它的安全性与美国所用的单基硝化纤维发射药一样好。格奈森诺号在1942年于基尔遭到轰炸，前发射药库中超过23吨RP C/32型发射药起火发生爆燃，虽然此过程产生的爆燃压力将750吨重的A炮塔从其炮座上崩起至少500毫米高，但也没有发生足以毁灭整艘战舰的大爆炸。而改用硝化二乙二醇胶化剂之后，它的安全性有了进一步提高。

但仍必须提及一下的是，二战以后各国发射药，并没有使用硝化二乙二醇取代硝化甘油的趋势，而是仍然沿用硝化甘油做胶化剂。究其原因，一个是各国对硝化甘油的研究历史长、设备投入有惯性，二是随着技术和工艺的提高，已经能够解决大部分硝化甘油的问题，三是随着生产力的提高，甘油的供应已经比较有保障了，没必要寻求其它物质全部替代，四是战后大口径火炮已经被淘汰，这样，硝化二乙二醇相对于硝化甘油在降低爆温，提高身管寿命、减小和消除炮口焰等方面的优势就不明显了。
从这方面来说，德国在硝化二乙二醇发射药的探索上，还是走了弯路了。

克虏伯火炮 · 发表于 2012-10-20 22:46

本帖最后由克虏伯火炮于 2012-11-2 22:43 编辑

上文主要参考了：
http://book.bank.seeworld.org.cn/ebook/detail_11161705.html
炮用发射药和装药

http://warships1discussionboards ... /728/Cordite-issues
国外论坛讨论二战BB发射药的帖子

http://www.warships.com.cn/navweaps/tech-100.htm
本坛资源中关于发射药的相关内容

感谢 akagizuo 前期做的研究和提供的信息。

扩展阅读：猛炸药的一点基础知识
http://www.warships.com.cn/forum ... amp;page=1#pid81406