梯恩梯—吉纳、地恩梯—太安装药体系自旋爆轰特性的研究

本文研究了梯恩梯-吉纳(TNT-DINA)和地恩梯-太安(DNT-PETN)体系的自旋爆轰现象,爆轰波是以低频脉冲方式传播.这些体系具有的爆速、爆热分别为DJ=7.3～7.4km/s和Qv=(5.40±0.01)MJ/kg.不同组成的爆速和爆压PJ通过SW程序计算.用扩散区的爆压P3和爆温T3来评估爆轰波的衰减和重新点火.敏化剂含量相同,梯恩梯-黑索金(TNT-RDX)体系的爆压PJ大于TNT-DINA的爆压,TNT-RDX体系的温度T3比TNT-DINA高60～100K.计算值与实验结果吻合较好.     

3,4-二硝基吡唑的性能表征及应用

为了探究3,4-二硝基吡唑(DNP)替代TNT作为新型熔铸炸药载体的可行性,采用光学显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、紫外可见分光光度计及DTA/TG热分析仪器对其结构进行了表征,利用氧弹量热仪、电测法分别测试了DNP爆热、爆速,并应用VLW程序计算了TNT/CL-20,DNP/CL-20混合炸药的爆轰参数。结果表明,DNP热分解过程主要分为吡唑环断裂和硝基脱环、自催化加速反应两个阶段,热分解表观活化能为131 k J·mol-1;DNP爆热、爆速分别为4326 k J·Kg~(-1)、7633 m·s~(-1),计算得出DNP/CL-20混合炸药爆轰性能明显优于TNT/CL-20混合炸药,当DNP/CL-20=2∶3(质量比)时,计算爆压为39.4 GPa,爆速为8961 m·s~(-1)。     

24-二硝基苯甲醚基高爆速熔铸炸药爆轰性能表征

为了揭示2,4-二硝基苯甲醚 (DNAN)基不敏感熔铸炸药的爆轰特性,加快DNAN基熔铸炸药的应用,采用Fortran BKW代码计算了Octol炸药和不同组分DNAN基熔铸炸药的爆轰参数(爆速、爆压)。采用电测法、爆炸概率法和激光干涉测速技术分别对DNAN基配方DNAN 20/奥克托今80和Octol炸药的爆速、爆压、机械感度以及金属板驱动能力进行了试验测试。试验结果表明：该DNAN基炸药的爆速为8 436 m/s,爆压为31.23 GPa,爆轰性能优于Octol炸药;撞击感度为33%,摩擦感度为57%,机械感度低于Octol炸药;驱动金属板速度达到3 045 m/s,优于Octol炸药。该DNAN基高爆速熔铸炸药综合性能优于Octol炸药,可替代Octol炸药用于防空反导和大口径爆炸成型弹丸战斗部。     

广义C-J条件在计算含铝炸药波头参数中的应用

含铝炸药的爆轰过程属于典型的非理想爆轰过程,其波头反应区处于多相反应流动状态,因此其波头处爆轰参数的计算一直是一个难点。在假定铝颗粒于波头处不参与化学反应且爆轰产物和铝颗粒压力、速度一致的条件下,应用连续介质模型描述了爆轰产物和铝颗粒两相之间的平衡关系,采用广义C-J条件给出了计算波头处爆压、物质速度和爆热的一组简单完备方程组。由实测得到的爆速,可以求得相应的爆压、物质点速度和波头处释放的热量。对三组不同含铝量(10%,20%,30%)的TNT含铝炸药和HMX含铝炸药的计算结果表明随着爆速的降低,对应的爆压、波头处物质速度和热量都会降低,不同含铝量的同一炸药在同一爆速条件下,含铝量越高对应的爆压值、波头处爆热值越大。同时,对计算假定和采用模型进行了一定的讨论。     

氧桥多呋咱类化合物爆轰性能预估

采用B3LYP/6-31G方法对二硝基链式氧桥多呋咱(C2nN2n 2O2n 3)(n=2～7)体系及环式氧桥多呋咱(C2nN2nO2n)(n=2～4,6)体系进行了结构全优化,得到其稳定的几何构型；采用Monte-Carlo方法预估了密度；设计等键等电子反应计算了生成焓；运用Kamlet公式预测了爆速、爆压和爆热.分析了两种体系中n的变化对其爆轰性能的影响规律.结果表明：(1)二硝基链式或环式氧桥多呋咱结构中,随着重复单元呋咱环数量的增加,化合物爆轰性能参数(爆速、爆压和爆热等)呈现减少的趋势；(2)当n相同时,环式氧桥多呋咱比链式氧桥多呋咱更稳定.因此,对于该类化合物应选择爆轰性能好的4,4′-二硝基双呋咱醚(n=2,链式)及1,4-二氧［2,3；5,6］二并呋咱环己烷(n=2,环式)进行合成.     

Al/AP对复合炸药爆轰性能及能量释放的影响

通过试验和计算得到了RDX基复合炸药爆压、爆速、爆热和爆容等爆轰参数,分析了Al/AP摩尔比对复合炸药爆轰性能及爆轰能量释放的影响规律,得到了相应的经验计算公式.结果表明:随着Al/AP摩尔比的增大,复合炸药的爆热、做功能力示性数减小,而爆压、爆速及爆轰能量转化率增大.     

Al粉对含铝炸药爆轰性能的影响

为了研究A1粉对含铝炸药爆轰性能的影响,选择以TNT和RDX为基的含铝炸药进行了爆速、爆压和爆热的测量,通过计算得到了含铝炸药的爆轰能量转化率,分析了Al/O摩尔比对爆轰参数及爆轰能量转化率的影响规律.结果表明:随着Al/O摩尔比的增大,含铝炸药的爆压、爆速和爆轰能量转化率均降低,而爆热呈先增大后减小趋势,当Al/O摩尔比为1时,爆热值达到最大.     

含能五唑离子盐的能量性能预估

为了在同一水平上比较含能五唑离子盐的密度、生成热、爆速和爆压,采用密度泛函理论,对近两年合成的五大类16个非金属N_5~ˉ离子盐进行了研究。结果表明在MP2/6-311++G(d,p)理论水平上,根据Born-Haber能量循环计算的五唑离子盐的生成热为95.2～1362.0 k J·mol~(-1),三唑类N_5~ˉ离子盐的平均生成热最高。这些五唑离子盐的密度为1.395～1.650 g·cm~(-3)(298.15 K),远远低于理论预测的全氮化合物的密度。通过Kamlet-Jacobs公式计算的爆速和爆压结果与EXPLO5的计算结果吻合良好,大部分五唑含能离子盐的爆速为6500～8000 m·s~(-1);爆压为15～26 GPa,低于RDX的爆速和爆压。N_5~ˉ的缩二胍盐、羟胺盐和肼盐的理论爆轰性能突出,它们的爆速(8622～9032 m·s~(-1))与RDX持平或者略高,爆压(29.5～32.3 GPa)均低于RDX,并未展现出全氮阴离子衍生物的明显优势,也远未达到对它们超高能量的预期。     

5-氨基四唑硝仿盐的理论计算

采用量子化学方法研究了5-氨基四唑硝仿盐的结构和性能,计算了5-氨基四唑硝仿盐的密度、生成热、爆速、爆压等,其预测密度为1.93 g·cm-3,估算爆速和爆压分别为9.47 km·s-1和38.82 GPa,爆轰性能高于TNT, RDX和HMX。      

四硝基吡咯及其衍生物结构与性能的理论研究

为了寻找新型高能量密度材料,设计了四硝基吡咯及其甲基、氨基、硝基衍生物。在DFT-B3LYP/6~(-3)1G*水平下对模型化合物进行了几何结构全优化。在DFT-B3LYP/6~(-3)11++G**水平计算了模型化合物的生成焓、爆轰性能。自然键轨道(NBO)分析了模型化合物引发键的强度进而考察了其热安全性。计算结果表明:1-甲基四硝基吡咯密度为1.88 g·cm~(~(-3)),爆速和爆压分别为8.66 km·s~(-1)和34.10 GPa,其爆轰性能具有与1,3,5-三硝基~(-1),3,5-三氮杂环己烷(RDX)相当的爆轰性能;四硝基吡咯、1-氨基四硝基吡咯密度分别为1.93 g·cm~(-3)和2.04 g·cm~(-3),爆速均为9.01 km·s~(-1),爆压分别为37.54 GPa和38.73 GPa,具有与1,3,5,7-四硝基~(-1),3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)相当的爆轰性能;由于五硝基吡咯中含有五个硝基,其热安全性最差,N(5)—NO2键离解能仅为60.8 k J·mol~(-1)。计算值与之前的实验值具有较好的一致性,表明计算值可靠。     

多面体含能材料的爆速和爆压预估

当采用R-P经验方法预估多硝基笼状化合物最大理论密度下爆速和爆压时,需要修正F因子中与分子结构有关的A/3项,使F因子包含有来自笼状分子高晶体密度和分子内部高张力能的贡献。与K-J方法相比,改进R-P方法既保持了原式的优点,又使预估结果获得明显改善。把K-J方法预估结果作为基础数据,利用改进R-P方法估算25种多硝基笼状化合物的爆速和爆压,结果表明该方法的相对误差分别为±1.9％和±5.2％。而用R-P方法时,预估爆速和爆压的相对误差分别为±14.0％和±21.4％。     

CHNO炸药爆热的影响因素

通过实验数据分析了影响炸药爆热的主要因素。指出装药密度与外壳的材料、厚度是影响炸药爆热测试值的主要外在因素，本质则是由于产物达到‘冻结’温度时压力的不同对产物化学平衡移动的影响所致。指出炸药的爆热是炸药本身的化学性质，与使用条件（装药密度、外壳等）有关。     

悬浮铝粉尘爆轰波参数

用两相流模型对爆轰波管中的悬浮铝粉尘的爆轰波进行了研究。数值模拟了管径为15.2cm的圆管中平均粒子直径为3.4μm、单位质量表面积为3m2·g-1的铝粉尘中爆轰波的传播和发展,得到了不同浓度时悬浮铝粉尘爆轰波参数,并得到了爆轰极限的下限为当量比=0.25。数值计算给出管径趋于无穷大时不同铝粉尘浓度时爆轰波的参数,得到悬浮铝粉尘爆轰极限的下限为当量比=0.16。数值模拟了当量比为=1、管径不同时爆轰波速度的变化,并得到产生爆轰的临界管径。     

三种燃料-空气混合物爆轰的直接引爆实验研究

在直径240mm的立式爆轰管中对环氧丙烷（PO）、正已烷、癸烷与空气混合物进行直接起爆，测定不同燃料不同当量比的去雾直接引爆的临界起爆能。在该实验系统条件下，发现PO－空气混合物当量比为1．05时，其临界起爆能值最小；正已烷－空气混合物当量比为1．12时，其临界起爆能值最小；癸烷－空气混合物当量比为1．15时，其临界起爆值能最小。PO－空气混合物的可爆下限值为当量比0．47（质量浓度为4．23％），正已烷－空气混合物的可爆下限值为当量比0．75（质量浓度为5．29％），癸烷－空气混合物的可爆下限值为当量比0．89（质量浓度为5．8％）。在直径240mm的立式爆轰管中，三种燃料与空气混合物的云雾都容易在较大的当量比范围内引发爆轰并实现爆轰波稳定传播。     

装药密度及尺寸对RDX基含铝炸药爆压爆速的影响

利用锰铜压力传感器和测时仪测量了不同装药密度和尺寸下的RDX基含铝炸药的爆压和爆速,拟合出了爆压、爆速与装药密度的关系式,研究了装药密度和尺寸对RDX基含铝炸药爆压、爆速的影响。结果表明,随着密度的增加,RDX基含铝炸药的爆压和爆速均增加;当装药直径和装药长度分别达到20 mm和40 mm时,RDX基含铝炸药已经达到稳定爆轰,装药直径和装药长度再增加,爆压和爆速基本不变。     

用连续爆速法测定工业炸药爆速

采用电测法和连续速度探针法分别测量了粉状乳化炸药和乳化炸药的平均爆速和连续爆速.结果表明,粉状乳化炸药在装药密度为850 kg·m-3和820 kg·m-3时,平均爆速分别为4526 m·s-1和4020 m·s-1; 稳定爆轰时连续爆速范围分别为4300～4600 m·s-1和4000～4300 m·s-1.乳化炸药在装药密度为900 kg·m-3和840 kg·m-3时,平均爆速分别为4384 m·s-1和2345 m·s-1; 连续爆速范围分别为3370～4592 m·s-1和2871～3420 m·s-1.显然,平均爆速测试结果与连续爆速的测试结果吻合很好,且连续速度探针法能满足准确测量工业炸药在装药结构中爆速连续变化的要求.     

横向射流起爆爆震波二维数值模拟

利用Fluent软件对燃烧室内填充化学恰当比的C8H18/O2预混气体进行直接起爆,并对爆震波衍射和爆震波形成以及发展过程进行数值模拟研究;详细分析了横向射流在不同角度、不同位置条件下直接起爆燃烧室内预混气体后爆震波的传播特性和流场特点.     

供气含氧量对脉冲爆轰发动机性能影响的实验研究

为研究氧化剂中含氧量对脉冲爆轰发动机性能的影响,对采用不同含氧量的压缩气体作为氧化剂的火箭式脉冲爆轰发动机进行了实验研究.实验结果表明,压缩气体中舍氧量变化对爆轰波压力有较大影响,在压缩气体中适当提高氧气含量,能显著促进爆轰的转变;爆轰波峰值压力随着舍氧量的提高而增大,并能在爆轰管中形成稳定的爆轰.采用氧气和氮气混合气...     

连续旋转爆轰发动机隔离段流场数值模拟研究

为了研究连续旋转爆轰发动机(CRDE)隔离段的反压特性,建立了等直隔离段以及带扩张段的隔离段模型,用FLURNT对这2种构型的隔离段进行三维数值模拟,研究了旋转爆轰波在隔离段内向上游传播的特性,分析了不同结构对流场结构、激波串前传位置的影响; 对同一结构,分析了反压大小、旋转速度对其的影响。研究结果表明,反压在隔离段内与附面层相互作用,诱导出复杂激波和膨胀结构,形成了激波串。反压扰动在隔离段中前传的距离与隔离段的构型、反压旋转速度和大小有关:等直隔离段的抗压能力相对更强,反压旋转速度或压力增加,都会使得扰动区域增加。数值模拟结果对CRDE隔离段反压特性研究以及结构设计具有一定参考价值。     

预测接近Kamlet-Jacobs方程结果的CHNO炸药的爆速和爆压的经验氮当量方程（英）

我们提出了两个比常用氮当量方程更接近Kamlet-Jacobs方程结果的预测CHNO炸药爆速(D)和爆压(p)的经验氮当量方程。