金属配合物类炸药的爆轰性能计算及数值模拟

拟合了高氯酸[四氨·双(5-硝基四唑)]合钴(Ⅲ))(BNCP)、高氯酸·四氨·双叠氮基合钴(Ⅲ) (DACP)以及四氨·双(3,5-硝基三唑)合铜(Ⅱ)三种金属配合物炸药的固体爆轰产物Co和Cu的Cowan状态方程参数和热力学函数系数,利用VLW爆轰产物状态方程程序计算了其爆速、爆压等爆轰参数值,同时根据计算得到的等...     

燃料空气炸药爆轰产物JWL状态方程参数计算

炸药爆轰产物的Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程参数一般由圆筒试验确定,但圆筒试验并不适用于宏观上呈云雾状态的燃料空气炸药(FAE)。为确定FAE爆轰产物的JWL状态方程参数,基于外场FAE爆轰试验数据,引入反向传播神经网络联合遗传算法(BPNN-GA),建立适用于FAE的状态方程参数计算方法,并与单爆源和多爆源的外场试验结果对比。研究结果表明：引入BPNN-GA可以简化状态方程参数优化过程,提高了寻优速度和精度;基于FAE爆轰产物JWL状态方程参数,建立单爆源与多爆源的FAE云雾爆轰模型,数值仿真所得的冲击波轮廓与实际爆轰冲击波形貌一致,单爆源与多爆源50 m测点处地面峰值超压仿真值与试验值的最大偏差分别为9.0%和11.1%.     

FAE爆轰参数计算与性能设计探讨

采用VLW状态方程及其程序计算环氧丙烷/铝粉燃料的FAE爆轰参数,研究了分散浓度(氧平衡)对FAE战斗部威力性能的影响.结果表明,按照微负氧设计,有利于提高FAE爆轰威力和燃料能量利用率;铝粉配比的增加能提高FAE爆轰参数,但配比过高不利于燃料分散,导致FAE氧平衡不好,反而影响FAE战斗部的威力性能.     

叠氮化铜JWL状态方程参数拟合

采用电探针法测定了叠氮化铜微装药尺寸下的爆轰速度,根据叠氮化铜的密度和测定的爆轰速度,运用γ律状态方程拟合出了JWL状态方程参数。将拟合出的JWL状态方程参数用于动力学数值模拟程序LS-DYNA中,数值模拟叠氮化铜爆轰驱动飞片的作用过程,并将数值模拟与实验数据对比。结果显示,拟合出的JWL状态方程参数具有较高的精度,数值模拟结果与实验值相吻合,偏差在5%以内,拟合参数能够满足计算爆炸力学的应用要求。     

硝基甲烷的爆轰温度研究

为了准确测定高能炸药的爆轰反应温度,深入研究了高能炸药的爆轰辐射特性,采用瞬态辐射光纤高温计测量了液体炸药硝基甲烷的爆轰辐射光谱。以黑体辐射普朗克公式为基础,运用线性最小二乘法进行拟合,获得硝基甲烷炸药的实测爆轰温度为（3 552±17）K。同时,用VLW爆轰程序计算获得液体炸药硝基甲烷的理论爆轰温度为3 681 K,计算值与实测值和文献值比较接近。     

滑移爆轰作用下飞板运动规律的特征线差分法研究

根据二维定常流的理论和稳定爆轰的基本假设推导了通用状态方程的特征线相容关系,利用此方法对滑移爆轰中飞板的运动规律进行了研究。对比分析了多方方程和通用状态方程特征线法在TNT和乳化炸药爆轰作用下飞板的飞行参数;研究了两种方法在不同质量比下飞板的抛掷姿态曲线,并对其计算结果进行了对比研究。通过与二维Richter公式的计算结果进行对比,证实了通用状态方程计算结果的正确性。研究结果表明:通用状态方程的特征线法计算得到的抛掷角和竖向位移小于Richter计算公式得到结果,且最大相差9%,恰好符合Richter公式计算结果往往偏大的特征。     

基于Jones-Wilkins-Lee状态方程的爆轰波相互作用参数理论分析

基于Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,利用三波理论和Whitham方法对凝聚炸药爆轰波相互作用后发生的正规斜反射和马赫反射进行了理论分析。推导了基于JWL状态方程的爆轰波正规斜反射和马赫反射压力及马赫杆高度的计算模型;提出了改进Whitham方法中的慢变函数k(ξ) 的理论计算方法。使用PBX 9501炸药和JH-2炸药的试验结果对计算模型进行验证,理论计算结果与试验结果吻合较好。试验结果表明,基于JWL状态方程建立的理论计算模型,对于凝聚炸药爆轰波相互作用后发生的正规斜反射和马赫反射,能够较准确地描述其爆轰参数分布和传播规律。     

极超音速成型装药射流头部激波作用下的真实气体效应分析

采用基于气体配分函数的高温平衡气体理论参数计算模型，考虑了高温情况下分子的离解和粒子的重新组合等带来的不同于理想气体的因素，研究了高达20马赫极超音速的成型装药射流头部真实气体效应的气动及热力学问题。采用不包含人工粘性的Godunov格式以及高温平衡气体理论参数计算模型编制了求解高超音速问题的Fortran程序。计算结果发现，高马赫下真实气体模型已经完全偏离了理想气体状态方程，真实气体效应导致了金属射流头部滞止区的厚度比运用理想气体状态方程得到的结果小的多，温度也低得多。     

散心爆轰数值模拟中人为粘性与空间步长的匹配关系

应用LeeTarver反应率和JWL状态方程,得到了散心爆轰数值模拟中人为粘性系数与空间步长之间的匹配关系:距球心越近的计算单元,其人为粘性系数应越大。远离球心处的计算单元,其粘性系数接近一维平面情形。计算了炸药PBX9404的球面散心爆轰过程,结果表明,利用所得人为粘性系数与空间步长之间的匹配关系,可以得到符合散心爆轰波特性的结果。     

含能材料理论设计中的几个问题（英）

理论方法在新型含能材料的设计和研发中起到非常重要的作用。本研究介绍了含能材料理论设计中所遇到的问题,如从微观上估算含能化合物的密度、生成热、稳定性及爆轰性能等。并讨论了含能聚合物界观参数的计算方法:1) 基于优化的分子结构,求得含能金属配合物分子周围的电子云包覆体积,然后由公式求得包覆密度作为其晶体密度近似值; 2) 含能化合物的生成热根据原子化方案,进行数值计算; 3) 以五种小分子氮氢化合物和六种四嗪化合物的热分解机理为例,阐述采用将从头算分子动力学(ab initio MD)和从头算分子轨道理论(ab intio MO)结合起来研究含能化合物热分解机理的可靠性; 4) 含能材料的爆轰性能, 基于各个元素的Lennard-Jones势参数等,由反应物及产物的VLW状态方程,进行数值求解; 5) 采用DPD方法可用于研究含能聚合物的界面性质。上述性能的计算可为新型含能材料的探寻提供有价值的信息。      

几种典型燃料空气炸药威力性能研究

采用VLW状态方程及其程序对燃料空气炸药（FAE）爆压进行计算,并引入云雾威力因子,结合试验,研究了典型液态燃料和固液混合燃料配方对FAE爆轰威力性能的影响规律。计算与实验结果相吻合。     

钝感炸药爆轰过程中人为粘性与空间步长的匹配关系

在数值计算平面爆轰波中,当爆轰波达到稳定状态时,数值计算结果要符合Chapm an-Jouguet理论。本文采用修正的JWL产物状态方程和Hybrid反应率,导出了钝感炸药PBX9502的人为粘性系数与空间步长的匹配关系。符合此条件时,爆轰波速度及声速点的状态———压力、密度及内能等符合C-J条件,几乎不受空间步长的影响,这样便可以使网格宽度加宽,利于在实际工程中应用。     

弹道特征参数计算及密闭燃烧压力实验

为了确定输出条件下燃气做功元件装药参数，用VLW状态方程计算了点火药和主装药的火药力、余容，结合诺贝尔-阿贝尔方程，对不同输出特性做功元件的装药参数进行了设计，容积为Icm^3的做功原件压力输出试验结果表明：点火药(B／KNO3)为0．2g、主装药(RDX)为0．0995g时，做功元件输出最大压力平均值为179MPa，与设计值192MPa接近；点火药(B／KNO3)为0．2g、主装药(RDX)为0．199g时，做功元件输出最大压力平均值为348MPa，与设计值384MPa接近。     

Fortran VLW代码的可视化软件

基于Fortran VLW代码,开发了具有良好用户界面的、估算炸药爆轰参数的可视化软件。软件采用VB6.0开发,研究人员只需做一些简单的选择和输入,就可以很快获得所选炸药的爆轰参数计算结果,结果的浏览采用图形和文本两种方式。研究人员只需单击菜单选项,就可以查看和保存有关的计算结果。     

2,6,8,12-四硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷的合成及量子化学研究

以2,6,8,12-四乙酰基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷(TAIW)为原料,经过三氟乙酸酐保护、硝化、脱保护等反应,制得了2,6,8,12-四硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷(TNH2IW);用SnCl2分步还原六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,CL-20)也可制得TNH2IW。在DFT-B3LYP/6-31G*水平下求得了TNH2IW的分子几何、电荷分布和热力学性质,计算了TNH2IW的热容、熵等热力学参数,给出了这些参数和温度之间的函数关系。在不破坏笼形结构和硝基的原则下通过构建等键反应求得TNH2IW的生成热为461kJ·mol-1。计算表明TNH2IW的爆速为9.13km.s-1,爆压为38.9GPa,爆轰性能高于TNT和RDX,与HMX相当。     

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)。     

B/KNO3燃烧性能参数计算

B/KN03点火药具有燃烧热值高、点火能力强以及安全钝感等特点,在直列式点火系统中有较广泛的应用。对B／KN0燃烧性能参数进行理论计算,有助于指导这类点火系统的设计。本文利用VLW状态方程和最小自由能原理对B/KN03的燃烧性能参数进行了计算。计算前,采用最小二乘法对JNNAF热力学函数表中的有关数据进行拟合,得到了硼系氧化产物的标准焓和标准熵的温度函数系数。计算得到装填密度为0.31 g／cm3的B/KN03火药力、余容以及最大燃烧压力为2.145×lo5 J/kg、4.47×10 -4 m3/kg和78.23 MPa,分别与密闭爆发器实验值2.116×105 J/kg、4.418×10 -4 m3/kg和76 MPa接近。