DNTF基熔铸炸药的金属加速作功能力

用圆筒试验获得含铝和不含铝两种配方的DNTF基熔铸炸药的筒壁膨胀速度、比动能和格尼系数的变化规律,研究了其金属加速作功能力,并与Octol炸药进行了对比。结果表明,DNTF可显著提高混合炸药的金属加速作功能力;加入少量铝粉虽然会降低初始筒壁速度,但在圆筒膨胀后期,筒壁速度可超过不含铝配方,且提高了DNTF基熔铸炸药的持续金属加速作功能力;与Octol炸药相比,含铝DNTF基熔铸炸药的格尼系数提高了6.2%。     

金属柱壳约束对非理想炸药驱动效率的影响

通过分析金属柱壳在内部炸药滑移爆轰作用下的动力学响应,建立了爆轰产物压力与壳体径向膨胀位移、材料动态屈服强度之间的关系式。基于Taylor假定确定了壳体完全破裂时爆轰产物压力的阈值。以两种具有相近格尼系数的RDX基含铝炸药为例,对该模型的适用性进行了验证。结果表明,相同壳体下,与无硝酸酯的RDX基含铝炸药相比,含硝酸酯的RDX基含铝炸药的驱动能量利用率具有明显优势。当壳体材料动态屈服强度从0.2GPa增至0.8GPa时,其有效作功能的相对增量约从7.5%迅速增大至15.2%,符合战斗部实际应用中的趋势,表明该分析模型可用于非理想炸药驱动作功性能的综合评价。     

Al粉对炸药爆炸加速能力的影响

采用电探针法测量了RDX基含铝炸药爆炸驱动金属薄片的速度变化,分析了铝粉含量对炸药爆炸加速能力的影响。结果表明,炸药爆炸对金属薄片的加速能力受配方中铝粉的反应比例影响;金属薄片的加速过程分速度增长和速度减小两个阶段;金属薄片达到最大速度的距离与铝粉的含量有关,随着铝粉含量的增加,达到最大速度的距离有所增加,该距离在40~60mm。铝粉含量对炸药爆炸加速能力的贡献有一最佳值,对于RDX基含铝炸药,其值约为15%。     

DNTF基含铝炸药复合装药的驱动特性

设计了内外层分别由含铝质量分数为5%和20%的DNTF基炸药组成的复合装药。采用直径50mm圆筒试验测量了其爆速及圆筒壁的膨胀位移,研究了不同复合装药结构的能量释放特性,并与单一配方装药进行了对比。结果表明,内层为高爆速炸药时,爆速约为两种单一装药的平均值,后期驱动能力没有显著增强,格尼系数仅为2.86mm/μs;外层为高爆速炸药时,爆速略低于高爆速单一装药,爆轰波形具有明显的内聚特征,提高了内层低爆速炸药的能量释放速率,驱动能力持续增强,格尼系数为2.93mm/μs。     

含铝炸药圆筒试验与数值模拟

采用圆筒试验研究了两种直径(50 mm和100 mm)含铝炸药的作功能力,获得了圆筒壁膨胀位移与时间的关系.利用有限元动力学程序LS-DYNA,采用Lee-Tarver点火增长三项式模型对两种含铝炸药的圆筒实验进行了数值模拟.通过与实验结果相比较,得到了含铝炸药的爆轰产物JWL状态方程和反应速率函数的参数,较好地再现了两种含铝炸药圆筒试验结果的参数.Lee-Tarver点火增长三项式模型能够较好地反映含铝炸药后期能量释放驱动圆筒壁膨胀的过程.     

不同直径含铝炸药的作功能力

为具体考察不同直径含铝炸药能量释放过程偏离相似律的程度,采用高速转镜扫描相机及单狭缝扫描技术对两种不同直径（50和100mm）的含铝炸药进行了圆筒试验,扫描狭缝分别距圆筒尾端200mm（直径为50mm）和300mm（直径为100mm）。试验结果表明,在几何相似膨胀位置处,直径为i00mm圆筒试验相对于直径为50mm圆筒试验的壁膨胀速度偏离量约为5％,比动能偏离量约为11％,表明两种直径含铝炸药的圆筒壁膨胀速度不符合相似律,小尺寸圆筒试验将低估大尺寸含铝炸药的作功能力。     

RDX基铝纤维炸药水下爆炸的能量分析

将RDX基铝纤维炸药和RDX基含铝炸药进行水下爆炸实验,得到两种炸药在不同位置的压力-时程曲线,经过计算得到两种炸药水下爆炸的能量,并以含铝炸药的能量为铝纤维炸药的参考能量,分析两者的差异及造成差异的原因。结果表明,与含铝炸药相比,铝纤维炸药的压力峰值与冲量降低,铝纤维炸药的比冲击波能降低11%～22%,比气泡能降低11%～15%,比爆炸能降低11%～18%。铝纤维炸药的比爆炸能占爆热的73%～82%,低于含铝粉炸药比爆炸能与爆热的比值(89%～94%)。铝纤维炸药能量未达到其参考能量的主要原因是铝纤维直径较大导致反应不充分以及熔喷法制成的铝纤维中Al2O3含量较高。     

CL-20基含铝炸药爆轰波阵面法向速度与曲率的关系

采用高速扫描相机及电探针测速法测量了具有相同铝含量的CL-20基和RDX基含铝炸药的拟定态爆轰波形及爆速,分析了炸药波阵面法向速度Dn与曲率κ之间的函数关系。结果表明,CL-20基含铝炸药的爆轰波阵面较RDX基含铝炸药的平坦,其法向爆速受曲率效应的影响也较RDX基含铝炸药的小。当κ0.005mm-1时,其法向爆速的下降速率明显小于RDX基含铝炸药;当κ0.005mm-1时,其法向爆速的下降速率略高于RDX基含铝炸药。     

纳米铝对RDX基炸药水下爆炸能量的影响

为了探索纳米铝对RDX基压装炸药的水下爆炸能量的影响,测试了含纳米铝、微米铝、以及纳米铝和微米铝级配的RDX基炸药水下爆炸能量,分析了其水下爆炸能量的变化规律。结果表明,RDX基压装炸药中,当单独使用纳米铝或微米铝时,纳米铝对炸药水下爆炸总能量的提高不如微米铝;当铝粉总质量分数为30%,且纳米铝和微米铝的质量比为1∶2时,水下爆炸总能量比单独使用微米铝时提高7%,说明纳米铝和微米铝合理级配能够提高铝粉的能量释放效率。当铝粉总质量分数为35%时,即使采用级配也无法提高含铝炸药的水下爆炸能量。     

TATB基含铝炸药作功能力的试验研究

为评价TATB基含铝炸药的作功能力,通过ANSYS-LSDYNS软件,采用Lee-Tarver点火增长三项式模型模拟含铝炸药的圆筒试验,获得了含铝炸药的JWL状态方程及反应速率参数。利用激光位移干涉仪研究了不同铝粉尺寸的含铝炸药加速铜飞片的能力,用数值计算验证了标定的圆筒试验参数。结果表明,粒径较小的铝粉能够使铜飞片获得更大的自由面速度,加速铜飞片的时间缩短,表现为粒径2μm铝粉的含铝炸药反应时间比粒径10μm铝粉的含铝炸药缩短13.6%。计算值与试验结果吻合较好,表明圆筒试验得到的爆轰产物参数是有效的。     

EAK基熔铸分子间炸药的能量和撞击感度

通过水下爆炸试验研究了RDX和HMX对EAK基熔铸分子间炸药水下能量的影响。结果表明,RDX和HMX对EAK基混合炸药起到明显的增能作用,但对含铝和非含铝体系有不同的作用效果。爆速和撞击感度测定表明,EAK—RDX混合炸药爆轰的理想化程度和稳定性及撞击感度随RDX含量的增加而增加。从能量和撞击感度两个方面综合考虑,RDX的较佳加入量应为20％～30％。     

FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性

为研究FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性,对其进行了冲击波感度试验和冲击起爆试验,结合冲击波在铝隔板中的衰减特性,确定了FOX-7和RDX基含铝炸药的临界隔板值和临界起爆压力,并通过锰铜压阻传感器记录了起爆至稳定爆轰过程压力历程的变化。结果表明,以Φ40mm×50mm的JH-14为主发装药时,FOX-7和RDX基含铝炸药临界隔板值分别为37.51和34.51mm,对应的临界起爆压力为10.91和11.94GPa;起爆压力为11.58GPa时,FOX-7炸药的到爆轰距离为25.49~30.46mm,稳定爆轰后的爆轰压力为27.68GPa,爆轰速度为8 063m/s;起爆压力为14.18GPa时,RDX基含铝炸药的到爆轰距离为17.27~23.53mm,稳定爆轰后的爆轰压力为17.16GPa,爆轰速度为6 261m/s。     

NTO含量对RDX基含铝炸药机械感度及爆速的影响

制备了不同3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)含量的RDX基含铝炸药,用爆炸概率法和电测法测试了其机械感度和爆速,研究了NTO含量对RDX基含铝炸药机械感度和爆速的影响。结果表明,随着NTO含量的增加,含铝炸药的机械感度明显降低,撞击感度由34%降至2%,摩擦感度由30%降至2%;在相同密度下,随着NTO含量的增加,含铝炸药的爆速降低,当NTO质量分数为35%时,爆速降至7 764m/s,与不含NTO的RDX基含铝炸药相比,降低了169m/s。     

炸药的加速金属能力与分子结构关系的探讨

根据炸药分子结构的特点,应用量子力学原理和化学动力学的观点,探讨了炸药的分子结构与其在爆轰过程中能量释放速率之间的关系及炸药的分子结构与其加速金属能力之间的关系,发现共轭炸药具有能量释放快的特点,非共轭炸药具有持续加速金属的特性,高能量和能量释放快是炸药具有优越加速能力的必要条件,高能量、高密度共轭炸药是值得探索的一类炸药。     

含铝炸药JWL状态方程参数的确定

用圆筒试验研究了Φ25 mm和Φ50 mm含铝炸药的JWL状态方程,采用解析求解和二维数值模拟,得到了两种含铝炸药的JWL状态方程参数.结果表明,压装含铝炸药的后加速能力较强.含铝炸药的加速能力与JWL状态方程参数与尺寸有关.     

CL-20基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响

为了改善铝粉在CL-20基含铝炸药中的反应动力学特性,利用溶剂-非溶剂法制备了CL-20/Al复合颗粒,实现了CL-20与Al在微结构上的紧密结合,通过直接法制备了由CL-20/Al复合颗粒构成的组分质量分数为85%CL-20/10%Al/5%黏结剂的含铝炸药,并与常规法制备的相同组成的CL-20基含铝炸药进行了机械感度、爆热、爆炸罐试验和圆筒试验等结果的对比。结果表明,CL-20/Al复合颗粒会使含铝炸药的撞击感度略有提高,而摩擦感度不变,但总体上对机械感度影响不大;通过CL-20/Al在微结构上的复合,缩短了Al粉与爆轰产物之间的扩散距离,可以显著改善Al粉的反应动力学性能,提高Al粉在含铝炸药爆炸过程中的反应完全性,促使部分Al粉在爆轰区内参与反应,相比于常规法制备的相同组成的含铝炸药,可使含铝炸药的爆热从6787J/g提高至6930J/g,爆炸罐内爆炸场最高温度从544.3℃提高至661.2℃,格尼系数由2.88mm/μs提高至3.10mm/μs。     

铝含量对RDX基含铝炸药爆压和爆速的影响

利用锰铜压力传感器和测时仪测量了不同铝含量的RDX基含铝炸药的爆压和爆速。拟合出爆压、爆速与铝含量的关系式,分析了铝含量对RDX基含铝炸药爆压、爆速的影响因素。结果表明,随着铝含量的增加,RDX基含铝炸药的爆压和爆速呈线性减小。计算了铝粉的质量分数在0~40%时所对应的PC-J=A(x)0ρD2中的A(x)值,拟合出A(x)值与铝含量的关系式,得到RDX基含铝炸药爆压与爆速之间的关系式。     

DNTF基含硼和含铝炸药的水下能量

理论计算了DNTF基含硼和含铝炸药的爆炸性能参数,通过水下能量及爆热测试研究了它们的能量特性.结果表明,含硼质量分数15%的DNTF基炸药水下能量可达到2.1倍TNT当量,并出现最大值.含铝质量分数10%～50%的DNTF基炸药的水下能量随铝含量的增加呈上升趋势,其最大值可达到2.67倍TNT当量.当铅或硼的质量分数低于18%时,含硼DNTF炸药的能量高于含铝炸药.硼铝联用,也可获得较好的能量特性.     

DNTF基含硼和含铝炸药的水下能量

理论计算了DNTF基含硼和含铝炸药的爆炸性能参数,通过水下能量及爆热测试研究了它们的能量特性。结果表明,含硼质量分数15%的DNTF基炸药水下能量可达到2.1倍TNT当量,并出现最大值。含铝质量分数10%-50%的DNTF基炸药的水下能量随铝含量的增加呈上升趋势,其最大值可达到2.67倍TNT当量。当铅或硼的质量分数低于18%时,含硼DNTF炸药的能量高于含铝炸药。硼铝联用,也可获得较好的能量特性。     

含铝炸药爆炸光辐射能量输出特性研究

通过爆炸光辐射特性试验研究,获取了含铝炸药装药在不同反应阶段的可见光、红外光时程曲线,计算了不同波段光辐射的能量利用率;基于含铝炸药的爆炸能量输出结构,分析了含铝炸药爆炸光辐射能量输出特性和激发特性规律。结果表明,可见光、中波红外和长波红外3个频段的光辐射强度分别在含铝炸药爆炸爆轰反应阶段、无氧燃烧反应阶段和有氧燃烧反应阶段达到最大峰值,与不同阶段的反应机制和释能特性吻合;含铝炸药常规爆炸的光辐射在试验工况测量波段的能量利用率为5.91%,与核爆炸模式的光辐射转化率存在数量级上的差异,但通过优化炸药配方设计和复合装药结构等技术途径仍可能有较大的提升空间,可为光电对抗提供新型技术途径。