DNAN炸药烤燃特征

熔铸炸药在烤燃过程中会发生炸药熔化,影响炸药热反应过程。本文采用烤燃弹法,对熔铸载体炸药2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)进行了烤燃实验,测量了炸药中心温度变化,分析了炸药熔化和反应情况。建立了熔铸炸药热反应计算模型。采用焓-孔隙率方法,计算分析了炸药熔化过程。考虑了炸药自热反应、热传导、熔化后的对流传热和空气的辐射传热。对炸药烤燃实验进行了数值模拟计算。通过与实验结果的比较,验证了计算的正确性。确定了DNAN炸药的活化能和指前因子分别为172 kJ·mol~(-1)和1.20×1011s~(-1)。计算分析了3.3 K·h~(-1)、0.3 K·min~(-1)、1.0 K·min~(-1)、3.0 K·min~(-1)、10 K·min~(-1)和60 K·min~(-1)六种不同加热速率下DNAN炸药的烤燃特征。在慢速烤燃下炸药完全熔化后才点火,而相对快速烤燃下炸药边缘点火,这时炸药内部还未完全熔化。得到了点火时刻的温度分布和液相分数分布。结果表明,在熔铸炸药烤燃中,加热速率对炸药点火前的状态影响很大,从而会影响炸药反应的激烈程度。     

DNAN基含铝炸药烤燃实验与数值模拟

为研究RB-2X(2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/奥克托今(HMX)/铝(Al)/黏结剂)和RM-2X(DNAN/HMX/3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)/Al/黏结剂)两种新型DNAN基含铝炸药热响应特性,开展RB-2X炸药在1.0 K·min-1、RM-2X炸药在1.0 K·min-1和0.5 K·min-1加热速率下烤燃实验,测量炸药中心温度变化.建立烤燃弹数值模拟计算模型,采用多组元网格单元计算方法,考虑熔铸炸药冷却收缩形成空气间隙的影响,分析炸药热响应特性.数值模拟点火时间与实验结果对比显示,RB-2X炸药点火时间偏差为1.13％,RM-2X炸药点火时间最大偏差为5.63％.在此基础上,分析熔铸炸药壳体壁面与炸药之间的空气间隙对炸药点火时间的影响,结果显示延迟时间随间隙宽度增大而缓慢增大,当空气间隙扩大到0.75 mm后,延迟时间稳定在90 s,表明空气间隙对炸药点火时间的影响明显.预测装填RM-2X大尺寸弹药热响应过程,结果表明弹药尺寸和加热速率的增大会明显降低点火时中心温度,DNAN熔化状态从全部熔化变为固液共存.     

HMX基混合炸药烤燃特性及多步热反应计算

对以HMX为基的HMX/粘结剂/95/5混合炸药进行了多点测温的烤燃实验,获得了炸药内部不同位置的温度变化历程,观测到了炸药加热过程中由于HMX从β相到δ相的晶型转变吸收热量引起的温度非线性变化。通过不同尺寸炸药烤燃弹实验,研究了装药尺寸对炸药烤燃过程的影响。结果显示,在相同加热条件下,不同尺寸炸药内部温度分布不同,炸药内部相变情况、点火时间和区域有差异。HMX/粘结剂/95/5炸药烤燃点火后会发生强烈爆炸。建立了HMX/粘结剂/95/5炸药热反应计算模型,考虑了HMX多步热分解反应。采用过渡态理论,描述HMX炸药固相相变。根据炸药多点测温烤燃实验的结果,标定了HMX/粘结剂/95/5炸药热反应动力学参数。计算出了HMX晶型转变吸热引起的温度变化。通过对不同尺寸的烤燃弹实验的数值模拟,验证了计算的准确性,实现了对不同条件下炸药烤燃过程的有效预测性计算。计算获得了不同时刻下HMX热反应过程中反应物、中间产物和产物质量浓度的变化情况。     

DNAN及TNT基熔铸炸药综合性能比较

为了对比载体炸药2,4,6-三硝基甲苯(TNT)和2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)、以及以它们为基的熔铸炸药的综合性能,系统研究了DNAN和TNT、以及DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的流变、能量、安全、以及力学等性能。结果表明:载体炸药DNAN(6.87 m Pa·s)的粘度低于TNT(9.05 mPa·s),DNAN/HMX熔铸体系的极限固含量(约80%)高于TNT/HMX熔铸体系(约75%);DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的爆速分别为8336 m·s~(-1)和8452 m·s~(-1),爆压分别为31.03 GPa和31.44 GPa;在1 K·min~(-1)的慢速烤燃条件下,DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的响应等级分别为燃烧反应和爆炸反应;在4.51GPa的冲击波入射压力条件下,TNT/HMX(25/75)在8～12 mm内达到完全爆轰,而DNAN/HMX(20/80)在12 mm内未能达到完全爆轰;DNAN/HMX(20/80)的抗拉和抗压强度均大于TNT/HMX(25/75)。因此可以得出结论,在能量性能基本持平的情况下,DNAN/HMX(20/80)熔铸炸药的安全及力学性能优于TNT/HMX(25/75)熔铸炸药。     

2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药慢速烤燃过程传热特征分析

为探究2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药慢速烤燃过程的内部传热特征,设计了3组试验装置并进行烤燃试验。通过试验获得了炸药内部各测点在1 K/min热刺激下的温度变化曲线,其相变温度为73 ℃,响应温度为205 ℃,响应后均表现为不完全燃烧反应;结合响应结果判断出点火点位于弹体上部;系统地描述了炸药从固相到液相再到响应的内部温度变化过程。通过数值模拟观察了炸药相变的整个过程,对炸药受热时内部温度场变化进一步分析后发现：固相时炸药内部温度场为同心类椭圆状分布,液相时内部温度场为类层状分布;炸药相变后内部存在自然对流,对流是影响炸药点火点位置分布的主要因素。     

慢烤过程中热应力对HMX基含铝炸药装药响应特性的影响

为获得炸药装药在慢烤过程中热应力的变化规律,设计了一套热应力测试装置,获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药在密闭约束条件下热应力随温度的变化曲线;通过调整烤燃弹内惰性包覆层与装药的体积比,改变慢烤过程中装药热应力的上升速率,研究了烤燃弹临界响应温度及其三种工况下的响应剧烈程度。结果表明,壳体的约束作用使得装药的热应力随着温度的上升而逐渐增大,根据热应力变化速率的差异,可将整个过程分为6个阶段,其影响因素依次为热膨胀、孔隙率下降、HMX晶型转变、HMX缓慢分解、部分小分子气体泄漏、HMX加速分解,当温度升至208℃时,热应力达到9.2 MPa,装药随即点火;在烤燃弹的装药表面增加热膨胀性较强的硅橡胶包覆层,则会加快装药热应力的增长速率,使得装药的临界点火温度下降,但不会改变装药响应的剧烈程度。     

不同升温速率下炸药烤燃模拟计算分析

为了研究不同升温速率条件下炸药热反应规律,建立了炸药烤燃模型,利用计算流体力学软件,对固黑铝炸药(GHL)在不同升温速率下的烤燃过程进行了数值模拟计算.采用Arrhenius定律描述炸药自热反应,根据在1 K·min-1升温速率下固黑铝炸药烤燃实验测量的温度-时间曲线,确定了固黑铝炸药的活化能和指前因子分别为180.2 kJ·mol-1和2.1674 s-1; 分别对3.3 K·h-1,1 K·min-1,3 K·min-1和10 K·min-1四种不同升温速率下固黑铝炸药烤燃过程进行了数值模拟计算分析.结果表明,升温速率对炸药点火时间和点火位置有很大影响.升温速率增大,炸药点火时间缩短,点火位置从炸药内部移向炸药边缘.升温速率对炸药点火温度影响很小,但慢速烤燃下炸药点火时的环境温度比快速烤燃低.     

成型工艺对2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药装药质量的影响

为了提高2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸炸药的装药质量,采用压力浇铸与真空浇铸成型工艺,研究其对DNAN基熔铸炸药温度场、缩孔疏松、相对密度及抗拉强度的影响规律。结果表明：压力浇铸使DNAN基熔铸炸药凝固时间缩短,药柱内部缩孔疏松及气孔减少;当成型压力达到0.8 MPa时,DNAN/奥克托今（HMX）炸药相对密度和抗拉强度分别提高了6.4%、9.9%,药柱无裂纹;DNAN/黑索今（RDX）炸药的相对密度提高了2.7%,但抗拉强度降低了40.8%,同时药柱存在裂纹。真空浇铸对DNAN基熔铸炸药凝固过程温度场无影响,使药柱内部缩孔疏松及气孔减少;当真空度达到0.08 MPa时,DNAN/RDX炸药的相对密度及抗拉强度分别提高了2.0%、14.3%,药柱无裂纹。因此,为了获得高质量的熔铸炸药,DNAN/HMX炸药可采用压力浇铸;DNAN/RDX炸药可采用真空浇铸。     

考虑相变的炸药烤燃数值模拟计算

以低熔点的TNT炸药为研究对象，根据已有的TNT炸药烤燃实验，建立了炸药烤燃热反应模型，模型除了考虑炸药热传导外，还考虑了炸药多步化学反应、炸药相变和液态炸药的对流传热。采用计算流体力学软件Fluent，对加热速率为0．05K·s^-1时TNT炸药的烤燃过程进行了数值模拟计算，得到了TNT炸药的剧烈反应时间为4150s，炸药点火时3号特征点的温度为226℃；与实验结果比较，验证了计算模型和相关参数的正确性。分析了不同加热速率下（0．3K·s^-1，0．05K·s^-1，3．3K·h^-1）TNT炸药相变和温度变化情况。计算结果表明，烤燃中炸药相变熔化是从外向内逐步进行，未熔化的固态炸药会在重力作用下出现沉降。炸药熔化时会吸收热量，使温度上升速度减小。刚熔化的炸药在对流作用下温度会在短时间内快速上升。液态炸药存在热对流和热传导的共同作用，使炸药内部温度分布的均匀性增加。炸药相变对炸药点火温度，点火时间和点火位置都有影响。     

烤燃弹热点火的LS-DYNA数值模拟研究

为了提高弹箭武器的可靠性,必须对其在一定热条件下的安全性进行评估。文中针对研究含能材料热安定性的烤燃试验,建立了烤燃弹的数值计算模型,利用LS-DYNA3D有限元程序中的热力耦合分析功能对烤燃弹在不同升温速率下的内部传热及炸药和壳体热膨胀的准静态过程进行了数值模拟,得到了炸药的点火时间、点火温度、点火位置以及炸药点火前壳体及炸药热膨胀的幅度、烤燃弹中的压力分布、等效应力及等效应变云图。结果表明,随着升温速率的提高,炸药的点火时间是逐渐缩短的,点火时壳体的温度是逐渐上升的;炸药的点火位置同时也是点火前装置中压力的最高点,装置中等效应力和等效应变的最大值出现在炸药中,与壳体相邻的圆柱环形区域。     

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。     

功能助剂对2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药性能的影响

为了获得适用于2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药的功能助剂体系,改善其装药性能,通过黏附功确定功能助剂为吐温60和醋酸丁酸纤维素(CAB);采用巴西实验、静态剪切实验、撞击感度爆炸概率法实验、摩擦感度爆炸概率法实验、小隔板实验和液体静力称量法,研究了功能助剂对DNAN 20/奥克托今80(HMX 80)熔铸炸药的拉伸强度、剪切强度、撞击感度、摩擦感度、冲击波感度和装药密度的影响规律。实验结果表明:功能助剂使得DNAN 20/HMX 80熔铸炸药在-40℃、20℃、60℃下的拉伸强度分别增大6.25%、10.3%、47.8%,剪切强度分别增大23.5%、27.8%、45.1%;摩擦感度、撞击感度和冲击波感度分别降低14.29%、4.76%、3.11%;相对密度提高0.2%.因此,功能助剂吐温60和CAB可以用于改善DNAN基熔铸炸药的力学性能和安全性能。     

DNAN 基高固含量熔铸炸药力学性能研究

为了解2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基高固含量熔铸炸药(20%DNAN/15%HMX/32.5%NTO/31%Al/1.5% 功能助剂,固含量78.5%)的动态力学性能,对其进行分析。使用万能材料试验机及分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)对DNAN 基熔铸炸药样品进行准静态与动态加载,获取炸药样品在准静态加载与动态加载条件 下的应力应变曲线;依据应力应变曲线,标定炸药的Maxwell 模型参数,并通过数值仿真对模型及标定参数进行验 证。验证结果表明：DNAN 基熔铸炸药失效应变低于1.6%,脆性大,随着加载应变率增大,材料失效应力随之增加, 机械响应应变率相关;Maxwell 模型标定参数准确,能较好地反映炸药在不同应变率加载下的力学性能。     

24-二硝基茴香醚基含铝熔铸炸药爆轰临界直径的实验研究

为了揭示2,4-二硝基茴香醚(DNAN)基高能钝感熔铸炸药的爆轰传播特性,加快DNAN基熔铸炸药的工程化应用,采用连续导线法测量了DNAN基含铝熔铸炸药的临界直径。结果表明：Al含量（质量百分比0~30%）增大、Al粒度d₅₀（分别为6 μm、12 μm、31 μm）减小均会降低爆轰传播的临界直径;黑索今（RDX）的粒度d₅₀（分别为19 μm、147 μm、751 μm）增大、RDX品质提高会增大爆轰传播的临界直径。研究结果为DNAN基含铝熔铸炸药的配方和战斗部结构设计提供基础的技术参数。     

2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸炸药研究进展

随着弹药安全性要求的不断提升,传统2,4,6-三硝基甲苯(TNT)基熔铸炸药在制造、运输和使用过程中暴露出的问题使其安全性不能达到钝感弹药的技术要求,2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药是近年来逐渐发展起来的一类可以替代TNT基炸药的钝感炸药。本文在系统跟踪近十年来国内外研究动态的基础上,综述了DNAN的合成及性能,DNAN基熔铸炸药爆炸特性、安全性、安定性、贮存特性、易损性、力学特性及流变特性等最新的研究与进展。展望了DNAN基熔铸炸药研究的热点和难点。     

24-二硝基苯甲醚基熔铸含铝炸药圆筒试验及爆轰产物状态方程

为明确含铝炸药冲击起爆过程中爆轰产物状态方程参数的确定方法,采用2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸含铝炸药RA1（奥克托今(HMX)/DNAN/Al）和对应含氟化锂(LiF)炸药RF1（HMX/DNAN/LiF）开展50 mm标准圆筒试验。利用电探针测速法和光子多普勒速度测试技术获得RA1和RF1炸药的爆速和圆筒膨胀速度,并通过遗传算法和数值模拟技术分别确定两种炸药的爆轰产物状态方程参数。对比RA1与RF1炸药的圆筒速度变化曲线发现：在0~4.6 μs时间内,两曲线重合度较高;在4.6 μs以后,随着铝粉反应量的增加,两曲线出现明显分离。结果表明：铝粉在爆轰阶段反应量很少,反应主要发生在产物膨胀阶段,由此可得在含铝炸药冲击起爆过程中铝粉的反应量可近似忽略,冲击起爆数值模拟时含铝炸药爆轰产物的状态可由对应含LiF炸药的产物状态方程描述。     

DNAN 基熔铸炸药成型过程数值仿真

为模拟DNAN 基熔铸炸药成型过程,采用结构网格计算流场和温度场、非结构网格计算应力场的方法,得到DNAN 基熔铸炸药冷却凝固时清晰的固液界面以及合理的缩孔缩松及热应力分布。通过对比研究,在一定模具和装药尺寸条件下,提出减少DNAN 基熔铸炸药装药缩孔缩松、降低热应力极值以及缩短凝固时间的优化方案,方案为模具上表面保温1 h,模具下表面30 益恒温水浴。     

2,4-二硝基苯甲醚为基熔铸炸药的研究进展

由于TNT为熔融介质的熔铸炸药不能满足钝感弹药(IM)要求,人们一直在寻求化学性能和物理性能相适宜的替代物。2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)熔点94~96℃,性能适宜,利用它的低感度可研制出IM应用的一类新型低感熔铸炸药,是TN T有前景的替代物。本文详细地综述了其合成现状、物理性能、热性能和相容性等和以DNAN为基的熔铸炸药配方的研制及相关性能的研究进展。