RDX、HMX及CL-20晶体的高温高压相变研究进展

环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)三种多晶型含能材料在高压/高温高压下具有丰富的相变行为及相变特征,本文总结了三种炸药在不同压力环境下的相变路径、部分相结构及p-T相图,为含能材料的爆轰行为和理论研究工作提供参考。根据目前的研究现状,发现在较复杂的相变研究上仍存在分歧,大部分高压相的结构还不明确,p-T相图不够完善,相变理论的研究也存在明显不足。指出探索含能材料的不同晶型间转化机理和获取更多相结构信息将是未来的重点研究方向。     

含能破片撞击引燃屏蔽炸药的实验研究

为研究新型含能破片低速撞击并引燃屏蔽炸药的机理,对新型含能型破片进行了实验研究与理论分析.结果表明:含能破片对屏蔽炸药引燃的撞击速度为631～925m/s,远低于冲击起爆的阈值速度1450m/s,引燃机理为:含能破片冲塞后,破片内部的含能材料发生反应,释放大量的热,从而引燃炸药.     

固体炸药起爆的经典分子动力学研究进展

现代高性能计算机上所进行的包含几百万个原子的分子动力学模拟，能够在原子尺度提供对于含能材料中爆轰过程的直观理解，本文综述应用经典分子动力学方法研究固体炸药冲击起爆问题的历史及现状。首先简要回顾分子动力学方法的发展；然后重点介绍应用这一方法研究固体炸药起爆问题的三个主要方面——固体炸药的冲击起爆机理、爆轰波的性质与能量转换机制、固体炸药的势函数；最后对固体炸药冲击起爆的分子动力学研究所面临的问题及其发展趋势进行了探讨：由于过于理想化的含能材料模型以及计算能力不足这两方面的限制，在可预见的未来，固体炸药起爆的经典分子动力学研究主要保持在建立模型以及定性研究的阶段。     

炸药颗粒床冲击加热多尺度数值计算

对一维两相流模型进行简化,引入热点模型和阿伦尼乌斯反应速率方程,考虑炸药颗粒的可压缩性以及固液相变的影响,建立了炸药颗粒床冲击加热的多尺度计算模型,对活塞冲击颗粒药床进行数值模拟。研究了致密波区内的固相体积分数、压力、密度、整体平均温度和颗粒尺度的温度分布。结果表明：对于亚音速致密波,固相体积分数、压力、密度和整体平均温度光滑地从初始值过渡到平衡状态;相同的加载条件下,颗粒尺度的热点温度明显高于整体平均温度,并超过了熔点,可以观察到相变的发生。在颗粒接触面附近,化学反应发生,温度出现突跳。并研究了活塞速度、初始体积分数和颗粒半径等模型参数对颗粒药床压缩性能的影响。     

2,4-二硝基苯甲醚基钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆特性

为了探究钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆特性,建立化学爆炸加载一维拉格朗日锰铜压阻测试系统,获得了不同加载压力下一典型2,4?二硝基苯甲醚(DNAN)基钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆过程压力成长历史。利用熔铸含铝Duan?Zhang?Kim(DZK)细观反应速率模型,确定了该钝感含铝炸药的反应速率模型参数,并对其冲击起爆过程进行了数值模拟研究。结果表明在钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆过程中,波阵面附近炸药的反应速率和反应程度均较低,而随着热点点火反应的进行以及化学反应的不断累积,炸药的波后化学反应速率不断增加,并在一段时间后到达峰值。当加载压力越高时,钝感熔铸含铝炸药内部的爆轰成长速率越快。同时,与粒子速度成长历史相比,压力成长历史包含更多的反应速率变化信息,更适用于反应速率模型的验证以及炸药反应流模型参数的确定。     

含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究

为提高战斗部的毁伤效能,对氟聚物基含能反应材料进行了研究。对氟聚物基含能材料配方改进并制备了一种Φ26mm×60mm的含能毁伤元。将含能毁伤元装入特定结构壳体后进行了冲击引爆模拟战斗部试验。采用高速录像观察含能毁伤元冲击侵彻模拟战斗部后的爆炸情况并测试爆炸后空气冲击波超压。考察了含能毁伤元不同速度下对B炸药和PBX-9404炸药的引燃引爆能力。设置了B炸药模拟战斗部静爆试验作为对比。在试验的基础上,通过测量爆炸后空气冲击波超压进行了TNT当量等效对比分析。试验研究表明,在735m·s~(-1)的侵彻速度下,氟聚物基含能毁伤元可冲击引爆B炸药模拟战斗部。在962m·s~(-1)的侵彻速度下,能引发PBX-9404炸药模拟战斗部爆燃反应。     

微纳米含能材料研究进展

微纳米含能材料由于其小尺寸效应、密实效应、高表面能与高表面活性,表现出优异的性能并获得良好的应用效果。基于国内外学者的相关研究工作,综述了当前微纳米含能材料制备所采用的重结晶技术、粉碎技术,以及微纳米含能材料的干燥技术、粒度与形貌表征方法、感度随粒度大小变化机理、应用方向及效果等方面的研究进展。指出微纳米含能材料今后应重点加强基础理论、模拟仿真、应用作用机制及工程化放大与实际应用等方面的研究工作,使微纳米含能材料尽快转入工程化应用,以加快高能固体推进剂、混合炸药、发射药以及火工烟火药剂的发展并提升其性能。     

专刊导言

高能炸药作为常规毁伤的能源材料一直是武器弹药发展的核心技术领域,CL-20、DNTF等第三代含能材料为基的混合炸药是当前国内外高能炸药发展的前沿。近年来与第三代含能材料应用相关的研究受到高度重视,无论在含能材料合成制备技术,还是在混合炸药组分相互作用及化学反应机理研究,或是在应用性能评估等诸多方面均取得了可喜的研究进展,为第三代含能材料的应用提供了较为坚实的理论与技术基础。     

2，4-二硝基苯甲醚基熔铸含铝炸药冲击起爆特性

为钝感高能炸药安全性设计和应用提供理论依据和物理基础,深入开展钝感熔铸含铝炸药冲击起爆特性实验研究。建立蓝宝石飞片平面撞击加载炸药一维拉格朗日分析组合式电磁粒子速度计实验测试系统,测量2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸含铝炸药冲击起爆爆轰成长过程中不同拉格朗日位置的粒子速度-时间变化曲线,获得飞片撞击速度和固相炸药颗粒度等变化对其冲击起爆爆轰成长的影响规律,并确定了该熔铸含铝炸药的冲击Hugoniot关系（D=2.439+2.137u,D为冲击波传播速度,u为粒子速度）和未反应炸药状态方程参数。结果表明：DNAN基熔铸含铝炸药冲击起爆爆轰成长过程的典型粒子速度曲线呈驼峰状,冲击波阵面波后粒子速度明显上升并加速追赶前导波阵面,冲击起爆过程整体表现为加速反应特征;在该装药颗粒度级配范围和加载压力下,加载压力越高或固相炸药颗粒度越小,炸药冲击起爆爆轰成长越快,越早转为爆轰。     

不同加载压力下炸药冲击起爆过程实验和数值模拟研究

采用炸药平面透镜爆轰加载及空气与隔板综合衰减技术,建立基于锰铜压阻传感器的 一维拉格朗日实验分析系统,得到了3 种加载压力下两种颗粒度PBXC03 炸药冲击起爆不同拉格 朗日位置的压力历史,以及加载压力对炸药冲击起爆过程的影响规律。采用DYNA2D 程序,对两 种颗粒度PBXC03 炸药的冲击起爆过程进行数值模拟,计算结果与实验结果趋势一致。结果均表 明:加载压力减小,炸药中前导冲击波速度增长变慢,压力增长变缓,炸药的到爆轰距离增加。数值 模拟得到的两种颗粒度PBXC03 炸药起爆压力和到爆轰距离的关系与文献[15] 的POP 图曲线吻 合较好,验证了文献[14]建立的PBX 炸药冲击起爆细观反应速率模型的合理性。     

含能材料燃烧转爆轰研究进展

介绍了国内外在含能材料燃烧转爆轰(DDT)的研究方法、影响因素、机理成因等方面的主要研究成果,目前,DDT的研究方法主要有实验和数值模拟;DDT的影响因素主要有装填密度、约束条件、点火方法和强度、材料自身的物理化学特性等,DDT机理研究主要有"冲击波成长说"和"局部热爆炸说"。今后,应结合新型高能火炸药的安全性研究,开展其DDT规律研究,在DDT数值模拟方面,应建立全面考虑含能材料反应引起的边界问题、含能材料理化特性、几何效应等的三维数学模型。     

金刚烷的结构、溶解性及热力学性质

介绍了表征金刚烷分子和晶体结构的XRD、FT-IR、MS、NMR、EMS、DMS、RAMAN、DSC等多种谱图特征,分析了金刚烷晶体随温度、压力变化而产生晶相转变的特征,归纳了金刚烷的热力学性质及其在不同溶剂、不同温度下的溶解度。例举了多硝基金刚烷和氮杂多硝基金刚烷在高能量密度(HEDM)分子设计中的最新研究状况。     

含能配合物研究新进展

含能配合物具有结构稳定、安定性能好、高能钝感等特点,在起爆药、点火药、含能催化剂领域具有重要的用途。本研究概述了近年来在高氯酸类、叠氮类、硝酸类、硝基酚类等五大类含能配合物的分子结构、耐热性能及感度性能等方面的最新研究结果,详细阐述了金属离子对含能配合物性能的影响规律,并展望了含能配合物的发展方向。      

环磷腈类高能量密度化合物研究VI. 环磷腈化合物及其在含能材料中的应用

对近年来国内外环磷腈化合物的研究进展及其在含能材料领域的应用进行了综述。重点介绍了六氯代环三磷腈、八氯代环四磷腈及其取代物的结构、性质及应用。对以环三磷腈和环四磷腈为母体,氨基、硝基、叠氮基等为取代基形成的化合物在实验和理论方面的研究进展进行了综述,展望了其在含能材料及相关领域的应用。     

混合炸药设计研究进展

混合炸药是含能材料在武器中实现毁伤作用的能量源。本文简要综述了近年来混合炸药设计的研究进展和发展趋势,从新型高能炸药、含能粘结剂与增塑剂、高活性金属的应用三个方面阐述了混合炸药高能化设计的研究进展,再从低感含能材料、高效降感技术和抗力热环境材料与微结构的应用三个方面介绍了混合炸药钝感化设计的研究进展。依据不同的功能化设计,归纳了典型炸药配方组成、特点和应用情况,提出了未来混合炸药将朝着高能量密度化、钝感化、环境适应性提升、绿色化、理论设计加强方向发展。     

含能材料机械化学研究进展

概述了机械化学的起源、特点及其在含能材料研究领域中的应用与发展状况。含能材料机械化学可分为实验研究与理论研究。本文重点汇集和评述了国内外在含能材料机械化学理论研究领域的进展,分析了含能材料的爆炸始发机制、结构与性能的关系以及感度性能理论预测等方面的研究成果,展望了机械化学在含能材料领域的发展前景。附参考文献70篇。     

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。 