DNAN基高致密熔铸炸药装药安全性研究

文章从熔铸炸药的一般性质入手,分析了以球形化RDX/DNAN为基的高致密熔铸炸药装药的可行性与优越性;通过制备一定量的RDX/DNAN和RDX/TNT熔铸炸药药柱,采用GJB炸药试验方法,进行密度和冲击波感度测试。试验结果表明,相同配比下使用球形化RDX的TNT基高致密熔铸炸药相对于使用普通RDX的TNT基高致密熔铸炸药,其密度更高,冲击波感度略有降低。而相同RDX含量下,将载体由TNT改为DNAN,其冲击波感度又降低了超过15%,安全性得到了极大的提升。     

DNAN基熔铸混合炸药慢烤燃的尺寸效应

利用自行设计的烤燃试验装置,采用多点测温方式,以1.0℃/min的升温速率对3种不同装药尺寸的DANA基熔铸混合炸药进行慢烤,测量烤燃弹的温度变化,以此为基础,建立烤燃弹的计算模型,利用FLIENT软件对不同装药尺寸的烤燃弹进行了数值模拟,研究装药尺寸对DNAN熔铸混合炸药烤燃响应特性的影响。结果表明,约束条件和升温速率不变时,装药尺寸对DNAN基熔铸混合炸药的响应温度有明显影响,装药直径为19mm的烤燃弹在升温速率1.0℃/min下,当长径比小于4时,炸药的响应温度随长径比增大呈指数降低趋势,同时响应时间随装药尺寸增大也呈指数衰减;当长径比大于4时,炸药的响应温度趋于恒定,响应时间也基本不变。在升温速率不变时,DNAN熔铸炸药的相变温度与尺寸无关,在1.0℃/min升温速率下的炸药点火位置均在药柱中心,点火区域与装药尺寸呈几何相似。     

热刺激强度对DNAN基熔铸炸药烤燃响应特性的影响

为研究热刺激强度对DNAN基熔铸炸药烤燃试验的热反应规律,利用自行设计的烤燃试验装置,采用多点测温烤燃试验,在升温速率0.055、1.0、2.0K/min下对该炸药进行了烤燃试验。建立了炸药烤燃计算模型,分别模拟计算了升温速率0.055、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0K/min下的烤燃响应情况。结果表明,升温速率对DNAN基熔铸炸药的相变温度、响应温度、点火位置都有较大影响;升温速率为0.055K/min时,炸药发生相变和响应时的温度较低,点火区域位于药柱中心;升温速率为5.0K/min时,炸药发生相变和响应时的温度较高,而点火区域位于药柱上、下两端环状区域;随着升温速率的增大,炸药的响应温度不断升高,相变时的温度呈对数增加。     

国外二硝基茴香醚基炸药发展现状

为及时了解国外二硝基茴香醚(DNAN)炸药技术的发展现状,在系统跟踪国外技术文献和研发动态的基础上,综述了DNAN基炸药的配方设计、制备工艺、环境健康评估和装备应用等最新研究与进展。从中分析得出:美国DNAN基炸药技术发展最迅速,DNAN基炸药配方研究活跃,有多种配方已达到实用化水平;DNAN基熔铸炸药的环保和安全特性明显优于TNT,预示着其在不敏感弹药中具有广泛的应用前景;美军率先大规模装备IMX-101和IMX-104炸药并部署部队,标志着大口径炮弹炸药主装药的不敏感化换装已进入实施阶段;对DNAN的研究提出了建议,应重点发展DNAN基高性能熔铸炸药配方、先进制备工艺技术及应用技术。     

约束对DNAN基熔铸炸药点火反应特性的影响

为了探究约束对2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药点火反应特性的影响，设计了不同壁厚条件下单端点火试验和相同壁厚的爆轰试验；基于爆炸相似理论，通过对比爆轰试验与点火试验产生的冲击波超压，估算了炸药在点火试验中产生的等效反应药量。结果表明，DNAN基熔铸炸药在一般约束条件下(壁厚小于10mm),经黑火药引燃后仅发生燃烧反应；在强约束条件下(壁厚20、30、40及50mm)反应更为剧烈，但未发生典型的燃烧转爆轰过程，反应烈度为爆燃或爆炸级。DNAN基熔铸炸药发生反应的等效反应药量随着管体壁厚增大，爆炸百分比从23.9%依次增加至34.8%、77.3%及78.7%。可知在一定范围内增强约束条件，炸药燃烧进程会随之加快，反应更为剧烈，但当约束条件足够强时，这种促进作用将不再明显。     

TNT、DNAN和DNTF单质凝固过程中温度和缩松的数值模拟及实验研究

为了解熔铸载体炸药凝固过程中温度及缩松规律,以TNT、DNAN和DNTF 3种单质炸药为研究对象,使用铸造软件ProCAST对3种载体在铜模具中自然凝固时轴向不同位置处温度变化及总体缩松情况进行了模拟计算,并针对模拟工况进行了试验验证;通过热电偶温度传感器测量并记录温度曲线;对凝固后的药柱进行机械剖分并观察缩松情况。结果表明,TNT、DNAN和DNTF的凝固点分别为81、90和109℃;TNT及DNAN凝固偏向于逐层凝固,而DNTF凝固则接近于体积凝固;3种单质炸药凝固过程中温度模拟结果准确度高,平均误差均小于10%;缩松预测计算结果同试验结果一致;模拟计算精度能够满足工艺实践的需求。     

工艺参数对惰性代料高压熔铸成型质量的影响

为减少熔铸炸药的装药缺陷、提高装药密度，设计制造了一套高压熔铸成型系统，采用与典型TNT基和DNAN基熔铸炸药物理性质相近的惰性代料开展高压熔铸成型试验，研究加载压力、保压时间和加压时机对代料药柱相对密度和装药质量的影响。结果表明，高压熔铸成型过程中，除液相补缩作用被增强外，还存在糊状补缩和固相补缩作用，从而显著减少药柱的装药缺陷，提高相对密度；加载压力应在药柱的三轴压缩屈服强度和三轴压缩抗压强度之间；保压时间应超过药柱的凝固耗时；加压时机的温度应保证模具内壁尚未出现凝固层；加载压力25.45MPa、保压时间60min、加压时机80℃工况下制得的药柱无装药缺陷，相对密度高达99.90%。     

美国不敏感混合炸药的发展现状

介绍了美国研究发展的几种不敏感混合炸药,包括以DNAN基PAX系列炸药、以蜡为添加剂的MNX-194等熔铸炸药、AFX-757、PBXN-109、PBXIH-135、PAX-2A、PAX-3以及TATB基等高聚物黏结炸药的性能和应用情况.指出不敏感炸药在武器中已经大量应用.     

高品质RDX在DNAN中的溶解及反复熔融特性研究

为研究高品质RDX在2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)中的溶解及反复熔融特性,采用高效液相色谱法研究了高品质RDX在DNAN中的溶解度及影响因素;通过工艺试验研究了DNAN/高品质RDX熔铸炸药在反复熔融后的不可逆增稠特性;运用热台显微装置研究了高品质RDX在DNAN中的溶解及析出过程,并与普通RDX(3类)进行了对比。结果表明,随着高品质RDX粒度的增大,其在DNAN中的溶解度逐渐减小,呈近似线性关系;高品质RDX在DNAN中的溶解度随温度升高而增大,115℃时高品质RDX(d50=470μm)在DNAN中的最大溶解度达到8.87g/100g,在不同温度下溶解度均小于普通RDX;DNAN/高品质RDX配方在反复熔融后的不可逆增稠程度小于DNAN/普通RDX配方;高品质RDX在DNAN中的溶解首先从晶粒的不规则外沿和晶体凹陷区域开始,溶解速率受颗粒尺寸及不规则程度影响,且明显慢于普通RDX;析出存在两种方式且析出后形状呈不规则变化。     

熔铸炸药的研究进展

综述了DNAN、TNAZ、DNTF、M eNQ四种可作为熔铸载体炸药的国内外研究现状,介绍了它们的合成方法、物理化学与爆轰性能、相容性、熔铸配方以及国内外在为其熔铸所做的最新研究成果,为促进上述载体炸药能更好地应用到熔铸中提供必要的参考数据。其中DNAN已经在美国投入到实际熔铸应用中,TNAZ、DNTF、M eNQ处于合成放大阶段和熔铸应用初级阶段。这些炸药的研究和应用将推动无TNT熔铸时代的到来。     

DNAN基熔铸复合炸药的爆轰性能

采用GJB772A-97方法704.2锰铜压力传感器法和GJB772A-97方法702.1电测法测试了6种2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸复合炸药的爆速和爆压及空中爆炸冲击波参数,通过计算得到配方中铝粉的反应度λ和反应区间长度L。结果表明,DNAN基熔铸复合炸药空中爆炸威力(Δp·I)与反应度和反应区间的乘积(λ·L)的大小关系一致。λ·L值越大,其爆炸威力越大。     

RDX基炸药热起爆临界温度的测试及数值计算

为了研究RDX基炸药在不同烤燃温度下的热分解规律,采用恒温控制技术,以1℃/min的升温速率对RDX基炸药进行了烤燃试验。利用FLUENT软件对不同温度下的热爆炸延滞期进行了数值模拟。结果表明,烤燃温度对RDX基炸药的热分解有重要影响,当恒定温度达到175℃时,RDX基炸药的分解速率发生明显变化。数值模拟结果表明,当以1℃/min的升温速率加热至178℃恒定660min时,RDX基炸药发生了自加热反应,最终导致点火。RDX基炸药发生自加热反应的临界温度为178℃。     

DTHL炸药热分解动力学研究及贮存寿命预估

通过NBK型"拉瓦"材料热稳定性测试系统研究了DTHL熔铸含铝混合炸药的全分解过程,得到分解放出气体压力p和放气量VH与时间t的关系曲线,并对其进行了初始热分解动力学分析和贮存寿命预估。结果表明,DTHL熔铸炸药在110~140℃范围内,其初始热分解反应机理函数符合成核和生长(n=2)的Avrami-Erofeyev方程;表观活化能和指前因子分别为Ea=120.29kJ.mol-1,A=109.99s-1。以放气量2mL/g为临界点,用Berthlot方程外推得到DTHL熔铸炸药在25℃和20℃条件下的贮存寿命为18.8年和30.7年。     

几何尺寸对DNAN基熔铸炸药慢烤响应特性的影响

为研究几何尺寸对DNAN基熔铸炸药热反应规律的影响,自行设计了慢烤试验装置,采用多点测温慢烤试验方法,分别在1°C/min和3.3°C/h两种升温速率下进行了4种尺寸(Φ19mm×19mm、Φ19mm×38mm、Φ19mm×76mm、Φ30mm×30mm)弹药的慢烤试验,建立了炸药慢烤试验计算模型,采用Fluent软件计算了升温速率3.3℃/h下一维、二维方式几何尺寸增加时烤燃弹的响应情况。结果表明,几何尺寸和升温速率共同影响烤燃弹的响应特性;对相同烤燃弹,在升温速率3.3℃/h下加热响应等级比升温速率1℃/min下的更剧烈;在升温速率3.3℃/h下,烤燃弹点火位置均位于几何中心,并且随着几何尺寸的增加,点火时刻烤燃弹的外壁温度逐渐降低,烤燃弹存在发生点火反应的最低环境温度为174.74℃,且当药柱长径比为4时,点火时刻外壁温度随着药柱直径的增加呈指数衰减趋势。     

熔铸混合炸药用载体炸药评述

介绍了TNT、3号炸药、DNTF、TNAZ、DNAN、DNP等典型熔铸载体炸药的物化性能、爆炸性能、安全性能、结晶和凝固性质铸装质量,分析了作为载体炸药所存在的优点和不足,提出了利用优势克服不足的途径.认为TNT通过改性仍然是熔铸炸药的主要载体炸药;3号炸药具有系统研究的必要;DNTF通过降低冲击波感度和强化结晶控制研...     

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%。     

HMX基PBX的温度环境适应性

对HMX基PBX进行了-40～+75℃温度循环试验和温度冲击试验,采用超声波参量检测方法对炸药的内部损伤进行了分析和表征。并对环境试验前后炸药的力学性能和破坏方式进行了实验研究。结果表明,温度循环试验和温度冲击试验将导致HMX基PBX产生热损伤,使HMX基PBX压缩强度轻微下降,而对拉伸强度影响不大。     

3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱炸药的安全贮存寿命预估研究

采用安定性试验标准物质黑索今验证了通过动态真空安定性试验(DVST)设备准确测定分解气体的压力来研究火炸药分解的可行性,并采用DVST装置,借鉴火药的热加速老化寿命评估方法研究了3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)炸药的安全贮存寿命.结果显示,5.0g真空安定性标准物质黑索今100℃加热48h后的DVST放气量为0.292 mL,处于真空安定性试验的误差范围内((0.24±0.07)mL).热加速老化试验推测DNTF炸药在40℃下的安全贮存寿命为85a,25℃下安全贮存寿命为838a.     

缓慢热作用下PBX-9炸药的响应特性

为研究RDX基PBX-9炸药的热响应规律,分别采用1.5、3.0、4.5、8.0℃/min的升温速率对PBX-9炸药药柱进行了烤燃试验。用热电偶测试了药柱表面的温度变化,通过测量冲击波超压和收集试验弹残骸,分析了药柱的反应程度,获得了不同升温速率下的响应规律。结果表明,升温速率为1.5~8.0℃/min时,对PBX-9炸药的响应温度没有明显的影响,试验弹响应时药柱温度约为140~150℃,均为燃烧反应。烤燃过程中黏结剂的分解对PBX-9炸药响应特性影响较大,使其反应程度一致。采用FLUENT软件对该烤燃试验过程进行了数值模拟,得到PBX-9炸药反应的活化能和指前因子分别为184.2×103J/mol和7.24×1018s-1。     

混合炸药对温度渐变环境的适应性研究

研究了几种混合炸药在经历了温度渐变试验（又称高低温循环试验）后的尺寸、质量、力学性能的变化，以及外观和内部结构的改变，分析了环境因素的影响程度及作用机理。建立了混合炸药对温度渐变环境的适应性试验方法，评价了混合炸药对温度渐变环境的适应能力。为混合炸药的配方设计、生产、运输和贮存提供指导性依据和评价标准。