HMX基含硼铝炸药的释能特性和作功能力

如何有效地运用活性金属来提高炸药的爆炸威力和作功能力是设计金属化炸药的关键问题.为探索B/Al复合粉在增爆炸药和温压炸药中的应用,设计并制备了3种HMX基含硼铝炸药.对Φ100 mm×105 mm样品,用空中爆炸试验和水下爆炸试验研究其能量释放特性;用Φ50 mm圆筒试验评价其作功能力,讨论了微米金属粉含量对含硼铝炸药的释能过程和作功能力的影响.结果表明,空爆和水下爆炸中,在HMX的爆轰作用下,铝粉燃烧能够促进硼粉的后燃效应,释放出大量的燃烧热,形成高温高压的膨胀产物,增加空中爆炸火球的持续时间和水下爆炸的总能量.圆筒试验中,在爆轰产物驱动铜管膨胀破裂之前,没有足够的氧和硼反应,未能体现含硼铝炸药中B的燃烧能量优势.当铜管壁膨胀破裂后,空气中的氧可进一步与B/Al复合粉反应释放大量的燃烧热,增强后效作功能力.     

硼铝金属化炸药的制备及性能表征（英）

以奥克托今(HMX)为基,加入氧化剂高氯酸铵(AP)、硼铝复合粉和粘结剂端羟基聚丁二烯(HTPB),设计和制备硼铝金属化炸药.用扫描电子显微镜(SEM)观测了硼粉、铝粉及硼铝复合粉的外观形貌;用热重-差示扫描量热(TG-DSC)分析了奥克托今(HMX)和高氯酸铵(AP)对硼铝粉热氧化特性的影响,对硼铝粉的反应动力学机理进行了深入了解;为掌握金属化炸药对各种外界能量刺激的安全性以及传播爆轰波的能力, 测试了硼铝金属化炸药的撞击感度、摩擦感度、电火花感度、雷管起爆感度和起爆特性.结果表明,硼铝复合粉中,球形Al粉的表面有许多小颗粒的硼粉;在室温~1000 ℃范围和N2气氛下,虽然压力对HMX和AP的热分解峰温有影响,但是,Al粉和B粉仅发生部分氧化,不能燃烧;硼铝金属化炸药的撞击感度为60%~80%,摩擦感度均为100%,电火花感度为3.83~6.40 kV,可以用8#工业雷管直接起爆,表明无粘结剂的硼铝金属化炸药感度较高,使用钝化HMX和AP后其感度明显降低,添加聚氨酯粘结剂后其感度进一步下降,当聚氨酯粘结剂含量为20%时,HMX基硼铝金属化炸药的撞击感度小于10%,摩擦感度小于30%,显示能满足混合炸药制备及加工工艺的安全要求;此外,直径Φ50 mm的硼铝金属化炸药可以用8#工业雷管直接起爆,能稳定传播爆轰波,表现出较强的后效做功能力.     

硼铝金属化炸药的制备及性能表征（英文）

以奥克托今(HMX)为基,加入氧化剂高氯酸铵(AP)、硼铝复合粉和粘结剂端羟基聚丁二烯(HTPB),设计和制备硼铝金属化炸药。用扫描电子显微镜(SEM)观测了硼粉、铝粉及硼铝复合粉的外观形貌;用热重-差示扫描量热(TG-DSC)分析了奥克托今(HMX)和高氯酸铵(AP)对硼铝粉热氧化特性的影响,对硼铝粉的反应动力学机理进行了深入了解;为掌握金属化炸药对各种外界能量刺激的安全性以及传播爆轰波的能力,测试了硼铝金属化炸药的撞击感度、摩擦感度、电火花感度、雷管起爆感度和起爆特性。结果表明,硼铝复合粉中,球形Al粉的表面有许多小颗粒的硼粉;在室温~1000℃范围和N2气氛下,虽然压力对HMX和AP的热分解峰温有影响,但是,Al粉和B粉仅发生部分氧化,不能燃烧;硼铝金属化炸药的撞击感度为60%~80%,摩擦感度均为100%,电火花感度为3.83~6.40 kV,可以用8#工业雷管直接起爆,表明无粘结剂的硼铝金属化炸药感度较高,使用钝化HMX和AP后其感度明显降低,添加聚氨酯粘结剂后其感度进一步下降,当聚氨酯粘结剂含量为20%时,HMX基硼铝金属化炸药的撞击感度小于10%,摩擦感度小于30%,显示能满足混合炸药制备及加工工艺的安全要求;此外,直径Φ50 mm的硼铝金属化炸药可以用8#工业雷管直接起爆,能稳定传播爆轰波,表现出较强的后效做功能力     

α-AlH_3对HMX基炸药爆轰参数的影响

为了研究α-AlH_3对混合炸药爆轰性能的影响,设计了不同配比含α-AlH_3和铝粉系列炸药配方。采用直接法制备炸药造型粉,用模压法制备测试用药柱,分别进行了爆热和爆速测试。研究结果表明:HMX基含α-AlH_3炸药爆热随着α-AlH_3含量的增加而增加,与含铝炸药爆热的变化趋势一致,其爆热值与同质量分数含铝炸药相当;HMX基含α-AlH_3炸药爆速随α-AlH_3含量增加呈下降趋势,相对密度相同时同质量分数含α-AlH_3炸药的爆速低于含铝炸药。     

两种DNAN基含铝炸药的爆轰性能

为研究2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基含铝炸药的爆轰性能,采用全光纤激光干涉测速仪(DISAR),测量了两种含铝炸药——RBOL-2(DNAN/HMX/Al/添加剂)和RMOE-2(DNAN/HMX/NTO/Al/添加剂)爆轰端面与窗口界面粒子速度以及驱动金属平板自由表面速度,得到两种炸药的爆轰反应区宽度分别为(1.073±0.111)mm和(1.559±0.094)mm,CJ压力分别为(25.42±0.44)GPa和(20.99±0.15)GPa,冯·诺依曼峰值压力分别为41.27 GPa和27.69 GPa等爆轰波结构参数。金属平板自由表面速度结果表明:RBOL-2炸药的做功能力强于RMOE-2炸药;含铝炸药达到的稳定爆轰状态与起爆加载条件有关,加载压力越高,含铝炸药的做功能力越强,在较高的加载压力(21 GPa)下,加载压力越高,参与爆轰反应区反应的铝粉越多,含铝炸药达到的爆轰状态越强。     

基于反向撞击法的RDX基含铝炸药冲击起爆实验研究

为了研究铝粉对黑索今（RDX）基含铝炸药冲击起爆性能的影响,采用基于反向撞击法的炸药冲击起爆性能测试方法,对铝粉含量分别为0,15%和30%的3种RDX基含铝炸药（RDX/Al）的冲击起爆性能进行了对比研究。该方法通过火炮加载平台驱动炸药撞击LiF窗口,利用光子多普勒测速仪测量炸药与窗口界面粒子速度的变化历程。实验结果表明,该方法具有较高的测试精度（3%）和时间分辨率（5 ns）,且对炸药样品的制备要求较低。在相同加载条件下,铝粉含量越高,含铝炸药冲击起爆反应增长越慢,与RDX炸药相比,铝粉含量为30%的RDX基含铝炸药的界面粒子速度达到峰值所需的反应时间增加了47%,表明铝粉的加入使得炸药冲击波感度明显降低,铝粉在含铝炸药冲击起爆过程中主要起到能量稀释的作用。     

不同粒度铝粉在HMX基炸药中的能量释放特性

为研究铝粉在HMX基炸药中的能量释放特性,采用压力传感器对不含铝粉的HMX/HTPB 88/12炸药及含有粒度为13,130μm铝粉的HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药在密闭空间中爆炸后的准静态压力进行了测量。结果表明:HMX/HTPB 88/12和HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药爆炸后在密闭条件下均能产生准静态压力。HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药的准静态压力是HMX/HTPB 88/12炸药的1.24倍。铝粉颗粒度分别是13μm和130μm的HMX/Al/HTPB 53/35/12-炸药在密闭空间中爆炸产生的准静态压力分别是378 k Pa和347 k Pa,说明内爆条件下,当铝粉含量为35%时,与含大颗粒铝粉炸药相比,含小粒度铝粉炸药能够释放更多能量,提高密闭空间中的准静态压力。     

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。     

纳米铝粉对黑索今基炸药爆热的影响

为了研究纳米铝粉的加入对混合炸药爆轰能量的影响,设计了不同含量的RDX基含纳米铝混合炸药配方,并采用直接混合造粒工艺制备炸药样品。通过爆热测试和分析,发现混合炸药的爆热随着铝含量的增加而增加;对于RDX基炸药,用纳米铝粉替代微米铝粉,不能提高炸药的爆热;采用与微米铝适当级配,可提高炸药的爆热;当炸药中铝粉总含量为35%,其中纳米铝含量为5%时,爆热值较大,比同含量微米铝炸药提高5.83%。研究结果认为,适当调整混合炸药中纳米铝的含量,可有效提高炸药的爆轰能量。     

纳米铝粉对RDX基炸药爆速的影响

为了探索纳米铝粉对RDX基炸药爆速的影响,设计了含纳米铝粉、微米铝粉和复合铝粉的RDX基炸药配方,并进行爆速测试。爆速测试分析结果表明:当w_(Al)15%时,含复合铝粉炸药的爆速明显高于含微米铝粉炸药的爆速,纳米铝粉对爆速影响显著;w_(Al)20%时,含复合铝粉与含微米铝粉炸药的爆速基本保持一致。     

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。     

Al粉对含铝炸药爆轰性能的影响

为了研究A1粉对含铝炸药爆轰性能的影响,选择以TNT和RDX为基的含铝炸药进行了爆速、爆压和爆热的测量,通过计算得到了含铝炸药的爆轰能量转化率,分析了Al/O摩尔比对爆轰参数及爆轰能量转化率的影响规律.结果表明:随着Al/O摩尔比的增大,含铝炸药的爆压、爆速和爆轰能量转化率均降低,而爆热呈先增大后减小趋势,当Al/O摩尔比为1时,爆热值达到最大.     

化学镀法制备HMX/Cu复合粒子及其热分解特性的研究

采用化学镀法制备了HMX/Cu复合粒子,利用SEM和XRD研究其大小、形貌和物相组成,并通过DSC对其热分解特性进行了分析。研究结果表明： HMX/Cu复合粒子表面负载Cu的粒径约为80 nm,包覆比较均匀;负载的纳米Cu对HMX的固相分解有明显催化作用,前期分解热量百分比值从2.37%增加到97.29%,热分解峰向低温方向移动35.53 ℃,并且热分解放缓;当升温速率为15 ℃/min时 HMX/Cu的热分解变得非常剧烈;与HMX相比,HMX/Cu的表观活化能降低了33.16 kJ/mol;适量O₂存在有利于纳米HMX/Cu的热分解。对纳米Cu的催化机理进行分析,提出了催化剂的“空间分布效应”。     

PBT/A3 基RDX 含铝炸药爆炸能量特性研究

为掌握PBT/A3 粘结剂体系对含铝炸药爆炸能量的影响特性,以PBT/A3 粘结剂体系为研究对象,复合 RDX 和Al 粉设计PBT/A3 基RDX 含铝炸药配方。测试炸药复合体系密度、爆速、爆热等性能,并与相同条件HTPB 基RDX 含铝炸药进行对比,探讨PBT/A3 粘结剂对炸药密度及爆炸本征能量爆速和爆热影响;开展PBT/A3 基含铝 炸药冲击波超压性能测试,对其近/远场冲击波能量释放特性进行分析和讨论。研究结果表明：较于HTPB 基RDX 含铝炸药,PBT/A3 粘结剂对复合体系装药密度提升9.1%,爆速和爆热分别提升1.45%和11.47%,能量密度提升较 为明显;PBT/A3 基炸药近场超压当量为1.6 倍,远场超压当量为1.69 倍,PBT/A3 含能粘结剂体系的引入改善了复 合体系氧平衡,有利于Al 粉充分燃烧提高其远场能量释放。     

含铝炸药爆炸能量预估

为了预估含铝炸药爆炸能量,分析了非理想爆轰能量预测模型,利用matlab软件、迭代计算方法、平衡常数方法和数值逼近原理编制了数值计算软件。利用本软件计算了常用含铝炸药H-6、HBX-1、Alex 20、Alex 32、Tritonal及Torpex的C-J爆压、C-J爆速等相关参数,与已有实验值吻合较好。计算结果表明,利用本软件所计算的爆温和爆热结果与以往经验公式计算结果吻合较好,爆热的相对误差小于8%,故适合于含铝炸药的能量预测。     

铝粉粒度对奥克托今基空爆温压炸药能量释放的影响

为了研究含铝空爆温压炸药(TBX)的能量释放规律及铝粉粒度对其的影响,以野外近地实测与有限元分析软件Autodyn数值计算相结合,获得了TBX的冲击波超压场。对梯恩梯（TNT）在空爆情况下的超压场进行实验及其分析,基于TNT实验结果分析了TBX的能量水平以及铝的后燃烧效应对爆热的贡献。结果表明：含铝TBX的能量释放率呈现先降低、后逐渐升高的趋势,TBX在3 m近场处的超压主要由高能炸药及氧化剂贡献;而5 m处铝粉吸热,出现削弱冲击波的现象;由于铝粉的后燃烧效应,远场处的能量释放率较高,5 kg TBX在13 m处可达到1.93倍TNT当量。铝粉粒度对TBX的影响主要体现在氧化铝对总能量的衰减作用和细铝粉对远场的超压贡献不足两个方面。采用5 kg TBX实测数据对Autodyn模拟结果进行校正,通过校正过的约束条件计算质量为1 000 kg的TBX,计算得到颗粒级配铝粉的TBX有效毁伤半径可达72 m,较TNT增加了50%.     

含DAAzF的HMX基低感高能炸药研究

采用钝感炸药3,3′-二氨基-4,4′-偶氮呋咱(DAAzF)作为添加剂,设计了含DAAzF的奥克托今(HMX)基压装低感高能炸药配方,研究了配方的机械感度、冲击波感度、热安定性和爆轰性能.结果表明,细颗粒DAAzF能降低HMX的机械感度.在HMX基炸药中加入5%的DAAzF,可以得到一类爆速8650m·s-1以上、撞击感度低至0%且热性能好的压装型低感高能炸药.