GHL01炸药烤燃实验的尺寸效应与数值计算

在不同升温速率下,对不同尺寸的GHL01炸药装药进行了烤燃实验,建立了烤燃实验的计算模型。分析了装药尺寸对炸药烤燃临界环境温度和响应程度的影响,根据实验结果标定了反应模型的动力学参数。结果表明,GHL01炸药的烤燃实验存在一个临界升温速率,当升温速率大于临界升温速率时,随着装药直径的增加,炸药发生点火的临界环境温度增大,当升温速率小于临界升温速率时,随着装药直径的增加,临界环境温度先减小后增大,存在极小值(即最小临界环境温度),且随着升温速率的减小,最小临界环境温度降低。GHL01炸药的临界升温速率为0.2~0.4K/min。按照GHL01炸药点火的原因不同,提出了以临界升温速率作为慢速烤燃和快速烤燃的分界点。     

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。     

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。     

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。     

RDX基PBX炸药烤燃试验与数值计算

对RDX基PBX炸药进行了烤燃试验,建立了炸药烤燃计算模型,其中加入了Frank-Kamenetskii、SestakBerggreen和McGuire-Tarver反应模型,采用流体力学计算软件Fluent进行了数值模拟.试验结果表明,PBX炸药在1K/min升温速率下发生剧烈反应的时间为176.0min,此时试样中...     

装药尺寸及结构对HTPE推进剂烤燃特性的影响

利用自行设计的烤燃实验装置,对HTPE推进剂小尺寸烤燃试样分别进行了升温速率为1、2℃/min的烤燃实验,以此为基础,建立了小尺寸烤燃试样和固体火箭发动机的三维计算模型,利用Fluent软件分别对两者不同升温速率下的烤燃行为进行了数值模拟计算,研究了小尺寸烤燃试样与固体火箭发动机的装药尺寸及结构差异对HTPE推进剂烤燃响应特性的影响。结果表明,HTPE推进剂的烤燃响应时间、响应温度随升温速率的变化趋势与装药尺寸及结构无关,但响应时间和响应温度的绝对值与装药尺寸及结构均有很大关系,升温速率为3.3℃/h(0.055℃/min)时,小尺寸烤燃试样的响应时间为40.3h,响应温度为158℃,而固体火箭发动机响应时间为28.83h,响应温度为120.13℃。推进剂装药尺寸及结构对烤燃点火位置有明显影响,进而影响到烤燃速度范畴的区分,小尺寸烤燃试样慢烤升温速率不大于2℃/min,而固体火箭发动机慢烤升温速率为小于0.5℃/min。因此,对快速、慢速烤燃的严格划分,必须结合装药尺寸、装药结构及推进剂种类等因素进行。升温速率对固体火箭发动机存在热积累临界位置效应,本研究条件下影响热积累临界位置的升温速率为0.5℃/min。     

限定条件下聚黑炸药烤燃试验及热起爆临界温度的数值计算

采用自行设计的烤燃试验装置,以1.0℃/min的升温速率并采用恒温控制技术对聚黑(JH)炸药进行了不同温度下的50min恒温烤燃试验;用FLUENT软件对不同升温速率和装药尺寸的聚黑炸药热起爆临界温度进行了数值计算。结果表明,炸药存在一个热起爆临界温度,炸药置于恒定高温环境中比慢速烤燃更危险,发生反应的环境温度更低,响应更剧烈。随着升温速率的增加,药柱的热起爆临界温度缓慢升高,当升温速率大于10.0℃/min时,热起爆临界温度均为197℃。药柱的长径比相同时,随着药柱尺寸的增加,聚黑炸药的热起爆临界温度逐渐降低,当药柱尺寸增加到一定值时,药柱尺寸对聚黑炸药热起爆临界温度的影响将减弱。     

物理界面对炸药慢速烤燃特性的影响

利用自行设计的烤燃试验装置,在1℃/min的升温速率下对RDX基高能炸药进行了慢速烤燃试验。用FLUENT软件进行了模拟计算,研究了3种物理界面(空气、T-09耐烧蚀隔热涂料和GPS-2硅橡胶涂料)对炸药慢速烤燃特性的影响。结果表明,物理界面是影响炸药慢速烤燃响应特性的重要因素。相同条件下,物理界面为空气时,能增加烤燃弹的烤燃响应温度、响应时间以及烤燃响应的剧烈性;物理界面为惰性材料时,能增加烤燃弹的烤燃响应温度、响应时间,降低烤燃弹烤燃响应的剧烈性。数值计算结果表明,炸药慢速烤燃响应温度及烤燃时间受物理层厚度的影响,物理层厚度为0~5mm时,炸药烤燃响应温度、烤燃时间随着物理层厚度的增加而增大;物理层厚度为2.5mm时,炸药烤燃响应温度、烤燃时间达到最大值,之后随着物理层厚度的增加而减小。     

不同约束条件下钝化RDX的烤燃响应特性

以2℃/min的升温速率对带壳的钝化RDX炸药进行慢烤试验,研究了不同约束条件下钝化RDX的烤燃响应特性.结果表明,材料相同时,随着厚度的增加炸药耐烤燃时间随之增长,但反应的剧烈程度逐渐减弱;厚度相同时,耐烤燃特性随材料物理性能的不同发生变化.根据材料力学理论和传热学理论,对所产生的现象进行了分析.结果表明,材料相同时,增加壳体的厚度,可以提高钝化RDX的热安定性;材料不同时,采用热导性低的材料可以提高炸药的热安定性.     

约束方式和强度对HMX基压装含铝炸药慢烤响应特性的影响

为了获取不同约束方式和强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃响应特性，以典型超音速钻地/侵爆战斗部为背景，设计了装药长径比为5∶1的缩比烤燃弹；开展了无约束和不同约束强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃实验；获取了无约束条件下HMX基压装含铝炸药的反应过程，以及不同壳体壁厚(4、10、16和20mm)与端盖螺纹长度(10、12和14mm)时装药反应烈度的变化规律。结果表明，慢速烤燃条件下该HMX基压装含铝炸药反应包括生成气体、端面燃烧、火焰熄灭3个阶段；烤燃弹约束强度影响装药烤燃时间和点火温度，进而影响烤燃弹内部反应压力增长，最终导致不同的反应等级；当螺纹长度(L)为14mm时，壳体厚度(δ)由4mm增加至20mm,反应等级由爆燃发展为爆炸而后降低为燃烧；当壳体壁厚(δ)为10mm时，螺纹连接长度(L)由10mm增加至14mm,烤燃弹反应等级由燃烧转变为爆炸；当壳体壁厚(δ)与等效壳体壁厚(δ_e)相当时，烤燃弹约束强度较为均匀，有利于反应压力的不断增长，最终导致烤燃弹发生更为剧烈的爆炸反应。     

PBX炸药剪切流动点火性能的实验研究

为了研究PBX炸药在完全约束加载和剪切流动加载下的点火性能,采用一级轻气炮对完全约束、剪切流动(不同开孔直径)的实验样弹进行加载,采用高速摄影记录了PBX炸药装药在冲击加载过程中的反应情况,并通过压力传感器测得了加载过程中的应力曲线。使用LS-DYNA软件对完全约束加载和剪切流动加载进行四分之一模型仿真计算,用完全约束下应力参数进行模型参数校核,使用校核的模型参数对剪切流动实验进行计算,获得了炸药在不同条件下的流动速率等参数。结果表明,炸药在剪切流动加载过程中相比于完全约束的装药更容易发生反应;剪切流动加载过程中,PBX炸药是否发生反应,不仅与剪切流动速率有关,而且还与单位时间流量有关,3 mm开孔直径单位时间流量比2 mm开孔直径增加62%。     

装药密度与壳体约束对钝化RDX慢速烤燃特性的影响

利用自行设计的慢速烤燃装置测定了钝化RDX在不同装药密度和约束条件下的慢速烤燃特性.结果表明,装药密度为最大理论密度的80%～94%时,随着装药密度的增大,钝化RDX发生反应的剧烈程度减小;当壳体材料相同时,随着壳体厚度的增加耐烤燃时间增长,但反应的剧烈程度逐渐减弱;当厚度相同时,采用热导性低的材料可以降低慢烤响应的剧...     

壳体密封性对小尺寸弹药快速烤燃响应规律的影响

选用钝化RDX原料,对不同密封性的装药壳体进行弹药的快速烤燃试验.利用热电偶测得了弹药壳体不同位置的温度变化,并将自行编制的软件应用到试验时间和温度的同步采集中,分析了不同密封条件下弹药的响应规律.结果表明,软件能够精确采集温度随时间变化的曲线;在相同装药条件下,随壳体密封性的增强,壳体破裂程度越大,破片越碎小,炸药发生快速烤燃反应的剧烈程度也越大.     

高固含量HMX基浇注PBX的烤燃试验研究

参照美国MIL-STD-2015C非核弹药的危险性评估试验,研究了新研制的高固含量HMX基浇注PBX(PBX-9010)的热刺激响应特性,进行了升温速率为1、3、10和100℃/min的烤燃试验,用SEM、XPS和DSC-TG对烤燃试验前后的PBX-9010样品进行了表征。结果表明,PBX-9010炸药均发生了燃烧的低等级反应,是一种高安全性不敏感炸药。升温过程中PBX-9010炸药表面出现"脱粘"现象,烤燃分解反应是由HMX的热分解反应引起,HMX的晶型转变和黏结剂对烤燃试验结果均有重要影响。     

升温加载下含LLM-105的RDX基浇注炸药热点火细观模拟

为了解加入含能钝感剂2,6-二氨基-3,5-硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)对RDX基浇注炸药热安全性的影响,根据LLM-105的不同含量和晶型,建立了含LLM-105的RDX基浇注炸药二维细观模型。利用有限元方法,考虑LLM-105和RDX的自放热反应,模拟了不同工况下边界升温速率为6K/min的点火行为,分析了含LLM-105的RDX基浇注炸药点火响应规律。结果表明,在持续稳定的加热条件下,浇注PBX炸药匀速升温,RDX先于LLM-105分解放热导致炸药发生毫秒级点火响应;在浇注PBX炸药模型中增加LLM-105含量后,点火源数量减少至10个,点火延滞时间延长至1 926s;细化后无棱角且粒径小的LLM-105颗粒有利于提高RDX基浇注PBX炸药的热安全性。     

低易损性PBX炸药烤燃试验方法研究

烤燃试验是评估和检验炸药易损性能的重要试验之一。通过分析炸药的安全可靠性及战场生存能力阐明了PBX炸药烤燃试验的意义和重要性,论述了PBX炸药烤燃试验国内外的发展现状,介绍了烤燃试验的方法,分析了影响烤燃试验结果的主要因素。     

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℃。     

PBX炸药细观孔洞缺陷对其冲击点火特性的影响

基于Monte-Carlo法的思想,采用有限元计算方法建立了考虑炸药颗粒尺寸、形状和位置随机分布的高聚物黏结炸药(PBX)的细观结构模型。通过计算比较了孔洞缺陷及缺陷大小对PBX炸药冲击点火特性的影响。结果表明,孔洞缺陷降低了炸药的临界点火压力,提高了其冲击感度;随着孔洞缺陷尺寸的增大,炸药的临界点火压力逐渐下降,但当缺陷尺寸超过一定范围时,更大尺寸的孔洞缺陷并没有继续提高炸药的冲击感度。     

PBX炸药细观结构冲击点火的二维数值模拟

为了研究冲击加载下非均质炸药的点火机理,对PBX炸药细观结构在冲击加载下的响应过程进行了二维数值模拟.首先对炸药颗粒的压制过程进行数值模拟,获得PBX炸药的细观结构模型.然后对炸药冲击点火进行数值模拟计算,考虑了热力耦合作用和炸药自热反应,分析了炸药颗粒尺寸、密度和黏结剂对炸药冲击点火的影响.结果表明,冲击作用下PBX...     

黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响

为了研究黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响,分别以Estane、EPDM、ACM、EVA为黏结剂,采用水悬浮法制备了含有不同黏结剂成分的CL-20/FOX-7基高聚物黏结炸药(PBX);采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对样品结构、形貌和热分解特性进行了表征;使用撞击感度测试仪、摩擦感度测试仪和小型烤燃实验装置测试了不同样品的机械感度和烤燃特性。结果表明,以EVA为黏结剂制备的CL-20/FOX-7基PBX造型粉颗粒密实,表面光滑且没有脱粘外漏现象,包覆粘结效果最好;以EVA为黏结剂制备的PBX活化能较细化CL-20提高了87.75 kJ/mol,较FOX-7原料提高了42.52 kJ/mol,说明使用EVA的PBX热稳定性较原料有一定提升;同时该PBX样品特性落高(H 50)较细化CL-20提高25.6 cm,摩擦感度爆炸概率降低52%,较使用Estane、EPDM和ACM的PBX样品机械感度更低;使用EVA的PBX药柱在升温速率为6K/min的慢速烤燃条件下,烤燃反应等级为燃烧,说明该配方能够达到烤燃安全试验要求,安全性能较好。