含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

温压炸药爆炸释热特性研究

为了研究RDX基温压炸药的爆炸热量释放历程,对自由场和半密闭条件下的TNT、852及G-1温压炸药爆炸过程进行了空爆试验,采用热通量传感器记录了3种炸药在两种试验环境下爆炸过程中的热通量时间历程。结果表明,热通量传感器可以获得炸药爆轰、无氧燃烧及有氧燃烧3个阶段的热历程时间曲线;在半密闭空间中爆炸时,G-1温压炸药有3个明显的热量释放历程:爆轰、无氧燃烧和有氧燃烧;TNT和852炸药只有爆轰和有氧燃烧过程。结合852及G-1温压炸药配方组成,对比分析热量释放时间历程曲线认为,铝粉均参与了G-1温压炸药的3个反应阶段。对比自由场和半密闭条件试验结果发现,试验环境对温压炸药反应历程影响较大,半密闭条件有利于提高温压炸药的热量输出。     

工业炸药能量测试方法的分析

为了研究不同能量测试方法对工业炸药能量测试结果的影响,分别采用爆热、铅壔法和水下爆炸法测量了几种典型工业炸药样品的能量。结果表明:3种测试方法都能用于评价炸药的能量水平,其中爆热和水下爆炸法能直接得到样品的能量值,水下爆炸法适用于大药量样品的能量测试要求。水下爆炸试验结果表明,参比TNT药柱的总能量为3.410mJ/kg,粉状乳化炸药的总能量为3.758mJ/kg,1号和2号岩石乳化炸药的总能量分别为3.411mJ/kg和3.182mJ/kg,二级和三级煤矿许用乳化炸药的总能量分别为3.021mJ/kg和2.947mJ/kg,这5种工业炸药的TNT当量分别为1.10、1.00、0.933、0.886和0.864。水下爆炸测得的5种工业炸药能量为爆热测量值的76.1%～78.8%。     

JHL-3、A-IX-2和TNT三种炸药水下爆炸冲击波特性测试研究

在相同的试验环境下,对JHL-3、A-IX-2和TNT三种炸药进了水下爆炸试验,并在测点和测量仪器相同的情况下完成数据测量,对3种炸药水下爆炸时的冲击波压力、时间衰减常数等特性参数进行了对比分析,比较了不同类型炸药的水下爆炸威力。结果表明:炸药爆炸威力随炸药的装药密度、炸药种类及爆炸距离的不同而变化;在近距离处和相同TNT当量下,炸药JHL-3压力峰值最大,威力也最大,而3种炸药的时间常数相差不大。     

硼含量对含铝炸药水下爆炸能量的影响

将铝硼混合添加到含铝炸药(配方体系为Al/B/AP/RDX/wax)中,采用水下爆炸法,研究硼含量对含铝炸药水下爆炸能量的影响。结果表明,水下爆炸中,随着硼含量的增加,炸药的冲击波能降低,气泡能先增加、后逐渐减小;当硼质量分数为10%时,炸药水下爆炸总能量达到最大值5.942 MJ/kg,比含铝样品提高5%,其中气泡能为4.999 MJ/kg,比含铝样品提高7%,是TNT的2.2倍。在含铝炸药中添加少量的硼粉,可以提高炸药的水下爆炸能量水平。     

水胶炸药不同交联时间水下爆炸能量的研究

为了研究化学发泡剂对水胶炸药水下爆炸能量的影响,制备了交联时间分别为0.5、1.0、3.0、24.0、72.0 h和168.0 h的水胶炸药;在相同的试验条件下,采用水下爆炸法分别测试不同交联时间下水胶炸药水下爆炸的比冲击波能、比气泡能以及总能量,并与2^#岩石乳化炸药水下爆炸总能量进行对比。结果表明,化学发泡剂对水胶炸药水下爆炸能量有较大的影响,在一定的交联时间范围内,随着交联时间的延长,水胶炸药的水下爆炸能量持续增加,当交联时间为72.0 h左右时,水胶炸药的水下爆炸能量达到最大;此后,若再延长交联时间,水胶炸药的水下爆炸能量呈下降趋势。交联时间为1.0 h时,水胶炸药的水下爆炸总能量与2^#岩石乳化炸药的水下爆炸总能量相当。     

乳化炸药爆速和抛掷威力的研究

文章根据工业混合炸药配方设计原则，编制程序优选乳化炸药配方，并进行爆轰参数理论估算，对１１种试验配方进行爆速，砂中抛掷威力和水下爆炸能量的测定。结果表明，不含任何高能材料的乳化炸药已经具有较高的抛掷威力和爆速。     

纳米铝粉对炸药水下爆炸能量的影响研究?

为了研究铝粉颗粒尺度对炸药爆炸能量的影响,分别对含纳米铝粉和微米铝粉的RDX基炸药进行水下试验,获得了不同组成下含纳米铝粉和含微米铝粉炸药水下爆炸的冲击波能和气泡能,分析了纳米铝粉的含量对炸药水下爆炸能量输出的影响规律。试验发现(以质量分数计):当铝粉的含量为20%~40%时,含纳米铝粉的炸药在水下冲击波能和气泡能方面始终低于相同铝粉含量的含微米铝粉的炸药,且差值随铝粉含量的增加而增大;当铝粉总含量为30%和35%时,纳米铝粉与微米铝粉混合使用可使炸药具有较大的水下爆炸总能量,纳米铝粉的最优加入量为10%。结果表明,当混合铝粉总质量分数为35%,且m(微米铝粉)m(纳米铝粉)=2510时,炸药具有最大的水下爆炸能量。     

含5/7单基药灌注炸药的制备及性能研究?

针对5/7单基药,采用了R1、R2和R33种不同的填充材料制备抗水型灌注炸药。利用改进的工艺解决了5/7单基药小孔隙的填充问题;该炸药的水下测试结果显示,含R1、R2和R3的灌注炸药TNT当量为0.97、1.11和1.34,能量呈明显递增关系,结果与灌注液和发射药颗粒能量匹配相对应;对R2和R3灌注炸药以及5/7单基药颗粒的爆炸过程进行高速摄影,发现它们在相同时间段火球明显不同,R3灌注炸药火球亮度、大小及持续时间明显超过R2体系,这与水下爆炸结果相一致,而未灌注的5/7单基药颗粒在冲击作用下还存在燃烧现象。这些结果为配方设计提供了依据。     

树脂微球敏化乳化炸药技术研究

对比了乳化炸药敏化技术的现状,提出了树脂微球可作为乳化炸药的物理敏化剂,并通过试验数据分析了采用树脂微球敏化的乳化炸药密度、爆炸性能、黏度、泵送稳定性、储存稳定性,来评价树脂微球作为乳化炸药敏化剂的敏化效果。结果表明:树脂微球的质量占乳胶基质质量的0.35%~0.45%时,制备的乳化炸药密度为1.09~1.15 g/cm3,爆速为5 200~5 400 m/s,殉爆距离为6~9 cm;高温80℃左右时,树脂微球敏化的乳化炸药黏度略高于化学敏化的乳化炸药,远小于膨胀珍珠岩敏化的乳化炸药;树脂微球敏化的乳化炸药泵送稳定性优于化学敏化及膨胀珍珠岩敏化的乳化炸药。     

炸药的不完全起爆对其水下爆炸特性的影响

在2 m×2 m×2 m水箱中分别采用两种引爆方式对2.5 g、5 g和10 g圆柱形装药TNT进行了水下爆炸实验,得到了不同工况下冲击波和气泡脉动的压力时程曲线以及相应的气泡脉动过程。实验结果表明:使用电雷管对主装药进行引爆时,炸药并未完全起爆,冲击波峰值压力均小于经验公式计算得到的理论值,二者间平均误差为25.92%;而使用电雷管以及传爆药柱对主装药进行引爆后,炸药完全起爆,冲击波峰值压力与经验公式间的平均误差降低至4.37%,且整体较为稳定。在此基础上,对比两种引爆方式下的各项爆炸特性,发现炸药的不完全起爆会导致其爆炸后的气泡脉动周期和气泡膨胀最大半径有所减小,冲击波峰值压力、冲击波能以及气泡能明显降低,但对气泡脉动峰值压力的影响并不明显。     

3，4-二硝基吡唑(DNP)的研究进展

随着武器装备的不断发展,对弹药能量和安全性的要求也越来越高,传统TNT基熔铸炸药存在易损性差、长期储存渗油、爆轰性能不理想等缺点,已不能满足当前不敏感弹药的发展要求;因此,研究炸药的新型载体是当前熔铸炸药发展的一个重要方向。3,4-二硝基吡唑(DNP)是一种新型的熔铸炸药载体。根据国内外的相关报道,阐述了DNP的合成方法、基本性能、机械感度、热安全性、相容性、应用性等研究发展现状。研究结果表明:目前,经N-硝化、热重排、C-硝化三步法合成DNP的工艺更加稳定,得率较高;DNP的熔点为86.5 ℃,理论密度为1.87 g/cm³,实测爆速为7 633 m/s（ρ=1.65 g/cm³）,爆热为4 326 kJ/kg,理论爆压为28.7 GPa;DNP的机械感度与TNT相当,具有较好的机械安全性;DNP热分解分两个阶段,第一阶段分解放热峰为319.8 ℃,第二阶段分解放热峰为407.2 ℃,与TNT和DNTF相比,DNP的热分解峰温高,热安定性好;DNP与RDX、HMX、CL-20、Al、AP、微晶蜡具有较好的相容性,可以与这些组分组成混合炸药,具有广泛的适用性。     

DNTF/AP/Al 体系炸药的能量特性分析

为了研究 DNTF（3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱）/ AP/ Al 体系炸药的能量特性,选取了质量比为 DNTF/AP/ Al（35/35/30）的试样进行了水下爆炸能量测定和爆热测试,并将试验结果与 TNT 和 RS211进行了对比。结果表明：试样的比冲击波能是 TNT 的1.38倍,与 RS211相当;比气泡能分别为 TNT 和 RS211的4.56倍和2.91倍;总能量为 TNT 和 RS211的3.56倍和2.26倍。经计算发现试样的能量利用率高达98％。为了研究造成该配方试样高气泡特性和高能量利用率的原因,通过分析对比试样、DNTF 和 DNTF/ Al（70/30）体系的水下爆炸试验结果发现, Al 粉的加入显著提高了比气泡能,降低了热损失能;Al 粉和 AP 的联用进一步提高了比气泡能和能量利用率,同时也提高了比冲击波能。     

基于TANPyO的PBX炸药爆炸性能研究

为研究高能量密度材料TANPyO基PBX的爆炸性能,基于TANPyO炸药,分别添加黏结剂氟橡胶F_(2311)、丁腈橡胶(NBR)以及氟橡胶F_(2311)与丁腈橡胶(NBR)按比例混合而成的黏结剂,采用溶液-悬浮-蒸馏法制备3种TANPyO基的PBX炸药。通过扫描电镜对样品进行微观表征,测试其爆速和感度,并采用聚能装药形式进行爆炸威力和钢靶射孔穿深试验。试验结果表明,3种TANPyO基PBX样品爆炸性能良好,满足低易损炸药高能钝感要求,爆速约7 200 m/s,穿孔深度达到120 mm以上,具有良好的撞击感度与摩擦感度;尤其以添加F_(2311)+NBR的TANPyO基PBX样品测试效果表现最佳,爆速达到7 186 m/s,穿深达到138 mm,并且其威力侵彻深度和体积分别达到8701炸药的93.4%和70.6%。TANPyO基PBX样品性能指标既满足钝感炸药又符合高能混合炸药,从而说明TANPyO能够成为一种新型高能钝感含能材料。     

炸药爆速的连续测量技术研究

爆速是研究炸药性能的重要指标,虽然传统的爆速测量方法操作简单,但是由于测量点少、精度低,经常无法采集到有效的数据,而且也很难反映出炸药在整个爆轰过程中爆速的变化。为了弥补目前炸药爆速测量的缺陷,提出一种爆速的连续测量技术,采用高速数据采集与连续电阻丝探针相结合的方法来测试水下爆炸、工程爆破、爆炸焊接等工况下的各种炸药爆速,爆轰行程每米测量点数为2.5万,测量范围从50 m/s到10 000 m/s,测量精度可以控制在小于1.0%,通过数学拟合算法和编制程序对测量数据信号进行图形可视化分析,并绘制出连续行程-爆速分析曲线,可以满足不同形式炸药爆速测量的试验研究。     

主成分分析法用于单质炸药爆轰性能评估的研究

炸药的爆轰性能是评价炸药综合毁伤能力的重要指标,是进行炸药装药设计、开发和优选工作的前提。为实现对炸药的综合爆轰性能进行合理评估,必须对炸药的5大爆轰参数（爆热、爆速、爆压、爆容、爆温）进行综合考虑和计算。尝试应用针对多元统计技术的主成分分析法,对TNT、RDX、HMX等常用单质炸药的所有爆轰参数开展了分析与评估。结果表明,炸药各爆轰参数的信息重叠度较大,主成分的贡献率可达到90.1%,在爆轰性能综合评估中可以只参考爆热和爆速。最后利用第一和第二主成分的贡献率为权数,构造了炸药爆轰性能综合评估函数;对常用炸药的强弱排序也与各自威力经验值相符,评估有效。     

Computer simulation for prediction of performance and thermodynamic parameters of high energy materials

A new code viz., Linear Output Thermodynamic User-friendly Software for Energetic Systems (LOTUSES) developed during this work predicts the theoretical performance parameters such as density, detonation factor, velocity of detonation, detonation pressure and thermodynamic properties such as heat of detonation, heat of explosion, volume of explosion gaseous products. The same code also assists in the prediction of possible explosive decomposition products after explosion and power index. The developed code has been validated by calculating the parameters of standard explosives such as TNT, PETN, RDX, and HMX. Theoretically predicated parameters are accurate to the order of +/-5% deviation. To the best of our knowledge, no such code is reported in literature which can predict a wide range of characteristics of known/unknown explosives with minimum input parameters. The code can be used to obtain thermochemical and performance parameters of high energy materials (HEMs) with reasonable accuracy. The code has been developed in Visual Basic having enhanced windows environment, and thereby advantages over the conventional codes, written in Fortran. The theoretically predicted HEMs performance can be directly printed as well as stored in text (.txt) or HTML (.htm) or Microsoft Word (.doc) or Adobe Acrobat (.pdf) format in the hard disk. The output can also be copied into the Random Access Memory as clipboard text which can be imported/pasted in other software as in the case of other codes.     

TNT密闭环境中能量释放特性研究

为了研究TNT在密闭空间中的能量释放特性,依据量热法原理测量了TNT炸药在不同环境中(真空、0.1 MPa空气、0.1 MPa氧气)的爆热;同时在自行设计的密闭爆炸仓内,采用PCB压力传感器和K型热电偶分别测量了TNT炸药在不同气氛(空气、氮气、纯氧气)中爆炸后的准静态压力和爆炸场温度。爆热测试试验结果表明,当环境中氧含量增加时,爆热也随之增加;密闭空间中爆炸参数测量结果表明,随着密闭环境中氧含量的增加,准静态压力和爆炸场温度均有所增加。这说明实际应用中TNT爆炸反应完全性较低,有大量能量未释放,密闭条件可以提高TNT爆炸能量释放率。     

含退役双基发射药的低爆速炸药的研究?

研究了一种含双基发射药的低爆速炸药。这种炸药以双基发射药作为敏化剂,以硝酸铵作为氧化剂,二者混合后形成低爆速炸药。炸药由质量分数为75%~80%的硝酸铵、15%~22%的双基发射药、1%~5%的密度调节剂和1%~3%的工艺添加剂组成。试验表明,在低爆速炸药中,随双基发射药质量分数的不同,可制备出满足不同需求的低爆速炸药产品。产品密度控制在0.76~1.02 g/cm3之间,爆速在1 500~2 200 m/s之间,猛度在8.8~9.7 mm之间,殉爆距离达到4 cm。分析探讨了双基发射药的含量、粒度、密度、直径等对爆速的影响。