HMX基混合炸药烤燃特性及多步热反应计算

对以HMX为基的HMX/粘结剂/95/5混合炸药进行了多点测温的烤燃实验,获得了炸药内部不同位置的温度变化历程,观测到了炸药加热过程中由于HMX从β相到δ相的晶型转变吸收热量引起的温度非线性变化。通过不同尺寸炸药烤燃弹实验,研究了装药尺寸对炸药烤燃过程的影响。结果显示,在相同加热条件下,不同尺寸炸药内部温度分布不同,炸药内部相变情况、点火时间和区域有差异。HMX/粘结剂/95/5炸药烤燃点火后会发生强烈爆炸。建立了HMX/粘结剂/95/5炸药热反应计算模型,考虑了HMX多步热分解反应。采用过渡态理论,描述HMX炸药固相相变。根据炸药多点测温烤燃实验的结果,标定了HMX/粘结剂/95/5炸药热反应动力学参数。计算出了HMX晶型转变吸热引起的温度变化。通过对不同尺寸的烤燃弹实验的数值模拟,验证了计算的准确性,实现了对不同条件下炸药烤燃过程的有效预测性计算。计算获得了不同时刻下HMX热反应过程中反应物、中间产物和产物质量浓度的变化情况。     

考虑相变的炸药烤燃数值模拟计算

以低熔点的TNT炸药为研究对象，根据已有的TNT炸药烤燃实验，建立了炸药烤燃热反应模型，模型除了考虑炸药热传导外，还考虑了炸药多步化学反应、炸药相变和液态炸药的对流传热。采用计算流体力学软件Fluent，对加热速率为0．05K·s^-1时TNT炸药的烤燃过程进行了数值模拟计算，得到了TNT炸药的剧烈反应时间为4150s，炸药点火时3号特征点的温度为226℃；与实验结果比较，验证了计算模型和相关参数的正确性。分析了不同加热速率下（0．3K·s^-1，0．05K·s^-1，3．3K·h^-1）TNT炸药相变和温度变化情况。计算结果表明，烤燃中炸药相变熔化是从外向内逐步进行，未熔化的固态炸药会在重力作用下出现沉降。炸药熔化时会吸收热量，使温度上升速度减小。刚熔化的炸药在对流作用下温度会在短时间内快速上升。液态炸药存在热对流和热传导的共同作用，使炸药内部温度分布的均匀性增加。炸药相变对炸药点火温度，点火时间和点火位置都有影响。     

含铝炸药二次反应起始时间实验研究

通过测量铸装TNT/Al与压装TNT/RDX/Al混合炸药爆轰过程的电导率,得到了含铝炸药二次反应时间与主体炸药及铝粉粒径之间的变化关系.根据电导率测试实验原理,提出了新的测试电路和计算公式,分析了电导率随时间变化的内在影响机制.结果表明,铝粉越细二次反应起始的时间越早.     

炸药多点测温烤燃实验和数值模拟

为了研究炸药热反应规律,采用多点测温的烤燃实验装置,对PBXC10炸药进行了不同加热速率下的烤燃实验,测量了从炸药边沿到炸药中心不同位置的温度变化.建立了炸药烤燃实验计算模型,对炸药热反应过程进行了数值模拟计算.根据实验测量的炸药温度与时间曲线,标定了PBXC10炸药指前因子和活化能,分析了不同加热速率下炸药热反应特征...     

DNAN炸药烤燃特征

熔铸炸药在烤燃过程中会发生炸药熔化,影响炸药热反应过程。本文采用烤燃弹法,对熔铸载体炸药2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)进行了烤燃实验,测量了炸药中心温度变化,分析了炸药熔化和反应情况。建立了熔铸炸药热反应计算模型。采用焓-孔隙率方法,计算分析了炸药熔化过程。考虑了炸药自热反应、热传导、熔化后的对流传热和空气的辐射传热。对炸药烤燃实验进行了数值模拟计算。通过与实验结果的比较,验证了计算的正确性。确定了DNAN炸药的活化能和指前因子分别为172 kJ·mol~(-1)和1.20×1011s~(-1)。计算分析了3.3 K·h~(-1)、0.3 K·min~(-1)、1.0 K·min~(-1)、3.0 K·min~(-1)、10 K·min~(-1)和60 K·min~(-1)六种不同加热速率下DNAN炸药的烤燃特征。在慢速烤燃下炸药完全熔化后才点火,而相对快速烤燃下炸药边缘点火,这时炸药内部还未完全熔化。得到了点火时刻的温度分布和液相分数分布。结果表明,在熔铸炸药烤燃中,加热速率对炸药点火前的状态影响很大,从而会影响炸药反应的激烈程度。     

不同升温速率下炸药烤燃模拟计算分析

为了研究不同升温速率条件下炸药热反应规律,建立了炸药烤燃模型,利用计算流体力学软件,对固黑铝炸药(GHL)在不同升温速率下的烤燃过程进行了数值模拟计算.采用Arrhenius定律描述炸药自热反应,根据在1 K·min-1升温速率下固黑铝炸药烤燃实验测量的温度-时间曲线,确定了固黑铝炸药的活化能和指前因子分别为180.2 kJ·mol-1和2.1674 s-1; 分别对3.3 K·h-1,1 K·min-1,3 K·min-1和10 K·min-1四种不同升温速率下固黑铝炸药烤燃过程进行了数值模拟计算分析.结果表明,升温速率对炸药点火时间和点火位置有很大影响.升温速率增大,炸药点火时间缩短,点火位置从炸药内部移向炸药边缘.升温速率对炸药点火温度影响很小,但慢速烤燃下炸药点火时的环境温度比快速烤燃低.     

含TNT注装混合炸药爆轰产物电导率实验研究

改进了炸药爆轰产物电导率的同轴测试系统,测量了TNT注装炸药中加入RDX、Al、KCl等药剂后爆轰产物的平均电导率,得出了不同RDX含量的TNT/RDX炸药平均电导率最大值变化曲线.结果表明:TNT中加入RDX后会减少其爆轰产物的电导率,而加入Al后TNT炸药爆轰产物的电导率明显高于不含Al炸药,加入5% Al粉平均电导率最大值即可增大4倍以上.另外,加入KCl也会增大TNT/RDX混合炸药的电导率.     

铝氧比对含铝炸药水中爆炸冲击波的影响

通过实验测量了RDX/Al/Wax和AP/RDX/A1两类含铝炸药水中爆炸的冲击波能、气泡能、总能量，计算了RDX/Al/Wax和AP/RDX/A1两类含铝炸药的铝氧比，经实验发现两者炸药在铝氧比为0.4左右时，冲击波能分别达到最大。并经计算分析了RDX/TNT/Al/Wax体系炸药符合上述规律。研究发现最大冲击波能大小顺序为AP/RDX/A1、RDXlAl/Wax、RDX/TNT/A1/Wax，这些规律为水中兵器用炸药配方设计提供科学依据。     

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.     

烤燃弹热点火的LS-DYNA数值模拟研究

为了提高弹箭武器的可靠性,必须对其在一定热条件下的安全性进行评估。文中针对研究含能材料热安定性的烤燃试验,建立了烤燃弹的数值计算模型,利用LS-DYNA3D有限元程序中的热力耦合分析功能对烤燃弹在不同升温速率下的内部传热及炸药和壳体热膨胀的准静态过程进行了数值模拟,得到了炸药的点火时间、点火温度、点火位置以及炸药点火前壳体及炸药热膨胀的幅度、烤燃弹中的压力分布、等效应力及等效应变云图。结果表明,随着升温速率的提高,炸药的点火时间是逐渐缩短的,点火时壳体的温度是逐渐上升的;炸药的点火位置同时也是点火前装置中压力的最高点,装置中等效应力和等效应变的最大值出现在炸药中,与壳体相邻的圆柱环形区域。     

爆炸冲击波作用下黑索今基含铝炸药的冲击点火反应速率模型

为分析黑索今（RDX）基含铝炸药中铝粉的颗粒尺寸对炸药冲击点火的影响,以及建立该含铝炸药冲击点火的细观反应速率模型,开展了含铝炸药冲击起爆的实验和数值模拟研究。设计5 μm、 16 μm、40 μm和100 μm不同铝粉粒径,具有相同组分配比和RDX颗粒尺寸的4种炸药配方,对4种RDX基含铝炸药进行了冲击点火起爆实验;通过合理假设,提出RDX基含铝炸药的细观点火模型,并在考虑点火增长的基础上,完善细观反应速率模型,利用细观反应速率模型和含铝炸药的I&G模型对上述实验进行了数值模拟。实验和数值模拟结果表明：对于100 μm、 40 μm、 16 μm和 5 μm粒径铝粉含铝炸药,铝粉在CJ面前的反应度分别为0.80%、2.45%、3.20%和4.15%;随着RDX基含铝炸药中的铝粉尺寸减小,铝粉在CJ面前的反应速率增快,炸药中的前导冲击波传播速度变快且压力峰值增高,压力峰值的出现时间与前导冲击波到达时间的间隔减短,炸药的冲击感度提高;与I&G模型相比,细观反应速率模型计算的压力历史与实验结果更为吻合;细观模型能较好地模拟较大尺寸颗粒铝粉（铝粉尺寸大于炸药颗粒尺寸的1/10）的反应特征,对于100 μm和40 μm铝粉粒径含铝炸药,模拟计算每个拉格朗日位置的前导冲击波到达时间、压力峰值时间和压力峰值等参量与实验结果相差不超过10%。     

铝薄膜含量对RDX基铝薄膜炸药水下爆炸性能影响

将传统含铝炸药中的铝粉用铝薄膜代替,得到铝薄膜炸药。用水下爆炸对比实验得到了铝薄膜含量为10%~40%的混合炸药与黑索今(RDX)在不同位置的压力-时程曲线。经过分析与计算得到了不同铝薄膜含量混合炸药的压力峰值、冲量、比冲击波能、比气泡能。结果表明:铝薄膜含量为10%时,铝薄膜炸药冲击波冲量相对于RDX提高了9%~9.5%,铝薄膜炸药比冲击波能相对于RDX提高了9%~12%。铝含量对铝薄膜炸药水下爆炸性能的影响不同于传统含铝炸药,主要由铝薄膜炸药的药柱结构与铝薄膜反应程度引起。     

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.     

快热作用下带壳梯黑铝炸药快速燃烧实验研究

为了获得快速热作用下铸装梯黑铝炸药热响应特性,并确定光纤探针用于测定熔铸型炸药快速燃烧过程化学反应阵面传播速度的可行性。采用快速加热装置加热钢制圆管,作用于内部梯黑铝炸药,以光纤探针测定炸药化学反应阵面传播速度和轨迹。结果表明:在230 MPa的管体约束强度、开口端加装端盖情况下,装填长度为400 mm的梯黑铝炸药化学反应阵面最大传播速度约为1 000 m/s;开口端未加装端盖时,最高传播速度约为500 m/s;两种情况中炸药都没有发生完全爆轰。因此,快速热作用下带壳铸装梯黑铝炸药热响应状态为快速燃烧,光纤探针能够准确测定小于1 000 m/s的熔铸型炸药化学反应阵面传播速度。     

某引信及其等效构件的慢速烤燃研究

为研究引信传爆序列的烤燃特性,建立简化的等效模型,以装填1,1-二氨基-2,2-二硝基乙 烯（FOX-7）导爆药和传爆药的某引信为研究对象,进行升温速率为3.3 ℃/h的烤燃试验。设计两种等效方案,对两种等效构件进行相同的烤燃试验。在试验基础上建立等效构件的烤燃模型,通过数值模拟研究了传爆序列的点火顺序。运用传热学理论分析点火机理,解释了传爆药先点火的原因。结果表明：外壁底部温度为177.1 ℃时发生点火;两种等效构件响应结果与全引信响应结果相同,均为爆燃反应,且破片状态基本一致,等效方案可行;点火点在传爆药中心,传爆药燃烧引起导爆药发生爆燃反应;当导爆药与传爆药为同一炸药时,引信烤燃过程中一般为传爆药先点火。     

2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药慢速烤燃过程传热特征分析

为探究2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药慢速烤燃过程的内部传热特征,设计了3组试验装置并进行烤燃试验。通过试验获得了炸药内部各测点在1 K/min热刺激下的温度变化曲线,其相变温度为73 ℃,响应温度为205 ℃,响应后均表现为不完全燃烧反应;结合响应结果判断出点火点位于弹体上部;系统地描述了炸药从固相到液相再到响应的内部温度变化过程。通过数值模拟观察了炸药相变的整个过程,对炸药受热时内部温度场变化进一步分析后发现：固相时炸药内部温度场为同心类椭圆状分布,液相时内部温度场为类层状分布;炸药相变后内部存在自然对流,对流是影响炸药点火点位置分布的主要因素。     

"外嵌内包"微结构的奥克托今/铝复合粒子制备及其应用性能

为改善铝粉在炸药爆轰过程中的动力学条件,采用喷雾包覆法制备奥克托今/铝（HMX/Al）复合粒子,并基于该粒子制备含铝炸药,利用扫描电镜、能谱仪和红外光谱分别对HMX/Al复合粒子形貌、表面元素组成以及化学结构进行表征;通过机械感度、爆热、金属驱动和爆炸罐试验,研究HMX/Al复合粒子基含铝炸药的爆炸性能。结果表明：粒径为13 μm、未经酯类物质清洗及无氟橡胶2603（F2603）预包覆的铝粉有利于形成“外嵌内包”的微结构;HMX/Al复合粒子通过非键作用形成复合结构;制备工艺对撞击感度无显著影响,“外嵌内包”微结构可将HMX/Al复合粒子的摩擦感度由88%降低至12%;HMX/Al复合粒子基含铝炸药的爆热、驱动金属飞片的最大速度和后燃最高温度比传统含铝炸药分别提高5.5%、7.3%和6.4%,证明HMX/Al复合粒子可以使铝粉提前参与爆轰反应,提高铝粉反应完全性。     

含铝炸药在激光烧蚀下的发射光谱分布及瞬态温度测量

为了研究含铝炸药的反应过程,采用激光烧蚀手段激发了RDX基含铝炸药粉末的快速反应,并对反应过程中的发射光谱分布进行了实时监测,并基于Al O分子光谱对反应区域的瞬态温度进行了计算。结果表明,含铝炸药在前期和后期的光谱分布和反应行为存在明显区别:前期主要为RDX和空气在激光烧蚀下形成的等离子冷却和耗散过程,O/H/N元素的发射光谱在这一阶段占主导地位,其谱线高度呈指数型衰减;后期以铝的氧化反应为主,该反应具有一定自持性,对应的反应中间产物Al O分子的光谱具有持续久、非单调变化的典型特征。温度变化趋势与整个反应发展趋势紧密相关,反应较剧烈的初期温度较高,并随着反应的持续变弱而变低。