2，4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药宏细观烤燃响应特性数值分析

2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/奥克托今(HMX)熔铸炸药在烤燃过程中会发生DNAN熔化、HMX晶型转变等特征现象。为研究其烤燃响应特性,发展了DNAN熔化-化学反应动力学模型,结合HMX四步化学反应动力学模型,从宏观和细观尺度研究了DNAN基熔铸炸药的熔化、晶型转变及点火响应。宏观计算结果表明：DNAN在约377.00 K熔化,HMX在约450.00 K晶型转变,点火温度为531.34 K,点火位置位于装药上下端面与侧面夹角处环形区域,计算点火时间与实验结果误差为0.5%。基于宏观点火区域进行细观计算,发现点火位置位于HMX炸药晶粒,并得到DNAN熔化、HMX晶型转变等细观分布演化规律,即不同时刻,液相DNAN统计分布呈U形分布,δ-HMX近似正态分布。表明DNAN基熔铸炸药烤燃宏细观数值计算对深入理解含能材料的热点火机理具有重要意义。     

2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸炸药研究进展

随着弹药安全性要求的不断提升,传统2,4,6-三硝基甲苯(TNT)基熔铸炸药在制造、运输和使用过程中暴露出的问题使其安全性不能达到钝感弹药的技术要求,2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药是近年来逐渐发展起来的一类可以替代TNT基炸药的钝感炸药。本文在系统跟踪近十年来国内外研究动态的基础上,综述了DNAN的合成及性能,DNAN基熔铸炸药爆炸特性、安全性、安定性、贮存特性、易损性、力学特性及流变特性等最新的研究与进展。展望了DNAN基熔铸炸药研究的热点和难点。     

2,4-二硝基苯甲醚为基熔铸炸药的研究进展

由于TNT为熔融介质的熔铸炸药不能满足钝感弹药(IM)要求,人们一直在寻求化学性能和物理性能相适宜的替代物。2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)熔点94~96℃,性能适宜,利用它的低感度可研制出IM应用的一类新型低感熔铸炸药,是TN T有前景的替代物。本文详细地综述了其合成现状、物理性能、热性能和相容性等和以DNAN为基的熔铸炸药配方的研制及相关性能的研究进展。     

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。     

成型工艺对2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药装药质量的影响

为了提高2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸炸药的装药质量,采用压力浇铸与真空浇铸成型工艺,研究其对DNAN基熔铸炸药温度场、缩孔疏松、相对密度及抗拉强度的影响规律。结果表明：压力浇铸使DNAN基熔铸炸药凝固时间缩短,药柱内部缩孔疏松及气孔减少;当成型压力达到0.8 MPa时,DNAN/奥克托今（HMX）炸药相对密度和抗拉强度分别提高了6.4%、9.9%,药柱无裂纹;DNAN/黑索今（RDX）炸药的相对密度提高了2.7%,但抗拉强度降低了40.8%,同时药柱存在裂纹。真空浇铸对DNAN基熔铸炸药凝固过程温度场无影响,使药柱内部缩孔疏松及气孔减少;当真空度达到0.08 MPa时,DNAN/RDX炸药的相对密度及抗拉强度分别提高了2.0%、14.3%,药柱无裂纹。因此,为了获得高质量的熔铸炸药,DNAN/HMX炸药可采用压力浇铸;DNAN/RDX炸药可采用真空浇铸。     

2，4-二硝基苯甲醚基熔铸含铝炸药冲击起爆特性

为钝感高能炸药安全性设计和应用提供理论依据和物理基础,深入开展钝感熔铸含铝炸药冲击起爆特性实验研究。建立蓝宝石飞片平面撞击加载炸药一维拉格朗日分析组合式电磁粒子速度计实验测试系统,测量2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸含铝炸药冲击起爆爆轰成长过程中不同拉格朗日位置的粒子速度-时间变化曲线,获得飞片撞击速度和固相炸药颗粒度等变化对其冲击起爆爆轰成长的影响规律,并确定了该熔铸含铝炸药的冲击Hugoniot关系（D=2.439+2.137u,D为冲击波传播速度,u为粒子速度）和未反应炸药状态方程参数。结果表明：DNAN基熔铸含铝炸药冲击起爆爆轰成长过程的典型粒子速度曲线呈驼峰状,冲击波阵面波后粒子速度明显上升并加速追赶前导波阵面,冲击起爆过程整体表现为加速反应特征;在该装药颗粒度级配范围和加载压力下,加载压力越高或固相炸药颗粒度越小,炸药冲击起爆爆轰成长越快,越早转为爆轰。     

功能助剂对2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药性能的影响

为了获得适用于2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药的功能助剂体系,改善其装药性能,通过黏附功确定功能助剂为吐温60和醋酸丁酸纤维素(CAB);采用巴西实验、静态剪切实验、撞击感度爆炸概率法实验、摩擦感度爆炸概率法实验、小隔板实验和液体静力称量法,研究了功能助剂对DNAN 20/奥克托今80(HMX 80)熔铸炸药的拉伸强度、剪切强度、撞击感度、摩擦感度、冲击波感度和装药密度的影响规律。实验结果表明:功能助剂使得DNAN 20/HMX 80熔铸炸药在-40℃、20℃、60℃下的拉伸强度分别增大6.25%、10.3%、47.8%,剪切强度分别增大23.5%、27.8%、45.1%;摩擦感度、撞击感度和冲击波感度分别降低14.29%、4.76%、3.11%;相对密度提高0.2%.因此,功能助剂吐温60和CAB可以用于改善DNAN基熔铸炸药的力学性能和安全性能。     

2,4-二硝基苯甲醚基钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆特性

为了探究钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆特性,建立化学爆炸加载一维拉格朗日锰铜压阻测试系统,获得了不同加载压力下一典型2,4?二硝基苯甲醚(DNAN)基钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆过程压力成长历史。利用熔铸含铝Duan?Zhang?Kim(DZK)细观反应速率模型,确定了该钝感含铝炸药的反应速率模型参数,并对其冲击起爆过程进行了数值模拟研究。结果表明在钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆过程中,波阵面附近炸药的反应速率和反应程度均较低,而随着热点点火反应的进行以及化学反应的不断累积,炸药的波后化学反应速率不断增加,并在一段时间后到达峰值。当加载压力越高时,钝感熔铸含铝炸药内部的爆轰成长速率越快。同时,与粒子速度成长历史相比,压力成长历史包含更多的反应速率变化信息,更适用于反应速率模型的验证以及炸药反应流模型参数的确定。     

DNAN及TNT基熔铸炸药综合性能比较

为了对比载体炸药2,4,6-三硝基甲苯(TNT)和2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)、以及以它们为基的熔铸炸药的综合性能,系统研究了DNAN和TNT、以及DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的流变、能量、安全、以及力学等性能。结果表明:载体炸药DNAN(6.87 m Pa·s)的粘度低于TNT(9.05 mPa·s),DNAN/HMX熔铸体系的极限固含量(约80%)高于TNT/HMX熔铸体系(约75%);DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的爆速分别为8336 m·s~(-1)和8452 m·s~(-1),爆压分别为31.03 GPa和31.44 GPa;在1 K·min~(-1)的慢速烤燃条件下,DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的响应等级分别为燃烧反应和爆炸反应;在4.51GPa的冲击波入射压力条件下,TNT/HMX(25/75)在8～12 mm内达到完全爆轰,而DNAN/HMX(20/80)在12 mm内未能达到完全爆轰;DNAN/HMX(20/80)的抗拉和抗压强度均大于TNT/HMX(25/75)。因此可以得出结论,在能量性能基本持平的情况下,DNAN/HMX(20/80)熔铸炸药的安全及力学性能优于TNT/HMX(25/75)熔铸炸药。     

2,4-二硝基苯甲醚基不敏感熔注炸药动态力学性能

炸药动态力学性能是影响其安定性的重要因素。为揭示2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基不敏感熔注炸药的动态力学性能特征,采用分离式霍普金森压杆（SHPB）实验对DNAN基不敏感抗过载熔注炸药的动态力学性能进行研究。通过入射波整形技术,实现了低阻抗、低强度的熔注炸药材料在SHPB实验中的应力平衡和恒应变率加载,得到65 s^-1、130 s^-1和200 s^-1等3种应变率下炸药的应力应变曲线;基于炸药应力应变数据,利用改进的Lesuer标定方法,获得该炸药的Johnson- Cook本构模型参数。结果表明：随着应变率的提高,该炸药失效应力逐渐增加,具有明显的应变率效应;拟合得到的Johnson-Cook动态本构模型能较好地预测该炸药在冲击载荷作用下的力学响应。     

慢烤试验中PBX-6炸药件的响应特性（英）

为了解缓慢加热对炸药件安全性的影响,分别开展了PBX-6粉末炸药样品在压力1 MPa和0.101 MPa、升温速率2 ℃·min^-1和5 ℃·min^-1的DSC分析,以及SR50mm PBX-6半球炸药件在55 ℃、140 d的加速老化试验。设计了Φ100 mm球形炸药件的慢烤试验装置,对球形S-1^#和S-2^#试样进行了升温速率分别为2 ℃·min^-1和5 ℃·min^-1的慢烤试验。通过热电偶和温度测试系统记录测量位置的温度变化,结合冲击波超压和试验残余物对比分析试验结果,探讨慢速烤燃行为与热分解特性的关系,综合评估PBX-6炸药件在缓慢加热条件下的安全性。结果表明,升温速率2 ℃·min^-1时,S-1^#试样的爆燃时间为8373 s,爆响温度为218.5 ℃,爆燃反应较弱。升温速率5 ℃·min^-1时,S-2 # 试样的爆燃时间为4074 s,爆响温度为224.9 ℃,冲击波超压为21.8 kPa,爆燃程度较大。即升温速率越大,试样的爆响时间越短,爆响温度越高,爆燃程度越大。     

慢烤过程中热应力对HMX基含铝炸药装药响应特性的影响

为获得炸药装药在慢烤过程中热应力的变化规律,设计了一套热应力测试装置,获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药在密闭约束条件下热应力随温度的变化曲线;通过调整烤燃弹内惰性包覆层与装药的体积比,改变慢烤过程中装药热应力的上升速率,研究了烤燃弹临界响应温度及其三种工况下的响应剧烈程度。结果表明,壳体的约束作用使得装药的热应力随着温度的上升而逐渐增大,根据热应力变化速率的差异,可将整个过程分为6个阶段,其影响因素依次为热膨胀、孔隙率下降、HMX晶型转变、HMX缓慢分解、部分小分子气体泄漏、HMX加速分解,当温度升至208℃时,热应力达到9.2 MPa,装药随即点火;在烤燃弹的装药表面增加热膨胀性较强的硅橡胶包覆层,则会加快装药热应力的增长速率,使得装药的临界点火温度下降,但不会改变装药响应的剧烈程度。     

不同热通量下炸药烤燃的数值模拟

以固黑铝炸药为研究对象,针对炸药火烧的烤燃试验或可能受到意外热辐射的热安定性问题,建立了炸药热辐射的数值计算模型.采用计算流体力学软件ANSYS FLUENT,对几种不同的热通量104,105,106 W·m-2下固黑铝炸药的热点火规律进行了计算,得到了固黑铝炸药的点火时间、点火温度及点火位置.计算结果表明,随着热通量...     

慢速烤燃环境下引信热响应特性测试与仿真

为揭示不敏感弹药用引信在烤燃试验下的热响应特性,掌握其内部热传递途径及规律,提出烤燃环境下隔爆式引信热响应分析方法。针对引信在受热刺激下的钝感化要求,以典型舰载76 mm口径弹头无线电引信为例进行烤燃试验测试与热有限元仿真,开展升温速率为1.17 ℃/min、终极温度为270 ℃慢速烤燃环境下的引信热响应特性研究。结果表明：基于热阻抗等效原则的“模块替换法”,即以具有相近导热系数的热电偶测温系统替代电池组件,实现了增加嵌入式测温系统不会过多影响引信原有的热量传递通道;设计了可嵌入引信内部的慢速烤燃测温微系统及Teflon材质防热保护壳体,通过试验证实了测温微系统在慢速烤燃环境下具有可靠性高、可同步测试等优势;对比引信内部各组件的温度差异证实了烤燃刺激下引信的热传递途径为压螺-安全和解除保险机构-导爆药-传爆药,明确了增加压螺以及安全和解除保险机构的热阻抗可降低导爆药和传爆药的意外发火概率。     

火灾环境下含炸药结构传热问题的数值模拟

为了解火灾环境下含炸药结构的热响应行为,针对其涉及的主要传热学问题,建立了池火灾火焰温升数值模型,碳/酚醛烧蚀层高温热解吸热数值模型,空气夹层复合传热数值模型,以及炸药受热分解放热数值模型。用所建数值模型,计算并获得了含炸药结构在不同温升条件下(恒定值1073 K、1273 K及本研究所提的火焰实测温升曲线)、不同火焰辐射率(0.1~0.9)和不同空气夹层间壳体表面辐射率(0.1~0.9)下的温度响应和热点火延滞时间。结果表明:火烧30 min情况下,火焰温度为1273 K时,内部炸药在28.92 min已经发生热点火现象。火焰温度为1073 K和实测温升曲线时,内部炸药最高温度分别为448 K和535 K。火焰辐射率从0.9降低到0.1时,内部炸药最高温度由535.4 K降低到344.6 K,热点火延滞时间由1917 s增加到3520 s。空气夹层间壳体表面辐射率由0.9降低到0.1时,内部炸药最高温度由535.4 K降低到329.0 K,热点火延滞时间由1917 s增加到3739 s。