低易损浇注HMX-Al基PBX炸药设计与性能

为提高HMX-Al基混合炸药的能量和低易损性能,通过分析计算Al含量、奥克托今(HMX)含量对炸药爆轰性能的影响规律,确定了高固含量含铝PBX(polymer bonded explosive)炸药设计依据,在此基础上通过三级颗粒级配优化、固化体系筛选及降感剂、工艺助剂的选择应用,制备了固相含量90％(HMX/Al=75/15)的端羟基聚丁二烯(HTPB)/异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)黏结体系浇注固化炸药GOL?42,炸药工艺及安全性能优良.按照GJB772A等方法对GOL?42炸药进行了爆轰能量、低易损性、力学性能、热性能及加速贮存性能测试,结果表明:该炸药实测密度1.782 g·cm-3、爆速8251 m·s-1、爆压26.9 GPa,Φ25 mm圆筒试验格尼系数2.76 mm·μs-1,在快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击试验中响应程度均为低反应等级的燃烧反应,炸药综合性能优良,预估贮存寿命20年以上,是一种长寿命低易损浇注炸药.     

TKX-50基混合炸药的爆轰及安全性能

为了研究5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟胺盐(TKX-50)基混合炸药的爆轰及安全性能,以F2314氟橡胶为粘结剂,采用淤浆捏合法制备了典型TKX-50基混合炸药。按照国军标(GJB-772A-1997)和自建的标准测试方法对炸药的爆轰性能(爆速、爆压、爆热、圆筒比动能)和安全性能(撞击感度、冲击波感度、热刺激感度)进行了测试,并将实测性能与PBX-9501等炸药进行了对比分析。结果表明,在爆轰性能方面,与PBX-9501相比,制备的TKX-50基混合炸药实测爆速值为9037 m·s~(-1)(密度1.860 g·cm~(-3)),但其爆热(5055 J·g~(-1))、爆压(26.4 GPa)和做功能力(1.377 kJ·g~(-1))较低。在安全性能方面,TKX-50原材料经重结晶后撞击感度可显著降低,最低撞击能由5J提高至32J,TKX-50基混合炸药的冲击波感度(L_(50)=15.1 mm)低于HMX基混合炸药(L_(50)=22.6 mm)。此外,TKX-50的热分解温度(240℃)、5 s爆发点(277℃)均低于HMX(285℃,327℃),以TKX-50为基的混合炸药在热刺激下更容易发生剧烈反应。     

飞片冲击起爆高能钝感高聚物粘结炸药的实验研究

为了对比奥克托今（HMX）基和三氨基三硝基苯（TATB）基高聚物粘结（PBX）炸药冲击起爆爆轰建立过程的差异,研究高能钝感炸药的爆轰成长特性,采用火炮驱动铝飞片实现平面冲击加载,建立一维拉格朗日锰铜压阻实验测试系统,得到高能PBXC03(以HMX为主)和高能钝感PBXC10(以TATB为主)炸药冲击起爆爆轰成长过程的不同拉格朗日位置处压力变化历史和前导冲击波时程曲线。结果表明：高能钝感PBXC10炸药的爆轰建立过程与高能PBXC03炸药明显不同,HMX基和TATB基PBX炸药冲击起爆和爆轰成长的物理机制存在较大差异。基于所得数据可标定高能钝感PBX炸药的反应速率方程。     

钝感弹药技术凸显压制工艺的重要性

正现代武器系统的设计既要注重摧毁目标所需的爆轰能量,又要注重武器系统对意外刺激的感度要求,钝感弹药就是在这种需求下发展起来的。纵观西方国家钝感炸药的研制,他们相当多的努力是放在浇注固化聚合物粘结炸药(PBX)和钝感熔铸炸药的研究之上。浇注固化工艺开始于20世纪80年代初,后陆续被西方国家广泛采用。浇注固化炸药配方中,粘结剂作为惰性基质包围着炸药粒子,降低了炸药对冲击和热刺激的易损性,其含量一般为     

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.     

水悬浮包覆造粒下含能黏结剂在PBX 炸药中的应用

为获得更高能量的压装混合炸药,采用含能黏结剂在水悬浮造粒方法下包覆HMX 制备PBX 炸药,对制 备出PBX 炸药的能量与机械感度性能进行研究。结果表明,同等配比情况下,使用含能黏结剂比使用惰性黏结剂制 备的PBX 炸药能量明显提高。与以聚氨酯热塑性弹性体(Estane)制备的LX-14Ⅱ相比,以GAP 基ETPE 制备的JO-13 爆速增加109 m/s、爆热增加226 kJ/kg(提高4.2%);以BAMO/AMMO 基ETPE 制备的JO-X 爆速增加182 m/s、爆 热增加318 kJ/kg(提高5.9%),在能量提高的同时,机械感度有所增大。     

HNS-Ⅱ为基的低爆速炸药研究

为了将柔性银导爆索爆速从7000m/s降至(5 800 ±100)m/s,采用HNS-Ⅱ为主炸药,通过添加钝感剂、分散剂和高分子粘合剂来降低爆速,研究钝感剂含量对爆速的影响规律并优化配方和工艺.采用研制出的低爆速炸药拉制柔性银导爆索,其爆轰波传播稳定,爆速满足使用要求.     

微/纳米HMX颗粒级配对PBX性能的影响

为了提升高聚物粘结炸药(PBX)的综合性能,通过颗粒级配的方式,将低感度的微米和纳米奥克托今(HMX)应用到压装型PBX中,采用溶液-水悬浮法制备了4种HMX基PBX造型粉,并压制成药柱。对不同微纳米颗粒级配的JO-1、JO-2、JO-3和JO-4样品(粗颗粒/微米/纳米HMX的质量比分别为100/0/0、60/35/5、60/30/10、60/25/15),观测其表面微观结构,测量组分含量、撞击感度、摩擦感度、热分解特性、抗压性能和爆速等参数,并进行对比分析和讨论。结果表明,当粗颗粒(d_(50)=100μm)/微米(d_(50)=1μm)/纳米(d_(50)=100 nm)HMX的质量比为60/30/10时,所制备的JO-3样品有最好的性能。与单一粗颗粒HMX基PBX的JO-1样品相比,JO-3样品表面更光滑,撞击感度降低了38.3%,摩擦感度降低了22.7%,自发火温度提高了5.17℃,抗压强度提高了46%,爆速提高了55 m·s~(-1),HMX基PBX的综合性能显著提升。     

高聚物粘结炸药冲击起爆统计热点反应速率模型

为深入探索非均质固体炸药冲击起爆热点机制,重点关注炸药孔洞尺寸分布及热点点火临界条件,建立高聚物粘结炸药(PBX)冲击起爆统计热点反应速率模型,描述热点形成、形核或消亡、点火后燃烧反应演化直至快速转为爆轰的全过程。奥克托今（HMX）基PBX9501和三氨基三硝基甲苯（TATB）基LX-17炸药冲击起爆过程的数值模拟结果显示,反应流场中波到达时间的计算值与实验值偏差小于3.7%,初步验证了统计热点反应速率模型的合理性,且相比文献［21-24］的统计模型适应性更强。研究结果表明：孔洞尺寸分布对非均质固体炸药冲击起爆感度影响显著;HMX基PBX炸药冲击起爆爆轰成长过程呈加速反应特性,而TATB基PBX炸药表现为稳定反应特性,进一步提高了对HMX/TATB混合基钝感高能炸药冲击起爆机理的认识。     

HMX基和TATB基PBX爆轰波的拐角性能

为了研究HMX基和TATB基高聚物粘结炸药(PBX)爆轰波的拐角性能,采用蘑菇(Mushroom)试验测试了HMX基炸药(含95%HMX的PBX-Ⅰ,含85%HMX和7%TATB的PBX-Ⅱ)和TATB基炸药(含95%TATB的PBX-Ⅲ)在起爆直径7mm和10mm条件下的出射角、熄爆角及延迟时间。结果表明,在起爆直径7mm的情况下,PBX-Ⅰ的出射角(75.5°)略大于PBX-Ⅱ的出射角(74.4°),PBX-Ⅰ和PBX-Ⅱ的熄爆角均为90°,都能够发展为类似球形,显示HMX基PBX均有较好的拐角性能。在起爆直径10mm的情况下,PBX-Ⅱ的出射角为78.6°,熄爆角为90°,PBX-Ⅲ的出射角为16.1°,熄爆角为60.4°。对于HMX基PBX,随着起爆直径的增大,出射角增大。在HMX基PBX中加入TATB,出射角减小。当HMX全部用TATB代替,出射角显著减小,三种炸药的拐角性能优劣顺序为:PBX-ⅠPBX-ⅡPBX-Ⅲ。     

一种HMX基PBX炸药在热与落锤撞击复合作用下的响应特性

为了研究炸药在热与撞击复合作用下的安全性,采用自行设计的试验装置,对Φ20mm×8mm的HMX基PBX进行了20~170℃范围内不同温度下50kg落锤撞击试验。试验中利用压力传感器测试撞击过程中炸药受力变化。利用高速摄影系统拍摄炸药撞击点火过程。获得了PBX炸药在不同温度下的撞击响应特性。结果表明,成型PBX炸药的撞击安全性与温度密切相关,其中82℃时撞击安全性提高,170℃时撞击安全性明显变差。在20~170℃范围内,随温度升高,PBX炸药的撞击感度先降低而后逐渐提高,这与PBX炸药在高温下的力学性能发生变化、热膨胀、热分解导致的损伤以及HMX发生晶型转变等因素有关。     

微型爆炸网络用DNTF/HMX基传爆药研究

为了使爆炸网络装药在实现高爆速、高安全和小临界尺寸传爆的同时满足装药均匀性好、爆速极差小的要求,以3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)和奥克托今(HMX)为主体炸药,以含能聚合物聚叠氮基缩水甘油醚(GAP)为粘结剂,配以其它助剂,设计出一种适用于微小尺寸爆炸网络的DNTF/HMX基传爆药配方,并采用微注射工艺将其装入到微型爆炸网络沟槽中。采用扫描电镜(SEM)表征了主体炸药颗粒粒径和形貌并观察和测试了装药表面;采用X射线衍射仪(XRD)测试了主体炸药和装药后炸药的晶型;采用直线传爆临界尺寸实验测试了传爆性能;采用撞击感度与冲击波感度实验测试了配方的安全性能。结果表明:配方的炸药组分固含量为85%,固化成型后装药表面平整,颗粒分布均匀,炸药晶型未发生变化,沟槽中装药密度可达1.6 g·cm~(-3)(理论密度的92%)以上。在此装药密度下,该配方的直线传爆临界尺寸为0.6 mm×0.6 mm,在0.8 mm×0.8 mm的沟槽中爆速为7558m·s~(-1),爆速极差为29 m·s~(-1);撞击感度特性落高为45.2 cm(5.0 kg落锤),冲击波安全性试验小隔板厚度值为8.74 mm。     

聚能射流对带壳浇注PBX装药的撞击响应

为研究聚能射流对带壳浇注高聚物粘结炸药(PBX)的引爆特性,利用弹径Ф82 mm的聚能装药形成了一种直径细、速度大于7000 m·s-1的高速射流,以及一直径较粗、速度约5000 m·s-1长杆状射流,分别对覆盖有210,255 mm和165,210 mm两组不同厚度钢板的PBX进行了撞击试验。采用高速摄影观测分析了射流撞击下带壳PBX点火引爆的反应过程。用LS-DYNA软件验证了试验结果,得到了不同射流对PBX的引爆能量值。结果表明:弹径Ф82 mm的聚能装药形成的射流能够可靠引爆覆盖小于255 mm厚钢板的浇注PBX,能满足反导弹战斗部毁伤厚壳体目标的需求。     

铝金属放热对破片加载能力影响试验研究

为提高炸药爆轰对金属破片的做功能力,对铝粉释放热对金属破片加载能力的影响进行探讨。以浇注HMX 基PBX 炸药为研究对象,通过对不同铝粉含量的炸药配方和试验弹的设计,参照GJB772A—1997 方法,测试不同 铝粉含量爆热,对战斗部破壳作用特点及金属破片加载作用过程进行分析,并对其金属破片加载能力进行评估。研 究结果表明,铝金属放热做功和加载时间的匹配性是影响其破片加载能力的重要原因。     

壳体约束下浇注PBX的温度适应性

为研究壳体约束条件下浇注高聚物黏结炸药(PBX)的温度适应性能,制备了组分为奥克托今(HMX)/端羟基聚丁二烯(HTPB)/2,4-甲基二异氰酸酯(TDI)的炸药,分别装填Ф20 mm×20 mm、Ф15 mm×65 mm、Ф100 mm×200 mm、Ф150 mm×300 mm和Ф200 mm×400 mm五种尺寸的试样,其中后者三种较大尺寸的试样还分为无缺陷和有预制缺陷两种形式。利用-55~70℃温度冲击和温度循环试验,研究了浇注PBX的内部损伤、壳体外部温度和应变以及炸药尺寸、密度和力学性能变化。结果表明,温度冲击和温度循环试验后,浇注PBX没有明显的热损伤,原有缺陷也没有明显扩展;随着试验件尺寸的增大,通过升降温达到温度平衡所需的时间延长,高低温应变变化呈现减小的趋势。试验后炸药密度增大0.001 g·cm~(-3),拉伸强度和压缩强度分别提高了0.12 MPa和0.55 MPa。     

某浇注PBX 炸药的起爆特性分析

为满足武器弹药对目标毁伤能力和安全性的需求,以某浇注PBX 炸药为对象,对其起爆特性进行分析。 介绍浇注PBX 炸药的性能特点,依据传爆药柱的选择原则,分别对临界直径和稳定爆轰进行测试,并对传爆药的匹 配性进行实验验证。实验结果表明：当传爆药量和药柱直径达到一定值时,该炸药能够可靠起爆和达到稳定爆轰。     

DNTF基炸药燃烧转爆轰影响因素实验研究

为了研究二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基混合炸药燃烧到爆轰转变(DDT)过程的有效调控技术,采用同轴电离探针测量技术研究了点火药量、DDT管壁厚约束、成型方式等对DNTF基混合炸药DDT性能的影响,从DDT管破裂状态、DDT过程不同位置处波阵面速度、诱导爆轰距离等变化对实验结果进行了分析。结果表明,DDT管壁厚约束对DNTF基混合炸药DDT的诱导爆轰距离没有明显影响,都在375 mm左右,但壁厚减小会使爆燃阶段持续时间增加,达到爆轰的初始速度减小到5515 m·s~(-1);点火药量增加对DNTF基混合炸药DDT反应剧烈性没有明显影响,但会减小初始燃烧持续时间和诱导爆轰距离;压制成型试样DDT的初始燃烧持续时间、爆燃持续时间及诱导爆轰距离均大于熔铸成型试样,但反应剧烈性没有差别。     

水悬浮工艺温度对HMX基PBX形貌及安全性能的影响

以Viton-A为粘结剂,通过溶液-水悬浮工艺制备HMX基PBX,重点研究了温度对HMX基PBX形貌及安全性能的影响。利用扫描电镜、XRD、DSC和撞击感度测试等方法对不同温度下制备的PBX进行性能表征。结果表明:当制备温度为60℃时,可以得到形貌完好的晶体颗粒,包覆前后HMX晶型结构没有发生变化,高聚物粘结炸药热安定性有明显提高,撞击感度特性落高H50由原来的20.88cm提高到57.2cm,安全性能有较大幅度的提高。本研究表明水悬浮法制备HMX基PBX的最佳包覆温度为60℃。