硝基甲烷和氧的气态混合物爆燃及爆轰特性研究

本文利用传感器技术和光电探测技术在爆炸激波管中研究了气态的硝基甲烷的爆燃和爆轰特性。由测量结果发现：随着硝基甲烷和氧的气态混合物中硝基甲烷含量的增加其爆燃（或爆轰）压力和速度呈起伏性的增加，它明显不同于一般可爆炸性混合物的倒“Ｕ”形曲线。实验还发现，硝基甲烷和氧的气态混合物点火后形成的弱爆燃波在爆炸激波管端盖反射后可以引起很强的爆轰，在端盖处的压力可达４５ＭＰａ，这时形成的ＣＨＯ、ＯＨ等中间产物的激励辐射比入射波形成的中间产物激励辐射强十多倍。     

压力对纳米铝粉/RDX混合物聚光点火燃烧特性的影响

铝粉和黑索今(RDX)是固体推进剂领域重要的金属燃料和含能氧化剂。利用中压聚光升温点火实验台进行了不同压力(0.1,0.4,0.7,1.0,1.3 MPa)下纳米铝粉/RDX混合样品的点火燃烧试验,采用高速摄影仪、双色红外测温仪和光纤光谱仪研究了样品的燃烧过程。结果显示,样品点火前存在一个明显的受热蒸发阶段,点火后火焰发展阶段的持续时间明显小于衰退阶段。常压下的燃烧过程伴有橙黄色火星。压力高于常压时火焰呈白炽态。提高环境压力能有效增加燃烧强度,但过高的压力对火焰发展有一定的抑制作用。压力升高,蒸发阶段和点火重叠明显,点火延迟时间显著缩短。基于实验条件,常压下样品的点火延迟时间为1004 ms,最高温度为1239℃。压力升高至1.3 MPa时,样品的点火延迟时间缩短至319.2 ms,最高温度升高至1441℃。常压下样品燃烧不完全,导致自维持燃烧时间最短,为280 ms。压力高于常压时,自维持燃烧时间随压力的升高而减小。     

铝粉-空气混合物爆炸压力影响因素研究

在水平管道式粉尘爆炸装置中,通过大量实验研究了点火延迟时间、铝粉浓度和铝粉粒度对铝粉的最大爆炸压力和压力上升速率的影响.结果表明:对浓度和粒度-定的铝粉,存在-个可爆延迟时间范围,铝粉在该延迟时间范围内点火才能发生爆炸;同时,还存在-个最佳点火延迟时间可以使爆炸压力和压力上升速率同时达到最大值;铝粉的最大爆炸压力和压力上升速率随铝粉浓度的增大先增大后减小,随铝粉粒径的增大而减小.     

含微/纳米铝粉燃料空气炸药爆炸特性

利用20 L爆炸装置开展了含微/纳米铝粉燃料空气炸药爆炸特性研究.试验结果表明:微米铝粉中加入5％和10％纳米铝粉后,混合铝粉爆炸压力峰值增幅分别为24.4％和58.5％,最大压力上升速率增幅达到80.6％和103.4％,纳米铝粉含量大于10％对于爆炸效应增加没有明显作用;固液比为30/70的燃料空气炸药,点火能从11.83 J增加到28 J,其爆炸压力从0.28 MPa增大到0.52 MPa,爆炸温度从834℃增大到1118℃,表明增大点火能可以提高燃料空气炸药爆炸参数;提高微/纳米铝粉含量,能够有效提高固液型燃料空气炸药爆炸压力和爆炸温度.     

硝基甲烷的爆轰温度研究

为了准确测定高能炸药的爆轰反应温度,深入研究了高能炸药的爆轰辐射特性,采用瞬态辐射光纤高温计测量了液体炸药硝基甲烷的爆轰辐射光谱。以黑体辐射普朗克公式为基础,运用线性最小二乘法进行拟合,获得硝基甲烷炸药的实测爆轰温度为（3 552±17）K。同时,用VLW爆轰程序计算获得液体炸药硝基甲烷的理论爆轰温度为3 681 K,计算值与实测值和文献值比较接近。     

三(对硝基苯基氧甲基)硝基甲烷的合成及热行为

以硝基甲烷为原料,经缩合、酯化、取代反应合成了 三(对硝基苯基氧甲基)硝基甲烷。用¹H NMR和红外光谱表征了中间体和标题化合物的结构。用TG-DSC研究了标题化合物的热行为。结果表明: 取代反应的优化工艺条件为: 物料摩尔比为13.5、反应温度120 ℃、反应时间24 h、碳酸钾为缚酸剂。总收率51.2%。标题化合物的熔点为186.94 ℃,热分解温度为340.59 ℃,246.2～499.3 ℃范围内的总失重量为62%,500 ℃时未全分解,表明其热安定性较好。     

分散度对铝粉爆炸敏感性的影响

为分析大粒径分布跨度下粒径分布对铝粉爆炸特性参数的影响,选出能够表征铝粉爆炸特性的粒径参数,提高铝粉爆炸风险评估的准确性,开展了铝粉爆炸敏感性研究。采用Siwek 20 L爆炸球和Hartmann管实验装置,分别探究分散度对微米级铝粉最小爆炸浓度（MEC）和最小点火能（MIE）的作用规律。结果表明：铝粉的爆炸敏感性参数随着粒径的增加而加速增大。对于小粒径的铝粉,粒径变化对MEC和MIE的作用相对较小;粒径跨度较大的混合铝粉样本中,小粒径铝粉起到点火源的作用,使得MEC和MIE值均降低,增大了铝粉爆炸风险。从皮尔逊相关性分析结果来看,粒径参数D_3,2（Sauter平均直径）、D₄₀（粒径第40百分位数）与MEC和MIE的相关性最高,其中D_3,2与MEC和MIE相关系数为0.962 7和0.746 0,D₄₀与MEC和MIE相关系数为0.947 9和0.741 1,而粒径多分散性和粒径跨度与MEC和MIE的相关性较弱,因此在研究铝粉爆炸敏感性时选用D_3,2和D₄₀作为主要的粒径分布表示方式较为合适。     

湍流对铝粉爆炸特性的影响

基于流体力学计算理论,对20 L球形密闭容器内铝粉扩散和爆炸过程进行了数值模拟。通过改变点火延迟时间和粉尘浓度,研究了湍流对不同浓度铝粉爆炸特性的影响。研究结果表明：点火延迟时间对铝粉爆炸的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率影响较大,且存在最佳点火延迟时间,此时最大爆炸压力取最大;随着容器内铝粉浓度的增大,最佳点火时间先增大后保持不变,故单一的点火延迟时间并不能真正地反映不同浓度粉尘的爆炸威力;湍流强度和粉尘云分布对最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率都存在影响,粉尘云分布的均匀程度对最大爆炸压力的影响要强于湍流强度;湍流强度对最大爆炸压力上升速率的影响要强于粉尘云的分布。     

环境湿度对铝粉爆炸特性参数影响的实验研究

为全面评估铝粉爆炸的危险性,在爆炸罐内进行了环境湿度对铝粉爆炸影响的实验研究。分别得到了33%、60%和90%相对湿度下铝粉爆炸的最大爆炸压力和最大压力上升速率值。结果表明:环境湿度对铝粉爆炸有显著的影响作用,而这种作用与浓度有关。当铝粉浓度较低时,随着环境湿度的增加, 最大爆炸压力和最大压力上升速率值先增加后减小;而浓度较高时,最大爆炸压力和最大压力上升速率值则随着环境湿度的增加而明显增加。同时通过对实验数据的非线性拟合,得到了3 种环境湿度下最大爆炸压力和铝粉浓度之间的DoseResp 函数关系。该研究可作为铝粉爆炸危险性评估的参考。     

无木炭型黑火药研究

以酚酞和氢氧化钾的反应物替代木炭，通过调整硝酸钾、硫磺、酚酞及氢氧化钾的混合比例对无木炭黑火药配方进行优化设计，对比研究了普通黑火药与无木炭黑火药在机械感度、静电火花感度、热分解过程及输出特性等方面的差异。研究认为：无木炭黑火药的机械感度、静电火花感度、爆发点比普通黑火药低，而且安全性好，做功能力强，输出稳定性高。     

Mg-Al/黑药高能点火药研究

为了解决黑药在点火能力、吸湿性等方面存在的问题,制备以黑火药组分为基础,以Mg-Al合金粉为燃烧剂,硝化棉为粘结剂的新型高能点火药,并对其性能进行了测试分析;结果表明:该新型高能点火药与黑药相比燃烧热增加75%,比容增加80%,火焰感度、机械感度有所下降,吸湿性有所降低。     

液体燃料中铝粉活性的实验研究

用没开矿的铝粉与环氧丙、硝基甲烷、异戊二烯以及与叠氮烷或三乙基铝等混合并制成燃烧空气炸药（ＦＡＥ－Ⅲ）,以实现一次性引爆。实验发现,ＦＡＥ－Ⅲ在５０℃密封贮存４０天,环氧化合物与硝基烷组成的配方中球形铝粉活性降低３７．９％;片状铝粉的活性降低５９．４％。而在含叠氮烷和三乙基铝（ＴＥＡ）的配方中球莆铝粉和片状铝粉的活性只有微小的降低。这说明后两种化合物很有希望用作ＦＡＥ－Ⅲ的组分以提高其威力。     

液体燃料中铝粉活性的实验研究

用不同形态的铝粉与环氧丙烷、硝基甲烷、异戊二烯以及与叠氮烷或三乙基铝等混合并制成燃料空气炸药（ Ｆ Ａ ＥⅢ） ,以实现一次性引爆。实验发现, Ｆ Ａ ＥⅢ在５０ ℃密封贮存４０ 天（９６０ｈ） ,环氧化合物与硝基烷组成的配方中球形铝粉活性降低３７ ．９ ％ ; 片状铝粉的活性降低５９ ．４ ％ 。而在含叠氮烷和三乙基铝（ Ｔ Ｅ Ａ） 的配方中球形铝粉和片状铝粉的活性只有微小的降低。这说明后两种化合物很有希望用作 Ｆ Ａ ＥⅢ的组分以提高其威力。     

激光点火药剂在长贮时的性能变化研究

通过激光点火性能试验和差热分析(DTA),对点火药剂B/KNO3在长贮过程中性能的变化进行了研究。研究结果表明,点火药剂在密封的保干器内放置8个月后,其激光点火感度明显提高,点火延迟时间转折点出现的能量密度变大;B/KNO3放热量由1.86kJ.g-1提高到3.11 kJ.g-1,B/KNO3/酚醛树脂的放热量由2.21kJ.g-1提高到3.48 kJ.g-1。     

一种新型点火药的性能研究

为克服黑火药存在的不足,研制出一种新型高能点火药,通过黑火药、新型点火药在吸湿性、燃烧性能、安全性能及输出特性等方面的对比试验,从理论上分析了该点火药的性能特点。结果表明:和黑火药相比,新型点火药爆热高、吸湿性小、燃烧后残渣量少,组分相容性良好;并且,点火的瞬时性和点火强度优于黑火药。     

不同粒度铝粉在HMX基炸药中的能量释放特性

为研究铝粉在HMX基炸药中的能量释放特性,采用压力传感器对不含铝粉的HMX/HTPB 88/12炸药及含有粒度为13,130μm铝粉的HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药在密闭空间中爆炸后的准静态压力进行了测量。结果表明:HMX/HTPB 88/12和HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药爆炸后在密闭条件下均能产生准静态压力。HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药的准静态压力是HMX/HTPB 88/12炸药的1.24倍。铝粉颗粒度分别是13μm和130μm的HMX/Al/HTPB 53/35/12-炸药在密闭空间中爆炸产生的准静态压力分别是378 k Pa和347 k Pa,说明内爆条件下,当铝粉含量为35%时,与含大颗粒铝粉炸药相比,含小粒度铝粉炸药能够释放更多能量,提高密闭空间中的准静态压力。     

铝粉含量对火箭发动机推力影响研究

建立了固体火箭发动机喷管的气固两相流计算模型,对不同铝粉含量的复合固体推进剂的燃气在喷管中的两相流动进行了数值模拟。研究了推进剂中铝粉含量对发动机推力性能的影响规律;通过对速度场和压力场分析并结合推力基本计算公式得出发动机推力变化趋势,结果表明：在其他成分不变的情况下,随着单位质量复合推进剂中铝粉含量的增加,燃气流动速度降低、压力升高,火箭发动机的推力呈现先增大后减小的变化趋势。