CL-20基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响

为了改善铝粉在CL-20基含铝炸药中的反应动力学特性,利用溶剂-非溶剂法制备了CL-20/Al复合颗粒,实现了CL-20与Al在微结构上的紧密结合,通过直接法制备了由CL-20/Al复合颗粒构成的组分质量分数为85%CL-20/10%Al/5%黏结剂的含铝炸药,并与常规法制备的相同组成的CL-20基含铝炸药进行了机械感度、爆热、爆炸罐试验和圆筒试验等结果的对比。结果表明,CL-20/Al复合颗粒会使含铝炸药的撞击感度略有提高,而摩擦感度不变,但总体上对机械感度影响不大;通过CL-20/Al在微结构上的复合,缩短了Al粉与爆轰产物之间的扩散距离,可以显著改善Al粉的反应动力学性能,提高Al粉在含铝炸药爆炸过程中的反应完全性,促使部分Al粉在爆轰区内参与反应,相比于常规法制备的相同组成的含铝炸药,可使含铝炸药的爆热从6787J/g提高至6930J/g,爆炸罐内爆炸场最高温度从544.3℃提高至661.2℃,格尼系数由2.88mm/μs提高至3.10mm/μs。     

CL-20对硝酸酯炸药性能的影响

以HMX硝酸酯炸药配方为基础,用六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)部分替代HMX,计算了含CL-20的硝酸酯炸药的密度、爆热和爆速,并与测试结果进行了对比;测试了其机械感度。结果表明,随着CL-20含量的增加,硝酸酯炸药的实测密度、爆热、爆速均明显增加;当CL-20质量分数为50%时,硝酸酯炸药的实测密度、爆热和爆速分别为1.907g/m3、6 826J/g和9 125m/s,撞击感度由34%提高到40%,摩擦感度由28%提高到60%。     

紧凑型聚能装药的数值模拟及实验研究

分析了K式装药的结构特性,对紧凑型聚能装药和波形调整器的小型化进行了探索研究,设计了偏心亚半球形状的药型罩结构,并采用硅橡胶、铝片与装药组合的薄型波形调整器,获得了对称性很好的环形波.实验表明,紧凑型聚能装药可大幅度减小战斗部的长度和质量,而且在对付新型间隔靶及轻型装甲目标时,与常规同口径聚能射流方案相比,虽然穿深能力稍低,但是对靶后目标的毁伤作用有明显提高.     

聚能射流冲击起爆屏蔽压装PBX炸药的试验研究

为了分析由聚能射流引起的两种典型屏蔽压装PBX炸药的冲击起爆感度,采用某Ф80mm制式破甲弹作为标准射流源,在炸高为150mm的条件下,对不同厚度45~#钢覆盖板屏蔽的PBX-1和PBX-2炸药进行了射流冲击起爆感度试验;采用"兰利法"对覆盖板的厚度进行选取,得到了聚能射流引爆两种典型压装PBX炸药的临界隔板厚度。结果表明,临界爆轰时,PBX-1炸药覆盖板厚度为35～40mm,PBX-2炸药覆盖板厚度为140～150mm,即PBX-1的临界隔板厚度比PBX-2炸药减少73.3%;PBX-1炸药起爆所需的射流能量为185mm~3/μs~2,远高于PBX-2炸药,因此PBX-1炸药的射流安全性显著优于PBX-2炸药。     

粒度级配对CL-20基炸药油墨流变性能的影响

为了研究粒度级配对CL-20基炸药油墨流变性能的影响,制备了粒径分别为400nm和4μm的CL-20样品,以及7种不同粒度级配的CL-20基炸药油墨;采用博勒飞(CPS)流变仪对炸药油墨进行了黏度测试,得到了相应的流变数据,并计算出非牛顿指数、屈服值和触变指数。结果表明,炸药颗粒的粒度级配对炸药油墨的流变性能有着十分明显的影响;随着粒径为4μm的CL-20含量的增多,炸药油墨表观黏度出现先减小后增大的现象;同时,非牛顿指数出现先增大后减小的现象,屈服值和触变指数总体上呈现先减小后增大的现象;当炸药油墨中粒径分别为400nm和4μm的CL-20质量比为1∶2时,炸药油墨的非牛顿指数为最大值0.41,屈服值和触变指数均达到最小值,分别为26.73和8.74,表明在该粒度级配条件下,炸药油墨具有更好的流变性能。     

约束方式和强度对HMX基压装含铝炸药慢烤响应特性的影响

为了获取不同约束方式和强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃响应特性,以典型超音速钻地/侵爆战斗部为背景,设计了装药长径比为5∶1的缩比烤燃弹;开展了无约束和不同约束强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃实验;获取了无约束条件下HMX基压装含铝炸药的反应过程,以及不同壳体壁厚(4、10、16和20mm)与端盖螺纹长度(10、12和14mm)时装药反应烈度的变化规律。结果表明,慢速烤燃条件下该HMX基压装含铝炸药反应包括生成气体、端面燃烧、火焰熄灭3个阶段;烤燃弹约束强度影响装药烤燃时间和点火温度,进而影响烤燃弹内部反应压力增长,最终导致不同的反应等级;当螺纹长度(L)为14mm时,壳体厚度(δ)由4mm增加至20mm,反应等级由爆燃发展为爆炸而后降低为燃烧;当壳体壁厚(δ)为10mm时,螺纹连接长度(L)由10mm增加至14mm,烤燃弹反应等级由燃烧转变为爆炸;当壳体壁厚(δ)与等效壳体壁厚(δ_e)相当时,烤燃弹约束强度较为均匀,有利于反应压力的不断增长,最终导致烤燃弹发生更为剧烈的爆炸反应。     

高固含量CL-20基炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

为了获得微尺度爆轰性能优良且与3D微喷打印工艺兼容的悬浮式炸药油墨配方,以水溶性壳聚糖(CS)和聚乙二醇-4000(PEG-4000)为复合黏结体系,亚微米CL-20为主体炸药,设计和制备了高固含量CL-20基炸药油墨,并通过3D微喷打印平台进行打印成型。采用扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪(XRD)对成型样品的形貌结构进行了表征;采用差示扫描量热仪(DSC)、机械感度仪和静电感度仪分别测试了样品的热分解性能、机械感度和静电感度,并对微型打印样品的爆轰性能进行了测试。结果表明,CL-20质量分数为90%时,打印成型样品表面宏观比较平整,但微观平均粗糙度约为14.58μm,内部结构均匀,层间无明显孔隙,成型样品中CL-20的晶型为ε型;与亚微米CL-20相比,油墨成型样品的表观活化能增加了5.94kJ/mol,其撞击、摩擦和静电感度分别下降了1J、80N和0.21J;微型传爆药打印样品的成型密度为1.515g/cm³,爆轰临界尺寸和爆速分别为1mm×0.135mm和7484m/s。     

CL-20基含铝炸药爆轰波阵面法向速度与曲率的关系

采用高速扫描相机及电探针测速法测量了具有相同铝含量的CL-20基和RDX基含铝炸药的拟定态爆轰波形及爆速,分析了炸药波阵面法向速度Dn与曲率κ之间的函数关系。结果表明,CL-20基含铝炸药的爆轰波阵面较RDX基含铝炸药的平坦,其法向爆速受曲率效应的影响也较RDX基含铝炸药的小。当κ0.005mm-1时,其法向爆速的下降速率明显小于RDX基含铝炸药;当κ0.005mm-1时,其法向爆速的下降速率略高于RDX基含铝炸药。     

黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响

为了研究黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响,分别以Estane、EPDM、ACM、EVA为黏结剂,采用水悬浮法制备了含有不同黏结剂成分的CL-20/FOX-7基高聚物黏结炸药(PBX);采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对样品结构、形貌和热分解特性进行了表征;使用撞击感度测试仪、摩擦感度测试仪和小型烤燃实验装置测试了不同样品的机械感度和烤燃特性。结果表明,以EVA为黏结剂制备的CL-20/FOX-7基PBX造型粉颗粒密实,表面光滑且没有脱粘外漏现象,包覆粘结效果最好;以EVA为黏结剂制备的PBX活化能较细化CL-20提高了87.75 kJ/mol,较FOX-7原料提高了42.52 kJ/mol,说明使用EVA的PBX热稳定性较原料有一定提升;同时该PBX样品特性落高(H 50)较细化CL-20提高25.6 cm,摩擦感度爆炸概率降低52%,较使用Estane、EPDM和ACM的PBX样品机械感度更低;使用EVA的PBX药柱在升温速率为6K/min的慢速烤燃条件下,烤燃反应等级为燃烧,说明该配方能够达到烤燃安全试验要求,安全性能较好。     

CL-20/DNT共晶炸药的制备及其性能研究

以丙酮为溶剂,通过蒸发结晶法制得六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/二硝基甲苯(DNT)共晶炸药。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重/差示量热法(TGA/DSC)研究了共晶炸药的形貌、结构和热分解特性,测试了CL-20/DNT共晶炸药的机械感度和5s爆发点温度,并计算了其爆轰性能。结果表明,共晶炸药的微观形貌不同于原料CL-20,呈条状晶体;衍射峰明显不同于CL-20/DNT物理混合物的衍射峰,表明有新物相生成。在DSC曲线上,CL-20/DNT共晶几乎没有DNT的熔化吸热峰,而CL-20/DNT物理混合物中有明显的熔化峰,且二者的放热峰峰形和峰位不同;与原料CL-20相比,共晶炸药的分解峰温提前了21℃,放热量(ΔH)和最大热流量(Qmax)分别增加了39%和104%。与CL-20/DNT物理混合物相比,共晶炸药的5s爆发点温度和表观活化能分别增加3.9℃和65.7kJ/mol,撞击感度降低88.9%,摩擦感度降低40%,说明共晶炸药热稳定性增强。CL-20/DNT共晶炸药的理论爆速达到8 340m/s。     

LLM-105/CL-20基高能钝感PBX的制备与性能表征

为满足含能材料高能钝感的要求,以CL-20为主体炸药,LLM-105为钝感剂,采用溶液水悬浮法制备了LLM-105质量分数分别为10%、20%、30%的3种LLM-105/CL-20基PBX。通过扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射仪(PXRD)和差示扫描量热仪(DSC)对样品的形貌、晶体结构和热性能进行表征,并测试其机械感度;采用EXPLO5软件计算了其爆轰参数。结果表明,LLM-105/CL-20基PBX样品呈类球形,颗粒密实,粒径约为500μm;PBX中各组分的晶体结构未发生改变;3种配方的热安定性都较好,且随着钝感剂LLM-105含量的增加,LLM-105/CL-20基PBX的热爆炸临界温度呈递增趋势;与原料CL-20相比,3种LLM-105/CL-20基PBX的特性落高分别提高了25.88、33.68、37.18 cm,摩擦爆炸概率分别下降29%、38%、45%;LLM-105质量分数为10%的LLM-105/CL-20基PBX的特性落高与PBX-9501相当,而LLM-105质量分数为20%和30%的LLM-105/CL-20基PBX分别比PBX-9501高16.6%和25.12%;理论爆速分别高381.76、279.2、82.03 m/s。3种配方LLM-105/CL-20基PBX炸药的爆轰性能明显优于PBX-9501。     

起爆方式对线性聚能装药射流形成的影响

以工程中常用的柔性切割器为研究对象,在不考虑端部效应的前提下,对3种起爆方式下线性聚能装药射流的形成过程进行了理论分析和数值模拟。结果表明,不同起爆方式下射流头部速度以端部面起爆最大,线起爆次之,端部点起爆在端面附近处形成的最低,但在距端面一定距离处,射流头部速度又能增大到与端部面起爆的速度相近。在射流内部,端部面起爆形成的射流在内部各点处的速度都是3种起爆方式中最大的,而端部点起爆时,则是随着距起爆点距离的增加由处处小于线起爆的射流速度分布转变到与端部面起爆相同的射流速度分布。在此基础上进一步提出3种起爆方式下线性聚能装药切割目标的数值模拟方法。     

水下线形聚能装药切割钢靶的数值模拟及试验验证

应用ANSYS/LS-DYNA软件对不同结构线形聚能装药所形成的聚能侵彻体及切割钢靶过程进行了数值模拟。基于数值模拟设计了不同结构的线形聚能切割器,进行了切割器切割钢靶的验证试验。结果表明,在水介质中,随炸高的增加侵彻体头部速度衰减加快,切割能力下降;侵彻体切割深度沿装药长度方向呈增长趋势,随装药长度的增加将逐步达到稳定状态。     

基于虚拟原点概念的连续射流侵彻计算

对于沿射流长度方向具有线性分布速度的连续射流，经典的基于虚拟原点理论的射流侵彻关系式能很好的描述其侵彻行为。但对于非线性速度分布的连续射流，存在的虚拟原点不是唯一的。本文从对非线速度分布的射流的有限段线性近似和射流的应变率两个方面出发，讨论了虚拟原点概念在具有非线性速度分布的连续射流对目标侵彻深度计算中的推广问题。     

串联侵彻战斗部前级装药设计及试验研究

为了提高前级聚能装药对钢筋混凝土目标的侵彻威力,增加预损伤的穿孔孔径大小和深度,满足后级弹丸侵入目标内部爆炸的需求,提出了3种前级装药杆式聚能侵彻体设计方案.采用三维程序ANSYS/LS-DYNA3D 计算了3种药型罩形状、铜和铝两种罩材料、装药不同起爆方式等条件变化对前级聚能侵彻体形成的影响,选出了变壁厚球缺罩和K型...     

火药颗粒床装药结构设计及其抗侵彻过载的数值模拟与实验研究

设计了一种由多层钢药盒构成的火药颗粒床装药结构。用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了试验弹侵彻混凝土过程。在数值模拟基础上,进行了试验战斗部侵彻混凝土试验。结果表明,装药结构的抗侵彻过载能力达到30 000~40 000g,即在高过载作用下,药盒自身可承受火药和药盒自身的高过载力,满足结构抗侵彻高过载的要求。此装药结构在小颗粒火药侵彻过程中能保持其良好的整体性和安定性。试验结果与数值模拟计算结果一致,表明该装药结构设计方案是合理的,可应用在传统战斗部内火药颗粒床装药的结构设计中。     

一种新型M形顶部结构药型罩的设计及形成射流的侵彻能力分析

在锥角药型罩结构基础上通过改变其顶部结构设计了一种新型M形顶部结构药型罩,并分析了其射流头部的形成机理;采用有限元软件ANSYS/LS-dyna对在爆轰波作用下M形顶部结构药型罩射流的形成过程,以及对45号钢板的侵彻过程进行了数值模拟,并与锥角药型罩、平顶药型罩形成射流的头尾部速度、拉伸长度、杵体大小以及对45号钢板的侵彻能力进行了对比。结果表明,M形顶部结构药型罩的M形顶部结构在爆轰波作用下经二次汇聚形成了射流头部,相同装药条件下,其形成射流的头部速度相比锥角药型罩形成射流的头部速度提高约9.10%,比平顶药型罩形成的射流头部速度提高约5.56%;其侵彻深度比锥角药型罩提高约10.4%,比平顶药型罩提高约7.28%。