黑索今基含铝炸药水下爆炸性能的实验研究

为研究黑索今（RDX）基含铝炸药水下爆炸性能,在户外水池中开展了不同药量和含铝量的RDX基炸药水下爆炸实验。采用水下高速摄影技术拍摄水下爆炸气泡脉动全过程,通过压力传感器对水中压力进行实时测量。在该实验条件下,首次拍摄到RDX基含铝炸药水下爆炸过程中二次反应现象,证明铝粉的二次反应是毫秒量级的。根据实验数据,对比分析了不同含铝量下RDX基含铝炸药水下爆炸过程中气泡脉动特性和水流场压力特性。实验结果表明：在气泡膨胀初期和收缩末期都发生了铝粉的二次反应;铝粉的二次反应显著增大了RDX基含铝炸药气泡的脉动能力;铝粉的二次反应对冲击波峰值的影响很小,对气泡脉动压力峰值的影响很大;铝粉的二次反应明显影响了水下爆炸的能量结构分布。     

黑索今基含铝炸药烤燃实验和数值模拟

含铝（Al）炸药在烤燃过程中,Al粉会改变炸药内部传热机制从而影响炸药热反应,因此需要研究含Al炸药热反应特征。采用多点测温烤燃法,对压装黑索今（RDX）/石蜡（WAX）（96/4）炸药进行了烤燃实验,获得了炸药内部不同位置处温度变化;结合数值模拟计算,标定了RDX炸药反应动力学模型参数;分别采用多点测温烤燃法和烤燃弹法,对压装RDX/Al/Binder（60/31/9）和熔铸梯恩梯（TNT）/RDX/Al（60/24/16）两种含Al炸药进行了烤燃实验,获得了炸药内部温度变化及点火时间。建立含Al炸药热反应计算模型,计算分析了炸药热反应特征。对RDX/Al/Binder考虑了Al粉的吸热和热传导;对TNT/RDX/Al考虑了相变及多步热分解反应,并采用多组元网格单元计算法同时考虑Al粉的吸热;对炸药烤燃实验进行了数值模拟计算,通过与实验结果比较验证了计算结果的准确性。研究结果表明：Al粉的加入会加快压装RDX/Al/Binder（60/31/9）含Al炸药内部的传热速率,缩短其点火时间,降低炸药热安全性;Al粉的加入对铸装TNT/RDX/Al（60/24/16）含Al炸药的传热过程没有显著影响。     

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。     

黑索今基含铝炸药的铝氧比对爆轰性能及其水下爆炸性能的影响

为了分析铝氧比对爆压和爆速的影响规律,采用试验方法测定了黑索今（RDX）基含铝炸药的爆轰参数,应用KHT程序计算分析了试验测试结果;针对RDX基含铝炸药,进行了1kg柱形装药水下4.7 m爆炸试验,测量了距爆心1～3m处的冲击波压力峰值与气泡脉动周期,拟合得到了冲击波压力峰值与衰减时间常数的相似律系数。研究结果表明：RDX基含铝炸药的爆压和爆速随铝氧比的增加呈现线性减小变化,爆热在铝氧比为0.997时达到最大值;当铝氧比为0.366时,冲击波压力峰值与冲击波能达到最大值;当铝氧比为0.633时,冲击波冲量与冲击波能量密度达到最大值;当铝氧比为0.997时,气泡第一次脉动周期与半径达到最大值。     

含铝炸药起爆机理的研究

通过高速照相,直接观察含铝ＰＥＴＮ炸药在落锤撞击期间熔化、点火和爆炸的过程,收集轻包实验后的固体爆炸产物,并对其进行扫描电子显微（ＳＥＭ）分析,发现铝在炸药爆轰过程中氧化燃烧的痕迹。使用ＤＹＴＲＡＮ程序,进行了相关的数值计算,从理论上描述了扫过含铝炸药热点形成的过程。     

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.     

RDX基含铝炸药爆炸电磁辐射信号特性实验研究

为了得到黑索今(RDX)以及RDX基含铝炸药爆炸过程中的电磁辐射信号特征,采用宽带天线测量系统对炸药爆炸电磁辐射信号进行了实验研究。结果表明,RDX以及RDX基含铝炸药爆炸电磁辐射信号发生时刻与起爆时刻相比有明显延迟。距爆心2 m处,爆炸电磁辐射信号强度在1.87~15.20 V·m^-1范围内,随距离的增加而衰减。当含铝量从0~20%时,爆炸电磁辐射信号强度随含铝量的增加而增强;当含铝量从20%~30%时,爆炸电磁辐射信号强度随含铝量的增加而降低。RDX及RDX基含铝炸药爆炸电磁辐射信号频率主要分布在500 MHz以内,铝的添加会改变爆炸电磁辐射信号的频率成分,不同含铝量炸药爆炸电磁辐射信号频谱不同。     

含铝炸药二维冲击起爆的爆轰数值模拟

利用拉氏分析和圆筒试验的实验装置对ＨｅｘａｌＰＷ３０含铝炸药的本构关系进行了标定，对它的冲击起爆和作功能力进行了实验研究。利用二维非线性有限元程序系统，对它的冲击起爆进行了爆轰数值模拟，结果表明，铝粉在爆轰区内可能参加反应，在爆轰区外继续反应；该含铝炸药具备较强的驱动作功能力。     

不同铝氧比CL-20基含铝炸药深水爆炸能量输出特性

为研究CL-20基含铝炸药在深水爆炸所特有的高静水压环境中的能量输出特性,使用深水爆炸压力罐模拟500 m深水环境,进行6组不同铝氧比CL-20基含铝炸药深水爆炸实验。通过实验数据对高静水压条件下深水爆炸能量输出规律及能量输出结构进行分析。实验结果表明：深水爆炸冲击波峰值压力、比冲击波能、比气泡能和机械能均随铝氧比的增大先升高后降低,冲击波峰值压力符合相似律关系;损失能与其随测试距离的增加速率在铝氧比为0.24~0.88时均先升高后降低,分别在0.67和0.46时到达峰值,故可以通过改变铝氧比对深水爆炸远场能量利用效率进行调控;深水爆炸能量利用率随铝氧比的增大持续降低,机械能在0.46~0.67时维持平台值;通过调节铝氧比可在维持较高深水爆炸机械能前提下,改变比冲击波能和比气泡能的能量输出占比。     

含铝炸药爆炸能量预估

为了预估含铝炸药爆炸能量,分析了非理想爆轰能量预测模型,利用matlab软件、迭代计算方法、平衡常数方法和数值逼近原理编制了数值计算软件。利用本软件计算了常用含铝炸药H-6、HBX-1、Alex 20、Alex 32、Tritonal及Torpex的C-J爆压、C-J爆速等相关参数,与已有实验值吻合较好。计算结果表明,利用本软件所计算的爆温和爆热结果与以往经验公式计算结果吻合较好,爆热的相对误差小于8%,故适合于含铝炸药的能量预测。     

基于反向撞击法的RDX基含铝炸药冲击起爆实验研究

为了研究铝粉对黑索今（RDX）基含铝炸药冲击起爆性能的影响,采用基于反向撞击法的炸药冲击起爆性能测试方法,对铝粉含量分别为0,15%和30%的3种RDX基含铝炸药（RDX/Al）的冲击起爆性能进行了对比研究。该方法通过火炮加载平台驱动炸药撞击LiF窗口,利用光子多普勒测速仪测量炸药与窗口界面粒子速度的变化历程。实验结果表明,该方法具有较高的测试精度（3%）和时间分辨率（5 ns）,且对炸药样品的制备要求较低。在相同加载条件下,铝粉含量越高,含铝炸药冲击起爆反应增长越慢,与RDX炸药相比,铝粉含量为30%的RDX基含铝炸药的界面粒子速度达到峰值所需的反应时间增加了47%,表明铝粉的加入使得炸药冲击波感度明显降低,铝粉在含铝炸药冲击起爆过程中主要起到能量稀释的作用。     

RDX基含铝炸药的特性落高能与热爆发参数的关系

分别采用热爆发延滞期试验和撞击感度试验测定了12种不同RDX和铝粉含量的含铝炸药的5 s爆发点(Tb)和特性落高(H50),并根据实验数据计算出热爆发参数(Eb和lnA)和特性落高能(Edr)。结果表明:随着RDX含量的增加,特性落高先减小后逐渐升高,特性落高能(Edr)与热爆发参数(Tb、Eb和lnA)之间存在线性关联关系。     

RDX基金属化炸药的爆轰反应区参数测量

为了研究RDX基金属化炸药组分对爆轰过程的影响,采用光子多普勒测速技术(PDV)测试界面粒子速度法对两种RDX基金属化炸药的爆轰反应区参数进行了实验研究.利用造粒法制备了含铝(RDX/AP/Al)与含储氢合金(RDX/AP/Al/B/MgH2)两种金属化炸药,利用爆轰波加载起爆被测金属化炸药,并与钝化RDX炸药的爆轰反应区参数进行对比分析.结果表明AP/Al组分的加入使RDX的CJ爆轰压力从25.8 GPa降低到20.1 GPa,此外金属化炸药的爆轰反应区时间(53.6 ns)和长度(0.29 mm)均高于钝化RDX的爆轰反应区时间(24.3 ns)和长度(0.15 mm).B/MgH2的加入进一步升高了炸药的爆轰反应区时间(58.0 ns)和长度(0.30 mm).高能金属燃料组分的加入降低了炸药的输出压力,提高了炸药的爆轰反应区时间和反应区长度.     

某RDX基含Al炸药发射安全性

用400 kg大型落锤实验和一级轻气炮实验研究了某RDX基含Al炸药(R-Al炸药)的发射安全性,获得了炸药装药在两种实验条件下的应力-时间曲线。进行了R-Al炸药与铸装B炸药发射安全性的比较。结果表明:R-Al炸药在大型落锤加载应力1.47 GPa、加载时间3.04 ms及一级轻气炮加载应力660 MPa、加载时间41μs条件下未发生点火;铸装B炸药在大型落锤加载应力840 MPa,加载时间2.10 ms及一级轻气炮加载应力394 MPa、加载时间40μs条件下发生点火,显示R-Al炸药的发射安全性优于铸装B炸药。     

热刺激约束DNAN基不敏感熔铸炸药装药点火后反应演化调控模型

针对热刺激下熔铸炸药点火时基体炸药已处于熔融液化状态，反应产生的高温气体以气泡云形式在液态炸药中扩展和反应的物理特性，考虑燃烧气泡云尺度分布和激活发展机制，建立了熔铸炸药点火后燃烧气泡云反应演化调控模型，可较好地反映炸药本征燃烧速率、壳体约束强度、装药结构尺寸、预留空气隙体积、泄压孔面积等对装药反应演化过程和终态反应度的影响规律，并通过与实验结果对比验证了模型的适应性。结果表明：随着壳体约束强度和装药尺寸增加，装药自增强燃烧速度增长越快，装药反应烈度增大；通过泄压孔结构冲开阈值和泄压孔面积的匹配设计，实现装药反应烈度控制，在本研究装药条件下，泄压孔面积占壳体总面积达8.6‰时可控制装药反应烈度为燃烧，为装药热安全性设计和烈度评估提供理论依据。     

2,4-二硝基苯甲醚基熔铸含铝炸药圆筒试验及爆轰产物状态方程

为明确含铝炸药冲击起爆过程中爆轰产物状态方程参数的确定方法,采用2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸含铝炸药RA1(奥克托今(HMX)/DNAN/Al)和对应含氟化锂(LiF)炸药RF1(HMX/DNAN/LiF)开展φ50 mm标准圆筒试验.利用电探针测速法和光子多普勒速度测试技术获得RA1和RF1炸药的爆速和圆筒...     

高致密球形RDX基浇注炸药的性能

为探索高致密球形黑索今(H-RDX)与普通黑索今(RDX)对浇注炸药性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等对两者的晶体形貌、热稳定性及机械感度进行评估;同时以典型浇注配方为例,探讨RDX类别对药浆黏度、药柱密度、爆速和冲击波感度的影响规律。结果表明:H-RDX表面光滑,晶体缺陷少,球形度高;与普通RDX相比,H-RDX的热分解表观活化能Ea和活化焓ΔH分别高10.79 kJ·mol^-1和10.81 kJ·mol^-1,撞击和摩擦感度分别降低20%和8%;相同配方下药浆黏度降低41%~45%,药柱密度提高0.6%~3.9%,爆速提高1%~3%,冲击波感度降低10%~14%,表现出更优的工艺性能、爆轰性能及安全性能。     

复杂受力环境下非均质炸药孔洞塌缩热点生成机理

为探索非均质炸药在复杂冲击环境下的热点生成机理,在一维粘塑性孔洞塌缩热点模型中,考虑了外力为拉伸、压缩等不同作用模式,并引入了炸药力学性能随温度和损伤的影响,建立了炸药孔洞塌缩热点生成模型。模拟了孔洞在复杂冲击环境下的运动规律,对比分析了PBX9404炸药孔洞在持续压缩、拉伸与压缩交变两种不同外力作用下热点的产生模式。结果表明,持续压缩作用大于400 MPa下孔洞可产生热点,而拉伸与压缩交变作用250 MPa下孔洞可产生热点,因此,拉伸与压缩交变作用更容易产生热点。