高能量密度材料分子设计--基于量子化学计算爆速和爆压

基于量子化学方法全优化分子几何构型,求得分子平均摩尔体积(V)和化合物的理论密度(ρ)以及生成热(△Hf),进而可按Kamlet方程估算炸药的爆速(D)和爆压(p).以氮杂环和有机笼状化合物为例,证实了该理论方法的可靠性.发现随环增大和羰基的引入,氮杂环类的ρ、D和p值增加.对于系列多硝基金刚烷,含相等硝基数(n)的同分异构体的ρ、D和P值相差不大;随硝基数n的增加,其ρ、D和p明显增大;当n≥7时,可能成为高能量密度化合物.     

高能量密度材料分子设计——基于量子化学计算爆速和爆压

基于量子化学方法全优化分子几何构型，求得分子平均摩尔体积(V^-)和化合物的理论密度(ρ)以及生成热(△Hf)，进而可按Kamlet方程估算炸药的爆速(D)和爆压(p)。以氮杂环和有机笼状化合物为例，证实了该理论方法的可靠性。发现随环增大和羰基的引入，氮杂环类的ρ、D和p值增加。对于系列多硝基金刚烷，含相等硝基数(n)的同分异构体的ρ、D和P值相差不大；随硝基数n的增加，其ρ、D和p明显增大；当n≥7时，可能成为高能量密度化合物。     

装药密度及尺寸对RDX基含铝炸药爆压爆速的影响

利用锰铜压力传感器和测时仪测量了不同装药密度和尺寸下的RDX基含铝炸药的爆压和爆速,拟合出了爆压、爆速与装药密度的关系式,研究了装药密度和尺寸对RDX基含铝炸药爆压、爆速的影响。结果表明,随着密度的增加,RDX基含铝炸药的爆压和爆速均增加;当装药直径和装药长度分别达到20 mm和40 mm时,RDX基含铝炸药已经达到稳定爆轰,装药直径和装药长度再增加,爆压和爆速基本不变。     

几种呋咱含能衍生物的性能研究

研究了包括3, 3′二硝基4, 4′氧化偶氮呋咱(DNOAF)、N,N′二(硝基呋咱基)草酰胺DNFOA和5, 5′二(叠氮甲基) 3, 3′联异呋咱(DABIF)的一系列二呋咱化合物的性能。其中,DABIF和DNFOA的特性落高分别为(68±3)cm和82cm(H50, 5kg落锤),可望作为不敏感炸药应用。根据Kamlet方程计算得到DNFOA的理论爆速D=8560m·s-1,爆压pCJ=33. 6GPa,DNOAF的理论爆速D=9390m·s-1,爆压pCJ=40. 5GPa。按照以20%呋咱含能化合物代替某NEPE推进剂,计算表明,DNOAF基推进剂的比冲为269. 1s-1,高于HMX基NEPE推进剂的比冲268. 6s-1,可知DNOAF爆轰性能优良。     

用连续爆速法测定工业炸药爆速

采用电测法和连续速度探针法分别测量了粉状乳化炸药和乳化炸药的平均爆速和连续爆速.结果表明,粉状乳化炸药在装药密度为850 kg·m-3和820 kg·m-3时,平均爆速分别为4526 m·s-1和4020 m·s-1; 稳定爆轰时连续爆速范围分别为4300～4600 m·s-1和4000～4300 m·s-1.乳化炸药在装药密度为900 kg·m-3和840 kg·m-3时,平均爆速分别为4384 m·s-1和2345 m·s-1; 连续爆速范围分别为3370～4592 m·s-1和2871～3420 m·s-1.显然,平均爆速测试结果与连续爆速的测试结果吻合很好,且连续速度探针法能满足准确测量工业炸药在装药结构中爆速连续变化的要求.     

硝胺的静电火花感度与爆速的关系（英）

通过测定１２种硝胺５０％发火概率下的静电火花能ＥＥＳ,建立了ＥＥＳ与爆速平方值（Ｄ＾２）的线性关系,以此可预估尚未合成的硝胺化合物,尤其是那些对硝胺化学有重要意义的化合物,如１－硝基－１氮杂乙烯、１,３－二硝基－１,３－二氮杂环丁烷、１,３,５,７,９－五硝基－１,３,５,７,９－五氮杂环癸烷等的ＥＥＳ。     

柔性导爆索输出性能测试及传爆规律

为了进一步简化弹药结构,提高武器系统安全性和可靠性,对影响柔性导爆索多点同步起爆网络输出性能的主要参数——爆速和爆压进行了研究。利用探针法,采用时间间隔测试仪对柔性导爆索爆速进行测试,探讨了靶距对爆速测试结果的影响,结果发现,影响柔性导爆索爆速的主要因素是装药密度、约束强度和装药直径,在同样条件下,银导爆索比铅导爆索的爆速明显提高。研究了微型H型锰铜压力计测试导爆索爆压的方法,结果表明,只有极小尺寸下爆压变化与约束材料有关,利用这些结果,能更精确地设计柔性爆炸网络。     

炸药的发展与展望(下)

七、多硝基立体笼状化合物多硝基立体笼状化合物也是一大类可能出现高能炸药的合成目标。由于它们是一类新化合物以及它们在结构上的特殊性,所以另列一节。立体笼状化合物的特点是密度高并含有张力能,这两种特点都能对提高能量做出贡献。多硝基立体笼状化合物不仅具有高的能量密度,而且它们的起爆感度低。据计算这类化合物中的某些成员的爆轰输出比奥克托今高20％～35％。立体笼状化合物包括四面体烷、三棱柱烷、立方烷、一高立方烷、二高立方烷、二高五棱     

四氢双环戊二烯硝基衍生物的热力学性质

在B3LYP/6-31G水平上对四氢双环戊二烯(THDCPD)的系列硝基衍生物进行了几何构型优化和振动频率计算,并采用统计热力学原理求得不同温度下的热容及焓。通过设计等键反应,获得了各衍生物的标准生成焓。用Monte-Carlo方法和自编程序,基于0.001 e.bohr-3等电子密度面所包围的体积空间求得分子平均摩尔体积和理论密度。以理论计算得到的密度和标准生成焓为基础,用Kamlet-Jacobs方程估算标题物的爆速和爆压。计算结果表明,THDCPD硝基衍生物的总能量与硝基数目有很好的线性相关性,且桥式异构体衍生物的稳定性普遍高于挂式;预计其热解引发键始于C—N键,而不是骨架C—C键的均裂;其焓随温度升高急剧增大,而热容随温度上升其增幅则逐渐减小;随衍生物中硝基数目增多,其爆速和爆压等计算值迅速增大。     

运用神经网络预测炸药爆速

本文计算了30个炸药分子的氧平衡(OB)、装药密度(ρ)、碳原子浓度nC/Vm、氢原子浓度nH/ Vm、氧原子浓度nO/ Vm、氮原子浓度nN/ Vm 6种参数,以这6种参数作为炸药分子结构描述符,构建人工神经网络模型,预测炸药爆速.预测结果表明,预测值和文献值的最大相对误差为5.35%,最小为0.53%,说明神经网络所确定的定量关系可以很好地用来预测炸药爆速.     

基于人工神经网络和混合遗传算法的炸药爆速预测

运用基于最优保存和自适应交叉变异的混合遗传算法训练的BP神经网络,根据三维数据建模和炸药的分子量、氧平衡以及装药密度,构建了一个3-4-1型的炸药爆速预测BP神经网络模型。同时利用训练好的神经网络模型对炸药的爆速进行了预测。预测结果表明:模型预测值与有关文献的实验值接近,绝对误差为±7%;也说明了炸药的分子量,氧平衡和装药密度等相关参数与其爆速具有一定的可类推性。     

多硝基芳烃静电火花感度与爆速的关系(英)

通过测定３２ 种多硝基芳烃的静电火花感度,建立了５０ ％ 发火能量 Ｅ Ｅ Ｓ 与爆速平方值的关系式。该式不仅体现了 Ｅｖａｎｓ Ｐｏｌａｎｙｉ Ｓｅｍｅｎｏｖ 关系,而且表明在起爆、初始分解或由静电火花引起的能量转换过程中多硝基化合物分子初始分裂时化学机理的同一性。但电火花能转至分子反应中心的方式还不甚清楚。     

多硝基芳烃静电火花感度与爆速的关系（英）

通过测定３２种多硝基芳烃的静电火花感度,建立了５０％发火能量ＥＥＳ与爆速平方值的关系式。试式不仅体现出Ｅｖａｎｓ－Ｐｌａｎｙｉ－Ｓｅｍｅｎｏｖ关系,而且 起爆、初始分解或由静电火花引起的能量转换过程中多硝基化合物分子初始分裂时化学是的同一性。但电火花能转至分子反应中心的方式还不茂清楚     

基于HLLE-SVM预测混合炸药爆轰性能

为了预测炸药爆轰参数并提高预测精度,提出一种将Hessian局部线性映射算法(HLLE)和支持向量机理论(SVM)相结合的预测方法。选取16种传统混合炸药作为研究对象,利用Hessian局部线性映射算法理论,对原始数据进行降维处理,再将降维后的数据作为输入,应用SVM对炸药爆速、爆热做回归预测,采用遗传算法(GA)选取最佳惩罚因子、核函数参数,将预测结果与文献值对比分析,预测相对误差在±3%之内。最后将该方法应用于新型熔铸混合炸药2,4-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪(LLM-105)/1-甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑(DNMT)和LLM-105/1-甲基-4,5-二硝基咪唑(4,5-MDNI)爆速预测,与试验值做比较,相对误差分别为2.91%、3.72%。结果表明,该方法对混合炸药爆轰参数预测误差较小,模型精度较高。     

键参数法预估芳香族多硝基化合物生成焓

用键参数法对芳香族多硝基化合物分子结构中的化学键进行编码,通过多元线性回归,得到回归模型,该模型经检验符合统计学规律。计算结果表明,此类化合物生成焓与键参数存在良好的相关性,回归方程相关系数0.994,决定系数0.988,绝大多数化合物计算值与文献值吻合得很好,相对误差大多数在±10%以内。     

预测接近Kamlet-Jacobs方程结果的CHNO炸药的爆速和爆压的经验氮当量方程（英）

我们提出了两个比常用氮当量方程更接近Kamlet-Jacobs方程结果的预测CHNO炸药爆速(D)和爆压(p)的经验氮当量方程。     

多硝甲基氧化偶氮呋咱含能衍生物爆轰与安全性能理论研究

为了考察多硝甲基氧化偶氮呋咱含能衍生物的爆轰与安全性能,基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G**基组水平上,对比研究了硝基氧化偶氮、三硝甲基氧化偶氮及氟二硝甲基氧化偶氮三种含能基团对呋咱、偶氮呋咱、氧化偶氮呋咱及呋咱醚的几何构型、静电势分布、密度、生成焓、氧平衡、爆速、爆压、键离解能以及撞击感度的影响。结果表明,三硝甲基氧化偶氮基团与氟二硝甲基氧化偶氮基团均可大幅提高呋咱衍生物的密度和氧平衡,氟二硝甲基氧化偶氮基团还可大幅提高呋咱衍生物的爆速和爆压,且具有良好的热稳定性和撞击感度特性。基于12种呋咱含能衍生物理论计算结果,筛选出一种高能量密度化合物:3,3′-双(氟二硝甲基氧化偶氮基)-4,4′-氧化偶氮呋咱,其密度为2.019g·cm~(-3)、爆速为9.735km·s~(-1)、爆压为44.90GPa、特性落高为36cm。     

稠环类1,2,4,5-四嗪衍生物结构和性能的理论研究

运用密度泛函理论DFT-w B97/6-31+G**方法研究了14种稠环类1,2,4,5-四嗪衍生物的几何结构、前线轨道能量和生成焓(ΔH_f)。在此基础上运用Kamlet-Jacobs方程估算衍生物的爆轰性能;运用统计热力学,计算了标题化合物在200~800 K的热力学性质;比较了1,2,4,5-四嗪衍生物的生成焓和爆轰性能。结果表明,稠环四嗪衍生物爆速(D)和爆压(p)与所含N原子数具有良好的一次线性相关关系,其生成焓为527.49~1122.53 k J·mol~(-1),爆速为5.59~8.65 km·s~(-1);随温度升高,标准摩尔热容(Cp,m)、标准摩尔熵(Sm)和标准摩尔焓(Hm)逐渐增大。化合物T7(C_2N_7H_2)和T72(C_2N_(10)H_2)可以作为高能量密度材料(HEDM)候选物。     

硝基二唑炸药爆炸参数的经验计算(Ⅰ)

以2,4,5-三硝基咪唑(2,4,5-TNI)为"母体"结构单元,用硝基、硝氨基和偶氮基等爆炸基团取代其1位氮上的氢原子获得系列新型多硝基咪唑类炸药分子。运用Brinkley-Wilson(B-W)法则、Rothsteine’s和Kamlet方法等对该类炸药的爆炸参数进行了计算,并与HMX等炸药的爆炸参数进行了比较。结果表明,该类炸药密度大,爆速为7.9-9.2km·s-1,爆压为29.0-42.0GPa,接近RDX甚至HMX,是一类新型高能量密度材料化合物;该类炸药分子中含芳香咪唑环,预计其分子稳定性良好。