含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究

为提高战斗部的毁伤效能,对氟聚物基含能反应材料进行了研究。对氟聚物基含能材料配方改进并制备了一种Φ26mm×60mm的含能毁伤元。将含能毁伤元装入特定结构壳体后进行了冲击引爆模拟战斗部试验。采用高速录像观察含能毁伤元冲击侵彻模拟战斗部后的爆炸情况并测试爆炸后空气冲击波超压。考察了含能毁伤元不同速度下对B炸药和PBX-9404炸药的引燃引爆能力。设置了B炸药模拟战斗部静爆试验作为对比。在试验的基础上,通过测量爆炸后空气冲击波超压进行了TNT当量等效对比分析。试验研究表明,在735m·s~(-1)的侵彻速度下,氟聚物基含能毁伤元可冲击引爆B炸药模拟战斗部。在962m·s~(-1)的侵彻速度下,能引发PBX-9404炸药模拟战斗部爆燃反应。     

含能破片撞击引燃屏蔽炸药的实验研究

为研究新型含能破片低速撞击并引燃屏蔽炸药的机理,对新型含能型破片进行了实验研究与理论分析.结果表明:含能破片对屏蔽炸药引燃的撞击速度为631～925m/s,远低于冲击起爆的阈值速度1450m/s,引燃机理为:含能破片冲塞后,破片内部的含能材料发生反应,释放大量的热,从而引燃炸药.     

破片撞击损伤装药点火数值模拟

为了研究冲击波和破片撞击复合作用下装药点火机理,采用先冲击波损伤装药、后破片撞击已损伤装药的实验方法,获得受冲击装药点火对应的破片临界撞击速度为446.9～449.4 m·s~(-1)。采用LS?DYNA程序,基于节点约束?分离法对装药冲击波损伤进行数值模拟,而后用完全重启动方法对冲击损伤装药在破片撞击下的点火反应过程进行二次模拟,通过"升?降"法得到受冲击损伤装药点火对应的破片临界撞击速度为452～453 m·s~(-1),实验和数值模拟结果吻合较好。结果表明,可采用节点约束?分离方法和完全重启动数值模拟技术进行冲击波和破片复合作用下装药点火数值模拟;受冲击波损伤装药的破片撞击点火临界速度明显要低于未损伤装药,装药受损伤状态对破片撞击感度起到了敏化作用,从而降低了破片撞击点火的临界速度。     

常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性

为了研究常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性,采用高温撞击试验装置对PBX-2炸药进行了射弹撞击试验。采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,结合回收样品综合分析了常温和75℃下炸药的响应特性。采用有限元程序LS-DYNA计算分析了不同撞击速度对应的常温和75℃PBX-2炸药的受力变化。结果表明,常温下PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为263.5~269.9m·s~(-1);加热至75℃时,PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为316~367m·s~(-1)。相比常温状态,当射弹撞击速度低于800m·s~(-1)时,75℃条件下PBX-2炸药反应程度明显下降,但射弹撞击速度高于800m·s-1时,约1.54GPa的输入压力就能使75℃PBX-2炸药产生剧烈反应。     

高热稳定和低感度多环类含能材料的设计与合成（英文）

发展具有高能、低感、高热稳定性的新型含能材料是人们一直追求的目标。本研究设计、合成了一系列基于四唑连4,8?双呋咱并[3,4?b,e]吡嗪(DFP)的含能离子盐。含能离子盐具有优异的综合性能,如热分解温度较高(Td:260℃),感度较低(IS≥20 J,FS≥360 N)和爆速较高等(D8800 m·s~(-1))。值得特别指出的是,化合物4e的热分解温度高达314℃,并且其爆速及撞击感度分别为9005 m·s~(-1)和25 J,是一种极具潜力的钝感高能量密度材料。     

3-氨基-3′-硝胺基-5,5′-联-1H-1,2,4-三唑的合成与表征

以3-氨基-1H-1,2,4-三氮唑-5羧酸为原料首次合成不对称结构的联三唑类富氮含能化合物3-氨基-3′-硝胺基-5,5′-联-1H-1,2,4-三唑(3),并通过红外,核磁,质谱等表征产物结构。采用差示扫描量热─热重分析联用法研究了其热稳定性和分解历程。结果表明,化合物3的分解温度达到160℃;利用氧弹量热仪测得标准摩尔燃烧焓Δ_CH_m~θ为-1952.25 kJ·mol~(-1),根据Hess定律计算得标准摩尔生成焓Δ_fH_m~θ=-336.245 kJ·mol-1,采用粉末密度仪测得粉末密度为1.6137 g·cm~(-3),用EXPLO 5程序预测爆压为9.6 GPa,爆速为5745.5 m·s~(-1),撞击感度为80 J,摩擦感度为360 N,表明该物质是一种新型不敏感含能材料。     

串联发射弹丸挤进过程数值仿真与分析

为研究串联发射的弹丸在不同起始速度下动态挤进膛线的力学机理与运动特点,以30 mm火炮为对象分析了串联发射方式的内弹道物理过程,建立了弹丸与坡膛的有限元模型,采用LS-DYNA软件进行了挤进过程的有限元仿真。研究结果表明:挤进过程中,弹带变形规律不受挤进起始速度的影响,均是逐步被膛线刻槽并发生塑性变形;起始速度由5 m·s~(-1)增加至400 m·s~(-1),弹带等效应力峰值从611.8 MPa升高至717.5 MPa,弹带塑性应变最大值从0.89降低至0.75,挤进阻力峰值从为20.3 k N提高至22.9 k N,挤进完成后的摩擦阻力从0提高至3.5 k N,挤进起始速度增加导致了弹带材料应变率、塑性流动应力与挤进阻力的改变,影响弹丸挤进后的内弹道过程;3发弹串联发射时,首发弹20个节点轴向速度的标准差为8.3 m·s~(-1),后续弹分别为18.2,26.7 m·s~(-1),后续弹挤进时的振动冲击效应较首发弹显著。     

含能破片冲击起爆临界条件研究

对不同外壳材料的含能破片冲击起爆的阈值速度进行了理论计算,运用LS-DYNA数值模拟获取了不同壳体材料、长径比、头部厚度与直径比的起爆临界条件,建立了包含破片直径、头部形状、靶体材料以及壳体材料的经验表达式,结合实验重点分析了不同结构及材料的含能破片冲击起爆趋势.结果表明,利用该式能较准确地计算含能破片冲击起爆的临界条件,破片的长径比、壳体材料将影响冲击起爆阈值速度,在设计含能破片时要尽量增大长径比以及选择高密度、高性能材料.     

圆柱形带壳推进剂装药枪击响应特性

为研究某圆柱形带壳推进剂装药的枪击响应特性,设计了一种12.7 mm子弹撞击试验。利用高速摄影机记录带壳装药在子弹撞击下的响应过程,并测试不同距离、方位处的空气超压及壳体破片速度,同时进行带壳装药在理想爆轰条件下的数值计算,得到了带壳装药的能量释放率。一共开展了四次圆柱形带壳装药的枪击试验,前三次装药发生了爆燃反应,第四次几乎无反应。结果表明:子弹撞击位置对圆柱形带壳装药的反应和能量释放率有较大影响,当子弹垂直入射带壳装药轴线后,推进剂发生点火、冒烟、熄火和低压燃烧的时序响应,其相对能量释放率为1.146%;而当子弹撞击位置偏离轴线一定距离时,推进剂几乎无反应,其相对能量释放率仅为0.473%;推进剂的反应对壳体破片有加速效应,带壳装药发生爆燃反应时的破片速度可达428.6 m·s~(-1),而几乎无反应时的最高破片速度仅有70.1 m·s~(-1)。     

软质防护材料抗微型高速球形破片性能的试验研究

为了研究软质防护材料抗微型高速爆炸破片的抗弹性能和防护机理,选择手榴弹用0.11 g(Ф3 mm)典型预制钢珠作为试验用球形破片,在(1 848±60)m/s的速度范围内对芳纶纤维平纹织物、ZT160和ZT75高分子聚乙烯纤维单向布(PEUD)3种叠合材料分别进行了弹道侵彻试验研究。结果表明,当防护材料抗0.11 g球形破片的弹道极限V0在1 848 m/s左右时,芳纶织物、ZT160PEUD布和ZT75PEUD布3种叠合材料的极限比吸能分别达到5.9 J·m2/kg、7.2 J·m2/kg和6.1 J·m2/kg。结合对材料破坏模式的分析,认为3种防护材料中ZT160PEUD布抗0.11 g球形破片超高速侵彻的性能最好。     

含双芳-3发射药的灌注炸药爆轰性能

采用灌注成型工艺,将含敏化剂的含能灌注液填充于废弃的双芳-3发射药颗粒的空隙中,制备出灌注炸药。通过见证板试验、高速摄影、空中爆炸及水下爆炸试验分别研究了其爆轰性能、冲击波超压及能量输出特性。结果表明,采用灌注工艺,可制备性能优良的灌注炸药;随着敏化剂含量的增加,炸药的爆轰感度显著提高,但其爆速、冲击波超压及水下爆炸能量输出变化较小;该炸药的密度可达1.52 g·cm-3,爆速6600 m·s-1(Φ60 mm),比例距离为1.65～4.50 m·kg-1/3时TNT当量系数略大于1,比冲击波能及总能量分别为1.57,4.16 MJ·kg-1,高于常用的工业炸药,略低于TNT。     

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.     

6-偕二硝基乙烯基-4,5,8-三硝基-5,6,7,8-四氢化-4H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪的合成（英）

以FOX-7和乙二醛为原料,经过两步缩合环化反应和硝化反应,首次设计并合成出了一种新型的呋咱稠环硝胺化合物6-偕二硝基乙烯基-4,5,8-三硝基-5,6,7,8-四氢化-4H-咪唑烷并[4,5-e]呋咱并[3,4-b]哌嗪(PNEIFP)。采用Gaussian 09程序和VLW方程计算PNEIFP的密度、生成焓和爆速分别为2.02 g·cm-3、724.1 kJ·mol-1和9681.0 m·s-1。利用TLC跟踪实验的方法,确定PNEIFP室温下易分解。     

ATP-28在浇注固化炸药中的应用探索

分析了新型含能高聚物叠氮聚醚粘结剂(ATP-28)的理化性能;对ATP-28分别加入己二酸二辛酯(DOA)、葵二酸二辛酯(DOS)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、磷酸二苯-辛酯(DPO)等四种增塑剂后的粘度特性进行了测量,研究了ATP用作炸药粘结剂时的可塑性;比较ATP、HTPB作为粘结剂时炸药的爆速,探索了ATP对炸药能量的贡献。结果表明,ATP在增塑剂DOA的作用下,粘度降低97%,可以作为粘结剂用于浇注固化炸药;含ATP配方的浇注炸药爆速(7350m.s-1)高于HTPB配方(7260m.s-1)。     

吡唑类化合物结构与性能关系的理论研究

构建了几种吡唑化合物的分子结构,运用密度泛函理论在B3LYP/6-311G(d,p)水平上对设计的吡唑氮杂环化合物性能进行了理论计算。在最稳定几何构型基础上,基于自然键轨道理论,分析了稳定结构的成键情况和吡唑环上的共轭性;用静电势图分析了吡唑化合物的反应性;理论估算了9种化合物的标准气态生成热和Bader密度;最后采用VLW方程计算了这些化合物的爆速、爆压。结果表明:吡唑环上有一定的芳香性特征;理论计算得到部分化合物的总能量和密度与NH2原子个数都有较好的线性关系;大多数化合物的爆速在8.0 km.s-1以上。     

氮-氨基多硝基二唑的理论研究（英）

采用密度泛函理论 B3LYP方法,在aug-cc-pVDZ的水平上,对6种N-氨基多硝基二唑化合物的电子结构、能隙及感度进行了理论研究。运用Politzer的方法得到了6种化合物的固相生成热和密度;采用键离解能预估了化合物的热稳定性,其离解能为238.94~283.95 kJ·mol^-1; 运用Kamlet-Jacob方程对其爆轰性能进行了预测。结果表明: 1-氨基-3,4,5-三硝基吡唑(8.99 km·s^-1, 36.12 GPa)和1-氨基-2,4,5-三硝基咪唑(8.92 km·s^-1, 35.56 GPa)的爆轰性能与环三亚甲基三硝胺(RDX, 8.75 km·s^-1, 34.7 GPa)及环四亚甲基四硝胺(HMX, 9.1 km·s^-1, 39.00 GPa)相当。综合热稳定性和爆轰性能,认为1-氨基-3,4,5-三硝基吡唑和1-氨基-2,4,5-三硝基咪唑是潜在的高能量密度材料。     

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。     

晶体缺陷对HMX基PBX性能影响的理论计算

为研究晶体缺陷对奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)性能的影响,分别建立了2种PBX"完美"模型和4种缺陷模型。采用分子动力学(MD)方法,对6种PBX模型进行了模拟计算,得到了感度、结合能、爆轰性能和力学性能参数并进行了对比。结果表明,晶体缺陷导致PBX炸药的键连双原子作用能和内聚能密度减小,分别下降2.46～5.72 kJ·mol~(-1)和0.0251～0.0544 kJ·cm~(-3),表明缺陷模型的感度增加,安全性降低;缺陷模型的结合能下降509.61～1618.24 kJ·mol~(-1),表明炸药的稳定性变差;缺陷模型的密度、爆速和爆压均下降,降幅分别为0.01～0.05 g·cm~(-3)、36.35～185.69 m·s~(-1)和0.36～1.79 GPa,其氧平衡和爆热的变化几乎可以忽略不计,表明缺陷模型的毁伤威力降低。晶体缺陷还导致PBX炸药的拉伸模量、体积模量和剪切模量分别下降0.062～1.772、0.261～1.188 GPa和0.012～0.685 GPa,体积模量与剪切模量之比增加0.002～0.366,位错和空位缺陷模型的柯西压分别下降0.822 GPa和0.479 GPa,掺杂和孪晶缺陷模型的柯西压分别上升0.114 GPa和0.491 GPa,表明缺陷模型的抗变形能力下降,柔韧性增强。     

填充介质对火药装药爆轰性能的影响

为了研究火药颗粒在不同介质中的爆轰性能,在火药颗粒空隙中分别均匀填充水、氧化剂溶液、氧化剂凝胶,通过板痕试验及测时仪法研究了不同填充物对火药装药爆轰性能的影响,并与无填充物的装药进行了对比;测试了灌注液的氧平衡对火药装药水下爆炸能量的影响。结果表明,水、氧化剂溶液、氧化剂凝胶等密实介质的加入,有利于爆轰冲击波的成长及传播,装药的爆速逐渐增加。火药颗粒装药中填充含氧化剂的密实介质后,能稳定爆轰并具有良好的爆轰性能,爆速6.4 km·s~(-1)。随着氧平衡的提高,火药装药的水下爆炸能量逐渐增加,总比能量与其氧平衡存在显著的线性关系。与岩石乳化炸药、铵油炸药相比,含火药装药的比冲击波能较高,其值大于1.0 kJ·g~(-1),总比能基本相当。