CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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含能材料爆轰物理

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    • 枪弹底火瞬态火焰温度测试及其图像

      2022, 30(12):1266-1271. DOI: 10.11943/CJEM2022120

      摘要 (200) HTML (176) PDF 1.76 M (5675) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了评估某类枪弹底火的输出特性,针对底火输出火焰温度难以测量的特点,提出了在开放式爆发器内进行枪弹底火击发实验,并利用高速中波红外热像仪捕获底火击发全过程。利用落锤仪赋予枪弹底火相应的初始击发能量,同时触发红外热像仪采集火焰信息。对常温(25 ℃)、高温(50 ℃)、低温(-49 ℃)3种工况的枪弹底火实验数据和红外图像进行处理,结果表明:此类枪弹底火的输出火焰温度最高可达1204 ℃,火焰持续时间为3~4 ms;火焰随时间的变化过程可分为击发、扩散、成型、消散4个阶段,成型火焰的焰头和焰尾为高温区域。结合公式计算和软件校正,实验测量误差不超过6.6%,证明了该方法的可靠性,为评估枪弹底火的输出能量特性提供了新思路。

    • 新型碱金属高碘酸盐纳米铝热剂的反应特性

      2022, 30(4):316-323. DOI: 10.11943/CJEM2021321

      摘要 (281) HTML (261) PDF 1.50 M (4841) 评论 (0) 收藏

      摘要:纳米铝热剂向着高能方向发展的一个重要限制因素是在铝热反应过程中缺少大量的气体产物。为了弥补纳米铝热剂产气量不足的缺陷,提高纳米铝热剂的反应活性,通过喷雾干燥法制备了具有核-壳结构的纳米铝热剂Al@KIO4和Al@NaIO4。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热分析仪、定容燃烧实验、吸湿性实验和威力测试对两种铝热剂的形貌结构、热性能、定容燃烧性能、耐潮湿环境能力和起爆性能进行评估。结果表明,喷雾干燥法制备的Al@KIO4和Al@NaIO4纳米铝热剂的形貌规则、纯度高,铝热反应的总放热量分别为1262.12 J∙g-1和1414.7 J∙g-1;两种铝热剂反应过程中的反应起始温度低,反应中伴随大量氧化性气态产物生成;高湿环境中两种铝热剂分别在第6天和第10天达到质量平衡,质量增重约0.64%和0.65%,耐潮湿环境能力良好;96 mg铝热剂作为起爆药装配到8#工业雷管中能使黑索今完全爆轰,可使5 mm厚的铅板穿孔,穿孔直径几乎到达叠氮化铅的水平。将96 mg的Al@KIO4、Al@NaIO4、斯蒂芬酸铅和叠氮化铅分别作为起爆药装填在8#工业雷管中使黑索今完全爆轰,根据5 mm厚的铅板穿孔直径判断起爆能力为:叠氮化铅>Al@NaIO4>Al@KIO4>斯蒂芬酸铅。

    • 纳米Al/CuO含能复合薄膜的反应性研究进展

      2022, 30(3):262-275. DOI: 10.11943/CJEM2021242

      摘要 (492) HTML (300) PDF 2.28 M (6287) 评论 (0) 收藏

      摘要:亚稳态分子间复合物(Metastable Intermolecular Composites, MICs)具有超高的反应速率、高体积能量密度、微米级的临界反应传播尺寸等优点,在微型含能器件和火箭推进剂等领域展现出广阔的应用前景。纳米Al/CuO含能复合薄膜是当前亚稳态分子间复合物领域的研究热点之一,其利用气相沉积方法进行制备,与含能微机电系统(Microelectromechanical Systems, MEMS)的微细加工工艺兼容,在集成化含能器件方面具有极大的应用前景。本文综述了纳米Al/CuO含能复合薄膜的制备、热性能、燃烧性能、反应动力学以及过渡层对其反应性的影响、含能器件(点火器)及其应用技术方面的研究,并对纳米Al/CuO含能复合薄膜的发展方向进行了展望。

    • 十氢十硼酸双四乙基铵在冲击作用下的反应特性

      2022, 30(1):64-69. DOI: 10.11943/CJEM2021083

      摘要 (334) HTML (180) PDF 1.17 M (3598) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究十氢十硼酸双四乙基铵((C2 H54N]2B10H10,BHN-10)在爆炸冲击作用下的反应特性,采用电爆炸等离子体冲击和炸药爆炸冲击两种方法,对BHN-10在冲击作用下的反应历程及分解产物进行了研究。结果表明,BHN-10在电爆炸等离子体冲击下的气体分解产物为碳烷烃、烯烃、炔烃等有机可燃气体。BHN-10对于炸药爆炸冲击作用具有较好的安定性,25 GPa以上炸药爆炸冲击波无法使BHN-10燃料发生分解,爆炸热作用是BHN-10发生反应的主要因素。BHN-10在炸药爆炸冲击下,8 ms后发生燃烧反应,燃烧反应从中心位置出现,持续时间达到200 ms以上。HMX与BHN-10的混合物,在爆炸冲击作用下火球的扩散速度加快,燃烧时间与BHN-10燃料相当。

    • BP-GA算法确定未反应炸药的JWL状态方程参数

      2022, 30(1):43-49. DOI: 10.11943/CJEM2021133

      摘要 (383) HTML (202) PDF 1005.25 K (3532) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了确定未反应炸药的JWL状态方程参数,提出了一种利用BP神经网络-遗传算法(BP-GA算法)和冲击Hugoniot关系确定JWL参数的方法。此方法首先训练BP神经网络,使其可以拟合由不同的JWL参数组合组成的非线性系统,随后采用遗传算法搜寻适应度值最大的一组JWL参数。结果表明:已知某种炸药的初始密度、爆速、Hugoniot系数C0S,便可利用BP-GA算法确定其JWL参数;BP-GA算法确定的8种未反应炸药的p-v曲线和由试验数据确定的p-v曲线相吻合,且8条p-v曲线的R2均不低于0.9995,证明了BP-GA算法的高精度。

    • 含微/纳米铝粉燃料空气炸药爆炸特性

      2021, 29(10):971-976. DOI: 10.11943/CJEM2021080

      摘要 (480) HTML (471) PDF 1.36 M (2992) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。

    • 含储氢材料的RDX基混合炸药能量输出特性

      2021, 29(10):964-970. DOI: 10.11943/CJEM2021126

      摘要 (580) HTML (455) PDF 913.86 K (3012) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究含Mg基储氢材料、含Ti基储氢材料、含ZrH2储氢材料等三种混合炸药的能量输出特性,采用恒温式爆热量热仪和水下爆炸系统分别研究了3种含储氢材料混合炸药的爆热和水下能量特征。结果表明:在RDX/储氢材料/AP/others温压配方体系中,3种含储氢材料炸药爆热的关系为含Mg基>含Ti基≫含ZrH2,爆热值分别为7587.0606,6416.4741,3950.6279 kJ·kg-1,表明含储氢材料炸药的爆热与储氢材料的化学潜能呈正相关。水下爆炸中,含储氢材料混合炸药的冲击波峰值压力、冲量、能流密度、冲击波能的大小关系保持一致,从大到小依次为含Mg基、含Ti基、含ZrH2储氢材料混合炸药,冲击波能依次分别为1.41倍、1.26倍、0.97倍TNT当量,表明活性高、潜能大的储氢材料对水下爆炸冲击波的推动作用更大。储氢材料在水下爆炸能量中主要贡献在气泡脉动上,含Mg基、含Ti基、含ZrH2储氢材料混合炸药的气泡能分别为2.17倍、1.78倍、0.86倍TNT当量,表明Mg基储氢材料在二次反应能量释放程度上最优,其次是Ti基储氢材料,ZrH2的反应程度最低。3种含储氢材料混合炸药的水下爆炸能量和爆热的大小趋势保持一致,总体能量水平依次是含Mg基>含Ti基≫含ZrH2。含Mg储氢材料炸药的水下爆炸能量最大,达到2.02倍TNT当量。ZrH2在温压体系配方中的适用性不强,爆热和水下爆炸能量均低于TNT。

    • 悬浮态AlH3粉尘爆炸泄放过程能量输出规律

      2021, 29(10):985-992. DOI: 10.11943/CJEM2021178

      摘要 (453) HTML (381) PDF 1.90 M (2720) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究悬浮态AlH3粉尘爆炸泄放过程的能量输出规律,采用改进后的20 L球爆炸测试系统分别对其在密闭和泄放条件下的爆炸压力和火焰传播规律进行了研究。结果表明:悬浮态AlH3与Al粉相比,在密闭体系内爆炸下限浓度由40 g·m-3下降至30 g·m-3,表明AlH3点燃后释放氢气过程加速了整个化学反应历程;此外,密闭体系下AlH3粉尘爆炸的最大爆炸压力和爆炸压力上升速率均高于铝粉爆炸,最大爆炸压力由1.02 MPa上升至1.15 MPa,表明由于氢气释放形成了可燃气体-可燃粉尘复合体系,使得爆炸能量释放过程更为猛烈;泄放条件下,在浓度为500 g·m-3时,AlH3的爆炸压力(p)和爆炸压力上升速率(dp/dt)下降幅度最大,分别达43%和30%,表明爆炸泄放可以有效降低爆炸伤害;同时,得出爆炸泄放火焰长度和速度均在AlH3浓度为750 g·m-3时达到最大,多次火焰产生概率和出现频次随浓度增加而增加。

    • HMX基含硼铝炸药的释能特性和作功能力

      2021, 29(10):948-956. DOI: 10.11943/CJEM2021165

      摘要 (611) HTML (662) PDF 1.16 M (3016) 评论 (0) 收藏

      摘要:如何有效地运用活性金属来提高炸药的爆炸威力和作功能力是设计金属化炸药的关键问题。为探索B/Al复合粉在增爆炸药和温压炸药中的应用,设计并制备了3种HMX基含硼铝炸药。对Φ100 mm×105 mm样品,用空中爆炸试验和水下爆炸试验研究其能量释放特性;用Φ50 mm圆筒试验评价其作功能力,讨论了微米金属粉含量对含硼铝炸药的释能过程和作功能力的影响。结果表明,空爆和水下爆炸中,在HMX的爆轰作用下,铝粉燃烧能够促进硼粉的后燃效应,释放出大量的燃烧热,形成高温高压的膨胀产物,增加空中爆炸火球的持续时间和水下爆炸的总能量。圆筒试验中,在爆轰产物驱动铜管膨胀破裂之前,没有足够的氧和硼反应,未能体现含硼铝炸药中B的燃烧能量优势。当铜管壁膨胀破裂后,空气中的氧可进一步与B/Al复合粉反应释放大量的燃烧热,增强后效作功能力。

    • 改性氢化镁基储氢材料的点火和爆炸特性

      2021, 29(10):977-984. DOI: 10.11943/CJEM2021163

      摘要 (487) HTML (453) PDF 3.83 M (4074) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究改性工艺对复合储氢材料的点火和爆炸特性的影响,使用氧弹量热仪测试了Al、MgH2、复合储氢材料CM和端羟基聚丁二烯(HTPB)包覆后的储氢材料CM-H的燃烧热,并研究了这4种样品在48 h内的质量变化情况。结果表明:包覆后的储氢材料CM-H拥有最高的燃烧热:30.5633 MJ·kg-1;且在空气中48 h内增重最少,仅0.46%。这表明改性后可有效防止储氢材料在空气中发生变质,保持较高的燃烧热。用1.2 L哈特曼管、高速摄像机、20 L球爆炸测试系统对4种样品的最小点火能、火焰传播特性和爆炸压力进行了研究。结果表明:复合储氢材料CM的最小点火能为50~60 mJ,仅为铝粉(100~150 mJ)临界点火能的1/2。可见向金属材料中添加MgH2可以有效地降低点火能量。包覆后的复合储氢材料CM-H最小点火能增加,为700~750 mJ。火焰传播速率、爆炸压力与爆炸指数的测试均显示出MgH2>CM>CM-H>Al的规律。表明包覆后的复合储氢材料的电火花感度大大降低,安全性提高,同时具有较好的爆炸性能。

    • α-AlH3的HMX基凝聚相炸药的安全性和爆轰性能

      2021, 29(10):957-963. DOI: 10.11943/CJEM2021079

      摘要 (322) HTML (384) PDF 820.33 K (2404) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索α-AlH3在凝聚相炸药中的爆轰反应规律,对α-AlH3的安全特性进行了表征。结果表明α-AlH3热稳定性较差,对温湿度敏感,处理α-AlH3样品时应控制室温不超过30 ℃,相对湿度不大于60%。以自主设计的梯次控温冷却直接法造型粉制备工艺,制备了以HMX为主炸药的系列含α-AlH3炸药配方样品,并对其安全性、爆轰性能、做功能力、爆炸反应过程进行了研究。结果表明,造型粉机械感度低,成型能良好;α-AlH3含量超过10%后药柱成型相对密度随α-AlH3含量增加而降低;α-AlH3的特征爆速为6078 m·s-1,含α-AlH3的HMX基凝聚相炸药与同质量分数含铝炸药相比,二者总做功能力相当,含α-AlH3炸药爆轰产物在高压和中压阶段做功能力较低;α-AlH3中的氢元素在爆轰产物中主要以氢气的形式存在。

    • 多点水中阵列爆炸冲击波的传播特性

      2021, 29(5):370-380. DOI: 10.11943/CJEM2021026

      摘要 (504) HTML (373) PDF 1.29 M (3738) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究多个装药水中阵列爆炸冲击波的耦合作用和传播规律,利用水中爆炸试验,测量了整体装药、两装药和四装药水中阵列爆炸的冲击波-压力时间曲线,分析了装药数量、阵列距离对水中冲击波峰值压力、冲量和作用时间的影响以及阵列爆炸冲击波参数随距离的变化规律。结果表明,两点阵列爆炸,装药聚焦方向(对称中心线)的冲击波可形成叠加,比例距离2~6 m·kg-1/3的范围,冲击波压力强度增加了22.8%~55.4%,冲击波峰压的增益随着传播距离的增大逐渐增大,非对称方向的冲击波压力可形成延时耦合;四点阵列爆炸,装药聚焦方向的冲击波最高峰值压力都接近于整体装药,装药数量的增加可以提高冲击波的高压区域范围和冲量。阵列爆炸点和布局相同时,阵列距离的增加可提高冲量和冲击波作用时间,冲击波压力作用时间则随着装药数量和阵列距离的增大而增大。两点和四点爆炸,冲击波耦合叠加后的多个冲击波峰值压力、冲量都仍符合爆炸相似率,但冲击波压力作用时间则不符合爆炸相似率。

    • 基于Mushroom试验的炸药爆轰反应速率方程参数校验

      2021, 29(5):406-413. DOI: 10.11943/CJEM2021009

      摘要 (482) HTML (315) PDF 6.43 M (2805) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了更准确的校验炸药爆轰反应速率方程参数,以HMX/TATB混合炸药PBX-1为研究对象,采用Mushroom试验方法,研究了炸药在不同传爆直径下的拐角传爆特性,并采用LS-DYNA程序利用拉式试验标定的三项式点火增长模型参数对Mushroom试验进行了数值模拟,通过观察爆轰波的成长和传播历程以及拐角参量的对比,校验已标定反应速率模型参数的准确性。对比试验结果和数值模拟结果发现,Mushroom试验可以反映出爆轰波沿不同方向上爆轰成长过程的差异,进而证明了通过Mushroom试验校验炸药的反应速率模型参数是可行的。

    • TATB基PBX及其与HNS复合装药的高速破片撞击安全性

      2021, 29(5):399-405. DOI: 10.11943/CJEM2020163

      摘要 (493) HTML (472) PDF 4.84 M (2515) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获得高速破片撞击下钝感装药的安全性响应规律及传爆药非理想起爆对该过程的影响,采用高速破片撞击试验方法,对TATB基PBX装药(PBX-C04)和PBX-C04/HNS复合装药结构进行了试验研究。基于超压测试、鉴证板破坏情况和残药的理化分析,分析了撞击速度、传爆药非理想起爆及高温对PBX-C04钝感主装药高速破片撞击安全性的影响。结果表明,常温下PBX-C04主装药具有优异的高速撞击安全性,1970 m·s-1的高速破片撞击下仅发生燃烧反应,引入六硝基茋(HNS)传爆药后,相同撞击速度下PBX-C04主装药反应烈度提高为爆燃反应。复合装药结构加热至200 ℃时,1640 m·s-1撞击速度下,复合装药结构发生了爆轰反应,证明高温可急剧恶化复合装药结构的高速撞击安全性。

    • RDX基金属化炸药的爆轰反应区参数测量

      2021, 29(5):389-393. DOI: 10.11943/CJEM2021002

      摘要 (613) HTML (466) PDF 1020.94 K (3030) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。

    • 自约束结构装药下T2/Q345爆炸焊接研究

      2021, 29(5):394-398. DOI: 10.11943/CJEM2021028

      摘要 (352) HTML (296) PDF 1.79 M (2850) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高炸药爆炸能量利用率,减小焊接药量,提出利用自约束结构装药开展爆炸焊接研究。通过理论计算得到T2/Q345爆炸焊接窗口,并且以T2铜和Q345钢分别作为覆层和基层,采用双层蜂窝结构炸药作为焊接能量,开展T2/Q345爆炸焊接实验研究。研究结果表明以自约束结构的双层蜂窝炸药爆炸焊接得到的T2/Q345复合板结合性能良好,相对于爆速分别为2505 m·s-1和3512 m·s-1单层装药结构炸药,双层蜂窝炸药进行T2/Q345爆炸焊接分别可以节约54.4%和31.4%药量,并且随着碰撞点移动,T2/Q345复合界面从平直状结合转变为波形结合。

    • DNAN基含铝炸药烤燃实验与数值模拟

      2021, 29(5):414-421. DOI: 10.11943/CJEM2020298

      摘要 (468) HTML (423) PDF 3.29 M (2848) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究RB-2X(2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/奥克托今(HMX)/铝(Al)/黏结剂)和RM-2X(DNAN/HMX/3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)/Al/黏结剂)两种新型DNAN基含铝炸药热响应特性,开展RB-2X炸药在1.0 K·min-1、RM-2X炸药在1.0 K·min-1和0.5 K·min-1加热速率下烤燃实验,测量炸药中心温度变化。建立烤燃弹数值模拟计算模型,采用多组元网格单元计算方法,考虑熔铸炸药冷却收缩形成空气间隙的影响,分析炸药热响应特性。数值模拟点火时间与实验结果对比显示,RB-2X炸药点火时间偏差为1.13%,RM-2X炸药点火时间最大偏差为5.63%。在此基础上,分析熔铸炸药壳体壁面与炸药之间的空气间隙对炸药点火时间的影响,结果显示延迟时间随间隙宽度增大而缓慢增大,当空气间隙扩大到0.75 mm后,延迟时间稳定在90 s,表明空气间隙对炸药点火时间的影响明显。预测装填RM-2X大尺寸弹药热响应过程,结果表明弹药尺寸和加热速率的增大会明显降低点火时中心温度,DNAN熔化状态从全部熔化变为固液共存。

    • 亚毫米气隙和垫层对爆轰驱动飞片的影响规律

      2021, 29(5):381-388. DOI: 10.11943/CJEM2020329

      摘要 (368) HTML (253) PDF 4.99 M (2614) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获取亚毫米气隙、垫层对三氨基三硝基苯(TATB)基炸药爆轰驱动飞片的影响规律,设计了亚毫米尺度气隙、垫层的精密爆轰实验,利用光子多普勒激光干涉测试技术获取了TATB基炸药在亚毫米气隙、垫层影响下的爆轰驱动飞片运动历程。实验结果表明,相较于飞片炸药紧贴状态,有亚毫米硅泡沫垫层时,飞片的起跳速度降低,最终速度反而有所提高(约20 m·s-1、占比1%);而气隙对飞片运动的影响更大,最终速度提高更多(50 m·s-1、2%)。同时开展了亚毫米气隙影响的数值模拟研究,结果表明,点起爆和线起爆的不同起爆方式对于飞片的运动速度历程有一定影响,但是在不同起爆方式下,气隙增大均有利于提高飞片的最终速度。亚毫米气隙对爆轰驱动飞片影响规律的理论分析结果显示,亚毫米气隙的引入使爆轰产物经过等熵膨胀后再与飞片相互作用,作用强度降低,系统熵增减小,驱动飞片的能量增加,造成了飞片最终速度的提高。不同气隙尺度下,主导机制的不同会带来对飞片运动速度历程影响规律的差别。

    • 当量比及氧化剂含氧量对凝胶汽油爆轰过程的影响

      2021, 29(1):13-19. DOI: 10.11943/CJEM2019182

      摘要 (319) HTML (211) PDF 1.73 M (2745) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究化学当量比和氧化剂含氧量对凝胶汽油/气相氧化剂两相爆轰过程的影响,建立了考虑组分的凝胶汽油/空气三维两相爆轰模型,并采用守恒元与求解元方法对脉冲爆轰发动机管内爆轰过程进行了数值仿真,分析了当量比和氧化剂含氧量对爆轰波形成时间、形成距离、爆轰波压力峰值和爆轰波传播速度的影响。数值研究结果表明,当量比α小于1.15时,随着当量比的增大,脉冲爆轰发动机管内形成爆轰波所需的距离和时间缩短,爆轰波的压力峰值和传播速度增大,当量比α=1.15时形成爆轰波所需的距离和时间分别为0.288 m和278.0 μs,爆轰波压力峰值和传播速度分别为1.85 MPa和1437 m·s-1;随着氧化剂含氧量β的增大,爆轰波的压力峰值和传播速度增大,当氧化剂含氧量β由23%增大至48%时,爆轰波的压力峰值由1.85 MPa增大至2.85 MPa,传播速度则由1437 m·s-1增大至1868 m·s-1

《含能材料》编辑部

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