CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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先进毁伤技术 特邀专题

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    • 氟聚物基活性材料释能及毁伤特性研究进展

      2023, 31(8):844-856. DOI: 10.11943/CJEM2023127

      摘要 (330) HTML (182) PDF 2.83 M (3611) 评论 (0) 收藏

      摘要:氟聚物基活性材料是一种具有冲击反应释能特性的新型材料,在军事领域具有广泛的应用前景。为掌握氟聚物基活性材料的释能与毁伤特性,推进其在高效毁伤战斗部中的应用,研究梳理了氟聚物基活性材料冲击释能反应行为以及引燃引爆、侵爆耦合毁伤效应的研究现状,着重介绍了分离式霍普金森压杆实验、准密闭弹道实验和爆炸加载实验等在释能特性方面的研究进展;毁伤特性方面整理了反应弹丸、破片及反应射流的相关研究进展,重点说明了氟聚物基活性材料在聚能装药中的应用设计和反应射流成型的研究成果,及相关的反应模型和数值仿真的研究。在此基础上,讨论了未来研究方向:建立系统性反应模型与仿真方法;通过配方、工艺等参数对其性能进行调控;释能反应观测表征技术的创新与探索以及工程应用设计等。

    • 近域爆炸瞬态温度场作用下聚脲涂层灼烧损伤特性

      2023, 31(8):832-843. DOI: 10.11943/CJEM2023083

      摘要 (178) HTML (91) PDF 3.06 M (2010) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究爆炸瞬态温度场作用下聚脲抗爆涂层的灼烧损伤特性,针对不同厚度(1 mm、4 mm和6 mm)的聚脲材料涂覆胶囊式储液容器进行近距爆炸条件下的实验测试。通过爆炸实验获得了聚脲涂层遭受爆炸瞬态高温灼烧后的宏-微观损伤特性,并结合比色测温技术及数值模拟方法分析了爆炸温度场对聚脲材料的灼伤机制。研究结果表明:本研究实验条件下,钝化黑索今(RDX)爆炸温度最大值约为3792 K,大于聚脲材料的初始分解温度(231.2 ℃)。灼烧现象主要发生在聚脲材料表层,当表层与内部孔洞之间薄层被贯穿破坏时,爆轰产物进入材料内部孔洞导致聚脲的灼烧深度明显增加,并形成斑点状的灼烧外层。聚脲的灼烧程度与爆轰产物密度、爆轰产物沿聚脲层厚度方向传播速度正相关,爆轰产物作用于聚脲层的单位面积质量达到0.0195 g·cm-2时发生灼烧,且热传导是造成聚脲发生热分解的主要原因。研究方法及结论可为工程防护评估及抗爆聚脲改性提供参考。

    • 吸能边界条件下水下爆炸离心试验中冲击波传播特性数值模拟

      2023, 31(8):820-831. DOI: 10.11943/CJEM2023125

      摘要 (279) HTML (208) PDF 2.05 M (2915) 评论 (0) 收藏

      摘要:受限于模型试验箱尺寸,水下爆炸离心模型试验中爆炸荷载在试验箱边界产生的反射波必然会影响试验的预期效果,因此减小模型箱边界效应将会大幅度还原试验实际情况并提高试验精度。基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法对水下爆炸离心模型试验进行数值模拟,通过试验和理论结果对比及1、2、4、6、8 mm和10 mm尺寸网格分析,验证了数值模型的可靠性,在此基础上对比研究了5、10、15 mm和20 mm厚度橡胶和泡沫作为边界消能材料时水下爆炸离心试验中冲击波荷载的传播特性,分析了各边界材料的吸波耗能机理。结果表明:2 mm欧拉网格尺寸能够兼顾计算效率和计算结果准确性;在模型箱内壁敷设橡胶或泡沫材料能有效降低水下爆炸冲击波的反射效应;在5 mm厚度条件下,橡胶材料较泡沫材料对冲击波吸收效果更为明显,但随着材料厚度的增加,泡沫材料吸波效果更加优越;橡胶材料和泡沫材料对冲击波低频信号均有一定的抑制效果,而对高频段信号抑制效果较弱。

    • 双模战斗部结构优化设计及侵彻性能的数值模拟

      2023, 31(8):808-819. DOI: 10.11943/CJEM2023092

      摘要 (180) HTML (151) PDF 2.49 M (1926) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对双模战斗部结构设计及侵彻性能适用性等问题,设计一种采用变壁厚弧锥结合形药型罩的双模战斗部,利用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,开展成型装药结构参数对双模毁伤元特征参数影响的规律性研究,基于优化结构,研究不同毁伤元对混凝土目标的毁伤情况。通过极差分析得到了双模战斗部最优结构参数匹配组合:药型罩锥角80°,弧度半径8 mm,药型罩上壁厚2.22 mm,下壁厚5.44 mm,装药长径比0.88,壳体厚度5 mm,对优化结果进行了X光成像试验验证,结果表明:仿真结果与X光试验结果吻合良好。杆式射流(JPC)相比聚能射流(JET)对混凝土靶侵彻时表面崩落及开孔性能具有明显的优势,而JET对混凝土靶的侵彻深度相比JPC则有显著提升。研究结果可为战斗部结构设计及应用提供参考。

    • 双EFP冲击引爆带盖板B炸药的累积毁伤效应

      2023, 31(8):797-807. DOI: 10.11943/CJEM2023027

      摘要 (173) HTML (84) PDF 2.56 M (1913) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究多个爆炸成型弹丸(MEFP)对战斗部装药的冲击起爆问题,进行了单、双爆炸成型弹丸(EFP)冲击引爆带盖板B炸药的试验,测试了单EFP和双EFP对带盖板B炸药的冲击引爆能力,同时利用AUTODYN有限元软件开展了EFP对带盖板B炸药冲击引爆行为数值模拟研究,分别分析了单EFP和双EFP的成型过程、引爆带盖板B炸药的作用过程,获得了B炸药发生爆轰时的临界盖板厚度(Hc)。进一步,建立了双EFP同时引爆带盖板炸药临界条件的工程计算模型。试验结果表明:试验获得的EFP长18 mm,直径19 mm。单EFP冲击带盖板B炸药发生爆轰的临界盖板厚度范围为10 mm≤Hc<15 mm,而双EFP作用时的临界盖板厚度范围为15 mm≤Hc<20 mm。另一方面,数值模拟结果表明,在单EFP作用下,带盖板B炸药发生爆轰的临界盖板厚度为13 mm;而双EFP作用下,带盖板B炸药发生爆轰的临界盖板厚度为19 mm,相较于单EFP作用时的Hc提高了46.2%,数值模拟结果与试验结果吻合较好。工程模型能较准确地预测双EFP同时冲击起爆带盖板炸药的临界起爆速度。

    • 球形含能结构材料弹体超高速撞击多层薄钢靶的毁伤特性

      2023, 31(8):786-796. DOI: 10.11943/CJEM2023131

      摘要 (277) HTML (224) PDF 4.83 M (2957) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究含能结构材料对多层薄钢靶的超高速毁伤特性,利用二级轻气炮开展了PTFE/Al基和Al基全金属两种含能结构材料超高速撞击多层钢靶的典型毁伤模式研究,得到了材料类型和侵彻速度对毁伤效应的影响。研究结果表明,相比于惰性金属材料,两种含能结构材料对多层薄钢靶均具有明显的靶后横向毁伤增强效应,能够对第二层靶板产生大破孔的毁伤效果,破孔孔径可达弹径的4倍以上。基于AUTODYN数值仿真软件开展了含能结构材料参数有效性验证和含能弹体不同侵彻速度下毁伤效果的数值仿真,结果显示J-C强度模型联合Lee-Tarver三项式点火反应模型和J-C强度模型联合Shock状态方程分别能够较好地描述PTFE/Al基和Al基全金属含能结构材料对多层薄钢靶的破孔毁伤特性。此外,材料释能机制的差异使得提高侵彻速度对提升PTFE/Al基含能结构材料的毁伤效果的作用有限,但能够明显提升Al基全金属含能结构材料对多层钢靶板的毁伤效果。

    • 聚能杆式射流侵彻混凝土和岩石靶体试验与数值模拟

      2023, 31(8):773-785. DOI: 10.11943/CJEM2023071

      摘要 (378) HTML (153) PDF 5.37 M (3205) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究聚能杆式射流成型及其对混凝土和岩石靶体的侵彻破坏特性,分别开展了大隔板聚能装药射流成型X光试验及侵彻混凝土和岩石靶试验。同时,利用ANSYS/AUTODYN有限元软件,针对大隔板聚能装药爆轰波演化过程、杆式射流成型及侵彻混凝土和岩石过程进行了数值模拟,结合试验结果分析了聚能杆式射流对混凝土和岩石靶体的侵彻毁伤特性。研究结果表明:大隔板聚能装药炸药采用Lee-Tarver状态方程能够较为准确的描述爆轰波的传播过程,射流参数(侵彻体长度、射流长度、射流头部速度和射流直径)与试验相比最大误差为12.8%。大隔板聚能装药起爆后可形成大长径比的杆式射流,侵彻后的混凝土和岩石靶中均有明显的开坑区,但侵彻混凝土过程中扩孔作用不明显。其中,侵彻试验中混凝土靶形成的侵彻深度和侵彻孔径相较于岩石靶分别提高了46.7%和48.1%,而岩石靶表面破坏程度和开坑区域均大于混凝土靶。与混凝土靶相比,由于射流侵彻岩石靶过程中裂纹的不断扩展,形成的裂纹长度和宽度均大于混凝土靶,因此靶体损伤范围较大,内部破坏严重。

    • 高能液固混合燃料配方优化及毁伤分析

      2023, 31(8):763-772. DOI: 10.11943/CJEM2023054

      摘要 (216) HTML (89) PDF 1.72 M (2033) 评论 (0) 收藏

      摘要:为筛选优化高能燃料空气炸药(FAE)的配方组分,以石油醚、环氧丙烷和乙醚作为液体燃料,硝酸异丙酯和硝基甲烷作为液体敏化剂,金属铝粉作为固体组分,通过EXPLO5计算软件比较了不同配比FAE的爆炸压力和爆炸温度,并在无约束条件下进行了液体和液固FAE配方的云雾爆轰实验,对爆炸场、温度场等参数进行了毁伤效果分析,并量化评估了各体系的热毁伤、超压毁伤的效果。结果表明,石油醚、环氧丙烷与硝酸异丙酯混合的混合液体FAE,在石油醚质量占比55%~70%条件下,爆轰性能上表现较优。液固混合FAE中液固比例为1∶1条件下具有较良好的爆轰性能,并在无约束云雾分散实验中表现出最佳的云雾分散状态。两种体系的FAE配方在1 kg的二次起爆药量下云雾爆轰可以稳定反应,能达到爆轰状态,且在毁伤能力均具有较优效果。

    • HTa填充改性Al/PTFE反应材料的力学响应与侵彻毁伤

      2023, 31(8):753-762. DOI: 10.11943/CJEM2023033

      摘要 (148) HTML (81) PDF 6.57 M (2158) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究储氢钽粉(HTa)对铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)反应材料的材料密度和能量密度的影响,制备了4种不同HTa含量(5%,10%,20%,30%)的Al/HTa/PTFE和不含HTa的Al/PTFE圆柱体试件,通过霍普金森压杆实验和弹道枪撞靶侵彻实验,对材料的动态力学性能、点火阈值、撞击毁伤与释能特性进行了对比研究。结果表明,Al/PTFE和Al/HTa/PTFE均为弹塑性材料,应力-应变变化趋势一致。4种Al/HTa/PTFE材料点火阈值分别为4470,5620,5135 s-1和3948 s-1,点火延迟时间随HTa填料的增加呈先降后升的变化。与Al/PTFE反应材料相比,Al/HTa/PTFE弹丸在间隔靶之间的反应区显著扩大,对靶板造成严重黑色烧灼痕迹,产生积碳效果,侵彻能力与二次破片毁伤得到提升,能进一步增强材料的撞靶毁伤水平。

    • 球形Al-25W合金燃料粉末的氧化行为与能量性能

      2023, 31(8):743-752. DOI: 10.11943/CJEM2022294

      摘要 (186) HTML (71) PDF 4.21 M (2028) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了获得热氧化与能量释放性能优异的新型合金燃料,采用铝热还原与超高温气雾化结合的方法,制备了球形铝钨合金燃料粉末(Al-25W),对其物相结构、氧化行为及能量性能进行了研究。结果表明,球形Al-25W合金粉末颗粒内部的亚稳态Al/W合金相均匀分布在单质Al基体中,且通过稳定化处理后亚稳态Al/W合金相转变为Al12W相,并对外释放能量。球形Al-25W合金粉末具有比单质Al粉更高的氧化放热量与氧化增重,能在1400 ℃空气中完全氧化,且W原子全部氧化为WO3并以气态形式挥发,残留氧化产物仅为Al2O3。球形Al-25W合金粉末的实测体积燃烧焓超过单质Al粉的理论体积燃烧焓(83000 J·cm-3),可达(83132.1±608.5) J·cm-3,且剧烈燃烧时生成气态燃烧产物WO3

    • 含能快递--2023年第8期

      2023, 31(8):741-742.

      摘要 (238) HTML (169) PDF 932.57 K (3230) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 专题导言:先进毁伤技术

      2023, 31(8):740-740.

      摘要 (282) HTML (120) PDF 2.97 M (2409) 评论 (0) 收藏

      摘要:

《含能材料》编辑部

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