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- 含能化合物能量与安全性的矛盾极大限制了高能材料在高价值平台中的应用,同时也制约了装备的性能提升。因此,研制兼顾高能量与高安全性的新型含能化合物受到世界各国的高度重视。 富氮杂环骨架多数具有平面共轭结构、高热稳定性、以及丰富的可修饰化学位点等特点。通过向富氮杂环骨架中合理引入致爆基团和稳定化基团,有助于实现分子能量密度和稳定性的协同提升。近年来,富氮杂环含能化合物受到各国科研人员的广泛关注,新型骨架设计策略、分子构建方法、性能评价等研究成果不断涌现,为含能材料综合性能跃升奠定了坚实的理论基础。
- 随着现代科技的高速发展,世界各国对高性能含能材料的需求越来越大。由于含能材料在生产过程涉及硝化等反应单元,而传统釜式反应器由于热质传递速率的限制,存在合成过程可控性差、效率低、危险性高等问题,极大地限制了高性能含能材料的应用和发展,也制约了国防技术快速高质量的发展。因此,化工过程技术和装备的自主创新是突破高性能含能材料等高端化学品制造短板的迫切需要。 为了提高硝化等强放热复杂反应过程的安全性,需要对反应过程进行精确操作和调控。国家安全监管总局发布的《精细化工反应安全风险评估导则》,明确要求对于危险反应工艺过程,要努力优先开展工艺优化或改变工艺方法以降低风险。微通道反应技术具有高效的传热传质、本征安全和易于直接放大等特性,为解决含能材料制造难题和实现其绿色高效连续安全生产奠定重要基础。 为此特组织出版“含能材料通道式连续合成与安全评价”专题。本期专题共收到11篇论文,观点1篇,研究论文8篇,综述2篇,展示含能材料连续安全可控合成过程中备受关注的热点问题。希望通过本专题的出版,促进含能材料合成领域学者的广泛交流,推进相关技术发展,为实现含能材料连续安全生产提供技术支撑。
- 固体推进剂作为航天固体动力的重要推进能源,通常属于非均质的颗粒增强复合材料,其结构本身的多尺度特性决定了在使役条件下发生变形、损伤、失效破坏等力学行为的复杂性,以及对微细观结构内部裂纹萌生、扩展、汇聚这一跨尺度非线性演化过程的依赖性。采用微-细-宏观的多尺度研究方法,对于深刻认识和准确描述使役条件下固体推进剂的力学行为具有重要意义。 固体推进剂结构组分空间分布的精确化统计分析、不同演化阶段损伤的精准辨识与有效表征、固体推进剂宏观力学性能变化和失效破坏内在机理的准确揭示、不同尺度下性能构效关系以及包含多尺度参数的本构关系的构建、基于多尺度数值模拟的固体推进剂力学行为精确预示,是备受关注的热点方向。围绕上述研究方向,国内研究者在试验观测、理论分析和数值模拟的新方法、新模型及新理论方面取得了许多重要突破。 为了集中展现固体推进剂多尺度力学行为研究的最新代表性成果,本专题共收录论文10篇,包括研究论文9篇,综述1篇。期望通过本专题的出版,能够促进固体推进剂等含能材料研究领域学者之间的交流与合作,推动相关行业基础研究的发展。在此,对“固体推进剂的多尺度力学行为”专题所有的作者及审稿专家的辛勤付出表示衷心的感谢!
- 弹药安全关乎生命安全、平台生存。20世纪60年代到80年代,国外曾发生了多起弹药爆炸安全事故,造成了重大人员伤亡和财产损失,给弹药的安全使用和装备平台的生存力敲响了警钟,折射出弹药安全问题的极端重要性,迫切需要发展安全弹药。发展安全弹药是一项系统工程,涉及材料、器件、结构、装备等方方面面,综合性能优良的不敏感含能材料是确保弹药安全的核心与关键。近年来,我国在不敏感含能材料与安全弹药方面开展了大量研究,设计合成了系列性能优良的新型低感高能单质炸药、开发了系列不敏感高能混合炸药、获得了不同刺激下弹药及装药的安全响应机理认知、建立了弹药安全性试验评价方法、掌握了多种弹药的反应烈度控制技术,对推动我国弹药安全性的提升具有重要意义。为展示不敏感含能材料与安全弹药的最新研究成果,特组织出版“不敏感含能材料与安全弹药”专题。本期专题共收到13篇论文,研究论文10篇,综述3篇,均是安全弹药领域普遍关注的难点和研究热点。希望通过本专题的出版,能有效促进含能材料与弹药领域学者的广泛交流与讨论,加快相关技术发展,为提升装备的综合性能提供技术支撑。
- 新型推进剂的制备与能量调控是未来高性能固体火箭发动机的关键技术,对于提升导弹武器的生存能力和打击精度具有重要意义。现有固体火箭发动机在推力按需输出方面存在瓶颈,而基于固体燃料可控能量释放的调控方法为提升动力系统的机动能力开辟了新思路。界面调控型铝基复合燃料、电控推进剂、多物理场耦合等先进材料和技术是当前备受关注的热点方向,已在实验室层面展示了优异的调控性能,具有良好的应用前景。固体燃料可控能量释放应以发动机需求为牵引,使可控释能特性适用不同的应用场景。可控燃烧技术的研发应注重基础研究与应用研究相结合,通过能量释放原理的创新实现技术突破。可控能量释放方向的发展须多学科多单位交叉融合,将成为军民两用的基础性、前沿性技术。
- 高效毁伤技术是以提高武器弹药对目标毁伤效能为宗旨的多学科综合性技术体系,是实施高效火力打击以达到作战目的的关键技术。针对武器弹药打击的不同类型目标,研究其毁伤能量(力学、化学、电磁学及其耦合作用等)释放和控制技术,以实现对目标物理破坏或使目标功能丧失达到最佳效果的学科和技术方向。近年来随着战场目标防护技术的发展、现代战争作战模式的改变,对毁伤技术提出新的挑战。先进毁伤是以新型毁伤元材料、结构、加载驱动等为基础而发展的新概念、新原理、新质毁伤技术。近年来,国内外先进毁伤技术研究异常活跃,高水平学术成果不断涌现,各类的新概念、新原理毁伤技术蓬勃发展。从发展趋势来看,含能材料正朝着高能化、钝感化和能量利用率最大化方向发展,战斗部朝着高动能、多功能及低附带毁伤方向发展,引信将朝着智能化、微型化方向发展。为集中展示先进毁伤技术领域的最新研究成果,本专题面向国防建设和技术发展需求,针对含能材料、战斗部和引信等核心领域的毁伤效能进行研究和探索,推动我国先进毁伤技术的交流融合与创新发展。
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优先出版日期:2024-07-25 DOI: 10.11943/CJEM2024173
摘要:DIANP发射药作为一种新型发射药,具有能量高,爆温低,燃烧洁净性好,烟焰残渣少等特点。研究介绍了DIANP合成与材料特性,DIANP发射药配方及性能,DIANP发射药制备工艺、表面处理、装药应用和测试方法等方面的研究进展。指出了DIANP发射药在燃烧分解机理和相互作用机制等基础理论研究方面存在的不足;提出了应开展适用于DIANP发射药的温度系数控制技术研究、环境适应性研究和DIANP合成的绿色工艺研究;并认为DIANP发射药的改进需将理论研究和实际应用相结合,以此推进高能低烧蚀特征材料在行业内的发展。
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优先出版日期:2024-07-24 DOI: 10.11943/CJEM2024013
摘要:为研究炸药晶体粒径对高聚物粘结炸药(PBX)力学性能及界面增强效果的影响规律,以4种不同粒径HMX(160 µm,60 µm,25 µm和150 nm)为主体炸药,氟树脂为粘结剂,中性聚合物键合剂为界面增强剂,制备了8种HMX基PBX。采用压缩应力应变试验、巴西试验分别获得8种PBX在常温(20 ℃)和高温下(60 ℃)的压缩和拉伸力学性能,采用动态热机械分析仪的三点弯曲模式获得储能模量和力学损耗因子,采用扫描电镜对PBX断面进行表征。结果表明,PBX的压缩强度和拉伸强度随HMX粒径的减小而增大,纳米HMX在力学增强方面具有很好的效果。20 ℃以纳米HMX为基的PBX-nano压缩强度和拉伸强度可分别达到61.3 MPa和5.7 MPa,较以160 µm HMX为基的PBX-L可分别提高73.1%和63.5%。添加中性聚合物键合剂后,不同粒径的HMX基PBX压缩力学强度和拉伸力学强度均得到提高,纳米HMX的增强效应尤其显著,PBX-nano-M在20 ℃和60 ℃下的拉伸强度分别可达10.4 MPa和5.8 MPa,较PBX-nano可分别提高82.6%和101.4%。当HMX平均粒径从百微米减小至百纳米,炸药件发生界面脱粘/损伤乃至断裂所需的断裂功越大,拉伸力学强度提升幅度越大。
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刘泽昊, 陈冲, 卢佳新, 张波波, 肖飞, 刘波, 梁泰鑫
优先出版日期:2024-07-01 DOI: 10.11943/CJEM2024109
摘要:为研究新型有机硅材料八苯基笼型聚倍半硅氧烷(OPS)在发射药中的缓蚀特性及作用机理,制备了OPS含量分别为2%、5%、8%的硝胺发射药以及不含OPS的硝胺发射药对照样。通过差示扫描热量热仪(DSC)研究了OPS与硝胺发射药组分的相容性,采用氧弹量热仪、密闭爆发器、半密闭爆发器分别研究了发射药的能量性能、燃烧性能以及烧蚀特性,通过扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)表征烧蚀管内壁表面的微观结构、元素分布和产物组成。结果表明,OPS与硝胺发射药组分相容;OPS会降低发烧药的爆热、最大压力和火药力;随着OPS含量的增加,硝胺发射药降烧蚀率逐渐增大,缓蚀效果逐渐增强,当OPS含量为5%和8%时,降烧蚀率分别为23.9%、36.0%。对烧蚀管内壁表面裂纹、产物及其分布情况的分析表明,OPS在高温条件下生成的SiO2均匀分布在管壁内层,形成了具有优异热阻特性的保护层,降低了高温燃气、固体颗粒对管壁的侵蚀与冲刷作用,实现高效缓蚀。
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优先出版日期:2024-06-26 DOI: 10.11943/CJEM2024111
摘要:研究提出一种通过化学键键能差进行能量密度快速估算的方法,和一种利用拉普拉斯键级和分子片段键离解能相结合快速判断笼型结构稳定性的方法。研究通过穷举法构建了基于Noradamantane的所有富氮骨架及其435种硝基衍生物,应用上述计算方法筛选兼具高能量密度和稳定性的分子结构,并采用量子化学能量计算和过渡态反应势垒计算验证筛选结果的可靠性。计算发现了两种兼顾高能量密度和结构稳定性的硝基化合物,其爆热、爆速、爆压和金属加速能力的理论计算最大值分别达到7.77 kJ·g-1、10.1 km·s-1、47 GPa和1.14倍HMX的金属加速能力,且结构分解反应势垒≥96 kJ·mol-1。本研究所建立的含能分子能量密度和稳定性快速筛选方法,可为高能稳定的含能分子设计提供参考。
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优先出版日期:2024-06-17 DOI: 10.11943/CJEM2024095
摘要:采用溶剂-反溶剂法,在二甲基亚砜(DMSO)-乙二醇(EG)体系中,以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EmimOAc)离子液体为添加剂,制备了平均粒径为9.35 μm的八面体环三亚甲基三硝胺晶体(O-RDX)。系统研究了溶剂体系、溶液浓度、结晶温度、添加剂、搅拌速率等结晶参数对RDX晶体生长行为的影响规律,发现过饱和度是决定RDX晶体生长方式的主要因素,随着过饱和度的逐渐减小,RDX晶体经历了粗糙生长-二维生长-螺旋生长的变化过程,RDX晶体形态由树枝状逐渐演化为八面体形状。与原料RDX相比,O-RDX的晶型未发生改变,为常用的α晶型;O-RDX晶体密度增加,内部缺陷减少;分解温度提高5 ℃;撞击感度和摩擦感度分别降低60%和50%。为揭示O-RDX的形成原因,采用附着能AE模型,分子动力学(MD)方法,预测了RDX在真空下和EmimOAc作用下的晶体模型。预测结果表明,真空条件下RDX具有6个重要的生长面:(1 1 1)、(2 0 0)、(1 0 2)、(0 2 0)、(2 1 0)、(0 2 1),EmimOAc则使RDX主要晶面的生长速率趋于一致,导致八面体RDX晶体的形成,理论模拟与实验结果基本一致。
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优先出版日期:2024-06-17 DOI: 10.11943/CJEM2024117
摘要:为研究铝粉在爆轰环境中的燃烧特性,基于爆轰环境中铝粉燃烧模型,综合考虑了爆轰产物气体组分和爆轰环境体系温度对铝粉燃烧释能过程的影响,建立了爆轰环境中铝粉非等温燃烧模型,提出了包括铝粉燃烧过程、爆轰产物气体组分和爆轰环境体系温度在内的爆轰环境铝粉非等温燃烧控制方程,并通过激光诱导击穿光谱实验进行了验证。结果表明,铝粉非等温燃烧模型控制方程的计算值与激光诱导击穿光谱实验值的偏差在12%以内,验证了理论模型计算的准确性,获得了铝粉粒度和铝氧比对炸药中铝粉燃烧特性的影响规律。
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李雯佳, 柴亚朦, 方嵩杭, 王彬彬, 丁亚军, 肖忠良, 周杰
优先出版日期:2024-06-11 DOI: 10.11943/CJEM2024102
摘要:通过蒸汽扩散法成功合成了3种环糊精金属有机框架(CD-MOF)材料,并采用单晶X-射线衍射对其单晶结构进行解析。作为潜在的消焰剂,相比传统的硝酸钾(722.0 ℃),3种CD-MOF热分解温度更低(250.9 ℃;261.0 ℃;290.3 ℃),更容易释放钾离子,且在硝化纤维素(NC)中显示出良好的物理分散性和化学相容性。此外,添加CD-MOF的NC在热分解时产生的易燃和有害气体(CO、NO、NO2和N2O)更少。添加γ-CD-MOF的单基药在燃烧时表现出最小的火焰面积(119.6 mm2),而添加β-CD-MOF的单基药显示出更低的火焰面积标准偏差(8.4 mm2),表明其消焰效能更稳定。相比之下,添加KNO?的单基药火焰面积最大(392.7 mm2)。
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优先出版日期:2024-06-04 DOI: 10.11943/CJEM2024092
摘要:中试含能材料废水含各类高浓度含氮化合物(氨氮(NH3-N)、亚硝酸盐(NO2-)、硝酸盐(NO3-)等)和有机污染物,是一类极难降解的废水。为实现对含能材料废水中含氮化合物的高效、定向去除,采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备的掺硼金刚石(BDD)电极对其进行电化学降解,重点研究了氯化钠和硫酸钠等电解质成分及浓度、修饰电极类型(如Cu/BDD、Ni/BD电极)及电解装置结构(单池、双池)对含氮化合物降解效果的影响。结果表明:在含能材料废水中添加0.1 M氯化钠电解质有助于提高NH3-N直接转化为氮气(N2)的选择性;采用Cu/BDD、Ni/BDD阴极可加速高价氮向NH3-N的转化过程;双电解池结构体系下,以Cu/BDD、Ni/BDD电极为阳极可以提高NH3-N转化为N2的降解速率。因此,采用金属修饰BDD电极为阳极的双电解池结构在添加0.1 M NaCl电解质情况下有望实现对宏量含能材料废水进行快速、高效、高选择性降解。
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优先出版日期:2024-06-04 DOI: 10.11943/CJEM2024062
摘要:为了提升硼粉的点火燃烧性能,采用高能球磨与喷雾干燥相结合的技术制备了4种微纳米B-Fe-Bi2O3@AP/PVDF复合物,根据其高热值和高燃烧效率的特点将四种复合物命名为μBHHc、μBHCe、nBHHc及nBHCe,并对其形貌结构、热反应性、点火延迟、质量燃速和凝聚相产物进行了表征分析。结果表明,μBHHc和μBHCe复合物在氩气中最大热值达9.7 kJ·g-1,最高燃烧效率达66.2%;在氧气中最大热值达14.6 kJ·g-1,最高燃烧效率达93.3%,空气中氧化峰温在750~760 ℃之间。nBHHc和nBHCe复合物在氩气中最大热值达9.9 kJ·g-1,最高燃烧效率达68.9%;在氧气中最大热值达14.8 kJ·g-1,最高燃烧效率达97.2%,空气中氧化峰温在595~600 ℃之间。各类复合物的最高燃烧温度达1954~2011 ℃,其中nBHHc复合物的点火延迟最短(26 ms),且质量燃速最高(1.84 g·s-1);μBHCe复合物的点火延迟最长(39 ms),质量燃速也最低(0.80 g·s-1)。各类复合物燃烧产物主要由B2O3、B4C及少量未完全燃烧的硼组成,形貌包含5~10 μm的球体及10~20 μm的片状物质。
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李思恒, 曲文刚, 赵凤起, 姜一帆, 张震, 张明, 张建侃, 刘鹤欣
优先出版日期:2024-06-03 DOI: 10.11943/CJEM2024037
摘要:高氯酸铵(AP)作为固体推进剂中重要的氧化剂,其热分解性能直接影响固体推进剂的燃烧特性。使用燃烧催化剂能够降低AP的分解温度并提高其分解速率。研究总结了应用于AP热分解的纳米燃烧催化剂微观结构调控的不同手段,分析了晶面、缺陷和复合界面等微结构调控方式对其在AP热分解反应中催化活性和催化机理的影响,并探究能获得最佳催化性能的催化剂特征。结果表明,通过调整暴露晶面、元素掺杂和构建复合界面结构可以提高纳米金属氧化物燃烧催化剂的催化活性;过渡金属氧化物纳米催化剂能通过暴露指定晶面实现催化活性的提升,元素掺杂能通过产生缺陷从而提升催化效果,构建复合界面结构能够利用界面效应调控催化位点的活性,从而有效提升催化性能。过渡金属氧化物纳米催化剂在提升AP热分解性能方面表现出了良好的催化活性。
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优先出版日期:2024-06-03 DOI: 10.11943/CJEM2024070
摘要:为适应发射药不同作战环境应用需求,以低温度系数的调控原理为基础,研究了单基发射药物理结构功能改性、钝感及表面处理三种方法对发射药低温度系数的调控效果。采用内弹道性能测试对发射药性能进行评价,并对低温度系数调控机理进行了探讨。当发射药经增孔剂(5%)和含能固体材料(55 μm)物理结构功能改性、醇酯钝感(MA)及表面敏化处置后,发射药低温速度温度系数能有效控制在5%以内,高温膛压温度系数能有效控制在10%以内。经分析,发射药低温度系数调控机理主要为:在发射药内部形成预制孔道、不规则凸起、未封闭界面和带端面封堵的拉链状内孔端面结构。在低温条件下,发射药堵(闭)孔层及钝感剂变脆、抗冲击能力减弱,微孔及界面的破碎倾向增大,促使发射药在低温条件下初始燃面增大;在高温条件下,发射药堵(闭)孔层闭孔现象加剧,PMA呈膨胀状态挤占孔穴,抗冲击能力增强,孔道及界面的破碎倾向减小,促使发射药在高温条件下初始燃面降低。研究通过燃面补偿法的技术途径,实现燃面对燃速的补偿,最终达到调控发射药温度系数的目的。
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优先出版日期:2024-05-31 DOI: 10.11943/CJEM2024072
摘要:热传导系数作为炸药的重要热力学参数,显著影响炸药装药的点火响应特性。在未开展炸药热传导系数测定实验的情况下,为了快速有效确定一种新型炸药热传导系数,针对典型圆柱段装药结构,建立了轴对称热传导理论模型,获得混合炸药热传导方程的稳态解析解,提出了基于慢烤实验数据的混合炸药热传导系数计算方法。确定了新型不敏感炸药GOL-1(HMX/Al/AP/Binder)的热传导系数,典型烤燃条件下小尺寸装药结构点火响应数值模拟计算结果显示:不同加热速率下装药中心温升曲线计算结果与实验结果均吻合较好,点火时刻装药中心位置温度和点火时间的计算结果与实验偏差最大为2.27%和1.12%,表明GOL-1炸药热传导系数的有效性及数值模拟方法的可行性。建立的热传导计算方法揭示了慢烤装药温度-时间曲线中包含的炸药导热特性及规律,相比体积加权方法和串/并联导热模型方法更适用于计算混合炸药热传导系数,在缺少新型炸药热传导系数测定实验数据的情况下,不失为一种有效的确定方法,为弹药热安全性设计与评估提供了炸药基础参数,推动安全弹药数字化设计与量化评估发展。
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梁昊, 王多良, 孙倩, 丁亚军, 李世影, 李洪伟, 肖忠良
优先出版日期:2024-05-30 DOI: 10.11943/CJEM2024075
摘要:梯度硝基发射药(NGDP)作为一种新型发射药,具有高氧平衡、低发射有害现象以及抗迁移的特性。为了分析NGDP制备过程热危险性,利用反应量热仪(RC1mx)、差式扫描量热仪(DSC)和加速绝热量热仪(ARC)测定了双基球扁药脱硝反应过程中的放热以及反应前后物料的热分解行为。结果表明:反应体系的绝热温升(ΔTad)为58.28 ℃;脱硝反应使双基球扁药的初始分解温度从191.33 ℃提高至194.16 ℃;通过脱硝反应产物体系的ARC测试数据,获得了最大反应速度到达时间(TMRad)和温度之间的关系,计算出绝热诱导期为24h时所对应的温度TD24;反应的TD24、技术最高温度MTT与理论最高可达温度MTSR分别为137.2 ℃、108 ℃和128.52 ℃。基于精细化工反应安全风险评估规范,该反应在冷却失效的情况下,体系有冲料的风险,但触发二次放热分解反应的风险较低。
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优先出版日期:2024-05-28 DOI: 10.11943/CJEM2024079
摘要:为改善高能发射药R2的烧蚀性,设计制备了一种有机硅/改性纳米TiO2/石蜡基新型复合缓蚀剂,利用半密闭爆发器试验,以制式缓蚀剂为参比物,测试了新型复合缓蚀剂的降烧蚀性能,并利用扫描电子显微镜结合能谱仪研究了缓蚀机理,采用密闭爆发器研究新型复合缓蚀剂对发射药静态燃烧性能的影响。结果表明:新型复合缓蚀剂降烧蚀效果显著,添加5%时,缓蚀率可达到34.24%;缓蚀剂中的十甲基环五硅氧烷(D5)在高温下分解,产生的硅氧化物纳米小球附着于烧蚀管内壁,能有效阻碍渗碳反应的发生;加入新型复合缓蚀剂的R2发射药燃烧渐增性增强,能量集中于燃烧后期释放,利于改善烧蚀。该新型复合缓蚀剂有巨大的应用潜力。
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优先出版日期:2024-05-24 DOI: 10.11943/CJEM2024021
摘要:为准确描述爆轰产物在高温高压下的热力学关系,拓展应用范围,实现CHNO单质/混合炸药与含能金属盐爆轰性能的可靠预测,基于Exp-6势的维里系数理论值建立了新气态爆轰产物状态方程Virial-Peng-Long(VPL),并基于更准确的“冷压”项与考虑金属高压热运动变化的“晶格振动”项建立了新凝聚态金属产物三项式状态方程Wu-Chen-Peng(WCP)。应用VPL计算了几种典型CHNO单质/混合炸药的爆轰参数,应用VPL与WCP评价了几种典型含能金属盐的爆轰CJ参数与驱动做功能力。结果表明,相比VLW和BKW,基于VPL能够更准确评价CHNO单质/混合炸药的爆轰性能,对太安(PETN)爆速预测偏差在±2.1%以内,最高不超过2.5%;对RHT-901驱动圆筒稳定速度预测误差绝对值<1%。而VPL与WCP能够准确预测含能金属盐爆轰性能,其中对叠氮化铅爆轰CJ参数计算相对误差不超过±4%;对铜叠氮化物驱动飞片速度预测相对误差绝对值小于1%。
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优先出版日期:2024-05-24 DOI: 10.11943/CJEM2024054
摘要:为了提高超高分子量聚乙烯纤维(ultra high molecular weight polyethylene fiber, UHMWPE)层合板抗弹体侵彻数值分析的建模和计算效率,基于三维等效弹性常数理论,建立了UHMWPE层合板的等效力学模型,发展了一种适用于纤维复合材料层合板抗侵彻性能的三维等效数值分析方法。经UHMWPE层合板抗侵彻试验数据验证,该等效方法考虑了纤维铺层角度对层合板力学性能的影响,可以准确模拟预测层合板的阶段性侵彻破坏特征,对9.1~60.0 mm 厚度范围内层合板弹道性能的平均预测误差小于10%。该方法与纤维尺度的细观数值模拟方法相比,无须对纤维束及基体单独建模;与片层尺度的准细观数值模拟方法相比,无须单独指定纤维/树脂片层铺层方向,且无须在片层间插入大量黏结层单元。
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袁茂博, 靳建伟, 曲永杰, 刘计划, 薛钧, 何昌辉, 赵宏立
优先出版日期:2024-05-23 DOI: 10.11943/CJEM2024036
摘要:为构建贴合实际需求的发射药烧蚀性能评价体系,设计半密闭爆发器烧蚀管实验,根据烧蚀管的几何尺寸及实验测量p-t曲线,建立了二维非稳态流动与传热模型,通过烧蚀管壁温的时空分布建立了瞬态烧蚀速率模型参数与烧蚀总量的关系。将半密闭爆发器烧蚀管实验的烧蚀量作为基准,采用粒子群算法对瞬态烧蚀速率模型参数进行了优化计算。结果表明:随着发射药燃气对烧蚀管冲刷时间增加,燃气与烧蚀管间的流固耦合界面温度有所降低,烧蚀管截面熔融深度的增速减缓;烧蚀管材料为45#钢,发射药为典型双基药(双芳-3)时,优化得到瞬态烧蚀速率的指前因子和表观活化能分别为0.3403 s-1和134.6 kJ·mol-1,此时损失函数值仅为3.0×10-6,可推广应用于身管武器平台的烧蚀状态计算。
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优先出版日期:2024-05-22 DOI: 10.11943/CJEM2024027
摘要:本研究采用小分子燃料1,4,7,10-四氮环十二烷与硝酸、高氯酸发生成盐反应,制备了C8H24N4(ClO4)4和C8H24N4(NO3)4?2H2O两种有望用作战时应急储备的单质炸药。通过单晶X-射线衍射、红外光谱、元素分析、差热分析、热重分析、EXPLO 5.0程序对目标产物的结构、热性能、爆轰性能进行了研究。结果表明C8H24N4(ClO4)4属正交晶系,Pcc2空间群,晶体密度为1.968 g?cm-3; C8H24N4(NO3)4?2H2O的晶体为二水合物,属单斜晶型,P21/n空间群,晶体密度为1.642 g?cm-3。C8H24N4(NO3)4?2H2O和C8H24N4(ClO4)4的热分解峰值温度及活化能分别为293.2 ℃、284.1 ℃和131.76 kJ·mol-1、195.18 kJ·mol-1。C8H24N4(NO3)4?2H2O和C8H24N4(ClO4)4表现出了较为优异的爆轰性能,其爆速、爆压分别可达8058 m?s-1、8680 m?s-1和24.0 GPa、36.2 GPa。此外,C8H24N4(NO3)4?2H2O和C8H24N4(ClO4)4的撞击感度分别为36 J、33 J,摩擦感度均大于360 N。
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赵雅琦, 杨沙, 曹威, 郭伟, 宋清官, 段英良, 黄兵, 韩勇
优先出版日期:2024-05-15 DOI: 10.11943/CJEM2024052
摘要:为了获得HNS-IV(IV型六硝基菧)基高聚物粘结炸药的冲击起爆点火增长模型参数,采用炸药平面波加载冲击波的方法,冲击波经隔板衰减后作用到被测炸药上,使用光学多普勒测速技术获得被测炸药与LiF窗口的界面粒子速度曲线。一发试验的隔板上可同时放置多发不同厚度药片,通过调整隔板厚度改变输入压力,可以获得界面粒子速度的增长过程。同时,基于反向撞击法获得了被测炸药的未反应冲击绝热线,基于直径10mm圆筒试验获得了圆筒膨胀速度时间曲线,采用遗传算法拟合试验结果分别获得了未反应炸药和爆轰产物JWL状态方程参数。最后,采用点火增长模型对不同厚度炸药与LiF窗口的界面粒子速度曲线进行了拟合。结果表明,未反应炸药和爆轰产物状态方程参数曲线拟合相关性较高,获得的点火增长模型参数很好地模拟了冲击起爆试验结果,可以满足起爆传爆序列设计需要。
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优先出版日期:2024-05-15 DOI: 10.11943/CJEM2024069
摘要:为研究模糊综合评价模型在高能硝胺发射药改性评价中的应用,采用包覆工艺,分别选取三氨基三硝基苯(TATB)和聚酯(NA)作为包覆工艺中的降燃速材料,制备了TATB包覆发射药和NA包覆发射药,对比了包覆和未包覆发射药的堆积密度、局部燃速、爆热、燃烧渐增性以及内弹道性能;基于此实验结果,采用层次分析法,评价了TATB和NA对发射药基本性质和燃烧性能的影响程度。研究建立了发射药基本性质和发射药燃烧性能间的模糊评价方法;发现面向发射药燃烧性能,局部燃速的影响权重最大,为0.82;爆热的影响权重次之,为0.11;堆积密度的影响权重为0.07。在堆积密度差异较小的情况下,由于NA包覆发射药的降燃速效果明显强于TATB包覆发射药,NA包覆发射药的能量损失虽然较TATB包覆发射药更大,NA包覆发射药的燃烧性能优于TATB包覆发射药,且二者明显强于未包覆的空白发射药。
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优先出版日期:2024-04-26 DOI: 10.11943/CJEM2024043
摘要:立式混合机内桨叶的行星运动可有效促进物料不同组分间的分散循环和均质分布,故已应用于固体推进剂药浆的制备过程。然而,混合机内的复杂界面及其运动导致药浆内部的混合机理与流变特性难以采用传统的方法进行研究。针对层流流动下推进剂药浆与桨叶耦合过程,基于光滑粒子法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH),连续体被离散为若干携带物理量的守恒质点。结合Herschel-Bulkley(HB)本构模型,发展了适用于非牛顿流体状态下推进剂药浆混合过程的无网格方法。将数值模拟和实验进行对比,验证所提出模型的准确性。通过探究桨叶运动参量与功率消耗的相关性,分析了几何构型、转动模式对药浆混合均匀程度及叶轮扭矩负载的影响规律。研究结果表明,若剪切速率指数n为0.47时,液体在非牛顿流动状态下,模拟结果相对文献实验结果的平均误差约为4.98%,故两者具有良好的一致性。行星叶轮搅拌2.65 s后,其混合均匀性指数相比于中心、偏心叶轮依次提高了8.9%和7.3%。而雷诺数Re = 1时,公转半径在0.11Dw ~ 0.23Dw范围内,扭矩的最大增幅可达38.4%。
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任海超, 贾宪振, 刘瑞鹏, 王昊, 孙晓宇, 张增明, 陶俊, 王晓峰
优先出版日期:2024-04-26 DOI: 10.11943/CJEM2023271
摘要:为详细了解强磁场辐射下三硝基甲苯(TNT)晶体性能的变化特性,借助扫描电子显微镜仪研究了强磁场辐射(0,6 T)下TNT晶体形貌变化,利用X射线衍射仪和拉曼光谱分析了磁场辐射下TNT晶格变化,采用差示扫描量热仪(DSC)获得了磁场辐射下TNT的热分解特性。最后基于分子动力学模拟,探讨了强磁场辐射下(0, 3 T, 6 T和8 T) TNT的晶格常数、微观分布、力学性能和撞击感度变化情况。结果表明:TNT晶体受到6 T磁场辐射后,微观形貌由辐射前的鳞片针状结构转变为不规则的块状结构,热分解放热峰温度由289.6 ℃升高到304.1 ℃,但TNT的晶体相结构和晶格常数未发生明显改变。理论结果同样表明TNT晶格常数不受磁场辐射的影响,但磁场会改变TNT分子在晶体内部的分布。8 T磁场辐射能显著改善TNT晶体的延展性。通过比较最长引发键的占比,发现8 T磁场会增加TNT晶体的撞击感度。
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优先出版日期:2024-04-25 DOI: 10.11943/CJEM2023245
摘要:为认识侵彻多层靶过程中装药意外点火的潜在机理,提出了基于多层嵌套子弹及双向限位设计思路,建立了一种连续多次冲击加载下结构装药非线性放大效应实验方法,验证了该方法的有效性,分析了非线性响应放大的内在机制,开展了多脉冲加载下结构非线性响应对装药点火行为的影响研究。结果表明:该实验方法能够针对装药进行灵活可控的多脉冲加载,加载应力峰值达百兆帕量级、脉宽达亚毫秒量级。一旦加载载荷的特征频率接近结构装药的固有频率,将产生结构非线性放大效应,装药应力幅值逐渐放大。在子弹速度、质量均相同的前提下,仅改变载荷频率,如果结构非线性响应发生放大,则PBX-3装药可能发生点火;反之则不会发生点火。可见,结构非线性放大效应是导致装药点火的一个重要因素。
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优先出版日期:2024-04-25 DOI: 10.11943/CJEM2024049
摘要:为了解决现有混合炸药用氧化剂高氯酸铵(AP)密度和有效氧含量低的问题,将密度和有效氧含量更高的氧化剂高氯酸钾(KP)与AP复合,使用分子动力学方法确定了AP/KP复合型氧化剂的最佳配比,使用物理混合法和溶剂蒸发法分别制备了新型AP/KP高密度高释氧复合型氧化剂,并采用电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、热分析仪(DSC-TG)对其元素组成、形貌、结构、成分和热性能等进行表征。结果表明:使用溶剂蒸发法制备的AP/KP复合型氧化剂的元素分布合理,粒度分布均匀;XRD晶型未发生变化,晶型较为完整;AP和KP的热分解峰温分解分别下降了11.25 ℃和13.87 ℃,更有利于热分解过程的进行。此外,将物理混合法和溶剂蒸发法制备的复合型氧化剂引入典型金属可燃剂Al粉中,对比研究了不同制备方法的样品和Al粉的点火和燃烧性能。结果表明,使用溶剂蒸发法制备的AP/KP复合型氧化剂和Al粉混合时燃烧热值达到12.228 MJ·kg-1,增压速率达到5.21 MPa·s-1,激光点火试验表明AP燃烧反应速率慢和KP点火困难的缺点均被大幅度改善。
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优先出版日期:2024-04-18 DOI: 10.11943/CJEM2024076
摘要:为了探索新型叠氮增塑剂1,5-二叠氮基-3-氧杂戊烷(AZDEGDN)在发射药配方中的应用前景,采用半溶剂法制备了以AZDEGDN为增塑剂的双基和三基发射药,并对含AZDEGDN发射药的形貌、密度及在不同温度下的静态燃烧性能进行了研究。结果表明,使用半溶剂法挤出成型工艺能够制备得到外观无明显瑕疵的含AZDEGDN的双基发射药(ADG-2)和三基发射药(ADG-3)。SEM测试显示,固体添加剂黑索今(RDX)和硝基胍(NGu)能够较为均匀地分布在ADG-3发射药内部。密度测试显示,ADG-2和ADG-3发射药的密度分别为1.44 g·cm-3和1.52 g·cm-3,均接近理论密度,说明发射药内部结构较为致密。密闭爆发器试验表明,常温(20 ℃)下,ADG-2和ADG-3发射药的静态燃烧性能均较为稳定,燃速随着压强增大而均匀上升,未出现明显的燃速-压强曲线(u-p曲线)转折现象,燃烧最大压强分别为237.71 MPa和263.80 MPa,燃速压强指数分别为0.9098和0.9754;RDX和NGu的添加使得含AZDEGDN发射药在低压段(50~100 MPa)和中压段(100~150 MPa)的燃速压强指数分别增大了15.5%和10.9%,而在高压段的燃速压强指数减小了4.2%;高温(50 ℃)和低温(-40 ℃)下,ADG-3发射药仍然能够保持稳定燃烧,燃烧最大压强由常温下的263.80 MPa分别变为265.92 MPa和261.13 MPa,燃烧时间由14.70 ms分别变为13.52 ms和16.40 ms,燃速压强指数由0.9754分别变为0.9464和0.9938。可见含AZDEGDN发射药的制备方法简单成熟,结构致密无瑕疵,静态燃烧性能稳定,有望成为一种新型低烧蚀发射药。
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优先出版日期:2024-04-15 DOI: 10.11943/CJEM2024032
摘要:为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果,采用有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法(FEM-SPH)建立水下多介质耦合爆炸模型;设计不同波纹钢-混凝土板复合结构防护方案,探究不同复合结构防护层(含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结构、含30°,45°,60°,75°波纹钢复合结构和含10,30,50,70 mm波高波纹钢复合结构)的水下削波吸能效果,并提出耗能分担率对复合结构进行防护效果评价。研究结果表明:混凝土板迎爆面与背爆面的模拟结果与试验结果较为吻合,验证了水下接触爆炸模拟过程;不同复合结构防护方案下,含12 mm厚波纹钢复合结构、含75°波纹钢复合结构和含70 mm波高波纹钢复合结构防护方案较无防护方案测点峰值压力最大降幅为63.2%,60%和57.9%,最大防护率分别为63.2%,60.0%和57.9%、耗能分担率为69.48%,66.26%和63.51%;最优型式(厚度为12 mm/夹角为75°/波高为70 mm)复合结构的削波吸能效果及防护效果均显著优于单一因素影响下的复合结构。研究成果可为不同波纹钢-混凝土板复合结构在水下抗爆防护领域的应用提供理论基础。
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优先出版日期:2024-03-28 DOI: 10.11943/CJEM2024010
摘要:为研究JEO炸药(3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)/奥克托今(HMX)/添加剂)的烤燃响应特性,设计了炸药烤燃多点测温-测压实验系统,开展了5 ℃·min-1和2 ℃·min-1 2种升温速率下的JEO炸药烤燃实验,获得了点火时间、点火温度、不同位置处炸药的温度历程和装置内部的压力历程,分析了升温速率对JEO炸药烤燃温度、压力变化和反应剧烈程度的影响。在实验研究的基础上,采用考虑压力对炸药热分解反应影响的炸药烤燃多相流物质输送模型,使用Fluent软件对不同升温速率下JEO炸药的烤燃热分解过程进行了数值模拟研究。研究结果表明,JEO炸药热分解反应在相变前较为缓慢,相变后反应速率加快,炸药温度升高加快、压力呈指数增长,直至点火,JEO炸药的点火温度约为220 ℃,在本实验的约束条件下响应等级为爆燃,具有良好的热安全性;随着升温速率的降低,JEO炸药的点火时间变长,点火位置由装药边缘移向中心,反应剧烈程度增加;点火前的热分解过程中只有少部分炸药发生了反应,大部分炸药在点火后的燃烧阶段发生反应。
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优先出版日期:2024-03-26 DOI: 10.11943/CJEM2023269
摘要:含能材料的形貌及结构对其各项性能具有显著影响,为改善现有含能材料的固有性能,满足武器装备不同应用需求,含能材料的组装是一种有效的技术手段。基于国内外学者的相关工作,从单一组分含能材料通过组装直接影响结构从而调控其性能、多组分复合含能材料的组分及复合结构协同调控性能两个角度出发,综述了当前含能材料的组装方法及其对性能的调控效果,阐述了其它功能材料组装对含能材料的启示。当前,单一组分含能材料组装可以带来新的炸药形貌,多组分组装可以弥补现有性能调控的不足,实现能量及安全性能协同提升,但含能材料的组装发展还面临着组装方法单一、过程调控难、组装机制尚不明确、多组分研究不够深入等问题。未来研究可以重点关注含能材料晶体组装理论完善、微介观表征技术发展及新组装技术探索三个角度。
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优先出版日期:2024-03-12 DOI: 10.11943/CJEM2023266
摘要:为了探究不同管材侧向环形切缝装药的爆炸能量传递特性,开展常规柱状装药和4种管材侧向环形切缝装药的爆炸实验,借助高速纹影拍照系统和冲击波超压监测系统捕获了爆炸波的传播历程和监测爆炸压力的分布情况,分析了侧向环形切缝装药爆炸能量传递规律,以及管材对其能量传递特性的影响。结果显示:侧向环形切缝装药爆炸之后,爆轰产物和冲击波均先朝着切缝方向向外传播,非切缝方向爆轰产物和冲击波的传播相对滞后;与常规柱状装药的爆炸压力对称分布相比,侧向环形切缝管会减小非切缝方向爆炸压力和增大切缝方向爆炸压力,爆炸压力的非对称分布证明侧向环形切缝装药在切缝方向诱发产生了聚能效应;不同管材侧向环形切缝装药的聚能效果强弱顺序为不锈钢(SS)>聚氯乙烯(PVC)>纤维强化塑料(FRP)>有机玻璃(PMMA)。
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优先出版日期:2024-03-07 DOI: 10.11943/CJEM2024033
摘要:为了研究三基发射药热烧蚀特性及变化规律,制备了组分含量不同的多种三基发射药,采用半密闭爆发器模拟烧蚀试验方法测定发射药样品的烧蚀性,分析了发射药高能组分含量、增塑剂含量对发射药爆温的影响规律,以及发射药爆温对烧蚀特性的影响规律。结果表明,环三亚甲基三硝胺(RDX)、硝基胍(NQ)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)含量改变会引起发射药爆温的变化,进而影响烧蚀性能;RDX含量增加1%,爆温增加0.59%,发射药烧蚀率增加1.23%;与未加入RDX相比,加入2%RDX的发射一烧蚀率增加23.38%;NQ含量增加1%,爆温降低0.23%,发射药烧蚀率降低0.56%;DOP含量增加1%,爆温降低2.99%,发射药烧蚀率降低7.01%;针对爆温在2600-3100 K的范围内的三基发射药,建立了质量烧蚀率与爆温的指数关系式,并分别给出了RDX、NQ、DOP体系的特征系数,为0.106、0.101、0.163。
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优先出版日期:2024-01-25 DOI: 10.11943/CJEM2023200
摘要:多晶型六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在推进剂体系中因与添加剂接触或环境条件(温度或压力)改变,晶型易发生转变形成混合晶型,导致推进剂结构损伤,性能降低。为阻止溶剂与CL-20的接触,抑制CL-20晶型转变,研究将基于己二胺(HMDA)与邻苯二酚(CCh)氧化自聚合反应生成聚酚胺(PCHA)薄膜,采用水悬浮法在温和的条件下对CL-20炸药晶体进行表面修饰,通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、拉曼光谱仪(RAMAN)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等对表面改性颗粒的形貌结构、包覆物含量、热稳定性及其在乙二醇溶液中的稳定性进行研究。结果表明,HMDA与CCh在温和条件下可对CL-20晶体表面进行修饰,并形成一层致密的PCHA包覆层;溶解称重法和高效液相色谱法(HPLC)测得PCHA包覆物含量约为1%;PCHA包覆将晶型转变温度和热分解温度分别提升了16 ℃和7 ℃,通过Kissinger法计算不同升温速率下的热分解活化能Ea发现CL-20@PCHA的活化能较CL-20提高了约8 kJ·mol-1,热稳定性得到较大提升;XRD测试结果表明PCHA薄膜可以有效阻隔溶剂与CL-20的接触,减缓CL-20在溶剂中的溶解速率,可有效抑制CL-20的晶型转变。
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优先出版日期:2024-01-17 DOI: 10.11943/CJEM2023219
摘要:为研究螺杆泵送和中深孔装药时伴随的高压作用对现场混装乳化炸药基质微观结构和热稳定性的影响,采用光学显微镜、激光粒度仪、水溶性实验、热重与微商热重联用技术、Kissinger法和Ozawa法、Coats-Redfern法和?atava法,对常压、高压环境下基质的微观结构、粒径分布、析晶含量、热分解过程、热分解反应活化能、热分解机理函数和速率方程进行了研究。结果表明,从常压到高压,基质内相液滴出现聚合、破乳、析晶现象,粒径由3.717 μm增大为4.474 μm,硝酸铵晶体的析出量由0.0530 g增大为0.0640 g,乳液体系均一性减弱;基质的平均热分解起始温度Tonset由157.4 ℃升高为184.0 ℃,平均一阶微商热重峰温Tp由262.6 ℃升高为281.8 ℃,平均质量损失平均速率由0.1454 %·s-1升高为0.1476 %·s-1,反应活化能由108.49 kJ·mol-1降低为84.74 kJ·mol-1,高压下蒸发破乳释放的游离水可能造成了Tonset与Tp上升,热分解反应更容易发生;Ozawa法计算的活化能随着转化率增大的变化趋势不同,热分解反应的机理函数从Valensi方程变为反Jander方程,其速率方程也发生了变化。高压作用促进了基质内相液滴聚合、破乳、析晶过程,降低了热分解反应发生的活化能,减弱了体系均一性、热稳定性。
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2024,32(7):683-692, DOI: 10.11943/CJEM2024023
摘要:破片在目标方向上的初速分布是评估定向战斗部威力的重要因素之一,为此对偏心双线起爆下战斗部定向侧全域破片的初速计算方法以及相较于中心起爆的动能增益进行了研究。基于微元思想推导了定向侧周向不同位置处破片初速的计算方法,开展了战斗部静爆试验,并将实验结果与理论计算进行对比,同时结合战斗部数值模拟结果对轴向速度修正函数进行了拟合,依据现有研究对算法普适性进行了验证。结果表明:所提出公式适用于偏心双线起爆战斗部,理论计算与试验结果间的误差不超过4.8%,计算结果符合实际情况;拟合所得修正函数可对轴向不同方位破片的飞散初速进行预估;在战斗部参数变化时算法仍具有较好的普适性,计算误差小于7.11%;与中心起爆相比,采用夹角为60°的偏心双线起爆模式可使定向侧中心-30°~30°范围内破片总动能增加34.9%。
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2024,32(7):693-701, DOI: 10.11943/CJEM2024089
摘要:为突破TATB基PBX超声仿真精度的局限,实现结构与性能关联的超声无损检测与表征,提出基于CT图像建模的PBX超声仿真建模方法,利用CT图像中颗粒相与黏结剂相显著的灰度分布差异提取结构形态和特征,通过对CT图像切片降噪、二值化、边界优化等处理,获得了包含造型粉颗粒及边界形态的二维几何结构模型,并将该模型用于超声传播过程的有限元仿真,定量对比了基于CT图像的超声仿真模型与Voronoi模型仿真效果的差异。研究表明,基于CT图像模型可以实现TATB颗粒及边界形态随机复杂结构特征的有效刻画,使得超声仿真结果与实验更趋一致,声速、衰减、频域幅值和表观积分背散射系数的误差分别为0.32%、1.14%、0.92%和1.55%,均在2%以内,相较于Voronoi模型的误差(2.77%、35.93%、20.70%、13.68%)大幅降低,仿真准确性得到显著提升。
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宋亮, 陈博聪, 张泳, 苏浩龙, 侯方超, 叶婧, 佘冲冲
2024,32(7):702-710, DOI: 10.11943/CJEM2024098
摘要:为了研究黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)和六硝基茋(HNS)晶体的形貌特征,采用了统一动力学三维分区方法对这3种含能材料晶体的实时生长形貌进行了模拟,研究了结晶生长条件对晶体外形和晶面拓扑结构的影响。研究结果表明,RDX预测的晶形呈现类菱形,主要晶面包括(0 1 0)、(1 0 0)和(1 1 0)面;HMX晶体呈柱状,主要晶面包括(0 1 1)、(0 1 0)和(1 1 -1)面;而HNS晶体呈薄片状,其中(1 0 0)面的显露面积最大,所预测的含能材料晶体外形与实验结果吻合。当RDX、HMX和HNS晶体呈现二维成核和外延生长模式时,较高的驱动力(Δμ=418.59 kJ·mol-1)导致晶体的分子层不断堆叠,呈现分层生长;而温度较低时,生长单元首先附着在晶面平台区域,逐渐形成“岛状”集聚,随后进行外延生长;当晶面足够大时,可能出现多个大小不同的“岛状”结构,并随时间增长逐渐合并。在较低驱动力下(Δμ=27.21 kJ·mol-1),HNS晶体呈现螺旋位错生长,其中(1 0 0)晶面通过一个螺旋轴引发片层生长,形成“梯田”型晶面。通过附着能力分析发现,螺旋的扭结位和台阶面具有较强的吸附能力,而平台上的位点吸附能力较弱。
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甘强, 张文博, 王亚军, 梁琳, 任姝, 李根, 何佳峻, 冯长根
2024,32(7):711-725, DOI: 10.11943/CJEM2024063
摘要:异伍兹烷衍生物是当前最具潜力的笼形含能化合物之一,为了系统研究异伍兹烷衍生物的高温热分解规律,明确其爆轰机理,研究采用ReaxFF-lg反应性力场和分子动力学方法,对3种典型异伍兹烷衍生物ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)和4,10-二叠氮甲基-2,6,8,12-四硝基六氮杂异伍兹烷(BATNIW)进行高温(1500~3500 K)热分解研究。结果表明,脱硝基和开环是3种衍生物的主要初始反应,其中开环反应集中在五元环C—N键或C—O键。不同温度下热分解终产物中CO2和H2含量差异较大,3000 K以上N2含量接近。3种衍生物中,BATNIW热分解生成N2速度最快、产量最高;TEX热分解易生成团簇,生成特征产物乙二醛。3种衍生物热分解活化能排序为TEX>BATNIW>ε-CL-20,说明TEX稳定性最好。研究初步揭示了3种异伍兹烷衍生物分子结构与热分解规律的内在联系。
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2024,32(7):726-736, DOI: 10.11943/CJEM2023196
摘要:为了探究孔内径向空气间隔对有/无金属罩聚能装药定向侵彻效果和炸药爆轰能量传递过程的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件,开展孔内装药空气间隔为6,8,10,12,14 cm时的数值模拟研究,分析了聚能装药中有药型罩形成EFP和无药型罩形成聚能气流的能量集中释放过程,以及对孔壁的定向侵彻深度。结果表明空气间隔小于10 cm时,聚能气流对孔壁的侵彻深度相对于EFP平均侵深分别提高了53%(6 cm)和29%(8 cm)。空气间隔大于10 cm时,EFP平均侵彻深度相比于聚能气流均增加了26%(12 cm和14 cm)。计算聚能轴线上EFP和聚能气流单位面积通过孔壁的动能,发现空气间隔较小时,聚能气流在空气中衰减耗散的能量小于EFP塑性变形耗能,此时聚能气流对孔壁的侵彻效果较优;空气间隔较大时,爆轰产物空间膨胀造成聚能气流轴线处的密度和动能显著降低,而EFP由于具有高密度和不可压缩性,能量分散小,动能衰减缓慢,此时EFP对孔壁的侵彻效果优于聚能气流。
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2024,32(7):737-744, DOI: 10.11943/CJEM2023254
摘要:飞片速度是冲击片雷管能否可靠起爆的一个关键因素,为了深入研究加速膛参数对飞片速度的影响,分别通过实验和数值模拟方法对飞片速度的影响因素进行分析。采用磁控溅射技术设计制备了一种膜层厚度为0.5/0.5/2 μm,尺寸为0.15 mm×0.15 mm的TiW/Ni/Au复合薄膜爆炸箔。在激励条件为0.1 μF、1200 V下,选用密度为1.45 g·cm-3,厚度为25 μm的聚酰亚胺飞片,利用光子多普勒速度测试技术测量了不同加速膛参数的飞片速度。研究结果显示:在相同孔径条件下,当加速膛厚度分别为0.3,0.4,0.5,0.6 mm时,随着加速膛厚度的增加,飞片速度先增后减,在厚度为0.4 mm时达到最高值;在相同厚度条件下,当加速膛孔径分别为0.15,0.23,0.3,0.35,0.45 mm时,飞片速度随孔径增加而降低,其中孔径为0.15 mm时速度最高;此外,在相同孔径和厚度下,飞片经过聚酰亚胺和陶瓷两种材质的加速膛测试得到的速度变化趋势和数值相近,而聚酰亚胺具有较高的强度和韧性,成本更低,因此可替代陶瓷作为加速膛材料。同时采用数值模拟方法重新拟合了适用于TiW/Ni/Au复合薄膜的飞片速度经验公式,验证结果表明,计算结果与实验数据的偏差均在2.5%以内。
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2024,32(7):745-753, DOI: 10.11943/CJEM2024046
摘要:为了解决TATB因溶解性差不适用于常规纯化方法的问题,采用反萃取技术,选用对TATB具有良好溶解性的新型绿色低共熔溶剂(CS-1),以水为反萃取剂,进行了TATB的纯化;对比了该法与其它纯化方法的不同,系统优化了该法中反萃取剂加入量、洗涤次数及干燥方式等条件对TATB的纯化影响,构建了纯度为(99.7±0.2)%,回收率为92.5%的TATB高效分离与绿色纯化方法。研究同时采用光谱过程监测和理论计算模拟,基于CS-1溶剂的TATB纯化动力学,探讨了基于氢键竞争和络合物解离的TATB纯化机制。
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彭盼盼, 屈炜宸, 杜黎小松, 史淑婧, 赵新岩, 李磊, 杜芳, 陶博文, 李洪旭
2024,32(7):754-760, DOI: 10.11943/CJEM2024081
摘要:二硝酰胺铵(ADN)作为一种极具应用前景的氧化剂,其阳离子NH4+易与空气中的水分子形成氢键,因而存在强吸湿性缺点,无法实现大规模化工程应用。据此,研究提出一种阳离子调控策略,结合Schiff base反应和离子交换反应,以对苯二甲醛(TPA)、氨基胍盐酸盐(AGC)和ADN为原料,通过操作简单、安全高效的一锅法反应,成功合成出含二价阳离子的新型二硝酰胺类含能离子盐(DBDN)。采用元素分析、红外光谱和核磁光谱等对其化学结构进行表征,同时结合热分析、机械感度测试和理论计算对其理化性能进行分析,并采用干燥器平衡法对ADN和DBDN进行吸湿性研究。结果显示,DBDN的撞击感度(IS)、摩擦感度(FS)和热分解温度(Td)分别为>40 J、16%和225 ℃,其安定性要远优于ADN(5 J、76%和198 ℃)。此外,在25 ℃、相对湿度(RH)分别为66%和75%的条件下,静置9 d后,ADN的吸湿率高达24.1%和39.5%,而DBDN仅为0.26%和0.48%,表现出不吸湿特性。
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2024,32(7):761-771, DOI: 10.11943/CJEM2023262
摘要:含支化结构的聚叠氮缩水甘油醚(BGAP)含能黏合剂比线型聚叠氮缩水甘油醚(GAP)含能黏合剂具有更高的相对分子质量、更宽的官能度(f)调节范围、更高的生成热、更低的黏度等,能够提高复合固体推进剂的能量水平以及改进其工艺性能和力学性能,是叠氮黏合剂的重要研究方向之一。如何可控调节官能度、相对分子质量及其分布等重要结构参数,成为获得高质量BGAP含能黏合剂的关键。本文详细阐述了BGAP的一步裂解叠氮化法合成工艺并提出了可能的合成机理,介绍了BGAP的性能研究现状,分析了存在的问题和不足,展望了BGAP的合成和性能研究发展方向,强调优化BGAP的后处理工艺、提高BGAP的制备能力以及加强BGAP的基础性能和应用研究是今后研究的重点。
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2024,32(7):772-783, DOI: 10.11943/CJEM2024011
摘要:射击残留物(GSR)是枪支发射时的重要伴生产物,GSR的分析对涉枪案件的侦查与诉讼活动中具有重要意义。传统的GSR检验主要以底火产生的无机物为主,而忽视了来自于发射药中的有机射击残留物(OGSR)成分。由于环境中普遍存在金属颗粒,以及无重金属弹药的生产和应用,常规检测方法易造成假阳性或假阴性的问题,因此OGSR的痕量检测技术正在成为研究热点。本文综述了近年来痕量OGSR检测的研究进展,重点讨论了拉曼光谱法、质谱法、液相色谱-质谱联用法以及电化学法在OGSR检测中的优势以及局限性,介绍了化学计量学在OGSR痕量检测中的应用。其中,液相色谱-质谱联用法检测OGSR的前处理简单,检出限低,灵敏度高。今后研究重点可基于液相色谱‐质谱联用技术获得的大量数据,并结合化学计量学的数据处理技术,构建具有快速分析识别OGSR样品的检测技术。
2024年第32卷第7期
>计算与模拟
>火工品技术
>制备与性能
>综述
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推进剂
2021-2023 发表
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发射药(2023年)
2021-2023 发表
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安全毁伤
2021-2023 发表
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火工品
2021-2023 发表
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制备与性能
2021-2023 发表
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晶体与显微分析
2020-2022 发表
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化学推进剂
2021-2022 发表
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热分解、安全性能与评价
2021-2022 发表
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制备与性能——材料成型表征研究
2021-2022 发表
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制备与性能——合成表征研究
2021-2022 发表
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制备与性能——合成与性能研究
2021-2022 发表
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推进与发射——推进剂构效关系
2021-2022 发表
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推进与发射——推进材料制备与性能
2021-2022 发表
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计算与模拟——结构约束下的材料结构与响应
2021-2022 发表
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计算与模拟——材料结构演化
2021-2022 发表
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计算与模拟——材料性能预测
2021-2022 发表
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庆三八妇女节专辑-2021
2020 发表
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- 观点
- 综述
- 含能快递
2024,32(3):232-234, DOI: 10.11943/CJEM2024068
摘要:
2024,32(2):3-8, DOI: 10.11943/CJEM2023272
摘要:
2023,31(9):859-861, DOI: 10.11943/CJEM2023188
摘要:
2023,31(6):527-530, DOI: 10.11943/CJEM2023098
摘要:
2019,27(12):981-983, DOI: 10.11943/CJEM2019181
摘要:
2019,27(11):894-896, DOI: 10.11943/CJEM2019157
摘要:
2019,27(9):717-719, DOI: 10.11943/CJEM2019098
摘要:
2019,27(6):445-447, DOI: 10.11943/CJEM2019065
摘要:
2019,27(4):270-273, DOI: 10.11943/CJEM2018343
摘要:
2019,27(4):266-269, DOI: 10.11943/CJEM2018367
摘要:
2020,28(5):366-368, DOI: 10.11943/CJEM2020067
摘要:
2020,28(7):588-590, DOI: 10.11943/CJEM2019306
摘要:
2021,29(11):1021-1024, DOI: 10.11943/CJEM2021256
摘要:
2021,29(10):885-887, DOI: 10.11943/CJEM2021227
摘要:
2021,29(8):689-693, DOI: 10.11943/CJEM2021156
摘要:
2021,29(7):581-583, DOI: 10.11943/CJEM2021020
摘要:
2021,29(4):269-271, DOI: 10.11943/CJEM2021096
摘要:
2021,29(1):2-6, DOI: 10.11943/CJEM2020164
摘要:
2022,30(9):874-876, DOI: 10.11943/CJEM2022204
摘要:
2022,30(4):291-293, DOI: 10.11943/CJEM2022063
摘要:
2022,30(5):415-416, DOI: 10.11943/CJEM2022070
摘要:
2024,32(7):772-783, DOI: 10.11943/CJEM2024011
摘要:射击残留物(GSR)是枪支发射时的重要伴生产物,GSR的分析对涉枪案件的侦查与诉讼活动中具有重要意义。传统的GSR检验主要以底火产生的无机物为主,而忽视了来自于发射药中的有机射击残留物(OGSR)成分。由于环境中普遍存在金属颗粒,以及无重金属弹药的生产和应用,常规检测方法易造成假阳性或假阴性的问题,因此OGSR的痕量检测技术正在成为研究热点。本文综述了近年来痕量OGSR检测的研究进展,重点讨论了拉曼光谱法、质谱法、液相色谱-质谱联用法以及电化学法在OGSR检测中的优势以及局限性,介绍了化学计量学在OGSR痕量检测中的应用。其中,液相色谱-质谱联用法检测OGSR的前处理简单,检出限低,灵敏度高。今后研究重点可基于液相色谱‐质谱联用技术获得的大量数据,并结合化学计量学的数据处理技术,构建具有快速分析识别OGSR样品的检测技术。
2024,32(7):761-771, DOI: 10.11943/CJEM2023262
摘要:含支化结构的聚叠氮缩水甘油醚(BGAP)含能黏合剂比线型聚叠氮缩水甘油醚(GAP)含能黏合剂具有更高的相对分子质量、更宽的官能度(f)调节范围、更高的生成热、更低的黏度等,能够提高复合固体推进剂的能量水平以及改进其工艺性能和力学性能,是叠氮黏合剂的重要研究方向之一。如何可控调节官能度、相对分子质量及其分布等重要结构参数,成为获得高质量BGAP含能黏合剂的关键。本文详细阐述了BGAP的一步裂解叠氮化法合成工艺并提出了可能的合成机理,介绍了BGAP的性能研究现状,分析了存在的问题和不足,展望了BGAP的合成和性能研究发展方向,强调优化BGAP的后处理工艺、提高BGAP的制备能力以及加强BGAP的基础性能和应用研究是今后研究的重点。
2024,32(6):660-671, DOI: 10.11943/CJEM2024088
摘要:含能材料的开发面临诸多挑战,传统“试错法”的研发模式会导致研发周期长,效率低。随着数据科学与人工智能技术的发展,基于数据驱动的研发模式为含能材料的发展开辟了新的路径。多环含能化合物是当前含能材料学科的研究热点,其中氮杂多环骨架由于存在π电子的离域共振和较多的可修饰位点,分子结构的稳定性得到提高,同时能量基团的存在保证了分子的能量水平,使得能量与稳定性之间的固有矛盾得到很好的平衡。研究简要介绍了数据驱动开发新型含能材料的工作流程,概述了数据驱动方法用于氮杂多环含能化合物开发的最新研究进展,最后对数据驱动的方法用于新型含能材料的开发提出展望。未来的发展方向应考虑通过数据增强、治理等手段补充数据量,以提高模型预测的准确性及泛化能力;可通过建立化学反应条件和合成路径筛选的机器学习模型预测分子的可合成性,从而加速新型氮杂多环含能化合物的开发。
2024,32(6):672-682, DOI: 10.11943/CJEM2024031
摘要:偶氮桥连富氮杂环含能化合物在含能材料领域应用广泛。传统构建偶氮桥连化合物通常采用氧化偶联法,存在安全风险高和环境污染严重等问题。电化学合成方法由于其高效、可控和环境友好等优点备受研究者青睐。本文围绕近年来呋咱、吡唑、三唑、四唑等偶氮桥连富氮杂环含能材料的电化学合成研究,介绍了电解质和电极等条件对反应的影响,总结了不同偶氮桥连富氮杂环含能化合物的电化学合成机理,提出了未来的研究方向,如采用电化学制备传统方法无法合成的含能分子,利用电化学方法实现氮-氮单键、碳-氮单键、分子内偶氮键等化学键的构建,和探索稠环以及连环等复杂含能材料的电化学合成以及电化学合成方法的工程化放大研究等,为电化学合成偶氮桥连富氮含能分子的研究和采用电化学方法制备含能材料提供参考。未来研究中可以通过电化学方法实现已知含能材料的绿色合成,并且定制化生产和开发传统有机合成方法无法制备的高性能新含能材料。
2024,32(5):554-569, DOI: 10.11943/CJEM2023239
摘要:固体推进剂界面作为固体发动机结构中力学性质相对薄弱的部分之一,明确其物化性质、损伤演化模式以及脱湿对推进剂结构完整性的影响是极其重要的研究内容。与实验相比,利用数值模拟能够快速、高效地研究各种界面体系下的不同物化性质,具有较好的应用前景。从微观尺度分子动力学、细观尺度有限元数值仿真与宏观数值模拟角度出发,综述了复合固体推进剂多种界面力学性质的研究进展,探讨了多尺度下复合固体推进剂界面数值模拟对固体推进剂工程设计的推动作用与目前存在的不足,并展望了未来的发展方向。
2024,32(4):422-434, DOI: 10.11943/CJEM2023177
摘要:为了充分利用碳纳米材料的性能优势,本文总结了碳纳米材料对含能材料降感的研究进展。分析了典型碳纳米材料,如石墨、碳纳米管、石墨烯及其衍生物和富勒烯及其衍生物对降低含能材料撞击感度、冲击波感度和摩擦感度的作用,并探讨了不同碳纳米材料的降感机制。最后对碳纳米材料在该领域的发展前景进行了展望,认为优化碳纳米材料与含能材料的复合材料制备工艺、深入理解碳纳米材料性质并进行功能化修饰、调控碳纳米材料与含能材料的界面相互作用以及进一步探究碳纳米材料的降感机制将是今后研究的重点工作。
王哲君, 强洪夫, 王稼祥, 裴书帝, 李世奇, 耿挺京, 韩永恒
2024,32(4):435-464, DOI: 10.11943/CJEM2024014
摘要:从微观、细观、宏观尺度和跨尺度4个方面,对复合固体推进剂损伤行为的研究进展进行了梳理,重点综述了不同尺度下损伤的观测和表征方法、损伤阈值的确定方法、损伤演化模型的构建方法、损伤数值模拟方法及宏细观跨尺度分析方法,并在此基础上针对当前研究中存在的若干不足,展望了需进一步重点开展研究的方向:拓宽微观尺度上开展复合固体推进剂损伤行为数值模拟时考虑的影响因素的范围,并从多个方面加强与试验研究结论的验证;提高细观尺度上损伤观测试验的能力、损伤演化模型的表征水平和损伤数值模拟的计算精度;提高宏观尺度上损伤识别测试试验的检测精度、损伤阈值确定方法的精确性和损伤演化模型的预测能力;在形成微细宏观单一尺度上复合固体推进剂损伤行为研究的标准规范的基础上,进一步建立推进剂损伤行为跨尺度研究的理论方法体系。
2024,32(4):408-421, DOI: 10.11943/CJEM2023226
摘要:含能分子研发面临多重挑战,传统“试错法”效率低下,计算机辅助分子设计的出现改变了研发模式。本综述回顾了含能分子设计的发展历程,介绍了计算机辅助含能分子设计的研究现状,并概述了人工智能技术(AI)在性质预测、分子生成、合成路线和反应条件预测等多个设计环节的最新进展,讨论了当前含能分子设计模式与其他材料设计方法的差距,思考差距产生的原因,并对未来AI辅助含能分子设计的发展方向提出展望。研究发现,AI在含能分子性能预测和分子生成等方面已经有了应用,但在合成路径规划和反应条件优化等环节的应用仍有待进一步探索,应用前景巨大。通过数据增强、迁移学习或高通量计算有望能够解决含能分子数据薄弱的问题;加强AI辅助含能分子合成路线与反应条件探索有望贯通“设计→评估→制备→验证”全流程自动化分子设计模式。AI辅助含能分子设计为提升含能分子设计水平提供新的可能性,有助提升含能分子研发效率。
2024,32(3):325-344, DOI: 10.11943/CJEM2023267
摘要:目前传统的间歇制备过程由于受制于宏观尺度难以对工艺参数、产物结构及性能实现精准调控,导致产物的均一性差,制备过程存在显著的安全隐患。因此,如何实现含能材料的安全、可控和高效的制备已成为目前研究的热点。微反应器以其微型化、集成化、高度安全性和出色的传质传热效率等诸多优势,高度契合含能材料制备过程的需求。因此,微反应器技术逐渐引起了研究者的广泛关注,在含能材料制备中崭露头角。本文介绍了微反应器在危险化工合成过程及含能材料制备中应用的国内外研究进展,特别关注了其在单质含能材料和复合含能材料制备中的潜在应用,对未来的研究方向进行了展望,强调了未来微反应器技术领域的发展需求包括规模化生产、三废处理及智能化平台建设等。
2024,32(3):312-324, DOI: 10.11943/CJEM2024017
摘要:含能材料广泛应用于兵器工业、航空航天及民用建设等领域。其合成过程复杂、危险性高,传统釜式反应工艺难以满足产品质量和过程安全控制的要求。微反应技术具有热质传递速率高和安全性好等优点,在含能材料领域具有广阔的发展前景。为此,本文从微反应技术基本原理、含能化合物合成、含能颗粒材料制备和超声微反应器四方面展开综述,基于化学工程视角,阐释微化工技术在含能材料领域的应用特点。同时,总结并展望了技术领域的研究难点与未来发展方向,包括反应动力学/热力学、高黏/含固流体混合强化、反应放大与智能系统、三废处理及如何与人工智能等新兴学科结合等问题。
2024,32(2):211-229, DOI: 10.11943/CJEM2023252
摘要:固体火箭发动机的健康状况在很大程度上取决于装药的实时状态,因此对装药状态进行监测是确保固体发动机结构完整性和使用可靠性的重要基础。本文从环境状态监测、化学状态监测、力学状态监测以及监测数据综合应用4个方面综述了相关的研究进展,指出了装药状态监测的必要性,多方面总结了装药状态监测取得的研究成果与存在的不足,并针对监测技术手段及监测数据应用等方面提出了发展构想。分析认为,监测技术应聚焦在嵌入式传感器相容性技术、新理念传感技术以及长寿命技术等方面,监测数据应用方面应大力建设数据库、诊断和预测健康管理系统,以期借助有限元模型更新方法推动固体火箭发动机全寿命数字孪生技术的发展。
2024,32(1):102-115, DOI: 10.11943/CJEM2023128
摘要:综述了爆炸网络多点起爆技术和直列式多点起爆技术的发展,介绍了爆炸网络多点起爆技术的多点同步爆炸网络和多点逻辑爆炸网络的应用现状,分析了两者的优势及不足;对比了直列式多点起爆技术的国内外研究现状,讨论了多点起爆点数、起爆方位参数对多点起爆系统性能的影响,指出了多点起爆技术未来研究方向:多点起爆精确控制方法研究,多点起爆装置模块化与集成化研究,低成本多点起爆技术研究,复杂环境下多点起爆系统安全性与可靠性研究。
王小龙, 巨荣辉, 张耀远, 吴芹, 史大昕, 陈康成, 黎汉生
2023,31(11):1173-1196, DOI: 10.11943/CJEM2022250
摘要:含能材料在国防以及民用等领域均有重要的战略价值。其中,热分解特性是直接关系到含能材料能否有效应用的最主要特征之一,明确含能材料的热分解行为及机理对进一步提高其热分解效率或抑制其不稳定分解至关重要。以3种典型含能材料:环四亚甲基四硝胺(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)为研究对象,从关乎热分解特性的基础物化性质展开介绍,总结其相关热分解行为及机理,重点论述了影响其热分解特性的材料结构特征和添加剂类型。发现硝基脱除是热分解发生的关键步骤,而富含活性中心的金属元素材料和富含活泼基团的有机类材料易与硝基作用,能加快热分解过程。无机非金属材料则因其具有较大的比表面积和优异的气体扩散能力也可起到促进分解的作用。以共晶、包覆、加入钝感剂为主的3种方法被广泛用于提高这3种含能材料的热稳定性能。在热分解机理研究基础上,开展热分解促进剂和抑制剂的设计研发,这将有效推动含能材料热应用的创新发展,成为未来含能材料热分解特性的研究重点。
2023,31(11):1158-1172, DOI: 10.11943/CJEM2022103
摘要:稠环含能化合物由2个或2个以上的共用原子和1个化学键的环构成,具有较大π-π共轭结构,是一类热门的新型含能材料。含能稠环独特的多环共面结构和较大共轭体系,表现出良好的安定性,同时多个含氮杂环组成的共面结构还使得其具有较高的生成热、较大的环张力和优异的能量水平,能够在高性能和分子稳定性之间取得平衡。含氮桥头类稠环骨架以C—N键为共用键连接多个氮杂环,此类稠环大多具有良好的密度、稳定性和多个可修饰位点,是含能稠环领域中的一类新型含能骨架。本研究简要介绍了近年来报道的氮桥头型含能稠环化合物的合成、爆轰性能和稳定性研究,为该类化合物后续的研究和发展提供一定的参考。
2023,31(10):1059-1067, DOI: 10.11943/CJEM2022177
摘要:高精度计算水平下的量子化学数据对于含能化合物的设计、合成以及表征具有重要意义。因此,建立含能化合物量子化学数据库,收集含能化合物在高精度计算水平下的量子化学数据,既能够避免重复性的计算研究与资源消耗,也保证了数据质量以便进行深入分析及知识挖掘,进而获得可靠的含能化合物结构与性质的分析预测模型。本文总结并梳理近年来量子化学计算所获得的含能化合物关键性结构和性质数据种类、数据库与高通量虚拟筛选相结合的含能化合物分子设计进展;并从量子化学计算标准与数据模型的选择、数据库以及数据库管理系统的开发等角度,对含能化合物量子化学计算数据库的设计与应用进行了展望,包括:(1)明确基准计算方法与性质预测模型以产生本领域专用性的数据;(2)建立开放共享的数据库以实现与高通量虚拟筛选相结合;(3)开发数据库管理系统以实现查询、获取与知识挖掘,以期为含能化合物量子化学数据库的设计及实际应用提供有益的参考。
2023,31(10):1068-1078, DOI: 10.11943/CJEM2023120
摘要:含能材料的球形化可以显著提升炸药晶体的加工及应用性能。基于目前国内外对典型含能材料球形化技术的相关研究,从结晶策略角度综述了球形单晶体、球形聚结晶体以及球形分支晶体的研究进展。重点介绍了各球形产品的结晶工艺、球形化机理及降感效果。指出球形产品具有流动性好、堆密度高、感度低的特点,应用潜力巨大,建议结合晶体工程思维,建立各典型含能材料结晶基础数据库、强化在线过程监测、完善模型计算以及多学科交叉研究,为含能材料球形化结晶工艺精确调控和工业生产提供指导。
2023,31(10):1079-1087, DOI: 10.11943/CJEM2023165
摘要:武器弹药的安全问题十分重要,关乎装备的生存力和战斗力。弹药面对的复杂恶劣环境,对弹药安全性提出更高要求,发展安全弹药是必由之路。弹药安全性主要取决于固有安全性和安全性增强技术。不敏感炸药是提高弹药固有安全性的关键途径,装药和结构增强与防护是提高弹药安全性的重要手段。为满足弹药高毁伤威力和安全性要求,需要从炸药的分子、晶体、混合体系等多尺度结构上平衡协调炸药高能量与不敏感之间的突出矛盾;装药结构、弹体弱链结构和防护增强等安全性增强技术可有效控制弹药装药意外点火和反应烈度及其演化,进一步提高弹药在异常环境及事故条件下的安全性。为此,提出了安全弹药系统设计思路与技术方法:加强不敏感炸药多尺度材料设计与性能调控基础,补齐装药结构与防护增强及装药异外点火反应控制短板,探索发展材料—结构—功能一体化设计。
2023,31(9):917-930, DOI: 10.11943/CJEM2023008
摘要:AlH3是一种新兴的含能材料,与Al粉相比,具有更高的能量密度。同时AlH3燃烧释放大量的氢气,能显著降低燃气平均分子量,可以用作火炸药的含能组分。但AlH3转晶过程极为危险,不稳定杂相分离困难,难以获得纯净的稳定相α-AlH3。制备AlH3配合物则可规避转晶的危险性,同时配合物保持了AlH3的结构单元,可以通过重结晶方法进行纯化,具有广阔的应用前景。本文综述了AlH3配合物的合成方法、AlH3配合物的配位模式以及AlH3配合物的种类及应用,重点分析了叔胺、叔膦、醚和卡宾配体及不同配位结构对AlH3配合物的热化学性能的影响,展望了AlH3配合物的研究方向。
2023,31(9):931-948, DOI: 10.11943/CJEM2023018
摘要:电控固体推进剂(electrically controlled solid propellant,ECSP)具有多次点火和燃速可控的特性,可广泛应用于从微观到宏观的推进系统。本文总结了国内外以硝酸铵、硝酸羟胺和高氯酸盐为氧化剂的ECSP的研究概况,重点综述了硝酸羟胺基ECSP和高氯酸盐基ECSP点火、燃烧及熄灭特性的研究进展,分析了电压、压强以及金属添加剂对ECSP燃速调节的影响规律,并讨论了电能在ECSP点火和燃烧过程的作用机制。同时为未来深入研究ECSP点火、燃烧及熄灭机理提出参考建议:开展ECSP固相和气相化学反应机理研究,建立点火、燃烧及熄灭模型和反应机理框架;系统研究电极排布和电极构型对ECSP燃烧效率的影响以及ECSP配方与导电性能之间的关系,寻求改善电极和推进剂界面电阻的方法。优选高性能ECSP配方,完善ECSP燃烧反应机理及燃速调节机制,提高ECSP压强阈值,是电控固体火箭发动机设计、应用和性能调控的关键。
2023,31(9):949-967, DOI: 10.11943/CJEM2023148
摘要:与仅含叠氮基(─N3)的增塑剂相比,含多种能量基的叠氮增塑剂往往具有更大的密度、更高的氧平衡、更突出的能量性能等,能赋予推进剂更大的比冲和更好的燃烧性能,成为该领域的研究热点。然而如何在分子层面精准调控结构中微观能量基的种类、数量及其区域分布位置等重要参数,成为设计合成高能量密度、钝感、低玻璃化转变温度、高热稳定性、高氧平衡含能增塑剂的关键。为此综述了自20世纪七十年代末报道的含硝基(─C─NO2)、硝酸酯基(─O─NO2)、硝胺基(─N─NO2)、氟胺基(─NF2)以及呋咱基(1,2,5-噁二唑基)5种叠氮增塑剂在分子设计、合成、性能表征及推进剂应用研究方面的进展,梳理了研究中存在的问题及不足,给出了合成综合性能优良的多种能量基叠氮增塑剂的几点建议,并指出含─C─NO2和─N─NO2叠氮增塑剂是兼顾分子性能和合成难度的潜在研究方向,以期为从事该领域工作的科研人员提供些许借鉴和参考。
2023,31(8):844-856, DOI: 10.11943/CJEM2023127
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。
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