CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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    含能材料 | 2020年第12期
  • CL-20基含能薄膜的微双喷直写成型与性能
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  • 典型压装与浇注PBX炸药缝隙挤压损伤-点火响应
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  • CL-20/1,4-DNI共晶形成的热力学
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  • 球形Al-Si合金燃料的制备及其反应特性
    含能材料 | 2020年第8期
  • 4-叠氮基-2,2,6,6-四硝基金刚烷的合成与热稳定性
    含能材料 | 2020年第7期
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  • 超支化聚合物稳定的JP-10基铂纳米流体燃料的制备与催化燃烧性能
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  • 【投稿截止 2021年4月1日】随着炸药合成化学的发展,近年来出现了多种炸药合成的新理论和新方法,在此基础上,新的炸药分子不断被构建出来,为及时、系统地展示炸药合成领域的新理论、新方法以及构建出的新颖、实用炸药分子,《含能材料》特邀南京理工大学程广斌教授担任专题编审,于2020年下半年推出“炸药合成化学”专刊,现向广大学者征集符合该专题方向的原创性研究论文及综述,以加强交流,共同促进我国含能材料发展。
  • 【投稿截止 2021年6月1日】含能材料是武器系统的动力源和威力源,是实现远程精确打击和高效毁伤的重要物质基础。在航天和国防事业的需求牵引下,含能材料的研究得到了长足发展。近年来,以CL-20为代表的高能量密度化合物成为含能材料领域的研究热点,但其应用时需要加入粘合剂、增塑剂、键合剂、催化剂等多种功能性助剂来调节配方的整体性能。实践证明,助剂对PBX炸药、固体推进剂、发射药等含能材料的力学性能、加工性能、燃烧性能、感度,甚至能量水平都会产生至关重要的影响,因此,开发综合性能优异的功能性助剂已成为含能材料研究中的关键问题。为此,《含能材料》特邀北京理工大学罗运军教授担任专题编审,于2021年下半年推出“含能材料功能助剂”专栏,研讨含能材料功能助剂的开发与应用,现向广大学者征集符合该专题方向的原创性研究论文及综述,以加强交流,共同促进我国含能材料功能助剂的发展。
  • 【投稿截止 2021年7月1日】高活性金属材料,也被称为高活性、高热值可燃材料,是指在含能材料配方体系中能够提高输出能量,或改善能量输出结构的高热值可燃剂,主要包括纳米铝粉、高热值金属组装材料、贮氢合金、金属氢化物、硼氢化合物等。目前,美俄中等都在积极开展这一类材料在含能材料体系中的应用研究,探究这一材料的创制、制备工艺、作用机理、安全性、安定性、作用可靠性、测试表征技术等。通过将高活性金属材料引入到含能材料配方体系中,可望大幅度提高含能材料的能量水平,调节能量输出形式,最终提升武器弹药性能,为促进高活性金属材料研究和技术进步,《含能材料》特邀南京理工大学刘大斌研究员担任专题编审,于2021年下半年推出“高活性金属制备与应用”专栏,现向广大学者征集原创性研究论文及综述,以加强交流,共同促进高活性金属材料研究的发展。
  • 【投稿截止 2021年1月1日】含能材料的爆轰物理是爆炸力学的一个重要分支,涉及爆轰的激发、爆轰波的传播、爆炸对介质的作用等问题相关的化学与物理内涵、相关的理论模型、爆轰现象及物理参量的实验诊断技术等。该领域的研究和发展对于推动含能材料的设计、开发、性能评估、推广应用等有重要的指导和支撑作用,乃至会带动相关火工品、武器弹药、战斗部等的设计与研制的发展与提升。为此,《含能材料》特邀中国工程物理研究院化工材料研究所韩勇研究员担任专题编审,于2021年上半年推出“含能材料爆轰物理”专栏,现向广大学者征集符合该专题方向的原创性研究论文及综述,以加强交流,共同促进我国含能材料爆轰物理发展。
  • 【投稿截止 2020年11月1日】侵彻弹药高效毁伤研究对国防尖端科技和国民经济建设有着巨大的推动作用,提高弹体的侵彻能力,使之能有效地摧毁目标,以及提高防护工程的抗侵彻能力,有效地保护目标,都是军事研究中最为关心的问题。为此,《含能材料》特邀北京理工大学陈小伟教授担任专题编审,于2021年上半年推出“侵彻弹药高效毁伤”专刊,更好地促进同行交流和行业技术发展。
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    • 宋先钊, 江军, 安高军, 王永旭, 崔赛楠, 李斌, 解立峰

      优先出版日期:2021-01-11  DOI: 10.11943/CJEM2020223

      摘要:为探索毁伤威力较优的新型云爆药剂液相组分,以聚甲氧基二丁基醚、聚甲氧基二甲醚、正丁醇和仲丁醇为研究对象,以传统典型燃料环氧丙烷为对照,采用压力测试系统、高速录像和红外热成像仪记录相关实验数据,研究了上述5种燃料在以18 g黑索今(RDX)为中心分散药及160 g梯恩梯(TNT)为二次起爆药柱时的云爆特性。试验结果表明,聚甲氧基二甲醚的临界起爆能高于其他3种燃料。热辐射损伤半径大小关系为:环氧丙烷(18.9 m)>仲丁醇(16.6 m)>正丁醇(16.0 m)>聚甲氧基二丁基醚(15.6 m)>聚甲氧基二甲醚(12.0 m)。运用PROBIT方程评估该5种燃料对人和建筑物的毁伤效果,结果表明,丁醇类燃料(正丁醇、仲丁醇)对人和建筑物的毁伤效果优于聚甲氧基醚类燃料(聚甲氧基二丁基醚、聚甲氧基二甲醚),而环氧丙烷的毁伤效果最优。

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    • 刘赛, 石伟, 王毅, 张庆华

      优先出版日期:2020-12-16  DOI: 10.11943/CJEM2020228

      摘要:富氮稠环类氮氧化物由于其平面共轭的分子骨架结构和共价氮氧键官能团,通常具有密度高、爆轰性能优异及感度适中等优点,因此,这类化合物已逐渐成为含能材料领域的研究热点。本研究综述了近十年来合成的20种富氮稠环类氮氧化物的分子结构、合成方法及理化性能等,比较了富氮稠环分子氮氧化前后的主要理化性能参数,为其合成及性能研究提供一定的参考。

    • 翟成林, 陈小伟

      优先出版日期:2020-12-28  DOI: 10.11943/CJEM2020316

      摘要:随着远程作战的理念在现代战争中正不断深化和发展,导弹打击已成为各种作战方式中不可或缺组成部分。导弹战斗部对目标的毁伤评估则成为年来毁伤研究的重点。本文围绕导弹战斗部打击目标过程所涉及的毁伤评估研究进行总结概述,分别从目标毁伤评估模型、毁伤过程主体、分类目标毁伤、毁伤评估手段四方面进行阐述,梳理现有主要成果。指出目前存在毁伤程度判定不规范、毁伤映射关系不清晰以及毁伤概率求解不准确等主要问题,并针对存在的问题和研究不足提出未来研究方向的见解,可为相关领域的研究提供参考。

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    • 蒋帅, 刘琼, 南风强, 尹记红, 堵平

      优先出版日期:2020-12-25  DOI: 10.11943/CJEM2020252

      摘要:为了解37孔硝基胍发射药单一装药和混合装药的定容燃烧性能,采用花边形37孔三胍-15发射药为主装药(MC),花边形19孔三胍-15包覆药为辅助装药(B)。通过定容密闭爆发器实验,装填密度为0.20 g·cm-3,在高温(50 ℃)、常温(20 ℃)、低温(-40 ℃)条件下,研究弧厚对单一主装药燃烧性能的影响以及混合比例对混合装药(MC+B)燃烧性能的影响。结果表明,随温度降低,37孔单一主装药侵蚀燃烧现象越明显,燃烧渐增性越弱,而相同温度下,弧厚越大的主装药,其侵蚀燃烧现象越不明显,燃烧渐增性越强;温度越高,同一混合比例的混合装药ΔLLm/L0值越大,燃烧渐增性越好;相同温度下,混合装药的燃烧渐增性均强于单一主装药,且随着包覆药比例增加,侵蚀燃烧峰逐渐减小,说明包覆药的加入明显地提高了混合装药的渐增性并降低了侵蚀燃烧峰,且在50,20,-40 ℃条件下,混合装药获得较佳燃烧渐增性的混合比例均为7:3。

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    • 崔涛, 刘知涵, 谢玮, 薛向贵

      优先出版日期:2020-12-25  DOI: 10.11943/CJEM2020174

      摘要:含能材料的撞击感度可以通过分子动力学模拟获得,然而其计算成本昂贵且受部分材料缺乏合适力场的限制。本文设计了用于评估含能材料撞击感度的空间位阻指数(Steric Hindrance Index,SHI)的计算算法并开发了相应的计算机程序。该算法压缩原子在晶胞内的坐标以模拟含能材料受到撞击时的形变,对指定的滑移系建立新的空间直角坐标系并旋转晶胞以处理任意撞击方向和滑移系,将旋转后的晶胞内分子根据质心的x坐标进行分层,计算每相邻两分子层在投影区域内的重叠面积,归一化后获得空间位阻指数。根据设计的含能材料空间位阻指数算法,计算了在压缩比为0.1时太安(PETN)、苯并三氧化呋咱(BTF)、奥克托今(RDX)和梯恩梯(TNT)的平均SHI依次为0.8707、0.7940、0.4228和0.0924,与文献中上述材料撞击感度呈降低趋势的结果相符。根据SHI判别含能材料的滑移系敏感性与采用分子动力学模拟的温度、化学反应生成物含量等计算结果的判断一致,而计算成本和方法适用性有较大提高。

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    • 宫正, 涂小珍, 曾贵玉, 白亮飞, 曹可

      优先出版日期:2020-12-25  DOI: 10.11943/CJEM2020152

      摘要:为深入理解纳米三氨基三硝基苯(TATB)炸药在不同贮存环境下的稳定性,设计了90 ℃,不同湿度(10%RH、50%RH和90%RH)以及低气压(200 Pa)等多种贮存环境条件,借助中子小角散射(SANS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(IR)等表征技术,对不同温度、温湿度及低气压环境纳米TATB微结构演化规律进行了研究。实验结果表明,纳米TATB经45 ℃、60 ℃和71 ℃热老化后,其比表面积均明显下降,且老化温度越高下降趋势越显著并出现部分晶体颗粒长大;湿热极端环境(90 ℃,90%RH)则显著影响纳米TATB晶粒贮存稳定性,经短期(5天)贮存纳米TATB即出现显著的颗粒长大现象,尺寸约1~3 μm;纳米TATB经90 ℃低气压(200 Pa)环境贮存也出现晶粒长大并呈微米级片状结构;基于不同贮存环境条件的试验结果,分析了纳米TATB长大熟化机制,即纳米TATB表面能较高,在温度和湿度作用下部分TATB分子克服能垒,迁移、扩散并在晶粒表面重排长大。

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    • 伍鹏, 李高春, 韩永恒, 王哲君, 钱仁军

      优先出版日期:2020-12-25  DOI: 10.11943/CJEM2020096

      摘要:为了研究固体火箭发动机粘接界面的损伤破坏过程,按照QJ2038.1A-2004制作了固体火箭发动机矩形粘接试件,对粘接试件进行了单向拉伸试验,获得了粘接试件的损伤破坏模式。根据粘接试件损伤破坏特点,建立了粘接试件的有限元数值模型,采用基于分步反演与Hooke-Jevees优化算法结合的反演方法,准确地获取了推进剂/衬层/绝热层界面混合模式下双线型内聚力模型的相关参数,将其应用于粘接试件拉伸试验损伤破坏过程的数值模拟中。研究结果表明:粘接试件主要的破坏形式为推进剂/衬层/绝热层界面处的脱粘;提出的反演识别方法能够较好地获取固体火箭发动机的界面相关参数,拉伸速度为2 mm·min-1时,固体火箭发动机粘接界面的初始模量、最大粘接强度、断裂能分别为0.86 MPa、0.63 MPa、3.13 kJ·m-2;推进剂/衬层/绝热层界面的损伤导致粘接试件的应力随应变增加的速率减慢,人工脱粘层尖端处界面的起裂,并且沿试件中央扩展,最终贯穿粘接试件是粘接试件主要损伤破坏模式。

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    • 王敬凯, 陈捷, 睢贺良, 于谦, 杨秀兰, 索志荣, 孙杰, 银颖

      优先出版日期:2020-12-24  DOI: 10.11943/CJEM2020146

      摘要:微纳米铝粉发生氧化反应是其放热释能和老化失活的重要途径,分子动力学和反应动力学是阐明铝粉氧化反应的微观机制,为定量水平描述氧化反应进程提供了必要手段。按照反应体系的类型,将铝粉的氧化反应分为铝-氧、铝-水以及铝-其他氧化物反应体系,综述了近年来分子动力学和反应动力学在上述反应体系中的进展,对铝粉氧化动力学的机制及氧化壳层、粒径、原子扩散速率、温度和氧浓度等关键影响因素进行了讨论,展示了分子动力学和反应动力学方法在铝氧化行为研究中的灵活性和有效性。在此基础上,针对不同氧化反应体系亟待解决的重要问题进行了分析和展望,提出未来重点需解决多因素作用下的氧化动力学、铝-水(气态)反应动力学,以及深化铝-其他氧化反应动力学研究等问题。

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    • 刘光昆, 刘瑞朝, 汪维, 王幸, 赵强

      优先出版日期:2020-12-24  DOI: 10.11943/CJEM2020281

      摘要:拱形结构作为地下工程的主要结构形式之一,目前大多研究都集中在数值仿真上,所得到的结构破坏特征及响应数据缺乏相应的试验验证,不能充分地指导地下工程的抗爆设计。为研究地下钢筋混凝土拱形结构在爆炸荷载作用下的破坏模式及抗爆性能,对其在顶爆条件下开展了5个不同爆炸距离和装药量的试验。结果表明:在同一爆距下,随着装药量的增加,拱形结构的破坏程度逐渐增加,破坏模式为由背爆面产生裂纹发展为混凝土层裂脱落、钢筋隆起变形,直至拱顶中心处混凝土塌落显著、钢筋严重弯曲变形。顶爆下拱形结构的破坏不仅与比例爆距相关,还受到爆距的影响,同一比例爆距下,爆距越大拱结构的破坏越显著。通过分析位移响应与装药量及爆距的关系,初步提出了以挠跨比为依据的破坏等级划分方法,为今后的结构破坏评估分析提供试验支撑。

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    • 王钰婷, 黄正祥, 贾鑫, 马彬, 祖旭东, 肖强强

      优先出版日期:2020-12-09  DOI: 10.11943/CJEM2020276

      摘要:为研究椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性,以及截面短轴一定时,长短轴之比对椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性的影响,开展了截面短轴直径为56 mm,长短轴之比分别为1、1.5、2的椭圆形截面聚能装药在炸高为80 mm下的侵彻深度(DOP)试验,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对相关椭圆形截面聚能装药的射流成型及靶板侵彻过程进行了数值模拟。结果表明:椭圆形截面聚能装药形成的射流,除射流头部在运动拉伸过程中持续呈凝聚态外,其余部分在运动拉伸后期呈非凝聚态,非凝聚的射流由关于截面长轴面对称分布的两束具有横向速度的流体组成;射流的非凝聚现象将明显降低射流的侵彻能力;截面短轴直径为56 mm,长短轴之比从1变化至1.5时,侵彻深度由150 mm下降至47.5 mm,下降了68.3%,长短轴之比大于1.5时,侵彻能力无明显变化。

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    • 唐明峰, 甘海啸, 温茂萍, 王胜男

      优先出版日期:2020-11-06  DOI: 10.11943/CJEM2019237

      摘要:针对脆性高聚物黏结炸药(polymer bonded explosive, PBX)的热应力破坏问题,开展了缺口药柱热冲击响应的数值模拟和实验研究。采用温度相关的热弹塑性模型对PBX药柱在50 ℃平衡温度、10 ℃·min-1条件下的热传导和热应力进行了二维轴对称仿真分析,并利用温度-应变-声发射监测技术,在温度箱风冷试验中进行了验证。数值模拟结果表明,降温温度冲击过程中,受热近表面存在一种温度边界层,使内外表面产生较大温差,并在药柱柱面中心产生超过PBX拉伸强度的轴向拉应力;位于柱面中部的缺口使热应力放大,并加剧试样破坏的进程,其中R2的缺口圆柱的应力梯度变化最明显,应力集中系数超过1.6。实验结果表明,PBX药柱热冲击破坏方式为表面拉伸热应力超过材料拉伸强度导致的脆性断裂破坏,热冲击破坏时的信号特征表现为应变发生突变并产生高幅值声发射信号。数值模拟得到的缺口药柱、标准药柱的临界断裂温差分别为8.3 ℃和12.6 ℃,试验数值分别为9.2 ℃和12.5 ℃,二者吻合良好。

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    • 李昌霖, 甘强, 冯长根, 胡靖伟, 朱双飞, 程年寿

      优先出版日期:2020-12-15  DOI: 10.11943/CJEM2020157

      摘要:为研究六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)的高温热膨胀及相变规律,采用分子动力学方法和价角势能截距修正的ReaxFF-lg反应力场,考察了ε-、β-和γ-CL-20的相变温度和热膨胀系数。为验证力场适用性,计算了常温下三种晶型CL-20的密度、晶胞参数、晶格能和升华焓。采用三阶Birch–Murnaghan状态方程拟合了0~280 GPa压力范围内ε-CL-20的p-V曲线,得到体积模量及随拟合压力升高的变化规律。高温相变分析表明,ε-和γ-CL-20在398~423 K产生相变,其中εγ相变在常压下发生,而γε相变需加压0.5 GPa以上;β-CL-20在448 K下转变为ε晶型。热膨胀系数分析表明,ε-CL-20高温热膨胀过程无明显各向异性,而β-和γ-CL-20分别在c方向和b方向表现出各向异性。研究结果表明,修正的ReaxFF-lg反应力场适用于ε-、β-和γ-CL-20的高温高压相变研究,对于β-和γ-CL-20的热膨胀研究精度有待进一步提高。

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    • 赵象润, 严楠, 郭崇星, 代五四, 闫利伟, 金世鑫

      优先出版日期:2020-12-11  DOI: 10.11943/CJEM2020129

      摘要:为避免航天器因受到火工分离螺母作用时的高冲击载荷而发生故障,采用节流孔来抑制分离螺母分离作用时的冲击响应。研究在分离螺母燃气通道上设置了Φ2、Φ4 mm和Φ6 mm三种孔径的节流孔,同步测试不同节流孔的分离螺母在分离过程中的压力、加速度和预紧力,分析分离螺母的作用过程。根据作用过程中的先后顺序将冲击载荷解耦为火药作用、预紧力释放和活塞撞击三类冲击源。将得到的时间-加速度(a-t)曲线转换为冲击响应谱,并计算每种冲击源的贡献,以获得节流孔孔径与冲击响应的关系。结果表明:采用三种节流孔时,在500~10000 Hz的频域内,火药作用激起的冲击响应的贡献为8.3%~11.0%;预紧力释放激起的冲击响应的贡献为44.0%~51.5%;活塞撞击激起的冲击响应的贡献为40.2%~45.0%。分离过程的最大冲击响应分别为:1416 g(Φ6 mm)、1251 g(Φ4 mm)和852 g(Φ2 mm)。可见,采用节流孔可以有效抑制分离螺母的冲击响应。

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    • 沈波, 李延

      优先出版日期:2020-12-02  DOI: 10.11943/CJEM2020256

      摘要:为实现全含能侵彻战斗部毁伤威力的有效评价,基于125 mm火炮建立了全含能战斗部毁伤威力表征试验系统,从侵彻扩孔、高温高压、纵火引燃等多个方面对战斗部毁伤威力进行了多物理场信息描述。结果表明,16 kg战斗部在952 m·s-1速度条件下侵彻5层钢靶能够形成强烈火光,持续时间约120 ms,最大扩散范围超6 m×10 m,最高温度约2100 ℃,相比于惰性战斗部,温度增益约1270 ℃,1.2 m处的超压增益约为0.16~0.5 MPa,对5层钢靶破孔面积的累计增益达到300%以上,对油箱燃油有良好的纵火引燃效果。

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    • 陈思敏, 黄正祥, 贾鑫, 夏明, 汪剑辉, 肖强强, 唐德荣

      优先出版日期:2020-11-18  DOI: 10.11943/CJEM2020260

      摘要:为了研究有限厚炸药在射流冲击下的起爆过程,并得到有限厚炸药的临界起爆阈值。试验采用Φ40 mm聚能装药作为射流源,通过高速录像进行拍摄,对不同厚度的50SiMnVB盖板覆盖下的43 mm厚TNT炸药进行了射流冲击起爆试验,得到炸药的临界起爆阈值和不同刺激强度下的响应情况以及反应产物的膨胀速度。采用数值仿真软件进行了有限厚炸药在射流冲击下的数值模拟计算,得到了射流冲击下炸药内弯曲波发展过程以及有限厚炸药的临界起爆阈值和炸药厚度关系,并通过试验结果进行了验证。最后建立了有限厚炸药临界起爆阈值和临界盖板厚度的计算模型。结果表明:厚度43 mm的TNT临界起爆阈值为37 mm3·μs-2,并且在不同响应之间反应产物的膨胀速度相差至少一个数量级。射流冲击有限厚炸药时,弯曲波发展为爆轰波需要一定距离,剩余射流头部速度越高,弯曲波发展为爆轰波所需的距离越短。炸药厚度的减少将导致有限厚炸药的临界起爆阈值和临界盖板厚度的增加,并且有限厚炸药的临界起爆阈值的对数与炸药厚度的对数近似呈线性关系。

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    • 李淑睿, 段卓平, 高天雨, 欧卓成, 黄风雷

      优先出版日期:2020-11-26  DOI: 10.11943/CJEM2020238

      摘要:为了探究钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆特性,建立化学爆炸加载一维拉格朗日锰铜压阻测试系统,获得了不同加载压力下一典型2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆过程压力成长历史。利用熔铸含铝Duan-Zhang-Kim(DZK)细观反应速率模型,确定了该钝感含铝炸药的反应速率模型参数,并对其冲击起爆过程进行了数值模拟研究。结果表明在钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆过程中,波阵面附近炸药的反应速率和反应程度均较低,而随着热点点火反应的进行以及化学反应的不断累积,炸药的波后化学反应速率不断增加,并在一段时间后到达峰值。当加载压力越高时,钝感熔铸含铝炸药内部的爆轰成长速率越快。同时,与粒子速度成长历史相比,压力成长历史包含更多的反应速率变化信息,更适用于反应速率模型的验证以及炸药反应流模型参数的确定。

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    • 张琪林, 段卓平, 孟凡星, 南海, 王昕捷, 黄风雷

      优先出版日期:2020-11-09  DOI: 10.11943/CJEM2020203

      摘要:为了研究浇注型高聚物黏结炸药(PBX-1)在侵彻过程中的安定性,开展155 mm火炮发射平头试验弹侵彻混凝土靶板试验,获得了该试验条件下装药安定的临界侵彻速度约为490 m·s-1。基于黏弹性统计裂纹(Visco-SCRAM)模型,采用流固耦合方法模拟了安定性试验中装药的力学响应,计算了装药黏弹性变形和宏观裂纹损伤导致的温升。数值模拟结果与试验结果相一致,试验弹弹体侵彻后无明显的变形和破坏,但浇注PBX炸药在侵彻过载下发生大变形流动,部分装药从尾部缝隙挤出并发生了局部点火反应;侵彻过程中装药尾部会与药室底部发生高速碰撞,形成局部高压区,最高压力超过500 MPa,装药尾部变形和损伤严重,装药尾部在碰撞和挤出时,温度会急剧升高,从而导致意外点火。

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    • 曹铭津, 陈力, 方秦

      优先出版日期:2020-10-16  DOI: 10.11943/CJEM2020212

      摘要:为了准确模拟和预测超高分子量聚乙烯纤维层合板(ultrahigh molecular weight polyethylene laminate, UHMWPEL)的抗侵彻性能,将UHMWPEL离散为若干正交各向异性的单层板及若干黏结界面层分别建模;继而基于ABAQUS/Explicit求解器进行用户动态材料子程序二次开发,单层板损伤起始准则采用应力耦合的3D Hashin准则,黏结层损伤起始准则采用拉剪耦合的二次应力准则,二者均采用双线性材料本构模型及基于等效应力和断裂韧性的损伤演化方法;发展了一种适用于三维复合材料层合板抗侵彻分析的有限元计算方法。基于该方法计算预测了典型的10 mm和20 mm厚UHMWPEL在楔形钢质破片模拟弹(FSP)在不同初始速度冲击侵彻作用下的损伤破坏状态和FSP残余速度。计算结果表明,与已有试验相比,10 mm和20 mm厚的UHMWPEL弹道极限速度预测误差分别为0.6%和11.3%,FSP各残余速度数值计算误差均小于14.2%;UHMWPEL的损伤破坏过程表现出先冲切破坏和局部鼓包,继而大范围鼓包、大面积分层以及纤维拉伸破坏的两阶段特性,与已有试验的观测现象相吻合,验证了本文计算模型和方法的可靠性。

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    • 黄炳瑜, 熊玮, 张先锋, 刘闯, 杜宁, 谈梦婷

      优先出版日期:2020-10-23  DOI: 10.11943/CJEM2020231

      摘要:为提高含能材料形成射流对目标的侵彻深度,设计了一种基于K装药结构的Al/Ni-Cu双层含能药型罩聚能装药结构,其内层罩为无氧铜,外层罩为Al/Ni含能结构材料。分别开展了Al/Ni-Cu双层含能药型罩与Cu-Cu双层药型罩的聚能射流成型X光试验、侵彻钢锭静破甲试验和对典型混凝土靶标的侵彻威力试验。研究结果表明,双层含能药型罩K装药起爆后可形成连续射流,侵彻的钢靶和混凝土靶中有明显的开坑区形成,但射流对侵彻过程的扩孔作用不明显。Al/Ni-Cu双层含能药型罩可发挥动能和化学反应的联合侵彻毁伤效应,与Cu-Cu罩相比,在靶中形成射流堆积更少,对钢靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了20.1%和23.0%,对混凝土靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了17.2%和45.6%。

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    • 优先出版日期:2020-12-15  DOI: 10.11943/CJEM2019182

      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

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    • 优先出版日期:2020-08-12  DOI: 10.11943/CJEM2019260

      摘要:为探究裂纹分布、形态等复杂性对高聚物黏结炸药(PBX)曲面构件中超声传播特殊性的影响,优化水浸超声斜入射检测参数,基于有限元方法和典型检测工况,建立了曲面PBX构件超声无损检测的数值计算模型,利用COMSOL商用软件计算分析了表面瞬态位移激励下曲面PBX构件内部声场传播规律,模拟计算了不同角度及裂纹的超声检测信号,研究了入射角度等参数对曲面PBX构件裂纹水浸超声小角度斜入射检测结果的影响。数值仿真结果表明,声束与裂纹夹角为8°~10°时,小角度斜入射超声检测方法对PBX构件的内部裂纹缺陷的检测性能最优,且不受裂纹深度的影响。同时,设计制作了曲面PBX模拟试件,搭建了小角度超声检测实验系统,开展了不同入射角度、裂纹参数下的超声检测实验,实验所得最优检测角度(8°)与仿真结果(8°~10°)吻合,验证了数值模拟结果的合理性和小角度超声检测的有效性。

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    • 优先出版日期:2020-11-11  DOI: 10.11943/CJEM2020045

      摘要:利用磁驱动加载实验技术,开展了斜波压缩下未反应固体炸药PBX-59的动力学特性研究,获得了峰值压力18.5 GPa下PBX-59的动力学响应。利用阻抗匹配修正的迭代Lagrange数据处理方法,获取了PBX-59炸药斜波压缩加载下的p-V关系和声速-粒子速度关系等动力学特性参数。结合实验获得的动力学参数和等熵状态方程,对实验过程开展了流体动力学数值模拟,计算和实验结果基本吻合,验证了本研究实验技术、数据处理方法和物理模型的正确性。

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    • 优先出版日期:2020-11-10  DOI: 10.11943/CJEM2020062

      摘要:为了研究TATB基高聚物黏结炸药(Polymer Bonded Explosive,PBX)内部颗粒边界分布,需要对PBX炸药通过计算机层析成像技术(Computed Tomography,CT)扫描得到的低质量原始图像进行分析,开发自动化炸药颗粒边界勾勒算法。对原始图像利用灰度统计信息和二值化方法计算得到二值化炸药颗粒草图,提出弹性胶囊算法从二值化草图中识别炸药颗粒的粗略边界,再结合形态学变换和分水岭算法识别出更精确的炸药颗粒单像素边界,最后结合灰度值统计数字特征和弹性胶囊粗略边界图信息调整边界宽度与灰度,得到最终边界勾勒结果。将该基于弹性胶囊和分水岭算法的边界勾勒结果与Canny算法、相位一致性算法、经典分水岭算法流程、基于超像素算法等有代表性的图像分割算法输出进行横向比较,结果表明该边界勾勒过程识别的准确度明显更高,并且通过单幅图像确定的算法参数在同批次样品其他图像中同样具有良好的效果,在满足边界提取精度要求的基础上,无需反复调整参数即可处理批量图像数据,缩减人工的投入,证实了自动化边界勾勒算法的实用价值。

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    • 优先出版日期:2020-09-27  DOI: 10.11943/CJEM2020113

      摘要:综述了物理混合法、球磨法、气相沉积法、静电喷雾/纺丝法、溶剂/非溶剂法、3D打印法六大类制备方法,从产品性能、方法的优缺点等角度对近些年来铝-氟聚物反应性物质的研究进展进行简要综述。介绍了铝-氟聚物反应性物质在慢升温速率和快升温速率下的反应过程。指出今后研究的重点方向为:设计一种能集各种制备方法优点于一身的新方法,加强铝-氟聚物反应性物质受热时氟聚物和铝的反应机理的研究。

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    • 优先出版日期:2020-11-18  DOI: 10.11943/CJEM2020160

      摘要:为了解叠氮黏合剂/非异氰酸酯固化剂固化体系的反应特性,通过微量热法研究了3,3-双(叠氮甲基)氧杂丁环与四氢呋喃共聚醚(PBT)与非异氰酸酯固化剂-丁二酸二丙炔醇酯(BPS)黏结体系的固化反应过程,采用Kissinger法和Crane法计算了该黏结体系固化反应的动力学参数和特征温度,根据333.15、343.15、353.15和363.15 K四个等温条件下该黏结体系完全固化所需的时间拟合了完全固化时间与温度的方程。结果表明,PBT/BPS黏结体系固化反应的表观活化能为81.94 kJ·mol-1,指前因子为108.48 s-1,反应级数为0.93,固化反应热为-926.88 J·g-1;该黏结体系的凝胶温度为319.29 K,固化温度344.52 K,后固化温度为366.11 K;该黏结体系固化反应中存在自催化现象;拟合出的该黏结体系完全固化时间与温度之间的关系式为y=8.3345×104e-0.02309x-11.116。

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    • 优先出版日期:2020-09-29  DOI: 10.11943/CJEM2020185

      摘要:为了加快新型含能材料研发的进度,减少因大量实验而带来的时间和资源的消耗问题,基于材料基因工程理论提出一种含能材料生成焓的预测方法。首先将搜集到的代表含能材料分子结构的原子坐标数据转换成表示分子内笛卡尔坐标系的库仑矩阵,以消除含能材料分子结构因平移、旋转、交换索引顺序等操作对生成焓预测造成的影响;然后,根据提出的基于Attention机制的卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)和双向长短期记忆网络(Bi-directional Short-term Memory Network, Bi-LSTM)的融合模型对含能材料的生成焓进行预测。这样,既可以有效提取数据的特征,又能充分考虑数据间的相关性,同时还能够突出重要特征对预测结果的影响。对比实验结果表明,提出的基于深度学习的方法在生成焓的预测上拥有最低的实验误差,其平均绝对误差(Mean Absolute Error , MAE)、平均绝对百分误差(Mean Absolute Percentage Error, MAPE)、均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)和均方根对数误差(Root Mean Squared Logarithmic Error, RMSLE)分别为0.0374、1.32%、0.0541和0.028,实现了“结构—性能”的预测目标,为含能材料生成焓的预测提供了一种新方法。

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    • 优先出版日期:2020-11-16  DOI: 10.11943/CJEM2020191

      摘要:针对钝感剂在发射药贮存期间的扩散迁移影响发射药服役寿命的问题,采用分子动力学模拟(MD模拟)比较了小分子邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、聚新戊二醇己二酸酯(NA)在发射药体系中的扩散系数,探究了温度和硝化甘油(NG)含量对DBP、NA在双基发射药中扩散的影响,并分析了扩散机理。结果表明:5 ℃时DBP和NA在NC基体中的扩散能力相当,扩散系数均在10-12 m2?s-1数量级,25 ℃时DBP与NA的扩散系数分别为1.13×10-11 m2?s-1和5.13×10-12 m2?s-1,65 ℃时DBP与NA的扩散系数分别为1.88×10-11 m2?s-1和7.57×10-12 m2?s-1,85 ℃时DBP与NA的扩散系数分别为3.42×10-11 m2?s-1、1.11×10-11 m2?s-1,在相同温度下,钝感剂扩散系数的大小顺序为DBP>NA,这说明NA具有较好的抗迁移特性,该特性在高温时更为凸显;从微观角度分析温度对扩散机理的影响为:高温使原子间氢键作用峰值减小,即DBP、NA与NC的相互作用力减弱,并且体系的自由体积分数也变大,增大了分子运动的有效活动空间,更有利于DBP、NA扩散。DBP、NA的扩散能力随着增塑剂NG含量的增加而增强,添加NG使得DBP、NA与NC的相互作用减弱,因此DBP、NA运动更活跃,扩散能力增强。

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    • 优先出版日期:2020-11-12  DOI: 10.11943/CJEM2020192

      摘要:3,4‐双(3'‐氨基呋咱基‐4'‐)氧化呋咱(BAFF)为原料,采用廉价易得且绿色环保的丙三醇为溶剂,经氯化亚锡还原合成关键中间体 3,4‐双(3'‐氨基呋咱基‐4'‐)呋咱(BATF),后经过氧化氢氧化得到 3,4‐双(3'‐硝基呋咱基‐4'‐)呋咱(BNTF),总收率为59.0%。采用 1H NMR、13C NMR、IR、MS 和元素分析对 BATF 和 BNTF 进行表征,并成功获得 BNTF 单晶结构数据,BNTF 晶体为正交晶系,属 P212121空间群,a=0.71437(10)nm,b=0.96839(11)nm,c=1.51555(17)nm,V=1.0484(2)nm3,Z=4,Dc=1.876 g·cm-3, F(000)=592;优 化 BNTF 合 成 工 艺 ,考 察 投 料 比 、反 应 时 间 及 反 应 温 度 对 BNTF 产 率 的 影 响 ,获 得 的 最 佳 工 艺 条 件 为 n(BATF)∶n(35%H2O2)∶n(98%H2SO4)∶n(Na2WO4?2H2O)=1∶60∶40∶0.86,反应时间 3 h,反应温度 30 ℃,收率可达 93.3%;采用DSC 法和 TG‐DTG 法测定 BNTF 的热稳定性,分别用 Kissinger 法、Rogers 法和 Arrenhis 法计算 BNTF 热分解反应的表观活化能Ea(147.83 kJ·mol-1)、指 前 因 子 A(9.33×1015 min-1)和 分 解 速 率 常 数 k(2.18×10-44),计 算 了 BNTF 的 热 爆 炸 临 界 温 度(Tb=201.36 ℃);利用 Kamlet‐Jacobs 方程估算得到 BNTF 的爆速(8.3 km·s‐1)、爆压(31.3 GPa);分别按照 GJB772A-1997 方法 601.2 和602.1 测试 BNTF 特性落高(H50=43.0 cm)和摩擦感度(36.0%)。

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    • 优先出版日期:2020-12-02  DOI: 10.11943/CJEM2020214

      摘要:为了发展易放大、可连续化的共晶制备方法,采用溶剂/非溶剂法的微通道结晶技术制备了六硝基六氮杂异伍兹烷/奥克托今(CL-20/HMX)共晶。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热分析和感度测试,对样品的形貌、结构、热性能和感度进行了表征分析。结果表明,该方法成功制备了CL-20/HMX共晶,其表观形貌部分呈花簇状,直径为20~30 μm,由厚度为200~600 nm的片状晶体组装而成,部分呈单独的片状结晶(厚度为200~600 nm);所制备的CL-20/HMX共晶在放热过程中仅有一个尖锐的放热分解峰,放热峰温位于243.4 ℃,低于原料CL-20(250.2 ℃)和HMX(284.7 ℃)。放热区间仅为242.7~246.0 ℃,比原料CL-20(230.0~254.6 ℃)和HMX(281.0~290.7 ℃)窄,具有较高的能量释放效率;表观活化能470.75 kJ·mol-1,介于CL-20(175.04 kJ·mol-1)和HMX(481.45 kJ·mol-1)之间,比CL-20提高了295.71 kJ·mol-1,具有较好的热稳定性;撞击感度为18 J,较原料CL-20(10 J)和HMX(14.4 J)分别提高8 J和3.6 J,摩擦感度比CL-20原料降低了20%,安全性有所提高。

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    2020年第28卷第12期      

      >含能快递
    • 赵煦

      2020,28(12):1131-1131, DOI:

      摘要:

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    • >制备与性能
    • 王志强, 黄寅生, 李瑞, 毛立

      2020,28(12):1132-1139, DOI: 10.11943/CJEM2020105

      摘要:为了探索纳米铝热剂-猛炸药复合物代替传统起爆药的可能性,以纳米Al粉、纳米Bi2O3、工业级六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)以及纳米HNIW为原料,采用溶剂-非溶剂(Solvent-nonsolvent Method, SN)和物理混合(Physical Mixing Method,PM)两种方法分别制备了Al/Bi2O3-HNIW复合物,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、密闭爆发器试验、铅板试验等对制备的复合物性能进行表征和测试。结果表明,采用溶剂-非溶剂法制备的复合物中Al/Bi2O3均匀地包覆在HNIW表面,Al/Bi2O3与HNIW的质量比为3∶7时,结合压力-时间特性曲线,Al/Bi2O3-HNIW(SN)复合物的增压速率为2.914 GPa·s-1,约为Al/Bi2O3-HNIW (PM) 的三倍,且升压时间短;其静电感度明显低于斯蒂芬酸铅(Lead Styphnate,LS)和叠氮化铅(Lead Azide,LA),甚至低于猛炸药太安(PETN); 采用太安(PETN)作为过渡药,Al/Bi2O3-HNIW(SN)能够可靠起爆黑索今(RDX)装药。采用溶剂-非溶剂法制备的Al/Bi2O3-HNIW因其优异的安全性和起爆性能,有望作为雷管起爆药替代物使用。

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    • 张理, 白亮飞, 李昊, 黄嘉伟, 谌红阳, 夏元华, 杨海君

      2020,28(12):1140-1146, DOI: 10.11943/CJEM2020126

      摘要:以非氘代硝基胍(NQ)和1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)为原料,采用氢氘(H/D)交换法,合成得到全氘代硝基胍(NQ-d4)和全氘代1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7-d4)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、核磁共振碳谱(13C NMR)、高效液相色谱(HPLC)、热重-微分热重(TG-DTG)、差示扫描量热(DSC)和中子衍射等对目标产物进行了分析表征。DSC/TG数据表明,NQ-d4和FOX-7-d4的分解温度较非氘代NQ和FOX-7分别高出2.5 ℃和2.6 ℃。采用中子衍射法,测得所合成NQ-d4的氘代率为95.27%,FOX-7-d4的氘代率为98.87%。采用面积归一法,HPLC测定所合成NQ-d4的纯度为99.51%,FOX-7-d4的纯度为99.28%。

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    • 郭蓉, 段晓惠, 李洪珍, 伍波

      2020,28(12):1147-1155, DOI: 10.11943/CJEM2020079

      摘要:声子谱在研究固体热力学性质和化学分解反应微观过程中起着重要作用,对声子谱的研究有助于揭示含能材料的初始热解机理以及爆轰性能和感度的微观物理机制。采用色散校正的密度泛函理论方法,计算了六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)/1,4-二硝基咪唑(1,4-DNI)共晶及共晶组分的声子谱和热力学性质,通过分析声子态密度确定了声子模式存储和传递能量的方式,提出了热能流动方向,预测了引发键及撞击感度顺序。结果表明,ε-CL-20和CL-20/1,4-DNI共晶由声子态密度预测的引发键均为CL-20分子上的N─NO2键,而1,4-DNI晶体的初始热分解涉及咪唑环的开环反应。通过对比CL-20和1,4-DNI分子分别在共晶和共晶组分中的声子态密度,发现共晶中二者的热稳定性均得到改善,从而导致共晶的热稳定性优于共晶组分。根据“入口模”声子数和特征振动频率Δωd预测的撞击感度顺序均为:ε-CL-20>CL-20/1,4-DNI>1,4-DNI,与实验测定结果相一致。由声子谱计算的共晶及共晶组分的热力学参数,在相同温度下,其顺序为CL-20/1,4-DNI>ε-CL-20>1,4-DNI。低频声子对恒容热容(CV)的贡献最大,由能量转移引起的化学键断裂可能经历了多声子向上泵浦过程。

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    • 陈玲, 赵颖彬, 逄小青, 张勇

      2020,28(12):1156-1162, DOI: 10.11943/CJEM2020137

      摘要:为准确、快速测定奥克托今(HMX)/三氨基三硝基苯(TATB)混合炸药中 HMX和 TATB的含量,建立了液相色谱分析方法。采用二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,超声波辅助溶解样品,考察了样品量、样品提取时间、流动相、色谱柱、检测波长等条件对测试结果的影响。结果表明:在C18色谱柱上,以乙腈/水=45/55(V/V)为流动相, HMX/TATB混合炸药中HMX和TATB分离良好,分析时间仅6.5 min;16.0 mg HMX/TATB混合炸药溶解在250 mL DMSO中,超声辅助溶解1.0 h,室温静置溶解4.0 h可以使HMX和TATB溶解萃取完全,重复性测试结果的相对标准偏差分别为0.99%,0.55%;HMX在0.011~0.016 mg·mL-1,TATB在0.032~0.056 mg·mL-1的范围内与峰面积呈较好的线性关系,相关系数R2分别为0.9999、1.0000。

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    • >推进与发射
    • 周诚, 李吉祯, 李祥志, 屈蓓, 常佩, 王伯周, 刘宁

      2020,28(12):1163-1169, DOI: 10.11943/CJEM2020069

      摘要:在甲醇/水溶剂中培养了3,5-二硝氨基-1,2,4-三唑肼盐(HDNAT)单晶,利用X射线单晶衍射仪测定了结构;晶体结构解析表明HDNAT属于正交晶系,空间群为P2(1),晶胞参数a=0.35976(12) nm,b=0.9348(3) nm,c=1.1833(4) nm,V=0.393.9(2) nm3Z=2,Dc=1.91 g·cm-3μ=0.170 mm-1F(000)=230;采用TG-DTG分析了HDNAT的热性能,其分解峰温为193.17 ℃,分解历程为固相直接分解;设计并制备了含HDNAT的改性双基推进剂(CMDB)配方,测试了爆热、比容、密度、特征速度、比冲等能量特性参数和燃烧性能,实测爆热为6042 kJ·kg-1、比容为638 L·kg-1、密度为1.767 g·cm-3、特征速度为1592.3 m·s-1Φ50 mm发动机燃烧性能实测结果表明,在15 MPa压强下工作稳定,比冲可达到250.91 s,燃速较RDX-CMDB推进剂提高18.8%以上,但推进剂的部分压强指数超过0.4以上。

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    • 任晓婷, 李纲, 王业腾, 丁宁, 何金选

      2020,28(12):1170-1177, DOI: 10.11943/CJEM2020130

      摘要:采用硝酸胍一步反应法制备了三氨基胍硝酸盐(TAGN),通过元素分析、FT-IR、DSC和SEM等分析手段对其结构和性能进行了表征。通过超声波辅助降温结晶法获得了规则短块状TAGN晶体,研究了超声波、晶形修饰剂、降温速率和温控程序等因素对TAGN形貌和粒度的影响规律。结果表明:超声波辅助结晶技术可有效改善TAGN的晶体形貌和控制粒径分布,晶形修饰剂和温控程序对TAGN的形貌、粒径和粒径分布具有显著影响。在超声波(功率750 W,频率20 kHz)作用下,加入0.03%聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30),通过设计的温控程序,可获得形貌规则,长径比小、表面光滑无棱角,高致密,粒度分布窄的两种粒度规格高品质TAGN晶体,其摩擦感度分别从20%降低至8%和4%,特性落高分别提高了5.9 cm和3.4 cm,密度从1.571 g·cm-3分别提高到1.586 g·cm-3和1.589 g·cm-3,初始熔点从224.8 ℃分别提高到227.7 ℃和228.2 ℃,晶体产品综合性能明显优于直接合成产品;用该产品装药将显著改善装药工艺性能和提高固含量,从而提升武器性能。

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    • 孙楚彦, 孙航, 张奇

      2020,28(12):1178-1183, DOI: 10.11943/CJEM2019315

      摘要:最低着火温度(minimum ignition temperature, MIT)是判定燃料空气炸药是否发生窜火现象的重要依据。借鉴粉尘最低着火温度的研究方法,以Godbert-Greenwald(G-G)加热炉为主要试验仪器,搭建了气液两相云雾的最低着火温度测试系统,建立云雾瞬态浓度粒度测试装置。选取乙醇为实验试剂,在加热炉中心位置处云雾浓度为7000 g·m-³、燃料分散压力为0.06~0.10 MPa的实验条件下,测试了乙醇气液两相云雾的粒度分布情况变化规律,并分析讨论了粒度分布情况和云雾流速对最低着火温度的影响。结果表明,液滴直径和云雾流速都是影响最低着火温度的重要因素,但在不同的燃料分散压力情况下表现出不同的重要性。在浓度保持7000 g·m-³的条件下,随着燃料分散压力从0.06 MPa增大到0.10 MPa,液滴直径由146.58 μm减小到70.97 μm,乙醇的最低着火温度的先从468 ℃降低到464 ℃,再升高到476 ℃,最终保持在475 ℃。当压力小于0.07 MPa时,影响最低着火温度的主要因素是液滴直径,最低着火温度随液滴直径减小而降低。当压力大于0.07 MPa时,影响最低着火温度的主要因素是云雾流速,流速不变,最低着火温度也保持不变。

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    • 张磊, 佘湖清

      2020,28(12):1184-1189, DOI: 10.11943/CJEM2020118

      摘要:为了研究固体火箭发动机水下工作时燃气射流流场及推力特性,在连接船体升降平台上开展了火箭发动机水下工作的实验研究。采用高速摄像系统观察了喷管燃气射流在开阔水域的扩展过程,获得了水下燃气射流形态演化过程;对水下火箭发动机的燃烧室压强及推力进行了测量,对比分析了在10 m、30 m、50 m三种水深条件下不同装药火箭发动机工作的推力特性。实验结果表明,发动机水下点火时,水环境与燃气之间的相互作用改变了燃气射流形貌,气液湍流掺混剧烈。随着水深的增大,燃烧室压力基本不变,发动机工作推力减小,水深从10 m增加到50 m时,三种发动机推力均降低了20%以上,且发动机推力与工作深度呈现非线性关系。在同一水深条件下,当发动机喷喉直径较小时,推力减小量较小;当燃烧室压强较小时,推力减小量较小。

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    • >综述
    • 何志成, 夏智勋, 胡建新, 马立坤

      2020,28(12):1190-1199, DOI: 10.11943/CJEM2020103

      摘要:电控固体推进剂(Electrically Controlled Solid Propellants, ECSPs)具有通电燃烧、断电熄灭,燃速实时可调的特性,在微小型及大型固体火箭发动机领域中都具有良好的应用前景。总结了近年来国内外ECSPs的制备方法,主要为溶胀法、熔融混合法、室温法、冷冻-解冻法和3D打印法,综述了ECSPs热稳定性、电阻特性、点火及燃烧特性、老化特性及电弧烧蚀与羽流特性等研究进展,指出具有低毒、高比冲、高可控性的硝酸羟胺基电控固体推进剂及具有高熄火压强阈值的高氯酸盐基电控固体推进剂是目前研究重点,提出未来ECSPs的研究方向在于加强和完善ECSPs性能研究、开发ECSPs点火及燃烧性能测试装置和规范测试方法、提高ECSPs燃速特性以及深入研究ECSPs点火及燃烧机理,建立点火和燃烧模型等。

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    • 鲍立荣, 汪辉, 陈永义, 张伟, 张晓军, 黄寅生, 沈瑞琪, 叶迎华

      2020,28(12):1200-1210, DOI: 10.11943/CJEM2020100

      摘要:硝酸羟胺(HAN)基推进剂具有能量高、安全钝感和燃烧产物绿色无毒等优点,在推进系统连续启动和推力调节等操作方面具有一定优势。综述了HAN基液体推进剂、HAN基凝胶推进剂和HAN基固体推进剂的配方组成、分解特性、点火燃烧性能及相关的应用技术状况。提出了今后的研究重点:制备HAN基液体推进剂用高性能催化剂床,同时发展电点火为可靠点火方式;改善HAN基凝胶推进剂点火性能,加快工程化应用;探究HAN基固体推进剂燃熄可控机理,突破大规模推进系统应用瓶颈。

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    • 曾贵玉, 齐秀芳, 刘晓波

      2020,28(12):1211-1220, DOI: 10.11943/CJEM2019241

      摘要:21世纪以来,颠覆性创新技术取得了快速发展并已渗透到许多领域,成为推动科技发展和军事变革的重要力量,也将对含能材料的发展产生深刻影响。为认识颠覆性技术对含能材料发展的影响,简介了颠覆性技术的内涵及作用,重点阐述了含能材料领域目前发展迅速的超高能化技术、纳米技术、增材制造技术和材料基因组技术等颠覆性技术,以及这些技术将对含能材料的创新发展提供的新机遇和挑战。指出未来含能材料领域的颠覆性技术将重点朝着金属氢的制备与应用、含能墨水的设计与3D打印成型、含能材料基因数据库的建立及三要素融合几个方向发展。

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