- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 【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。
- 优先出版 |
- 预出版 |
- 当期目录 |
- 专辑论文 |
- 学术观察 |
- 年度排行 |
- 过刊浏览
-
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。
-
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。
-
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。
-
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ΔL、Lm/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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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ε→γ相变在常压下发生,而γ→ε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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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%。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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%)。
-
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。
-
摘要:
-
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。
-
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%。
-
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。
-
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。
-
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) nm3,Z=2,Dc=1.91 g·cm-3,μ=0.170 mm-1,F(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-1;Φ50 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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
2020年第28卷第12期
>含能快递
>制备与性能
>推进与发射
>综述
>读者·作者·编者

- 观点
- 综述
- 含能快递
2020,28(7):588-590, DOI: 10.11943/CJEM2019306
摘要:
2020,28(5):366-368, DOI: 10.11943/CJEM2020067
摘要:
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。
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。
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。
2020,28(11):1120-1130, DOI: 10.11943/CJEM2019294
摘要:咪唑基含能化合物具有优异的热稳定性、良好的修饰性和适当的环张力,是高能材料的重要研究方向。围绕联咪唑、咪唑联三唑、咪唑联四唑等咪唑桥连唑类含能化合物及其离子盐的合成、性能与应用基础等方面进行了综述。分析可知,以单键、双键连接的双环咪唑类化合物,比相应的单环咪唑化合物具有更好的热稳定性和机械感度、更高的密度和爆轰性能,能够实现能量与安全的较好协调,但在单一咪唑环上引入富氮的含能基团、连接基团和离子盐在保证安全性的同时尚未实现高能量和高氮含量的兼顾。而将两种氮杂环结构通过C—C键或C—N键进行键合的联唑类化合物往往可以兼具两种氮杂环母体结构的骨架特点,是今后新型高氮高能化合物的重要发展方向。同时提出了基于咪唑联三唑或咪唑联四唑骨架构建高氮含量、高能量和良好安全性相协调的咪唑桥连双环唑类含能化合物的有效策略。
2020,28(11):1109-1119, DOI: 10.11943/CJEM2020071
摘要:熔铸炸药是应用最为广泛的军用混合炸药,其性能与载体炸药的选用密切相关。综述了熔铸载体炸药的国内外现状,简要介绍了以2,4,6-三硝基甲苯(TNT)为代表的13种早期合成的熔铸载体炸药(如2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)等)的物理化学性质与爆轰性能,并分析其优缺点。详细介绍了近十年新合成的包括硝酸酯类、硝基类、硝胺类、叠氮类等16种潜在的熔铸载体炸药(如3,3"-联(1,2,4-噁二唑)-5,5"-二甲基硝酸酯(BOM)等)的合成方法、物理化学性质与爆轰性能,分析了其性能优劣及实际应用所面临的问题等,讨论了分子不同主体结构和官能团对化合物性能的影响,认为今后的重点研究方向为进一步提升分子结构对炸药性能影响的认识,设计并合成出综合性能优异的新型熔铸载体炸药,以满足熔铸炸药应用要求。
刘勇, 白海军, 甘巧玉, 景黄丽, 石建波, 王洪波, 黄革, 赵奇志
2020,28(10):1017-1025, DOI: 10.11943/CJEM2019202
摘要:铝粉作为常用的含能材料已经在推进剂、火炸药中广泛应用,但其也存在易氧化、易团聚等劣势,导致能量密度降低、点火温度升高、燃速降低等缺点。针对不同的应用需求,采取不同的方式对铝粉表面进行改性、优化能量释放效果是当前国内外研究的热点。本文根据材料在铝粉能量释放时的作用机制,综述了国内外利用含能材料、含氟聚合物、金属氧化物、惰性聚合物、小分子有机物、单质材料六类材料对铝粉表面进行改性的方法和产物性能特点,对不同改性方法的应用场景进行了分析,并展望了铝粉表面改性技术的发展方向:利用含氟聚合物对表面进行初步改性,并进一步利用金属氧化物、含能材料等制备性能更为全面、可调控的复合铝粉,如硝化棉负载n-Al@PVDF等,将是未来一段时间的重点发展方向。
2020,28(10):1026-1034, DOI: 10.11943/CJEM2020007
摘要:1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)具有良好的爆轰能量和极佳的安全性能,是当前唯一满足钝感高能炸药标准(IHE)的单质炸药。然而,由于TATB分子内外具有强的氢键作用,导致其难溶于常规溶剂。而提升TATB的溶解度是对其进行产品精制、品质控制和形貌调控的重要前提,也是降低其产品制造成本,减少环境污染的重要途径。因此,提升TATB的溶解度是其工程化应用的重要基础。针对TATB在不同溶剂中的溶解特性研究进展进行综述,溶剂类型包括常规溶剂(如二甲基亚砜)、强酸和强碱(如浓硫酸,氢氧化钠溶液),以及离子液体(如1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐)等,分析了当前溶剂体系在溶解TATB存在的优势与不足,并就未来的溶解溶剂与溶解方法进行了展望,例如发展新型组合溶剂提高溶解度,采用计算化学方法研究溶解机理。
2020,28(9):874-888, DOI: 10.11943/CJEM2020145
摘要:炸药晶体的结构形态是决定其安全、力学、相容性、长贮性、起爆、爆轰等性能和用途的本质要素。针对现用高能炸药的特点和不足,设计和调控炸药晶体结构形态以提升炸药性能,进而改进和拓展炸药用途已成为含能材料发展的一个重要方向。本文主要分析和总结了炸药的多晶型、颗粒形貌、晶体品质和聚集结构等晶体结构形态特征的结晶控制原理和方法的研究发展状况,并重点分析讨论了高品质降感炸药、球形炸药、微纳多级结构炸药等新型结构炸药的晶体结构特征、主要性能和应用前景。结合当前炸药结晶存在的主要问题,基于炸药晶体工程思想给出了相应的发展建议,期望为炸药的生产、加工和应用提供指导。
2020,28(9):889-901, DOI: 10.11943/CJEM2020142
摘要:分子是含能晶体“大厦”中的“砖”,分子间相互作用就是这些“砖”间的“粘合剂”。因此,分子间相互作用是认知与设计含能晶体的出发点和基础。本文评述了含能晶体中分子间氢键、卤键和π-π堆积作用及其对分子堆积模式、撞击感度与热安定性的影响。含能晶体中分子间相互作用通常表现出的特点和启示如下: (1) 低感高能晶体有比高感高能晶体更强的氢键作用; (2) 面-面π-π堆积是最有效的造就低撞击感度的分子堆积模式; (3) 增强分子间相互作用及其各向异性是一项重要的改善撞击感度的晶体工程策略; (4) 一味地增强分子间氢键可能导致晶体的热安定性变差。此外,分子间相互作用的准确描述与热力作用下的演化规律是今后研究的重点。
郜婵, 孙晓宇, 梁文韬, 李相东, 张洋, 代如成, 王中平, 张增明
2020,28(9):902-914, DOI: 10.11943/CJEM2020088
摘要:环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)三种多晶型含能材料在高压/高温高压下具有丰富的相变行为及相变特征,本文总结了三种炸药在不同压力环境下的相变路径、部分相结构及p-T相图,为含能材料的爆轰行为和理论研究工作提供参考。根据目前的研究现状,发现在较复杂的相变研究上仍存在分歧,大部分高压相的结构还不明确,p-T相图不够完善,相变理论的研究也存在明显不足。指出探索含能材料的不同晶型间转化机理和获取更多相结构信息将是未来的重点研究方向。
2020,28(8):798-809, DOI: 10.11943/CJEM2019108
摘要:近年,热分解动力学评价含能材料热安全性的方法受到了广泛的关注,并逐渐发展成为传统实验方法的重要补充。综述了以热分解动力学为基础的模拟方法评估热安全性的研究进展,介绍了获得热分解动力学参数的三种方法,包括简单线性拟合法、等转化率法和基于反应机理函数的动力学参数求解方法,讨论了不同求解方法的适用条件,并重点分析了模型拟合法的建模过程及其特点;在此基础上,结合热安全性评估中几种重要的安全性参数,介绍了基于热分解动力学对含能材料及其他危险物热安全进行评价的实际应用;最后对该方法中仍存在的争议性问题,如热分解参数求解的具体选择(等转化率法或模型拟合法)、以及针对熔融分解反应的实验方案实施等进行了讨论,提出在未来研究中应更加重视样品状态、实验技术、评价目标之间的匹配性。
2020,28(8):810-816, DOI: 10.11943/CJEM2019059
摘要:1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)是目前引起广泛关注的新型含能离子盐。综述了TKX-50相关研究进展,包括其分子合成、晶体结构及相变、热力响应特性、爆轰性能、安全性、相容性及毒性。TKX-50因具有易合成、能量高、机械感度低和毒性低的优点而有一定的应用潜质。但是,与传统的CHNO含能材料相比,TKX-50具有不同的晶体组成、晶体中粒子间相互作用、热力性质及其内在本质,其不太理想的热安定性和相容性将限制其应用。这表明,以TKX-50为代表的含能离子盐的热力响应机制和释能机制可能不同于传统CHNO含能材料,有待于进一步研究。
2020,28(7):695-706, DOI: 10.11943/CJEM2019307
摘要:联吡唑结构具有氮含量高、结构致密、钝感且热稳定性好的性质,是构建高能量密度材料理想的含能骨架。基于单吡唑环C—C、C—N以及N—N不同键合方式,从联吡唑环构建、爆轰基团引入策略与衍生物性能评价等方面,对近几年在含能材料领域已报道的5种联吡唑结构单元2H,2′H-3,3′-联吡唑(Ⅰ)、1H,1′H-4,4′-联吡唑(Ⅱ)、1′H-1,4′-联吡唑(Ⅲ)、2"H-1,3"-联吡唑(Ⅳ),1"H,2H-3,4"-联吡唑(Ⅴ)相关含能化合物的最新进展进行了简要综述。从合成方法及物化爆轰性能等方面梳理了联吡唑含能化合物合成研究发展方向与趋势。指出以下几点是今后联吡唑含能化合物发展的重点方向:筛选已报道的性能优异的联吡唑含能化合物进行合成优化及应用研究;通过引入不同的含能基团和富氮阳离子,设计合成更多综合性能优异的联吡唑含能化合物;完善联吡唑含能化合物研究体系,加强几种报道较少的联吡唑单元(如2′H-1,3′-联吡唑(Ⅳ)、1′H,2H-3,4′-联吡唑(Ⅴ)和1,1"-联吡唑(Ⅵ))含能化合物的制备与性能研究。
2020,28(7):707-716, DOI: 10.11943/CJEM2019284
摘要:硼基含能化合物具备高热值特性, 将会成为含能材料领域重点研究方向。目前国内关于硼基含能化合物的研究还未广泛展开,本文依据国外研究现状,将已报道的硼基含能化合物初步归纳为富氮硼酸酯类、唑基硼化盐类、硝基硼烷类、富氮硼嗪类、叠氮硼类等,并分别从结构特点、合成路线及基本性能等方面对这5类含能硼化物进行了介绍,最后对硼基含能化合物的发展趋势及在推进剂中的应用前景进行了分析与展望:硼嗪类或硼氮杂环类化合物具有高张力键能释放特性,有望成为含能材料领域新研究热点;唑基硼化盐类化合物合成方法相对便捷,性能便于调控,可考虑用其替代硼颗粒,作为改善富燃料推进剂燃烧性能的一种新途径;硼酸酯类含能化合物具备较高氧含量,通过引入多硝基富氮含能基团,进一步提高生成焓和氧平衡,可探索用其替代高氯酸铵的可能性。
林聪妹, 何伟, 巩飞艳, 何冠松, 刘佳辉, 曾诚成, 杨志剑, 严启龙
2020,28(6):577-588, DOI: 10.11943/CJEM2019279
摘要:界面结构对含能材料的力学性能、安全性能、热稳定性均具有重要的影响。聚多巴胺(PDA)是一种能使绝大多数基体功能化的表面化学材料,具有制备简单易控,反应温和,操作安全,可再进一步功能化等优点。近年来,仿生PDA包覆广泛应用于含能材料领域并取得良好进展。本文就PDA基仿生可控界面对含能材料结构和性能影响进行了综述。从PDA粘结机理出发,介绍了PDA对含能材料和功能填料进行表面功能化的方法,重点阐述了PDA表面改性对炸药的安全性能、热稳定性、力学性能和导热性能的影响规律。总结了PDA在含能材料结构设计和性能调控中的独特优势,指明目前存在的问题,建议进一步探明PDA与含能材料、粘结剂间作用机理,设计规整可控的界面结构,引入功能性高分子,并拓展含能材料用表面功能化材料种类。
2020,28(5):435-441, DOI: 10.11943/CJEM2020024
摘要:自燃型离子液体具有极低蒸气压、低毒、高热稳定性等优点,是最有潜力取代肼及其衍生物的新一代绿色推进剂燃料。深入理解自燃性和点火燃烧过程对离子液体推进剂系统的实际应用至关重要,为此,综述了近年关于自燃型离子液体点火燃烧机制方面的研究进展,主要包括自燃反应路线与机理、点火和燃烧过程以及自燃性理论预测三个方面,详细介绍了以二氰胺阴离子和硝酸为主的自燃反应机理,分析了自燃型离子液体点火燃烧的几个阶段及现象,总结了对自燃性进行预测的几种方法,提出未来的重点发展方向在于扩展和完善除二氰胺外其它阴离子的反应机理、开发新型的绿色氧化剂代替有毒的发烟硝酸、统一规范点火装置和方法以及优化理论预测模型提高预测方法的精确性等。
2020,28(5):424-434, DOI: 10.11943/CJEM2020023
摘要:烷基金刚烃具有高密度和高热安定性等特点,可为航空航天飞行器提供充足的推进能量和冷却能力。综述了烷基金刚烃燃料的合成进展,包括多环烷烃重排反应和金刚烷基化合物烷基化反应。分析了重排反应受热力学控制的特性,结合量子化学计算与实验产物分布推测重排反应路径;讨论了以金刚烷基化合物为原料烷基化反应具有区域选择性,能够实现定向合成指定烷基结构(甲基、乙基、丙基、丁基等)的金刚烃。同时,总结了烷基金刚烃燃料性质,归纳了针对烷基金刚烃燃料热安定性的评价方法和结果,分析了构效关系。其中,烷基金刚烃的密度和分子结构的紧凑程度有关,取代烷基链越长,密度越低,黏度越大;烷基金刚烃碳环数越多,密度越大。燃料的冰点和分子结构对称性有关,对称度越低,冰点越低。碳氢燃料热安定性主要由分子结构中包含的碳原子的种类及数量决定,其中各种碳原子稳定性顺序为季碳原子 > 伯碳原子 > 仲碳原子 > 叔碳原子。因此,未来有望采用具有区域选择性的高效合成方法,将烷基定向取代于金刚烃母体的叔碳原子上,实现从叔碳原子到季碳原子的转变,提升热安定性的同时保持烷基金刚烃较高的密度,这为未来定向高通量合成高密度、高热安定烷基金刚烃燃料提供了新的思路。
2020,28(4):277-290, DOI: 10.11943/CJEM2019135
摘要:从力学性能、防护结构应用研究、吸能机理三个方面综述了聚脲弹性体在爆炸防护中的研究进展。聚脲弹性体的静/动态力学性能优异,断裂伸长率高、应变率效应强,在增强墙体、金属及复合材料等多种防护结构抗冲击性能方面的研究取得了重要进展,获得了一些规律性认识,包括聚脲弹性体在防护结构中的位置、质量比重等因素对抗爆性能的影响以及聚脲弹性体在墙体、金属、复合材料等不同结构中增强抗爆性能的机理。分析认为聚脲弹性体在爆炸防护中具有很大的应用潜力,指出未来需进一步研究聚脲弹性体的本构关系、影响聚脲弹性体抗爆性能的因素、防护结构尺寸效应与聚脲弹性体的微观吸能机理。
2020,28(1):1-12, DOI: 10.11943/CJEM2018269
摘要:密度是决定含能材料爆轰性能的重要参数。为评估现有CHON类含能材料密度的计算方法,对等电子密度面法、分子表面静电势法、基团加和法、晶体堆积法、定量构效关系法、经验公式法等进行分析和归类。结果表明,基于分子体积预测方法的精度取决于分子间和分子内相互作用对密度影响描述的准确度。其中,准确描述氢键和van der Waals作用充满了挑战性。基于晶体体积计算密度的核心在于晶体结构的准确预测,结构搜索要面对巨大的状态空间和高度复杂的能量曲面的困难,预测效率是亟待解决的问题。体积加和法和经验公式法存在无法区分同分异构体和晶型的缺点,且对新发现的具有特殊结构的分子由于缺乏实验数据难以获得准确的经验参数,计算结果偏差较大。引入人工神经网络、遗传算法以及支持向量机等机器学习算法后,定量构效关系法在含能化合物性能与结构关系研究中取得很大成就,模型精度进一步提高将为基于材料基因组模式的含能材料设计研发奠定基础,这也是今后密度预测方法发展的主要方向。
2020,28(1):13-24, DOI: 10.11943/CJEM2018359
摘要:随着弹药安全性要求的不断提升,传统2,4,6-三硝基甲苯(TNT)基熔铸炸药在制造、运输和使用过程中暴露出的问题使其安全性不能达到钝感弹药的技术要求,2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药是近年来逐渐发展起来的一类可以替代TNT基炸药的钝感炸药。本文在系统跟踪近十年来国内外研究动态的基础上,综述了DNAN的合成及性能,DNAN基熔铸炸药爆炸特性、安全性、安定性、贮存特性、易损性、力学特性及流变特性等最新的研究与进展。展望了DNAN基熔铸炸药研究的热点和难点。
- PDF下载排行
- HTML阅读排行
- 摘要点击排行
- 五年引用排行
-
2020,28(5):424-434 DOI: 10.11943/CJEM2020023
-
2020,28(8):798-809 DOI: 10.11943/CJEM2019108
-
2020,28(8):810-816 DOI: 10.11943/CJEM2019059
-
2020,28(5):435-441 DOI: 10.11943/CJEM2020024
-
2020,28(9):874-888 DOI: 10.11943/CJEM2020145
-
2020,28(5):382-390 DOI: 10.11943/CJEM2019317
-
2020,28(4):317-329 DOI: 10.11943/CJEM2020019
-
2020,28(8):798-809 DOI: 10.11943/CJEM2019108
-
2020,28(5):369-375 DOI: 10.11943/CJEM2020047
-
2020,28(4):352-357 DOI: 10.11943/CJEM2019281
-
2020,28(6):539-543 DOI: 10.11943/CJEM2019143
-
2020,28(8):766-772 DOI: 10.11943/CJEM2019258
-
2020,28(5):435-441 DOI: 10.11943/CJEM2020024
-
2020,28(7):603-608 DOI: 10.11943/CJEM2019322
-
2020,28(5):376-381 DOI: 10.11943/CJEM2020026
-
2020,28(9):874-888DOI: 10.11943/CJEM2020145
-
2020,28(5):382-390DOI: 10.11943/CJEM2019317
-
2020,28(5):369-375DOI: 10.11943/CJEM2020047
-
2020,28(5):424-434DOI: 10.11943/CJEM2020023
-
2020,28(8):718-723DOI: 10.11943/CJEM2019208
-
2020,28(5):376-381DOI: 10.11943/CJEM2020026
-
2020,28(5):391-397DOI: 10.11943/CJEM2019328
-
2020,28(5):407-415DOI: 10.11943/CJEM2020004
-
2020,28(5):435-441DOI: 10.11943/CJEM2020024
-
2020,24(4):403-416 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.04.016
-
2020,24(12):1168-1172 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.12.006
-
2020,24(11):1048-1056 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.11.003
-
2020,24(10):978-984 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.10.010
-
2020,24(11):1121-1130 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.11.016
-
2020,24(6):544-549 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.06.005
-
2020,24(3):306-314 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.03.017
-
2020,24(3):226-230 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.03.003
-
2020,24(3):244-248 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.03.006
-
2020,24(2):128-136 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.02.004
-
2020,26(7):608-613 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2018.07.010
-
2020,25(1):44-48 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.01.007
-
2020,24(7):674-677 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.07.009
-
2020,24(7):709-714 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.07.015
-
2020,24(5):515-518 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.05.015
-
2020,24(3):261-268 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.03.009
-
2020,24(3):219-225 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.03.002
-
2020,24(1):60-63 DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2016.01.009
稿件在本刊官网发布后12个月的访问统计和5年引用次数的排行情况