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RDX 杂 质 对 HMX 性 能 影 响 的 分 子 动 力 学 研 究 831

由于 CED 能够体现物质间的相互作用力，Hildeb⁃ 如下：
rand ［21］ 等引入溶度参数的概念，其定义为内聚能密度 ìD = ( 690 + 1160ρ )∑N ch
2
的平方根： ï p = 1.106( ρ∑N ) - 0.84
ï
ch
ΔE ΔH - RT í 100 （7）
ï
δ = = V （4） ï ∑N ch = ( p N pi + ∑B N BK + ∑G N )
K
i
j
Gj
V m V m î M r
-1
-1
式 中 ， ΔE 为 体 系 的 内 聚 能 ，J·mol ； V 为 摩 尔 体 积 ， 式 中 ，D 为 炸 药 的 爆 速 ，m · s ；p 为 炸 药 的 爆 压 ，
m
-3
-1
-1
3
cm ·mol ； ΔH 为摩尔蒸发热 J·mol ，R 为气体常数， GPa；ρ 为 炸 药 的 密 度 ，g·cm ； ∑N 为 炸 药 的 修 正
V
ch
-1
-1
8.314 J·mol ·K ，T 为温度，K。高分子材料相互作用 氮 当 量 ；p 为 1 mol 炸 药 生 成 第 i 种 爆 轰 产 物 的 摩 尔
i
过程中的焓变与其溶度参数具有下列关系 ［22］ ： 数；N 为第 i 种爆轰产物的氮当量系数；B 为炸药分
pi
K
ΔH M 子中第 K 种化学键出现的次数；N 为炸药分子中第
BK
1
V m = ( δ - δ ) σ σ 2 （5） K 种化学键的氮当量系数；G 为炸药分子中第 j 种基
1
2
j
式 中 ，σ 、σ 为 各 组 分 的 体 积 分 数 。 由（5）式 可 以 看 团 出 现 的 次 数 ；N 为 炸 药 分 子 中 第 j 种 基 团 的 氮 当
Gj
2
1
出，溶度参数差值（Δδ）可以用来评估组分间相容性， 量系数。
其越趋于 0，组分之间的相容性越好。表 2 列出了 MD 关于修正氮当量法的具体计算过程以及 p ，N ，
pi
i
计算得到的 HMX 超晶胞及其掺杂模型和 F 2311 无定形 B ，N ，G ，N 等参数的来源可以通过文献［25］获得。
K
BK
j
Gj
晶胞的溶度参数。 根据质量加权法，混合炸药的计算公式如下：
Q = ∑ω Q i （8）
i
表 2 不同炸药模型和 F 2311 溶度参数 式中， ω 是混合炸药中第 i 种组分的质量分数； Q 是混
Table 2 The solubility parameter （δ） of different explosive i i
合 炸 药 中 第 i 种 组 分 的 爆 热 ，kJ·kg 。 采 用 Meyer R
-1
models and F 2311
-1
等 ［26］ 实验测得的 HMX 和 RDX 的爆热（6197 kJ·kg 和
defect rate δ HMX+RDX δ F2311 Δδ
-1
/ % / J ·cm -3/2 / J ·cm -3/2 / J ·cm -3/2 6322 kJ·kg ），对 HMX 超晶胞模型和掺杂模型的爆热
1/2
1/2
1/2
0 30.33 12.80 进行预测。
4.17 29.82 12.29
计算得到不同模型的爆轰参数见表 3。
8.33 29.44 17.53 11.91
12.50 28.55 11.02 表 3 不同晶体模型的爆轰参数
16.67 28.01 10.48 Table 3 Detonation parameters of different crystal models
defect rate OB ρ D p Q
由表 2 可以看出，随着掺杂 RDX 的增多，HMX 超 / % / % / g·cm -3 / m·s -1 / GPa / kJ·kg -1
晶胞及其掺杂模型同 F 2311 之间的溶度参数差值逐渐变 0 34.78 1.79 8766.87 34.75 6197.00
小，即 ΔH 的值更趋于 0。这表明随着 RDX 掺杂率的 4.17 34.78 1.77 8693.35 33.96 6200.95
M
增加，HMX 超晶胞及其掺杂模型同 F 2311 之间的相容性 8.33 34.78 1.76 8656.59 33.57 6204.98
逐渐增强。 12.50 34.78 1.72 8509.54 32.02 6209.10
3.3 RDX 掺杂对 HMX 炸药爆轰性能的影响 16.67 34.78 1.69 8399.26 30.88 6213.30
Note： OB is the oxygen balance. ρ is the density. D is the detonation velocity.
通过修正氮当量法 ［23］ 计算了炸药的爆速（D）和爆
p is the detonation pressure. Q is the heat of detonation.
压（p），并根据质量加权法 ［24］ 计算了爆热（Q），以此对
其能量特性进行评估。 由表 3 可见，随着 RDX 掺杂率的增加，HMX 超晶
对 于 C H O N 炸 药 ，氧 平 衡 系 数（OB）计 算 公 胞及其掺杂模型的 OB 没有变化，主要是因为 HMX 和
a
c
d
b
式 ［25］ 如下： RDX 是同系物，具有相同的最简分子式。HMX 超晶
[ c - ( 2a + b/2 ) ] 胞及其掺杂模型的 ρ、D 和 p 随着掺杂率的增加而减
OB = × 16 × 100% （6）
M r 小，减小幅度分别为 1.12%~5.59%、0.84%~4.19% 和
式中，a，b，c 分别为炸药分子中 C、H、O 三种原子的数 2.27%~11.14%。对于这三个爆轰参数的变化，本质
-1
目，M 为炸药的摩尔质量，g·mol 。 上是 ρ 的变化引起的，因为 HMX 和 RDX 的修正氮当量
r
根 据 修 正 氮 当 量 理 论 ，爆 速 和 爆 压 的 计 算 公 式 系数是一样的。HMX 超晶胞及其掺杂模型的 Q 随着
CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2018 年 第 26 卷 第 10 期 （828-834）