2015, 23(4):309-314. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.001
摘要:为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1, 3-二硝基苯(DNB)共晶炸药的实际使用价值,改善其安全性和力学性能,沿其(0 0 1)晶面分别添加了端羟基聚丁二烯(HTPB)和聚乙二醇(PEG)高聚物粘结剂,构建了两种CL-20/DNB共晶基高聚物粘结炸药(PBX)——CL-20/DNB/HTPB和CL-20/DNB/PEG的模型。在COMPASS力场下,对该共晶炸药及其两种PBX模型进行了295 K-NPT分子动力学(MD)模拟研究。结果表明,CL-20/DNB/PEG的结合能大于CL-20/DNB/HTPB的,预示前者的稳定性和相容性优于后者。以对相关函数g(r)揭示了粘结剂与基炸药之间界面的相互作用。与CL-20/DNB共晶炸药相比,少量粘结剂(HTPB或PEG)的加入,使弹性系数(Cij)、拉伸模量(E)、体积模量(K)和剪切模量(G)减小,而柯西压(C12-C44)和K/G值增大,表明PBX体系刚性减小,延展性增强。CL-20/DNB/HTPB的(C12-C44)和K/G值均大于CL-20/DNB/PEG的,表明前者的延展性好于后者,预示粘结剂HTPB比PEG在改变共晶炸药力学性能进而致钝的效果较好。
陶俊 , 王晓峰 , 赵省向 , 王彩玲 , 刁小强 , 韩仲熙
2015, 23(4):315-322. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.002
摘要:为设计含能高聚物黏结炸药(PBX)的配方,添加不同软硬段((3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(AMMO): 3,3-二叠氮甲基氧丁环(BAMO))比例的含能黏结剂到配方主体的高能量密度化合物六硝基六氮杂异戊兹烷(ε-CL-20)中,构成PBX。用分子动力学(MD)方法模拟了含能黏结剂与ε-CL-20的结合能以及作用方式、ε-CL-20/含能黏结剂复合体系的力学性能。用基团加和法计算了不同软硬段比例含能黏结剂的生成焓。结果表明:由结合能预测各PBX的相容性和稳定性排序为: ε-CL-20/PBAMO(9)-g-PAMMO(2)>ε-CL-20/PBAMO(5)-g-PAMMO(7)>ε-CL-20/PAMMO(17)>ε-CL-20/PBAMO(12)。PBAMO与ε-CL-20作用主要以范德华力为主。PAMMO以范德华力, 静电相互作用和其他作用力与ε-CL-20作用。含能黏结剂可有效地降低ε-CL-20的刚性,其中含能热塑性弹性体的加入能增强ε-CL-20的延展性。单位质量含能黏结剂的生成焓随BAMO含量的增加而逐渐增加。
2015, 23(4):323-329. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.003
摘要:为研究扇形结构燃料抛撒特性,利用LS-DYNA程序,对中心抛撒药驱动燃料抛撒和壳体破坏过程进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。得到了燃料抛撒速率随时间变化的规律,以及抛撒药类型及其位置、刻槽间距与深度对燃料最大速率和结构响应的影响。结果表明:燃料最大速率值出现在180°方向; 而0°方向最早出现最大速率。与RDX相比,高爆速、高爆压的中心抛撒药HMX导致壳体破坏程度的加剧和燃料的最大抛撒速率平均下降18%。对于抛撒药的中心位置,过于偏离横截面形心的设置方式将引起燃料抛撒速率的降低和壳体的横向断裂。当刻槽间距为40 mm、刻槽深度为2 mm时,模拟结果显示壳体应力集中现象较少,且燃料在180°方向的最大抛撒速率为283 m·s-1。
2015, 23(4):330-335. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.004
摘要:利用LS-DYNA对燃料空气炸药(FAE)装置中心装药不耦合系数(De)的最佳值、中心装药偏移和壳体单侧弱化所引起的燃料抛散的非对称性特征进行了研究。计算结果表明:中心装药的不耦合系数并非越大越好,在本研究中,De=2时最佳; 中心装药负偏移2 mm时,燃料在正方向抛散速度增大6 m·s-1,在负方向的抛散速度减小13 m·s-1,负偏移量增大,负方向抛散速度减小和正方向抛散速度增大的趋势更加明显,说明中心装药的偏移对FAE燃料的抛散有同向抑制,反向促进作用; FAE装置壳体出现单侧弱化时,装置两侧燃料的抛散速度都降低,同等条件下,采用聚氯乙烯壳体的FAE装置两侧燃料抛散速度减小程度小于采用钢制壳体的FAE装置,这说明速度的减小在使用弱约束时表现轻微,使用强约束时表现显著。
2015, 23(4):336-339. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.005
摘要:为了简化激光作用下固体推进剂点火特性参数的计算,分析了以激光为点火源的固相反应模型点火机理,将其分为吸热热解、边界层气相掺混与快速化学反应三个阶段。建立了一种预测阶段性激光点火延迟时间和点火温度的特征参数近似计算模型,利用该方法对HMX单元推进剂在三种不同的激光入射强度(45,76,170 W·cm-2)下的点火过程进行了计算,该模型计算的点火延迟时间与点火温度与固相点火模型相比之间的偏差分别为3.8%,8.1%,11.5%与1.23%,0.87%,0.98%。
2015, 23(4):340-345. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.006
摘要:基于化学平衡原理,在最小自由能法求解的基础上,通过引入遗传算法,确定自变量的选取以及其变化范围,明确了适应函数,建立了燃烧产物平衡组分计算方法,并应用文献数据与实验结果对计算结果的准确性进行验证。结果表明:贫氧化合物(TNT,Tetryl,TNBA)燃烧产物组分含量与燃温的计算结果与文献值的误差分别在1%与1.5%以内,富氧化合物(RDX,PETN,Nitromethane)燃烧产物组分含量与燃温的计算结果与文献值的误差分别在7.7%与5%以内,不同CsNO3含量的丁羟等离子推进剂爆热计算结果与实验测试结果的最大误差为4.27%。该方法可为火炸药配方设计、性能预估以及燃烧产物组分种类的确定等提供重要手段。
2015, 23(4):346-350. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.007
摘要:应用量子化学密度泛函理论对ClF3O和H2O的反应机理进行了研究。在B3PW91/6-31++G(d, p)水平上优化了反应通道上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型, 计算了它们的振动频率和零点能,并对能量进行了零点能校正(E+ZVPE就是对能量进行了零点能校正的值),找到了反应通道。结果表明:ClF3O和H2O极易发生反应,水足量时有利生成HF、HClO2和HClO4; 水少量时有利于生成HF和ClFO。
2015, 23(4):351-355. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.008
摘要:高能炸药材料普遍具有脆性特点,对其增韧改性有助于提高武器安全性及可靠性,因此炸药韧性的表征是亟待解决的问题。针对其他工程材料常用的两种参量(冲击韧性、断裂韧性)表征炸药韧性时存在的局限性,提出了基于应力-应变曲线断裂能量计算的韧性表征参量—断裂能,包括拉伸断裂能和压缩断裂能两种形式。一方面,由于不能测试炸药冲击韧性,从测试原理上分析了断裂能参量与冲击韧性具有比较接近的物理意义; 另一方面,试验比较了室温下三种炸药之间(HMX-P1、HMX-P2、TATB-P3)和其中一种炸药(HMX-P2)在不同温度下(20,35,45,60 ℃)的断裂能与断裂韧性的变化趋势,结果表明,不同炸药之间以及不同温度下炸药的断裂能与断裂韧性的变化趋势具有较好的一致性; 基于这两方面的对比分析,认为断裂能可以作为炸药材料的一种韧性表征参量。
2015, 23(4):356-361. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.009
摘要:为了研究高聚物粘结炸药(PBX)在压缩剪切作用下的响应特性,采用设计的压缩剪切试验装置,对Φ20 mm×40 mm的PBX-932和PBX-C43在22~57 m·s-1撞击速度范围内进行了响应试验。试验中采用压力计测试了压力变化过程,通过高速录像照片分析了撞击过程,采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,分析了两种炸药的响应特性。结果表明,随着撞击速度增加,两种PBX炸药的损伤度增加。在压力160~400 MPa,脉宽1.5 ms的压缩剪切作用下,PBX-C43和PBX-932的撞击速度阈值分别为25.5~27.7 m·s-1和22.7~24.4 m·s-1。两种炸药的反应程度基本一致。
代梦艳 , 刘香翠 , 闵娉婷 , 方国峰 , 刘江海 , 陈春生 , 张彤
2015, 23(4):362-367. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.010
摘要:采用CAE(Chemical Eguilibrium and Application)软件对造雾剂的燃烧产物组成和燃烧反应热力学参数进行了理论计算,使用红外测温仪、高速摄影仪和X射线衍射仪等对不同镁粉含量的造雾剂的燃温、燃速和燃烧残渣率进行了分析测试,将二者进行了对比分析,研究了镁粉对于造雾剂燃烧反应过程以及成雾可见光遮蔽性能的影响。理论计算结果表明,平衡态燃烧产物中气相产物主要包括气化的氯化物和CO2、CO、H2O、H2等,凝聚相产物主要为MgO。实验结果表明,镁粉对燃温、燃速的控制作用较大,对燃烧反应和凝结核的生成和核化过程有重要影响。镁粉含量增加到8%时,造雾剂的燃速迅速上升到1.26 mm·s-1,燃温迅速升高到2000 K。当燃温达到1773 K以后,氯化物的核化过程顺利进行,成雾的可见光遮蔽性能逐渐变好。实验结果与理论结果在燃温的变化趋势以及燃烧产物组成方面较为符合,但理论值比实测燃温要高300~500 K,而燃烧残渣与理论计算的凝聚相产物含量方面有所差异,镁粉含量小于5%时,实测残渣率远大于凝聚相产物的理论值,而当镁粉含量大于6%之后,实测残渣率小于凝聚相产物的理论值。
2015, 23(4):368-371. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.011
摘要:为提高KNO3/Mg-Al红外诱饵剂红外辐射强度,采用药剂中添加硼(B)粉的方法,借助远红外热像仪对诱饵剂燃烧及红外辐射特性进行了实验研究。结果表明,添加B粉后诱饵剂的质量燃速、燃烧温度、辐射亮度增大。当B粉含量由0%增加到2%时,诱饵剂的质量燃速从0.394 g·s-1提高到0.564 g·s-1。当B粉含量由0%增加到4%时,燃烧温度和辐射亮度分别从727.71 ℃、995.68 W·m-2·sr-1增加到1046.19 ℃、1681.59 W·m-2·sr-1。辐射强度随B粉含量增加呈现出先增加后减小的趋势,B粉含量为4%时辐射强度达到极值2.64 W·sr-1,显示一定比例B粉可有效提高诱饵剂的质量燃速、燃烧温度及红外辐射特性。
2015, 23(4):372-375. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.012
摘要:为研究低能量导爆索水下爆炸气泡脉动特性,采用高速摄影技术对低能量导爆索水下爆炸进行实验。研究图像数据发现,拍摄段的低能量导爆索水下爆炸首次气泡脉动形状基本保持圆柱形,从第二次气泡脉动开始,气泡脉动的形状变为不规则圆柱形,气泡外边缘模糊,这主要是低能量导爆索外壳碎片击穿气泡所致;第一次气泡脉动的周期为21.5 ms,最大直径为11.2 cm,第二次脉动周期为15.5 ms。在第一次气泡脉动过程中,气泡膨胀时间为15 ms,收缩时间为6.5 ms,膨胀时间比收缩时间长。
2015, 23(4):376-385. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.013
摘要:综述了10种硝基咪唑类含能化合物的合成及性能,包括1, 4-二硝基咪唑(1, 4-DNI),2, 4-二硝基咪唑(2, 4-DNI),4, 5-二硝基咪唑(4, 5-DNI),2, 4, 5-三硝基咪唑(2, 4, 5-TNI),1-甲基-2, 4-二硝基咪唑(2, 4-MDNI),1-甲基-4, 5-二硝基咪唑(4, 5-MDNI),1-甲基-2, 4, 5-三硝基咪唑(MTNI),1-苦基-2, 4-三硝基咪唑(2, 4-PDNI),1-乙酸乙酯-2, 4, 5-三硝基咪唑(CTNII),1-苦基-2, 4, 5-三硝基咪唑(PTNI)。对高能钝感炸药1, 4-DNI、2, 4-DNI及MTNI的合成与性能进行了详细介绍并对路线中存在的问题进行了简要评述。同时提出了一条理论上可行的合成MTNI的新路线,即碘代-硝化法:以N-甲基咪唑为原料经碘化得到1-甲基-2, 4, 5-三碘基咪唑(MTII),然后再用超酸硝化得到目标物。
2015, 23(4):386-400. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.014
摘要:系统综述了国内外关于硝基脲类含能材料的合成和性能研究进展。重点介绍了硝基五元环脲类尤其是甘脲类含能材料的合成与性能。认为,硝基脲类含能材料具有较好的热稳定性、较高的密度和能量水平,但双硝基脲类化合物的水解稳定性差限制了其应用。指出,甘脲类含能材料和七、八元环硝基脲类含能材料研究相对较少。可考虑设计良好的氮杂环骨架分子,骨架分子中引入硝仿基(—C(NO2)3)、硝基(—NO2)、氨基(—NH2)和硝氨基(N—NO2)等含能基团来合成新型化合物,以提高硝基脲类化合物的实际应用价值。提出了设计与合成新型硝基脲类含能材料的研究方向,附参考文献52篇。
张敏 , 毕福强 , 许诚 , 葛忠学 , 刘庆 , 汪伟 , 王伯周
2015, 23(4):401-404. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.015
摘要:以2-偕二硝甲基-5-硝基四唑(HDNMNT)和醇钠为原料,合成出2-偕二硝甲基-5-甲氧基四唑(DNMMOT)、2-偕二硝甲基-5-乙氧基四唑(DNMEOT)、2-偕二硝甲基-5-异丙氧基四唑(DNMPOT)、2-(2-偕二硝甲基四唑-5-氧基)乙醇(SDEH)以及1, 2-双(2-偕二硝甲基四唑-5-氧基)乙烷(DEH)5种化合物,产率分别为91.6%、92.1%、91.7%、31.7%及57.4%。采用红外光谱、核磁共振、元素分析及液相色谱质谱联用技术等对其结构进行了表征,并推测该反应机理为HDNMNT与醇钠的亲核取代反应。采用B3LYP方法预估了这5种2-偕二硝甲基-5-烷氧基四唑化合物的爆轰性能,发现DEH与RDX爆速和爆压相当。
李祥志 , 李亚南 , 周诚 , 李辉 , 樊学忠 , 王伯周
2015, 23(4):405-408. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.04.016
摘要:以乙二醛(40%)和硝基甲烷为原料, 通过缩合、硝化两步反应生成了新型硝酸酯类含能增塑剂6b-硝基-1, 3, 5-三氧环戊烷[cd]-并环戊二烯-2, 4, 6-三硝酸酯(2), 总收率为40.90%, 并采用红外光谱、核磁共振光谱和元素分析对其进行了表征。首次培养并获得了化合物2的晶体结构, 晶体结构分析表明, 该化合物属于单斜晶系, 晶体空间群为P21/n; 晶胞参数为:a=7.792(9)Å, b=8.534(9)Å, c=19.41(2) Å, β=117.624(4)°, Mr=370.16, V=1305(2) Å3, Z=4, Dc=1.884 g·cm-3, λ=0.71073 Å, F(000)=752, μ =0.189 mm-1, S=1.097, 最终偏差因子R1=0.0488, wR2=0.1289。
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