杨占锋 , 田勇 , 周海强 , 张伟斌 , 李敬明 , 李卫彬
2017, 25(12):970-975. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.001
摘要:针对高聚物粘结炸药(PBX)初始损伤及疲劳损伤问题,利用自行建立的非线性超声测试装置,对模压成型的两种密度三氨基三硝基苯(TATB)基PBX圆柱形试样及其在压缩疲劳过程中的非线性超声参量进行了测试,用断貌分析和计算机断层扫描(CT)验证了非线性超声检测结果。结果表明,与内部初始损伤程度较低的TATB基PBX试样相比,内部存在明显界面损伤的TATB基PBX试样的非线性超声系数明显偏高,非线性超声系数与TATB基PBX初始损伤程度之间有一定的相关性; 在TATB基PBX试样疲劳加载至即将产生微裂纹时,非线性超声系数急剧增加并在产生宏观裂纹时达到极值,显示非线性超声参量可监测TATB基PBX疲劳损伤发展过程; TATB基PBX初始损伤程度不同其疲劳损伤速度和发展过程也不尽相同。
2017, 25(12):976-982. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.002
摘要:为了获得炭黑质量分数和环境压强对固体燃料聚乙烯点火和燃烧性能的影响, 加工了不同组分配比的固体燃料样品。以CO2激光器作为点火源研究了它们的点火和燃烧特性。用高速摄影仪记录实验过程。用扫描电子显微镜观测了燃烧后的固体燃料表面形貌。分析了不同环境压强下不同组分配比固体燃料的点火燃烧过程、点火延迟时间和燃速。结果表明, 固体燃料聚乙烯的点火过程为典型的气相点火, 燃烧火焰属扩散火焰。点火延迟时间随着炭黑的加入急剧缩短, 当炭黑质量分数大于20%时, 炭黑质量分数的增加对点火延迟时间的影响很小。点火延迟时间随着环境压强的增加缩短, 当环境压强大于0.2 MPa时, 环境压强的增加对点火延迟时间的影响也很小。根据实验结果, 采用最小二乘法, 拟合得到了环境压强为0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 MPa时点火延迟时间与炭黑质量分数的函数关系式。固体燃料的燃速随炭黑质量分数的增大而减小, 随压强的增大而增大, 当炭黑质量分数大于5%时, 炭黑质量分数是影响固体燃料燃速的主要因素。
2017, 25(12):983-990. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.003
摘要:底部排气弹射程和纵向密集度与点火具的工作性能密切相关。采用高速录像系统和红外热像仪研究了大气环境中, 镁/聚四氟乙烯(MT)(Mg/PTFE 45/55、Mg/PTFE 55/45、Mg/PTFE 61/39)、硝酸钡(Ba(NO3)2)和氢化锆/氧化铅(ZrH2/PbO2 40/60) 五种点火药剂在不同点火具孔径(6.5, 8 mm)下的燃烧扩展特性, 并测得七种点火具的火焰温度场分布。在实验基础上, 以基于内节点的有限体积法对MT点火具的燃烧射流场进行三维数值模拟, 分析了不同MT质量比和点火具孔径下点火具在大气中的燃烧特性参数分布规律。实验和数值结果表明: ZrH2/PbO2点火具会破坏底排推进剂的“平行层”燃烧规律; 提出以点火面积有效因子表示推进剂点火面积的有效程度, 并结合点燃时间综合评估点火具的点火性能, 发现MT质量比为61:39, 孔径为8 mm的点火具性能最优; 点火具火焰最高温度区均位于喷孔的势流核上方; 镁质量分数为0.45~0.61时, 镁含量越小, MT点火具燃烧场中火焰温度越高, 镁含量一定, 点火具孔径为6.5, 8 mm时, 较大孔径有较强烈燃烧场热对流, 较高中心轴向温度, 较大温度梯度。
2017, 25(12):991-996. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.004
摘要:为研究炸药在高过载条件下的损伤特性及损伤破坏机理,选取两种不同成型工艺下(浇注,压装)的奥克托今(HMX)基抗高过载炸药作为研究对象,用冲击波感度试验对炸药进行冲击损伤,通过CT检测表征试验前后炸药的损伤程度,同时测试了冲击损伤后炸药的冲击波感度。CT检测结果表明,冲击损伤后压装成型炸药各观测界面均未出现宏观损伤,而浇注成型炸药在距见证板一端7~8 mm位置,出现了长度7~8 mm、直径1~2 mm的孔洞,浇注炸药在距离下端面40 mm以上,损伤后的CT值降低1%~5%,压装炸药在距离下端面50 mm以上,损伤后的CT值升高1%~8%。冲击损伤后两种炸药的冲击波感度均降低,其中浇成型注炸药由未损伤时的临界隔板厚度25~27 mm下降到13~15 mm;压装成型炸药由未损伤时的临界隔板厚度38~40 mm下降到30~32 mm。
2017, 25(12):997-1003. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.005
摘要:为研究初始损伤对高聚物粘结炸药(PBX)在外力作用下结构变化与损伤行为的影响,采用预制缺陷的方式模拟了初始损伤,制备了不含预制缺陷、含斜45°非贯通缺陷以及含斜45°贯通缺陷的3组PBX模拟材料样品,利用经改进的圆弧压头巴西试验加载方式,在X射线μCT系统上开展原位研究。通过数字图像处理技术获得了裂纹及孔隙的三维形态、尺寸及空间分布信息。利用ABAQUS软件对试验进行了有限元模拟。结果表明,预制缺陷与巴西试验加载方向呈45°角时, 预制缺陷会破坏其加载方式的对称性,样品的损伤行为也会相应发生改变;非贯通缺陷与贯通缺陷对样品的损伤行为的影响有很大区别;含非贯通缺陷的样品会发生分层现象,即表层缺陷对样品损伤行为的影响范围主要集中在含有缺陷的部分;模拟的结果与试验结果吻合较好,在一定程度上解释了试验现象。
2017, 25(12):1004-1010. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.006
摘要:为了探索控制整装式液体发射药火炮燃烧稳定性的方法,设计了多结构的圆柱及圆柱渐扩型观察室,利用高速数字录像系统记录了四股燃气射流的扩展过程,通过处理射流扩展过程的序列图,得到不同时刻燃气射流头部的平均轴向位移,对比了采用不同渐扩比的A型、B型和G型观察室以及在A型观察室中不同喷孔压力、喷孔直径、喷孔中心间距等参数对四股燃气射流在液体工质中扩展特性的影响。实验结果表明:多级渐扩型结构能够通过台阶的诱导作用,增强射流径向扰动,当渐扩比(ΔD/L)从0.3增加到0.6,射流轴向位移减小了10.8%;随着喷孔压力增大,气体射流强度增大,喷孔压力从9.18 MPa增大到15.30 MPa,t=4 ms射流轴向位移增加了20.9%;当喷孔直径从1.4 mm增大到2.0 mm时,轴向位移较快,气液掺混较剧烈,t=5 ms射流轴向位移增加了24.1%;增大喷孔中心间距,可以使径向扩展更加充分,减慢轴向扩展,当喷孔间距从16mm增大20 mm时,t=5 ms射流轴向位移减小了20.6%。
2017, 25(12):1011-1017. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.007
摘要:为研究燃烧室形状对整装式含能液体燃烧推进过程稳定性的作用机理,基于流体动力学理论和组分输运方程,建立了二维轴对称气液两相流动与燃烧模型,模拟了圆柱型和阶梯渐扩型燃烧室中的化学反应流场。通过对燃气空腔扩展和燃面运动的追踪,研究了温度、速度、压力以及体积分数的分布特征,分析了燃烧室形状对流场演化过程的影响规律。结果表明,含能液体点火燃烧后,所形成的燃气空腔在液体中快速膨胀,当空腔穿透液体并向弹底方向发展时,沿燃烧室轴向的燃面迅速增长,气液间的切向速度差带来Kelvin-Helmholtz不稳定效应,而阶梯渐扩型燃烧室有助于诱导径向湍流,减缓燃气空腔的轴向扩展速度,抑制轴向Kelvin-Helmholtz不稳定效应,提高整装式含能液体燃烧推进过程的稳定性,计算结果与实验数据吻合较好。
2017, 25(12):1018-1024. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.008
摘要:为了降低基于优化技术求解配方问题可能无解的风险, 提出了基于质量功能展开(QFD)和公理化设计(AD)的双基系固体推进剂配方概念设计方法和模型, 利用配方概念设计系统设计了一个改性双基推进剂配方实例, 展示了该模型在推进剂配方概念设计系统中的运用效果。结果表明, 在配方概念设计阶段初步求解基本满足指标要求的配方功能成分及其边界含量, 确保后续配方详细设计(优化设计)有解。在传统的配方设计工作中, 按照"概念设计+详细设计+性能预估+再设计"的新方法能有效避免优化无解风险, 提高配方设计效率, 降低配方设计成本。
2017, 25(12):1025-1030. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.009
摘要:为研究膏体推进剂火箭发动机点火工作特性,推导了膏体推进剂燃面变化模型和各阶段燃面方程,编制了发动机点火特性参数计算程序,计算了不同输运管道孔径以及膏体推进剂初始堆积量下瞬态燃烧室压力。设计了膏体推进剂火箭发动机热试车试验系统,成功进行了点火试验,分析了膏体推进剂火箭发动机点火工作过程中四个阶段的特性。结果表明:燃烧室平均压强的计算结果与试验数据吻合较好,计算误差小于5.7%,该计算程序适用于膏体推进剂火箭发动机点火特性参数计算;膏体推进剂初始堆积量增加一倍,初始压力峰值平均增加42.8%;输运管道孔径减小60%,初始燃烧时间平均减小66.5%,余药燃烧时间平均下降26.1%。发动机点火试验时,减小膏体推进剂初始堆积量,可降低燃烧室初始压力峰、增大稳定燃烧时间,另外减小输运管道孔径,可明显增大发动机稳定燃烧时间。
武冠杰 , 胡松启 , 刘凌毅 , 任全彬 , 于秀丽 , 胡声超 , 高峰 , 张教强
2017, 25(12):1031-1036. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.010
摘要:采用混合绝缘油的方法改善了偏二甲肼(UDMH)弱绝缘特性,实现了UDMH悬浊液的电流变效应。利用电流变测试装置对UDMH悬浊液进行实验研究,分析不同电场强度和藻酸介质含量对UDMH悬浊液电流变特性的影响。结果表明, 悬浊液在无电场和有电场下的质量流率均随介质质量分数增加而减少,但变化趋势不同; 随介质质量分数增加, 无电场时质量流率不断减少,而有电场时质量流率趋于定值,此值受电场强度和介质质量分数相互作用影响; 5%UDMH含量的悬浊液,在藻酸介质含量30%、电场强度2 kV·mm-1时的电流变效应最佳; 偏二甲肼含量对UDMH悬浊液绝缘性有很大影响,其含量小于15%的悬浊液都可实现电流变效应。
石磊 , 杨超飞 , 钱华 , 任丽萍 , 刘大斌 , 潘仁明
2017, 25(12):1037-1041. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.011
摘要:为解决N2O5/HNO3硝化四乙酰基六氮杂异伍兹烷(TAIW)合成六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20) 收率低以及催化剂难回收的问题,将全氟(1-甲基-乙烷)磺酸接枝到纯硅MCM-41介孔分子筛上,制备全氟磺酸MCM-41分子筛催化剂(SA-MCM-41),并用于N2O5/HNO3硝化TAIW合成CL-20的反应。结果表明,负载了全氟磺酸的MCM-41仍具有MCM-41的典型晶体结构,平均孔径3.13 nm,比表面积887.25 m2·g-1。当催化剂用量0.5 g,反应温度65~75 ℃,时间5 h时,CL-20收率93.9%,纯度98.4%。该催化剂稳定性好,易与体系分离,重复使用5次,催化性能无明显降低。
2017, 25(12):1042-1045. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.012
摘要:以4-氨基-2, 6-二氯吡啶为原料, 经过硝化和缩合两步反应, 合成出一种新型耐热炸药, 4-氨基-2, 6-双(5-氨基-1H-四唑基)-3, 5-二硝基吡啶(ABDP), 总收率为36%.采用核磁共振、质谱及元素分析对产物结构进行表征.分别研究了3-氨基-1, 2, 4-三氮唑和5-氨基四唑与4-氨基-2, 6-二氯-3, 5-二硝基吡啶的缩合反应, 结果发现, 3-氨基-1, 2, 4-三氮唑中伯胺和仲胺的亲核性相近, 5-氨基四唑中仲胺的亲核性优于伯胺.用热重(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了ABDP的热分解性能, 发现其在322 ℃有一个热分解峰, 322 ℃时总热失重量为97%, 采用Rothstein方法计算4-氨基-2, 6-双(5-氨基-2H-四唑基)-3, 5-二硝基吡啶的爆速为8823 m·s-1, 爆压为36.72 GPa.
2017, 25(12):1046-1050. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.013
摘要:为了实现奥克托今(HMX)表面浸润性的可逆调控,改善其与液体粘结剂的相容性,采用静电沉积法在HMX表面包覆TiO2纳米颗粒,然后通过表面修饰超疏水有机物(十六烷基三甲氧基硅烷),得到浸润性可逆转变的HMX/TiO2复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对复合颗粒进行表面形貌、晶型结构、表面元素组成分析,结果表明:在HMX表面形成具有粗糙结构的TiO2包覆层;复合颗粒XRD谱图中的特征峰分别归属于β-HMX和锐钛矿TiO2,XPS谱图中具有较强的Ti2p信号,证明TiO2对HMX良好的包覆效果。对包覆前后的复合颗粒进行热失重-差示扫描量热分析(TG-DSC),发现包覆后HMX的相转变温度提高了8.4 ℃,TiO2包覆层可以提高HMX的热稳定性。采用十六烷基三甲氧基硅烷对HMX/TiO2复合颗粒经进行表面修饰后,与水的接触角为160.4°,达到超疏水状态;经紫外光照射45 min后水接触角变为0°,转变为超亲水状态;再经80 ℃加热暗处理17 d后又回复到147.9°,实现了表面浸润性的可逆转变。
2017, 25(12):1051-1056. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.12.014
摘要:为了研究偏二甲肼(UDMH)在Cu2+/H2O2和Fe2+/H2O2两种氧化体系中的降解效能及机理,研究了体系pH、温度、时间、氧化剂投加量四种因素对废水中偏二甲肼降解率的影响,利用紫外-可见光谱方法解析了氧化降解产物。重点对比分析pH为3,5,7,9时偏二甲肼在两种体系中的降解产物,探讨了偏二甲肼的降解氧化机理,结果表明:温度和氧化剂投加量对偏二甲肼的降解率影响不大,体系pH对偏二甲肼降解率影响显著,pH是控制偏二甲肼降解生成物种类的主要因素,Cu2+/H2O2与Fe2+/H2O2体系中偏二甲肼降解生成产物种类相似,酸性条件下产物少于较碱性和中性条件。Cu2+/H2O2体系处于碱性条件时,对偏二甲肼的降解率较高但中间产物较多;Fe2+/H2O2处于酸性条件时,降解效率高且中间产物较少。
摘要:
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