崔宇 , 马宏昊 , 沈兆武 , 任丽杰 , 杨明 , 余勇
2017, 25(4):266-272. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.001
摘要:针对工业上起爆网路早爆问题, 采用数值模拟方法设计并研制了一种具有单向传爆功能的爆炸二极管。利用点火增长模型结合ANSYS/LS-DYNA有限元软件, 通过调整激发药药量方式进行了正向冲击起爆模拟, 采用调整延期体长度进行反向隔爆仿真模拟, 最后通过正反对称实验以及飞片测速实验进行可行性验证。结果表明:该爆炸二极管可以正向稳定传递爆轰信号以及反向可靠阻断爆轰信号, 而且激发药药量和延期体长度有一定范围值, 其中激发药药量大于30 mg, 而30 mg激发药药量下延期体长于4.0 mm。
2017, 25(4):273-281. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.002
摘要:运用密度泛函理论DFT-wB97/6-31+G**方法研究了14种稠环类1, 2, 4, 5-四嗪衍生物的几何结构、前线轨道能量和生成焓 (ΔHf)。在此基础上运用Kamlet-Jacobs方程估算衍生物的爆轰性能; 运用统计热力学, 计算了标题化合物在200~800 K的热力学性质; 比较了1, 2, 4, 5-四嗪衍生物的生成焓和爆轰性能。结果表明, 稠环四嗪衍生物爆速 (D) 和爆压 (p) 与所含N原子数具有良好的一次线性相关关系, 其生成焓为527.49~1122.53 kJ·mol-1, 爆速为5.59~8.65 km·s-1; 随温度升高, 标准摩尔热容 (Cp, m)、标准摩尔熵 (Sm) 和标准摩尔焓 (Hm) 逐渐增大。化合物T7(C2N7H2) 和T72(C2N10H2) 可以作为高能量密度材料 (HEDM) 候选物。
2017, 25(4):282-290. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.003
摘要:身管武器发射弹丸时, 初始流场对随后火药燃气射流的发展及弹丸的运动有较大的影响。为了分析初始流场对燃气射流结构以及弹丸运动的影响, 基于有限体积法, 采用分块网格划分的整体运动方法及Realizable k-ε湍流模型, 耦合内弹道过程及六自由度方程, 建立了含有初始流场和不含初始流场的两种二维轴对称膛口流场数值模拟模型。以300 mm平衡炮为例, 研究了1730 m·s-1发射速度下的膛口流场特性。结果表明, 无初始流场时, 火药燃气波阵面近似为球形, 火药燃气无法追赶上弹丸。而在初始流场的干扰下, 膛口喷射出的燃气速度提高约200 m·s-1, 燃气追赶并包围弹丸, 流场中最大压力降低一倍, 温度提高1000 K以上, 弹底压力降低约1.3 MPa。
2017, 25(4):291-297. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.004
摘要:为了寻找新型高能量密度材料, 设计了四硝基吡咯及其甲基、氨基、硝基衍生物。在DFT-B3LYP/6-31G*水平下对模型化合物进行了几何结构全优化。在DFT-B3LYP/6-311++G**水平计算了模型化合物的生成焓、爆轰性能。自然键轨道 (NBO) 分析了模型化合物引发键的强度进而考察了其热安全性。计算结果表明: 1-甲基四硝基吡咯密度为1.88 g·cm-3, 爆速和爆压分别为8.66 km·s-1和34.10 GPa, 其爆轰性能具有与1, 3, 5-三硝基-1, 3, 5-三氮杂环己烷 (RDX) 相当的爆轰性能; 四硝基吡咯、1-氨基四硝基吡咯密度分别为1.93 g·cm-3和2.04 g·cm-3, 爆速均为9.01 km·s-1, 爆压分别为37.54 GPa和38.73 GPa, 具有与1, 3, 5, 7-四硝基-1, 3, 5, 7-四氮杂环辛烷 (HMX) 相当的爆轰性能; 由于五硝基吡咯中含有五个硝基, 其热安全性最差, N (5)—NO2键离解能仅为60.8 kJ·mol-1。计算值与之前的实验值具有较好的一致性, 表明计算值可靠。
2017, 25(4):298-303. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.005
摘要:以乙酸铵和乙二醛为原料, 经环化、硝化等反应合成了4, 4′, 5, 5′-四硝基-2, 2′-联咪唑 (TNBI), 然后TNBI与有机胺反应, 获得了TNBI的二氨基呋咱盐 (DAFTNBI)、草酰肼盐 (ODTNBI)、二肼基四嗪盐 (HTTNBI)、缩二胍盐 (DBGTNBI)、脒基脲盐 (DGUTNBI)、4-氨基-1, 2, 4-三唑盐 (DATTNBI)、尿素盐 (DUTNBI) 等七种有机胺含能离子盐, 采用红外光谱、核磁、元素分析等手段表征了化合物的结构; 培养了TNBI·H2O单晶, 结构分析表明, TNBI·H2O为单斜晶系, 空间群为P2(1)/n, 晶体学参数为: a=0.5051(17) nm, b=0.8528(3) nm, c=1.5270(5) nm, β=96.948(6)°, V=0.6529(4) nm3, Z=4, Dc=1.781 g·cm-3; 利用差示扫描量热 (DSC)、热重 (TG) 等热分析方法研究了七种含能离子盐的热性能, 结果表明, 含能离子盐的热分解峰温分别为199.23, 204.52, 230.13, 266.96, 240.63, 187.98, 260.19 ℃, 热稳定性较好。
2017, 25(4):304-308. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.006
摘要:利用水下爆炸和猛度实验测试了添加不同钛粉含量的乳化炸药的爆轰性能, 并与含铝乳化炸药进行了对比; 运用微量量热仪对不同乳化炸药样品进行热分析实验, 通过计算得到它们的热分解动力学参数。结果表明:含钛量为5%的乳化炸药, 比冲量、冲击波能、气泡能较空白乳化炸药分别增加了14.95%、21.74%和19.90%, 且冲击波参数随着钛粉含量的增加先升高后降低, 在10%时达到最大值; 与空白乳化炸药相比, 含钛乳化炸药 (含钛量为10%时) 的猛度提高了17.6%, 说明钛粉对乳化炸药的爆轰性能作用效果显著。计算得到含钛乳化炸药的表观活化能为193.48 kJ·mol-1, 较之铝粉和硼粉, 钛粉对乳化炸药的热安定性影响作用最小。
2017, 25(4):309-314. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.007
摘要:为了满足狭窄空间高点火能量的需要,利用静电纺丝法和自组装法将高能的六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)复合到大孔聚丙烯腈(PAN)纤维膜中制备了一种新的含能复合物。用扫描电镜、红外、热分析和燃烧残渣分析了其形貌、热性能和燃烧行为。结果表明,HNIW 均匀分布在纤维膜上。二者的复合是物理过程,没有化学变化。与单纯PAN纤维膜相比,HNIW的加入增强了纤维膜的燃烧性能,并且HNIW的起始放热点也因为纤维的存在而提前38 ℃。在特定比例下纤维和HNIW可以完全反应。
2017, 25(4):315-320. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.008
摘要:以二氨基马来腈为原料, 经过与三氟乙酸酐缩合、环化, 与叠氮化纳再次缩合, 合成得到了新型含能化合物5, 5′-(2-三氟甲基)-咪唑-4, 5-二 (1H-四唑), 收率61.3%;基于该化合物的酸性, 设计合成了2种含能离子盐5, 5′-(2-三氟甲基)-咪唑-4, 5-二 (1H-四唑) 的羟胺盐和胍盐。利用红外光谱、核磁共振和元素分析对中间体及产物结构进行了表征。探讨了生成5, 5′-(2-三氟甲基)-咪唑-4, 5-二 (1H-四唑) 过程中影响四唑环化反应的关键因素, 确定的最佳反应条件为:反应介质为水, n(2-三氟甲基-4, 5-二氰基咪唑):n(NaN3)=1:2.4, 反应温度98 ℃, 反应时间4 h。收率最高达86.3%。通过DSC-TG研究了5, 5′-(2-三氟甲基)-咪唑-4, 5-二 (1H-四唑) 的热分解性能, 热分解曲线表明化合物直到223.65 ℃才开始分解, 整个分解过程经历了两个主要的放热分解阶段和热失重阶段, 最大放热峰温度为285.78 ℃, 说明该化合物结构比较稳定。
2017, 25(4):321-325. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.009
摘要:为降低六硝基六氮杂异伍兹烷 (CL-20) 的机械感度, 采用水悬浮法, 以钝感剂石蜡及高分子聚合物Estane5703为包覆原料包覆CL-20, 制备了4种包覆颗粒。用X射线衍射仪 (XRD)、扫描电镜 (SEM)、差示扫描量热分析 (DSC)、机械感度测试方法表征包覆前后CL-20的晶型、包覆状态、热分解温度、机械感度。结果表明, 石蜡与Estane5703可完整包覆CL-20, 且包覆后CL-20的ε晶型未发生改变。采用水悬浮法包覆CL-20, 当石蜡/Estane5703含量为总体系质量的2%/2%时, CL-20的撞击感度由100%降低至40%, 摩擦感度由100%降低至48%;放热峰温提高5.4 ℃。
高大元 , 郑保辉 , 黄亨建 , 曹落霞 , 曹威 , 文尚刚 , 文雯 , 卢校军
2017, 25(4):326-332. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.010
摘要:为研究添加剂对B炸药撞击感度和作功能力的影响, 分别添加123树脂、聚酯纤维和热塑性弹性体VP-401制备改性B炸药。进行了样品的大药片撞击感度试验、苏珊试验和圆筒试验, 获得改性B炸药的撞击感度和作功能力变化。讨论了压缩弹性和韧性对改性B炸药撞击感度的影响, 以及添加剂含量对作功能力的影响。结果表明, 加入1%的123树脂能显著改善B炸药压缩和拉伸的弹性及韧性, 其爆炸反应阈值高度提高了3 m, 撞击感度明显降低。加入123树脂的改性B炸药仍属于强度较低的炸药, 在苏珊弹撞靶至破碎炸药爆炸前的几百微秒范围内, 炸药随壳体发生塑性变形过程中已发生破碎, 其破碎程度严重影响炸药的爆炸百分数, 即相对释放能。与B炸药的作功能力比较, 径向膨胀距离5 mm和19 mm处, 添加1% 123树脂的B炸药的作功能力分别降低了4.6%和1.24%。
2017, 25(4):333-341. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.011
摘要:由概率或概率盒方法量化高聚物粘结炸药 (PBX) 构件几何尺寸、材料属性、所受载荷等参数的不确定性, 通过嵌套抽样法进行了不确定性传播分析, 以分离随机和认知不确定性的影响。定量叠加了数值误差和模型形式误差, 最终获得结构关心响应量的不确定性和炸药件的可靠度区间, 与传统确定性的强度校核方法以及经典概率方法的可靠性分析结果进行了比较。结果表明, 考虑不确定性的可靠性评估比传统确定性强度校核降低了工程应用的风险, 而本方法给出的可靠度区间包含了经典概率方法计算的可靠度, 在认知不确定性影响严重时仍然适用, 并随着认知不确定性的缩减收敛于真实可靠度。
2017, 25(4):342-347. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.012
摘要:为了探究煤油凝胶液滴破碎的时间和空间分布特性,采用高速摄像机拍摄破碎过程,获得在不同气流速度下煤油凝胶液滴的破碎特征、流动参数对破碎时间和破碎区域的影响。结果表明:随着韦伯数 (We) 增大,煤油凝胶液滴依次发生与煤油 (牛顿流体) 液滴相同的破碎模态,且模态转换We随着胶凝剂含量的增加而提高。三种煤油凝胶的总破碎时间和初始破碎时间的比值 (Ttot/Tini) 均随奥内佐格数 (Oh) 的升高而降低,且均趋近于牛顿流体的该值 (3.125)。在破碎结束时,横向破碎区域随着We数的升高而扩大,且胶凝剂含量越低范围越大; 纵向破碎区域随着We数升高会扩大到一个极值,胶凝剂含量为1%和2%的煤油凝胶,破碎区域和初始液滴直径的比值趋于20,胶凝剂含量为3%时,该值趋近17。
2017, 25(4):348-352. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.04.013
摘要:以2-羟甲基-2-硝基-1, 3-丙二醇为起始原料,通过缩酮反应、氧化偶联反应、水解反应、硝化反应四步反应合成出了2, 3-二羟甲基-2, 3-二硝基-1, 4-丁二醇四硝酸酯 (SMX),并采用红外光谱、元素分析及核磁共振谱进行了结构表征。采用Materials Studio Modeling软件中的Growth Morphology方法模拟了SMX晶体的生长形态和结晶习性,分析了重要构晶晶面的表面结构特征,研究了溶剂效应对晶体形貌的影响。采用乙酸乙酯/石油醚混合液对SMX进行重结晶实验。通过DSC法研究了SMX与端羟基聚丁二烯 (HTPB) 推进剂组份: HTPB、高氯酸铵 (AP)、铝 (Al) 粉、奥克托今 (HMX)、黑索今 (RDX) 和甲苯二异氰酸酯 (TDI) 的相容性。结果表明,乙酸乙酯/石油醚结晶体系可改善产品的晶体形貌,理论预测与实验结果相符。SMX与HMX、RDX、Al粉相容性较好,与AP轻微敏感,与HTPB和TDI不相容。
摘要:
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