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CL-20/HMX共晶及其混合炸药机械感度和能量性能研究

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固体火箭技术 2023年第6期46卷 900-905页

作者：白晓朋沈晓琛王鹏王帅肖运钦赵新岩姚莉航天化学动力技术重点实验室襄阳441003 湖北航天化学技术研究所襄阳441003 湖北三沃力源航天科技有限公司襄阳441003

CL-20与HMX形成共晶,在能量损失相对较小的前提下有利于降低CL-20的感度,是目前CL-20基共晶材料研究的热点之一。为了促进CL-20/HMX共晶在混合炸药中的应用,采用水悬浮法分别制备了含HMX、CL-20、CL-20/HMX共晶的混合炸药,测试了不同炸... 详细信息

CL-20与HMX形成共晶,在能量损失相对较小的前提下有利于降低CL-20的感度,是目前CL-20基共晶材料研究的热点之一。为了促进CL-20/HMX共晶在混合炸药中的应用,采用水悬浮法分别制备了含HMX、CL-20、CL-20/HMX共晶的混合炸药,测试了不同炸药配方的机械感度、密度和爆速。以炸药配方的爆速测试结果为基础,对Kamlet公式进行修正,通过修正Kamlet公式及Urizar公式分别计算了HMX、CL-20、CL-20/HMX共晶的标准生成焓和特征爆速。结果表明,三种混合炸药中,含CL-20/HMX共晶的混合炸药机械感度低于40%,爆速大于8800 m/s,综合性能最好;三种单质炸药中,CL-20/HMX共晶的标准生成焓和特征爆速计算值较大,分别为851 kJ/mol、9335 m/s。

关键词： CL-20/HMX共晶混合炸药机械感度爆速标准生成焓

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混合炸药爆速预报的新方法

爆炸与冲击 2014年第4期34卷 421-426页

作者：韩早王伯良南京理工大学化工学院江苏南京210094

为了提高混合炸药爆速尤其是含铝混合炸药爆速的计算精度,基于体积加权法思路构造一种新的混合炸药爆速计算公式,对近50种常见的混合炸药配方进行了计算,并与实验值进行对比,结果很好吻合,最大误差低于3%,平均误差低于1%,与BKW和Urizar... 详细信息

为了提高混合炸药爆速尤其是含铝混合炸药爆速的计算精度,基于体积加权法思路构造一种新的混合炸药爆速计算公式,对近50种常见的混合炸药配方进行了计算,并与实验值进行对比,结果很好吻合,最大误差低于3%,平均误差低于1%,与BKW和Urizar常用方法相比,计算精度有显著提高。

关键词：爆炸力学爆速计算体积加权法混合炸药含铝炸药

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一种爆炸切割用混合炸药的研究

一种爆炸切割用混合炸药的研究

作者：宋凡平安徽理工大学

学位级别：硕士

利用炸药的聚能效应对目标进行爆炸切割是一种广泛应用的爆破手段,而影响爆炸切割效果的主要因素之一就是所使用的的炸药。在爆破工程中,为了最大限度的发挥炸药爆炸能量和炸药使用的安全,大部分都是使用混合炸药。乳化炸药作为最常用... 详细信息

利用炸药的聚能效应对目标进行爆炸切割是一种广泛应用的爆破手段,而影响爆炸切割效果的主要因素之一就是所使用的的炸药。在爆破工程中,为了最大限度的发挥炸药爆炸能量和炸药使用的安全,大部分都是使用混合炸药。乳化炸药作为最常用的工业炸药,也可作为爆炸切割用药,但普通乳化炸药的爆速较低,爆炸切割效果较差。为了提高乳化炸药的爆炸性能以满足爆炸切割的要求,本文在乳化炸药中添加不同含量的钝化RDX,并以实验与模拟相结合的方式对该混合炸药进行研究。具体研究结果如下:(1)为增加所制混合炸药的稳定性,敏化剂使用玻璃微球,而不是常规的化学敏化。采用化学敏化的乳化炸药在混合及装药过程中会使炸药内的气泡破裂逸出,造成炸药失去雷管感度而无法爆轰,使用玻璃微球进行敏化能够保证后续在乳化炸药中掺杂钝化RDX的过程及装药过程的顺利进行。(2)通过对上述混合炸药进行爆速测试、猛度测试、作功能力测试发现:钝化RDX对乳化炸药爆轰性能的改善十分显著,当混合炸药中钝化RDX含量小于20%时,其爆速随钝化RDX含量增长的速度较平缓,当钝化RDX含量大于20%时,混合炸药爆速的增长速度明显加快。装药直径20 mm,钝化RDX含量为45%和50%的混合炸药爆速均大于6000 m/s。(3)利用实验所测得的混合炸药爆轰参数和物态方程理论计算出混合炸药的JWL方程参数,并代入数值模拟软件ANSYS-AUTODYN进行圆筒实验模拟计算,模拟计算结果与相关文献进行对比分析的结果表明:计算所得的JWL方程参数符合相关规律,该JWL参数的理论计算方法可在无法进行圆筒实验的情况下较为准确的计算出炸药的JWL方程参数。再使用计算所得混合炸药JWL参数对钢板进行爆炸切割的模拟计算,结果表明:钝化RDX显著提升了混合炸药对钢板的切割能力,且选取一定的炸高能够增加射流对钢板的侵彻深度。(4)根据爆轰性能实验及数值模拟结果选取合适比例的混合炸药进行钢板切割实验,以未添加钝化RDX的乳化炸药为空白对照组,实验结果显示:随着钝化RDX含量的增加,射流侵彻深度变大,切割效果逐步增强,当钝化RDX含量为45%和50%时的混合炸药可以对钢板进行有效切割。图[34]表[6]参[92]

关键词：乳化炸药混合炸药钝化RDX 爆轰性能数值模拟爆炸切割

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混合炸药设计研究进展

含能材料 2017年第1期25卷 2-11页

作者：杨志剑刘晓波何冠松李玉斌聂福德中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

混合炸药是含能材料在武器中实现毁伤作用的能量源。本文简要综述了近年来混合炸药设计的研究进展和发展趋势,从新型高能炸药、含能粘结剂与增塑剂、高活性金属的应用三个方面阐述了混合炸药高能化设计的研究进展,再从低感含能材料、高... 详细信息

混合炸药是含能材料在武器中实现毁伤作用的能量源。本文简要综述了近年来混合炸药设计的研究进展和发展趋势,从新型高能炸药、含能粘结剂与增塑剂、高活性金属的应用三个方面阐述了混合炸药高能化设计的研究进展,再从低感含能材料、高效降感技术和抗力热环境材料与微结构的应用三个方面介绍了混合炸药钝感化设计的研究进展。依据不同的功能化设计,归纳了典型炸药配方组成、特点和应用情况,提出了未来混合炸药将朝着高能量密度化、钝感化、环境适应性提升、绿色化、理论设计加强方向发展。

关键词：混合炸药高能钝感化

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NTO基混合炸药分解机理研究

NTO基混合炸药分解机理研究

作者：苑晓峰中北大学

学位级别：硕士

作为典型的高能量密度材料(HEDM),NTO在塑料粘结炸药及熔铸炸药中起着重要的作用,然而NTO基混合炸药潜在的热分解机理却鲜有探索。热分解是任何含能材料暴露于外界刺激下的一个基本过程,因此掌握并剖析NTO基混合炸药的热分解机理至关重... 详细信息

作为典型的高能量密度材料(HEDM),NTO在塑料粘结炸药及熔铸炸药中起着重要的作用,然而NTO基混合炸药潜在的热分解机理却鲜有探索。热分解是任何含能材料暴露于外界刺激下的一个基本过程,因此掌握并剖析NTO基混合炸药的热分解机理至关重要。本文基于反应分子动力学,对NTO/HTPB、NTO/Poly-NIMMO、NTO/HMX、N TO/TNT以及NTO/HMX/Poly-NIMMO和NTO/HMX/HTPB六个体系在不同温度下的热分解进行了研究,揭示了不同体系的初始反应路径以及其他组分对NTO热分解的影响。此外,通过量子化学及第一性原理的方法对部分体系热分解模拟的相关内容进行了补充说明,从分子结构和能量的角度验证了分解路径的可靠性。特别地,考虑到NTO酸性较强的问题,NTO与粘结剂Poly-NIMMO、高能组分HMX之间的相互作用得到了充分的分析。本文具体研究内容及结果如下:(1)对NTO/Poly-NIMMO及NTO/HTPB两个PBXs体系进行了恒温热分解研究。在NTO/HTPB体系中,反应分析及分子快照证明NTO分解得到的CHON中N原子是N4,而不是N1。HTPB产生的大量-OH与NTO及其分解产物进行反应,计算得到的初始分解阶段及中间分解阶段的活化能均比纯NTO体系小,最终产物HO的变化趋势证明了HTPB会加快NTO的分解。同样地,初始反应路径证明Poly-NIMMO自身分解产生的-OH及-N O会促进NTO的热分解,其改变了NTO单质体系热分解的最终产物,键数的变化也验证了上述的分析。团簇的分析表明,在一定温度范围内,最大团簇数随温度的升高而增加,但过高的温度对最大团簇数有抑制作用。此外,NTO与Poly-NIMMO分子间相互作用证明NTO上的活泼H原子将与Poly-NIMMO上的O原子及N原子之间形成较强的氢键,这将降低NTO/Poly-NIMMO体系的酸性。(2)分析了NTO/HMX基PBXs体系与NTO/TNT熔铸炸药体系在五个温度下的热分解过程。在本章工作中,层状模型首次在混合炸药体系得到了应用,这是混合炸药模型的新思路,同时模型的创新使得模拟过程更为合理。尽管两者的体系不同,但结果表明,HMX与TNT上的-NO均会迅速夺取NTO上的H原子,进而加快NTO的热分解,这与实验结果是相似的。不同的是,在NTO/HMX体系中,团簇的最大数量仍然遵循“先上升后下降”的规律,但在NTO/TNT体系中,在3000 K之后,温度继续升高,团簇最大数量并不会有显著的变化,NTO/TNT体系中团簇将更难分解。IGMH及AIM分析表明,NTO与HMX之间会存在氢键,这将降低NTO酸性的影响,提高NTO在混合炸药中的应用空间。(3)基于对不同双组分体系的分析,不同温度下的NTO/HMX/Poly-NIMMO及NTO/HMX/HTPB三组分体系热分解潜在机制得到了揭示。Poly-NIMMO混合体系初始分解阶段及中间分解阶段的活化能分别为46.942 k J·mol-1与65.959 k J·mol-1,并且HTPB混合体系的为48.508 k J·mol-1和60.717 k J·mol-1,它们均比对应的NTO/HMX体系的活化能小,这表明NTO分解能垒进一步降低。相较于双组分体系,三组分体系下的NTO分解速率进一步加快。在NTO/HMX/HTPB中,氢转移反应数量大幅度减少,而NTO/HMX/Poly-NIMMO中,HNO2分解反应数量巨幅增加。得益于HMX及Poly-NIMMO中的-NO2以及Poly-NIMMO与HTPB中的-OH,两个体系不同分解阶段NTO的反应速率均变大。值得一提的是,最终产物中清洁能源H2与NH3分子的数量均有所增加,这将为废旧炸药再利用提供新的思路。

关键词： NTO 混合炸药热分解 ReaxFF/lg 层状模型

端羟基聚叠氮缩水甘油醚与六硝基六氮杂异伍兹烷基四元混合炸药能量释放研究

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兵工学报 2018年第7期39卷 1299-1307页

作者：张伟闫石郭学永任慧焦清介北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的能量潜力,结合含能粘合剂端羟基聚叠氮缩水甘油醚(GAP),计算了GAP、CL-20、氧化剂、可燃剂四元混合炸药的爆炸能量。计算结果表明,使用高氯酸锂作氧化剂可显著提高体系的能量密度,但将其在浇注混合... 详细信息

为研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的能量潜力,结合含能粘合剂端羟基聚叠氮缩水甘油醚(GAP),计算了GAP、CL-20、氧化剂、可燃剂四元混合炸药的爆炸能量。计算结果表明,使用高氯酸锂作氧化剂可显著提高体系的能量密度,但将其在浇注混合炸药中得到应用需要进一步改性研究。制备了GAP、CL-20、高氯酸铵、铝粉四元混合炸药样品,利用水下爆炸测试方法,测试并估算了其水下爆炸能量。试验结果表明:在该四元体系中,CL-20含量为15%~20%时,体系能量密度可得到最大值;在CL-20含量为20%条件下,铝氧比为0.50时冲击波能可取得最大值,铝氧比为0.51~0.71时CL-20混合炸药能量密度可达到最大,通过水下爆炸试验数据估算其能量密度可达到2.88倍TNT当量。

关键词：六硝基六氮杂异伍兹烷端羟基聚叠氮缩水甘油醚混合炸药能量密度

CL-20/MDNI混合炸药分子间作用的分子动力学

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火炸药学报 2017年第6期40卷 66-72页

作者：武春磊成泓进苟瑞君贾宏云张树海中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 应用物理化学国家级重点实验室陕西西安710061 太原市公安局山西太原030001

为研究混合炸药分子间相互作用,从分子水平确定两组分的力学性能和安全性最佳的混合质量比,采用分子动力学方法和密度泛函理论,模拟不同配比下六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)主要生长面和1-甲基-4,5-二硝基咪唑(MDNI)混合炸药的结合能... 详细信息

为研究混合炸药分子间相互作用,从分子水平确定两组分的力学性能和安全性最佳的混合质量比,采用分子动力学方法和密度泛函理论,模拟不同配比下六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)主要生长面和1-甲基-4,5-二硝基咪唑(MDNI)混合炸药的结合能、力学性能和径向分布函数(RDF)等,并计算了其理论爆轰性能。结果表明,当CL-20质量分数为60%~65%时,CL-20/MDNI的结合能最大,两组分的相容性和稳定性最好,且CL-20的(1 0 1)面与MDNI分子间作用最强;CL-20和MDNI质量比为65∶35时,混合炸药体积模量(K)、剪切模量(G)和拉伸模量(E)最小,K/G值最大,此时混合炸药的力学性能最好;CL-20和MDNI分子间作用主要是CL-20中H和MDNI中O以及CL-20中O和MDNI中H形成的氢键;电子密度拓扑分析进一步证明,CL-20/MDNI之间存在氢键作用。CL-20质量分数为65%时,该混合炸药理论爆速和爆压分别为8 382m/s和31.87GPa。

关键词：混合炸药 CL-20 MDNI 分子间相互作用力学性质分子动力学分子中原子理论

烤燃条件下HMX/TATB基混合炸药多步热分解反应计算

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爆炸与冲击 2014年第1期34卷 67-74页

作者：马欣陈朗鲁峰伍俊英北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

采用多步热分解反应动力学模型,描述单质炸药热分解反应,提出了多组分网格单元计算方法,对以HMX/TATB为基的多元混合炸药在烤燃条件下的热反应过程进行了计算。通过炸药烤燃实验测量了炸药内部温度,获得了炸药点火时间,验证了计算的准... 详细信息

采用多步热分解反应动力学模型,描述单质炸药热分解反应,提出了多组分网格单元计算方法,对以HMX/TATB为基的多元混合炸药在烤燃条件下的热反应过程进行了计算。通过炸药烤燃实验测量了炸药内部温度,获得了炸药点火时间,验证了计算的准确性。分析了混合炸药组成比例的变化对炸药热反应性能的影响。在HMX/TATB混合炸药热反应阶段,主要是HMX发生分解反应释放热量,TATB的反应量很少,随着混合炸药中TATB含量的增多,炸药的点火时间逐渐增长,点火温度逐渐增高,炸药热安全性增强。

关键词：爆炸力学多步反应多组分网格单元混合炸药烤燃

基于粒子群神经网络的黑索今基混合炸药大隔板试验冲击波感度预测

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兵工学报 2014年第2期35卷 188-193页

作者：袁俊明刘玉存王建华常双君于雁武中北大学化工与环境学院山西太原030051

应用粒子群神经网络模型对黑索今(RDX)基混合炸药冲击波感度的大隔板厚度值进行预测以减少试验量,节约试验成本。选取具有不同密度、空隙率、装药方式、RDX含量等特征的41组RDX基混合炸药,考察炸药实际密度、空隙率、RDX和附加物含量影... 详细信息

应用粒子群神经网络模型对黑索今(RDX)基混合炸药冲击波感度的大隔板厚度值进行预测以减少试验量,节约试验成本。选取具有不同密度、空隙率、装药方式、RDX含量等特征的41组RDX基混合炸药,考察炸药实际密度、空隙率、RDX和附加物含量影响因素,通过分析它们与大隔板厚度值的非线性关系,建立大隔板厚度值与上述4个变量之间的粒子群算法优化神经网络模型,采用100进化次数,40种群规模进行计算。计算与试验结果表明:4个变量与大隔板厚度值之间的映射模型良好;模型预测值与试验值吻合良好,相对误差在10%以内。该粒子群神经网络模型预测值对RDX基混合炸药大隔板试验具有一定参考价值。

关键词：兵器科学与技术混合炸药冲击波感度大隔板试验神经网络