• 主管:中国科学技术协会

    主编:魏 卫

    ISSN 1007-7812

     
  • 主办:中国兵工学会与中国兵器工业第204研究所共同

    出版:《火炸药学报》 编辑部

    CN 61-1310/TJ

过刊目录

  • 2022年, 第45卷, 第6期      刊出日期:2022-12-31
      
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  • 2022,45(6): 0.
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  • 2022,45(6): 0.
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    为了降低硝胺炸药的感度,以3, 3-双叠氮甲基氧杂环丁烷-四氢呋喃共聚醚(BAMO-THF)作为包覆材料,利用原位聚合法,使BAMO-THF在硝胺炸药(RDX、HMX、CL-20)表面交联聚合后形成包覆层,获得BAMO-THF/硝胺炸药复合含能材料; 通过SEM、FT-IR、XRD、Raman、DSC及感度测试对样品的形貌结构和性能进行表征。结果表明,BAMO-THF析出、聚集,成功包覆在硝胺炸药表面; BAMO-THF和硝胺炸药的相容性良好,用BAMO-THF包覆硝胺炸药不会改变其热安定性; BAMO-THF包覆可使3种硝胺炸药的撞击感度降低40%以上,摩擦感度降低13%以上,表明此方法为一种可行的硝胺炸药包覆降感方法。
  • 方延延,王功名,曲文刚,赵凤起
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    为了实现对高效单原子燃烧催化剂的合理设计,对单原子催化剂结构的详细表征以及在分子原子水平上研究催化反应过程至关重要。综述了当前可用于表征单原子燃烧催化剂的先进技术,包括同步辐射X射线吸收谱学(XAS)以及球差校正透射电子显微镜。重点介绍了可用于单原子燃烧催化剂催化机理研究的原位同步辐射谱学相关技术,包括XAS、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和真空紫外线分子束质谱(SVUV-PIMS)等。展望了利用上述先进技术对单原子燃烧催化剂的结构表征及其催化机理的研究,将有利于单原子燃烧催化剂的进一步设计和合成,并提出了这些表征技术在单原子燃烧催化中存在的挑战以及未来可能的研究方向。附
  • 李 辉,杨燕京,赵凤起,黄雪峰,李盛姬
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    总结并对比了气动悬浮、电动悬浮、磁悬浮、光悬浮和声悬浮这5种常重力环境下悬浮技术的特点,在此基础上综述了近年来固体燃料颗粒以及液体燃料液滴的悬浮燃烧研究进展。指出悬浮燃烧技术消除了样品和载体之间的接触热传导,有利于从微观尺度上准确描述燃烧过程中物质的变化和能量的释放规律,获取物质的本征燃烧特性。在多种悬浮技术中光镊悬浮具有材料适用范围广、可精确操控颗粒/液滴悬浮位置、悬浮稳定性好以及便于集成等优点,是含能材料燃烧领域中最具有应用前景的一种。未来工作中建议加强单颗粒/液滴燃烧过程产物化学组成表征、扩展悬浮燃烧技术在含能材料领域中的应用范围以及开展含能材料多颗粒、多液滴的燃烧特性及相互作用机理研究。附
  • 赵 杨,黄 琪,金 波,彭汝芳
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    为了充分利用富勒烯的性能优势,拓展富勒烯及其衍生物在高能含能材料领域的应用,综述了国内外应用于含能材料领域的富勒烯衍生物的功能化制备方法,并对这些富勒烯衍生物的发展提出了具体的研究方向; 详细讨论了富勒烯及其衍生物对含能材料的热分解行为、燃烧性能和安定性能的影响。研究表明,富勒烯及其衍生物可作为含能组分、燃烧催化剂、降感剂和安定剂应用于含能材料领域。作为含能组分时表现出了良好的热性能; 作为燃烧催化剂时能够明显降低含能材料的活化能; 作为降感剂时最高可使HMX的摩擦感度和撞击感度分别降至48%和50%; 作为安定剂时具有较高的氮氧自由基清除率。最后,归纳总结了不同富勒烯衍生物的制备方法和应用领域,并展望了其未来发展方向及研究重点。附
  • 荣光耀,程 杪,盛兆华,张允祯,刘向阳,王健平
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    为了研究连续爆轰发动机中的起爆、湮灭、再起爆和稳定全过程的流场演化机制,采用基于开源计算流体力学平台OpenFOAM的自定义求解器BYRFoam,使用带Laval尾喷管的空心圆筒燃烧室的几何构型及阵列式小孔进气。分析了起爆和湮灭的过程以及再起爆现象产生的原因,采用时空分布图的分析方法总结了起爆、湮灭、再起爆和稳定全过程的流场演化机制。结果表明,起爆初期的斜激波会在尾喷管收缩段反射形成反射激波,反射激波进入新鲜气体,形成与初始爆轰波方向相反的新爆轰波,这会导致爆轰波的湮灭。湮灭之后,燃烧室头部的高压强会阻碍新鲜气体的进入,之后已燃气体逐渐通过尾喷管排出燃烧室,燃烧室头部压强降低,逐渐进入燃烧室的新鲜气体为后续的再起爆创造了条件。连续爆轰波再起爆的原因有两个:一是尾喷管收缩段处的反射激波进入新鲜气体层并转化为爆轰波; 二是已经形成的爆轰波与阵列式进气相互作用,形成反传波,反传波进入新鲜气体并转化为爆轰波。再起爆之后,经过爆轰波、激波和新鲜气体的相互作用和演化,爆轰波最终稳定传播。
  • REN Chun-xing, LI Xiao-xia, NIU Shi-yao, QU Wen-gang, GAO Hong-xu
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    To explore the difference in thermal stability of different CL-20 polymorphs, the initial thermal decomposition of four CL-20 polymorphs(α-, β-, γ-, and ε-)were depicted using longtime ReaxFF MD simulations at relative low temperatures of 600—900K, which are close to the conventional thermal analysis experiments. The dynamic responses of varied CL-20 polymorphs under heating were characterized by the initial conformer transformation and thermal decomposition kinetics. The results show that under relative mild thermal stimulation contidions, conformer conversion dominates the initial responses of four CL-20 polymorphs. The molecular conformer stability of varied CL-20 polymorphs ranks as γ>β≈α>ε. Under heating conditions, ε-CL-20 converts to γ or ζ conformers, and γ-CL-20 converts to ζ conformer. The above conformational transition phenomenons agree broadly with experimental phase diagram of Russell et al. Conformer conversion from ε to γ occurring very early in ε-CL-20 polymorph induces its fast initiation of decomposition reactions. In contrast, γ-CL-20 is rather stable, and its conformer transformation and decomposition lags behind ε-CL-20. Once the decomposition initiates, the overall decomposition rate of γ-CL-20 polymorph is higher than that of ε-CL-20 polymorphs with increasing of thermolysis duration or temperatures. In terms of the reaction kinetics of weight loss and major bond cleavage during the entire thermolysis process, the thermal stability of ε-CL-20 polymorph is higher than that of γ-CL-20, which agrees with Nedelko's TG experiments. This work suggests that ReaxFF MD simulations may be served as a computational prediction method for temperature phase diagram of polymorph conversion of energetic materials.
  • 文琳元,何晓凯,师进文,刘英哲,王伯周
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    针对现有的晶体密度预测研究大多围绕CHON类含能材料,在预测CHONF高能致爆材料晶体密度时会由于公式适用范围不同,出现预测误差较大的问题,为提高对该类材料的性能评估精度,从剑桥晶体数据中心中筛选出56个该类材料,在B3PW91/6-31g(d,p)计算水平下系统性评估了Rice以及Politzer公式在预测该类材料晶体密度的表现,然后在分子表面静电势相关的典型参数基础上利用符号回归方法和“加、减、乘、除”4种算符构建出适用该体系的密度预测公式。结果表明,符号回归公式的均方根误差从Rice公式的0.106g/cm3降低到0.045g/cm3,并将超过半数的含氟高能致爆材料的密度预测误差降低到0.030g/cm3以下,极大地提高了含氟高能致爆材料晶体密度预测精度。
  • 郭延芝,吴艳玲,赵凤起,宋秀铎,徐司雨,蒲雪梅
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    为提升改性双基推进剂配方的设计能力,利用智能算法实现配方燃速性能设计与优化,通过对比几类典型智能算法,包括遗传算法、差分进化算法、粒子群优化算法和鲸鱼优化算法,对含RDX的改性双基推进剂进行了燃速性能的智能化配方优化与设计。结果表明,智能优化算法相对于统计优化而言操作简单、运行快速,而差分进化算法拟合出的14个最优配方其燃速性能最好且更稳定。在相同的压强条件下,14个优化配方的燃速显著大于已做配方的实验值。最后利用差分算法与支持向量回归模型进一步耦合形成了一套适用于含RDX的改性双基推进剂燃速性能预测的智能算法软件,基于该智能算法软件可推演得到燃速性能优越的新配方。
  • 姜菡雨,王煊军,于 瑾,石锦宇,慕晓刚,徐司雨,赵凤起
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    为了降低HMX感度,提高使用安全性,选用低感度含能材料FOX-7为包覆剂,利用微流控技术制备得到超细HMX/FOX-7复合物。采用红外、XRD分析表征了其结构,采用SEM分析了复合物的微观形貌,并对其进行热性能、感度性能及点火燃烧性能测试研究。结果表明,基于微流控技术制备的超细HMX/FOX-7复合物粒径范围0.92~2.91μm,平均粒径1.37μm,球形度较好,粒径分布窄; 相比于传统宏观尺度搅拌法,微尺度制备条件使得HMX降感效果增强,获得的复合物具有更高的热稳定性和更优良的感度性能,热分解温度较传统法推迟11.8℃,撞击感度和摩擦感度分别由56%和52%降至32%和28%; HMX/FOX-7复合物的点火延迟时间随着激光功率密度的增加呈现递减的趋势,在相同功率密度条件下随着FOX-7含量的增加,复合物最小点火能量增大,点火延迟时间增加; 与原料HMX相比,复合物的点火燃烧火焰更为明亮,火焰传播速率更快。
  • 钟 圣,金 波,彭汝芳
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    为了寻找一种替代TNT的熔铸液相载体炸药,采用硝化、VNS胺化反应合成N-甲基-2,4,6-三硝基苯甲胺(TNA),并在不同pH环境中重结晶,得到两种不同晶型的TNA(α和β)。通过FT-IR、1H NMR、13C NMR、SEM以及X射线单晶衍射等方法对获得的α和β两种不同晶型TNA的物相、结构和形貌进行了表征; 采用差热分析法(DTA)研究了不同升温速率下α-TNA和β-TNA的熔融和分解过程,并利用Kissinger法和Ozawa法计算了两种晶型的热分解反应动力学参数; 通过修正后的氮当量公式,分别计算了α-TNA和β-TNA的爆速、爆压; 采用摩擦感度测试和撞击感度测试对α-TNA和β-TNA的安全性能进行了研究。结果表明,α-TNA属于单斜晶系P21/n空间群,β-TNA属于三斜晶系P-1空间群,其密度分别为1.649、1.681g/cm3; α-TNA、β-TNA熔点分别为110.98、113.70℃,热分解活化能分别为91.70、94.41kJ/mol; α-TNA、β-TNA爆速、爆压分别为7075、7170m/s和21.37、22.18GPa。α-TNA、β-TNA的摩擦感度、撞击感度均为360N、40J。表明TNA具有良好的热稳定性,爆轰性能与TNT相当,其摩擦感度、撞击感度优于TNT,具有良好的安全性能。
  • 雷若辰,柳宛彤,张 明,金红晓,金顶峰
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    为考察微反应器对纳米燃烧催化剂合成的影响,采用硝酸铜和2,4-二羟基苯甲酸为原料,利用星型微流混合器合成了纳米2, 4-二羟基苯甲酸铜催化剂; 利用激光粒度分析仪(LSA)、X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析技术(TG)表征了催化剂的物理化学性质,考察了微流反应时间对催化剂晶型、比表面积、形貌等的影响。结果表明,在室温环境、进样流速为1mL/min,混合时间为15min的实验条件下,所制备出的催化剂形貌为规则的片状结构,平均粒径为100nm,比表面积为21. 6265m2/g; 将燃烧催化剂与RDX混合后的DSC结果表明,2,4-二羟基苯甲酸铜-15使得RDX的分解峰温度由242.3℃降低到239.1℃,催化热分解效果最佳。
  • 宋远航,曲文刚,赵凤起,牛诗尧, 陈 永,徐抗震
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    为了探究具有短程有序、长程无序的非晶态纳米氧化物对含能材料的催化分解性能,以乙酰丙酮镍为原料,通过高温煅烧制备出了非晶态纳米NiO; 采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、N2吸附-脱附法(BET)和差示扫描量热法(DSC)等研究了其组成、结构及其对高氯酸铵(AP)和GAP基推进剂的催化分解性能。结果表明, 非晶态纳米NiO可使AP的热分解峰温由406.4℃降至309.5℃,表观分解活化能由158.17kJ/mol降至129.82kJ/mol,放热量由747.7J/g增至1780J/g; 与晶态纳米NiO相比,非晶态纳米NiO使GAP基推进剂的燃速提高了约10%,压力指数降低了约9.7%。
  • 李海建,陈 超,张 哲,谢 晓,马 宁,陈 松,金 波,彭汝芳,仪建华
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    为了满足未来火箭、战略/战术导弹及空间飞行器对高能钝感含能材料的应用需求,利用声共振技术制备了3种CL-20基共晶材料-CL-20/2-巯基-1-甲基咪唑、CL-20/4-甲基-5-硝基咪唑及CL-20/己内酰胺共晶体,并采用XRD、SEM、TG-DSC、TG-MS与激光点火试验系统研究这些共晶材料的结构、形貌、热分解与激光点火特性。结果表明,在共振加速度70g、微量溶剂的条件下混合15min可得到前两种共晶材料,混合30min后可得到CL-20/己内酰胺共晶,声共振技术与溶液挥发法制备这些共晶材料所使用的溶剂一致,不需要重新更换/筛选溶剂,而且相对于溶液挥发法,声共振技术溶剂使用量大幅减少,反应时间也更短。SEM结果表明,利用声共振技术制备的共晶材料颗粒大小不一、形状不规则; 热分解研究发现3种CL-20共晶的放热峰温相对于CL-20都有所降低,热解过程、热释放量、热解产物与CL-20结合的共晶分子熔融峰温、初始热解温度等特征参数有关,CL-20/4-甲基-5-硝基咪唑共晶材料相对于CL-20热解速率更快,热释放量更大,共晶后热解产物中CO2和H2O明显增多; CL-20共晶后点火延迟时间与火焰传播特性有明显改变,含碳量较高的CL-20/己内酰胺共晶材料燃烧更完全、火焰更亮、强度更高。
  • 金孟媛,张建侃,罗宇同,秦 钊,赵凤起,郭艳辉
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    为了探究新型燃料十八氢二十硼酸双四甲基铵(Me4N)2B20H18的点火和燃烧特性,通过十氢十硼酸离子氧化法成功制得了该物质,并采用氧弹量热仪测定了其燃烧热值,使用高速摄像机和红外热成像仪记录颗粒燃烧时的火焰现象以及样品的表面温度; 结合其在氮气和空气中的热重试验,探讨了其热稳定性与燃烧过程机制。结果表明,十八氢二十硼酸双四甲基铵实测密度为0.96g/cm3,且具有较高的热稳定性,在氮气中加热至250℃发生裂解, 在空气中到240℃时先裂解失重,温度升至300℃时发生热氧化增重;(Me4N)2B20H18的实测质量热值为55.5MJ/kg,点火燃烧性能较好,在空气中燃烧时具有绿色特征火焰,燃烧过程中样品表面温度可达1100℃。
  • 于润田,马曼曼,张 睿,秦 钊,刘 冬
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    为解决硼点火困难和燃烧性能较差的问题,采用立式管式流化床反应炉研究了硼及硼基复合金属颗粒的点火和燃烧特性; 应用能谱分析(EDS)和扫描电镜分析(SEM)对硼及硼基复合金属燃料单颗粒燃烧前后的微观形貌及元素进行分析,并采用双色法测量硼及硼基复合材料的燃烧温度分布。结果表明,硼及硼基复合金属颗粒的燃烧过程主要分为点火和燃烧两个阶段; 铝、碳纳米管和石墨烯的加入减少了硼基复合材料点火延迟时间和燃烧时间; 掺混燃料的比例越高,对点火延迟时间的影响也越大; 此外,纳米铝的加入对点火延迟时间的影响最大; 碳纳米管和石墨烯的加入对燃烧时间的影响最大。单颗粒纳米硼颗粒的燃烧温度为1772K,纳米铝的加入使得复合材料的燃烧温度提高到1830K; 相反纳米铁的加入使混合材料的燃烧温度降低到1680K; 石墨烯和碳纳米管的加入对复合材料的温度几乎没有影响。
  • 秦丁益,杨 越,栗 晶,柳朝晖,秦 钊,仪建华
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    为探究压强及氧浓度对铝粉着火燃烧特性的影响,利用自主搭建的基于平面火焰燃烧器的可视化加压携带流台架,结合高速显微摄像方法,对0.1~0.7MPa、20%和30%氧浓度、O2/CO2气氛下粒径79μm的离散单颗粒铝粉的微观着火燃烧过程进行了光学诊断。结果表明,铝粉颗粒的燃烧过程可分为4个阶段:预加热缓慢氧化阶段、铝蒸气扩散剧烈燃烧阶段、破碎爆裂旋转加速阶段以及燃尽阶段。当压强每升高0.2MPa,铝粉着火延迟时间缩短约4ms,燃烧持续时间增大约2ms; 当氧浓度升高10%,不同压强下铝粉的着火延迟时间缩短约1.5ms,燃烧持续时间增大约0.2ms。随着压强和氧浓度的升高,铝粉颗粒表面的氧分压和氧浓度增大,燃烧更加剧烈,使得铝粉颗粒的总时间缩短,且压强的影响与氧浓度相比更加明显。
  • 刘 双,张锡铭,张 京,郑梦泽,刘文皓,罗运军
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    为研究GAP-ETPE基固体推进剂的蠕变性能,通过压延工艺制备了GAP-ETPE/Al/RDX/AP/GAPA高能固体推进剂,分析了加载应力、环境温度对推进剂蠕变性质的影响; 使用Matlab软件对GAP-ETPE基推进剂在不同加载应力、不同环境温度下的数据进行拟合,对其长期蠕变行为进行预测。结果表明,推进剂的蠕变应变、残余应变随加载应力和温度的增加而增大,室温及1.4MPa加载应力下蠕变应变为4.9%; 56℃及0.5MPa加载应力下蠕变应变为4.0%; 恒定蠕变速率随加载应力增加显著增大,但是在加工温度附近出现了极值点; 对比发现GAP-ETPE基推进剂的抗蠕变性能优于常见的热固性推进剂; 广义的Kelvin模型对各组蠕变数据的拟合程度达到0.995以上,能够很好地描述GAP-ETPE基推进剂的蠕变行为; 建立的蠕变柔量主曲线将考察时间扩展到108.1s,可用于GAP-ETPE基推进剂蠕变性能的长期预测及实际应用。
  • 袁志锋,胡松启,韩进朝,王 印,王 瑛,胡义文,李 恒,栗 磊,张 军,赵凤起
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    为了研究丁基-硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)对NC基推进剂能量及燃烧性能的影响,通过俄罗斯Real软件计算了Bu-NENA对推进剂的能量性能的影响; 通过吸收-压延的方法制备了推进剂样品,测试了推进剂的密度、爆热、比容、点火延迟、燃速,计算了压强指数; 通过燃烧波、火焰照片以及熄火表面探讨了Bu-NENA对推进剂燃烧性能影响的机理。结果表明,在NC基推进剂中Bu-NENA替代NG使能量下降,但是产气量增加,使推进剂的燃速大幅度下降,2MPa下燃速降幅75%以上,20MPa下燃速降幅64%以上; 压强指数提升, NC/NG基推进剂用部分催化剂可能对NC/Bu-NENA基体系失效; 推进剂的点火延迟时间增加; 推进剂的燃速大幅度降低的原因可能是因为Bu-NENA在燃烧时挥发吸热以及燃温降低带来的热反馈降低。
  • 李金键,王丙寅,齐 琪,张 彪,许传龙
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    为了对固体火箭发动机羽流三维温度分布进行准确测量,建立了固体火箭发动机羽流光场辐射测温模型,并针对当前辐射测温技术中重建算法精度低、鲁棒性差等问题提出了一种基于LM-GAUSS混合算法的固发羽流三维温度场的重建方法。利用数值仿真分别研究了辐射强度噪声、吸收系数噪声、不同噪声水平及网格划分对本研究所提方法的影响。结果表明,与传统LSQR、NNLS重建算法的仿真结果对比,在10%以内噪声条件下,算法的重建精度优于5%,证明了本研究所提混合算法重建精度高、鲁棒性强的性能。在实验室条件下进行了单光场相机成像火焰三维温度场重建试验,证明了LM-GAUSS的适用性,为后续固发羽流温度的现场测量提供支持。
  • 张 云,赵懿明,许张归,赵凤起,徐司雨,裴 庆,徐 森,焦枫媛,吴星亮,贾宪振,曹卫国
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    为了探究MgH2粉尘爆炸的能量释放特性规律,采用改进后的20L球爆炸泄放装置获取了其爆炸压力和火焰传播规律,并分析了现行的工业粉尘爆炸泄放标准对MgH2爆炸泄放安全设计的适用性。结果表明,密闭条件下,MgH2粉尘爆炸压力随粉尘浓度的升高呈现先增大后减小的趋势,在750g/m3时达到最大,爆炸指数为310.5MPa·m/s; 泄放条件下泄放压力和火焰持续时间主要受MgH2粉尘浓度影响; 导管对泄放有限制作用,当导管长度从30cm增至100cm时,球内最大压力和压力上升速率分别上升了5%和9%; NFPA 68设计标准在250、500、1000g/m3时对MgH2粉尘爆炸较为适用,但在750g/m3时,标准的预测值低于实验值。因此,仅通过现有的普通工业粉尘爆炸泄放标准对MgH2进行爆炸泄放安全设计存在一定的安全风险。