从原理、定性分析和定量分析3个方面总结了5种光谱技术,分别为紫外吸收光谱、近红外光谱、红外光谱、拉曼光谱和太赫兹光谱在火炸药领域的应用研究进展,分析总结了这5种技术的应用方向、优点和局限性,并进一步探讨了机器学习技术在火炸药光谱数据分析中的应用。研究发现,光谱分析技术凭借其安全、快速和准确的特点在火炸药领域的应用非常广泛,具有巨大的潜力和应用前景。最后对未来的研究发展方向提出建议,指出光谱分析技术不应仅停留在实验室阶段,要充分发挥其优势,扩大光谱分析技术在火炸药领域的应用范围; 未来的发展方向包括多光谱联用技术、人工智能技术、微型化技术和在线监测技术。附

概述了复合固体推进剂的细观损伤演化行为,从细观损伤演化表征方法、细观损伤演化有限元数值模拟和含损伤的黏弹性本构模型3方面综述了复合固体推进剂细观损伤演化的研究进展,指出了当前研究中存在的不足和未来的研究方向。分析指出,在微细观表征方面,实现动态复杂加载条件下的细观损伤表征分析是难点,应开发新的微细观表征方法,完善动态多尺度观测手段,解决损伤定量化表征问题; 在数值模拟方面,二维RVE模型和仅适用于单一加载条件的界面模型无法反映真实细观损伤演化,应建立能反映细观结构状态的三维RVE模型和考虑温度、应变率效应的界面模型,以此开展数值模拟得到准确的推进剂细观损伤演化过程; 在含损伤本构模型方面,大多数基于唯象学的本构模型难以体现细观结构变化对力学响应的影响,应从细观尺度出发建立反映整个损伤起始-演化-破坏的宏细观本构模型,预测推进剂宏细观力学响应。附

为了得到性能优良的含能材料,以3,5-二氨基-1,2,4三唑为原料,经重氮化、还原反应得到3-肼基-5-氨基-1H-1,2,4-三唑盐酸盐(化合物1),化合物1和硝酸银通过复分解反应制备一种新型含能离子盐3-肼基-5-氨基-1H-1,2,4-三唑硝酸盐(化合物2); 通过红外光谱、核磁共振谱、质谱、元素分析和X-射线单晶衍射分析等对化合物2进行结构表征; 利用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)研究了其热分解过程; 采用Crystal Explorer 17.5 软件计算了化合物2晶体中的氢键对其分子间相互作用力的贡献,并研究了其爆轰与安全性能。结果表明,化合物2属于单斜晶系,空间群为P2/n,晶胞参数a=6.9296Å、b=9.9082Å、c=13.3696Å、α=90.00°、β=103.51(2)°、γ=90.00°、V= 892.54(11)ų,其热分解温度为189.7℃,表现出良好的热稳定性; 同时化合物2具有优异的爆轰性能和较低的感度,其爆速和爆压分别为8673m/s和32.5GPa,摩擦感度和撞击感度分别为112N和25J。

为了改善HATO炸药晶体的品质,进一步提高其在火炸药中应用的安全性能,利用平衡法测量了HATO在4种纯溶剂及3种混合溶剂中的溶解度,优选HATO重结晶溶剂体系; 采用降温重结晶的方法,通过控制溶剂种类、降温速率、搅拌速率等参数制备得到高品质HATO炸药晶体; 同时利用Materials Studio软件对HATO与几种常用黏结剂材料的结合能力进行仿真计算,优选出与HATO结合能力强的材料进行包覆,并对包覆前后HATO的机械感度进行测试。结果表明,HATO在水-甲酸体系中具有较高的溶解度,但水-乙醇混合溶剂体系更有利于HATO的球形化。经降温重结晶得到的HATO晶体密度达到1.87g/cm³,5s爆发点为286.12℃,爆速为9550m/s,撞击感度和摩擦感度分别为24%和16%,均优于原料HATO。同时发现含氟材料与HATO的内聚能密度大于非含氟材料,对HATO具有更强的黏附效果,包覆后的HATO无晶体裸露,机械感度显著降低。

为了解决2,4,6-三硝基苯酚(TNP)的高感度和高酸性等问题,以TNP为原料,经氨基化和配位反应合成了一种TATB类似物3, 5-二氨基苦味酸(DAP)及其钠盐(SDAP); 采用X-射线单晶衍射、红外光谱等对其进行结构表征; 通过同步热分析仪(TG-DSC)对其热稳定性进行研究; 测试了其机械感度,并运用Gaussian 09程序和Kamlet-Jacobs方程计算其爆轰参数。结果表明,DAP晶体属于正交晶系,P2₁空间群,晶体密度为1.88g/cm³,初始化学分解温度为265℃; 理论爆速为8527m/s,理论爆压为33.1GPa; SDAP晶体属于三斜晶系,P_-1空间群,晶体密度为1.94g/cm³,初始化学分解温度达到314℃; 理论爆速为8332m/s,理论爆压为32.1GPa,与1, 3, 5-三氨基-2, 4, 6-三硝基苯(TATB)相当。基于两者具有典型的层状分子排列方式,实测机械感度均明显低于TNP。DAP和SDAP都展现出良好的热稳定性和安全性。

为了提高铝与高温水蒸汽的反应活性,采用机械球磨法在不同球磨时间下制备得到了铝基聚四氟乙烯亚稳态分子间复合物(Al/PTFE); 通过扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射、同步热分析仪研究了Al/PTFE的微观形貌、晶型及氧化性能; 利用水蒸汽反应装置研究了Al/PTFE在高温水蒸汽中的点火性能; 用扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射分析仪研究了Al/PTFE燃烧产物的微观形貌及组成。结果表明,Al/PTFE复合物的形貌随球磨时间的增加由片状向块状转变,粒度随球磨时间的增加而减小; 3h球磨制备的Al/PTFE复合物与高温水蒸汽反应时展示出最佳的反应活性,反应产物的中值粒径(D₅₀)为17.2μm; 3h球磨制备的Al/PTFE复合物在600℃和700℃高温水蒸汽下的点火延迟时间分别为29s和15s,且点火温度比1h和5h球磨制备的Al/PTFE更低。

为了探究约束对2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药点火反应特性的影响,设计了不同壁厚条件下单端点火试验和相同壁厚的爆轰试验; 基于爆炸相似理论,通过对比爆轰试验与点火试验产生的冲击波超压,估算了炸药在点火试验中产生的等效反应药量。结果表明,DNAN基熔铸炸药在一般约束条件下(壁厚小于10mm),经黑火药引燃后仅发生燃烧反应; 在强约束条件下(壁厚20、30、40及50mm)反应更为剧烈,但未发生典型的燃烧转爆轰过程,反应烈度为爆燃或爆炸级。DNAN基熔铸炸药发生反应的等效反应药量随着管体壁厚增大,爆炸百分比从23.9%依次增加至34.8%、77.3%及78.7%。可知在一定范围内增强约束条件,炸药燃烧进程会随之加快,反应更为剧烈,但当约束条件足够强时,这种促进作用将不再明显。

针对内爆加载下弹体钢壳膨胀断裂机制,采用光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics, SPH)对几种壁厚下40CrMnSiB钢柱壳在内爆载荷下的膨胀断裂过程与裂纹分布规律进行了数值模拟; 利用爆炸水井回收技术开展了对比实验研究; 结合柱壳断裂破片的宏观形貌与微观组织分析了其裂纹的生成机制。结果表明,40CrMnSiB钢柱壳的断裂模式随着壁厚的增加由纯剪切逐渐过渡到拉剪混合; 当柱壳壁厚由4mm增至17mm时,拉伸裂纹所占比例由0逐渐增至4/5,柱壳裂纹周向密度和形成破片总数则分别减小了54.54%和67.06%,并且随着金属柱壳壁厚的增加,最终破片的质量分布逐渐分散; 分析回收破片微观组织发现,柱壳的断裂实际是由壳体内表面产生的剪切裂纹与外表面产生的拉伸裂纹共同作用及相互竞争的结果,裂纹之间存在相互屏蔽的现象。

为了提高复合改性双基推进剂的燃速,采用超音速气流粉碎技术将纳米催化材料(纳米亚铬酸铜、纳米氧化镉)原位分散于超细高氯酸铵(AP)表面,制备出纳米催化材料/超细AP复合物,并应用于改铵铜(GATo)高燃速改性双基推进剂。采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热测试(DSC)、机械感度测试、静电火花感度测试等方法对纳米催化材料/超细AP复合粒子进行了分析表征,对制得的含纳米催化材料/超细AP复合粒子的GATo推进剂分别进行了燃烧性能、力学性能、机械感度和安定性研究。结果表明,在超音速气流粉碎力场作用下,在实现AP超细化的同时,实现了纳米催化材料在其表面的原位均匀分散,既提高了超细AP的热分解速率,又降低了超细AP的机械感度。与空白GATo推进剂相比,含有纳米催化材料/超细AP复合粒子的GATo推进剂燃速从55mm/s提升至70.27mm/s(20℃、10MPa),增幅达27.8%,力学性能和安定性基本保持不变,摩擦感度从95%降至80%,撞击感度特性落高值从13.9cm提高到14.7cm,实现了CMDB推进剂的高燃速与低感度的有效平衡。

为了探究七孔发射药挤出后偏孔的原因和寻求一种改善发射药的挤出偏孔的解决思路,通过模拟研究发射药挤出时在模具内的流动性掌握偏孔规律使其朝着理想的方向偏孔; 根据几何模型建立发射药的内流道模型,以Bird-carreau law模型进行模拟分析,通过正向挤出模拟对挤出形状和尺寸进行了数值预测; 然后对挤出过程进行逆向数值模拟设计了口模形状,重点分析了挤出过程的流场分布与压力分布,用设计后的口模模拟正向挤出,从理论上验证了逆向设计口模的可行性。结果表明,相较于压力和剪切速率,流速分布不均是导致发射药挤出偏孔的关键因素之一; 发射药在模具挤出时,根据模具入口处截面的速度分布可以看到药料入口处的流速分布是不同的,靠近壁面处流速低,模针与模针之间流速高,最大流速约为最小流速的1.5倍; 离开模具后大部分区域流速变小,其中流速快的部分因为流速降低导致面积增加,流速慢的区域因为流速增大导致面积减小,速度的重新分配引起自由表面的挤出变形; 逆向挤出模拟可以对发射药的挤出偏孔提供补偿作用,并对逆向设计的口模形状进行了挤出验证,其挤出物的孔形与之前相比更为规整。因此通过逆向挤出设计口模形状有望提高发射药挤出的良品率。