为研究爆炸成型横向效应增强型侵彻体(爆炸成型PELE)的形成规律,基于一种中心点起爆的包覆式复合药型罩战斗部结构,采用AUTODYN数值模拟软件计算爆炸成型PELE形成过程; 运用图像处理技术,提取侵彻体形成后的边界并计算出密实度作为衡量侵彻体形成优劣的评价依据,获得了药型罩材料、结构以及装药长径比对爆炸成型PELE形成性能的影响规律。结果表明,在中心点起爆条件下,采用变壁厚结构铁外罩、等壁厚结构铝内罩组合方式,内外罩顶厚度比为2:3、装药长径比为0.5时,可获得密实度较高的爆炸成型PELE,其结构参数为:外罩内、外曲率半径分别为1.00D和1.15D,外罩顶厚度为0.06D,内罩内、外曲率半径均为0.42D,内罩顶厚度为0.04D。

为研究热-力耦合作用下B炸药的撞击安全性,利用大型落锤加载装置开展了不同温度(-40、25、70℃)和不同尺寸(Φ20mm×20mm,Φ40mm×40mm,Φ60mm×60mm)下B炸药柱的撞击实验,获得了不同温度和尺寸条件下B炸药的临界点火阈值,并对不同尺寸药柱在临界反应高度下的应变分布状态进行了数值模拟,探讨了温度和药柱尺寸对B炸药撞击点火的影响机制。结果表明,B炸药的临界点火高度随温度升高呈现非线性变化特征,-40℃时的最大未反应落高(3800mm)略高于常温25℃和高温70℃时的最大未反应落高(3700mm); 随药柱尺寸由Φ20mm×20mm增至Φ40mm×40mm,B炸药所能承受的最大应力由1543MPa降至1125MPa,其点火阈值具有明显的尺寸效应,这可能是由于药柱内部应变值与端面边缘最大应变区应变值差异逐渐减小,使得“热点”形成的几率和数量增加。

简要对比了含能材料热解研究中常见的几种测量方法及其优缺点,阐述了光电离质谱(PIMS)方法的“软”电离技术特点以及应用于热解产物分析中的优势; “软电离”可使产物在电离过程中几乎不产生电离碎片,便于快速进行复杂体系的组分解析,有利于在线检测含能材料热解过程中快速演变的中间产物; 重点介绍了近年来基于放电灯光源和同步辐射光源的单光子电离质谱法和大气压光电离高分辨质谱法在NTO、FOX-7、FOX-12、CL-20等含能化合物热解研究中的最新应用进展,总结了实验中利用在线光电离质谱测得的新型热解产物与中间产物。最后,对光电离质谱在含能材料研究中的应用前景进行了展望。指出在时间分辨测量方面,通过优化质谱仪器和发展高亮度光电离源,光电离质谱有望实现毫秒或亚毫秒量级的时间分辨测量,将有助于研究高温、高压工况下含能材料热解和燃烧过程; 在定量测量方面,有必要建立和完善含能材料及主要产物的光电离截面数据库。附

为了阐明元素组成和相组成与铝基合金燃料本征特性的关系,分别总结了低沸点金属、低熔点金属和高熔点金属作为合金元素时对理化特征和燃烧特性的影响规律,分析了不同铝基合金燃料点火和燃烧机制的差异。铝基合金燃料在燃烧过程中,存在Al-M_LB的微爆、Al-M_LM中的合金化放热/氧化通道、Al-M_HM中的亚稳相放热等多种燃烧效率提升的机制。从能量提升和燃速调控两方面归纳了铝基合金燃料在固体推进剂中的应用研究概况,指出铝基合金燃料通过理论比冲提升、燃烧效率提升、二相流损失降低和密度提升等途径提高了推进剂的能量性能; 铝基合金燃料对推进剂燃速的影响是配方各组分相互作用的结果,调控效果随着配方中的氧化剂、黏合剂成分而发生改变。掌握铝基合金燃料“制备工艺-结构-性能”的关系、解决安全性和长期储存活性降低问题和完善燃速调节机制及燃烧反应释能机理,是铝基合金燃料的设计、应用和性能调控的关键。附

为了改善二硝酰胺铵(ADN)的吸湿性,提高其安全性能,促进其大规模实际应用,采用溶剂-非溶剂法制备球形ADN及ADN@AP复合粒子。通过扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、TG-DSC同步热分析仪、撞击感度仪、恒温恒湿箱对所制备样品的形貌、晶体结构、热分解性能、撞击感度和吸湿性进行表征和测试,并与原料ADN、ADN/AP混合物进行比较。结果表明,ADN@AP复合粒子以ADN为核,AP为壳,形状规则; 相比于原料ADN和ADN/AP混合物,ADN@AP复合粒子的反应活化能降低了35.1kJ/mol和10.73kJ/mol,撞击感度降低了100.10%和26.52%,ADN@AP复合粒子相比原料ADN在24h后绝对吸湿率降低了213%,表明复合粒子的热分解性能得到改善,降感降吸湿性效果显著。

纳米多孔硅由于其海绵状的孔隙结构,氧化剂很难充分填充,导致多孔硅复合含能材料多为富燃料体系; 同时其孔隙率难以调节,无法精确控制氧燃比。针对以上问题,以紧密排列的单层聚苯乙烯微球为模板,通过反应性离子刻蚀(Reaction Ion Etching, RIE)技术结合金属辅助化学刻蚀(Metal-Assisted Chemical Etching, MACE)制备得到了形貌结构可控的多孔硅纳米线,通过控制RIE时间能够精准调节多孔硅复合体系的氧燃比,同时二维线状结构非常有利于氧化剂的高效填充。结果表明,在RIE时间为80s,即硅纳米线直径为150nm左右时,复合含能体系达到最佳化学计量反应平衡,能量输出最佳。同时,选用不同电阻率的硅片制备得到不同结构形貌的硅纳米线,电阻率越低,纳米复合含能体系中的硅纳米线结构越疏松多孔,不仅能够有效缩短传质传热距离,降低反应活化能,有利于增强反应放热; 而且能提升燃烧性能,有利于点火,为硅基含能材料的发展提供了新的思路。

为了探讨氟化石墨烯(FG)用于AP燃烧催化的可行性,采用密度泛函理论(DFT)计算方法研究了HClO₄和NH₃在FG表面的分解行为,阐述了AP在FG表面分解的反应机理; 对HClO₄分子在FG表面分解反应的反应网络中各个基元反应的活化能和反应热进行了分析。结果表明,HClO₄分子的主要分解路径为HClO₄→ClO^-₃→HClO₃→ClO^-₂→HClO₂→ClO^-→Cl^-。高氯酸分解生成氯酸根的反应为该路径的速控步骤,反应活化能为1.675 eV; HClO₄分子分解产生的吸附在FG表面的O^*原子会抑制HClO₄分子在FG表面的进一步分解,但这些O^*原子能够促进NH₃分子在FG表面的脱氢反应并生成OH^*基团; OH^*基团易与NH₃分子及其脱氢产物反应,生成H₂O分子,使得O原子从FG表面脱附; FG表面的F原子能够迅速与NH₃分子中的H原子反应,反应活化能仅为0.284 eV,这促使NH₃脱氢并吸附在催化剂表面,避免了因为NH₃吸附在AP表面而引起的阻滞期。表明FG能够有效地消除AP分解过程的阻滞期,从而提高AP的燃烧性能。

针对含能材料反应过程多组分气体的同时快速释放特点,利用质谱的连续实时、全组分扫描的检测方式,详细阐述了其采样传输、图谱解析、定量分析等方面存在的技术难题,分析不同质谱采样接口的可靠性与失真机理、反应过程与质谱电离同步耦合作用下的图谱重叠、多组分气体质谱定量等难点。选取3类代表性反应过程具体阐述了锅炉结渣物的逸出气体冷凝结晶二次反应、CaS气化反应过程质谱信号非线性解析及典型含能材料Fx逸出气体质谱定量解析。结果表明,利用质谱定量分析方法——等效特征图谱法(Equivalent characteristic spectrum analysis)ECSA^,实现了对采样失真的判断与多组分气体质量变化率的精准解析,通过解析后的多组分质量变化连续动态信息,基于物料、组分、元素质量平衡,实现对多重反应过程的精准辨识。

为了探究MgH₂粉尘爆炸火焰传播过程及其热辐射特性,采用改进后的哈特曼管装置对其进行点火实验,通过高速摄像机、热辐射仪和红外热成像仪同步记录MgH₂粉尘的火焰传播、热辐射通量和温度场变化过程。结果表明,点火后MgH₂火焰持续增长形成连续的燃烧区域,达到最大值后开始衰减并出现离散状火焰; 粉尘质量浓度在150～1000g/m³范围内,火焰前锋阵面的最大传播高度和最大传播速度随着质量浓度的增大呈现出先增大后减小的规律,均在750g/m³时最大,分别达到1138mm和45m/s; 热辐射通量随着粉类质量浓度的增加逐渐增大,在火球正上方的3号热辐射通量最大值达到31.7kW/m²,远高于火球两侧的1号和2号热辐射通量; 火焰中心区域温度最高,向四周逐渐降低,高温区集中在火焰上部。

针对1,1-二胺-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)因点火相对困难而限制其广泛应用的问题,利用CO₂激光器在一定的功率密度范围对4种混合不同碳材料的FOX-7粉末开展了点火实验,研究点火延迟时间的变化趋势。采用两种简化模型对点火延迟时间进行计算与分析,以探究点火机理和指导FOX-7的点火性能提升。结果表明,几种碳材料的添加会导致FOX-7粉末点火延迟时间发生不同程度的缩短。石墨烯和氧化石墨烯在缩短点火延迟方面表现出相对较强的促进作用,石墨的效果较为轻微。计算结果显示,模型1比模型2更适合预测FOX-7粉末的点火延迟时间。机理分析表明,石墨烯的添加能够有效提升FOX-7粉末对辐照能量的吸收且减小能量损失。研究表明FOX-7粉末样品的主要点火诱导过程受到激光辐照下传热性质的强烈影响。

为研究一种无硝化甘油(NG)、以硝化棉(NC)和丁基-硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)为主体的NC/Bu-NENA基推进剂的吸收工艺,设计了NC/Bu-NENA基推进剂配方,在不同的吸收温度、搅拌时间和冷却温度等吸收工艺条件下制备了吸收药,采用相机拍摄的方法研究吸收药的分散度以及推进剂样品中NC分子的塑化度。分析了吸收药的分散度和塑化度,探索了NC/Bu-NENA基推进剂最适宜的吸收工艺并分析了原因。结果表明,首先,吸收温度是吸收工艺中最重要的因素,决定了增塑剂Bu-NENA在NC分子中的扩散速度,吸收温度越高则Bu-NENA在NC分子中的扩散速度越快,塑化越好,但是温度越高,Bu-NENA蒸发更快,两者平衡来看,吸收温度以70℃为宜; 其次,冷却温度是吸收工艺中次重要的因素,决定了Bu-NENA在水中的溶解度和吸收药的团聚程度,温度越低,Bu-NENA在水中的溶解度越低,吸收药的团聚程度越低,但在工程应用中不能无限制地降低温度,两者综合考虑,冷却温度以20～25℃为宜; 最后,搅拌时间的意义是在该时间段内Bu-NENA完成对NC的增塑,增塑完成后延长搅拌时间对提高推进剂性能效果不明显,以40～60min为宜。

为了探究金属颗粒燃烧的复杂变化过程,搭建了25kHz高速数字离轴全息成像系统,对Al/AP/HTPB推进剂燃烧过程中颗粒的典型现象进行了时间分辨三维可视化研究; 通过三维可视化研究分析了推进剂燃烧中金属铝颗粒燃烧典型现象,其中包括燃烧过程中推进剂燃面颗粒的剥落现象、颗粒/颗粒团的微爆炸现象、以及燃烧颗粒存在的尾流与火焰面现象,并且通过数字离轴全息技术对观测到的铝颗粒进行了时间分辨的三维重建。结果表明,离轴全息技术消除了孪生像的干扰,可以获得清晰的颗粒重建图像,并且其独立配置的参考光在很大程度上消除了火焰对光传播的影响,有效地抑制了颗粒周围折射率急剧变化所带来的像差。表明高速数字离轴全息三维成像技术在固体推进剂燃烧可视化诊断方面具有较强的实用性,并具有广阔的应用前景。