为促进工业炸药的绿色发展,用绿色氧化剂过氧化氢(H₂O₂)部分或全部替代硝酸铵(AN)形成新型工业炸药,可以减少NO_x的生成量,改善对环境的不利影响,是最有应用潜力的工业“绿色炸药”。在此基础上,综述了H₂O₂基混合炸药的研究进展,从H₂O₂/H₂O纯溶液、H₂O₂/Fuel液体混合物和H₂O₂/Fuel胶状物3个方面介绍了H₂O₂基炸药的爆轰性能,分析了H₂O₂/Fuel基炸药中H₂O₂的分解特性,对比了H₂O₂/Fuel基炸药与传统AN基炸药的爆轰性能,并阐述了H₂O₂基爆炸物的冲击起爆机制; 通过对H₂O₂基炸药爆炸性研究进展的阐述,分析了H₂O₂基“绿色炸药”面临的问题,主要有基础性能表征不充分、起爆机制不明确等; 展望了H₂O₂在工业炸药中的发展前景。附参考文献103篇。

综述了DNA、多肽、蛋白质、聚多巴胺(PDA)、单宁酸(TA)和纤维素等生物分子在含能材料领域中的应用。首先,分析了当前常规的非新型含能材料所面临的问题,提出了自组装技术在新结构含能材料制备中的优势,该技术通过将生物分子与含能材料组装制备新结构含能材料,有望在性能上实现提升; 然后,基于国内外相关研究,分别阐述了这些生物分子的结构特点、组装优势、组装过程及其机理,并概述了合成的新结构含能材料的性能表现; 最后,对当前生物分子在含能材料中的应用研究工作进行了总结,分析了新结构含能材料在性能优化、机理研究及应用成本等方面所面临的挑战,并展望了其在航空航天及可持续发展等领域的潜在应用前景。附参考文献55篇。

为了研究不同气氛环境下脉冲激光溅射含氮化合物产生的等离子体特性及其演化过程,以氮化硼(BN)作为靶材,使用脉冲激光分别溅射氮气、空气和近真空环境中的BN,通过光谱仪采集不同延迟时间下溅射所产生的等离子体信号,揭示了等离子体的生长及消亡过程。结果表明,在空气中溅射BN会生成大量氧等离子体并呈现特征光谱峰,而在氮气或近真空环境下溅射时,该特征峰基本消失; 在氮气中溅射BN时,产生的氮原子(N I)、一价氮离子(N II)和三价氮离子(N IV)数量较多,并且氮等离子体存在时间最长,N I和N IV的存在时间分别最长可达4400ns和3450ns; 在3种不同溅射环境下,激光溅射氮气中的BN最有利于氮原子簇的制备。

针对ReaxFF初始力场描述2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧化物(LLM-105)的不足,采用了一种基于梯度下降算法JAX-ReaxFF框架策略,对ReaxFF反应力场进行了重新参数化,特别关注不同键和键角的势能面解离变化; 在模拟不同温度和分解速率的反应过程中,深入分析了LLM-105的反应机制。结果表明,当温度为1500K时,分子反应主要聚焦于聚合和脱氢反应; 随着温度的逐渐升高,LLM-105的反应模式呈现出了新的变化,当温度不小于2000K时,除了原有的聚合和脱氢反应外,还观察到了C—NO₂键和C—NH₂键的断裂现象; 值得注意的是,C—NO₂键的断裂成为触发这一系列反应的关键因素; 随着分子中的C—NO₂和C—NH₂键开始发生均裂反应,促进了中间产物HON₂、NO₂和NH₃的形成,并经历一系列复杂的相互反应,最终生成了N₂、H₂O和CO₂等稳定产物,表明该力场能够有效模拟在不同温度和加热速率下的化学反应变化。

为了研究微纳米自组装和物理混合铝粉材料的点火与爆炸性能,采用1.2L哈特曼管和20L球爆炸测试系统对材料的点火敏感度、火焰传播特性以及爆炸参数进行了研究。结果表明,与Al-T4纯微米铝粉相比,纳米铝粉可以显著降低铝粉材料的点火能量,自组装工艺相较于物理混合工艺的铝粉材料,其点火敏感性进一步升高; 在火焰传播速度上,少量纳米铝粉的高反应速率可以加速微米铝粉的反应,自组装铝粉由于微纳米铝粉整体的协同作用,容易点火的同时对热量的传递也更为高效; 在20L球爆炸测试系统中,质量分数5%纳米的自组装和物理混合铝粉在500g/m³时达到最大爆炸压力以及爆炸指数,分别为0.72、0.75MPa以及43.21、31.49MPa·m/s,添加质量分数10%纳米自组装和物理混合铝粉则在1000g/m³时达到最大爆炸压力,分别为0.84、0.68MPa,质量分数5%的纳米铝粉爆炸压力和爆炸指数随着粉尘浓度先变大后减小,质量分数10%纳米的铝粉爆炸压力和爆炸指数则随着粉尘浓度的升高而增大,复合铝粉的爆炸威力不仅和活性相关,和铝粉本身的热值也存在一定的关联。

针对黑火药传火速率不高的问题,采用在还原氧化石墨烯(RGO)上原位生长纳米硫,制备纳米硫/RGO复合物(RGS),然后用冰模板法将KNO₃与RGS复合,获得KNO₃/RGS复合物(RGPS); 通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、比表面积和孔径分析仪、差示扫描量热仪(DSC)和高速摄影(HSVR)对其形貌、结构、热分解性能和燃烧性能进行表征,并与机械混合物的性能进行了对比。结果表明,纳米硫原位生长在RGO上,KNO₃嵌入在RGS中,KNO₃的尺寸为3μm左右; RGPS的BET表面积约为8.1m²/g,远大于机械混合物的4.2m²/g; 放热峰温比机械混合物低13.6℃,放热量增加82.4%; 活化能为153kJ/mol,比机械混合物低16kJ/mol; 常温常压下的平均燃烧速度相比于黑火药机械混合物及RGPS机械混合物提高220.3%和182.1%。说明RGPS的热分解性能及燃烧性能较机械混合物显著提升。

为了探究储氢合金对燃料空气炸药(FAE)毁伤性能的增强效应,采用20L球形液体爆炸测试系统并结合比色测温技术,研究了不同基体液态燃料和金属添加剂对FAE冲击波和热毁伤性能的影响规律。结果表明,FAE常用的3种液态基体燃料中,环氧丙烷的燃爆性能最佳; 当环氧丙烷中添加氢化钛粉末后,混合燃料的燃爆超压、最大压力上升速率和最大平均温度均随氢化钛粉末含量的增加呈先增大后减小的趋势,并在氢化钛质量分数为35%时达到最大值,分别为1.21MPa、68.73MPa/s和2398K; 相较于钛粉-环氧丙烷混合燃料,氢化钛粉-环氧丙烷混合燃料的燃爆火焰更加连续,相同质量浓度下其燃爆性能更加优异。表明氢化钛作为一种潜在的高能添加剂,可有效应用于燃料空气炸药,以提高其燃爆特性参数,增强FAE的冲击波和热毁伤性能。

为了研究聚能射流作用下带壳PBX装药的响应特性及撞击安全性,开展了50mm和81mm两种射流源在不同炸高下的射流冲击实验; 设计了一套射流作用下可接触式测量带壳PBX装药反应形成冲击波的实验装置,获取了实验中弹体底部的冲击波压力、弹体底部钢柱中的应力波; 提出了一种射流冲击实验中带壳装药反应形成冲击波的测试方法; 利用LS-DYNA对实验过程进行了数值模拟,并且分析了射流口径与炸高对带壳装药冲击起爆的影响,给出了不同口径射流作用下带壳PBX装药临界起爆条件。结果表明,50mm的射流源在自身直径分别为2倍、4倍和6倍炸高时均能引爆带壳PBX装药,使其发生爆轰反应; 81mm的射流源在3倍和5倍炸高时可以引爆带壳PBX装药,当炸高增加至8倍时,带壳PBX装药则没有发生爆轰反应; 在PBX装药发生完全爆轰反应时,弹体底部的冲击波压力达到23GPa,弹体底部钢柱距顶端100mm处应力波强度约600MPa。模拟结果和实验结果吻合较好。同时,50mm和81mm两种药型罩射流冲击带壳装药临界起爆炸高分别为其口径的9倍和7倍,说明射流口径对其本身毁伤性能的影响大于炸高,当射流穿过壳体后剩余能量大于38.4mm³/μs²即会引发爆轰反应。

为了研究3D打印破片战斗部壳体的破片成形特性,对选区激光熔化(SLM)的中心预控槽钢壳体进行水介质破片回收试验。通过对比不同装药长径比、预控槽深度比例及网络形状的破片成形情况,明确预控槽参数对破片形态的影响,并讨论了其断裂模式。结果表明,中心预控槽通过定向引导显著提升破碎可控性,破片质量回收率为87.09%～94.42%,完整破片生成率最高可达99.60%; 装药长径比存在临界阈值,当装药长径比小于2.1时,完整破片生成率稳定于87.62%,连体率保持为22.40%; 而装药长径比超过2.1时,完整生成率骤降至70.37%,连体率跃升至69.44%; 连体破片数量与预控槽深度比例η呈显著负相关,完整破片生成率则随预控槽深度比例的增大而显著升高; 横斜与菱形的网络形状相比于方形网络具有更好的破碎均匀性,完整破片生成率分别为96.09%和99.60%。断裂模式分析表明,轴向断裂以拉伸破坏为主,周向壳体内侧为剪切破坏,外侧为拉伸断裂,且当η>53.3%时,外侧剪切带宽度与内侧趋同。

针对复合固体推进剂爆热测试结果平行性偏差大的现象,采用恒温式量热仪,从明确爆热定义、规范实验条件、改进实验装置3个方面开展复合推进剂爆热精准测试研究。结果表明,推进剂利用自身具有的氧化剂燃烧放热量测试值随推进剂切块粒度的减小和样品质量的增大有明显增大的趋势,故推进剂爆热测试样品单块质量应小于0.14g,推进剂样品质量应大于测得稳定最大放热量的所用的样品质量; 在量热仪的氧弹上加装测压元件,实现了量热过程中氧弹中压强的全程测试记录,点火前压强检测保障了氧弹中空气置换的有效性; 氧弹中的最大压强为剔除不充分燃烧的异常值提供了依据。结合实验中氧弹内的末态压强和氧弹容积,实现了定压爆热的测试。