为解决计算爆轰参数过程中由于CJ假设带来的理论偏差,采用基于最小作用量原理的LADM爆轰模型,根据熵原理确定爆轰过程终点,采用哈密顿原理描述爆轰反应区来替代传统的CJ假设,计算了29种包括金属氢和全氮材料的典型气相、液相、固相单质炸药以及混合炸药的爆速参量,并与实验数据进行了对比。结果表明,采用量热弹实测爆热值,绝热指数接近理论值; 计算结果与实验数据吻合良好,计算方法普适性高。表明该方法能够有效计算新型炸药的爆轰参数,具有良好的理论指导性和应用前景。

以4-氨基-2,6-二氯吡啶和5-氨基-1H-四唑为原料,经过硝化、缩合、氧化三步反应,合成了一种新型耐热炸药2,6-双(四氮唑氨基)-3,5-二硝基-4-吡啶酮-1,1'-二钾盐,总收率为41%; 利用核磁共振(¹H谱、¹³C谱)波谱、傅里叶红外光谱和元素分析对目标化合物进行了表征,通过单晶X-射线衍射确定了其结构,通过差示扫描量热(DSC)和热重分析(TG)研究了该化合物的热稳定性,采用BAM方法对化合物的机械感度进行了测定,通过EXPLO5软件预测了化合物的爆轰性能。结果表明,晶体4·5H₂O属于三斜晶系,Pī空间群,晶体密度为1.782g/cm³(296K),阴离子配体结构近乎平面,并呈现面对面的π-π堆积,通过与K⁺配位形成三维配位聚合物结构; 化合物4的实测密度为2.10g/cm³,热分解温度为308.5℃,爆速为7884m/s,爆压为25.02GPa,撞击感度为20J,摩擦感度>360N; 表明其具有良好的耐热性、低感度和高能量。

为了弥补间二硝基苯(m-DNB)在传统釜式生产工艺中生产能力小、生产过程稳定性差、生产效率低等缺陷,基于微通道反应器,以硝基苯(NB)为原料,二氯乙烷为溶剂,发烟硝酸与发烟硫酸的混合酸为硝化剂,合成了m-DNB; 探究了混合酸摩尔比、硝酸与NB摩尔比、反应温度、物料的总流速对硝化反应的影响,并对该反应的反应动力学进行了研究。结果表明,反应的最优条件为:物料的总流速60mL/min、硝酸与硫酸摩尔比1:4、NB与硝酸摩尔比1:2、反应温度40℃; 在此条件下,m-DNB收率高达93.60%; NB硝化反应的活化能为63.930kJ/mol,指前因子为1.115×10⁹ L/(mol·s)。表明微通道反应器具有传热与传质效率高、反应进程可准确掌握、安全性高等优势。

为了获得含RDX杂质的HMX的应用性能,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亚砜(DMSO)为混合溶剂,通过溶剂-非溶剂法制备了不同RDX含量掺杂的HMX/RDX复合物; 采用SEM、XRD、FT-IR、DSC-TG对其形貌、结构、热性能进行了表征,并对其机械感度进行测试分析。结果表明,所制备的RDX掺杂HMX/RDX复合物为块状与扁球形颗粒,粒径主要分布在0.5～3μm之间,随着掺杂RDX含量的提高,所得复合物的颗粒尺寸逐渐减小,RDX的掺杂并未改变HMX的结晶形貌、物相; RDX掺杂所制备的HMX/RDX复合物仅有一个分解放热峰,掺杂均匀; 与纯HMX相比,RDX掺杂复合物放热分解峰温与表观热分解放热焓尽管随着RDX含量(小于30%)的增加有轻微的下降,但其机械感度降低,安全性能提高,可在一些应用中有效替代纯HMX。

为了获得带壳装药水下爆炸下双层壳体结构的毁伤特性,基于小型爆炸水箱装置进行了双层壳体结构在水下爆炸下的毁伤试验,分析了双层壳体内板背空介质、内外板间填充介质、爆炸位置及距离等因素对双层壳体毁伤的影响,得到了带壳装药水下爆炸作用下双层壳体结构的毁伤模式。结果表明,在水下带壳装药载荷接触爆炸下,双层壳体出现整体塑性变形,内外板出现“口”、“田”、“十”字形撕裂破口,内外板及肋板出现局部弯曲或断裂变形3种毁伤模式; 水下相同接触爆炸条件下,爆炸位置处于双层壳体纵横肋板交叉处对内外板造成的毁伤范围更大,双层壳体间填充水介质大大降低了对内层壳体的冲击效应,提高了双层壳体内板的抗冲击能力。

为探究不同机油柴油配比对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响,使用数字黏度计、激光粒度分析仪、光学显微镜测试了不同机油柴油配比的乳胶基质的黏度和粒径分布,观察了炸药试样内相结构; 使用PVC管模拟孔内装药方式测量了基质及炸药试样的密度; 使用爆速仪和铅柱压缩法,分别测试了炸药的爆速和猛度。结果表明,当炸药配方中机油柴油质量比由0:5.5增加至5.5:0时,基质黏度由1.5×10⁵mPa·s增至3.7×10⁵mPa·s; 炸药敏化气泡浓度增加,气泡尺寸减小,均一性更佳; 分散相液滴粒径分布宽度从86.19μm缩小至6.33μm,平均粒径由13.85μm减小至2.78μm,分散指数由6.23减小至2.27,内相液滴分布更趋向集中均匀; 敏化剂质量分数为0.3%时,炸药密度由0.95g/cm³增大至1.10g/cm³,炸药密度呈增大趋势; 炸药的爆速、猛度也随之增大。炸药的爆速由3155m/s增至3915m/s,增幅为24.08%; 猛度由9.05mm增至12.17mm,增幅为34.48%,爆速的变化趋势与B-W法计算得出的理论值变化趋势一致; 随着敏化剂质量分数增加(0.3%、0.5%、0.7%),炸药试样显微观察下气泡数量增加,密度减小; 当机油柴油配比≤3:2.5时,炸药爆速和猛度呈先增大后减小趋势,机油柴油配比≥4:1.5时,炸药爆速和猛度呈减小趋势。

为解决常规云爆弹轴向能量浪费而导致毁伤面积减小的瓶颈问题,开展了云爆弹多相云雾近场生长过程数值模拟研究,多尺度揭示了轴向非等径程度对云雾近场生长特性的影响机理; 结合轴向非等径斜压效应和燃料环剪切破碎效应,构建了轴向非等径结构云爆弹多相云雾近场生长模型; 基于模型进行了云雾尺寸以及径向生长速度计算。结果表明,轴向非等径结构对燃料产生斜压效应,随着轴向非等径程度加强,多相云雾在近场阶段的径向生长速度呈递减趋势; 轴向生长速度呈现递增趋势; 云雾粒径分布场沿径向在近场阶段呈现由内向外递减的趋势; 随着装置轴向非等径程度增大,燃料速度轴向分量提升,径向分量降低,云雾外形由“灯笼形”向“伞形”变化; 轴向非等径结构可减小多相云雾中心云雾空洞尺寸,强化云雾内部分布连续性; 多相云雾近场生长模型对近场云雾尺寸的预测与实验数据对比误差小于6.5%,验证了模型的可靠性。

为考察HTPB推进剂的宽温域抗高过载性能,基于一维应力波传播和加载理论开发了用于推进剂高过载加载的试验系统,实现了单脉冲加载推进剂试样过载幅值和脉宽的理论设计,并结合波形整形技术实现了高过载应力波的精确控制; 开展了HTPB推进剂在不同温度(-50、-20、0、25和70℃)、不同过载幅值(12000、16000g)和不同加载脉宽(100、200、300μs)下的系列试验,结合μCT试验结果和有限元方法分析了HTPB推进剂在上述加载条件下的损伤响应特征。结果表明,相同高过载幅值和脉宽加载条件下,随着温度降低,应力水平提高; 相同高过载幅值和温度的条件下,随着脉宽增加,应力水平也提高; 推进剂在高低温下的应力分布呈现较为统一的规律,其最大应力均发生在载荷爬升段的终点时刻附近,且均在药条底端发生应力集中; 将随应变率和温度变化的抗压强度作为强度判据,通过应力场、应变率场和温度的耦合分析,该推进剂试样在16000g过载、5种不同温度和3种不同脉宽下均能保证其完整性; 同时,μCT试验结果表明,温度的升高会抑制损伤特征的形成,而加载脉宽的增加则会促进损伤特征的形成。

为了进一步降低HTPB推进剂的玻璃化温度(T_g),扩展其温度使用范围,分析比较了高顺式丁羟胶、阴离子聚合丁羟胶、I型丁羟胶的分子结构及其T_g; 制备了基于不同HTPB的推进剂,并研究了其固化反应动力学、力学性能、能量性能、燃烧性能及超低温点火可行性。结果表明,HTPB分子结构对其T_g产生较大影响,顺式-1,4结构占比74%～76%的端羟基聚丁二烯T_g为-101℃左右; 基于高顺式丁羟胶的推进剂与Ⅰ型丁羟推进剂相比,固化反应速率低,具有更低的玻璃化温度,通过使用油酸壬酯类增塑剂、优化增塑比,其T_g达到-96.2℃; 与含阴离子丁羟胶的推进剂和Ⅰ型丁羟推进剂比较,高顺式丁羟推进剂在抗拉强度相当的情况下,伸长率较低; 经BSFΦ118、BSFΦ165发动机验证,高顺式丁羟推进剂的燃速和能量性能与Ⅰ型丁羟推进剂在同一水平,通过了-70℃下BSFΦ118发动机试验,初步证明了高顺式丁羟推进剂超低温环境工作的可行性。