高压短脉冲作用下HNS-Ⅳ型炸药的全发火冲击起爆判据

为了确定Hexanitrostilbene-Ⅳ(HNS-Ⅳ)炸药在高压短脉冲作用下的全发火冲击起爆判据参数,采用Exploding Foil Initiation system(EFIs,爆炸箔起爆系统)驱动三种厚度的聚酰亚胺飞片(12.5,40μm和50μm)撞击HNS-Ⅳ炸药柱,用升降法进行发火试验,获得了三种厚度飞片对应的最小全发火充电电压,Photon Doppler Velocimetry(PDV)方法获得最小全发火充电电压下飞片的撞击速度分别为3400,3100 m·s^-1和2930 m·s^-1。基于冲击波理论和动力学仿真,分别获得三种厚度飞片在该撞击速度下撞击HNS-Ⅳ型炸药的界面压力p、界面粒子速度u和持续时间τ,通过数据拟合确定HNS-Ⅳ型炸药在高压短脉冲作用下的全发火冲击起爆判据参数。研究结果表明,对于装药密度为1.56 g·cm^-3的HNS-Ⅳ装药,在撞击界面压力为10~13 GPa和持续时间为4.0~8.7 ns的范围内,全发火pnt判据为:p2.88τ≥7.21。

HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型

进行直径10mm的圆筒实验,根据冲击Hugoniot关系,拟合了HNS-Ⅳ炸药的未反应时的JWL状态方程,并通过数值模拟确定了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物JWL状态方程参数;测量炸药/窗口界面粒子速度历程,结合数值模拟获得HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型反应速率方程参数。研究表明,HNS-Ⅳ炸药点火增长模型能够描述反应过程并与实验结果吻合较好。

HNS-Ⅳ的制备及粒径、形貌控制

采用溶剂-非溶剂重结晶方法制备了超细六硝基茋(HNS-Ⅳ),研究了溶解溶剂、非溶剂、洗涤溶剂及干燥方式对HNS-Ⅳ粒径及形貌的影响。采用扫描电镜和激光粒度对HNS-Ⅳ晶体的形貌、粒径进行了分析。结果表明,较适宜的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解溶剂,H2O非溶剂,CH3OH洗涤溶剂;较适宜的干燥方式为室温下真空干燥48 h。通过控制温度、溶剂用量、非溶剂用量、表面活性剂用量、干燥方式,可调节产品粒径,得到粒径为0.5～1.0μm,晶貌较好的HNS-Ⅳ粉末。

激光驱动复合飞片冲击起爆HNS-Ⅳ实验研究

激光驱动飞片冲击起爆技术具有很强的抗电磁干扰能力和可以直接起爆钝感炸药等优点,能够满足现代战场对火工系统的高安全性和高可靠性要求。HNS-Ⅳ是最适合激光驱动飞片冲击起爆技术的药剂。本文中在6种不同激光能量下,测试了Al/Al2O3/Al复合飞片和Al单层飞片对HNS-Ⅳ药剂（装药密度为1.5g/cm3）的冲击起爆情况。实验实现了激光驱动飞片对HNS-Ⅳ的成功起爆。在217~245mJ激光能量范围内,激光驱动Al/Al2O3/Al复合飞片均可成功完全起爆HNS-Ⅳ药柱。Al单层飞片均未成功起爆HNS-Ⅳ药柱。飞片冲击压力对激光驱动飞片冲击起爆HNS-Ⅳ起决定作用。

HNS-Ⅳ炸药驱动飞片速度及形态的数值模拟

为指导基于冲击片雷管驱动飞片的起爆传爆序列设计,采用数值模拟方法计算获得了六硝基茋(HNS-Ⅳ)炸药驱动不同材料(不锈钢、钛合金、铝),不同厚度(0.1～0.5 mm)和不同直径(3,4,5 mm)飞片速度与形态。计算结果表明:在同一厚度下,铝飞片的速度最高,钛合金飞片其次,不锈钢飞片最低,这与其密度关系相对应;对于同种材料,随着飞片厚度的增加,飞片速度逐渐减小,并趋于一个极值;不同直径飞片被爆轰剪切后,其有效直径均有所减小,其中,Φ4 mm和Φ5 mm飞片的有效直径相当,分别为3.6 mm和3.4 mm,Φ3 mm飞片最小,仅为2.8 mm。在爆轰波作用下,HNS-Ⅳ炸药驱动不同直径、0.10 mm厚度钛合金飞片,Φ4 mm和Φ5 mm飞片略呈球面状,而Φ3 mm飞片形态较为平整,分析认为冲击波反射驱动是其形态平整的主要原因。

HNS-Ⅳ炸药的短脉冲冲击起爆判据

飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药是直列式传爆序列的重要研究方向。考虑到能量加载方式(一般为电爆炸驱动、微装药驱动和激光驱动)和飞片材料对冲击起爆的影响,根据文献测量的飞片阈值速度拟合得到了HNS-Ⅳ炸药p^nτ和James判据的系数。同时,利用ANSYS/LS-DYNA程序模拟了铜叠氮化物爆炸驱动飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的过程,并根据数值模拟结果修正了HNS-Ⅳ炸药p^nτ和James判据的系数。结果表明,HNS-Ⅳ炸药的p^nτ(其中p为压力,τ为脉冲作用时间)判据应该调整为p^(2.08)τ>1.54GPa^(2.08)·μs(0.001μs<τ<0.14μs,3.8GPa<p<28.0GPa),James判据应调整为0.215/Σ+0.108/E<1(Σ为比动能,E为能通量)。调整后的起爆判据与数值模拟结果相一致,并具有更高的实用性。

HNS-Ⅳ炸药一维冲击起爆判据的研究

为了探究p-τ判据、James判据和Π-τ判据对六硝基茋(HNS-Ⅳ)炸药一维冲击起爆判据的适用性,以及利用飞片冲击起爆模型研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆的可行性,结合已报道实验数据对三种判据进行了拟合,得到了最佳判据方程。通过AUTODYN软件模拟了不同厚度聚酰亚胺飞片对HNS-Ⅳ速度阈值的影响,基于模拟结果进行判据曲线的拟合,探究了利用飞片冲击起爆模型研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆的可行性。模拟结果表明,速度阈值的模拟结果与实验结果存在偏差,这是由飞片驱动过程中形态和厚度变化所引起。拟合结果中p-τ判据、James判据和Π-τ判据的R2分别为0.9813,0.8715和0.9940,其中Π-τ判据拟合效果最佳,模拟结果与文献结果一致。根据Π-τ判据,文献数据和模拟数据得到的最佳判据方程分别为Π=0.156+0.013/τ和Π=0.175+0.012/τ,二者曲线基本重合,说明通过数值模拟研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆是可行的。

超细HNS-Ⅳ炸药的窄脉冲起爆判据研究

为获得超细HNS-Ⅳ炸药的窄脉冲起爆判据,分析了冲击片起爆判据的计算过程,通过拟合冲击片起爆超细HNS-Ⅳ炸药的试验数据,得到了装药密度为1.57g/cm^3的超细HNS-Ⅳ炸药的窄脉冲经验起爆判据,用其计算的冲击片起爆阈值电压与感度试验结果基本符合。

高氯酸[四氨·双(5-硝基四唑)]合钴(Ⅲ)的热分解性能

利用DSC法研究了高氯酸[四氨.双(5-硝基四唑)]合钴(Ⅲ)(BNCP)的热分解性能,并与苯并三氧化呋咱(BTF)和超细六硝基茋(HNS-Ⅳ)的热分解性能进行了比较,用Kissinger法和Ozawa法得到了BNCP、BTF、HNS-Ⅳ热分解反应动力学参数。在10℃/min的升温速率下,BNCP的分解峰温为289.6℃,比BTF高25.4℃,其分解热焓在3者中最大。VST、TG研究表明,BNCP在100℃以下具有良好的热安定性。Kissinger法得到的BNCP分解表观活化能为178.3kJ/mol,比BTF和HNS-Ⅳ分别低46.4kJ/mol和43.1kJ/mol;而用Ozawa法得到的BNCP分解表观活化能为187.5kJ/mol,比BTF和HNS-Ⅳ分别低约33.8、32.8kJ/mol。

超细HNS颗粒状态研究

研究了温度及高聚物对超细六硝基茋（HNS-Ⅳ）颗粒状态的影响。结果表明：经22～25 ℃干燥48 h的超细HNS颗粒分散性较好，而100 ℃干燥2 h即引起HNS-Ⅳ颗粒团聚；HNS-Ⅳ在真空25 ℃脱气8 h，所测孔体积与比表面积（BET）高于真空65 ℃脱气2 h的测试数据；HNS-Ⅳ比表面积并非完全取决于平均粒径，而在一定程度上随其孔体积呈线性变化；纯HNS-Ⅳ平均粒径0.789 μm，孔体积0.032 cm^3·g^-1，比表面积15.13 m^2·g^-1，添加3% P聚合物后，其平均粒径0.594 μm，孔体积 0.026 cm^3·g^-1，比表面积11.41 m^2·g^-1，加入4% P聚合物，其平均粒径0.890 μm，孔体积0.052 cm^3·g^-1，比表面积23.38 m^2·g^-1。