固黑铝炸药的流变性能及本构方程研究

为了获得固黑铝炸药流变性能变化规律和本构方程,采用旋转流变仪对RDX/Al/HTPB/DOA药浆在不同固含量、不同温度下的动态流变性能和稳态流变性能进行了系统测试,考察了固含量和温度对固黑铝炸药流变性能影响,并对典型配方的本构方程进行计算。结果表明:在小剪切应力作用下储能模量、损耗模量和复数粘度均随固含量的增加而变大。当固含量为84%且在低角频率下,模量之间差值达27.046 Pa,此时药浆的流动性能最佳。在大剪切应力作用下的表观粘度在不同固含量下都呈现剪切变稀的状态,随着固含量提高至88%后,表观粘度在0.1~10 s^(-1)的剪切速率下明显增大。随着温度升高,药浆的稠度系数和非牛顿指数分别呈下降和上升趋势,流变综合性能提高。此外,在20~60℃,84%固含量固黑铝炸药本构方程为:η=0.00747 exp(2839.09695/T)γ^(-0.33957)。

表面活性剂对固黑铝炸药流变性能的影响

为了提升固黑铝(GHL)炸药在浇注工艺下的流变性能,将司班80、吐温80、LY-1和氟碳FS-3100等4种表面活性剂加入固黑铝炸药配方中,采用稳态流变测试方法对含不同表面活性剂药浆的流变性能进行了测试,并对非牛顿指数、屈服值、综合流变学因子和黏流活化能进行计算和分析。结果表明,司班80的加入对于固黑铝炸药降黏的效果最显著,但是在60℃、高剪切率时,FS-3100降黏效果更好;加入FS-3100的药浆随着温度的升高,黏度随剪切速率的变化幅度增大;司班80与LY-1都可以增大药浆的非牛顿指数;在剪切速率为1s^(-1)时,黏流活化能大小排序为:LY-1>司班80>吐温80>FS-3100;综合流变学因子大小排序为:FS-3100>司班80>吐温80>LY-1。综合对比,司班80可以最大程度地提升固黑铝炸药的综合流变性能。

不同升温速率下炸药烤燃模拟计算分析

为了研究不同升温速率条件下炸药热反应规律,建立了炸药烤燃模型,利用计算流体力学软件,对固黑铝炸药(GHL)在不同升温速率下的烤燃过程进行了数值模拟计算。采用Arrhenius定律描述炸药自热反应,根据在1K·min-1升温速率下固黑铝炸药烤燃实验测量的温度-时间曲线,确定了固黑铝炸药的活化能和指前因子分别为180.2kJ·mol-1和2.1674s-1;分别对3.3K·h-1,1K·min-1,3K·min-1和10K·min-1四种不同升温速率下固黑铝炸药烤燃过程进行了数值模拟计算分析。结果表明,升温速率对炸药点火时间和点火位置有很大影响。升温速率增大,炸药点火时间缩短,点火位置从炸药内部移向炸药边缘。升温速率对炸药点火温度影响很小,但慢速烤燃下炸药点火时的环境温度比快速烤燃低。

不同热通量下炸药烤燃的数值模拟

以固黑铝炸药为研究对象,针对炸药火烧的烤燃试验或可能受到意外热辐射的热安定性问题,建立了炸药热辐射的数值计算模型。采用计算流体力学软件ANSYS FLUENT,对几种不同的热通量104,105,106W·m-2下固黑铝炸药的热点火规律进行了计算,得到了固黑铝炸药的点火时间、点火温度及点火位置。计算结果表明,随着热通量的增大,炸药的点火时间逐渐缩短,点火时壳体的温度逐渐升高,热通量对炸药的点火温度影响不大,点火位置就在炸药柱的顶面中心。