DNAN/DNTF混合体系的二元相图及其机械感度研究

为了获取2,4-二硝基苯甲醚/3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNAN/DNTF)二元混合体系的相图并考察其在机械刺激下的安全性,利用DSC研究了不同摩尔比DNAN/DNTF二元混合体系的液化及熔融过程,建立了液化温度T与组分含量x的T—x相图;并分别测定了混合体系的撞击感度、特性落高和摩擦感度,分析了混合体系组成对熔融特性及机械感度的影响。结果表明,DNAN/DNTF混合体系低共熔物组分配比摩尔比为63.3∶36.7,质量比为52.3∶47.4,低共熔温度为67℃。DNAN/DNTF混合体系的撞击感度随DNTF含量的增加而线性增长,由12%增至88%;特性落高值在DNTF过剩的低共熔混合体系中随DNTF含量的增加呈线性减小,DNTF的摩尔分数由37.6%增至100%时特性落高由86.2cm减小至20cm;摩擦感度受到了体系中过剩DNAN或DNTF的影响,可以通过三项式拟合摩擦感度与含量的关系,其关系式为yf=16-25.18xF+247.85xF2-156.99xF3;通过机械混合与熔融混合样品的机械感度对比发现,混合方式对机械感度的影响不大。

正交试验法研究DNAN基熔铸炸药的装药工艺

以典型的2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基热塑态熔铸炸药——MX-2为研究对象,采用正交试验法对影响MX-2炸药装药平均密度、密度差以及组分均匀性的主要工艺因素及其影响显著性进行了研究。结果表明,药浆温度、真空处理时间和真空度对装药质量有着重要影响,影响的显著性顺序为:真空处理时间>真空度>药浆温度。最佳装药工艺条件为:真空处理时间15 min,真空度-0.090 MPa,药浆温度95℃。

TNT、DNAN和DNTF单质凝固过程中温度和缩松的数值模拟及实验研究

为了解熔铸载体炸药凝固过程中温度及缩松规律,以TNT、DNAN和DNTF 3种单质炸药为研究对象,使用铸造软件ProCAST对3种载体在铜模具中自然凝固时轴向不同位置处温度变化及总体缩松情况进行了模拟计算,并针对模拟工况进行了试验验证;通过热电偶温度传感器测量并记录温度曲线;对凝固后的药柱进行机械剖分并观察缩松情况。结果表明,TNT、DNAN和DNTF的凝固点分别为81、90和109℃;TNT及DNAN凝固偏向于逐层凝固,而DNTF凝固则接近于体积凝固;3种单质炸药凝固过程中温度模拟结果准确度高,平均误差均小于10%;缩松预测计算结果同试验结果一致;模拟计算精度能够满足工艺实践的需求。

一种DNAN基熔铸炸药铸装工艺安全性分析

为确保DNAN基混合炸药在铸装工艺过程中的安全性,以RZD-1炸药为研究对象,通过工艺安全性分析,获得了安全性风险因素及分类。利用数值仿真和试验测试,对炸药本质安全特性、相容性、热刺激等安全性影响因素进行了研究与分析。结果表明,炸药本质上是安全的,工艺过程中含能固相组分热损伤导致炸药本身机械感度的升高有限(≤40%),符合安全使用要求。装药在熔混和冷却凝固工艺过程中内部温升最大不超过3.5℃,不存在热爆炸的可能。由此证明DNAN基熔铸炸药铸装工艺是安全的。

DNAN基熔铸混合炸药慢烤燃的尺寸效应

利用自行设计的烤燃试验装置,采用多点测温方式,以1.0℃/min的升温速率对3种不同装药尺寸的DANA基熔铸混合炸药进行慢烤,测量烤燃弹的温度变化,以此为基础,建立烤燃弹的计算模型,利用FLIENT软件对不同装药尺寸的烤燃弹进行了数值模拟,研究装药尺寸对DNAN熔铸混合炸药烤燃响应特性的影响。结果表明,约束条件和升温速率不变时,装药尺寸对DNAN基熔铸混合炸药的响应温度有明显影响,装药直径为19mm的烤燃弹在升温速率1.0℃/min下,当长径比小于4时,炸药的响应温度随长径比增大呈指数降低趋势,同时响应时间随装药尺寸增大也呈指数衰减;当长径比大于4时,炸药的响应温度趋于恒定,响应时间也基本不变。在升温速率不变时,DNAN熔铸炸药的相变温度与尺寸无关,在1.0℃/min升温速率下的炸药点火位置均在药柱中心,点火区域与装药尺寸呈几何相似。

利用LS-OPT软件自动标定DNAN/RDX熔注炸药JWL状态方程参数

爆轰产物状态方程是预估炸药做功能力的重要手段.为拟合JWL状态方程参数,使用铜和钨两种阻抗相差较大的金属飞片进行炸药驱动飞片实验,得到两组飞片自由面中心点速度-时间曲线.使用试错法及LS-OPT软件自动标定两种方法标定了钨飞片工况下的DNAN基熔注炸药(DNAN/RDX 40/60)JWL状态方程参数,试错法得到结果的计算曲线与实验曲线对比误差为16.86%,自动标定的误差为3.04%.再使用自动标定得到的参数对炸药驱动铜飞片的过程进行数值模拟,与铜飞片的实验曲线进行对比,误差为4.60%.研究表明,LS-OPT软件自动标定的方法可用于标定DNAN基熔注炸药JWL状态方程参数,与传统拟合方法相比,可避免进行大量的人工计算,得到的结果更为准确.

固相颗粒和聚合物对DNAN微观凝固及力学性能的影响

为了研究常用组分黑索今、铝粉、高氯酸铵、聚3,3-二(硝酸酯基甲基)氧丁环(PBNMO)对2,4-二硝基苯甲醚微观凝固过程和宏观性能影响规律,从微观结构角度设计、改进2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药配方组成以解决宏观性能的不足,在光学显微镜下观测了含不同添加物的薄层DNAN样品动态结晶过程及起始凝固温度的变化;根据结晶距离及时间计算了不同样品的晶体生长线速度;通过对Φ20 mm药柱的外观形貌及药柱相对密度研究了添加物对样品成型性的影响规律;测试了Φ20 mm×20 mm药柱的抗拉、抗压性能,研究了不同添加物对样品力学性能影响。结果表明,黑索今、铝粉、高氯酸铵、PBNMO可改善DNAN凝固过程中晶体形态、DNAN起始凝固温度影响因添加物的不同而不同、降低DNAN凝固线速率、提高药柱相对密度;聚合物的加入使得样品抗拉强度、抗压强度显著提高,力学各向异性得到改善;多种添加物共同作用使得DNAN的成型性得到改善,抗拉强度达到6 MPa以上。表明,在黑索今、铝粉、高氯酸铵、PBNMO的协同作用下,可获得微观结晶细密、缺陷少、力学性能较佳的DNAN基混合炸药样品。

DNP基熔铸炸药烤燃试验与数值模拟研究

3,4-二硝基吡唑(DNP)基熔铸炸药由于兼具高能量和高安全性,在含能材料领域具有广阔的应用前景,研究该炸药热安全性对其工程化应用提供理论和试验支撑至关重要.为了探究DNP基熔铸炸药热响应特性,开展烤燃弹尺寸为?60 mm×240 mm的DNP基熔铸炸药在60°C/h加热速率下的烤燃试验,并监测其内部温度变化;同时,利用Fluent软件建立了烤燃试验数值模拟模型,在验证烤燃模拟方法的基础上,分析了烤燃过程中温度场等随时间的演化规律,进一步研究了升温速率以及烤燃弹放置方式等因素对烤燃模拟结果的影响.研究结果表明:烤燃试验响应程度均为爆燃反应;试验响应参数与模拟计算结果相差5%以内,初步验证了数值模型的可靠性;升温速率会明显影响烤燃弹的响应时间、响应温度和响应区域;烤燃弹放置方式主要影响其响应区域的分布.

球形NQ对DNAN基熔铸炸药流变性能的影响

为研究硝基胍(NQ)球形化对2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/NQ体系流变性能的影响,采用旋转黏度仪研究了固体质量分数、剪切速率、颗粒形状及级配、工艺温度等因素引起的DNAN/NQ悬浮体系表观黏度的变化规律。结果表明:随着悬浮液固体质量分数的增加,表观黏度呈先缓慢增加至拐点再急剧增加的趋势,球形NQ与级配球形NQ在DNAN中的临界固体质量分数分别为55%和70%;固体质量分数越高,DNAN/NQ悬浮体系表观黏度受剪切速率的影响愈发明显,假塑性程度越高;相同条件下,颗粒越不规则,悬浮液体系越偏离牛顿流体,颗粒级配可有效降低悬浮液体系的假塑性程度;Arrhenius方程可精确描述DNAN/球形NQ悬浮液在96~115℃时表观黏度与温度的关系,悬浮液固体质量分数由0增加至41.18%时,流动活化能由36.69 kJ/mol增加到47.59 kJ/mol,悬浮液体系表观黏度相对温度变化越敏感。

含NH_(n)(n=0~4)的化合物对DNAN 凝固过程及凝固温度的影响机理

为了研究高氯酸铵(AP)、硝酸胍(GN)、硝基胍(NQ)、N‑甲基‑4‑硝基苯胺(MNA)、奥克托今(HMX)等含NH_(n)(n=0~4)的化合物影响2,4‑二硝基苯甲醚(DNAN)凝固过程及凝固温度的机制,采用差示扫描量热(DSC)法和光学显微镜法研究了AP含量及不同添加物对DNAN凝固温度的影响;采用显微镜观测了含添加物DNAN试样在薄层中的凝固过程,计算了凝固线速度,获得了试样动态结晶过程特征;采用扫描电镜测试了Φ20 mm药柱断面微观形貌,研究添加物对样品成型性的影响规律;根据结晶热力学理论研究了DNAN凝固焓与凝固温度的关系;分析了含NH_(n)(n=0~4)的化合物对DNAN凝固温度的影响机理并开展了试验验证。结果表明,AP可显著提高DNAN凝固温度,但AP含量及GN、NQ、MNA、HMX等化合物的加入对凝固温度无显著影响;由于凝固温度提高,含AP试样在薄层中凝固线速率最低、结晶为粗大树枝晶。而在体生长时,受结晶潜热影响的纯DNAN微观形貌为柱块状,而含添加物的DNAN试样则显示出结晶细小的特征。分析了DNAN的凝固热力学特征,凝固温度与凝固焓体现出正相关性,且受异质添加物颗粒对非均匀形核的影响。而DNAN凝固温度影响机理及试验验证表明,含NH_(4)^(+)离子的化合物可显著提高DNAN凝固温度。

2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸炸药研究进展

随着弹药安全性要求的不断提升,传统2,4,6-三硝基甲苯(TNT)基熔铸炸药在制造、运输和使用过程中暴露出的问题使其安全性不能达到钝感弹药的技术要求,2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药是近年来逐渐发展起来的一类可以替代TNT基炸药的钝感炸药。本文在系统跟踪近十年来国内外研究动态的基础上,综述了DNAN的合成及性能,DNAN基熔铸炸药爆炸特性、安全性、安定性、贮存特性、易损性、力学特性及流变特性等最新的研究与进展。展望了DNAN基熔铸炸药研究的热点和难点。

DNP与DNAN基熔铸炸药的性能对比

为了对比载体炸药3,4-二硝基吡唑(DNP)和2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)以及以其为基的熔铸炸药的性能,制备了不同载体的DNP基熔铸炸药和DNAN基熔铸炸药,系统研究了两种炸药的凝固特性、流变特性、安全性、能量以及力学性能。结果表明,载体炸药DNP和DNAN药柱内部形成的缩松缺陷均似漏斗状,DNP凝固过程中释放的结晶潜热小于DNAN;DNP基熔铸炸药的表观黏度大于DNAN基熔铸炸药的表观黏度;DNP基熔铸炸药的摩擦感度和撞击感度与DNAN基熔铸炸药相当,在强约束条件下两种混合炸药的慢速烤燃试验均发生爆炸反应;DNP基熔铸炸药和DNAN基熔铸炸药的爆速分别为8301m/s和7856m/s,爆压分别为29.6GPa和25.1GPa,格尼系数理论计算值分别为2.84和2.76mm/μs;DNP基熔铸炸药的抗压强度与DNAN基熔铸炸药相当,但前者的抗拉强度优于后者。得出在安全性基本相当的情况下,DNP基熔铸炸药的能量和力学性能优于DNAN基熔铸炸药。

几何尺寸对DNAN基熔铸炸药慢烤响应特性的影响

为研究几何尺寸对DNAN基熔铸炸药热反应规律的影响,自行设计了慢烤试验装置,采用多点测温慢烤试验方法,分别在1°C/min和3.3°C/h两种升温速率下进行了4种尺寸(Φ19mm×19mm、Φ19mm×38mm、Φ19mm×76mm、Φ30mm×30mm)弹药的慢烤试验,建立了炸药慢烤试验计算模型,采用Fluent软件计算了升温速率3.3℃/h下一维、二维方式几何尺寸增加时烤燃弹的响应情况。结果表明,几何尺寸和升温速率共同影响烤燃弹的响应特性;对相同烤燃弹,在升温速率3.3℃/h下加热响应等级比升温速率1℃/min下的更剧烈;在升温速率3.3℃/h下,烤燃弹点火位置均位于几何中心,并且随着几何尺寸的增加,点火时刻烤燃弹的外壁温度逐渐降低,烤燃弹存在发生点火反应的最低环境温度为174.74℃,且当药柱长径比为4时,点火时刻外壁温度随着药柱直径的增加呈指数衰减趋势。

药量和升温速率对DNAN基熔铸炸药烤燃特性的影响

为了研究不同药量和升温速率条件下DNAN基熔铸炸药的慢速烤燃特性,自行设计了烤燃实验装置,采用多点测温烤燃实验方法,分别在1和0.055℃/min两种升温速率下进行了不同状态装药量的烤燃实验,分析了熔铸混合炸药的热反应特征。结果表明,装药量和升温速率共同影响烤燃弹的响应特性。相同烤燃弹在0.055℃/min升温速率下比在1℃/min升温速率下加热响应会更剧烈;烤燃弹的放置姿态及端盖厚度会影响烤燃弹的响应剧烈程度。

DNAN及TNT基熔铸炸药综合性能比较

为了对比载体炸药2,4,6?三硝基甲苯(TNT)和2,4?二硝基苯甲醚(DNAN)、以及以它们为基的熔铸炸药的综合性能,系统研究了DNAN和TNT、以及DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的流变、能量、安全、以及力学等性能。结果表明:载体炸药DNAN(6.87 mPa·s)的粘度低于TNT(9.05 mPa·s),DNAN/HMX熔铸体系的极限固含量(约80%)高于TNT/HMX熔铸体系(约75%);DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的爆速分别为8336 m·s-1和8452 m·s-1,爆压分别为31.03 GPa和31.44 GPa;在1 K·min-1的慢速烤燃条件下,DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的响应等级分别为燃烧反应和爆炸反应;在4.51GPa的冲击波入射压力条件下,TNT/HMX(25/75)在8~12 mm内达到完全爆轰,而DNAN/HMX(20/80)在12 mm内未能达到完全爆轰;DNAN/HMX(20/80)的抗拉和抗压强度均大于TNT/HMX(25/75)。因此可以得出结论,在能量性能基本持平的情况下,DNAN/HMX(20/80)熔铸炸药的安全及力学性能优于TNT/HMX(25/75)熔铸炸药。

DNAN基熔铸炸药JWL状态方程参数的预估方法

针对战斗部毁伤威力要求,需通过状态方程预估炸药的做功能力以开展DNAN基熔铸炸药配方设计.采用一种基于BKW程序的方法预估炸药JWL状态方程参数.计算了典型炸药JWL状态方程参数,对比爆轰产物膨胀过程的计算p-V曲线和圆筒试验p-V曲线,两者在高压区和低压区基本重合,中压区的计算值稍大,但最大误差不超过10%;利用DNAN基熔铸炸药的JWL状态方程参数对炸药驱动铜板的过程进行数值模拟,对比铜板自由表面中心点速度的计算曲线和实验曲线,最大误差不超过7%.研究结果表明,在炸药配方设计阶段,可利用该方法快速预估DNAN基熔铸炸药JWL状态方程参数和做功能力.

损伤对DNAN基熔铸炸药点火后反应增长的影响

为了研究损伤对2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药点火后反应增长的影响,获取反应增长过程特性参数,对预置了不同损伤的5组样品开展了点火后反应增长的试验研究。采用单色光屏蔽技术屏蔽炸药反应过程中产生的强光干扰;采用高速相机加装单色光透镜观察记录整个反应增长过程,获得炸药反应增长过程的图像演化;采用压力测试系统测量反应容器内压力变化过程,获得反应增长过程压力变化。结果表明,DNAN基熔铸炸药点火后反应增长过程主要包括点火、缓慢反应和快速反应等阶段;试验中样品点火延滞时间随着损伤的增加而减少,受挤压形成1.26%损伤的样品除外;5组样品点火延滞时间均值为1.140ms;缓慢反应持续时间随着损伤程度的增加不断减少直至为0,损伤的出现加速了反应增长的进程;在快速反应阶段,反应持续时间和容器内最大压力均随着损伤程度的增加而减小;最大压力变化率随着损伤程度的增加先变大后减小,但均大于没有损伤的样品;在受高温刺激具有0.44%损伤程度的样品中,最大压力变化率为13.67MPa/ms。

DNAN基熔铸炸药的慢烤相变及传热特性

为了解DNAN基熔铸炸药慢烤相变及传热特性,进而对其安全使用提供技术支持,对药柱尺寸为Φ30mm×60mm的DNAN基熔铸炸药进行了慢烤实验,分析了DNAN基熔铸炸药的热响应特性;用数值模拟方法对Φ30mm×60mm的DNAN基熔铸炸药进行二分之一和全模型相变及传热对比分析。实验结果表明,DNAN基熔铸炸药相变开始温度Ts及相变结束温度Te分别约为81.8℃和95.3℃;响应等级为燃烧反应;通过数值模拟得到弹体竖直放置时点火位置在药柱顶部靠近边缘处,点火温度Tr约为203.8℃;相变过程中主要传热方式由热传导转变为对流传热导致相变区域的不对称分布,因此在DNAN基熔铸炸药慢烤数值模拟中应采用全模型;相变过程中DNAN基熔铸炸药的密度和导热系数减小,因此DNAN基熔铸炸药相变速率经历了快速、速率为零、中速和低速4个阶段。

DNAN熔铸混合炸药的慢烤试验与模拟

以DNAN基RDX熔铸混合炸药为研究对象,采用多点测温的试验方法,进行了0.055℃/min升温速率下的慢烤试验,建立了三维慢速烤燃试验模型;结果表明:DNAN熔铸混合炸药的热点火反应主要是由RDX分解放热反应引起的;当烤燃弹水平横放时,点火位置位于烤燃弹上方。

大当量DNAN基熔铸炸药装药质量控制方法

为控制在装药工艺中大当量熔铸炸药装药的质量,提出一种铸炸药装药质量控制方法。分析了装药缺陷产生的原因,根据产品的结构特点,设计了装药工艺,通过工艺过程控制措施消除装药疵病,利用ANSYS软件对注装法进行了仿真计算,得出一套最佳工艺参数,并通过典型产品应用进行验证。应用结果表明:该方法消除了缺陷,产品总质量符合指标要求,装药质量得到显著提高。