用原子力显微镜观察HMX基炸药老化前后的表面形貌变化

用原子力显微镜（AFM）观察了不同老化条件下HMX基炸药的表面形貌变化。结果显示，老化后表面形貌有细微的变化，与高分子材料接触老化的样品特别明显，可见炸药颗粒长大、粘结剂-炸药界面模糊或消失等现象。对比自然老化、等温老化等样品的表面形貌，讨论了形貌变化的原因，推测了库存老化过程中可能发生的变化。

装药直径对HMX基炸药慢速烤燃性能的影响

为了研究装药直径对HMX基炸药慢速烤燃性能的影响,以某种典型的HMX基炸药为研究对象,开展了不同装药直径对慢速烤燃性能的影响研究。研究结果表明:装药直径对HMX基炸药响应等级没有明显影响;反应时间和环境温度均随装药直径增大而增大,中心温度随装药直径增大而减小;环境温度、中心温度随装药直径呈规律性变化。

高温老化对HMX基炸药爆速的影响

为掌握高温老化对HMX基炸药爆速影响的规律,选择粘合剂不同的两种HMX基炸药进行高温老化试验。通过测量药柱尺寸,计算炸药的密度,采用电雷管起爆测试方法获得了试样的爆速。结果表明:高温老化时间对炸药的密度影响不同,老化8天是两种炸药密度变化的分界点,超过8天,试样的密度发生较大变化;两种炸药的爆速随老化时间下降显著,但H-2炸药的爆速始终高于H-1炸药。

HMX基含铝压装炸药慢速烤燃点火时刻的压力参量计算

为了研究HMX基含铝压装炸药在慢烤过程中点火时刻的压力参量,设计了0.1和1.0℃/min升温速率下的慢烤试验,并对炸药内部进行了多点测温。在此基础上,基于炸药的通用烤燃模型,将HMX的多步分解机制与铝粉反应相结合,并考虑其分解中的相变过程,建立了HMX基含铝压装炸药慢烤反应速率与压力相关的计算模型并进行了数值模拟。试验结果表明,在0.1℃/min的升温速率下,端盖喷出,壳体沿轴向撕开裂缝,无药粉残留,判定炸药发生爆燃反应;在1.0℃/min的升温速率下,壳体发生轻微变形,有部分药粉残留,判定炸药发生燃烧反应。数值研究结果表明,随着热刺激强度的提高,炸药的点火温度呈对数上升趋势,而烤燃弹的反应进度和内部压力呈现指数下降趋势,且烤燃弹内部的反应压力在HMX相变前呈缓慢上升趋势,相变后呈快速上升趋势。

不同尺寸HMX基压装装药的烤燃特性

为了研究装药尺寸对压装装药烤燃特性的影响,针对HMX基压装装药,建立了压装装药烤燃过程的计算模型,利用Fluent软件对不同装药尺寸的烤燃样弹进行了数值模拟,计算了不同升温速率下装药尺寸对压装装药点火位置、响应温度和响应时间的影响规律。结果表明:在同一升温速率下,HMX基压装炸药装药长径比为1.0时,装药中心响应温度均为最高;装药长径比大于1.0时,装药中心点火温度均随长径比的增加而降低;当长径比增大到一定程度时,装药中心的响应温度趋于恒值。装药的点火位置由升温速率和装药尺寸共同决定,且装药端面与曲面的传热量之比与长径比的平方成反比。当升温缓慢或长径比较小时,装药的点火位置位于装药中心;当升温速率较高且长径比较大时,装药的点火位置逐渐远离装药中心。

约束方式和强度对HMX基压装含铝炸药慢烤响应特性的影响

为了获取不同约束方式和强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃响应特性,以典型超音速钻地/侵爆战斗部为背景,设计了装药长径比为5∶1的缩比烤燃弹;开展了无约束和不同约束强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃实验;获取了无约束条件下HMX基压装含铝炸药的反应过程,以及不同壳体壁厚(4、10、16和20mm)与端盖螺纹长度(10、12和14mm)时装药反应烈度的变化规律。结果表明,慢速烤燃条件下该HMX基压装含铝炸药反应包括生成气体、端面燃烧、火焰熄灭3个阶段;烤燃弹约束强度影响装药烤燃时间和点火温度,进而影响烤燃弹内部反应压力增长,最终导致不同的反应等级;当螺纹长度(L)为14mm时,壳体厚度(δ)由4mm增加至20mm,反应等级由爆燃发展为爆炸而后降低为燃烧;当壳体壁厚(δ)为10mm时,螺纹连接长度(L)由10mm增加至14mm,烤燃弹反应等级由燃烧转变为爆炸;当壳体壁厚(δ)与等效壳体壁厚(δe)相当时,烤燃弹约束强度较为均匀,有利于反应压力的不断增长,最终导致烤燃弹发生更为剧烈的爆炸反应。

典型CL⁃20和HMX基压装炸药爆炸驱动特性对比

为了考察六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基炸药较典型奥克托今(HMX)基炸药的爆炸驱动性能提升幅度,选取典型CL-20基压装混合炸药和HMX基压装混合炸药(JO-8)开展了爆速、爆压、标准圆筒对比实验测试,并设计了预制破片驱动装置和聚能装药结构,分别开展炸药径向、轴向驱动静爆/静破甲威力实验,实测了爆炸驱动破片的速度以及射流对钢靶静破甲深度。结果表明,CL-20基炸药(密度为1.95 g·cm^(-3))的爆速、爆压和格尼系数较JO-8炸药(密度为1.83 g·cm^(-3))分别提高4.8%、16.7%和3.5%。在相同结构下,CL-20基炸药驱动预制破片速度、动能较JO-8炸药分别提高5.1%~7.3%、10.5%~15.1%;在5.5倍装药直径(CD)炸高条件下,装填CL-20基炸药的聚能装药较装填JO-8炸药的静破甲能力提高3.2%~12.6%。

升温速率对HMX基大长径比压装装药烤燃特性的影响研究

为了研究升温速率对大长径比压装装药烤燃响应特性的影响,针对长径比为5∶1的HMX基压装炸药装药开展了不同升温速率(0.055~5.000℃·min^(-1))的烤燃试验,获取了炸药装药点火时间、点火时刻不同位置的温度。建立了炸药烤燃过程的计算模型,计算了不同升温速率下炸药装药的点火位置、温度分布和点火时间。结果表明:随着升温速率的增加,点火时刻装药中心区域温度逐渐降低,边缘区域温度逐渐上升;点火区域由位于装药中心的椭圆形逐渐变为哑铃形,最后成环状分布于装药边缘区域;点火位置和装药内部温度分布是影响装药反应烈度的重要因素。

HMX基和TATB基PBX炸药爆轰成长差别的实验研究

为了深入研究HMX基和TATB基PBX炸药爆轰成长过程的差别,采用炸药平面透镜爆轰加载及空气与隔板综合衰减技术,建立基于锰铜压阻传感器的一维拉格朗日实验分析系统,通过实验确定了PBXC03炸药和PBXC10炸药的临界起爆爆轰加载装置,得到了PBXC03和PBXC10炸药在各自临界起爆压力加载条件下冲击起爆过程不同拉格朗日位置的压力变化历史。发现PBXC03和PBXC10炸药的爆轰成长过程存在明显区别:PBXC03炸药前导冲击波过后有明显的压力增长过程,而PBXC10炸药前导冲击波过后未能看到明显的压力增长过程,这一现象表明HMX基和TATB基PBX炸药冲击起爆及其爆轰成长的物理机制是不同的。

一种以TATB/HMX为基的高聚物粘结炸药的短脉冲冲击起爆特性

利用金属箔电爆炸驱动聚酯薄膜飞片产生短脉冲冲击波的加载技术(电炮),依据DRM(Delayed Robbins-Monro)试验程序,研究了以TATB/HMX为基的高聚物粘结炸药的短脉冲冲击起爆特性,获得了其50%起爆概率条件下的冲击起爆阈值和100%起爆的最小起爆阈值。利用光纤探针/光电转换器/示波器接收技术,研究了冲击起爆压力幅值和脉宽对该炸药到爆轰距离的影响,得到了相应的Pop关系。

不同约束条件下HMX基含铝炸药的慢烤响应特性

为了探索HMX基含铝炸药在不同约束下的慢烤响应特性,从而为战斗部缓释结构的设计提供依据,通过慢速烤燃试验分析了典型HMX基压装含铝炸药点火过程的特征,并采用调节烤燃弹壳体强度及泄压通道面积的方式研究了Φ25mm×50mm装药响应等级的差异。结果表明,慢烤条件下,该含铝炸药的点火过程包含3个阶段,即局部区域生成少量气体、无焰燃烧面扩展、明火燃烧,且持续时间较短;若烤燃弹未预设排泄通道,弹体内压力大于其临界压力值(96.5~193MPa)时,则该炸药反应速率便迅速增长;若烤燃弹结构约束较强,则排泄通道面积与装药截面面积的比值需大于30%,才能使炸药仅发生燃烧反应,且壳体结构完好;但即便排泄通道的面积较大,该炸药点火后泄压过程仍能对强度较低的壳体具有明显破坏作用。

HMX基含硼铝炸药的释能特性和作功能力

如何有效地运用活性金属来提高炸药的爆炸威力和作功能力是设计金属化炸药的关键问题。为探索B/Al复合粉在增爆炸药和温压炸药中的应用,设计并制备了3种HMX基含硼铝炸药。对Φ100 mm×105 mm样品,用空中爆炸试验和水下爆炸试验研究其能量释放特性;用Φ50 mm圆筒试验评价其作功能力,讨论了微米金属粉含量对含硼铝炸药的释能过程和作功能力的影响。结果表明,空爆和水下爆炸中,在HMX的爆轰作用下,铝粉燃烧能够促进硼粉的后燃效应,释放出大量的燃烧热,形成高温高压的膨胀产物,增加空中爆炸火球的持续时间和水下爆炸的总能量。圆筒试验中,在爆轰产物驱动铜管膨胀破裂之前,没有足够的氧和硼反应,未能体现含硼铝炸药中B的燃烧能量优势。当铜管壁膨胀破裂后,空气中的氧可进一步与B/Al复合粉反应释放大量的燃烧热,增强后效作功能力。

一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离(英文)

利用光纤探针/光电转换器/示波器技术和楔形炸药块方法,采取电炮驱动薄飞片冲击加载产生高压短脉冲激励的装置,测量了一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离,研究了到爆轰距离与初始冲击波压力幅值和脉宽的关系,给出了该炸药的POP曲线和表达式。实验结果有助于了解压力脉宽对钝感炸药的冲击起爆和爆轰成长的影响。对于短脉冲冲击加载,入射压力脉宽对炸药的到爆轰距离影响明显,相同实验条件下,压力脉宽越长,炸药的到爆轰距离越短;相同压力脉宽下,加载压力越高,炸药的到爆轰距离越短。

HMX基含铝炸药铝粉反应率的估算

利用爆热弹测试了以HMX为基不同配比含铝炸药的爆热值。根据炸药爆热的测定值,分别通过最小吉布斯自由能法和平衡常数法确定了不同配比炸药的爆炸产物组成,进而计算得到两种方法下不同组成的含铝炸药中铝粉的反应率。结果表明,随着铝粉质量分数增加,铝粉的反应率呈线性增大,铝粉质量分数在30%时达到最大,之后随铝粉质量分数的增加,铝粉的反应率呈下降趋势。

慢烤过程中热应力对HMX基含铝炸药装药响应特性的影响

为获得炸药装药在慢烤过程中热应力的变化规律,设计了一套热应力测试装置,获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药在密闭约束条件下热应力随温度的变化曲线;通过调整烤燃弹内惰性包覆层与装药的体积比,改变慢烤过程中装药热应力的上升速率,研究了烤燃弹临界响应温度及其三种工况下的响应剧烈程度。结果表明,壳体的约束作用使得装药的热应力随着温度的上升而逐渐增大,根据热应力变化速率的差异,可将整个过程分为6个阶段,其影响因素依次为热膨胀、孔隙率下降、HMX晶型转变、HMX缓慢分解、部分小分子气体泄漏、HMX加速分解,当温度升至208℃时,热应力达到9.2 MPa,装药随即点火;在烤燃弹的装药表面增加热膨胀性较强的硅橡胶包覆层,则会加快装药热应力的增长速率,使得装药的临界点火温度下降,但不会改变装药响应的剧烈程度。

HMX基含铝炸药装药慢烤缓释结构设计及验证

为了探索可满足战斗部装药慢烤泄压缓释要求的密封结构设计方法,设计了可调整连接强度及预制泄压孔面积的小型烤燃弹,通过实验获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药不发生比燃烧更剧烈反应的条件,包括烤燃弹壳体强度阈值、泄压通道面积阈值等参数。据此提出了既能满足端盖具有较高连接强度又能可靠泄压的两级密封缓释结构设计方法,并在具有公斤级装药的烤燃弹中进行了试验验证。结果表明,烤燃弹采用两级密封设计时,若泄压通道与装药截面的面积比不小于30%,且慢烤过程中,气体产物的压力未达到96.5MPa时便可打通泄压通道,避免了装药反应的进一步增长,使其仅发生燃烧,并保持壳体结构的完整性。

冲击载荷作用下两种HMX基抗高过载炸药损伤特性

为研究炸药在高过载条件下的损伤特性及损伤破坏机理,选取两种不同成型工艺下(浇注,压装)的奥克托今(HMX)基抗高过载炸药作为研究对象,用冲击波感度试验对炸药进行冲击损伤,通过CT检测表征试验前后炸药的损伤程度,同时测试了冲击损伤后炸药的冲击波感度。CT检测结果表明,冲击损伤后压装成型炸药各观测界面均未出现宏观损伤,而浇注成型炸药在距见证板一端7~8mm位置,出现了长度7~8mm、直径1~2mm的孔洞,浇注炸药在距离下端面40mm以上,损伤后的CT值降低1%~5%,压装炸药在距离下端面50mm以上,损伤后的CT值升高1%~8%。冲击损伤后两种炸药的冲击波感度均降低,其中浇成型注炸药由未损伤时的临界隔板厚度25~27mm下降到13~15mm;压装成型炸药由未损伤时的临界隔板厚度38~40mm下降到30~32mm。

HMX基混合炸药药柱膨胀规律的探究

为了探究HMX基混合炸药药柱的膨胀规律,对两种代表性的炸药药柱进行了压制压力、热循环和老化等试验,并对其影响机理进行了分析。结果表明:增加压制的压力,药柱密度会不可逆地增加,放置24h后药柱体积膨胀会逐渐减小;药柱增大主要出现在最初的几个热循环中,且随着循环次数的增加基本停止;在老化试验中药柱体积增加幅度最大也出现在最初的时间内,随着时间的增加,增加幅度逐渐减小,而药柱质量随老化时间的延长逐渐减小。

不同加载压力下HMX基含铝炸药的冲击起爆特性

为了研究HMX基含铝炸药的冲击起爆特性,对其进行了两种加载压力下的冲击起爆试验。结果表明,加载压力为14.68 GPa时,其到爆轰距离为12.04~15.38 mm;加载压力为15.55 GPa时,到爆轰距离为10.23~12.01 mm;稳定爆轰后的爆轰压力约为25 GPa。基于圆筒试验确定了HMX基含铝炸药的JWL状态方程参数,结合两种加载压力下的冲击起爆试验结果进行数值模拟,标定并验证了点火增长模型反应速率方程参数。计算结果与试验结果一致。得到14.68 GPa加载压力下HMX基含铝炸药到爆轰时间为2.5μs,到爆轰距离为13.70 mm;15.55 GPa加载压力下的到爆轰时间为1.9μs,到爆轰距离为10.60 mm。计算结果表明,加载压力增大,前导冲击波速度增长变快,波阵面压力增长变快,炸药到爆轰时间与到爆轰距离减小,爆轰成长阶段同一时刻下的波阵面压力增长速率也随之增大。

HMX基混合炸药的声学特性研究

应用数字超声检测仪研究了质量分数分别为87％和95％的两种HMX基混合炸药的声学特性,确定出超声检测频率与炸药的超声特性参数、炸药密度与超声声速及其增益值以及炸药厚度与超声增益的实验关系,讨论了炸药内部质量特别是裂纹和疏松对炸药声学特性的影响。研究HMX基混合炸药的声学特性将为其内部质量的超声评估提供直接的依据。