针对简化的熔混过程的熔态炸药黏性温升问题,在定常、层流假设下,基于柱坐标系下的Navier-Stokes方程,结合Ostwald-De Wale幂律流非牛顿本构模型,推导了熔铸炸药在搅拌条件下的速度场及剪切应力场解析表达式; 结合一维导热方程与黏性耗散通式,构建忽略自身化学能条件下的黏性温度场解析模型。借助FLUENT软件建立简化后的熔混数值模型,对速度及温度解析解与数值解进行了比对验证。结果表明,速度场和温度场的最大误差分别为1.2%和6.1%,解析解与数值结果基本一致,验证了理论模型和解析求解过程的正确性; 参数分析表明黏性温升与剪切应力与应变率张量分量的乘积及固含量大小正相关; 对于DNAN/HMX熔铸炸药体系,最大黏性温升出现在搅拌刀外侧位置; 当搅拌速率从120r/min提高到720r/min(增大了6倍),该最大温升在10s内增加了约16倍,达到3.6K。

为分析加载应变率对HTPB复合固体推进剂低温力学性能的影响,在温度-50～25℃及14～200mm/min拉伸速率下开展了固体推进剂的定/变速率单轴拉伸力学性能实验。结果表明,在定速率拉伸下,温度越低,拉伸速率越小,推进剂脱湿现象越严重。推进剂力学性能与温度和应变率具有较强的相关性,最大拉伸强度和弹性模量随应变率增加和温度降低逐渐增大,脱湿应变则相反。低温对推进剂的弹性模量和脱湿应变的影响比应变率的影响更显著,而应变率对最大拉伸强度的影响比温度的影响更显著; 在变速率拉伸下,推进剂力学性能对低温更加敏感,最大拉伸强度和最大拉伸应变都随着温度降低而显著下降; 在-40℃低温下,最大拉伸强度分别从高速率加载时的1.89MPa和2.18MPa降至变速率加载时的1.47MPa和1.60MPa,而最大拉伸应变分别从高速率加载时的61%和70%降至变速率加载时的51%和58%。

针对接触式测量靶网在破片速度-空间分布同步测量和少通道数需求,提出了一种基于串-并联组合式电路结构的电阻网靶破片群多参数少通道数测量方法,通过设计双面X—Y型测试靶结构,采用等比数列方式优化电阻值配置,构建了靶网电压响应与破片群着靶坐标的定量映射模型,实现了破片群不同着靶位置和速度参数的有效提取,并以正反面8×8位置网靶为例,通过电路仿真和弹道枪试验对破片作用位置识别功能和速度测量功能进行验证。结果表明,设计的新型双通道电阻网靶仅需两路通道即可实现单破片、多破片着靶位置的可靠测量,位置区域识别结果与实际基本一致,且破片作用于测试电路总线、多个破片击穿靶网正面或反面同一测试区域等特殊工况也能较好识别; 同时对比基于高速摄影获取的破片速度结果,速度测量偏差小于7.61%。可见提出的破片群多参数少通道数测量方法可实现破片群速度-空间分布的同步测量,为破片飞行参数获取提供新的思路。

针对尾翼稳定型EFP侵彻能力问题,基于Aleksevevskii-Tate模型,通过引入尾翼空心长度与尾翼偏折角变量,建立了适用于尾翼EFP的侵彻深度计算模型; 结合数值模拟,深入分析了尾翼EFP的侵彻机制,揭示了尾翼EFP对半无限靶的侵彻机理与规律。结果表明,所建立的理论模型计算结果与数值仿真及试验结果吻合良好,能有效预测尾翼EFP对半无限靶的侵彻深度; 当尾部空腔长度占EFP全长比例不超过0.5时,尾翼偏折角对EFP侵彻孔径的影响不显著,但显著影响其侵彻深度和孔洞形态; 提高着靶速度可显著增强尾翼EFP的侵彻性能; 在保持质量一致和密实度基本相同的条件下,增加EFP长径比虽可一定程度提升侵彻能力,但导致无量纲侵彻深度下降; 入射角在0～25°范围内对侵彻深度影响有限。

为系统研究HMX基PBX在热循环冲击下的热应力响应与损伤演化行为,以理论密度90.10%的HMX基PBX药柱为研究对象,利用Abaqus有限元软件模拟其在热载荷下的热应力分布规律,探讨由热应力引起的热损伤演化机制; 同时结合扫描电镜(SEM)与工业CT对药柱进行细观表征,利用Avizo软件实现孔隙结构的可视化分析。结果显示,药柱在热冲击过程中出现温度梯度,伴随应力峰值迟滞; 裂纹从外部向中心区域发生演化且扩展行为与热应力分布方向一致,热处理后孔隙率由13.54%升至17.99%,孤立孔隙存在向连通孔隙发展的趋势。研究表明热应力是使HMX基PBX产生损伤演化的驱动因素。

为阐明Cr2O3纳米颗粒对CL-20热分解的催化机制,通过差示扫描量热法(DSC)结合多模型动力学分析,对比了CL-20及Cr2O3/CL-20复合体系的热行为与反应动力学; 运用FWO法、KAS法和Friedman法解析了CL-20及Cr2O3/CL-20热分解过程的动力学参数,并基于esták-Berggren经验方程对相应热分解反应进行模型重建; 采用热红联用技术探讨了CL-20及Cr2O3/CL-20的热分解路径和产物演化过程。结果表明,Cr2O3纳米颗粒可使CL-20热分解反应的自加速分解温度、临界热点火温度、热分解峰温和热爆炸临界温度分别降低12.8、13.4、8.4、8.7℃,表观活化能降低9.6kJ/mol; Cr2O3/CL-20的热分解过程遵循n级动力学方程f(α)=2.633α0.788(1-α)0.586,表明Cr2O3纳米颗粒可加速CL-20热分解过程,并改变其反应路径。Cr2O3/CL-20热分解气态产物为N2O、CO2、CO、NO、HNCO、HCN。

为了获得片层结构的1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7),以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结晶诱导剂,通过溶剂-非溶剂法制备了FOX-7纳米片; 采用SEM、XRD、DSC对所制备样品的形貌、结构与热性能进行了表征,并对其机械感度进行了测试分析。结果表明,在不同含量的PVP的诱导下,FOX-7分子结晶向层状堆积方向生长,重结晶成不同横向尺寸和厚度的片状晶体; 当PVP的质量分数为1.5%时,所制备的FOX-7片状晶体的横向尺寸最大; 当PVP的质量分数为3%时,所制备的FOX-7片状晶体的厚度在200～300nm之间。PVP对FOX-7的吸附作用及两者之间氢键的形成对FOX-7纳米片的形成具有重要影响; 所制备的 FOX-7纳米片的表观分解放热焓随PVP含量的增加而逐渐提高,同时其热分解温度范围相比原料变窄,放热效率提高; 与原料相比,所制备的片层FOX-7的摩擦感度有较大幅度下降, FOX-7片状晶体的滑移降感效果较明显; 当PVP质量分数为1.5%时,所制备的FOX-7片层颗粒较完美,摩擦感度最低,为288N。

针对1-三硝基甲基-3,4-二硝基吡唑(3,4-DNPNF)热稳定性不佳导致其在含能材料领域应用受限的问题,通过简单的置换反应成功合成了一系列1-二硝基甲基-3,4-二硝基吡唑富氮高能离子盐(2和3a～3h); 借助核磁共振、傅里叶红外光谱和元素分析对离子盐的结构进行了表征,并通过单晶X-射线衍射测试了1-二硝基甲基-3,4-二硝基吡唑铷盐(3a)和胍盐(3e)的晶体结构,利用DSC测试了其热分解行为,采用BAM标准方法测得了其机械感度,并基于EXPLO5程序对其爆轰性能进行了预测。结果表明,1-二硝基甲基-3,4-二硝基吡唑钾盐(2)和铵盐(3b)的热稳定性最好,其初始分解温度分别达到218.9℃和198.1℃; 1-二硝基甲基-3,4-二硝基吡唑羟胺盐(3d)的爆轰性能最佳,理论爆速为8571m/s,爆压为34.43GPa,同时兼具良好的安全性能(撞击感度为10J、摩擦感度为160N),是一种热稳定性高、爆轰性能较好的新型含能材料。

聚焦于低温(50℃以下)自修复材料,综述了基于氢键、二硫键、动态金属配体、离子偶极作用和多种自修复方式协同作用的低温自修复材料在火炸药中的应用研究进展,讨论并对比了各类材料修复效果、修复机制、对火炸药力学性能影响以及适用范围。提出自修复材料应用于火炸药解决存贮、使用过程中结构失效问题的研究重点方向,应着力解决固体填料对修复性能影响、自修复机制、含修复材料火炸药在使用条件下的效果评价等技术问题,以促进自修复材料在火炸药中的应用。附参考文献49篇。

含能增塑剂是增强炸药和推进剂系统的机械性能、加工性和整体性能的基本功能性添加剂,同时将满足对更高能量输出的需求。以核心含能化策略为基准,以叠氮基类、硝基类、硝酸酯基类、硝胺基类和复合基团类含能增塑剂为主体,同时兼顾寡聚物类、离子液体类特殊含能增塑剂,系统综述了不同类别含能增塑剂的合成策略与基本物化、爆轰等应用特性,对相关化合物的性能进行了归纳与比较。指出叠氮化反应与硝化反应是含能增塑剂实现含能化的主要途径,通过特定骨架与含能基团的结合,将赋予含能增塑剂不同的理化与能量性能,为后续含能增塑剂的结构设计、样品制备与配方应用提供了重要参考。附参考文献130篇。