【摘要】：低易損性彈藥的出現(xiàn),對引信爆炸序列中的傳爆藥柱提出了更為嚴苛的要求,即傳爆藥柱必須要有與主裝藥相匹配的抵御意外能量刺激的能力。針對這一問題,本文采用試驗分析、數(shù)值模擬、量子化學計算相結(jié)合,對實際應(yīng)用中影響傳爆藥沖擊易損性的各物理因素、化學因素與其之間的響應(yīng)規(guī)律進行了研究,提出了降低傳爆藥沖擊易損性的技術(shù)方向。該研究可為傳爆藥的安全、可靠應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ),增強我軍武器系統(tǒng)在沖擊波意外刺激下的生存能力和作用可靠度。(1)設(shè)計了適用于評估傳爆藥沖擊波易損性的試驗裝置和方法,并利用該裝置對傳爆藥柱殼體材料、裝藥密度、殼體與藥柱配合間隙等因素對傳爆藥的沖擊響應(yīng)規(guī)律進行了試驗研究。同時,對6種典型傳爆藥的沖擊易損性進行了評估,得到了沖擊波響應(yīng)劇烈程度的排序。試驗研究結(jié)果表明:隨著約束材料沖擊阻抗的減小,傳爆藥裝藥對沖擊波響應(yīng)劇烈程度減弱;當材料相同,隨著構(gòu)件徑向壁厚的減小,傳爆藥裝藥對沖擊波響應(yīng)劇烈程度有所減弱;裝藥密度范圍在82%TMD~92%TMD時,隨著裝藥密度的降低,有利于降低傳爆藥沖擊響應(yīng)的劇烈程度;傳爆藥與殼體之間存在間隙會減弱沖擊波響應(yīng)的劇烈程度;6種典型傳爆藥對沖擊波響應(yīng)的劇烈程度排序:聚奧9C聚黑17聚黑14聚黑6鈍化RDX鈍化泰安。(2)利用ANSYS/AUTODYN有限元分析軟件對傳爆藥柱的沖擊易損性進行了數(shù)值模擬,得到起爆過程及軸向傳播的細致過程圖像;模擬結(jié)果顯示殼體材料沖擊阻抗減小、裝藥密度減小、傳爆藥與殼體之間存在間隙,都會使傳爆藥的沖擊波響應(yīng)劇烈程度減弱。數(shù)值模擬與試驗結(jié)果一致。(3)借助分子動力學方法對不同百分含量的幾種傳爆藥添加劑(氟化橡膠、硬脂酸鈣和硬脂酸)在主炸藥RDX不同晶體表面成鍵能和力學性質(zhì)進行了研究。采用B3LYP和MP2(full)方法在6-311G(d,p)和6-311G(2df,2p)基組水平上,計算了RDX???二氟乙烷、RDX???乙酸鈣、RDX???乙酸復合物中RDX的分子間相互作用能及其N NO2鍵離解能。根據(jù)協(xié)同效應(yīng)和原子-分子、約化密度矩陣理論以及過渡態(tài)理論,闡述了炸藥感度的本質(zhì),揭示了其易損性的根源。利用表面靜電勢理論,預(yù)測了鈍化RDX、聚黑14、聚黑6和聚奧9C的撞擊感度h50。分析結(jié)果表明:主炸藥與添加劑在低摩爾比例1:1時形成的傳爆藥具有最高的吸附能、力學延展性較好。聚黑14(3%氟化橡膠)、聚黑6(1.5%硬脂酸鈣)和鈍化RDX(2%硬脂酸)吸附能從小到大的順序為:聚黑14聚黑6鈍化RDX,這表明傳爆藥的穩(wěn)定性遵循:聚黑14聚黑6鈍化RDX,感度的大小遵循聚黑14聚黑6鈍化RDX。添加劑的存在使得分子間氫鍵相互作用力增強,RDX引發(fā)鍵N NO2增強,N NO2離解能的增大,故而傳爆藥感度降低,易損性降低。添加劑參與了RDX起爆反應(yīng)動力學過程,鈍化RDX中的添加劑對RDX起爆反應(yīng)活化能的影響遠大于其它兩種傳爆藥中添加劑的影響,鈍化RDX比聚黑14和聚黑6的活化能高,感度低,易損性低。利用靜電勢與撞擊感度關(guān)系式,預(yù)測聚奧9C、聚黑14、聚黑6、鈍化RDX撞擊感度值分別為28.15、29.23、29.75和32.03cm。(4)在試驗研究、數(shù)值模擬和理論分析的基礎(chǔ)上分別從物理和化學的角度提出了降低傳爆藥沖擊波易損性的技術(shù)措施:采用沖擊阻抗小的材料制作殼體、減小殼體徑向壁厚、減小傳爆藥裝藥密度、殼體與藥柱間存在間隙、采用異形裝藥結(jié)構(gòu)以減少裝藥量均可從物理途徑降低傳爆藥的沖擊波響應(yīng)劇烈程度;加入能與主炸藥形成強晶面成鍵能或分子間相互作用的添加劑能有效降低傳爆藥感度,特別是將共晶炸藥用于傳爆藥有望極大降低傳爆藥的沖擊易損性。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TJ410


本文編號：2792891