为了深入探究奥克托今(HMX)生产、使用、销毁过程的环境污染与治理问题,分析了HMX在土壤中、地下水中和植物中的迁移转化行为,论述了双电子还原、单电子脱硝和直接环裂解3种HMX微生物降解途径,介绍了HMX胁迫下微生物生理响应机制的研究进展.分析表明利用微生物对HMX污染的土壤和水体进行生物修复是非常有效的,HMX的降解路径及中间代谢产物已较为清楚,目前对HMX有降解能力的菌株以厌氧为主.基于此,指出未来关于微生物降解HMX的3个研究方向:筛选在好氧条件下能高效降解HMX的菌株;使用微生物固定化或添加表面活性剂等生物强化手段增加菌株对HMX的降解效率;从基因组学方面进行微生物降解HMX的机理研究.
针对某火工分离装置在高输出能量条件下的烟雾泄漏问题,进行了原因分析,提出改进方案并对改进后火工分离装置的输出性能和密封性能进行了试验验证.结果表明:密封圈压缩率低(2.1%)是造成密封失效的主要原因;提出去掉螺杆与壳体间的密封圈,并在活塞与壳体间设计2道密封圈,优化活塞密封槽尺寸,将密封圈最小压缩率增加至15%,以及在装药组件和活塞之间增设可变形不锈钢挡火圈的改进措施.验证试验表明改进后的火工分离装置输出性能满足要求,分离过程中无烟雾或其他气体产生,达到了无污染目的;作用后挡火圈呈内凹状,起到了阻隔燃气的作用.
为可靠起爆定向战斗部,设计了一种刚性基板和柔性导爆索结合的"一入三出"新型起爆网络,输入端采用半导体桥雷管与JO-11C药柱紧密接触,在刚性基板沟槽内放置的银制导爆索连接输入端JO-11C药柱和输出药柱.经过仿真模拟对比毁伤效果,设计了传爆药柱直径分别为10,20,50 mm的三级输出传爆序列;理论分析起爆网络的同步性,计算得出起爆网络同步性误差为253 ns,同步性试验表明起爆网络的3路时间误差最大为290 ns;起爆能力测试表明三点同步起爆网络的输出威力满足定向战斗部的使用要求.
针对某点火器在试验过程中发生管体破碎和输出压强峰值较高的问题,分析了导致该工作故障的可能原因,认为点火过程中药柱内外通道压差过大导致药柱压碎后增大了燃面,从而使压强异常升高.对药柱挡板结构进行了优化设计,以期减小药柱内外通道的压差,并通过对点火过程的流场仿真验证了其可行性.最终试验结果表明改进措施有效,输出压强峰值满足设计要求,提高了点火器工作的安全性和可靠性.
为解决黑火药长期贮存中因吸湿引起的性能变化问题,分别以氟橡胶、虫胶为防潮剂,TNT、RDX为感度和能量调节剂,设计了 3 种防潮黑火药的配方.以丙酮为溶剂,采用溶剂蒸发-重结晶法制备防潮黑火药,并对其吸湿性、机械感度、5s延滞爆发点等进行测试.结果表明:防潮黑火药的最佳配方为:w黑火药∶w虫胶∶wTNT=97.5∶2.0∶0.5;相比原料黑火药,该防潮黑火药的吸湿性降低了1.7%,撞击感度相同,摩擦感度降低了4%,5s延滞爆发点降低了5℃,而堆积密度、静电感度、爆热基本不变.研究表明设计的防潮黑火药提高了黑火药防潮性能及安全性能.
为提高起爆药合成工艺的本质安全性,设计和组建了基于混沌流混合芯片的微流控制备系统,利用在微尺度条件下流体的高效混合,制备出 2 种典型离子盐叠氮类起爆药:叠氮化铅(LA)和叠氮化银(SA);研究了不同流速、晶型控制剂对LA起爆药的影响;对比了微流法和常规法2种工艺制备的SA,并研究了微流法SA的撞击敏感性和静电敏感性.结果表明:不同的反应流速对LA的晶体形貌和粒径分布产生影响;在微反应体系中合成的SA粒径分布在712.4～1 106.4 nm之间,平均粒径为871.6 nm,相对较窄,并且对撞击和静电钝感.研究表明基于微流控技术的连续流合成工艺是一种安全有效、快速制备叠氮类起爆药的方法.
为规避使用自燃型面源红外诱饵材料,并解决燃烧型面源红外诱饵材料的燃烧不稳定和长波段辐射强度较弱的问题,采用传统的镁/聚四氟乙烯(Mg/PTFE)红外诱饵剂,在一定的成型工艺下形成了一种面源红外诱饵材料,并通过加入四氯化钛(TiCl4)来提高 8～14μm波长范围的辐射强度,添加红磷/氧化铜(P/CuO)高热剂来降低点火温度、提高燃烧稳定性.对样品的燃烧稳定性、辐射强度和装药作用后红外云团进行了测试,结果表明,红外面源诱饵材料在引燃后能保持较为稳定的燃烧状态,空中引燃抛撒后形成了一定面积的有效红外干扰云,并且上升时间、持续时间、辐射强度和辐射面积满足面源红外诱饵的使用需求.较自燃型面源红外诱饵,该型诱饵形成的红外干扰云具有更加良好的整体聚集性和气动悬浮性.
为了增强云爆战斗部二次起爆引信在爆炸电磁环境中的抗干扰能力,对典型引信电路进行了 TVS 限幅滤波功能设计,并通过电磁辐射等效试验对其抗电磁干扰效果进行了验证;在此基础上,采用滤波整流抑制、防逆向串扰、光电耦合隔离、接地技术、过压保护等手段对二次起爆引信的起爆电路进行了抗电磁干扰加强设计,并对其抗电磁干扰效果进行了不低于高能云爆战斗部爆炸电磁辐射干扰强度的等效测试.结果表明:该方法在不改变引信结构的前提下,能够将云爆战斗部二次起爆引信的电磁敏感度由V级降至I级.
为研究嵌银丝对复合固体推进剂燃烧性能和安全性能的影响,制备了嵌银丝推进剂方坯,分别对嵌银丝和未嵌银丝推进剂的静态燃速、热稳定性、机械感度和静电火花感度进行了测试及对比分析.结果表明:嵌银丝后复合固体推进剂的静态燃速提高近6倍;动态升温模式下,嵌银丝后推进剂的初始分解峰温提前约16℃,峰形更加尖锐、反应剧烈且对温度的敏感程度更高;绝热模式下,嵌银丝后推进剂分解的比反应热、最大温升速率分别提高4.6%和12.5%,且热分解表观活化能降低28.4%;嵌银丝后推进剂的5 s延滞爆发点温度降低13℃,摩擦感度提高300%,热感度、机械感度显著提高,但静电火花感度极大地降低.
为研究弱约束条件下氢气/空气预混气体的燃爆特性,以乳胶气球为反应容器开展了氢气爆炸实验,结合Chemkin模拟和改进的比色测温技术,研究了当量比对氢气/空气预混气体火焰传播形态、温度场分布、火焰速度及爆炸压力等特征参数的影响.实验结果表明:任一当量比下的OH自由基摩尔分数在达到最大值后会显著降低,这导致火焰传播时亮度先增强后减弱;随着火焰的传播,火球形成了中心温度低、边缘温度高的温度场分布结构;氢气/空气预混气体的爆炸火焰传播速度呈振荡分布;峰值超压和冲击波强度随当量比的增加呈先增大后减小的趋势,当量比为1.00时爆炸超压和冲击波强度达到最大值.
为了快速准确检测含能材料,基于大多数含能材料分子的振动和转动能级都处于 0.1～3.0THz频率范围,开展了采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术检测爆炸物的研究.针对 3 类 10 种典型含能材料,测试了其太赫兹吸收光谱,指认了每种含能材料特征峰,丰富了含能材料的太赫兹吸收光谱数据库;并通过线性拟合,根据硝基或分子晶格振动所致的太赫兹特征吸收峰强度,对每种含能材料建立了定量分析的方法.
为了对比不同含能添加物对纳米铝热剂反应性能的影响程度,采用静电喷雾技术在纳米Al/CuO中分别添加高能炸药、强氧化剂以及含氟化合物等含能添加物,并开展热力学计算、开放式燃烧测试和密闭爆发器测试等.结果表明:含能添加物的小分子量气态产物和协同反应效应是提高纳米Al/CuO反应性能的主要因素,高能炸药的增强效果最佳,高氯酸铵(AP)次之,全氟代十四酸(PFTD)最差.其中,黑索今(RDX)和奥克托今(HMX)将Al/CuO的理论定压火药力提升了64.3%;HMX对Al/CuO峰值压强和增压速率的提升能力最高,分别达到了62%和408%;而AP和PFTD削弱了其燃烧传播速率和增压特性.
针对平硐开拓光面爆破施工工况,采用粉状乳化炸药、矿物质粉、多孔有机物密度调节剂混合制备出一种低爆速粉状乳化炸药,通过调节各组分比例,控制爆速在1 200～3 000 m/s范围内,以适配光面爆破作业.采用LSDYNA进行数值模拟分析并开展现场实际应用,结果表明:低爆速粉状乳化炸药耦合装药结构对孔壁破坏较小,爆破作用更均匀,半孔率可达90%,超欠挖量在10cm以内,有效提高了边墙成型效果,边墙半孔率提高50%.本研究为光面爆破施工提供了借鉴.
为探究不同材料Al基含能薄膜在低能爆炸箔起爆系统中的电爆性能,对Al基含能薄膜的厚度、桥区形状和尺寸进行了仿真设计,优选出最佳桥区形状,在此基础上通过电爆试验及高速摄影对Al/Ni、Al/Ti、Al/Cu、Al/CuO 4种Al基含能薄膜的电爆性能及发火过程进行了对比研究.结果表明:Al/Ti薄膜综合性能最佳,具有较大的沉积能量、能量利用率和桥区电流密度,同时最佳起爆电压适中、火焰高度较高、持续时间较长;Al/Ni 薄膜所需最佳起爆电压最小,但作用能力较差;Al/CuO薄膜具有最佳作用能力,但所需最佳起爆电压较大;Al/Cu薄膜的电爆性能最不突出.
为了提高烟幕防御系统的安全性、可靠性和智能化程度,采用总线网络拓扑结构与协议编码可寻址方式,设计了基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统,开展了系统的500 m远距离可寻址功能、电性能测试和系统点火试验.结果表明:智能点火器输入线缆每增加45m,线缆电压损耗为5.389mV·m-1,线缆压降增加1.34％,输出电压幅度降低2.95％;随着系统输入电压升高,智能点火器充电电压升高,放电电压增大,5 A和10A电流对应的放电脉宽增大.系统能实现单点可寻址点火和多点可寻址延迟点火功能,为烟幕防御系统的智能点火方式设计与应用提供依据.
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.
为了降低某TATB基声共振混合造粒工艺中的乙酸乙酯使用量,提出将粘合剂溶液浓度由6wt％提高至8wt％,以及采用粘结剂干粉替代部分粘结剂溶液的改进措施.研究了提高粘结剂浓度下的最优工艺条件以及该工艺条件下造型粉的均匀性及力学性能;同时,探讨了粘结剂干粉的加入比例对造型粉的影响.结果表明,上述优化措施不仅保证某TATB基的混合均匀性和力学性能与原工艺条件下的相当,而且降低了 33％乙酸乙酯使用量,大幅提高了制造效率,减少对环境和人员的危害并节约成本.
为明确半导体桥火工品发火感度与静电感度的关系,以及并联TVS二极管时的分流规律,按照GJB 5309.14-2004火工品试验方法第14部分:静电放电试验和GJB/Z377A-1994感度试验用数理统计方法对半导体桥火工品静电加载后的阻值变化、桥区损伤以及感应能量进行了测试与表征,同时对发火感度进行了测试,拟合出电压与能量方程式.结果表明:采用50％发火电压计算出的静电感度与实测静电感度的偏差约10％;静电放电经TVS二极管分流后加载到半导体桥火工品上的电流约为总电流的40％,而加载到火工品上的能量占比随静电放电电压的增大而减小.
为了提高桥塞工具用电点火具的点火安全性和可靠性,对现役国产电点火具结构进行了改进设计,将电点火具的承压导电组件设计为独脚式插针一体化集成结构,换能元件设计为2个25 Ω电阻与35 μm 6J20镍铬合金桥丝串联的点火帽结构,输出装药为2.5g的FSY-1点火药;测试了电点火具的发火感度、耐压性能、耐温性能以及输出点火能力,并通过下井试验对电点火具的点火安全性和可靠性进行了验证.结果表明:电点火具在0.8 A发火电流条件下,能够可靠发火,点燃桥塞火药,并能够满足耐温170℃/2h及耐压100MPa的技术指标.
为了研究针刺式无污染型爆炸螺栓分离特性及机理,采用LS-DYNA软件的ALE流固耦合算法对爆炸螺栓在不同装药量下的分离机理和分离特性开展数值模拟研究,并通过试验对爆炸螺栓分离性能进行验证.数值模拟计算结果表明,在延期雷管端面设计更大直径的装药能够增加爆炸压力波作用在剪切块上的时间,同时增大爆轰产物气体膨胀与分离结构的有效作用面积,提高爆炸螺栓的分离能力;爆炸螺栓分离速度随着装药量增加先增大后减小,当装药量超过极限装药量时,爆轰波将导致内部结构破坏,产生多余的破片和气体泄漏.验证试验表明0.251g装药量的爆炸螺栓能够可靠分离,满足设计要求,分离后的最大径向尺寸与数值模拟计算结果最大误差不超过3％.
