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【6h】

高能添加剂对乳化炸药爆轰性能及热分解特性的影响研究

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摘要

图表目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 课题研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 含铝炸药爆轰性能的研究现状

1.2.2 炸药水下爆炸的研究现状

1.2.3 炸药热分解的研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 高能添加剂对乳化炸药爆炸性能的影响

2.1 引言

2.2 乳化炸药的配方设计与制备

2.2.1 乳化炸药的配方设计

2.2.2 乳化炸药的制备与显微观测

2.3 高能添加剂对乳化炸药爆速的影响

2.3.1 乳化炸药爆速的经验计算

2.3.2 乳化炸药爆速测试方法概述

2.3.3 铝粉粒度对乳化炸药爆速的影响

2.3.4 高能添加剂含量对乳化炸药爆速的影响

2.4 高能添加剂对乳化炸药猛度的影响

2.4.1 猛度的概念

2.4.2 猛度的理论表示

2.4.3 猛度测试实验

2.4.4 高能添加剂对乳化炸药猛度的影响

2.5 乳化炸药爆热的理论计算

2.6 本章小结

3 高能添加剂对乳化炸药水下爆炸特性的影响

3.1 引言

3.2 水下爆炸的物理现象及理论研究

3.3 水下爆炸测试实验

3.4 水下爆炸参数的理论计算

3.4.1 水下爆炸冲击波初始参数的计算

3.4.2 水下爆炸冲击波压力峰值

3.4.3 传感器灵敏度Sv的标定

3.4.4 比冲击波能

3.4.5 比气泡能

3.4.6 冲击波冲量

3.4.7 水下爆炸总能量

3.5 敏化剂含量对乳化炸药水下爆炸能量输出特性的影响

3.6 铝粉粒度对乳化炸药水下爆炸性能的影响

3.6.1 待测实验样品的制备

3.6.2 实验结果与分析

3.7 铝粉含量对乳化炸药水下爆炸性能的影响

3.8 钛粉含量对乳化炸药水下爆炸性能的影响

3.8.1 含钛乳化炸药样品的制备

3.8.2 水下爆炸测试结果

3.8.3 分析与讨论

3.9 钛粉与铝粉对乳化炸药水下爆炸作用效果的比较

3.10 本章小结

4 高能添加剂对乳化炸药空中爆炸性能的影响

4.1 空中爆炸的物理现象

4.2 空中爆炸冲击波参数计算

4.2.1 空中爆炸时冲击波超压的经验计算公式

4.2.2 比冲量及正压区时间的计算

4.3 空中爆炸实验

4.3.1 实验方法及设备

4.3.2 实验样品的制备

4.3.3 实验结果

4.4 高能添加剂氧化性实验

4.4.2 实验结果

4.5 本章小结

5 高能添加剂对乳化炸药热分解特性的影响

5.1 引言

5.2 乳化炸药热分解的一般规律

5.3 热分解反应动力学理论

5.3.1 具有反应级数的初始分解反应

5.3.2 热分解的第二反应

5.3.3 热分析动力学方程

5.3.4 炸药热分解的特点

5.4 铝粉粒度对乳化炸药热分解特性的影响规律

5.4.1 实验样品与仪器设备

5.4.2 影响热分析测量的因素及实验条件

5.4.3 实验结果

5.4.4 铝粉对乳化炸药热分解动力学的影响

5.4.5 乳化炸药的非等温反应机理函数

5.5 铝粉含量对乳化炸药热分解特性的影响规律

5.5.1 铝粉含量对乳化炸药表观活化能的影响

5.5.2 铝粉含量对乳化炸药热爆炸临界温度的影响

5.6 钛粉对乳化炸药热分解特性的影响

5.6.1 实验仪器及测试条件

5.6.2 C80动力学参数计算

5.6.3 实验结果与分析

5.6.4 不同添加剂对乳化炸药热分解特性的影响

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 本文主要创新点

6.3 问题与展望

参考文献

致谢

作者简介及读博期间主要科研成果

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摘要

乳化炸药以其爆炸性能优良、适应水下爆破复杂环境等优点,受到许多从业者的认可并得到广泛应用。但由于水在乳化炸药配方中充当的是惰性物质,会吸收乳化炸药在爆轰时产生的大量的热,制约了乳化炸药的爆炸威力。为了提高乳化炸药的能效和安全性,首次将钛粉作为高能添加剂引入到乳化炸药中并与含铝乳化炸药做对比,综合探究含高能添加剂的乳化炸药其爆轰性能和热分解特性。具体的研究结果如下:
  根据氧平衡等乳化炸药配方设计原则建立实验室制备乳化炸药的工艺,向其中添加不同含量或粒度的钛粉、铝粉得到不同配方组成的乳化炸药。通过对上述乳化炸药进行微观结构观测、爆速测试、猛度测试以及理论爆热计算发现:无论钛粉还是铝粉都能够改善乳化炸药的爆炸性能,且钛粉的作用效果更显著。
  利用水下爆炸测试系统,研究不同粒度和含量的铝粉以及不同含量的钛粉对乳化炸药水下爆炸能量释放特性的作用规律。实验结果表明:含不同粒度铝粉的乳化炸药其水下爆炸的冲击波能量参数都呈现出先升高后减小的变化规律,这说明在水中爆炸时铝粉粒度对乳化炸药能量的作用存在一个最优范围,并非单纯的线性关系。且铝粉粒度对乳化炸药水下爆炸产生的冲击波能的影响程度更大。钛粉和铝粉的添加量对乳化炸药在水下爆炸时产生的能量也有较大的影响,水下爆炸释放的能量在钛粉含量为10%时到达峰值;在高能添加剂含量相同的条件下,钛粉在乳化炸药水下爆炸能量提高上的表现优于铝粉。
  将分别加入不同含量钛粉、铝粉和不同粒度铝粉的乳化炸药进行空中爆炸实验,并对其空中爆炸冲击波压力时程曲线进行分析计算。在实验条件下,相较于其它两种粒度的铝粉,中粒度铝粉(平均粒径为177.2μm)对乳化炸药空中爆炸冲击波峰值压力的提升作用最大。峰值压力随着高能添加剂(钛粉和铝粉)含量的增加而逐渐变大,但高能添加剂含量超过10%后,峰值压力的增速有所降低,且含钛乳化炸药的冲击波峰压要比含铝乳化炸药的峰压高出5.35%。通过扫描电镜-X射线能谱分析发现,不同高能添加剂氧化程度的差异是造成上述现象的原因之一。
  采用DSC-TG联用的差示扫描量热仪对添加不同粒度和含量铝粉的乳化炸药基质进行分析,基于不同升温速率下的DSC、TG曲线获得活化能等热动力学参数。计算结果表明:铝粉的加入降低了乳化炸药基质热分解温度,分解反应活化能减小,即基质热稳定性降低,且随着铝粉粒度的减小或含量的增加,这种趋势更加明显。与空白样相比,实验范围内不同粒度的铝粉对乳化炸药基质的热分解机理未产生影响,均为受随机成核和随后生长控制的反应级数n=1的Mample单行法则。运用C80微量量热仪对添加不同含量钛粉的乳化炸药进行热分析实验,结果表明:乳化炸药的活化能随着钛粉含量的增加而降低。在高能添加剂含量相同的条件下,钛粉、铝粉、硼粉都不同程度地降低了乳化炸药的热安定性,降低程度依次增大,钛粉对乳化炸药系统的热感度影响作用最小。

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