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液固复合云爆剂的爆炸和毁伤特性研究

作　者: 阚金玲
导　师: 刘家骢
学　校: 南京理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 云爆剂液固复合云爆剂温压炸药爆炸威力热辐射毁伤效应后燃反应二次爆炸热分解存储性能
分类号: O38
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文对液固复合云爆剂（Composite Fuel,简称为CF）这种新型的一次引爆型云爆剂的性能进行了深入研究。采用BKW状态方程计算了四种CF的爆轰参数,用探针法对该CF的爆速进行了实验测量,发现计算结果与实验结果基本符合,说明BKW状态方程可以用于计算CF的爆轰参数。分析了CF的爆轰特点。该CF的爆轰压在15GPa左右,爆速6000m/s,远远大于二次引爆型云爆剂（DEFAE）,小于普通高能炸药,说明该CF是介于这两类炸药之间的一种新型炸药。CF的爆轰压很高,因此具有攻坚和破片杀伤能力。对CF的爆炸威力和爆炸场特征进行了研究。根据带壳装药（战斗部）爆炸能量的分配特点,提出了总TNT比当量、有效TNT比当量两个概念和计算CF裸装药爆炸威力的公式。通过实验与分析,本文认为,单就爆炸波威力而言,该CF虽然质量威力不及DE-FAE,但因其具有较高的装填密度,因此体积威力与DE-FAE相当,又因其具有攻坚和破片杀伤等能力,所以其综合性能优于DE-FAE。并提出了质量威力和体积威力的概念。首次获得了CF爆炸过程中的后燃反应和二次爆炸现象的高速摄像实验记录。并分析了“二次爆炸”的特征,给出了该过程的物理图像。提出参与后燃反应的环境空气的量的计算方法,并以某一配方的CF药剂为例,计算了此类SE-FAE爆炸过程中参与后燃反应的环境空气的量。定量计算表明,对于100g药剂,参与后燃反应的环境空气的质量约50g,相当可观。应用红外热成像仪对CF装药和普通高能炸药的火球表面温度和爆炸性能进行了实验研究。实验表明,CF爆炸火球的大小、持续时间、表面温度和热辐射量等均远高于普通炸药。而这类炸药的爆炸火球的大小和温度与战斗部结构和爆炸条件有很大关系,不能以简单的公式进行表达。因为CF的实际纵火效应很强,但热辐射效应对热毁伤的贡献并不大,而爆炸所产生的高温气体的高速扩散和对流才是主要因素。这一观点可适用于各类爆炸物爆轰所形成的火球,从而补充和改变对这类持续时间很短的火球仅考虑热辐射其毁伤效应的做法。同时提出了“可能通过爆炸火球表面单位面积的最大热辐射量”—q_max的概念、意义和计算方法。并根据实验结果和理论推导,得到了估算爆炸火球热毁伤效应的方法,即:在条件相同时,CF爆炸火球对目标的热毁伤效应几乎与装药量的三分之一次方成正比。并利用此方法估算了数种不同量级的CF装药的纵火半径,该结果经实验数据验证,是可靠的。对CF的内相容性和唯象动力学参数进行了研究,利用C80微热量热仪,采用恒温量热法、升温扫描法对CF的内相容性进行了检测,从两种方法的三组实验数据结果可以判断,该CF的内相容性较好,但气氛条件对CF组分的热分解行为存在着较大的影响。给出了CF组分热分解唯象动力学参数,并分析了CF组分分解过程中可能存在的机理。研究了该CF药剂的实际存储性能。结合CF药剂的特点和火工品失效的模式分析,初步确立了CF这种新型药剂的长储性能检验方法。该方法包括三个部分,静爆试验、成份分析和热分解性能分析。通过实验初步判断该CF的实际长储性能良好。目前该项工作还在进行中。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
1 引言  12-19
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 研究现状  13-17
  1.3 本文工作  17-19
2 液固复合云爆剂的爆轰参数研究  19-29
  2.1 引言  19-20
  2.2 BKW状态方程简介  20-25
  2.3 爆轰参数的计算过程及结果分析  25-26
  2.4 探针法测量 CF的爆速  26-27
  2.5 CF的爆轰特点分析  27-28
  2.6 本章小结  28-29
3 液固复合云爆剂的爆炸特性研究  29-47
  3.1 引言  29-30
  3.2 CF的爆炸威力  30-37
    3.2.1 实验装置和测试仪器  30
    3.2.2 CF的爆炸场参数和 TNT超压比当量  30-31
    3.2.3 测试结果及分析  31-34
    3.2.4 CF同 DE-FAE的爆炸波威力对比  34-37
  3.3 CF的后燃反应  37-45
    3.3.1 CF爆炸后燃反应的实验观测  38-42
    3.3.2 后燃反应从环境大气吸收的氧量的计算  42-45
  3.4 本章小结  45-47
4 液固复合云爆剂的热毁伤效应研究  47-79
  4.1 引言  47-48
  4.2 主要实验仪器  48-49
  4.3 三种系列的 CF装药与两种常规炸药装药的爆炸火球的对比  49-53
  4.4 爆炸火球的热辐射毁伤效应  53-58
    4.4.1 热辐射毁伤准则  53-54
    4.4.2 火球表面最大热辐射量的计算方法  54-56
    4.4.3 CF热辐射毁伤效应的评估  56-57
    4.4.4 与文献预测值的比较  57-58
  4.5 爆炸火球形态特征初探  58-71
    4.5.1 爆炸火球温度场分析  59-65
    4.5.2 影响爆炸火球形态的因素探讨  65-71
  4.6 CF的实际纵火效应研究  71
  4.7 CF的热毁伤效应评估  71-74
    4.7.1 已有计算公式及存在的问题  71-72
    4.7.2 公式推导  72-74
    4.7.3 不同量级的 CF实际纵火效应预估  74
  4.8 CF组分配比对火球表面温度的影响  74-76
    4.8.1 实验设备及布置  74
    4.8.2 实验样本  74-75
    4.8.3 实验结果及分析  75-76
  4.9 本章小结  76-79
5 液固复合云爆剂组分的分解机理研究  79-102
  5.1 引言  79-81
    5.1.1 热分析技术简介  79-80
    5.1.2 液固复合云爆剂组分简介  80-81
  5.2 实验仪器及其测定原理  81-83
  5.3 CF组分的内相容性的测定  83-87
    5.3.1 恒温实验测定组分相容性  83-85
    5.3.2 升温扫描测定相容性  85-87
  5.4 CF组分热分解反应的唯象动力学参数研究  87-99
    5.4.1 实验原理  88-91
    5.4.2 实验样品及方法  91
    5.4.3 实验结果及分析  91-99
  5.5 C80微热量热仪与其它热分析方法的比较  99-100
  5.6 本章小结  100-102
6 液固复合云爆剂的长储性能研究  102-116
  6.1 引言  102-103
    6.1.1 长储试验的必要性  102
    6.1.2 检测方法的确定  102-103
  6.2 长储弹试验弹的小型化  103-104
  6.3 静爆试验  104-107
    6.3.1 测试系统和测点布置  104-105
    6.3.2 测试结果分析  105-107
  6.4 长储前后的 CF成份分析  107-113
    6.4.1 成份分析方法的选择  107-108
    6.4.2 红外光谱对有机组分的分析  108-109
    6.4.3 高效液相色谱对有机组分的分析  109-112
    6.4.4 容量法对无机金属粉组分的分析  112-113
    6.4.5 成份分析小结  113
  6.5 实际长储前后 CF的热分解机理的改变  113-115
  6.6 CF实际长储性能与检测方法  115
  6.7 本章小结  115-116
结论  116-121
致谢  121-122
参考文献  122-129
攻读博士学位期间的研究成果  129-130

液固复合云爆剂的爆炸和毁伤特性研究

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