also是什么意思第41卷第12期2020年12月兵工学报
ACTA ARMAMENTARII
Vol.41No.12
Dec.2020
浇注六硝基六氮杂异伍兹烷基混合炸药驱动性能
吴亚琛1，沈忱1，孙晓乐2，焦清介1，刘海伦2，闫石1
（1.北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京100081；2.重庆红宇精密工业有限责任公司，重庆402760）简单的美食
摘要：为研究浇注六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基混合炸药的金属驱动特性，制备了CL-20 ：端羟基聚丁二烯（HTPB）:Al-Zn配比为84：11：5的浇注CL-20基炸药试样GWL.测试GWL密度、爆速、爆压、机械感度以及快速烤燃、慢速烤燃和枪弹撞击3项不敏感特性，发现其炸药密度为1.78g/cm3、爆速为8750m/s、爆压为33.21GPa，不敏感试验反应等级均为燃烧，机械感度也符合炸药使用要求。采用50mm标准圆筒试验测试了GWL炸药试样的做功能力，发现GWL炸药试样驱动圆筒在41mm特征点上的
速度为1730m/s.应用有限元分析软件Autodyn时圆筒试验过程进行数值模拟计算，通过对比试验结果与数值模拟结果，得到GWL炸药的JWL状态方程；设计CL-20 :HTPB配比为89：11的无金属粉炸药试样GC，在相同试验条件下测试了GC的机械感度与爆炸驱动能力，结果表明GC与GWL两种炸药试样驱动能力相当，但是GC炸药的机械感度高于GWL炸药。采用Autodyn软件建模对比研究了GWL炸药与C-1炸药和LX-14炸药的驱动能力，结果显示:GWL炸药驱动破片的终速比LX-14炸药高2.6%；其驱动性能优良，是一种高能低感度的新型CL-20基浇注炸药。
关键词：浇注炸药；六硝基六氮杂异伍兹烷；不敏感性；圆筒试验
中图分类号：TQ564.4+2；TJ55文献标志码：A文章编号：1000-1093（2020）12-2458-08
DOI：10.3969/j.issn.1000-1093.2020.12.011
Metal Accelerating Ability of Castable CL-20-bad PBX
WU Yachen1,SHEN Chen1,SUN Xiaole2,JIAO Qingjie1,LIU Hailun2,YAN Shi1
（1.State Key Laboratory of Explosion Science and Technology,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China；
2.Chongqing Hongyu Precision Industrial Co.,Ltd.,Chongqing402760,China）
Abstract:A cast CL-20-bad explosive,named GWL,with the ratio of84%CL-20,11%HTPB and 5%Al-Zn alloy powder was prepared to study the metal accelerating characteristics of castable Cl-20-bad composite explosive.The density,detonation speed,detonation pressure,mechanical nsitivity, and three innsitivity characteristics,including fast firing,slow firing and bullet impact of GWL,were tested.The results show that the density of GWL is1.78g/cm3,the detonation velocity is8750m/s,the detonation pressure is33.21GPa,the reaction level of innsitivity test is combustion,and the mechanical nsitivity also meets the requirements of explosives.The accelerating ability of GWL explosive specimen was tested by a50mm standard cylinder test.The test results show that the expension
收稿日期：2020-01-05
基金项目：国家自然科学基金项目（21905024）
作者简介：吴亚琛（1993—），男，硕士研究生。E-mail：
通信作者：闫石（1985—），男，讲师，硕士生导师。E-mail：************
第12期浇注六硝基六氮杂异伍兹烷基混合炸药驱动性能2459人教版四年级下册
speed of GWL explosive specimen driving the cylinder at41mm characteristic point is1730m/s.The cylinder test process is numerically simulated and calculated using the finite element analysis software Autodyn.The JWL equation of state of GWL explosive was obtained by comparing the test results with the numerically simulated results.A control group named GC with the ratio of89%CL-20and11%HTPB was prepared.The mechanical nsitivity and explosive driving ability of GC were tested under the same experimental conditions.The results show that the accelerating abilities of GC and GWL are the same, but the mechanical nsitivity of GC is higher than that of GWL.At last,the accelerating abilities of GWL,C-1and LX-14explosives are studied by using AUTODYN software.The results show that the final velocity of GWL is2.6%higher than that of LX-14.It is a new type of CL-20bad cast explosive with high energy and low nsitivity.
Keywords:plastic bonded explosive;CL-20;explosive innsitivity;cylinder test
0引言
六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)是目前已投入应用的能量密度最高的单质炸药［1］，以CL-20为基的混合炸药具有爆速高、爆压高的特点和较强的驱动能力，应用前景极为广泛。
然而,CL-20自身的感度高、安全性较差，并且存在加工性能差、在混合炸药中成型效果不佳的缺点［
2］o加入合适的功能助剂有利于改善成型药剂的感度和加工性能，但需要尽量避免混合炸药体系能量密度降低而导致的炸药驱动能力下降。目前国外已开展了多项CL-20混合炸药的应用研究,CL-20已广泛应用于多种压装混合炸药中［3-4］，浇注炸药中研究相对较少。美国ATK公司研制的一种新型CL-20基浇注固化炸药DLE-C038［5］，其配方为90% CL-20、10%端羟基聚丁二烯(HTPB)和PL1，密度1.82g/cm3，实测爆速8730m/s，爆压33GPa；其感度良好，具有良好的力学性能和加工性能；美国劳伦斯•利弗莫尔国家实验室研制的以CL-20为基的注塑炸药RX-49-AE［6］，装药密度1.80g/cm3，爆速7880m/s.国内已围绕CL-20包覆降感、粒度配级及晶变控制等方面展开了大量工作，为CL-20基混合炸药应用研究奠定了基础。张朴［7］采用HTPB粘合剂研究了两种高能炸药配方；张伟等［8］制备了CL-20/GAP/AP/Al四元组分混合炸药并研究了其能量释放规律；李小东等⑼制备了一种CL-20/FOX-7基PBX炸药并进行了性能测试，结果表明其具有较低的感度和较好的安全性；侯聪花等［10］制备了一种CL-20/TATB粘结炸药，较不含三氨基三硝基苯(TATB)的CL-20/Estane炸药感度有明显降低。国内学者对浇注CL-20基炸药的金属驱动性能研究较少［11］o
本文制备了一种浇注CL-20试样，简称为GWL，按照国家军用标准GJB772A—97炸药试验方法开展了50mm圆筒试验，获得了圆筒膨胀速度时程曲线，通过数值模拟得到了GWL炸药试样的JWL状态方程参数，并对比了部分同类型炸药分析了GWL炸药试样的驱动特性，为后续研究提供了参数依据。
1试验方法和方案
1.1试验原料
原料：重结晶、球形化e-CL-20，粒径80~425滋m，辽宁庆阳化学工业公司生产；Al-Zn合金(Zn含量20%)，中位径粒度为13滋m，唐山威豪镁粉有限公司生产；HTPB，分子量3000，羟值0.78mmol/g，黎明化工研究设计院有限公司生产；甲苯二异氰酸酯(TDI)，国药集团有限公司生产；PLAH(—种由酯类和烃类组成的复合增塑剂)，自制。
1.2样品制备
GWL炸药的组成为HTPB粘合剂体系11%, CL-20含量为84%,Al-Zn合金粉体［12］为5%.同时在相同的工艺条件下设计了无金属粉试样GC，组成为89%的CL-20和11%的粘合剂。两种浇注炸药均采用5L捏合机工艺制备。所得试样如图1所示。
1.3机械感度测试
根据国家军用标准GJB772A—97炸药试验方
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兵工学报第41卷
图1试样形貌图
Fig.1Sample morphology
法中规定的方法，对GWL炸药试样及GC炸药试样进行了包括撞击感度和摩擦感度的机械感度测试，测试结果如表1所示。
表1GWL和GC炸药试样机械感度测试Tab.1GWL and GC formula nsitivity test
感度
试样
GWL GC
撞击感度/%1676
摩擦感度/%1664
试验结果表明,GWL炸药试样有着较GC炸药试样更低的机械感度，安全性较好。
1.4爆轰性能测试
根据国家军用标准GJB772A—97炸药试验方法中规定的方法，测试GWL及GC炸药试样的爆轰性能，结果如表2所示。
表2GWL和GC炸药试样爆轰性能Tab.2GWL and GC formula detonation parameters
试样
爆轰性能参数-----------------------
GWL GC 密度p/(g-cm-3) 1.78 1.76
爆速D/(m・s-l)87509000
爆压p/G Pa33.2136
体积能量密度^/（叮山皿-3）11.289.86屁股诱惑
1・5易损性试验
参照国外不敏感弹药有关试验方法，结合《军用混合炸药配方评审适用试验方法汇编》对GWL 试样进行快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击3项低易损性试验。试验所用弹体尺寸为准120mm X300mm，壳体
及端盖壁厚均为3mm，材质45号钢；每个被测装药进行3发重复性试验；试验样品装药无热防护层。试验条件如下：
1）快速烤燃试验：将弹体架在燃烧槽中，向槽体内先加入水，再加入航空煤油，并利用热电偶记录的温度变化;误删短信怎么恢复
2）慢速烤燃试验：设定升温速率为1.0益/min，间隔1min记录一次温度，直至试验产品发生反应；
3）枪弹撞击试验：使用12.7mm枪弹撞击装填混合炸药的试验产品，试验产品距枪口的距离为80m，子弹初速为832m/s.
1.6圆筒试验
按照国家军用标准GJB772A—97炸药试验方法705.3对GWL炸药试样开展了50mm圆筒试验，试验采用激光测速干涉仪（VISAR）记录筒壁在距起爆端300mm处的膨胀速度-时间关系[13]，并在药柱两端贴有测试药柱爆速的电探针。相比于使用传统高速扫描摄影相机记录圆筒筒壁的膨胀距离-时间关系，使用VISAR不需要再架设相机及拍摄用爆炸光源，简化了圆筒试验所需试验装置，可靠性较高；同时，对VISAR所记录的膨胀速度-时间关系进行积分，同样可以得到圆筒壁膨胀距离-时间关系，不需要再对相机拍摄的筒壁膨胀迹线进行判读和拟合，故本试验不再设置高速扫描摄影相机。图2为试验装置现场布置及示意图。
2试验结果处理及讨论
2.1不敏感试验结果
1）快速烤燃试验。试验共进行了3次，试验后试样完全反应，烤燃弹一侧端盖脱落，燃料槽体整体完好，即试样反应等级为V类（燃烧反应）。快速烤燃试验产品试验后产品状态见图3.
2）慢速烤燃试验。试验后现场检查试验产品发现：试验产品端盖被冲开，产品整体结构完整，无撕裂、变形等现象发生，试样反应等级为V类（燃烧反应）。慢速烤燃试验产品试验后产品状态见图4.
3）枪弹撞击试验。试验共进行2发，试验后：试验弹体均被枪弹穿透，试样未发生反应,
壳体未破
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被测试样
VISAR 探头
(a)圆筒试验现场照片
(b)圆筒试验装置示意图
(a) Field photo
(b) Schematic diagram
雷管平面波 发生器
铜管
底座
图2使用VISAR 的圆筒试验现场装置布置及装
置示意图
Fig. 2 Schematic diagram and field photo of cylinder
test using VISAR device
(b)端盖(t>) Top
图3快烤试验后试样状态
Fig. 3 Sample morphology after fast cookoff test
裂，验证板完好，反应等级为VI 类(无反应)，反应 后试样状态见图 5.
试验结果表明，GWL 炸药试样在快速烤燃、慢
速烤燃和子弹撞击考核过程中均只发生燃烧反应,
表明试样不敏感性能较好。
2.2圆筒试验结果
对GWL 炸药试样进行50 mm 标准圆筒试验,
得到圆筒壁的膨胀速度-时间(u-t )关系，并对u-t
图4慢烤试验后试样状态
Fig. 4 Sample morphology after slow cookoff test
(a)正面(b)背面(a) Front (b) Back
图5弹头撞击试验后试样状态
Fig. 5 Sample morphology after bullet impaction test
关系进行数值积分，得到圆筒壁的膨胀距离-时间 ((R - R o ) -t )关系，如图6所示。图6中，R 为t 时
刻圆筒的半径,R °为初始状态下的圆筒半径。
图6 GWL 炸药试样圆筒壁膨胀速度和距离益智小游戏大全
Fig. 6 Expansion velocity and distance of cylinder wall
driven by GWL
炸药在爆炸后，CL-20
筒骨汤的做法
分解产生的气态爆轰产
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兵工学报第41卷
物迅速膨胀并驱动圆筒壁加速，该过程极为迅速，可在10滋s左右完成。从图6中可以看出：圆筒开始
膨胀的前15滋s内达到了终态速度的70%以上，并且在这之后保持了相当长时间的缓慢加速过程，此时炸药内的Al-Zn粉体开始参与反应并放出大量的热，支持爆轰产物进一步膨胀〔⑷；起爆后65滋s时圆筒膨胀距离达到41mm的特征点，圆筒壁开始沿环向破裂，爆轰产物由圆筒壁内逸出，圆筒内气体压力迅速下降，加速过程基本结束。此时，爆轰产物相对比容V=7，圆筒壁膨胀速度达到1730m/s.
2.3JWL状态方程的确定
JWL状态方程是基于标准圆筒试验得到的用于描述爆轰产物状态的物态方程。JWL方程的标准形式为
P=A(1-R vH R1V+B(1-R vH R2V+常，
(1)式中：卩为爆轰产物的压力(Pa)；A、B、R1、R2和棕为待定参数;E为炸药比内能(kJ)。
在等熵条件下,JWL状态方程的等熵形式为
p e=Ae R1V+Be R2V+CV-(棕+1),(2)式中:C为待定系数。
相比标准形式，等熵形式的JWL状态方程描述了等熵线上的爆轰产物P-V关系，增加了待定系数C.
确定炸药的JWL状态方程需要对6个系数进行确定。通过Chapman-Jouguet(C-J)条件和Rankin-Hugon
iot(R-H)关系［15］可知，在C-J面上炸药的爆速D j、爆压p j和炸药比内能与爆轰产物比容V j之间应满足如下约束条件：
AR1e-R1V j+BR2e-R2V j+C(1+棕)V J-(2+棕)=p0D；,
(3)
Ae-R1V j+Be-R2V j+CV J-(1+棕)=p J,(4)
E°+1P J D2(1-V j)2,(5)式中：E o=Po Q c,p°为炸药初始密度，Q c为炸药爆热。
将一组R1,R2和棕的值代入(3)式~(5)式中，就得到了一组对应的A、B和C的值，即状态方程中只有3个参数是独立的。确定炸药JWL状态方程的方法是：由以上约束关系确定一组参数的值，代入仿真软件对圆筒试验过程进行数值模拟计算，将计算得到的圆筒膨胀过程与圆筒试验结果进行对比，若结果偏移较大则重新取一组R1、人2和棕的值进行计算，直到圆筒膨胀距离-时间的数值模拟结果与试验结果误差不大于1%为止［「⑺。
城市绿地系统规划应用有限元分析软件Autodyn对圆筒试验过程进行数值模拟计算，建立二维轴对称模型如图7所示。炸药与圆筒均采用Lagrange计算方法，圆筒材料为TU1无氧铜，采用Grunein状态方程及John-son-Cook强度模型〔⑻。定义圆筒与炸药间的接触为External Gap类型，在炸药左端中心设置起爆区域，
起爆方式为面起爆；在距离起爆端300mm水平位置上的筒壁处设置观测点1、观测点2.
图7圆筒试验有限元建模及网格划分
Fig.7Finite element modeling and meshing of cylinder test 经过对炸药JWL状态方程参数的调整得到JWL状态方程参数，其中A=1226.9GPa,B= 41.3GPa,R1=5.5,R2=1.8，棕=0.31.图8、图9为使用JWL状态方程参数计算得到的GWL炸药试样数值模拟结果和试验结果的u-t及(R-R。)-t关系,
Fig.8Comparison of simulated and experimental cylinder expansion velocities
u-t曲线在特征膨胀距离(R-R0=12mm, 25mm,38mm,50mm)上的特征点速度相对误差如表3所示，其最大误差不超过1%.
由表3可知，试验结果与模拟计算结果符合良好，说明得到的浇注CL-20基金属加速炸药的JWL 状态方程参数较为准确，
可以有效描述圆筒试验过
