火工品杂志

火工品杂志2025年第4期

• 高过载下基于爆轰点火的多级点传火火工装置

  黄运銮

  针对某炮射无人机的作动要求，设计了一种能够耐受高过载环境的多级点传火火工装置，该装置在经历高过载过程后被引信输出的爆轰能量点火，点火后共涉及8级点传火过程，完成2次作动过程。锤击试验和压力模拟试验表明：该装置在耐受36 000g（持续时间大于20 ms）过载后，多级点火及火工延期功能均正常，能够实现轴向（推力为15 t）及侧向（推力为5 t）作动功能；引信点火功能试验表明：“迷宫”式点传火结构能够有效降低爆轰波冲击压力，而不影响火焰传播，从而保证该装置被引信输出的爆轰能量正常点火，且隔板完整性不被破坏，传火通道不发生堵塞；地面静爆及火炮发射试验表明：该装置点传火设计可靠，能够耐受至少3 500g的过载，具有足够的设计裕度。该火工装置利用纯火工品原理实现了点火及延期功能，不需弹上提供电力及延时控制装置，为低成本、无供电、无控制系统的炮射类应用场景（例如炮射无人机）提供了一种新思路。

• 气氧酒精点火器在蒸汽发生器上的应用试验研究

  冯 欣

  针对液氧/酒精/水三组元蒸汽发生器可靠稳定点火、重复起动的需求，设计了一种气氧/酒精火炬式点火器，开展了点火器与蒸汽发生器的联合试验，主要研究了不同安装位置和多机并联应用场景下点火器与蒸汽发生器的工作适配性。结果表明：蒸汽发生器的水喷入后对点火器的出口火焰无显著影响，因此，在液氧、酒精喷入时，点火器处于正常工作状态；在蒸汽发生器头部与身部2种安装位置下，点火器均有足够的点火能量快速起动蒸汽发生器，无点火延时现象，表明点火器与蒸汽发生器的工作适配性良好；该点火器能够实现蒸汽发生器多机同时启动要求，工作一致性好，起动状态平稳。

• 钝感电起爆器始发装药对输出冲击特性的影响研究

  高光磊

  为了深入研究钝感电起爆器的输出冲击特性，分别以CMC-斯蒂芬酸钡（CMC-BaTNR）、斯蒂芬酸铅（LTNR）、铅钡共晶起爆药、Zr/KClO4（ZPP）为始发装药，以Al/KClO4点火药为输出装药，制备钝感电起爆器样品；采用聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride，PVDF）压电传感器对不同始发装药类型和药量，以及压装和未压装输出装药条件下钝感电起爆器的输出冲击压力进行测试。结果表明：在压装和未压装Al/KClO4点火药的情况下，基于相同药量的4种始发装药的起爆器冲击压力峰值的变化趋势一致，由大到小依次为：ZPP、LTNR、铅钡共晶起爆药、CMC-BaTNR；对于同一种始发装药，随着装药量增大，起爆器的输出冲击压力增大，达到峰值压力的时间缩短；以PVDF压电传感器表征起爆器输出特性的方法对工程应用具有指导意义。

• 基于Abaqus子程序的火工装置快速三维仿真方法

  张 威

  针对现有火工装置性能仿真方法在速度、精度、可视化方面的局限性，提出了一种基于Abaqus子程序的火工装置快速三维仿真方法。该方法使用内弹道模型和子程序的组合代替流固耦合，解决了传统有限元仿真方法中流体计算收敛难、步长小的难题，且剥离了流固耦合中复杂的接触计算，避免了穿透、泄漏等常见问题，实现了快速计算。以某典型弹射器为例，进行了工作过程的仿真计算，与相关文献的计算结果进行对比，确定了该仿真方法的正确性，且计算时间节省近97%；并利用该方法分析了弹射质量、剪切销切断力、药量对速度的影响，结论与实际情况基本一致。该方法可为火工装置的设计和仿真分析提供参考。

• 电弧点火方式与点火药的适配性研究

  马 丽

  为了探究电弧点火方式与点火药之间的适配性，制备了硼/硝酸钾、锆粉/高氯酸钾、四氧化三铅/普鲁士蓝/高氯酸钾、四氧化三铅/硝酸铵/间二硝基苯、铝粉/钛粉/硝酸钾、锆粉/氯酸钾、钛粉/高氯酸钾、硝酸铅/2-硝基间苯二酚、四氧化三铅/硝酸铅/2-硝基间苯二酚9种点火药；通过对尖头、平头、圆头电极进行放电实验，筛选出能够稳定形成电弧的电极结构；在高、低电压下，分别对粉末状、片状硼/硝酸钾点火药进行电弧点火实验，对比分析不同状态下点火药的点燃情况；在此基础上，对9种粉末状点火药进行了电弧点火实验。结果表明：电弧电极尖端间距为1 mm的平头电极在20，1 000 kV下均能形成稳定电弧；20 kV低压电弧对粉末状硼/硝酸钾点火药的点火效果较佳；20 kV下，含硼、锆、铝、钾盐的点火药对电弧刺激较为敏感，易被点燃，电弧点火适配性较高；含间二硝基苯、2-硝基间苯二酚的点火药的电弧点火适配性较低。

• 表面活性剂对TNT凝固结晶形态和性能的影响研究

  吴志远

  为了改善熔铸炸药凝固结晶形态，从而提高熔铸装药质量，以TNT为研究对象，分别选用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和司班80（Span80）为表面活性剂，通过实验研究了表面活性剂类型和添加量对TNT凝固结晶形态及TNT成型药柱密度和抗压强度的影响，优选出适宜高质量凝固结晶形成的表面活性剂和较佳添加量。结果表明：两性表面活性剂BS-12、非离子表面活性剂PVP和Span80均对TNT凝固结晶形态起到有效的控制作用；添加量为1%的PVP对TNT凝固结晶形态的控制效果最好，其熔铸成型药柱内部晶粒近于球形、排列紧密，粒径约为150～200 μm，相较于纯TNT成型药柱，其药柱密度增加了1.4%，抗压强度增加了10.8%。

• 落锤撞击缝隙挤压下PBX装药点火行为研究

  胡秋实

  为了探究结构缝隙对装药在低速撞击下的安全性影响，针对带矩形缝隙PBX装药，研究了落锤撞击下炸药缝隙挤压点火响应行为。结果表明：缝隙挤压加载下样品内部形成滑移区和死区，滑移区外轮廓为楔形。对于撞击速度低至几米?秒-1的情况，壁面附近反向流动的炸药与正向运动压头之间的摩擦效应超过滑移区-死区剪切效应，成为主控点火机制。点火发生在缝隙内部或压头侧面，不发生在滑移区-死区界面。对点火发生在压头侧面的情况，点火时间随缝隙截面积的减小而减小。点火可能因泄压而熄灭，也可能由于缺乏流动空间不能及时泄压，使点火后的燃烧向缝隙内部发展，反应烈度增加。

• RDX基线型聚能切割索对太阳能帆板的毁伤研究

  刘西水

  为了实现RDX基线型聚能切割索对空间太阳能帆板的高效、低烈度毁伤，设计了A型和B型2种不同结构参数的线型聚能切割索，其药型罩最大宽度分别为3 mm和4 mm；开展了聚能切割索爆炸切割太阳能帆板的地面试验，对其切割性能及毁伤烈度进行了分析。结果表明：A型和B型切割索均能连续的、完整的切断大长度的太阳能帆板；A型切割索爆炸及侵彻太阳能帆板后没有产生大尺寸碎片，可实现低烈度毁伤；B型切割索产生的碎片显著增多，其中多块碎片达到了空间危险碎片尺寸范围，不满足低烈度毁伤；减小炸药比重和增大药型罩与太阳能帆板的预设距离，可以有效控制切割索对太阳能帆板的毁伤烈度。本研究可为太空非合作目标关键部件的高效、低烈度毁伤提供参考。

• 微生物燃料电池降解RDX废水的性能和机理研究

  葛立芳

  为探究微生物燃料电池（MFC）降解黑索今（RDX）废水的性能和机理，搭建了3个MFC装置，其进水分别为加碳源的RDX废水、RDX废水和经光催化预处理后的RDX废水。对不同进水条件下MFC对RDX废水的处理效果、MFC的产电性能和能量回收率进行对比，并对MFC降解RDX废水的机理进行了分析。结果表明：进水为经光催化预处理后的RDX废水时，MFC的RDX废水处理效果、综合产电性能和能量回收率均最好；进水为加碳源的RDX废水时，MFC性能居中；进水为RDX废水时，MFC性能最差。不同进水MFC对RDX的降解途径相同，推测其降解途径为：RDX先被代谢生成1, 5-二硝基-3-亚硝基-1, 3, 5-三氮杂环己烷（MNX），然后经过一系列代谢反应生成亚甲基二硝铵（MEDINA），最后再分解为小分子。

• 膨化硝铵炸药用复合油相性能研究

  李广乐

  为了探究膨化剂含量对复合油相基础性能及膨化硝铵炸药性能的影响，分别研究了膨化剂含量对复合油相的运动粘度、滴熔点、热稳定性和燃烧热的影响；在此基础上，研究了基于不同膨化剂含量的复合油相的膨化硝铵炸药粉末的热稳定性及吸湿性，并对其微观结构进行了对比分析。结果表明：只有膨化剂含量为3%～5%的复合油相的运动粘度低于纯复合油相；当膨化剂含量为4%～7%时，随着膨化剂含量增加，复合油相的滴熔点显著提高；在室温～200 ℃温度范围、10 ℃?min-1升温速率条件下，含3%、4%、5%膨化剂的复合油相均未发生分解，具有良好的热稳定性，有利于安全生产；在复合油相中添加膨化剂可以提高其燃烧热。膨化剂含量为4%时，膨化硝铵炸药粉末的吸湿率最小，最有利于长期储存，因此，复合油相中膨化剂的较佳添加量为4%。

• 密实介质与装药尺寸对JH-14爆炸冲击波传播特性的影响研究

  刘文杰

  为探究密实介质及装药尺寸对冲击波传播特性的影响，采用锰铜压阻法测试了JH-14爆炸冲击波经不同厚度有机玻璃衰减后的压力数据，在此基础上建立了相应的仿真模型并验证了模型的正确性。基于此模型，对不同密实介质材质、装药直径及高径比条件下JH-14爆炸冲击波的衰减过程进行仿真，计算了衰减系数，分析了密实介质材质及装药尺寸对冲击波衰减系数的影响。结果表明：JH-14爆炸冲击波在橡胶密实介质中的衰减系数为0.241 9，衰减速度最快；在铝质密实介质中的衰减系数为0.094 9，衰减速度最慢。在同一装药高度下，冲击波在有机玻璃中的衰减速度随着装药直径的增大而减小。当装药质量为8.0 g时，随着装药高径比增大，冲击波衰减系数先减小后增大，当装药高径比为1.56时，冲击波衰减系数最小，衰减速度最慢。

• 毫秒级延期药配方设计及性能优化研究

  陈 帅

  为了优化毫秒级延期药配方设计及延期性能，制备了硼/铬酸钡、硅/四氧化三铅、硅/氧化铜3种延期药，采用离散元法（DEM）对药剂颗粒混合过程进行仿真，并结合扫描电镜（SEM）及能谱仪（EDS）对颗粒混合均匀性进行了分析；采用高压脉冲电源对3种延期药进行了点火试验，并对不同配比下硼/铬酸钡延期药的燃速和延期时间进行测试，筛选出延期时间等于100 ms的延期药配方；测试了药剂粒度、粘合剂比例等对硼/铬酸钡延期性能的影响。结果表明：混料机转速为60 r?min-1时，延期药颗粒间达到了较佳的均匀性。硼/铬酸钡、硅/四氧化三铅2种粉末状延期药均能被引燃，硅/氧化铜粉末延期药未能被点燃；硼/铬酸钡延期药压片后也能被引燃，硅/四氧化三铅延期药压片未能被引燃。硼/铬酸钡质量比为7.5/92.5，装药密度为2.12 g?cm-3时，延期药燃速达到3.87 cm?s-1，延期时间为100 ms，满足100 ms延期药设计要求。

• 氢气/乙醇二元混合燃气爆炸特性研究

  朱 源

  为了探究当量比和初始压力变化对氢/乙醇二元混合燃气爆炸特性的影响，基于定容燃烧弹并结合高速纹影系统进行了实验，分析了不同当量比和初始压力下，氢/乙醇二元混合燃气火焰形态、爆炸压力、爆炸压力上升率、爆燃指数、层流燃烧速度、爆炸持续时间和敏感性系数的变化。结果表明：随着当量比增加，峰值爆炸压力、峰值爆炸压力上升率和爆燃指数先升高后降低，当量比为1.2～1.3时达到最大值，此时爆炸持续时间最短；随着初始压力增加，火焰层流燃烧速度降低，而爆炸强度增强。富燃混合气的爆燃指数均高于20 MPa?m?s-1，爆炸危险等级较高；部分工况下的爆燃指数超过40 MPa?m?s-1，此时氢气/乙醇/空气混合燃气处于极度危险状态。爆炸剧烈程度与H、OH自由基密切相关，支链反应R1：H + O2 <=> O + OH和链终止反应R127：CH3 + H (+ M) <=> CH4 (+ M)是影响爆炸反应强度的最重要的2个基元反应。该研究可为相关高压气体储存装置或输运装置设计提供一定的理论指导。

• 3D打印纳米铝热含能薄膜的固体推进剂点火特性 研究

  杨 智

  为了适应端面燃烧高装填比固体火箭发动机的点火需求，基于Al/CuO/PVDF纳米铝热含能体系，设计了3种不同粘结剂含量的含能墨水配方，采用3D墨水直写打印技术制备了3种厚度均为150 μm的含能薄膜。对含能薄膜的微观形貌、热性能和燃烧性能进行了表征和测试，并对含能薄膜与固体推进剂的点火匹配特性进行了试验研究。结果表明：3种含能薄膜表观质量好、结构完整、组分分布均匀；随着配方中PVDF组分含量的增加，薄膜放热量降低，相应的薄膜燃速也降低；配方F2具有最小的点火延迟，平均值为107 ms，点火延迟与燃速不是简单的正相关关系，即最低点火延迟在合适的燃速下获得。

• 正交排列钢纤维增强钢/铝复合板的制备及其力学 性能研究

  吴俊杰

  为了探究正交排列的钢纤维对钢/铝复合板力学性能的影响，采用AUTODYN软件对爆炸焊接制备正交钢纤维增强钢/铝复合板的过程进行了仿真，分析了平行和垂直于爆轰方向的钢纤维与基板、复板结合界面的演化及热力学性能；并对钢纤维增强钢/铝复合板结合界面的微观结构、元素分布及力学性能进行了试验测试。结果表明：由于垂直于爆轰方向的纤维阻挡了射流，熔融状态下的射流粒子与钢纤维粒子在高温高压的环境下发生互融现象，形成具有裂纹、孔洞的金属间化合物，沿射流方向存在金属间化合物由五铝化亚铁向铝化亚铁的转变过程，机械性能逐渐降低；钢纤维增强钢/铝复合板的抗拉强度和压缩强度较无纤维钢/铝复合板分别提高了5.1%和10.9%。

• 彩色火药纹画的原理与实践

  吕允欣

  为了实现火药纹画从黑白到彩色的转变，同时提升轮廓的清晰度和制作过程的安全性，从火药纹画用火药及其工艺流程两方面进行了研究。提出了一种新型淀粉火药，对其燃烧过程进行理论计算，分析了氧平衡特性，计算了爆热、爆速、爆压、爆轰气体产量等参数；同时，对作画工艺进行了改进，并通过实验对改进效果进行了验证。结果表明：该淀粉火药由氯酸钾、硫和淀粉组成，未添加炭粉，燃烧后不产生固体碳单质，因此其浅色产物以及高温对纸张的热作用痕迹可以在画纸上真实呈现，形成黄绿色的特殊纹路；该淀粉火药为微负氧平衡火药，缺氧程度较低，可以在保证燃烧效果的同时，减少有毒气体产生；采用筛网铺撒火药，能够提高火药颗粒的一致性和铺撒均匀性，从而改善火药纹画轮廓模糊、画纸局部烧穿等现象，使其轮廓清晰细腻、色彩深浅一致。