火工品杂志

火工品杂志2025年第6期

• 火炸药静电危险性研究进展

  曹佳伟

  火炸药在生产与储运过程中存在显著的静电危险性，针对这一问题的研究对确保火工品的安全生产至关重要。综述了近年来关于火炸药静电性能试验和静电危险性仿真的国内外研究进展。首先，分析了静电火花感度和静电积累特性的测试原理以及环境温度、湿度、测试条件和药剂粒径等因素对静电火花感度和静电积累特性的影响规律。然后，总结了火炸药在筒仓内静电场强分布的变化规律和药剂颗粒的荷电特性，并对有限元法（FEM）和离散元法（DEM）2种仿真方法的适用性和局限性进行了对比分析。最后，总结了当前研究存在的不足，并指出了未来的研究方向：统一火炸药静电特性测试标准，建立火炸药静电特性数据库；构建涵盖分子、颗粒与设备的多尺度仿真体系；在此基础上，构建覆盖“人-机-环”全过程的静电安全防护体系，以期为火炸药的安全生产和使用提供可靠保障。

• AlH3的静电积累特性研究

  吕竺兴

  为了探究三氢化铝（AlH3）输送过程中的静电积累特性，建立了环境可控的非接触式粉体静电积累量测试平台，并基于有限元仿真平台建立静电积累模型，通过实验与数值模拟相结合的方法，探究了AlH3粉体从不锈钢斜槽滑落过程中的静电积累特性。结果表明：AlH3的静电积累量与粉体质量呈非线性负相关关系，当斜槽倾角为50 °时，随着粉体质量从2 g增加至10 g，其荷质比由-2.319 μC?kg-1减小至-1.044 μC?kg-1；当粉体质量为5 g时，随着斜槽倾角由50 °增加至70 °，AlH3的荷质比由-1.454 μC?kg-1增加至-2.288 μC?kg-1；当粉体质量为5 g，斜槽倾角为50 °时，随着环境湿度由20%升高至80%，AlH3的荷质比由-2.319 μC?kg-1降低至-0.833 μC?kg-1；模拟结果与实验结果基本一致，吻合度达94%以上。

• 高安全钝感模块化氧烛点火药研究

  骆元元

  为了增强固体化学氧气发生器用点火药的安全性与可靠性，同时提升其生产的便捷性与高效性，基于复合氧化剂、复合金属粉及无机填料设计了一种新型点火药配方，并对其机械化干法压制成型工艺进行了探索；采用该新型点火药装配了固体化学氧气发生器试验件，对其供氧效果进行了测试与分析。结果表明：通过在配方中引入无机填料，可在显著降低配方感度的同时，确保点火药的正常燃烧性能。采用机械式干法压制成型工艺，能够实现点火药的模块化生产，大幅提高生产效率，降低安全隐患。该新型点火药能够在-40～50 ℃环境温度下安全可靠地启动固体化学氧气发生器试验件，且供氧过程稳定，残渣稳固。本研究有助于推动固体化学氧气发生器在我国应急救生呼吸防护系统中的应用与发展。

• 含电离种子发射药燃烧导电特性研究

  陈春林

  为了探究电离种子类型、含量及装填密度对发射药燃烧导电特性的影响，构建了含电离种子发射药燃烧电导率模型，基于经Debye-Hückel理论修正的最小吉布斯自由能法求解了其燃烧组分及电子数密度，并对计算的准确性进行了验证；将电导率模型与内弹道模型耦合，数值模拟了不同类型、不同含量以及不同装填密度下，电离种子发射药燃气电子密度和电导率随温度和时间的变化规律。结果表明：相较于含硝酸钠、硝酸钾电离种子发射药，含硝酸铯电离种子发射药更容易分解电离；随着电离种子含量增加，其等离子体电子密度和电导率均增大，含10%硝酸铯电离种子发射药的等离子体电子密度是含2%硝酸铯电离种子发射药的2.25倍，电导率提高了近10 S?m-1。在发射药燃烧过程同一时间点，装填密度越高，其等离子体电子密度越高，电导率也越高。本研究可为含电离种子发射药的应用提供理论依据。

• 硝铵和呋咱类氧化石墨烯基复合含能材料的激光响应特性研究

  张永军

  为了探究氧化石墨烯（GO）基复合含能材料的热稳定性及激光响应特性，分别以硝铵炸药RDX、CL?20及呋咱类炸药DNTF为含能组分，采用溶剂挥发法和水热法制备了不同GO含量的复合含能材料GO@RDX、GO@CL-20、GO@DNTF，对其微观形貌、晶体结构、热稳定性和激光响应特性进行了试验研究，并对其激光响应机制进行了探讨。结果表明：GO与RDX、CL-20和DNTF颗粒形成的插层结构促使外界热流传输至复合含能材料内部，导致其热稳定性降低；GO显著增强复合材料的光吸收能力，进而提升其对激光的响应灵敏度，其中GO@CL?20在激光作用下迅速燃烧，而GO@RDX和GO@DNTF则发生部分分解；GO在980 nm激光刺激下可实现快速升温，其光-热转换效应与其对含能材料热分解的催化作用形成耦合，促使含能材料快速分解。

• 典型TNT装药爆炸火球及热辐射效应规律研究

  马智勇

  为探究TNT装药在空爆实验中火球热效应的变化规律，对176 g裸药柱、921 g裸药柱、921 g带壳药柱3种规格的TNT药柱开展空爆实验，采用高速摄像机、瞬态热电偶和热辐射传感器对爆炸火球的半径、温度、热流及热通量进行了测试与分析。结果表明：3种规格TNT药柱的火球最大半径实验值与计算值吻合良好。随着装药量增加，爆炸火球温度明显升高，176 g裸药柱在距离爆心0.8，3.0 m处的最高温度分别为511.17，152.12 ℃，921 g药柱在距离爆心0.8 m处的最高温度为829.8 ℃。热辐射通量在爆炸火球外部时快速降低，176 g药柱在距离爆心2.0 m处的热通量最高值为10.72 kW?m-2，921 g药柱在距离爆心2.0，3.0，4.0 m处的热通量最高值分别为524.09，56.96，15.14 kW?m2，重现性良好。试验结果还证实了等效裸装药量换算公式在火球尺寸等效方面的适用性，并实现了典型TNT装药热辐射效应的高精度测量。本研究可为弹药爆炸热毁伤评估与防护设计提供数据支撑与理论依据。

• ZnWO4/CdS合成及其光催化降解TNT废水的性能研究

  刘红红

  为探究钨酸锌（ZnWO4）含量对ZnWO4/CdS降解TNT废水性能的影响，采用水热法与共沉淀法合成了具有三维纳米棒结构的ZnWO4/CdS复合光催化剂，并利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）及光催化性能测试等手段对其微观形貌、晶体结构及光催化行为进行了表征与测试。结果表明：与单一ZnWO4和CdS相比，ZnWO4/CdS异质结具有更多的反应活性位点，增加了紫外-可见光的吸收强度，降低了电化学阻抗，提高了光生电子-空穴对的分离效率；同时，ZnWO4与CdS之间产生的协同效应提高了复合材料的光催化反应活性和循环稳定性。ZnWO4含量为0.2 g时，ZnWO4/CdS在40 min内对TNT废水的降解率达到88%，且经过4次循环使用后，其降解率仍保持在80%以上，显示出良好的实际应用潜力。

• 高温下HMX/Al热分解反应分子动力学研究

  鲁 娜

  为研究Al粉含量对HMX/Al混合物热分解过程及其生成产物的影响，采用ReaxFF反应分子动力学方法，构建具有核壳结构的HMX/Al混合模型，对不同Al粉含量的HMX/Al混合物在高温下的热分解过程进行了仿真，通过分析混合体系势能、分子及物种总数、化学键数量的变化及产物分布，探究了HMX/Al混合物的热分解机理。结果表明：随着HMX/Al混合物中Al粉含量的增加，其势能下降速率变缓，热分解生成的中间产物类型及分子总量减少；Al与HMX分子之间会形成Al—O键，存在较强的吸附作用，使HMX分子的N—O键和C—N键被拉伸，导致其断裂并开环，引发HMX的初始热分解，与纯HMX中N—NO2键断裂的初始分解路径不同；随着Al粉含量增加，HMX/Al混合物热分解生成N2的含量与纯HMX相差不大，而生成H2O、CO2的含量减少。

• 泡沫镍与CO2协同作用下的甲烷爆炸特性研究

  刘 雄

  为了探究瓦斯爆炸的高效抑制技术，从而提升瓦斯抽放管输工程的安全性，通过实验研究了不同孔隙度泡沫镍协同不同喷气压力CO2对爆炸管中甲烷爆炸特性的影响，分析了不同实验条件下的火焰结构、火焰锋面速度和爆炸超压，并探讨了多孔材料协同CO2对CH4爆炸火焰传播的影响机理。结果表明：随着喷气压力增大，CO2气体扰乱CH4爆炸火焰前锋效果增强，火焰明亮程度与爆炸强度减弱；泡沫镍协同CO2对CH4爆炸火焰具有促进与抑制2种作用效果。当火焰被成功淬熄时，火焰传播速度、爆炸超压峰值均降低；当火焰淬熄失效时，火焰传播速度、爆炸超压峰值均上升；当多孔材料的孔隙度为40 PPI、CO2喷气压力为0.5 MPa时，隔抑爆效果最好，爆炸超压上游衰减率可达85.61%，对爆炸超压下游衰减率可达65.38%。

• 改性粉煤灰烟幕遮蔽特性研究

  宋钦湘

  为研制一种高效费比、不导电的新型抗红外冷烟幕剂，采用氢氧化钠溶液对粉煤灰进行碱改性处理，制备了粉煤灰干扰剂。基于此干扰剂，设计了爆炸分散型战斗部，通过静爆试验（战斗部吊高为2.5 m）测试了改性粉煤灰烟幕剂的红外干扰性能，并验证了烟幕战斗部布放烟幕的遮蔽性能。结果表明：该烟幕剂对3～5 μm及8～14 μm波段红外辐射均具有良好的红外消光性能，形成的烟幕有效遮蔽时间大于15 s，且红外透过率小于等于5%；该烟幕战斗部在爆炸后0.25 s内即可快速形成大面积烟幕，3.00 s内形成的烟幕遮蔽面积大于等于316.51 m2，且烟幕云团随风漂移成形效果较好。本研究为发展基于工业固体废弃物（粉煤灰）的抗红外烟幕材料及快速大面积施放烟幕技术提供了有效途径。

• 堆积状态烟花爆竹烟火药最小点火能及爆炸特性研究

  何 巍

  烟花爆竹；烟火药；最小点火能；爆炸压力；爆炸特性

• 基于密度泛函的硝酸羟胺基火工品贮存安全性研究

  刘建国

  为了研究硝酸羟胺基火工品在贮存过程中的安全性，采用密度泛函理论中的B3LYP/6-311++G(d, p)方法，对活化基团HNO3与聚乙烯醇（PVA）之间的详细反应过程进行了理论计算分析。共设计了12种可能的反应路径，对各路径中反应物、产物及过渡态的结构进行了能量梯度全优化，并开展了相应的反应动力学分析。结果表明：活化基团HNO3与PVA之间主要发生抽氢反应和亲核取代反应。为提高硝酸羟胺基火工品的贮存稳定性，应尽可能抑制路径5～路径7、路径9～路径12反应的发生。本研究结果对预防硝酸羟胺基火工品在贮存过程中的燃爆事故、保障其贮存与使用安全具有重要指导意义。

• 起爆方式和装药位置对爆炸分离效果的影响研究

  彭加斌

  为了提高某爆炸分离装置的分离可靠性，通过仿真和试验的方法探究了不同起爆方式、主装药位置及薄弱环节壁厚对爆炸分离效果的影响。结果表明：与开放起爆方式相比，采用密闭起爆方式的爆炸分离效果更优。主装药柱与分离装置薄弱环节的匹配度（或者贴合度）是影响爆炸分离效果的关键因素之一。主装药柱端面与A面平齐时，爆炸分离效果最佳；主装药柱端面在A面左侧3.00 mm时，爆炸分离效果次之；主装药柱端面在A面右侧1.25 mm时，爆炸分离效果最差。分离装置薄弱环节壁厚对爆炸分离界面位置和形貌有较大影响，当薄弱环节壁厚不大于6 mm时，分离界面规整且与应力集中面基本重合；而当薄弱环节壁厚大于6 mm时，分离界面呈撕裂状态并离开应力集中面。

• 间距对不锈钢/铜爆炸焊接影响的数值模拟

  缪广红

  为了探讨基复板间距对不锈钢/铜复合板爆炸焊接质量的影响，基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件，分别采用ALE算法和SPH-FEM耦合算法，对不同基复板间距（0.75，1.50，3.00，4.50 mm）下不锈钢/铜的爆炸焊接过程进行了三维数值模拟，分析了焊接过程中碰撞速度、位移、碰撞压力、碰撞角等动态参数的变化。结果表明：ALE算法和SPH-FEM耦合算法下，不同基复板间距特征点输出的碰撞速度和碰撞角均位于爆炸焊接窗口内，且二者输出数值的相对差异在0.2%～4.0%之间，表明4种间距下不锈钢/铜复合板均能够实现复合，且2种算法均适用于不锈钢/铜爆炸焊接的数值模拟。随着基复板间距增加，不锈钢/铜爆炸焊接质量逐渐变好，4.50 mm间距下不锈钢/铜结合面硬度提升至431 HV，焊接质量最好。