【摘 要】
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金属氢化物是一种极具潜力的含能材料组分,在爆炸高温高压作用下,金属氢化物的响应特性对混合炸药爆轰性能影响显著。因此,研究高温高压作用下金属氢化物的力学响应和化学响应对含金属氢化物混合炸药的开发和应用具有重要意义。本研究以Zr H2、KCl O3、Zr H2/KCl O3、Zr H2/PETN为研究对象,将爆轰作用解耦。首先利用一级轻气炮冲击加载模拟瞬态高压作用研究了Zr H2、KCl O3和Zr
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金属氢化物是一种极具潜力的含能材料组分,在爆炸高温高压作用下,金属氢化物的响应特性对混合炸药爆轰性能影响显著。因此,研究高温高压作用下金属氢化物的力学响应和化学响应对含金属氢化物混合炸药的开发和应用具有重要意义。本研究以Zr H2、KCl O3、Zr H2/KCl O3、Zr H2/PETN为研究对象,将爆轰作用解耦。首先利用一级轻气炮冲击加载模拟瞬态高压作用研究了Zr H2、KCl O3和Zr H2/KCl O3的冲击力-化响应特性,并根据冲击回收实验和爆炸回收实验,探索了氢化锆的冲击反应机制。然后利用快速电点火手段模拟瞬态高温作用研究了混合炸药中氢化锆的反应特性和反应机理,并利用爆轰驱动平板实验对氢化锆型混合炸药的作功能力进行评价,探索瞬态高温下氢化锆型混合炸药的反应特性与其作功特性的联系。主要结论如下:（1）利用一级轻气炮高速发射技术在0.518～3.236GPa压力内对P=20%和35%的疏松态Zr H2开展了平板撞击实验,其US-up关系依次为:Us=1.879+1.639up（P=20%）,Us=0.666+2.610up（P=35%）;在0.840～3.924GPa压力内研究了P=2%的KCl O3的冲击压缩特性,其US-up关系为:Us=2.659+1.010up;在0.252～4.903GPa压力内研究了P=2%的Zr H2/KCl O3的冲击绝热线,其US-up关系为:Us=2.358+2.160up。并基于各材料的US-up关系,根据平面冲击波的质量守恒和动量守恒方程,分别获得了其他形式的Hugoniot关系,包括p-up,p-V和p-ρ关系。（2）基于孔隙率分别为20%和35%的疏松态Zr H2实验Hugoniot数据,利用基于孔隙塌缩能量外推的冲击绝热线计算方法,预测了其他孔隙率Zr H2的冲击绝热线。并根据沃尔什法计算获得了不同孔隙率氢化锆的冲击温升曲线,发现高孔隙率氢化锆利于获得更高的冲击温度。（3）利用轻气炮加载、乳化炸药接触爆炸和太安炸药接触爆炸三种加载手段,对Zr H2开展了冲击回收实验,并对回收产物进行了粒度测试、XRD测试和SEM测试。研究结果表明:在单纯的高压作用下,Zr H2未发生明显物相变化,但冲击后Zr H2有明显的破碎现象。同时开展了Zr H2/PETN混合炸药爆轰产物回收实验,通过XRD测试发现回收产物中含有Zr O2,说明Zr H2在爆轰过程中的反应机制为高温为主,高压为辅的冲击辅助化学反应。（4）对比研究KCl O3和Zr H2/KCl O3的实验冲击绝热线,发现氢化锆的加入增大了混合体系的密度,在相同的冲击速度下利于Zr H2/KCl O3获得更高的冲击压力。同时,通过高速摄像机拍摄的KCl O3和Zr H2/KCl O3冲击反应过程,发现Zr H2作为添加剂可以增强混合体系的反应活性,且延长反应持续时间。（5）分别对不同Zr H2含量的Zr H2/PETN混合物和不同氧平衡的Zr H2/KCl O3混合物开展了快速电点火实验和爆轰驱动平板实验,研究结果表明:Zr H2含量和氧平衡对混合炸药反应特性和作功特性有显著影响。Zr H2前期对炸药的能量密度有一定稀释作用,但后期持续反应提供作功能量,呈现出明显的后燃效应,延长了混合炸药持续作功时间,其作功特点与快速电点火作用下氢化锆型混合炸药的反应特性具有较好的一致性。
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