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4.4.1修正Bingham模型.22
4.4.2Cross模型..27
4.4.3幂律模型30
4.4.4小结.34
结论35
致谢36
参考文献.37
1 引言
1.1 研究背景 火药，是一种含能材料，其属于高能量密度物质，在一定条件下，氧化燃烧十分迅速并且规律，因而其在军工武器领域被广泛应用，发射药则是火药分支的一种。不仅如此，火药在诸如航天、航空、油矿采集、兴修水利、道路修筑等不同领域也被普遍应用[1]。同时，火药可作为枪炮弹药、油矿采集爆破工程、爆燃压裂技术[2]等的发射能源，在我国的经济发展中扮演举足轻重的角色。 而作为火药分支的一种，发射药普遍地作为各种类型的身管武器的发射、飞行、破坏力的能量来源。发射药的功能在于：点燃后，将弹药安全可靠地由管身射出，并精确地命中预定目标，实现对目标的打击、破坏任务[3]。其基本作用原理是：发射药点燃时产生的燃气压力在炮管中可转换为对于弹药的推进力，使得弹药在管内被持续地加速，最终被精准地向目标方向射出，摧毁破坏指定目标[3,4]。 黑火药的发明问世，意着火炸药研究新时代的帷幕被徐徐拉开[5,6]，而硝化纤维素（NC）的问世则是火炸药创新变革的导火索[7]。此后，单基火药、双基火药、三基火药、低易损性火药（LOVA）等亦陆续问世，并在枪炮武器领域作为发射药被广泛应用[7]。即便微波、电磁等新能源问世，以及新能源在军工武器上的逐步应用，发射药依然凭借其优异的性价比、生产效率、便利性等优异性能，在将来的一段很长的时间内保持其无可取代的地位[8]。
1.2 火药的能量集约 火药之所以能作为一种高能量密度物质，是因为其在生产制造过程中经过了化学能的集约、旧化学键的断裂与高能化学键的生成，期间伴随着物理凝聚形态的转变。作为火药的一种，发射药其本质亦是一种通过化学键集约能量的化学能，使用时，通过处于相对高能态的分子的氧化还原反应，将分子中集约的化学能释放出来，最终转变为相对低能态的稳定分子[4]。目前，主要有三种能量集约的物理形态：液体、固体、胶体[4]。液体不仅稳定，并且装填方便；而固体，则具有稳定、高密度的特点，并且，对其能量释放规律的控制相对较为容易；胶体，则在特殊条件下，能够兼具液体、固体的多种长处、优势[4]。 以元素单元预混方式为例，其是通过把氧化性和可燃性原子（或基团）集中在同一分子中来达到能量集约的目的。对于经典的碳、氢、氧、氮体系而言，当各元素处于其各自的游离态（即单质）时，其分子能级将被大大降低。若在此基础上，将各单质继续化合，直至生成自然状态下稳定的化合物体系，即 N2、H2O、CO2，则此为该体系下各个元素能级最低最稳定的状态。若以各元素的游离态进行集约，则除了碳元素外，其余三种元素游离态在自然条件下都是气态，这使得体系不可能具有足够高的能量密度，而且，因为发射药的能量释放是在封闭体系下进行的，因此，不论是O2+H2，亦或是O2+C，在预先混合的情况下，均是亚稳定体系[4]。 经过化合，碳、氧、氮、氢通过不同的化学键相互相连，重新排布，使得氧化性和可燃性原子（或基团）各自位于分子化学键的不同位置，此时，碳、氢、氧、氮构成了相对稳定的凝聚相状态体系。而这一化合过程，究其本质则是一种体系从低能量密度向高能量密度的转变，以及碳、氧、氮、氢四种元素由彼此分散转为预先混合的稳定体系的转变，此即为能量的集约。在这一过程中，通过旧化学键的断裂和高能化学键的生成，化学键承载了体系能量的集约、能量密度提升的功能，决定了体系的稳定状态[4]。 元素单元预混法得到的火药，其可燃性和氧化性原子（或基团）处于同一分子内，彼此距离最接近，因此，这种火药能量释放十分迅速、完全[4]。 而双基药、三基药使用的则是分子单元预混法：先把可燃性和氧化性原子（或基团）集中在不同的分子中，最后用物理混合的方法将它们稳定混合，形成一个稳定的物理化学体系[4]。 此外，双元化学推进剂使用的则是分子多元组成法，即未使用时，将氧化剂和可燃剂分开储存，使用时，再将氧化剂和可燃剂二者混合，使二者进行氧化还原反应，达到能量释放的目的[4]。