兵器科學(xué)與技術(shù)

殺爆彈綜合威力評估方法與應(yīng)用研究

王樹山，韓旭光，王新穎

摘要：殺爆彈（戰(zhàn)斗部）通常由炸藥和金屬殼體組成，通過炸藥爆轟產(chǎn)生的沖擊波和驅(qū)動金屬殼體形成的大量高速破片毀傷有生力量、技術(shù)兵器等地面目標(biāo)以及飛機(jī)、導(dǎo)彈等空中目標(biāo)，殺爆彈（戰(zhàn)斗部）的綜合威力是毀傷目標(biāo)能力綜合體現(xiàn)，對其進(jìn)行定量評估是炸藥應(yīng)用和毀傷技術(shù)水平的核心反映和評定依據(jù)之一。本文定義殺爆彈（戰(zhàn)斗部）威力場通過概率加權(quán)得到的毀傷概率為1的等效空域?yàn)闅鶈T，采用毀傷幅員作為殺爆彈（戰(zhàn)斗部）綜合威力的度量指標(biāo)，通過與目標(biāo)相結(jié)合的綜合威力歸一化定量表征，能夠?qū)Ρ确治霾煌瑲⒈瑥棧☉?zhàn)斗部）對同一目標(biāo)以及同一殺爆彈（戰(zhàn)斗部）對不同目標(biāo)的毀傷能力差別。針對典型的軸對稱二維回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)殺爆戰(zhàn)斗部，提出了一種采用毀傷幅員定量表征與評估殺爆彈（戰(zhàn)斗部）綜合威力的原理和方法，并推導(dǎo)了戰(zhàn)斗部威力場和目標(biāo)毀傷律模型相結(jié)合的毀傷幅員計算模型。為了探討所建立綜合威力定量評估方法的實(shí)用性，進(jìn)行了同一類型、兩種裝藥和結(jié)構(gòu)的殺爆彈靜爆試驗(yàn)，通過測試獲取了沖擊波超壓隨作用距離的分布曲線，以及松木靶和鋼靶的破片穿透密度隨作用距離的分布曲線，并依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證和修正了威力場模型；結(jié)合典型的人員目標(biāo)、普通軍用車輛和輕型裝甲車輛的毀傷概率模型，分別計算兩種殺爆彈對典型目標(biāo)的毀傷幅員。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果以及綜合威力進(jìn)行定量評估與分析，傳統(tǒng)對人員目標(biāo)的毀傷評判標(biāo)準(zhǔn)是密集殺傷半徑，由于只考慮了破片場毀傷而忽略了沖擊波場毀傷，無法全面反映兩種彈的真實(shí)綜合威力，利用本文提出的評估方法可以直觀定量比較兩彈對人員目標(biāo)及車輛目標(biāo)的綜合毀傷威力，同樣還可評定同一殺爆彈對不同目標(biāo)的毀傷能力，可客觀反映戰(zhàn)斗部的固有能力和作戰(zhàn)發(fā)揮能力，并可實(shí)現(xiàn)歸一化的定量分析。本文只給出了毀傷幅員最基本數(shù)學(xué)表達(dá)式，對于一維威力場和三維威力場（周向、徑向和軸向）和異形結(jié)構(gòu)戰(zhàn)斗部，建模方法與此相類似，可根據(jù)實(shí)際情況建立具體形式進(jìn)行推廣應(yīng)用。

來源出版物：兵工學(xué)報, 2017, 27(9)： 1249-1254

入選年份：2017

DNGTz二聚體分子間相互作用的密度泛函理論計算

胡銀，寧艷利，康瑩，等

摘要：目的：分子間的相互作用決定了含能材料中分子的堆積與排列，也與其安全和力學(xué)性能密切相關(guān)。科學(xué)家們對3,6-二硝基胍-S-四嗪（DNGTz）的合成、燃燒性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)DNGTz是一種很有前途的炸藥，但對其理論計算很少。因此，文章從理論上研究了DNTGz二聚體的分子間相互作用，為進(jìn)一步研究DNTGz二聚體的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。方法：在DFTB3LYP/6-31G*水平下，以 CHEM3D軟件構(gòu)建 DNGTz單體和二聚體的初始結(jié)構(gòu)，采用Berny方法進(jìn)行全優(yōu)化，獲得單體和所有可能的優(yōu)化二聚體的幾何構(gòu)型。并且為了確定基組的適用性，以6-311G*基組水平對在6-31G*水平下優(yōu)化的幾何構(gòu)型進(jìn)行單點(diǎn)計算。采用基組疊加誤差（BSSE）和零點(diǎn)能（ZPE）對分子間相互作用能進(jìn)行校正。并將相互作用能與上述方法獲得的進(jìn)行了比較。最后，對各優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了自然鍵軌道分析和頻率計算。在頻率計算的基礎(chǔ)上，從統(tǒng)計熱力學(xué)出發(fā)，導(dǎo)出了熱力學(xué)數(shù)據(jù)及其在二聚化過程中的變化。全部計算均采用Gaussian 98程序完成，收斂精度取程序內(nèi)定值。結(jié)果：通過DFT計算，DNGTz二聚體分子間相互作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面，（1）獲得了DNGTz二聚體勢能面上 9種優(yōu)化幾何構(gòu)型和電子結(jié)構(gòu)。與單體相比，9種二聚體鍵長的變化主要發(fā)生在氫鍵附近，從鍵長的變化可以推斷分子間相互作用可以降低DNGTz的感度。9種二聚體鍵角的變化均在5.94°范圍內(nèi)。9種二聚體二面角的變化意味著在二聚體中氫鍵附近的硝基或胍基基團(tuán)發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。在二聚體 I、II和 IV中分別存在 6，4和3個氫鍵，而在其它二聚體中均有兩個氫鍵?？梢酝茰y出結(jié)合能的大小和穩(wěn)定性排序可能是：Ⅲ＞VI＞V＞Ⅶ＞II＞Ⅷ。（2）經(jīng)BSSE和ZPE校正后的相互作用能（|（ΔE）C，ZPEC|）的大小排序可能是：III＞I＞VI＞IV＞V＞II＞II＞VIII＞II。DNGTz二聚體中最大校正相互作用能為-62.24 kJ/mol，屬于二聚體Ⅲ。這與前面根據(jù)鍵長和接觸點(diǎn)距離來推測二聚體穩(wěn)定性基本相一致，表明氫鍵在分子間相互作用中起重要作用。（3）二聚體子體系間的凈電荷轉(zhuǎn)移很小，幾乎未發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。DNGTz單體和9種二聚體的偶極矩分別為0、0.0023、2.8945、0.3628、10.7599、1.6143、0.1063、0.2117、2.7812和1.4733德拜。（4）從分子間的自然鍵軌道相互作用可以看出，氫鍵是兩個子體系之間的主要分子間相互作用。（5）振動和統(tǒng)計熱力學(xué)分析表明，分子間相互作用是一個放熱過程，伴隨著從單體形成二聚體的熵值減少，并且減少值隨著溫度的升高而降低。二聚體I、III、IV、V、VI和VII的二聚過程在200 K下均能自發(fā)進(jìn)行，二聚體Ⅵ在400 K下可自發(fā)形成。結(jié)論：通過DFT計算，獲得DNGTz二聚體勢能面上9種優(yōu)化幾何構(gòu)型。最穩(wěn)定的二聚體Ⅲ的最大校正分子間相互作用能預(yù)測為-62.24 kJ/mol。通過幾何分析，可以發(fā)現(xiàn)硝基胍基的旋轉(zhuǎn)是分子間相互作用的結(jié)果。此外，單體的氨基與另一單體的 X-NO2基團(tuán)之間的相互作用縮短了 X-NO2基附近的N-N鍵，表明分子間的相互作用降低了DNGTz的感度。NBO分析表明，二聚體子體系之間的凈電荷轉(zhuǎn)移較小，幾乎不發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。最后，二聚體I、III、IV、V、VI和VII的二聚過程在200 K均能自發(fā)進(jìn)行。

來源出版物：火炸藥學(xué)報, 2017, 27(9)： 30-38

入選年份：2017