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径向变密度球扁药：制备工艺、燃烧性能及应用探索

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代军事与工业领域，高性能的含能材料至关重要，径向变密度球扁药作为其中的关键一员，发挥着不可替代的作用。在军事方面，其是武器发射系统的核心能源，直接决定着武器的威力与性能。例如在火炮系统中，优质的径向变密度球扁药能使炮弹获得更高的初速和更远的射程，增强火炮的打击能力；在轻武器中，合适的发射药可确保射击的精度和可靠性，提升单兵作战效能。在工业领域，其在一些特殊的爆破作业中也有应用，能够实现精准、高效的爆破，满足特定工程需求。

制备工艺对径向变密度球扁药的性能起着决定性作用。不同的制备工艺会导致药粒的微观结构、密度分布等产生差异，进而影响其燃烧性能。优化制备工艺可以提高药粒的质量稳定性和一致性，减少性能波动，这对于武器系统的可靠性和稳定性至关重要。良好的制备工艺还能降低生产成本，提高生产效率，有利于大规模生产应用。

燃烧性能是径向变密度球扁药的关键性能指标，它直接关系到能量释放的速率和效率。合理的燃烧性能可以使发射药在武器系统中实现高效的能量转换，提高作功能力，减少能量损失，从而提升武器的综合性能。对燃烧性能的深入研究有助于开发出更加符合实际需求的发射药，推动军事和工业技术的发展。因此，开展径向变密度球扁药制备工艺与燃烧性能研究具有重要的现实意义和应用价值。

1.2国内外研究现状

国外对径向变密度球扁药的研究起步较早，在制备工艺方面，一些先进的技术如精密注塑成型、微流控技术等被应用于药粒制备，能够精确控制药粒的形状、尺寸和密度分布。通过这些技术制备的球扁药具有更好的一致性和稳定性。在燃烧性能研究上，采用先进的实验设备和数值模拟方法，如高速摄像机、激光诊断技术以及大型商业CFD软件等，对药粒的燃烧过程进行深入研究，能够详细分析燃烧机理和影响因素，建立了较为完善的燃烧模型。

国内在这方面的研究也取得了显著进展。在制备工艺上，不断改进传统的挤压成型、溶胀成型等方法，提高药粒的质量和生产效率。例如通过优化挤压工艺参数，改善药粒的密度均匀性；利用溶胀成型技术制备具有特殊结构的球扁药，以满足不同的应用需求。在燃烧性能研究方面，结合国内实际情况，自主研发了一些实验装置和测试方法，对球扁药的燃烧特性进行了大量实验研究。同时，也积极采用数值模拟方法，如自主开发的燃烧模拟程序等，对燃烧过程进行模拟分析，取得了一系列有价值的研究成果。然而，与国外先进水平相比，国内在制备工艺的精度控制、燃烧性能的精确预测等方面仍存在一定差距，需要进一步深入研究和探索。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括两个方面。一是径向变密度球扁药的制备工艺研究，通过对传统制备工艺进行改进和优化，探索新的制备方法，研究不同制备工艺参数对药粒微观结构、密度分布等的影响规律，以获得高质量、性能稳定的球扁药。二是径向变密度球扁药的燃烧性能研究，利用实验测试和数值模拟相结合的方法，深入研究药粒的燃烧机理、燃烧速率、燃烧产物等燃烧性能指标，分析不同因素对燃烧性能的影响，建立准确的燃烧性能模型。

在研究方法上，采用实验研究与数值模拟相结合的方式。实验研究方面，搭建相关实验平台，包括药粒制备实验装置和燃烧性能测试装置。通过改变制备工艺参数，制备不同规格的球扁药样品，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等设备对药粒的微观结构和成分进行分析；采用密闭爆发器、靶场实验等方法对球扁药的燃烧性能进行测试，获取实验数据。数值模拟方面，基于计算流体力学（CFD）理论和燃烧动力学模型，利用专业的数值模拟软件对球扁药的燃烧过程进行模拟计算，分析燃烧过程中的物理现象和化学反应，与实验结果相互验证和补充，深入揭示燃烧性能的影响因素和作用机制。

二、径向变密度球扁药概述

2.1基本概念与结构特点

径向变密度球扁药是一种具有特殊结构和性能的含能材料，其药粒形状呈扁球状，在径向方向上密度呈现非均匀分布。这种独特的密度分布是通过特定的制备工艺实现的，使得药粒在不同径向位置具有不同的物理和化学性质。

从微观结构来看，径向变密度球扁药内部存在着复杂的孔隙结构和成分分布差异。在药粒的中心区域和边缘区域，其密度、孔隙率以及所含的能量成分等都有所不同。这种结构特点赋予了球扁药一些特殊的性能。例如，密度的变化可以影响药粒的燃烧起始点和燃烧传播路径。在较低密度区域，由于物质相对疏松，燃烧可能更容易起始，热量能够较快地传递和扩散；而在较高密度区域，燃烧传播速度可能相对较慢，但能够提供更持久的能量释放。孔隙结构也对燃烧性能有着重要影响，合适的孔隙可以增加燃烧表面积，促进燃烧反应的进行，提高燃烧效率。

结构特点还会影响球扁药的力学性能和稳定性。非均匀的密度分布可能导致药粒在受力时产生不同的应力响应，需要在设计和应用中