兵器科学与技术

5,5'-联四唑-1,1'-二氧-2-甲基咪唑含能离子盐的制备、表征及其热行为

尚宇，金波，彭汝芳，等

摘要：目的：联四唑化合物由于具有较高的正生成焓、能形成广泛的氢键、分解产物主要为环境友好的氮气等特点，在军用和民用方面被广泛研究。实践证明，在四唑环上引入 N-氧化物，通过形成氢键来提高固态下的密度，增加分子中的氧含量来改善氧平衡，将会进一步提高其含能特性，而5,5'-联四唑-1,1'-二氧（BTO）含能阴离子正好满足了上述优异特性。以 5,5'-联四唑-1,1'-二羟基化合物（H2BTO）和 2-甲基咪唑为原料合成了一种新的 5,5'-联四唑-1,1'-二氧-2-甲基咪唑含能盐（M2BTO），并对其结构及含能特性进行了系统的研究。方法：采用酸碱中和反应合成含能离子盐M2BTO，以水为溶剂，采用缓慢挥发法培养其单晶，并运用X-射线单晶衍射、FT-IR、1H NMR、13C NMR和元素分析等技术对其单晶结构进行表征确认。利用差示扫描量热法（DSC）和热重—微分热重法（TG-DTG）研究该含能离子盐的热分解过程，根据含能离子盐M2BTO在5、10、15、20 K·min－1四种升温速率下的DSC曲线，得到不同升温速率下放热峰的峰值温度，运用 Kissinger法和Ozawz-Doyle法法计算其放热分解反应的表观活化能Ea和指前因子A。用Gaussian 09软件和Born-Haber循环得到含能离子盐的生成焓。另外，基于计算的生成焓及单晶密度，采用 Kamlet-Jacobs经验公式计算其爆速、爆压，运用WL-1型撞击感度测试仪测试M2BTO的撞击感度（H50）。结果：X-射线单晶衍射结果表明含能离子盐M2BTO的晶体属于三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数为：a＝0.53860(5) nm，b＝0.72676(6) nm，c＝1.11149(11) nm，V＝401.00(6) nm3，ρ＝1.534 g·cm－3，Z＝1；由 DSC 曲线（10 K·min－1）可知，M2BTO 在481.1～517.9 K区间内有一个吸热过程，对应的吸热峰值温度为 513.7 K，而此区间对应的 TG曲线无明显质量变化，表明该物质正处于熔化过程。随着温度的上升，该化合物在503.5～568.2 K有一个失重阶段，失重78.2%，DSC曲线显示M2BTO在542.1 K处有一个尖锐的放热峰，表明该含能离子盐发生了强烈的分解放热反应。由 Kissinger法和 Ozawz-Doyle法得到的表观活化能分别为 134.7 kJ·mol－1和 136.7 kJ·mol－1，指前因子ln(A/s－1)＝29.33；由 Gaussian 09 软件和 Born-Haber循环得到含能离子盐的生成焓为751.13 kJ·mol－1，基于计算的生成焓及单晶密度，由Kamlet-Jacobs经验公式得到其爆速、爆压值分别为D＝7104 m·s－1、P＝20.23 GPa；该含能离子盐的撞击感度H50＞61.0 cm。结论：成功合成并表征了一种新的含能离子盐M2BTO。该含能离子盐的热稳定性优于常用的含能材料RDX（Tp＝483.2 K）和CL-20（Tp＝488.2 K）。由平均表观活化能（Ek和Eo的平均值）和指前因子得到的 M2BTO热分解过程的Arrhenius方程为：lnk＝29.33－135.7×103/RT，含能离子盐 M2BTO 相比TNT（6881 m·s－1，19.50 GPa，IS＝15 J）具有较高的爆轰参数和撞击感度。

来源出版物：火炸药学报, 2016, 39(5): 104-110

入选年份：2016

基于海豚whistle信号的仿生主动声纳隐蔽探测技术研究

殷敬伟，刘强，陈阳，等

摘要：潜艇的辐射噪声级逐年降低，使得被动声呐方法难以探测到新一代的安静型潜艇，而主动声呐是探测安静型潜艇的一种较为有效的方法，但主动声呐探测方式具有易暴露、隐蔽性差的问题。为解决此问题，提出一种基于海豚whistle信号的仿生隐蔽主动声呐探测方式。自然界海豚的生物声呐被誉为世界上性能最优异声呐系统，基于海豚whistle信号特性的研究，利用模糊度分析和时频分析手段，进行主动声呐探测信号的波形设计，将线性调频信号隐蔽在海豚whistle信号中，设计了一种仿生隐蔽主动声呐探测信号。从时频域、能量域和波形域3个方面验证了该仿生隐蔽探测信号与原始海豚whistle信号具有较高的相似性，能够利用海洋中的生物信号掩蔽该仿生隐蔽探测信号。将探测信号掩蔽在海豚 whistle信号中的仿生隐蔽探测方法以牺牲一定的探测能力为代价，为了提高处理增益，在接收端提出采用自适应相关器作为主动声呐的时域处理器。该自适应相关器对海洋环境有较强的匹配适应能力，可自动匹配海洋信道，综合利用多途信道能量，相较匹配滤波器有更高的信噪比处理增益，有助于提高该仿生隐蔽探测方式的探测能力。开展了仿真和海试验证。数值仿真结果表明，在信噪比为－5 dB时，仿生隐蔽探测信号和常规LFM信号都可以得到较为理想的检测效果；在信噪比为－10 dB时，仿生隐蔽探测信号的自适应相关处理和常规 LFM 信号依然可以得到明显的相关峰，但是仿生隐蔽探测信号的性能有明显下降。仿真结果验证了自适应相关器较匹配滤波有更优异的性能，同时也显示出该仿生隐蔽探测方法是以牺牲一定的探测性能为代价的。为了进一步验证仿生隐蔽探测方法，2015年于大连小长山岛海域进行了海试试验，试验结果验证了该方法的有效性。该仿生隐蔽探测的研究理念为今后主动声呐的发展提供了一条可以借鉴的新路，而基于仿生的水声探测、定位以及通信等技术也将会是未来水声领域的一大研究热点。当然，所做的研究对于whistle信号的频带利用率并不高，接下来拟利用编码调频和步进调频的方法提高whistle信号的频带利用率，进一步优化仿生探测信号的波形设计，从而提高仿生主动声呐的隐蔽探测性能。

来源出版物：兵工学报, 2016, 37(5): 769-777

入选年份：2016