兵器科学与技术

杀爆弹综合威力评估方法与应用研究

王树山，韩旭光，王新颖

摘要：杀爆弹（战斗部）通常由炸药和金属壳体组成，通过炸药爆轰产生的冲击波和驱动金属壳体形成的大量高速破片毁伤有生力量、技术兵器等地面目标以及飞机、导弹等空中目标，杀爆弹（战斗部）的综合威力是毁伤目标能力综合体现，对其进行定量评估是炸药应用和毁伤技术水平的核心反映和评定依据之一。本文定义杀爆弹（战斗部）威力场通过概率加权得到的毁伤概率为1的等效空域为毁伤幅员，采用毁伤幅员作为杀爆弹（战斗部）综合威力的度量指标，通过与目标相结合的综合威力归一化定量表征，能够对比分析不同杀爆弹（战斗部）对同一目标以及同一杀爆弹（战斗部）对不同目标的毁伤能力差别。针对典型的轴对称二维回转体结构杀爆战斗部，提出了一种采用毁伤幅员定量表征与评估杀爆弹（战斗部）综合威力的原理和方法，并推导了战斗部威力场和目标毁伤律模型相结合的毁伤幅员计算模型。为了探讨所建立综合威力定量评估方法的实用性，进行了同一类型、两种装药和结构的杀爆弹静爆试验，通过测试获取了冲击波超压随作用距离的分布曲线，以及松木靶和钢靶的破片穿透密度随作用距离的分布曲线，并依据试验数据验证和修正了威力场模型；结合典型的人员目标、普通军用车辆和轻型装甲车辆的毁伤概率模型，分别计算两种杀爆弹对典型目标的毁伤幅员。根据试验结果以及综合威力进行定量评估与分析，传统对人员目标的毁伤评判标准是密集杀伤半径，由于只考虑了破片场毁伤而忽略了冲击波场毁伤，无法全面反映两种弹的真实综合威力，利用本文提出的评估方法可以直观定量比较两弹对人员目标及车辆目标的综合毁伤威力，同样还可评定同一杀爆弹对不同目标的毁伤能力，可客观反映战斗部的固有能力和作战发挥能力，并可实现归一化的定量分析。本文只给出了毁伤幅员最基本数学表达式，对于一维威力场和三维威力场（周向、径向和轴向）和异形结构战斗部，建模方法与此相类似，可根据实际情况建立具体形式进行推广应用。

来源出版物：兵工学报, 2017, 27(9)： 1249-1254

入选年份：2017

DNGTz二聚体分子间相互作用的密度泛函理论计算

胡银，宁艳利，康莹，等

摘要：目的：分子间的相互作用决定了含能材料中分子的堆积与排列，也与其安全和力学性能密切相关。科学家们对3,6-二硝基胍-S-四嗪（DNGTz）的合成、燃烧性能进行了研究，发现DNGTz是一种很有前途的炸药，但对其理论计算很少。因此，文章从理论上研究了DNTGz二聚体的分子间相互作用，为进一步研究DNTGz二聚体的结构-性质关系提供了基础数据。方法：在DFTB3LYP/6-31G*水平下，以 CHEM3D软件构建 DNGTz单体和二聚体的初始结构，采用Berny方法进行全优化，获得单体和所有可能的优化二聚体的几何构型。并且为了确定基组的适用性，以6-311G*基组水平对在6-31G*水平下优化的几何构型进行单点计算。采用基组叠加误差（BSSE）和零点能（ZPE）对分子间相互作用能进行校正。并将相互作用能与上述方法获得的进行了比较。最后，对各优化结构进行了自然键轨道分析和频率计算。在频率计算的基础上，从统计热力学出发，导出了热力学数据及其在二聚化过程中的变化。全部计算均采用Gaussian 98程序完成，收敛精度取程序内定值。结果：通过DFT计算，DNGTz二聚体分子间相互作用主要表现在以下几个方面，（1）获得了DNGTz二聚体势能面上 9种优化几何构型和电子结构。与单体相比，9种二聚体键长的变化主要发生在氢键附近，从键长的变化可以推断分子间相互作用可以降低DNGTz的感度。9种二聚体键角的变化均在5.94°范围内。9种二聚体二面角的变化意味着在二聚体中氢键附近的硝基或胍基基团发生了旋转。在二聚体 I、II和 IV中分别存在 6，4和3个氢键，而在其它二聚体中均有两个氢键。可以推测出结合能的大小和稳定性排序可能是：Ⅲ＞VI＞V＞Ⅶ＞II＞Ⅷ。（2）经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二聚体中最大校正相互作用能为-62.24 kJ/mol，属于二聚体Ⅲ。这与前面根据键长和接触点距离来推测二聚体稳定性基本相一致，表明氢键在分子间相互作用中起重要作用。（3）二聚体子体系间的净电荷转移很小，几乎未发生电荷转移。DNGTz单体和9种二聚体的偶极矩分别为0、0.0023、2.8945、0.3628、10.7599、1.6143、0.1063、0.2117、2.7812和1.4733德拜。（4）从分子间的自然键轨道相互作用可以看出，氢键是两个子体系之间的主要分子间相互作用。（5）振动和统计热力学分析表明，分子间相互作用是一个放热过程，伴随着从单体形成二聚体的熵值减少，并且减少值随着温度的升高而降低。二聚体I、III、IV、V、VI和VII的二聚过程在200 K下均能自发进行，二聚体Ⅵ在400 K下可自发形成。结论：通过DFT计算，获得DNGTz二聚体势能面上9种优化几何构型。最稳定的二聚体Ⅲ的最大校正分子间相互作用能预测为-62.24 kJ/mol。通过几何分析，可以发现硝基胍基的旋转是分子间相互作用的结果。此外，单体的氨基与另一单体的 X-NO2基团之间的相互作用缩短了 X-NO2基附近的N-N键，表明分子间的相互作用降低了DNGTz的感度。NBO分析表明，二聚体子体系之间的净电荷转移较小，几乎不发生电荷转移。最后，二聚体I、III、IV、V、VI和VII的二聚过程在200 K均能自发进行。

来源出版物：火炸药学报, 2017, 27(9)： 30-38

入选年份：2017