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第1章 爆发动力学基础 1

1.1 热和压强 1

1.1.1 热力学第一定律 1

1.1.2 比热容 2

1.1.3 熵变 4

1.2 流场中的热力学 5

1.2.1 一维稳态流动 5

1.2.2 冲击波的形成 6

1.2.3 超声速喷管流动 9

1.3 推力的产生 11

1.3.1 动量的变化与推力 11

1.3.2 火箭推进 12

1.3.3 枪炮推进 15

1.4 破坏力的形成 18

1.4.1 压强和冲击波 18

1.4.2 冲击波在固体中的传播与反射 18

参考文献 18

第2章 燃烧热化学 20

2.1 热能的产生 20

2.1.1 化学键能 20

2.1.2 生成焓和爆热 21

2.1.3 热平衡 22

2.2 绝热火焰温度 23

2.3 化学反应 26

2.3.1 热解离 26

2.3.2 反应速率 27

2.4 化学能的估算 28

2.4.1 反应物和产物的生成焓 28

2.4.2 氧平衡 31

2.4.3 热力学能 33

参考文献 34

第3章 燃烧波传播 36

3.1 燃烧反应 36

3.1.1 点火和燃烧 36

3.1.2 预混和扩散火焰 36

3.1.3 层流和湍流火焰 37

3.2 预混气体的燃烧波 37

3.2.1 燃烧波的控制方程 37

3.2.2 Rankine—Hugoniot关系 38

3.2.3 Chapman—Jouguet点 40

3.3 燃烧波结构 43

3.3.1 爆轰波 43

3.3.2 爆燃波 45

3.4 点火反应 47

3.4.1 点火过程 47

3.4.2 点火的热理论 47

3.4.3 可燃极限 48

3.5 含能材料的燃烧波 49

3.5.1 燃速的热理论 49

3.5.2 火焰自持距离 56

3.5.3 含能材料的燃速特性 57

3.5.4 燃速温度敏感系数分析 57

3.5.5 燃烧波中的化学反应速度 60

参考文献 61

第4章 炸药的能量学 63

4.1 晶体材料 63

4.1.1 晶体材料的物化性能 63

4.1.2 高氯酸盐 66

4.1.3 硝酸盐 67

4.1.4 硝基化合物 68

4.1.5 硝胺 69

4.2 聚合物材料 70

4.2.1 聚合物材料的物理化学性质 70

4.2.2 硝酸酯 71

4.2.3 惰性聚合物 72

4.2.4 叠氮聚合物 75

4.3 火炸药的分类 79

4.4 火药的配方 81

4.5 硝基聚合物火药 82

4.5.1 单基发射药 82

4.5.2 双基火药 82

4.6 复合推进剂 87

4.6.1 AP复合推进剂 87

4.6.2 AN复合推进剂 90

4.6.3 硝胺复合推进剂 91

4.6.4 HNF复合推进剂 92

4.6.5 TAGN复合推进剂 93

4.7 复合改性双基推进剂 95

4.7.1 AP－CMDB推进剂 95

4.7.2 硝胺CMDB推进剂 96

4.7.3 三基发射药 96

4.8 黑火药 97

4.9 炸药的配方 98

4.9.1 工业炸药 99

4.9.2 军用炸药 99

参考文献 100

第5章 晶体物质和聚合物的燃烧 103

5.1 晶体物质的燃烧 103

5.1.1 高氯酸铵 103

5.1.2 硝酸铵 104

5.1.3 HMX 105

5.1.4 三氨基胍硝酸盐 108

5.1.5 二硝酰胺铵 114

5.1.6 硝仿肼 115

5.2 聚合物的燃烧 115

5.2.1 硝酸酯 115

5.2.2 聚叠氮缩水甘油醚 118

5.2.3 双叠氮甲基环丁烷 121

参考文献 126

第6章 双基推进剂的燃烧 130

6.1 NC－NG推进剂的燃烧 130

6.1.1 燃速特性 130

6.1.2 燃烧波结构 130

6.1.3 燃速模型 138

6.1.4 气相能量和燃速 139

6.1.5 燃速温度敏感系数 145

6.2 NC－TMETN推进剂的燃烧 148

6.2.1 燃速特性 148

6.2.2 燃烧波结构 149

6.3 硝基－叠氮推进剂的燃烧 149

6.3.1 燃速特性 149

6.3.2 燃烧波结构 151

6.4 双基推进剂的催化 152

6.4.1 超速燃烧、平台燃烧和麦撒燃烧 152

6.4.2 铅催化剂的效果 153

6.4.3 含催化剂的双基推进剂的燃烧 154

6.4.4 超速、平台和麦撒燃烧的燃烧模型 159

6.4.5 以LiF为催化剂的双基推进剂 161

6.4.6 以Ni为催化剂的双基推进剂 162

6.4.7 超速和平台燃烧的抑制 164

参考文献 166

第7章 复合推进剂的燃烧 169

7.1 AP复合推进剂 169

7.1.1 燃烧波结构 169

7.1.2 燃速特性 177

7.1.3 催化的AP复合推进剂 183

7.2 硝胺复合推进剂 190

7.2.1 燃速特性 191

7.2.2 燃烧波结构 192

7.2.3 HMX－GAP推进剂 194

7.2.4 催化的硝胺复合推进剂 197

7.3 AP－硝胺复合推进剂 204

7.3.1 热性能 204

7.3.2 燃速 206

7.4 TAGN－GAP复合推进剂 210

7.4.1 物化特性 210

7.4.2 燃速和燃烧波结构 211

7.5 AN－叠氮化聚合物复合推进剂 212

7.5.1 AN－GAP复合推进剂 212

7.5.2 AN－（BAMO－AMMO）－HMX复合推进剂 214

7.6 AP－GAP复合推进剂 215

7.7 ADN、HNF和HNIW复合推进剂 216

参考文献 218

第8章 CMDB推进剂的燃烧 221

8.1 CMDB推进剂的特性 221

8.2 AP－CMDB推进剂 221

8.2.1 火焰结构和燃烧模型 221

8.2.2 燃速模型 223

8.3 硝胺－CMDB推进剂 225

8.3.1 火焰结构和燃烧模式 225

8.3.2 燃速特性 228

8.3.3 热波结构 229

8.3.4 燃速模型 234

8.4 催化HMX－CMDB推进剂的平台燃烧 235

8.4.1 燃速特性 235

8.4.2 燃烧波结构 236

参考文献 240

第9章 炸药的燃烧 242

9.1 爆轰特性 242

9.1.1 爆速和压强 242

9.1.2 CHNO炸药爆速的估算 243

9.1.3 炸药爆轰状态方程 244

9.2 密度和爆速 245

9.2.1 含能爆炸性材料 245

9.2.2 工业炸药 246

9.2.3 军用炸药 247

9.3 临界直径 248

9.4 爆轰现象的应用 249

9.4.1 爆轰波的形成 249

9.4.2 聚能效应 251

9.4.3 Hopkinnson效应 252

9.4.4 水下爆炸 254

参考文献 254

第10章 含能烟火剂的组成 256

10.1 推进剂、炸药和烟火剂的区别 256

10.1.1 烟火剂的热力学能量 256

10.1.2 热动力学性质 257

10.2 烟火剂的能量 258

10.2.1 反应物和产物 258

10.2.2 热量和产物的生成 259

10.3 元素能量 260

10.3.1 元素的理化性质 260

10.3.2 元素的燃烧热 262

10.4 化学物质选择标准 266

10.4.1 烟火剂特性 266

10.4.2 烟火剂的理化性质 267

10.4.3 烟火剂配方 269

10.5 氧化剂组分 272

10.5.1 含金属的氧化剂 273

10.5.2 金属氧化物 275

10.5.3 金属硫化物 275

10.5.4 氟化合物 275

10.6 燃料组分 276

10.6.1 金属燃料 276

10.6.2 非金属固体燃料 277

10.6.3 聚合物燃料 279

10.7 金属叠氮化物 280

参考文献 280

第11章 烟火剂的燃烧传播 282

11.1 燃烧波的理化结构 282

11.1.1 热分解和放热过程 282

11.1.2 均质烟火剂 283

11.1.3 非均质烟火剂 283

11.1.4 点火器用烟火剂 284

11.2 金属颗粒的燃烧 285

11.2.1 氧化和燃烧过程 285

11.3 黑火药 286

11.3.1 物化性能 286

11.3.2 反应过程和燃速 286

11.4 Li－SF6烟火剂 287

11.4.1 锂的反应 287

11.4.2 SF6的化学特性 287

11.5 含Zr烟火剂 287

11.5.1 与BaCrO4的反应性 288

11.5.2 与Fe2O3的反应性 288

11.6 Mg－Tf烟火剂 288

11.6.1 热化学性质与能量性 288

11.6.2 Mg和Tf的反应性 290

11.6.3 燃速特性 290

11.6.4 燃烧波结构 293

11.7 B－KNO3型烟火剂 294

11.7.1 热化学性能和能量性能 294

11.7.2 燃速特性 295

11.8 Ti－KNO3和Zr－KNO3烟火剂 296

11.8.1 氧化程 296

11.8.2 燃速特性 296

11.9 金属－GAP烟火剂 296

11.9.1 火焰温度和燃烧产物 296

11.9.2 热分解过程 297

11.9.3 燃速特性 298

11.10 Ti－C烟火剂 298

11.10.1 Ti－C的热化学性质 298

11.10.2 Tf与Ti－C烟火剂间的反应活性 299

11.10.3 燃速特性 299

11.11 NaN3烟火剂 299

11.11.1 NaN3烟火剂的热化学性质 299

11.11.2 NaN3烟火剂配方 300

11.11.3 燃速特性 301

11.11.4 燃烧残渣分析 301

11.12 GAP－AN烟火剂 301

11.12.1 热化学特性 301

11.12.2 燃速特性 302

11.12.3 燃烧波结构和传热 302

11.13 硝胺烟火剂 302

11.13.1 物理化学性质 302

11.13.2 燃烧波结构 303

11.14 B－AP烟火剂 303

11.14.1 热化学特性 303

11.14.2 燃速特性 304

11.14.3 燃速分析 306

11.14.4 硼在燃烧波中燃烧的位置和方式 308

11.15 烟火剂的摩擦感度 309

11.15.1 摩擦能的定义 309

11.15.2 有机铁离子和硼化合物的作用 309

参考文献 312

第12章 燃烧产物的辐射特性 314

12.1 发光原理 314

12.1.1 发光特性 314

12.1.2 黑体辐射 315

12.1.3 气体的辐射和吸收 315

12.2 火焰的光辐射 317

12.2.1 气体火焰的辐射 317

12.2.2 高温粒子的连续辐射 317

12.2.3 有色光发射体 317

12.3 发烟剂 318

12.3.1 物理烟与化学烟 318

12.3.2 白烟发烟剂 319

12.3.3 黑烟发烟剂 320

12.4 无烟烟火剂 320

12.4.1 硝基聚合物烟火剂 320

12.4.2 硝酸铵类烟火剂 321

12.5 烟火剂的烟特性 322

12.6 火箭发动机的烟焰性能 328

12.6.1 无烟与微烟 328

12.6.2 发动机羽流的抑制 330

12.7 减少AP推进剂燃烧产物中的HCl 337

12.7.1 减少HCl的背景 337

12.7.2 通过形成金属氯化物减少HCl 338

12.8 降低燃烧产物的红外辐射 340

12.9 绿色推进剂 341

12.9.1 AN复合固体推进剂 342

12.9.2 ADN和HNF复合固体推进剂 343

12.9.3 硝胺复合固体推进剂 343

12.9.4 TAGN－GAP复合固体推进剂 343

12.9.5 NP推进剂 344

参考文献 345

第13章 火药与烟火药的瞬态燃烧 346

13.1 点火瞬态过程 346

13.1.1 对流与热传导点火 346

13.1.2 辐射点火 348

13.2 燃烧点火 350

13.2.1 点火过程描述 350

13.2.2 点火过程 352

13.3 侵蚀燃烧现象 354

13.3.1 速度阈值 354

13.3.2 横向气流的影响 356

13.3.3 通过边界层的热流 356

13.3.4 Lenoir－Robilard参数的确定 358

13.4 不稳定燃烧 360

13.4.1 T*不稳定燃烧 360

13.4.2 L*不稳定燃烧 363

13.4.3 声不稳定燃烧 365

13.5 加速度场中的燃烧 374

13.5.1 燃速增大效应 374

13.5.2 铝粉的影响 375

13.6 含金属丝推进剂的燃烧 376

13.6.1 热传递过程 376

13.6.2 燃速增大效应 378

参考文献 381

第14章 火箭推力调节 383

14.1 固体火箭发动机中的燃烧现象 383

14.1.1 推力和燃烧时间 383

14.1.2 火箭发动机的燃烧效率 385

14.1.3 火箭发动机稳定性判据 388

14.1.4 火箭发动机中压强温度敏感系数 390

14.2 双推力火箭发动机 392

14.2.1 双推力火箭发动机的原理 392

14.2.2 单推进剂双推力火箭发动机 392

14.2.3 双推进剂双推力发动机 394

14.2.4 推力调节器 398

14.3 脉冲火箭发动机 398

14.3.1 脉冲火箭发动机的设计原理 398

14.3.2 脉冲发动机的有效射程分析 399

14.3.3 双脉冲发动机的试验研究 400

14.4 火箭发动机中的侵蚀燃烧 401

14.4.1 头部压强 401

14.4.2 侵蚀燃烧现象的确定 402

14.5 无喷管火箭发动机 405

14.5.1 无喷管火箭发动机的原理 405

14.5.2 无喷管火箭发动机中的流动特性 406

14.5.3 燃烧性能分析 408

14.6 燃气混合火箭 409

14.6.1 燃气混合火箭的原理 409

14.6.2 推力和燃烧压强 411

14.6.3 燃气发生器用烟火剂 412

参考文献 415

第15章 冲压火箭推进 416

15.1 冲压火箭推进的基本原理 416

15.1.1 固体火箭发动机、液体冲压喷气发动机与固体火箭冲压发动机 416

15.1.2 固体火箭冲压发动机的结构及工作过程 417

15.2 固体火箭冲压发动机的设计参数 418

15.2.1 推力和阻力 418

15.2.2 设计参数的确定 419

15.2.3 最优飞行包线 420

15.2.4 比冲与飞行马赫数的关系 421

15.3 固体火箭冲压发动机的性能分析 421

15.3.1 燃料流动系统 421

15.4 可变流量固体冲压发动机原理 423

15.4.1 能量转化过程的优化 423

15.4.2 燃气流速的控制 423

15.5 燃气发生器用烟火剂的能量 425

15.5.1 物理化学性质 425

15.5.2 燃气发生器用烟火剂的燃速特性 426

15.5.3 可变燃料固体冲压发动机用烟火剂 428

15.5.4 GAP烟火剂 428

15.5.5 金属粉燃料 429

15.5.6 GAP－B烟火剂 430

15.5.7 AP烟火剂 432

15.5.8 金属粉对燃烧稳定性的影响 432

15.6 固体火箭冲压发动机燃烧试验 433

15.6.1 燃烧试验系统 433

15.6.2 可变流量燃气发生器的燃烧 434

15.6.3 多口进气道的燃烧效率 438

参考文献 441

附录A 含能材料缩写表 443

附录B 燃烧波中的质量与热传递 445

B.1 稳态条件下一维流场的守恒方程 445

B.1.1 质量守恒方程 445

B.1.2 动量守恒方程 446

B.1.3 能量守恒方程 446

B.1.4 化学物质守恒方程 447

B.2 流场在稳态条件下的通用守恒方程 448

附录C 冲击波在二维流场中的传播 449

C.1 斜激波 449

C.2 膨胀波 452

C.3 菱形激波 453

参考文献 454

附录D 超声速进气道 455

D.1 扩压器的压缩特性 455

D.1.1 扩压器原理 455

D.1.2 压力恢复 456

D.2 进气道系统 458

D.2.1 外压缩系统 458

D.2.2 内压缩系统 459

D.2.3 进气道设计 459

参考文献 461

附录E 燃速和燃烧波结构的测定 462

名词术语 464

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