一种能够实现氢化镁-纤维体系爆轰的高能爆炸装置及方法

本发明涉及爆炸装药，尤其涉及一种能够实现氢化镁-纤维体系爆轰的高能爆炸装置及方法。

背景技术：

1、氢能是一种清洁的二次能源，热值高、无污染、元素含量丰富，备受各类行业重视。近年来，我国大力发展氢能行业，先后推出多项政策扶持氢能企业，致使氢能技术链逐步打通，产业链逐步完善，势头正盛。在军事上，炸药是各种武器装备火力系统不可缺少的重要组成部分，是武器装备系统实现毁伤的基础。随着武器装备系统的发展，要求武器具有更加优异的远程打击、高效毁伤、轻小型化和高生存能力，因此，发展新型高能炸药，提高炸药的能量成为研究发展的主线。添加储氢材料作为高能燃烧剂是提高炸药性能的简单、直接、有效的方式之一，目前，在含能材料中应用的储氢材料主要是金属氢化物或合金储氢材料。

2、公开号为cncn106588524a的中国专利介绍了一种高能量密度混合炸药及其制备方法：采用低熔点单质炸药如梯恩梯、2,4-二硝基苯甲醚等作为粘结剂，以rdx、hmx等作为主炸药，以氢化铝、氢化镁为燃烧剂，以高氯酸铵、硝酸铵等作为氧化剂，铝热剂作为高密度高能量添加剂，制备得到密度≥2.0g/cm3，单位体积爆热≥16000j/g的混合炸药。公开号为cn102432407a的中国专利制备了一种氢化镁型储氢乳化炸药，在乳化基质中直接添加氢化镁，氢化镁在乳化基质内均匀分布，具有敏化和提高能量输出的双重效果。公开号为cn110304978a的中国专利提供了一种高力学性能低阻抗高聚物粘结炸药及其制备方法，引入新型粘结剂双组分慢反应聚脲，提高了炸药组分之间以及炸药和周围盛装材料之间的结合强度，改善了含能复合物的力学性能。但是该类技术存在以下问题：金属氢化物等添加剂会提高含能材料制备工艺难度，例如氢化铝在推进剂中含量超过20％～25％时，制备工艺困难很大；金属氢化物对含能增塑剂和氧化剂不相容；金属氢化物能量释放速率较慢，与高能炸药混合对猛度提升有限；金属氢化物作为添加剂用于含能材料，占比较低，对总能量提升有限。

3、公开号为cn220708233u的中国专利公开了一种便于液氧灌注的炸药装置，包括液氧储罐、液氧分配器组和预制结构，将各种设备和预制结构运输至爆炸现场进行组装。公开号为cn103193566a的中国专利公开了一种液氧炸药组合物及液氧炸药，包括液氧和可燃物，所述可燃物由质量百分比为50％-70％的煤粉和30％-50％的湿锯末或可燃纤维组成。公开号为cn103193558a的中国专利公开了一种制作液氧炸药的方法，容器中心放置漏斗，漏斗外装填可燃物，漏斗内灌入液氧制得液氧炸药。但是，以上液氧炸药的方法存在以下问题：液氧制备、运输、储存、灌注对温度、压力和装置的要求高；液氧与可燃物接触面积有限，爆炸性能不理想；可燃物热值低等。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种能够实现氢化镁-纤维体系爆轰的高能爆炸装置及方法，利用储氢材料作为主装药，以氢能作为主要能源大大增加了炸药能量密度，使用多孔疏松材料附着储氢材料使其在空间中均匀分布，在爆炸过程中储氢材料能和氧气充分反应并快速放能；以氧气作为炸药氧化剂，在使用前与储氢材料分离，保障安全性。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种能够实现氢化镁-纤维体系爆轰的高能爆炸装置，其包括装药壳体、雷管以及充气设备；装药壳体具有密封腔室，所述密封腔室内填充有多孔疏松材料且多孔疏松材料上附着有储氢材料颗粒；雷管设置在装药壳体的一端并伸入到装药壳体内部，其上设置有导爆管；充气设备用于向所述密封腔室充入氧气以使所述密封腔室的压力达到预定压力值。

4、本发明利用储氢材料作为主装药，以氢能作为主要能源大大增加了炸药能量密度，使用多孔疏松材料附着储氢材料使其在空间中均匀分布，在爆炸过程中储氢材料能和氧气充分反应并快速放能；以氧气作为炸药氧化剂，在使用前与储氢材料分离，保障安全性，可灵活控制充入氧气的量保证储氢材料和多孔疏松材料氧化的充分性，为起爆反应提供初始高压，可有效增加多孔疏松材料颗粒的反应速率，提高能量释放效率；高压氧气具备一定的初始势能，有利于提高系统的能量密度；装备使用前氧气与储氢材料分离，方便各个组件之间的生产、运输和储存，在某些可能接受高温刺激和外部冲击的极端使用环境中，不易发生意外点燃，可大大提高安全性。

5、作为本发明上述方案的进一步改进，所述储氢材料为金属氢化物，可以是氢化镁、氢化钛或者氢化铝；优选的，所述储氢材料为氢化镁，以氢化镁为主装药，在爆炸过程中，氢化镁受热分解生成氢气和金属镁，氢气燃烧热值高达143mj/kg，在能量转换时破坏和形成的化学键少，释放能量快，金属镁在爆炸过程中发生液化甚至汽化，具有良好的热导率和流率，同样能快速反应放出能量；氢化镁作为主装药，单一物质反应进程相近，爆炸过程中可集中反应，具有良好的能量释放效率；此外，氢能反应产物绿色环保，有利于能量和环境的可持续发展；随着储氢技术的进步，可将氢化镁更替为储氢密度更高、储放氢性能更好的储氢材料。

6、作为本发明上述方案的进一步改进，多孔疏松材料为纤维，所述纤维为棉纤维或者铝纤维。储氢材料颗粒由纤维作为载体，纤维孔隙率大，可有效分散储氢材料颗粒，增大储氢材料与氧气的反应面积；在爆炸过程中纤维可参与反应，具备一定的传热传质作用，同时纤维质量小，仅少量即可充分分散储氢材料颗粒，对储氢材料的反应阻碍小，竞争耗氧少。

7、作为本发明上述方案的进一步改进，装药壳体两端贯穿且装药壳体两端分别密封配合连接有密封塞一、密封塞二，密封塞一贯穿开设有与所述密封腔室连通的装配孔一，雷管穿设在所述装配孔一内并与密封塞一密封配合。

8、作为本发明上述方案的进一步改进，所述充气设备包括充气管，密封塞二贯穿开设有与所述密封腔室连通的装配孔二，充气管穿设在所述装配孔二内并与密封塞二密封配合，充气管内设置有使外界气体进入所述密封腔室内的单向阀。

9、作为本发明上述方案的进一步改进，装药壳体为铝制壳体、铁质壳体或者高分子聚合材料壳体。装药壳体采用具备一定强度和延展性的材料，在起爆阶段限制反应物的飞散，有利于充分反应提高能量释放效率，此外，在达到一定爆轰程度后，装药壳体容易发生破碎，能量损耗小。

10、作为本发明上述方案的进一步改进，装药壳体为圆柱筒状或者为球状，优选为圆柱筒状，圆柱筒状易于制备、运输、储存和使用。

11、作为本发明上述方案的进一步改进，装药壳体上设置有用于释放氧气的气体控制阀门。通过设置气体控制阀门，在意外刺激或危险环境中，远程控制打开气体控制阀门将充入的氧气释放，可减弱爆炸装置爆炸性能，减少意外损失。

12、作为本发明上述方案的进一步改进，多孔疏松材料、储氢材料颗粒的质量比为1:2-10，所述预定压力值的不小于9mpaa。

13、本发明提供的一种能够实现氢化镁-纤维体系爆轰的高能爆炸方法，其应用于如前所述的能够实现氢化镁-纤维体系爆轰的高能爆炸装置，其包括以下步骤：将雷管与装药壳体连接，将充气设备与装药壳体连接以向所述密封腔室充入氧气至预定压力，将导爆管与发爆装置连接后起爆即可。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1.本发明利用储氢材料作为主装药，以氢能作为主要能源大大增加了炸药能量密度，使用多孔疏松材料附着储氢材料使其在空间中均匀分布，在爆炸过程中储氢材料能和氧气充分反应并快速放能；以氧气作为炸药氧化剂，在使用前与储氢材料分离，保障安全性，可灵活控制充入氧气的量保证储氢材料和多孔疏松材料氧化的充分性，为起爆反应提供初始高压，可有效增加储氢材料颗粒的反应速率，提高能量释放效率；高压氧气具备一定的初始势能，有利于提高系统的能量密度；装备使用前，氧气与储氢材料分离，方便各个组件之间的生产、运输和储存，在某些可能接受高温刺激和外部冲击的极端使用环境中，不易发生意外点燃，可大大提高安全性。

16、2.本发明在以氢化镁为主装药时，在爆炸过程中，氢化镁受热分解生成氢气和金属镁，氢气燃烧热值高达143mj/kg，在能量转换时破坏和形成的化学键少，释放能量快，金属镁在爆炸过程中发生液化甚至汽化，具有良好的热导率和流率，同样能快速反应放出能量；氢化镁作为主装药，单一物质反应进程相近，爆炸过程中可集中反应，具有良好的能量释放效率；此外，氢能反应产物绿色环保，有利于能量和环境的可持续发展；随着储氢技术的进步，可将氢化镁更替为储氢密度更高、储放氢性能更好的储氢材料

17、3.本发明中多孔疏松材料为纤维，储氢材料颗粒由纤维作为载体，纤维孔隙率大，可有效分散储氢材料颗粒，增大储氢材料与氧气的反应面积；在爆炸过程中纤维可参与反应，具备一定的传热传质作用，同时纤维质量小，仅少量即可充分分散储氢材料颗粒，对储氢材料的反应阻碍小，竞争耗氧少。

18、4.本发明足够简洁高效，随着储氢技术、氧化剂研究和多孔材料研发等技术的进步，可通过更换装置中的储氢材料、氧化剂和储氢材料载体等组件以实现装置性能快速且高效的提升，具有能满足多种能量需求、多种使用场景的潜力。