学科定义：远不止"放烟花"
特种能源工程与烟火技术, 这是属于兵器科学与技术这个学科的一个非常关键的分支方向。它的具体研究内容, 包含了好多种材料, 比如说炸药、发射药、还有那种固体推进剂, 这些东西都属于含能材料范畴。
同时, 它也研究烟火药剂, 以及那些用来做仿真模拟的材料。这项技术的核心任务是什么呢? 就是要在各种特定的条件下来释放化学能。但是这个过程必须被完全控制好。千万不要把它想当然地理解为只是简单地制作那种过春节放的烟花。
事实上, 它要做的事情要从分子层面开始入手。需要去精心设计怎样让能源被释放出来。这是一整套非常完整的技术体系, 它的范围贯穿了整个领域, 包括了弹药的设计、火箭的应用, 以及烟火效果的仿真模拟等各个方面。
四大核心研究方向
1. 含能材料设计与制备这件事, 主要是讲炸药、发射药还有固体推进剂的配方是怎么设计的, 工艺又是怎么样被优化的。里面的核心指标, 就是看能量密度高不高, 爆速快不快, 燃烧的稳定性行不行, 还有在长期存放的时候安不安全。
军用推进剂这个东西, 在正式定型之前, 必须要把热重分析和差示量热这些全项安全测试都做完。最后还要执行国家军用标准里面规定的那些相关要求。
2. 烟火药剂与特效材料这个东西, 它里面包含了照明弹药剂, 也包含了信号弹药剂。另外还牵扯到色彩烟火以及声光仿真的药剂。大家最关心的那些关键参数, 主要有燃烧温度是怎样的。
还有光谱特征是什么样的。持续时间有多长。燃速控制做得怎么样。民用烟花方面, 是执行那个GB 10631标准的。军用烟火方面呢, 是需要去满足特定任务指标的。
3. 燃烧与爆轰过程仿真: 它是利用计算流体动力学, 还有分子动力学这些方法, 来模拟火药的燃烧, 以及爆轰波的传播, 也包括含能材料的热分解过程。这样做能够给配方的改进和迭代提供理论基础。它可以让实际的验证次数减少, 也能缩短验证所花费的时间周期。
4. 安全评价与失效分析: 我们要去建立一个含能材料热安全评价模型, 这个模型用的是DSC-TG联用还有绝热量热ARC技术, 通过这样的方式去确定热失控的临界温度是什么样子, 然后再制定好储运规范、处置规范以及应急处置规范, 这些都是包含在操作里的事情, 可以说这就是含能材料在整个生命周期里必须守住的有关安全的最低限度要求。
关键技术环节
(配方设计)这一步操作是根据一些热化学方面算出来的数据, 比如用TNT炸药当量做比较的数值、还有燃烧特征速度c*值这样的指标,来把多组分的成分比例确定下来特种能源工程与烟火技术, 最终目标是让各种组份之间的比例搭配达到最佳的状况。
成型工艺包含压制方式、浇铸方式和3D打印方式, 这些成形方法对材料密度的均匀性有决定性影响,同时也会对点火可靠性产生决定性作用。
这个方面叫做点火与传爆青岛高世电气科技有限公司, 需要设计出一个可靠的起爆电路, 还需要设计出一个传爆序列, 目的是为了能够确保在毫秒级的时间里, 时间序列的精度是达标的。
环境适应性, 指的是在高低温、高湿、强冲击这些极端条件下来讲, 性能衰减的规律, 以及相应的防护方案。
应用版图
军事领域: 包括单兵弹药的推进装药, 航天运载火箭的固体发动机, 以及模拟训练的烟火系统。
民用领域, 涉及大型焰火秀药剂的研发工作, 也包含工业爆破应用, 同时还涵盖了影视特效制作,以及应急演练的模拟仿真任务。
前沿方向包括一些绿色的特种能源工程与烟火技术, 而且没有铝的, 也没有重金属的烟火材料, 还有那种含能复合材料, 这个材料能把能量密度提升百分之二十到百分之四十, 最后一点是微型化的能源装置。
学科定位与人才需求
这个学科方向是建立在化学、物理、材料、力学等几个不同学科的深度交叉基础之上的, 在国内里面, 主要的布局安排是在北京航空航天大学、南京理工大学、中北大学、西安交通大学这类学校里面的。
行业方面呢, 对于那种既懂得材料合成, 又了解燃烧物理, 还能把工程安全问题给搞定的复合类型的人才, 这种需求是越来越大了, 特别是在绿色弹药替代、新能源推进、智能烟火控制这几块地方, 缺人就缺得很明显, 这算是军工领域和高端民用产品领域里面一个门槛相当高的赛道了。
