（一）基础配方

根据前文的理论，可构建HTPB+AP二元混合体系的数学模型，其中零氧平衡的配方可采用线算图（见图6.1）来确定，使用时，先在坐标a上找到氧化剂AP的正氧平衡值点A，再在坐标b上找到HTPB的负氧平衡值点B。连接AB，线段AB与MN的交点对应的坐标即为所求二元混合物的零氧平衡配方（见图6.1）。

设AP的质量分数为x 1，HTPB的质量分数为x 2。根据高氯酸盐类炸药的配方经验，高氯酸铵的质量分数一般应为65%～80%，HAN炸药的AP包括两部分，一是HTPB推进剂中固有的，二是新添加的。因此，约束条件中AP的来源需考虑两个方面。

约束条件：

x 1+x 2=100

34x 1-36.82x 2=0

65%≤x 1+0.67x 2≤80%

根据零氧平衡二组分混合物线算图，求得质量分数为

x 1=52%， x 2=48%

体积比为

39.6∶60.4

由反应方程式知

图6.1　零氧平衡二组分混合物线算图

可知爆热：

故

Max Qv=74.25x 1+52.58x 2

综上HTPB+AP的爆热为

Max Qv=6384.84 kJ·kg-1

由上式可知，满足最大爆热条件的基础配方AP占比为52%，HTPB推进剂占比为48%，但经起爆性能测试，该基础配方经8号雷管引爆，结果为半爆或爆熄，后经过加入传爆药后（钝感黑索金），爆轰情况有所改善。结果如表6.2所示。

表6.2　基础配方爆轰试验测试比较

由试验可以看出，HTPB+AP二元混合体系的起爆感度较低，需要加入敏化剂来提高其起爆感度，在HTPB+AP的配方基础上，加入NC，得到HTPB+AP+NC三元体系，下面将对这种配方进行理论研究。

（二）HTPB+AP+NC配方

根据零氧平衡三组分混合物线算图可计算HTPB+AP+NC理论配方。如图6.2所示，运用零氧平衡三组分混合物线算图进行HAN炸药配方计算的方法如下：在三角形ABC中，点A、B、C分别相当于HTPB推进剂、高氯酸铵、硝化棉的100%质量分数点，三角形的三条边分别相当于AB、BC、AC二元混合物，三角形内的每一点相当于一个确定的HAN炸药三元混合物，过该点引三条分别平行于三条边的平行线，即可得出该点所对应的HTPB推进剂、高氯酸铵、硝化棉各自的质量百分数。

图6.2　氧平衡示意图

使用零氧平衡三组分混合物线算图进行设计时，必须先固定其中一个组分的质量分数。对于三者组成的混合体系，HAN炸药的配方设计以组分AP为基础，其组分为高氯酸铵（x 1）、HTPB推进剂（x 2）、硝化棉（x 3）。

由经验公式，AP的组成在65%左右，由x 1+0.67x 2组成，将其设定为60%～80%，根据氧平衡原则得到下式：

34x 1-36.9x 3-36.82x 2=0

x 1+0.67x 2=60，65，70，75，80

x 1+x 2+x 3=0

解AP等于60、65、70、75、80，计算得如表6.3中的5种配方。

表6.3　5种配方中各组分的含量

（三）爆轰参数理论估算及最优配方的确定

表6.3中的5种配方都以零氧平衡为原则，其基础条件都一样，所以要根据对理论爆轰性能的估算来确定最优配方，反应方程式为(www.daowen.com)

通过计算5个配方的理论爆速、爆热、爆压和爆容来确定的HAN炸药的最优配方。

1.爆热

根据盖茨定律：

则有

Max Qv=74.25x 1+52.58x 2+30.33x 3

得5种配方的理论爆热如表6.4所示。

表6.4　5种配方的理论爆热

2.爆速

根据速度加权公式，可知

式中：ε1、ε2、ε3为体积百分数。5种配方的理论爆速如表6.5所示。

表6.5　5种配方的理论爆速

3.爆容

爆容可通过阿伏加德罗定律计算：

式中：V 0为炸药的爆容；n为生成气体产物的摩尔数；M为炸药的摩尔质量。

由反应方程式可知

V=25.31x 1+35.03x 2+41.25x 3

得5种配方的爆容如表6.6所示。

表6.6　5种配方的理论爆容

4.爆压

HTPB+AP+NC的混合炸药采用NMQ法计算爆压，惰性添加物在混合炸药中主要起黏结和钝感作用，不参与化学反应，对爆压没有作用。铝粉等物质在爆轰过程中虽然参加化学反应，但是这种反应是第二次反应，在爆轰波化学反应区之外进行，放出的能量提供不到爆轰波上去，因而也是假定这部分对爆压不起作用。按照上述分析，计算混合炸药爆压时，可以不考虑惰性添加物和铝粉等物质的影响。

取混合炸药中各个参加瞬时爆轰反应组分的φ值与对应质量百分比乘积之和为混合炸药的φ值。混合炸药爆压计算NMQ公式为

式中：p H为混合炸药密度ρ0时的爆压（GPa）；φ为混合炸药的特性值；μi为混合炸药第i爆炸组分的质量百分数；φi为混合炸药第i爆炸组分的特性值。

通过式（6.12）计算得5种配方的理论爆压，如表6.7所示。

表6.7　5种配方的理论爆压

以零氧平衡为衡量规则，综合考虑爆热、爆速、爆容、爆压等参数的影响，结合扬克特炸药经验公式和最大放热原则，确定了HTPB+AP+NC三元体系的5个配方，并对其进行了分析。

从图6.3可以看出，配方2（AP占比52%，HTPB占比19.4%，NC占比28.6%）反映出的能量特性较好。以零氧平衡原则为条件，综合比较，配方2为HTPB+AP+NC三元体系中较佳的一组配方。

图6.3　爆轰性能与配方之间的关系

HAN炸药理论爆轰性能理论值和实测值之间总是有较大差别，为了研究氧平衡对HAN炸药爆轰性能的影响，以配方2为基础，在氧平衡为-0.09～0之间设计了5种配方（序号1为上面的配方2），本书将在后面的章节中针对这5种配方，对HAN炸药的爆轰性能、主要参数的工程计算及实测方法进行详细介绍。经计算，变氧平衡的5种配方的各组分质量百分比、氧平衡值及密度如表6.8所示。

表6.8　变氧平衡的5种配方的相关参数