非圆截面云雾爆炸超压场数值模拟

为研究非圆截面云雾爆炸超压场的分布特性,用LS-DYNA程序对云雾爆炸超压过程进行了数值模拟,将数值模拟超压值与试验超压结果进行了对比,得到了0°、90°、135°和180°共4个方向的峰值超压随距离的变化规律,以及不同起爆高度对超压场分布的影响。结果表明,试验中起爆云雾呈椭球形爆轰火球。4个方向在距离爆炸中心5 m处的峰值超压为2.9~5.2 MPa。在距离爆炸中心5~50 m范围内,地面冲击波轨迹呈椭圆形。冲击波在90°方向的传播速率最小。当起爆高度由0.5 m增加至2.5 m时,5~15 m范围内的地面峰值超压平均提高了8%。     

非对称起爆云雾爆轰威力场分布特性研究

为获取起爆方式对云雾爆轰威力场的影响,采用TNT装药对抛撒云团进行了非对称单点起爆,通过高速摄影仪及压力传感器获取了云雾爆轰过程及不同距离、方向的超压值,分析了云雾爆轰波传播特性及超压随距离、方向的变化规律.结果表明,采用非对称偏心起爆时,云雾场内超压分布呈现明显的不均匀性,部分区域存在冲击波叠加效应,而随着距离的增大,超压分布逐渐趋于均匀,起爆方式对云雾爆轰威力场的影响主要体现在近场区域.     

非对称云雾爆炸超压场数值模拟

针对非对称云雾爆炸超压场的分布特性问题,利用LS-DYNA程序对非对称云雾爆炸超压过程进行数值模拟。将数值模拟超压值与空投试验超压结果进行对比,得到了0°、90°和180°共3个方 向的峰值超压随距离的变化规律以及不同云雾倾角对超压场分布的影响。研究结果表明：非对称云雾与地面存在一定的倾斜角度,在起爆后地面冲击波轨迹呈现倾斜的椭球形,且各个方向上的超压衰减特性不同,在0°方向冲击波峰值超压较大,且衰减速率最大,在180°方向冲击波峰值超压较低,且衰减速率较小;当云雾倾角由0°增加到8.27°时,传播距离在13~30 m范围内的0°方向上,峰值超压平均提高了7%,在90°方向上,超压值基本无变化,而在180°方向上,峰值超压平均降低了8%,因此增加云雾倾角使得峰值超压强度降低。     

环氧丙烷/空气混合物气-液两相燃爆特性

为了探究环氧丙烷云雾燃爆特性,采用20 L球形液体燃料爆炸测试系统,研究了点火延迟时间和质量浓度对环氧丙烷/空气混合物爆炸特性参数的影响,同时采用高速相机拍摄火焰传播过程,并利用比色测温技术重构了火焰温度场动态云图,探讨了环氧丙烷质量浓度对火焰温度的影响规律。结果表明：随着点火延迟时间的增加,最大爆炸超压和最大超压上升速率均呈先增大后减小的变化趋势,燃烧持续时间与之相反,最佳点火延迟时间为100 ms,此时最大爆炸超压达到最大值0.89 MPa;随着环氧丙烷质量浓度的增加,最大爆炸超压、最大超压上升速率和火焰最大平均温度均先增加后减少,在环氧丙烷质量浓度为498 g·m^-3时,最大爆炸超压和最大超压上升速率均最大,分别为1.02 MPa和60.91 MPa·s^-1,但最大平均温度对应的质量浓度明显比最大爆炸超压低,在质量浓度为415 g·m^-3时火焰平均温度峰值达到最大值1937 K。研究成果可为燃料空气炸药爆轰性能优化和毁伤效能评估提供参考。     

云雾爆炸场超压的威力研究

为了研究FAE爆炸场超压规律，对FAE和TNT进行了静爆对比试验，获得了各自的爆炸场超压实测数据。分析得到了各自的拟合公式、曲线及TNT当量值。研究结果表明，FAE爆炸场超压规律与TNT有显著区别，可划分为云雾爆轰区和冲击波作用区，其中云雾爆轰区是强毁伤区。在云雾区(爆炸近场)，FAE超压值很低但近似相等，TNT具有高超压但衰减迅速的变化规律．在冲击波作用区(爆炸远场)，FAE和TNT超压分布具有某种“相似性”，均呈衰减趋势，其中尤以TNT衰减更为迅速。     

二次起爆型云爆战斗部爆炸抛撒过程及毁伤作用

综述了二次起爆型云爆战斗部爆炸抛撒过程及毁伤作用的研究现状,着重对二次起爆型云爆战斗部爆炸抛撒过程、结构参数影响规律、"蹿火"现象、云雾浓度及颗粒尺寸测试、超压及热毁伤作用等研究内容进行了介绍,同时给出了二次起爆型云爆战斗部的发展方向,认为还需要加强对云爆燃料颗粒爆炸抛撒过程以及云雾爆轰能量与目标耦合的研究。     

高能液固混合燃料配方优化及毁伤分析

为筛选优化高能燃料空气炸药（FAE）的配方组分,以石油醚、环氧丙烷和乙醚作为液体燃料,硝酸异丙酯和硝基甲烷作为液体敏化剂,金属铝粉作为固体组分,通过EXPLO5计算软件比较了不同配比FAE的爆炸压力和爆炸温度,并在无约束条件下进行了液体和液固FAE配方的云雾爆轰实验,对爆炸场、温度场等参数进行了毁伤效果分析,并量化评估了各体系的热毁伤、超压毁伤的效果。结果表明,石油醚、环氧丙烷与硝酸异丙酯混合的混合液体FAE,在石油醚质量占比55%～70%条件下,爆轰性能上表现较优。液固混合FAE中液固比例为1∶1条件下具有较良好的爆轰性能,并在无约束云雾分散实验中表现出最佳的云雾分散状态。两种体系的FAE配方在1 kg的二次起爆药量下云雾爆轰可以稳定反应,能达到爆轰状态,且在毁伤能力均具有较优效果。     

高落速云雾爆轰的数值模拟

为了研究落速1000 m·s^-1条件下的燃料分散和爆轰过程,建立了燃料分散爆轰的计算仿真模型,以静态燃料分散及云雾爆轰实验结果作为数值方法进行了验证,分析了2 kg环氧丙烷燃料在高落速条件下分散爆轰的温度、压力随时间变化规律。结果发现：落速1000 m·s^-1条件下,数值模拟得到了云雾形态、浓度场随时间和空间的分布规律,云雾形态大致呈扇形,浓度随距离增加逐渐降低,最终达到稳定分布,云雾径向半径可达2.24 m,同时得到云雾爆轰过程及爆轰压力场、温度场的影响规律,起爆后形成弧形波阵面向外扩散且温度压力不断衰减。数值模拟结果与实验相吻合,为高落速云爆武器系统的安全设计提供了新途径。     

炸药驱动预制破片轴向抛掷速度沿径向的分布规律

在柱状装药结构对轴向前置预制破片抛掷的过程中,由于侧向稀疏波的作用,爆轰产物存在侧向泄漏,因此爆轰产物对轴向预制破片的作用压力从柱状装药中心沿径向逐渐降低,从而导致轴向预制破片抛掷速度沿径向逐渐变小.为了研究柱状装药长径比与装药壳体厚度等结构参数对轴向预制破片抛掷速度沿径向分布规律的影响,利用瞬时爆轰理论,并考虑了散心爆轰作用,建立了柱状装药结构爆轰驱动轴向预制破片的简化模型.对比实验结果与模型计算结果,表明该简化模型能较好地描述柱状装药结构对轴向前置预制破片的抛掷过程,对轴向预制破片弹的毁伤威力场的研究具有一定的指导意义.     

三元混合燃料一次引爆实验研究

基于离散爆轰思想,进行了小药量无约束空间三元混合燃料的一次引爆实验。实验结果表明,铝粉、环氧丙烷和TNT混合燃料的一次引爆过程可分为四个阶段,随距离的增加,其爆炸场超压呈增长一衰减的规律,且具有非常相似的压力场分布。铝粉、TNT混合燃料和TNT药包的爆炸场超压均随距离的增加而降低,但与等质量TNT药包炸药相比,前者的远场爆炸超压要高。铝粉、环氧丙烷和TNT混合燃料形成的云雾爆炸正压持续作用时间达10ms量级,比TNT药包爆炸的正压持续作用时间约高出100倍。     

铝粉尘云团爆轰温压效应的数值模拟

为研究粉尘云团形成的爆轰波在空气中传播过程及对周围环境的温压效应和毁伤规律,采用时-空守恒元解元算法两相流模型模拟了当量比为1,颗粒半径为2 μm的悬浮铝粉尘均匀分布形成的半径3.0 m的云团在空气中的爆轰波传播过程。研究结果表明：在冲击波到达云团边界处3.0 m位置时压力达到最大值2.10 MPa,而后压力产生衰减;冲击波到达4.7 m时铝粉尘全部反应完毕无剩余;铝粉尘反应形成的火球会向外运动可到达10.0 m处,火球内中心区域为温度3 500 K 以上、密度0.120 kg/m³的高温低密度区域;冲击波到达24.5 m处超压为0.10 MPa,达到致人死亡标准;冲击波到达28.0 m处时超压为0.09 MPa,可致人严重损伤。     

冲击片雷管多点同步起爆爆轰波压力的数值模拟和试验

采用有限元程序AUTODYN软件分别进行了冲击片雷管三点、四点、六点、八点同步起爆爆轰波压力值的数值模拟。分析了影响多点同步起爆爆轰波压力的因素。采用锰铜测压方法测试了多点冲击片雷管的同步起爆爆轰波压力。使用高速摄影系统拍摄了四点冲击片雷管的作用过程。结果表明,四点冲击片雷管的爆轰波压力平均值相比三点、六点、八点高。在中心距为4 mm并且装药量均为180 mg时,四个起爆点产生的爆轰波发生相互碰撞,爆轰波叠加形成超压爆轰,并能可靠起爆钝感炸药TATB。在中心距为8 mm并且装药量均为180 mg时,由于中心距较远,爆轰波衰减较快,相邻两点爆轰波发生的碰撞较少,产生的超压值也随之降低。     

深水静压作用下含水炸药爆炸性能的研究

为得到含水炸药的爆速随静态压力变化的规律,采用特制的爆炸性能测试装置,通过改变静水表面的压力来模拟深水装药环境,对不同静压作用下两类含水炸药(乳化炸药和煤矿许用水胶炸药)的爆速进行测试。实验结果表明:含水炸药的爆速随着压力的增大而降低;乳化炸药受静态压力的影响较大,在静压力为0.3MPa下会发生拒爆,水胶炸药爆速下降率比较平缓稳定。同时,通过拟合得到了乳化炸药的爆速与压力和加压时间之间的关系式。本研究为含水炸药在水下爆破中的应用提供技术支持。     

燃料空气炸药爆轰产物JWL状态方程参数计算

炸药爆轰产物的Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程参数一般由圆筒试验确定,但圆筒试验并不适用于宏观上呈云雾状态的燃料空气炸药(FAE)。为确定FAE爆轰产物的JWL状态方程参数,基于外场FAE爆轰试验数据,引入反向传播神经网络联合遗传算法(BPNN-GA),建立适用于FAE的状态方程参数计算方法,并与单爆源和多爆源的外场试验结果对比。研究结果表明：引入BPNN-GA可以简化状态方程参数优化过程,提高了寻优速度和精度;基于FAE爆轰产物JWL状态方程参数,建立单爆源与多爆源的FAE云雾爆轰模型,数值仿真所得的冲击波轮廓与实际爆轰冲击波形貌一致,单爆源与多爆源50 m测点处地面峰值超压仿真值与试验值的最大偏差分别为9.0%和11.1%.     

PBT/A3 基RDX 含铝炸药爆炸能量特性研究

为掌握PBT/A3 粘结剂体系对含铝炸药爆炸能量的影响特性,以PBT/A3 粘结剂体系为研究对象,复合 RDX 和Al 粉设计PBT/A3 基RDX 含铝炸药配方。测试炸药复合体系密度、爆速、爆热等性能,并与相同条件HTPB 基RDX 含铝炸药进行对比,探讨PBT/A3 粘结剂对炸药密度及爆炸本征能量爆速和爆热影响;开展PBT/A3 基含铝 炸药冲击波超压性能测试,对其近/远场冲击波能量释放特性进行分析和讨论。研究结果表明：较于HTPB 基RDX 含铝炸药,PBT/A3 粘结剂对复合体系装药密度提升9.1%,爆速和爆热分别提升1.45%和11.47%,能量密度提升较 为明显;PBT/A3 基炸药近场超压当量为1.6 倍,远场超压当量为1.69 倍,PBT/A3 含能粘结剂体系的引入改善了复 合体系氧平衡,有利于Al 粉充分燃烧提高其远场能量释放。     

基于乙烯/空气详细反应机理的旋转爆轰过程数值模拟

为了研究乙烯/空气的旋转爆轰传播特性,采用OpenFOAM7中rhoReactingCentralFoam求解器,以及乙烯/空气21组分36步基元化学反应模型,对旋转爆轰传播过程进行了二维数值模拟研究。通过改变预混气各组分的质量分数,验证了基元反应在旋转爆轰的可适用性,研究了当量比对旋转爆轰波的影响,分析了旋转爆轰燃烧室的流场结构、压力增益和燃料比冲。研究结果表明:在当量比0.7～1.1范围内旋转爆轰波能够自持传播,其传播模态均为单波; 在来流总压0.6 MPa和总温300 K时,压力增益均保持在30%以上,且随当量比的增加旋转爆轰波传播速度、阻塞比、压力增益以及燃料比冲均增大,速度亏损逐渐减小,但随着当量比的增加其增长速率和降低速率呈下降趋势; 爆轰波稳定传播时,中间产物OH集中在爆轰波后方和斜激波下游,反映了化学反应阵面的形状。爆轰波传播过程中,由于爆轰波扫过后压力过高,新鲜燃料无法供应,导致温度曲线图出现波动。     

含双芳-3发射药的灌注炸药爆轰性能

采用灌注成型工艺,将含敏化剂的含能灌注液填充于废弃的双芳-3发射药颗粒的空隙中,制备出灌注炸药。通过见证板试验、高速摄影、空中爆炸及水下爆炸试验分别研究了其爆轰性能、冲击波超压及能量输出特性。结果表明,采用灌注工艺,可制备性能优良的灌注炸药;随着敏化剂含量的增加,炸药的爆轰感度显著提高,但其爆速、冲击波超压及水下爆炸能量输出变化较小;该炸药的密度可达1.52 g·cm-3,爆速6600 m·s-1(Φ60 mm),比例距离为1.65～4.50 m·kg-1/3时TNT当量系数略大于1,比冲击波能及总能量分别为1.57,4.16 MJ·kg-1,高于常用的工业炸药,略低于TNT。