铝粉含量对梯铝炸药爆压和冲击波参数的影响

测试了以TNT为基不同含量含铝炸药的爆压和空中爆炸冲击波参数,通过分析铝粉对炸药爆压、空中爆炸参数和爆炸冲击波超压的影响,建立了爆压与铝氧比的关系曲线、5种TNT基含铝炸药的冲击波相似律方程和TNT/Al炸药的爆压与空中爆炸冲击波超压的关系式.结果表明,随着铝粉含量的增加,炸药的爆压呈指数衰减,近距离的冲击波超压也快速减小,但爆炸场温度和爆炸火球的直径及持续时间会增大.     

双元炸药装药空中爆炸的输出特性

选择3种复合炸药制备了双元炸药装药试样,测量了其空中爆炸冲击波超压-时间历程,并与单一炸药装药进行了比较.研究了双元装药结构空中爆炸的输出特性,采用高速摄影仪测定了爆炸火球的特征参数.结果表明,双元炸药装药结构可使两部分装药之间产生能量耦合,从而提高装药的能量输出.采用外层高爆速炸药包裹内层非理想炸药的内外层双元装药结构,不仅能提高空中爆炸的冲击波效应,而且可以增加爆炸火球的持续时间.     

含金属-氟聚物包覆层装药的内爆性能试验研究

为研究金属-氟聚物包覆下装药在密闭空间内的爆炸释能特性,制备了金属-氟聚物与装药质量比(η)分别为0、0.30、0.63的3种试样,并在爆炸罐中开展了静爆试验,对比了3种试样爆炸后的冲击波超压、比冲量、温度与准静态压力。结果表明,金属-氟聚物包覆层显著降低了装药爆炸后的冲击波超压峰值及比冲量,但其下降规律与含惰性包覆层的装药类似,说明金属-氟聚物包覆层的二次反应对冲击波超压及比冲量没有明显贡献;而包覆层能有效提高装药爆炸后罐内的气体温度和准静态压力,当金属-氟聚物与装药的质量比为0.30和0.63时,爆炸后罐体内气体的最高温升幅度达到291K和422K,相比裸装药的254K分别提升14%和66%,而准静态压力峰值分别为0.105MPa和0.131MPa,相比裸装药的0.095MPa分别提升了10%和38%,表明η为0.63时,更能促进装药反应程度的增加。     

水下爆炸冲击波传播的近似计算

水下爆炸冲击波传播计算由能流密度一时间曲线经验表达式化简。用简单数值积分法解由拉格朗日形式流体动力学方程、Hugoniot方程和能流密度一时间关系式组成的偏微分方程组，不同距离处的冲击波峰值由单点初始数据计算。结果表明，由近似计算方法所得结果与实测数据和相似律结果一致。适当选取起算参数，在5倍装药半径以外的爆炸远场范围计算精度良好。5倍装药半径以内的爆炸近场，冲击波未充分形成，计算方法失效。计算了几种含铝炸药的冲击波传播，表明冲击波能显著影响冲击波传播特性，冲击波能有利于抑制超压衰减。     

AP对炸药空中爆炸参数的影响

为研究AP对炸药空中爆炸性能的影响,在RDX和HMX基混合炸药和含铝炸药中添加AP,并进行了空中爆炸性能试验.从冲击波超压、爆炸火球的最大半径及火球持续时间、爆炸场温度等方面分析了AP对炸药空中爆炸性能的影响.结果表明,AP对空中爆炸冲击波超压的影响与主炸药的种类有关,加入AP后,混合炸药的冲击波超压降低,含铝炸药的冲击波超压增大;随着AP含量的增加,最大火球半径和火球持续时间及爆炸场温度都减小.     

壳体约束强度对温压炸药空中爆炸性能的影响

为评估壳体约束强度对温压炸药爆炸性能的影响,对不同壳体约束强度下的固体温压炸药进行野外静爆试验,用AUTODYN软件对该过程进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果表明,相同装药条件下,裸装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值大于带壳装药;铝壳体装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值较钢壳体装药高;数值模拟得到的冲击波曲线形态、峰值及冲量与试验结果吻合较好,且裸装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较带壳装药早,铝壳体装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较钢壳体早;初始冲击波超压值受壳厚影响较大,壳体的存在使冲击波的传播滞后。     

高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波特性

为了研究高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波传播特性,利用AUTODYN有限元软件,研究了不同海拔高度及其解耦对应的低温条件和低压条件对运动装药爆炸冲击波超压场的影响规律;建立了预测低温环境和低压环境下运动装药爆炸冲击波超压的理论计算模型,并通过试验数据和数值模拟进行了对比验证。结果表明,该计算模型可以有效预测不同低温、低压以及低温和低压耦合的高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波超压;海拔高度从0升至10000m,冲击波超压峰值平均减小35.6%,冲击波作用范围增加62.0%;随着环境温度降低,冲击波超压峰值平均增加0.43%,冲击波作用范围减小11.9%;随着环境压力降低,冲击波超压峰值平均减小36.4%,冲击波作用范围增加83.5%;不同海拔高度下装药运动速度引起的冲击波超压增大系数变化规律与解耦对应的低压条件影响规律基本相似;高海拔环境对运动装药爆炸冲击波的作用范围及超压的影响主要取决于低压条件,低温条件的影响程度较小。     

炸药的水下爆炸威力

根据炸药水下爆炸能量释放的特点，分析了铝粉、爆压和装药密度等因素对水下冲击波能和机械气泡能的影响，并对水中兵器装药的配方设计提出了建议。     

低附带毁伤弹药爆炸威力的理论分析与试验研究

为适应现代反恐作战的需求,提出了一种新型低附带毁伤弹药,根据爆炸力学相关理论建立了杀伤元抛撒速度与复合材料外壳、装药三者之间的关系模型.通过静爆试验,利用压力传感器测试出3种不同装药爆炸后的超压曲线.结果表明,从压力曲线来看复合材料外壳装药与纯炸药、发泡塑料外壳装药爆炸产生的冲击波超压曲线不同,正压作用时间长.最后得出,与传统杀爆弹相比低附带毁伤弹的杀伤区域较小,而在较小的杀伤区域内杀伤效应更强.     

炸药空中与水中爆炸冲击波超压的换算关系

通过经验公式分析及模拟实验研究,对炸药装药空中与水中爆炸产生的冲击波超压换算关系进行了研究.结果表明,当比例距离r=R/W1/3的取值范围在1.5～2.5时,炸药装药空中与水中爆炸冲击波超压有定量的换算关系,并拟合出确定的换算公式.通过理论和经验数据分析,得出其他装药水中冲击波超压TNT当量的换算方法,冲击波参数TNT当量应根据炸药水中爆炸的冲击波能进行换算.通过对比证明,根据冲击波参数TNT当量修正后的经验公式计算结果精度可以满足工程设计使用.     

壳体对炸药水下爆炸近场特性的影响

为了研究壳体对炸药水下爆炸近场特性的影响,在水下进行了Φ25mm圆筒试验与Φ25mm裸药柱滑移爆轰试验,对比分析了带壳装药、裸装药的冲击波迹线与壳体、气泡的膨胀迹线。结果表明,壳体对炸药爆炸后冲击波的衰减作用较为明显,带壳装药水下爆炸冲击波波阵面压力与冲击波传播速度以相对较低的初始值(0.9GPa,0.78mm/μs)近似保持不变,而裸装药水下爆炸冲击波波阵面压力与冲击波传播速度从较高初始值(8.5GPa,0.92mm/μs)以指数形式快速衰减;不同膨胀时期壳体对膨胀过程的影响不同,导致水下爆炸初期(0～5μs)与后期(20μs以后)带壳装药壳体的膨胀速率低于裸装药气泡的膨胀速率,水下爆炸中期(5～20μs)带壳装药壳体的膨胀速率高于裸装药气泡的膨胀速率。     

不同壳体装药爆炸威力的数值模拟及试验研究

为研究装药壳体材料对爆炸威力的影响,对不同壳体装药在空气和混凝土靶中的爆炸破坏效应进行了数值模拟及试验研究.结果表明,在相同的装药情况下,碳纤维复合材料壳体装药爆炸产生的冲击波超压相对D6A钢壳体装药的高.因碳纤维复合材料壳体装药爆炸时不产生破片,所以对远距离目标不造成破坏,而D6A钢壳体装药爆炸时产生的破片对远距离目标具有一定的杀伤效应.从混凝土靶的爆炸破坏效应来看,碳纤维复合材料壳体装药在阻抗匹配方面要比D6A钢壳体装药好,更利于爆炸冲击波的传播.在同样装药的情况下,碳纤维复合材料壳体装药爆炸对靶体爆炸驱动有效能量大于D6A钢壳体装药.静爆试验证明了数值计算与试验结果相一致.     

基于气固两相反应流的温压炸药能量释放规律数值模拟及实验验证

为研究气体环境、铝粉含量、空间体积对温压炸药能量释放的影响,基于气固两相反应流模型,建立有限差分-物质点耦合算法,对温压炸药密闭容器内爆炸流场演化进行数值模拟及实验验证。结果表明,温压炸药在空气环境中爆炸释放的能量高于氮气中,壁面冲击波峰值压力和空间准静态压力的增幅分别在20%和80%以上,空间准静态压力随空间体积的增大呈先增大后减小的趋势;铝粉含量越高,冲击波在传播过程中衰减得越慢,空间准静态压力越高;铝粉燃烧反应度随空间体积的增加而下降,当比空间体积超过100m³/kg时,反应度下降到90%以下,且铅粉含量越高,其反应程度越低。     

TNT装药水中爆炸的数值模拟

采用AUTODYN软件对不同起爆方式下TNT装药水中爆炸模型进行了数值计算,并对计算结果进行了实验验证.根据计算结果分析了中心起爆、端面中心起爆和端面面起爆情况下,在装药不同方位的水中冲击波压力峰值随距离的变化趋势.计算结果表明,端面起爆状态下,装药径向的冲击波压力峰值均大于端部;中心起爆状态下,一定距离处,装药端面的压力峰值大于径向.改变起爆方式,可以实现水中爆炸冲击波能量的定向增益,提高特定方位爆炸能量利用率.     

Al/TiH_2/PTFE三元活性材料的热行为研究

为了研究铝/氢化钛/聚四氟乙烯(Al/TiH_2/PTFE)三元活性材料的反应机制,采用湿混法制备了Al/PTFE、TiH_2/PTFE、Al/TiH_2和Al/TiH_2/PTFE 4种复合材料;利用TG-DSC对其热分解和热反应行为进行了研究,采用XRD对不同温度下热反应产物进行了成分分析,利用氧弹量热仪对活性材料热值进行了测量。结果表明,Al/TiH_2/PTFE三元活性材料体系中,TiH_2受热首先分解为金属Ti和H_2,随着温度升高,Ti和Al分别被PTFE氧化为TiF_3(或TiF_4)和AlF_3;当温度约752℃时,未完全反应的金属Al和Ti发生化合反应生成Al_3Ti;XRD结果显示,从780℃开始,Ti和C发生化合反应生成TiC;氧弹量热结果表明,加入质量分数10%的TiH_2使Al/PTFE燃烧热值由13812J/g增至14876J/g,提高了近7.7%;TiH_2在Al/PTFE活性材料体系中能参与反应并有效提高材料的能量密度,达到了其作为高能添加剂的目的。     

铝粉粒度对乳化炸药能量输出特性及热安定性的影响

为了研究铝粉粒度对乳化炸药水下爆炸能量输出的影响，在相同乳化炸药中分别添加3种不同粒度的铝粉制得含铝乳化炸药。利用水下爆炸实验，获得冲击波压力时程曲线，经分析计算得到峰值压力、冲击波冲量、比冲击波能、比气泡能、总能量等水下爆炸能量参数。并运用DSC-TG联用技术测试添加不同粒度铝粉的乳化炸药在不同升温速率下的热安定性。结果表明：铝粉粒度对乳化炸药水下爆炸的能量有较大的影响，添加了中粒度（平均粒度为177.2 μm）铝粉的乳化炸药各能量参数均达到最大值，而3组样品的热安定性则随着铝粉粒度的减小而降低，活化能的最大降幅达3.7%。     

炸药在等离子体起爆下的能量输出特性

为了得到炸药在等离子体起爆下的能量输出特性,选择空气中炸药冲击波超压和爆热作为能量输出的特征参数,金属丝电爆炸作为等离子体产生源,测定了TNT在镍铬合金丝(Ni-Cr)、钨丝(W)、钼丝(Mo)和铜丝(Cu)等离子体起爆下的空气中冲击波超压曲线,分析了金属材质对冲击波超压的影响;基于爆热量热仪和等离子体发生装置测定了TNT、RDX和HMX的爆热。结果表明,各类等离子体均可以起爆TNT,合金丝在等离子体起爆下的冲击波超压明显高于单质金属丝,冲击波峰值超压大小顺序为Ni-CrWMoCu;TNT、RDX和HMX在Ni-Cr等离子体起爆下的爆热值分别是4 304.1、5 491.7和6 254.8J/g,爆热值均大于装药密度超过80%理论最大密度下的文献值,表明等离子体起爆有助于提高炸药的能量释放效率和爆轰完全性。     

圆柱形可燃气云爆炸实验研究与数值模拟

与半球形可燃气云模型相比,圆柱形模型更接近于气云爆炸事故的实际情况。进行了乙炔浓度7.75%、气云体积0.26m³的圆柱形可燃气云爆炸实验,记录了距气云中心1.2 m与1.6 m两点的爆炸超压。建立了描述气云爆炸的理论模型,采用SIMPLE算法编制了计算程序。计算结果经实验数据考核,最大与平均相对偏差分别 为18.3%与5.4%,证实程序满足气云爆炸模拟与预测的要求。研究结果显示：爆炸流场不具备球形对称的性质,爆炸超压与火焰传播方向有关,当气云高径比0.2时,沿地面方向的最大超压可达垂直方向的3.3倍;气云体积不变而形状变化时,爆炸强度随着高径比的增大而增大,高径比1.0时的最大超压可达高径比0.1时的3.1倍;气云高径比降低时,火焰传播距离增大,燃烧时间增长,气云释能速率下降,因此爆炸超压降低。研究结果对可燃气云爆炸灾害的预测具有一定的指导意义。     

Al/PTFE亚稳态分子间复合物的制备及其在高温水蒸汽中的反应性能研究

为了提高铝与高温水蒸汽的反应活性，采用机械球磨法在不同球磨时间下制备得到了铝基聚四氟乙烯亚稳态分子间复合物(Al/PTFE);通过扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射、同步热分析仪研究了Al/PTFE的微观形貌、晶型及氧化性能；利用水蒸汽反应装置研究了Al/PTFE在高温水蒸汽中的点火性能；用扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射分析仪研究了Al/PTFE燃烧产物的微观形貌及组成。结果表明，Al/PTFE复合物的形貌随球磨时间的增加由片状向块状转变，粒度随球磨时间的增加而减小；3h球磨制备的Al/PTFE复合物与高温水蒸汽反应时展示出最佳的反应活性，反应产物的中值粒径(D₅₀)为17.2μm; 3h球磨制备的Al/PTFE复合物在600℃和700℃高温水蒸汽下的点火延迟时间分别为29s和15s,且点火温度比1h和5h球磨制备的Al/PTFE更低。     

含铝炸药爆炸光辐射能量输出特性研究

通过爆炸光辐射特性试验研究,获取了含铝炸药装药在不同反应阶段的可见光、红外光时程曲线,计算了不同波段光辐射的能量利用率;基于含铝炸药的爆炸能量输出结构,分析了含铝炸药爆炸光辐射能量输出特性和激发特性规律。结果表明,可见光、中波红外和长波红外3个频段的光辐射强度分别在含铝炸药爆炸爆轰反应阶段、无氧燃烧反应阶段和有氧燃烧反应阶段达到最大峰值,与不同阶段的反应机制和释能特性吻合;含铝炸药常规爆炸的光辐射在试验工况测量波段的能量利用率为5.91%,与核爆炸模式的光辐射转化率存在数量级上的差异,但通过优化炸药配方设计和复合装药结构等技术途径仍可能有较大的提升空间,可为光电对抗提供新型技术途径。