引信慢速烤燃特性的等效试验方法

针对不敏感引信传爆序列热安全性设计的迫切需求,提出了引信慢速烤燃特性的等效试验方法。该方法通过建立导爆药、传爆药与壳体为耦合的热传导界面,且在耦合界面上温度和热流连续的引信慢速烤燃仿真模型,对不同升温速率条件与标准试验方法的慢速烤燃特性进行对比仿真,得到等效试验方法,缩短慢速烤燃试验的耗时,提高研究效率。仿真和试验结果表明,1℃/min和3.3℃/h不同升温速率下,引信反应程度基本相同,反应温度相差不超过3%。因此,可以采用1℃/min的升温速率代替3.3℃/h的升温速率进行等效试验,以缩短引信慢速烤燃特性试验的时间,提高研究效率。     

慢速烤燃环境下引信热响应特性测试与仿真

为揭示不敏感弹药用引信在烤燃试验下的热响应特性,掌握其内部热传递途径及规律,提出烤燃环境下隔爆式引信热响应分析方法。针对引信在受热刺激下的钝感化要求,以典型舰载76 mm口径弹头无线电引信为例进行烤燃试验测试与热有限元仿真,开展升温速率为1.17 ℃/min、终极温度为270 ℃慢速烤燃环境下的引信热响应特性研究。结果表明：基于热阻抗等效原则的“模块替换法”,即以具有相近导热系数的热电偶测温系统替代电池组件,实现了增加嵌入式测温系统不会过多影响引信原有的热量传递通道;设计了可嵌入引信内部的慢速烤燃测温微系统及Teflon材质防热保护壳体,通过试验证实了测温微系统在慢速烤燃环境下具有可靠性高、可同步测试等优势;对比引信内部各组件的温度差异证实了烤燃刺激下引信的热传递途径为压螺-安全和解除保险机构-导爆药-传爆药,明确了增加压螺以及安全和解除保险机构的热阻抗可降低导爆药和传爆药的意外发火概率。     

升温速率对引信烤燃响应特性的影响

针对弹药在制造、存储、运输及实战等环境中遭受意外热刺激的问题,对不同升温速率下引信烤燃的热响应规律进行了研究。以1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)装药引信为研究对象,建立了考虑引信各部件热膨胀作用的烤燃计算模型,采用ANSYS Workbench软件对0.5 K/min,1 K/min,2 K/min,3 K/min,4 K/min,5 K/min和6 K/min七种不同升温速率下引信烤燃的热传导和热膨胀过程进行热力耦合计算,得到了引信的点火位置、点火时间、点火温度、形变量以及等效应力。仿真计算结果表明:随着升温速率的增加,点火位置由传爆药柱中心向传爆药边缘位置移动,最终出现在导爆药柱中;点火时间缩短,而变形量先增大后减小;传爆序列的最大等效应力均位于传爆药柱中;升温速率对点火温度的影响较小。     

引信内部装药对烤燃试验响应的影响

针对引信内部装药对引信不敏感性影响不清晰的问题,通过有限元分析不同装药下引信在烤燃条件下的响应过程和规律。采用ABAQUS软件仿真,应用炸药多步热分解反应数学模型模拟炸药热分解过程,研究了快速烤燃与慢速烤燃两种情况下,装药中钝感剂的比例以及装药种类对引信不敏感性的影响。研究结果表明,钝感剂的比例从2.5%上升到15%,点火温度、壳体温度和点火时间的变化都在0.4%以内,几乎没有影响。当使用TATB作为传爆药时,相较于原引信的钝化黑索今,慢速烤燃试验条件下点火温度和壳体温度提升了80 K左右,点火时间延长了55.4%,快速烤燃试验条件下,点火温度和壳体温度提升了超过100 K,点火时间延长了50.3%,显著提高了引信的热安全性。同时当升温速率由3.3 K/h提升至0.05 K/s时,点火位置由导爆药处变为传爆药柱顶部。慢速烤燃和快速烤燃试验条件下,均无需考虑钝感剂/粘合剂的占比影响。换用更为钝感的炸药时,为了适应点火位置的变化,也可能要对引信结构进行改进。     

火灾条件下引信传爆序列的热响应数值计算

为研究火灾条件下引信传爆序列的热响应规律,基于引信装药结构,对聚奥-9C装药的引信进行合理简化并建立有限元模型。采用有限元分析软件Fluent,对引信传爆序列在炉火烧和池火烧试验的两种火灾条件下发生热爆炸的点火时间、点火温度以及点火位置进行计算,并分析热安全性。结果表明:两种火灾条件下引信传爆序列的点火时间接近,点火位置在传爆药柱的边角处;热点火起爆时,导爆药柱的温度未达到自反应放热温度,是由于传爆药柱边角发生热化学反应而引起引信爆炸;传爆药柱装药边角处是热点产生的危险区域,易发生热积累而导致爆炸,在储存与运输过程中需对引信进行隔热防护。     

小型传爆装置慢燃实验及数值计算

为了研究引信传爆管在烤燃作用下的热响应规律,设计了聚黑-14C（JH-14C）的小尺寸传爆管慢烤实验。对JH-14C进行差示扫描分析得到其热分解动力学参数,并结合引信传爆管的烤燃实验和数值模拟结果,确定了JH-14C的活化能与指前因子分别为2.04×10⁵ J/mol、5.59× 10¹⁷ s^-1. 通过对4种不同升温速率下引信传爆管的烤燃过程进行数值计算,结果表明：烤燃装置点火时,传爆药柱先起爆,冲击波经管壳衰减后使导爆药柱发生爆炸;不同升温速率下,传爆药柱内部形成的点火位置不同;随着升温速率的增加,点火位置由传爆药柱中心向其边缘转移,但点火温度变化不大。     

基于熔解装置的引信内部排气路径

针对无线电引信内部没有泄压通道无法实现烤燃环境下传爆药反应产生气体向外排放的问题,提出了基于熔解装置的引信内部排气路径。该路径为:传爆管部件→隔爆部件→引信体→发火控制装置的支承筒→引信体→压螺,常规环境下断开,不影响引信正常工作;烤燃环境下打开,向外排放传爆药反应产成的气体,避免引信发生爆炸等剧烈反应。试验结果表明,该路径不影响引信的密封性,有效降低了引信快速烤燃时响应的剧烈程度,相对提高了引信慢速烤燃时的安全性,能够实现烤燃环境下传爆药反应产生气体的向外排放。     

泄压孔径对引信慢速烤燃响应程度的影响

针对引信在慢速烤燃环境下传爆药会发生剧烈反应的问题,提出在引信体上设计泄压孔的方式来降低传爆药的反应程度。以中大口径榴弹引信作为研究对象,在升温速率为3.3℃/h条件下,分别对无泄压孔和有泄压孔的引信进行慢速烤燃试验,根据试验后的反应情况来判断反应剧烈程度。试验结果表明,引信通过设计泄压孔能有效降低引信在慢速烤燃条件下的反应剧烈程度,随着泄压孔径增大,反应程度降低。为不敏感引信泄压结构设计提供参考。     

装药密度对钝化黑索今快速烤燃特性的影响

为了提高传爆药在武器弹药系统中的使用安全性,选用钝化RDX为原料,对不同装药密度的烤燃弹进行快速烤燃实验。利用热电偶测量弹药壳体的反应温度,并用自行编制的软件应用到试验时间和温度的同步采集中,分析不同装药密度下钝化RDX的快速烤燃特性。结果表明,对于同一种传爆药,药量相同条件下,随着装药密度的增加,传爆药发生反应的时间增长,反应温度升高,而传爆药发生快速烤燃反应的剧烈程度却降低。因此提高传爆药的装药密度可以有效提高弹药的使用安全性。     

新型耐热钝感传爆药2,5-二苦基-1,3,4-噁二唑性能研究

测试了2,5-二苦基-1,3,4-噁二唑(DPO)的基本性能,并与六硝基菧(HNS)进行了对比,研究了DPO的安全性和慢速烤燃性能,探索了DPO在冲击片雷管和钝感传爆药中的应用.结果表明:DPO是一种热安定性良好且冲击波感度相对敏感的炸药,基本理化和热性能与HNS相当.DPO能够通过传爆药安全性鉴定试验,可以作为许用传...     

考虑相变的炸药烤燃数值模拟计算

以低熔点的TNT炸药为研究对象，根据已有的TNT炸药烤燃实验，建立了炸药烤燃热反应模型，模型除了考虑炸药热传导外，还考虑了炸药多步化学反应、炸药相变和液态炸药的对流传热。采用计算流体力学软件Fluent，对加热速率为0．05K·s^-1时TNT炸药的烤燃过程进行了数值模拟计算，得到了TNT炸药的剧烈反应时间为4150s，炸药点火时3号特征点的温度为226℃；与实验结果比较，验证了计算模型和相关参数的正确性。分析了不同加热速率下（0．3K·s^-1，0．05K·s^-1，3．3K·h^-1）TNT炸药相变和温度变化情况。计算结果表明，烤燃中炸药相变熔化是从外向内逐步进行，未熔化的固态炸药会在重力作用下出现沉降。炸药熔化时会吸收热量，使温度上升速度减小。刚熔化的炸药在对流作用下温度会在短时间内快速上升。液态炸药存在热对流和热传导的共同作用，使炸药内部温度分布的均匀性增加。炸药相变对炸药点火温度，点火时间和点火位置都有影响。     

变组分法的感度试验条件及界面传爆概率计算研究

研究了变组分法所用小隔板感度试验的施主参数，并依据感度数据计算了榴－５引信序列雷管一导引药界面的传爆概率。     

不同升温速率下炸药烤燃模拟计算分析

为了研究不同升温速率条件下炸药热反应规律,建立了炸药烤燃模型,利用计算流体力学软件,对固黑铝炸药(GHL)在不同升温速率下的烤燃过程进行了数值模拟计算.采用Arrhenius定律描述炸药自热反应,根据在1 K·min-1升温速率下固黑铝炸药烤燃实验测量的温度-时间曲线,确定了固黑铝炸药的活化能和指前因子分别为180.2 kJ·mol-1和2.1674 s-1; 分别对3.3 K·h-1,1 K·min-1,3 K·min-1和10 K·min-1四种不同升温速率下固黑铝炸药烤燃过程进行了数值模拟计算分析.结果表明,升温速率对炸药点火时间和点火位置有很大影响.升温速率增大,炸药点火时间缩短,点火位置从炸药内部移向炸药边缘.升温速率对炸药点火温度影响很小,但慢速烤燃下炸药点火时的环境温度比快速烤燃低.     

DNTF基炸药燃烧转爆轰影响因素实验研究

为了研究二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基混合炸药燃烧到爆轰转变(DDT)过程的有效调控技术,采用同轴电离探针测量技术研究了点火药量、DDT管壁厚约束、成型方式等对DNTF基混合炸药DDT性能的影响,从DDT管破裂状态、DDT过程不同位置处波阵面速度、诱导爆轰距离等变化对实验结果进行了分析。结果表明,DDT管壁厚约束对DNTF基混合炸药DDT的诱导爆轰距离没有明显影响,都在375 mm左右,但壁厚减小会使爆燃阶段持续时间增加,达到爆轰的初始速度减小到5515 m·s~(-1);点火药量增加对DNTF基混合炸药DDT反应剧烈性没有明显影响,但会减小初始燃烧持续时间和诱导爆轰距离;压制成型试样DDT的初始燃烧持续时间、爆燃持续时间及诱导爆轰距离均大于熔铸成型试样,但反应剧烈性没有差别。     

传爆管偏置对子弹预制破片战斗部威力的影响

为了给弹药总体和引信传爆序列设计提供参考,以某中型盘状子弹为对象,通过破片初速理论计算和ANSYS／LS-DYNA仿真,并结合试验,得到了传爆管不同偏置距离下子弹战斗部预制破片初速各向分布。结果表明：与中心传爆系统相比,偏心传爆系统离传爆管远的破片初速较高。随传爆管偏置距离增加,同一周向破片间初速差异变大。传爆管偏置9 mm时破片初速增益为－7.28％～8.28％,对子弹战斗部破片杀伤场轴对称性影响不大,因引信安全性设计所需的传爆管偏置结构可行。     

侵彻弹体慢速烤燃响应特性实验研究

为考核全尺寸侵彻弹体的慢速烤燃响应特性,利用自行研制的慢速烤燃装置开展了实验。将质量为290 kg的侵彻弹体平放在慢烤箱中以3.3 ℃/h的升温速率缓慢加热,实时采集弹体表面温度曲线并拍摄整个实验过程,测量距弹体质心水平7 m处的反射冲击波峰值超压。实验结果表明：全尺寸侵彻弹体在加热42 h45 min23 s、温度达到约190 ℃时发生燃烧,41 s后发生了更为剧烈的反应,弹体和慢烤箱被炸裂成大块破片;通过反射冲击波超压峰值反推弹体剧烈反应时对应的等效裸露装药当量为4.153 kg,远小于实际装药当量和完全爆轰时的等效裸露装药当量;从加热时间、弹体表面温度、实验现场破坏情况、反射冲击波峰值超压、反应机理等方面综合判断该侵彻弹体的慢速烤燃响应类型为燃烧转爆炸。     

颗粒状HMX、RDX的燃烧转爆轰实验研究

用盖帽探针和离子探针实验研究了颗粒状HMX、KDX的燃烧转爆轰(DDT)。研究表明炸药的DDT过程复杂，点火方式、DDT管材料、杂质都对这些炸药的DDT有一定的影响。