中心装药对燃料抛散的影响及其空腔效应

中心装药对燃料空气炸药(FAE)装置有重要的影响。利用高速相机测定得到采用耦合装药的FAE装置的抛散速度的最大值为408.5 m·s-1,利用LS-DYNA软件计算得到采用耦合装药的FAE装置的抛散速度的最大值为412.5 m·s-1,误差不足1%,计算方法精确可靠。采用相同的方法对采用不同中心装药方式的FAE装置的燃料抛散速度、中心装药爆炸空腔、空腔内温度进行了计算。结果表明,采用不耦合装药的FAE装置不同位置的抛散速度相差小,约100 m·s-1,速度分布均匀,燃料利用率高;爆炸空腔半径在端部处缩小1/3左右,呈现出中间大,两端小的分布,使二次起爆药包的安装位置有更多选择。同时,与采用耦合中心装药的FAE装置相比,不耦合中心装药的FAE装置爆炸空腔内的温度衰减较快,安全性更好。     

不耦合装药爆炸作用下燃料空气炸药的近区抛散

通过建立的力学模型 ,分析中心不耦合装药爆炸载荷下燃料空气炸药近区抛散速度分布的规律 .得到燃料抛散最大速度的计算方法 ,为中、远区抛散分析奠定了基础 .计算值与实验结果是一致的 .研究结果表明 :中心不耦合装药爆炸载荷作用与耦合装药相比 ,燃料的抛速变小 .同时给出了不耦合系数与燃料抛散速度的定量关系     

中心装药对FAE燃料成雾特性影响的试验分析

为了优化燃料空气炸药(FAE)装置参数,采用高速运动分析系统,观测燃料云雾的分散过程,研究中心装药对燃料云雾体积的影响规律。试验结果表明,燃料空气炸药装置的中心装药起爆后,燃料开始分散,云雾体积逐渐增大。燃料云雾抛散过程和最终体积与中心装药有关,当中心装药能量较小时,燃料云雾最大体积随中心装药能量增大而增大,当中心装药能量达到临界值以后,燃料云雾的最大体积不再随能量增大而增大。     

战斗部旋转对固液混合装药发射安全性的影响

为了研究固液混合装药在发射过程的安全性,从固液混合装药的物理特性出发,考虑战斗部发射时装药与壳体的摩擦生热,在壳体和装药之间建立能量守恒方程,利用有限差分对其进行数值计算.计算得到,当战斗部转速为40 r·s-1时,燃料最高温度为542 K,结果表明: 装药与壳体之间的摩擦是固液混合装药发射过程的主要危险源.     

不同机械约束下压装PBX炸药反应演化行为

为研究机械约束下炸药反应演化行为,加深对武器装药意外点火后反应烈度演化影响因素及机制的认识,对压装PBX炸药反应演化过程进行实验研究。设计一种机械约束装药点火实验装置,采用激光干涉仪和压力传感器分别测量壳体膨胀速度和内部压力,分析不同约束下两种HMX基压装PBX炸药装药的反应演化行为;结合空气冲击波超压测试结果和装置、炸药残骸回收分析,表征装药的反应烈度。研究结果表明：2 MPa机械约束下,PBX-1和PBX-2装药反应最高压力不超过200 MPa,壳体膨胀速度在70 m/s左右,装药反应烈度为爆燃;50 MPa机械约束下,PBX-1和PBX-2装药在百微秒甚至几十微秒内压力超过1 GPa,壳体膨胀速度达到500 m/s,装药发生爆炸反应;不同炸药的力学性能会造成装药反应演化过程存在一定差异,但机械约束影响更明显,新装置2 MPa和50 MPa机械约束装药反应压力和约束壳体速度相差接近1个数量级。     

炸药装药爆炸反应演化过程和约束影响的数值模拟

为分析弱刺激条件下炸药装药反应演化问题和约束条件对炸药爆炸反应的影响,构建了炸药爆炸反应速率增长的唯像模型,采用多介质任意拉式欧拉和流固耦合算法,实现了约束装药局部点火后缓慢燃烧反应到剧烈爆炸反应增长及其与壳体相互作用的数值模拟.基于强约束球形装药中心点火实验,数值模拟分析了约束条件对压装PBX-2炸药爆炸反应压力增长过程的影响,结果表明壳体强度或厚度增加,装药内反应压力的峰值也增大;随着钢壳厚度从5 mm增加到20 mm,压力峰值从163 MPa增大到1357 MPa,而且压力增长过程存在很大的差异,但随着壳体破裂解体,抑制了爆炸向爆轰反应的转变.     

药型罩参数及装药对MEFP效能的影响

为研究相邻子装药间距、装药和药型罩曲率半径对MEFP效能的影响,应用LS-DYNA对战斗部直径为100mm的组合式七罩MEFP成型过程进行了数值分析。结果表明:当装药间距从2.5mm增加到12mm时,各子装药形成EFP的尾裙直径减小,EFP长度减小,中心EFP头部速度降低;对于不同装药,形成的EFP尾裙直径从TNT到B炸药逐渐增大,EFP长度增大,中心EFP的速度逐渐增大;当曲率半径从14mm增加到20mm时,形成的EFP尾裙直径增大,EFP长度减小,中心EFP速度逐渐增大。研究结果可为MEFP战斗部的设计提供参考。     

复合分散药的性能及对FAE燃料分散的影响

设计了一种新型结构的复合分散药,用以取代常规燃料空气炸药(FAE)分散药,对复合分散药爆轰波传播模型、装药结构尺寸、芯药和外层炸药爆速、复合分散药占燃料质量分数对FAE爆炸云雾的形成和传播进行了分析研究。在此基础上,进行了以压装密度为1.72 g.cm-3、爆速为8400 m.s-1的8701炸药为芯药,以低密度硝基胍(NQ)为外层炸药,以环氧丙烷(PO)和宏观固态燃料为FAE燃料分散与引爆实验。结果表明,采用复合分散药,分散药燃料比超过1.3%,云雾未发生窜火,云雾形状基本为类草帽形,并可靠爆轰,这说明采取复合装药结构是完全可行的。     

燃料抛撒的初始速率与结构动态响应数值模拟

为研究扇形结构燃料抛撒特性,利用LS-DYNA程序,对中心抛撒药驱动燃料抛撒和壳体破坏过程进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。得到了燃料抛撒速率随时间变化的规律,以及抛撒药类型及其位置、刻槽间距与深度对燃料最大速率和结构响应的影响。结果表明:燃料最大速率值出现在180°方向;而0°方向最早出现最大速率。与RDX相比,高爆速、高爆压的中心抛撒药HMX导致壳体破坏程度的加剧和燃料的最大抛撒速率平均下降18%。对于抛撒药的中心位置,过于偏离横截面形心的设置方式将引起燃料抛撒速率的降低和壳体的横向断裂。当刻槽间距为40 mm、刻槽深度为2 mm时,模拟结果显示壳体应力集中现象较少,且燃料在180°方向的最大抛撒速率为283 m·s-1。     

热刺激约束DNAN基不敏感熔铸炸药装药点火后反应演化调控模型

针对热刺激下熔铸炸药点火时基体炸药已处于熔融液化状态，反应产生的高温气体以气泡云形式在液态炸药中扩展和反应的物理特性，考虑燃烧气泡云尺度分布和激活发展机制，建立了熔铸炸药点火后燃烧气泡云反应演化调控模型，可较好地反映炸药本征燃烧速率、壳体约束强度、装药结构尺寸、预留空气隙体积、泄压孔面积等对装药反应演化过程和终态反应度的影响规律，并通过与实验结果对比验证了模型的适应性。结果表明：随着壳体约束强度和装药尺寸增加，装药自增强燃烧速度增长越快，装药反应烈度增大；通过泄压孔结构冲开阈值和泄压孔面积的匹配设计，实现装药反应烈度控制，在本研究装药条件下，泄压孔面积占壳体总面积达8.6‰时可控制装药反应烈度为燃烧，为装药热安全性设计和烈度评估提供理论依据。     

用连续爆速法测定工业炸药爆速

采用电测法和连续速度探针法分别测量了粉状乳化炸药和乳化炸药的平均爆速和连续爆速.结果表明,粉状乳化炸药在装药密度为850 kg·m-3和820 kg·m-3时,平均爆速分别为4526 m·s-1和4020 m·s-1; 稳定爆轰时连续爆速范围分别为4300～4600 m·s-1和4000～4300 m·s-1.乳化炸药在装药密度为900 kg·m-3和840 kg·m-3时,平均爆速分别为4384 m·s-1和2345 m·s-1; 连续爆速范围分别为3370～4592 m·s-1和2871～3420 m·s-1.显然,平均爆速测试结果与连续爆速的测试结果吻合很好,且连续速度探针法能满足准确测量工业炸药在装药结构中爆速连续变化的要求.     

爆炸抛撒过程中FAE云雾的运动特性

为研究爆炸抛撒过程中燃料空气炸药(FAE)云雾的发展和变化特征,通过高速摄影观测了不同密度FAE的云雾形成和运动状态,用数值仿真计算了燃料圆柱外表面中心点处质点的速度变化,在距爆心2.5 m处利用光电探测方法测量了云雾相对浓度变化。结果表明:燃料在云雾形成之前的运动主要以射流为主,云雾形成后主要为扩散运动。燃料密度越大,相同时刻云雾扩展直径越大。燃料质点的速度在爆炸抛撒条件下经历先快速增大后缓慢降低的过程,最高速度达到377 m·s-1。在10~80 ms,燃料浓度的变化幅度表现出由大到小的变化,显示抛撒云雾内部的燃料颗粒空间分布具有非均匀性的特点,并且适当延长云雾运动时间,燃料颗粒分布的均匀性可得到有效改善。     

遭毁伤聚能战斗部射流成型行为

针对遭毁伤聚能装药射流成型行为及其终点效应问题,采用AUTODYN-3D软件研究了侵孔位置、侵孔深度和侵孔直径对射流径向速度及其侵彻能力的影响特性。结果表明:侵孔导致射流径向速度明显增大且射流偏离轴线甚至提前断裂形成碎片,严重降低了其对靶板的侵彻能力,同等条件下,侵孔直径d=0.278倍装药直径的聚能装药比完好聚能装药对靶板侵深降低了24%;射流径向偏移速度主要受侵孔位置和侵孔直径的影响,随着侵孔到药型罩顶距离的减小,射流径向速度显著增大,同时对靶板侵彻深度也越小,x=0倍装药直径时,射流径向速度达19.0 m·s~(-1);射流径向速度随侵孔直径的增大而显著增大,d=0.278倍装药直径时,射流径向速度达41.1 m·s~(-1)。     

起爆点位置对网栅切割式MEFP成型的影响

为了研究起爆点位置对圆环形网栅切割式MEFP成型的影响,利用LS-DYNA动力有限元程序,采用流固耦合方法,对圆环形网栅切割式MEFP的形成过程进行了数值模拟。结果表明,该装药结构能形成5个具有一定质量和方向性、速度达到1600～2400 m.s-1的子EFP。在网栅距离固定的前提下,随着起爆点与药型罩顶点距离的增加,MEFP的速度逐渐增大,发散角逐渐减小。起爆点距离在0.56 Dk(Dk为装药口径)到0.89 Dk范围内能形成理想的子EFP,且在0.78 Dk时成型最好。     

某新型发射药在身管附加装药中的应用研究

为研究身管附加装药的类压力平台增速效应,采用了在弹道枪炮身管上安装附加药室的试验装置。其主药室装药采用6/7-XDGZB高能硝胺发射药,附加药室装药采用4/1-XDZJ高能发射药。密闭爆发器试验和内弹道试验结果表明:6/7-XDGZB发射药具有起始缓燃性,4/1-XDZJ发射药具有速燃和渐减燃烧特性,两者配合在膛内燃烧,在最大膛压基本保持不变的情况下,初速从空白装药(传统的单一装药,没有附加装药)的981m.s-1提高到附加装药的1063m.s-1,提高了82m.s-1,增幅为8.4%,示压效率由0.47提高到0.58。     

聚能射流对带壳浇注PBX装药的撞击响应

为研究聚能射流对带壳浇注高聚物粘结炸药(PBX)的引爆特性,利用弹径Ф82 mm的聚能装药形成了一种直径细、速度大于7000 m·s-1的高速射流,以及一直径较粗、速度约5000 m·s-1长杆状射流,分别对覆盖有210,255 mm和165,210 mm两组不同厚度钢板的PBX进行了撞击试验。采用高速摄影观测分析了射流撞击下带壳PBX点火引爆的反应过程。用LS-DYNA软件验证了试验结果,得到了不同射流对PBX的引爆能量值。结果表明:弹径Ф82 mm的聚能装药形成的射流能够可靠引爆覆盖小于255 mm厚钢板的浇注PBX,能满足反导弹战斗部毁伤厚壳体目标的需求。     

圆柱形带壳推进剂装药枪击响应特性

为研究某圆柱形带壳推进剂装药的枪击响应特性,设计了一种12.7 mm子弹撞击试验。利用高速摄影机记录带壳装药在子弹撞击下的响应过程,并测试不同距离、方位处的空气超压及壳体破片速度,同时进行带壳装药在理想爆轰条件下的数值计算,得到了带壳装药的能量释放率。一共开展了四次圆柱形带壳装药的枪击试验,前三次装药发生了爆燃反应,第四次几乎无反应。结果表明:子弹撞击位置对圆柱形带壳装药的反应和能量释放率有较大影响,当子弹垂直入射带壳装药轴线后,推进剂发生点火、冒烟、熄火和低压燃烧的时序响应,其相对能量释放率为1.146%;而当子弹撞击位置偏离轴线一定距离时,推进剂几乎无反应,其相对能量释放率仅为0.473%;推进剂的反应对壳体破片有加速效应,带壳装药发生爆燃反应时的破片速度可达428.6 m·s~(-1),而几乎无反应时的最高破片速度仅有70.1 m·s~(-1)。     

环形聚能装药水射流成型过程的数值研究

为了研制快速、易携带的水射流排爆装置,采用AUTODYN软件对TNT、水、塑料构成的特殊形状聚能装药结构进行了二维数值模拟,计算了不同炸药厚度下水射流形成过程,得到了水射流形状随时间的变化规律,分析了炸药厚度对射流速度的影响。结果表明: 该聚能装药结构是可行的,能够按照设想形成杵状射流; 水射流的头部速度和平均速度均随炸药的厚度增加而提高。 对于本研究给出的装置结构,当炸药的厚度为4~6 mm时,水射流的头部速度范围为861~1182 m·s-1,射流的平均速度范围为393~571 m·s-1,射流的速度满足理论计算的排爆要求。 