用点火成长模型模拟凝聚炸药的起爆过程

旨在建立一个用来数值模拟凝聚炸药起爆过程的理论方法.炸药的化学反应率采用Lee-Tarver的点火成长模型,假设在化学反应区里由未反应炸药与反应产物组成的混合物质1)具有体积可加性;2)处于动力学平衡状态;3)处于热力学非平衡状态.在这三个假设基础上,Euler方程被首先使用来描述混合物质的流动,而每种物质组分的物理参量,如组分质量、组分体积份额以及组分总能量等,通过一套附加的方程来描述,并且混合物压力方程也被耦合起来.对所获得的控制方程使用高分辨率高阶精度的有限体积法离散求解.从典型的非定常爆轰算例来看,该方法能够正确预测凝聚炸药的冲击起爆及爆轰传播的关键特征,如Von Neumann尖峰和化学反应区等.此结果初步证明本文提出的数值模拟凝聚炸药起爆过程的理论方法是合理的.     

爆炸近区流场的数值模拟方法研究

提出了一种用于模拟爆炸近区炸药、爆轰产物、空气等相互作用流场的数值方法。在欧拉型方法中引入了一种炸药、爆轰产物、空气3种组分的混合模型,该模型中炸药及爆轰产物采用Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,空气采用理想气体状态方程,在固相与气相间满足等压假设和体积可加性,气相组分间满足等温假设和分压定理。该模型无需迭代求解,计算效率较高。化学反应率采用“点火—生长”模型,采用AUSM₊-up格式计算通量。计算了空气中球形TNT装药的爆炸问题,可以清晰地看到爆轰波在流体界面上发生的透射、反射等一系列复杂作用过程。计算得到的超压峰值在直至距药球表面5 cm的位置都与实验结果符合良好,冲击波到达时间、超压比冲量等与现有实验结果也符合较好,验证了本方法的有效性和准确度。     

凝聚相炸药拐角爆轰的数值模拟

基于多介质可压缩流体方程和炸药反应速率方程构建了三维凝聚相炸药爆轰的物理模型,建立了适用于多相爆轰混合反应区计算的热力学平衡迭代方法并开发了高效稳定的爆轰并行模拟软件,基于对比试验验证了物理模型、数值方法和软件模块的正确性。通过数值模拟不同拐角的爆轰过程,重点研究了凝聚相炸药拐角爆轰的波阵面结构、流场与化学反应的相互耦合和拐角处的二次起爆机理。结果表明,PBX9404炸药135°拐角比90°拐角衍射范围更大,波阵面结构受到当地流场波速的影响;爆轰波绕过拐角后由于流场涡流作用导致化学反应与前导激波解耦,形成临时"死区",随着拐角增大,拐角死区范围扩大;死区二次起爆的关键是混合反应区回爆波的作用时间大于拐角区域起爆的临界诱导时间。     

基于Jones-Wilkins-Lee状态方程的爆轰波相互作用参数理论分析

基于Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,利用三波理论和Whitham方法对凝聚炸药爆轰波相互作用后发生的正规斜反射和马赫反射进行了理论分析。推导了基于JWL状态方程的爆轰波正规斜反射和马赫反射压力及马赫杆高度的计算模型;提出了改进Whitham方法中的慢变函数k(ξ) 的理论计算方法。使用PBX 9501炸药和JH-2炸药的试验结果对计算模型进行验证,理论计算结果与试验结果吻合较好。试验结果表明,基于JWL状态方程建立的理论计算模型,对于凝聚炸药爆轰波相互作用后发生的正规斜反射和马赫反射,能够较准确地描述其爆轰参数分布和传播规律。     

燃料空气炸药作为反舰导弹战斗部装药的可行性研究

燃料空气炸药是一种新的爆炸能源。燃料空气炸药中的燃料,通常是挥发性的碳氢化合物,如环氧乙烷、环氧丙烷、甲烷等。这类燃料与空气中的氧以适当的比例较均匀地混合后引爆产生爆轰,所以称为燃料空气炸药。现用的环氧乙烷,当它与空气混合,且混合比在6～24％(按体积)范围内,才具有爆轰性质。环氧丙烷与空气形成的混合物,其爆轰混合比的极限范围为2.5～38.5％(按体积)。燃料空气炸药,从本质上讲,它是燃料与空气中的氧组成的炸药,如果没有空气中的氧,便不成为燃料空气炸药。     

凝聚炸药直径效应和熄爆直径的理论研究

在关于二维定常爆轰边侧条件的理论分析中引入无量纲参数Г来描述约束效应。基于阵面形状控制方程，给出了从理论上获取直径效应关系和熄爆直径的方法。通过拟合关于阵面形状的实验数据，确定了凝聚炸药ＰＢＸＷ－１１５的本构参数。直径效应和熄爆直径的理论计算结果与实验相吻合。     

点火能量对两相爆轰波形成影响的数值研究

针对液态辛烷/空气两相混合物燃烧波在一维封闭空间内传播时爆燃向爆轰转变(DDT)的问题,运用化学反应流动基本理论、颗粒轨道模型和两步反应模型,在拉格朗日质量坐标系中建立了对该现象的数学表达,并开发了数值模拟程序CTPD,其中气体动力学方程采用显式差分格式,化学反应项使用二阶精度的Adams方法.通过数值模拟研究了液态燃料爆轰波的基本特性,以及点火能量及初始温度对于爆轰波结构与发展的影响.研究发现,点火能量及初始温度的提高显著促进了爆轰的转变,爆轰强度随着点火能量的提高而增大,随着初始温度的提高而减小.研究中计算结果与实验波形符合良好,说明本研究为包括DDT现象在内的脉冲爆轰发动机工作过程提供了一种可行的计算方法.     

低速爆轰的混合炸药

对不含猛炸药，且以低速爆轰的混僵炸药进行了实验研究。为使系统具有爆轰能力，使用了硝酸铵混合物和铝粉。用玻璃或脲-甲醛（urea-formaldehyde)树脂颗粒来削减爆轰参数。对不同组份和密度的混僵炸药进行了爆轰速度和临界直径的测定，研究结果显示，很多炸药都能非常低的速度（低于1000m/s)稳定爆轰，而其中有的密度还相当高（甚至超过2g/cm^2)。文章对现有研究结果从物理和化学上作了解释。     

凝聚炸药爆轰过程的电导率研究进展

电导率测试技术是爆轰研究中的一项重要测试技术,它为爆轰物理和爆轰化学提出了新的研究方向.本文对凝聚炸药爆轰过程的电导率研究现状进行了综述和归纳,对爆轰过程电导率测试的发展历史、工作原理以及试验方法进行了说明.     

广义C-J条件在计算含铝炸药波头参数中的应用

含铝炸药的爆轰过程属于典型的非理想爆轰过程,其波头反应区处于多相反应流动状态,因此其波头处爆轰参数的计算一直是一个难点。在假定铝颗粒于波头处不参与化学反应且爆轰产物和铝颗粒压力、速度一致的条件下,应用连续介质模型描述了爆轰产物和铝颗粒两相之间的平衡关系,采用广义C-J条件给出了计算波头处爆压、物质速度和爆热的一组简单完备方程组。由实测得到的爆速,可以求得相应的爆压、物质点速度和波头处释放的热量。对三组不同含铝量(10%,20%,30%)的TNT含铝炸药和HMX含铝炸药的计算结果表明随着爆速的降低,对应的爆压、波头处物质速度和热量都会降低,不同含铝量的同一炸药在同一爆速条件下,含铝量越高对应的爆压值、波头处爆热值越大。同时,对计算假定和采用模型进行了一定的讨论。     

含铝炸药爆热的实验研究

利用恒温式量热计测定了含铝炸药在空气、水和真空中的爆热值。根据爆热分析了含铝炸药的反应机理，认为含铝炸药在空气中爆炸时，其中部分铝粉是化学反应区后参加反应的。     

非均质炸药殉爆试验数值模拟

为了确定影响非均质炸药在冲击波作用下殉爆的主要因素,对冲击波作用下炸药殉爆过程进行了数值模拟研究;运用LS-DYNA3D软件对模型中不同情况的主发药和被发药进行了数值模拟,结合冲击起爆临界判据对模拟结果进行了验证.结果表明:殉爆距离与主发药的爆轰压力和被发药的爆轰感度以及主被发药的形状关系密切,与被发药是否施加约束无显著关系.     

关于发射药粉粒度对爆速影响的研究

本文根据现有两种发射药粉的实测数据指出 ,爆速体积加和公式不适用于非理想爆轰时的粉状爆炸物。提出了包括药粉粒度影响的爆速估算式形式 ,并利用实测数据得到了这种估算式的具体表达式 ,它们不仅可用以较准确地估算这两种发射药粉的爆速 ,对于其它粉状爆炸物的爆速估算思路也具有参考价值     

用光电技术研究高能炸药反应区宽度

利用光电技术对JO-9159和JB-9014炸药反应区宽度进行了研究。采用氯仿作为窗口材料,通过瞬态光学高温计测得氯仿中冲击波前沿的发光强度,然后由界面连续性条件及镜像反演规律获得炸药的反应区结构参数。结果表明:JO-9159炸药有明显的CJ点存在,而JB-9014炸药则没有,JO-9159炸药反应区宽度随着装药密度的降低而减小。     

两种DNAN基含铝炸药的爆轰性能

为研究2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基含铝炸药的爆轰性能,采用全光纤激光干涉测速仪(DISAR),测量了两种含铝炸药——RBOL-2(DNAN/HMX/Al/添加剂)和RMOE-2(DNAN/HMX/NTO/Al/添加剂)爆轰端面与窗口界面粒子速度以及驱动金属平板自由表面速度,得到两种炸药的爆轰反应区宽度分别为(1.073±0.111)mm和(1.559±0.094)mm,CJ压力分别为(25.42±0.44)GPa和(20.99±0.15)GPa,冯·诺依曼峰值压力分别为41.27 GPa和27.69 GPa等爆轰波结构参数。金属平板自由表面速度结果表明:RBOL-2炸药的做功能力强于RMOE-2炸药;含铝炸药达到的稳定爆轰状态与起爆加载条件有关,加载压力越高,含铝炸药的做功能力越强,在较高的加载压力(21 GPa)下,加载压力越高,参与爆轰反应区反应的铝粉越多,含铝炸药达到的爆轰状态越强。     

TNT和TATB炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解TNT和TATB炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算爆轰产物中碳的Gibbs自由能,用Ree修正的WCA状态方程和Ross软球修正的硬球微扰理论,对TNT和TATB炸药爆轰参数进行数值模拟计算,爆轰CJ点的爆速和爆压的计算结果与实验值吻合得很好。     

飞片冲击起爆高能钝感高聚物粘结炸药的实验研究

为了对比奥克托今（HMX）基和三氨基三硝基苯（TATB）基高聚物粘结（PBX）炸药冲击起爆爆轰建立过程的差异,研究高能钝感炸药的爆轰成长特性,采用火炮驱动铝飞片实现平面冲击加载,建立一维拉格朗日锰铜压阻实验测试系统,得到高能PBXC03(以HMX为主)和高能钝感PBXC10(以TATB为主)炸药冲击起爆爆轰成长过程的不同拉格朗日位置处压力变化历史和前导冲击波时程曲线。结果表明：高能钝感PBXC10炸药的爆轰建立过程与高能PBXC03炸药明显不同,HMX基和TATB基PBX炸药冲击起爆和爆轰成长的物理机制存在较大差异。基于所得数据可标定高能钝感PBX炸药的反应速率方程。