水下爆炸实验法在工业炸药JWL状态方程测定中的应用研究

为了方便可靠地测定工业炸药爆轰产物的JWL状态方程,基于压导式连续电阻丝探针设计柱形装药的水下爆炸斜冲击波测量系统,对工业改性铵油炸药(ANFO)进行3组水下爆炸实验,获得其爆轰波-冲击波时程曲线;通过对二维定常流场柱形装药水下爆炸的分析,得到斜冲击波阵面的轨迹,并求解出炸药的爆压、绝热指数、水气界面夹角等参数。以水中斜冲击波阵面和水气界面夹角的实验和模拟结果作为比较对象,通过调整Autodyn有限元分析程序中的JWL方程参数,最终测定出ANFO的JWL状态方程参数。模拟结果与实验结果一致性好,其中斜冲击波波阵面的误差均小于±5%,水气界面夹角的误差在±3%以内,表明所述水下爆炸实验对于大尺度工业炸药的JWL方程参数测定合理可靠。     

一种可实现水下爆炸参数连续测量的新型电测方法

为解决传统商用探针的测试波形易出现间断跳跃等振荡问题,通过对外界杂电、超前空气冲击波和金属射流的抑制和消除,自行研制了一种新型连续电阻丝探针,并设计了一种可在单次试验中对炸药爆速和水下爆炸近场参数进行连续测量的方法。运用该方法测量得到了密度为0.927 g/cm3铵油炸药的爆速为3 406 m/s,爆压为3.418 GPa,绝热指数γ值为2.146,爆轰产物-水界面夹角为7.422°,同时获得了柱状装药的斜冲击波波阵面。实验结果表明,该方法准确可靠,为炸药状态方程的反演计算提供了一种新的实验测量手段。     

黑索今基含铝炸药的铝氧比对爆轰性能及其水下爆炸性能的影响

为了分析铝氧比对爆压和爆速的影响规律,采用试验方法测定了黑索今（RDX）基含铝炸药的爆轰参数,应用KHT程序计算分析了试验测试结果;针对RDX基含铝炸药,进行了1kg柱形装药水下4.7 m爆炸试验,测量了距爆心1～3m处的冲击波压力峰值与气泡脉动周期,拟合得到了冲击波压力峰值与衰减时间常数的相似律系数。研究结果表明：RDX基含铝炸药的爆压和爆速随铝氧比的增加呈现线性减小变化,爆热在铝氧比为0.997时达到最大值;当铝氧比为0.366时,冲击波压力峰值与冲击波能达到最大值;当铝氧比为0.633时,冲击波冲量与冲击波能量密度达到最大值;当铝氧比为0.997时,气泡第一次脉动周期与半径达到最大值。     

隔热胶体装药结构的耐热防护与爆炸性能

为了研究高温环境下胶体装药结构的安全防护问题及其爆炸特性变化,设计了由隔热外层、吸热胶体、乳化炸药组成的装药结构,采用物性测定、测温分析、爆炸测试技术（水下爆炸,爆速实验,胶体介质近场爆压测量）及现场实验（殉爆实验,炮孔传爆）,分别研究了装药结构中3种胶体配比（高分子吸水树脂（SAP）质量比分别为0,0.5%和1%）与乳化炸药2种敏化方式（亚硝酸钠敏化、膨胀珍珠岩敏化）对隔热特性和爆炸性能的影响。结果表明：含0.5%SAP的胶体材料适用于装药结构,具有阻燃性、高比热容、低导热系数特性,隔热防护时间延长至55 min。水下爆炸与爆速实验中,随着水浴加热（100℃）时间的增加,2种敏化方式药包的各项爆轰参数（冲击波压力峰值、比冲量、爆速、爆炸总能量）均持续降低。受到乳化炸药破乳与敏化热点减少的双重影响,亚硝酸钠敏化型药包（EE-SN）的爆轰性能衰减比例高于膨胀珍珠岩敏化型药包（EE-EP）。加热2 h后,膨胀珍珠岩、亚硝酸钠敏化的药包爆炸总能量损失分别为4.76%,17.62%。在胶体介质近场爆压测量中,装药结构中胶体层会减弱爆炸冲击波强度。但现场实验爆破效果良好,且实现了装药结构30 m...     

装药密度及尺寸对RDX基含铝炸药爆压爆速的影响

利用锰铜压力传感器和测时仪测量了不同装药密度和尺寸下的RDX基含铝炸药的爆压和爆速,拟合出了爆压、爆速与装药密度的关系式,研究了装药密度和尺寸对RDX基含铝炸药爆压、爆速的影响。结果表明,随着密度的增加,RDX基含铝炸药的爆压和爆速均增加;当装药直径和装药长度分别达到20 mm和40 mm时,RDX基含铝炸药已经达到稳定爆轰,装药直径和装药长度再增加,爆压和爆速基本不变。     

一种RDX基温压炸药的JWL-Miller状态方程研究

为了研究某RDX基温压炸药的爆炸威力,对该温压炸药进行了Ф25 mm圆筒试验和野外静爆试验,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对圆筒试验的过程进行数值模拟,得到了该温压炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。引入JWL-Miller模型对温压炸药在野外静爆条件下的冲击波传播过程进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行比对,确定了Miller模型中的铝粉二次反应速率参数。结果表明:运用所得JWL-Miller模型参数模拟得到的冲击波参数与静爆试验测得数据吻合较好,平均相对误差小于±5%。     

铝薄膜含量对RDX基铝薄膜炸药水下爆炸性能影响

将传统含铝炸药中的铝粉用铝薄膜代替,得到铝薄膜炸药。用水下爆炸对比实验得到了铝薄膜含量为10%~40%的混合炸药与黑索今(RDX)在不同位置的压力-时程曲线。经过分析与计算得到了不同铝薄膜含量混合炸药的压力峰值、冲量、比冲击波能、比气泡能。结果表明:铝薄膜含量为10%时,铝薄膜炸药冲击波冲量相对于RDX提高了9%~9.5%,铝薄膜炸药比冲击波能相对于RDX提高了9%~12%。铝含量对铝薄膜炸药水下爆炸性能的影响不同于传统含铝炸药,主要由铝薄膜炸药的药柱结构与铝薄膜反应程度引起。     

炸药的水下爆炸冲击波性能

介绍了炸药水下爆炸过程的特点及水下冲击波性能的测试方法。研究了水下爆炸冲击波性能和炸药的爆速、爆压的关系及几种炸药的冲击波超压峰值与药量及距离的关系，提供了几种炸药的水中冲击波能的测试结果。     

填充介质对火药装药爆轰性能的影响

为了研究火药颗粒在不同介质中的爆轰性能,在火药颗粒空隙中分别均匀填充水、氧化剂溶液、氧化剂凝胶,通过板痕试验及测时仪法研究了不同填充物对火药装药爆轰性能的影响,并与无填充物的装药进行了对比;测试了灌注液的氧平衡对火药装药水下爆炸能量的影响。结果表明,水、氧化剂溶液、氧化剂凝胶等密实介质的加入,有利于爆轰冲击波的成长及传播,装药的爆速逐渐增加。火药颗粒装药中填充含氧化剂的密实介质后,能稳定爆轰并具有良好的爆轰性能,爆速6.4 km·s~(-1)。随着氧平衡的提高,火药装药的水下爆炸能量逐渐增加,总比能量与其氧平衡存在显著的线性关系。与岩石乳化炸药、铵油炸药相比,含火药装药的比冲击波能较高,其值大于1.0 kJ·g~(-1),总比能基本相当。     

水下爆炸作用下圆柱壳周围压力场分布

为研究水下爆炸对鱼雷、水雷等水下目标的破坏机理开展了一次水下爆炸试验,采用长2.2m、直径0.53 m的圆柱壳结构作为目标,采用1 kg标准TNT球形装药作为爆源在水平距离5.5m处爆炸,测量了圆柱壳正面、背面和侧面的压力场,得到了冲击波时程曲线,测量及分析结果表明:正面和侧面由于反射波的影响均会发生截断效应,背面由于前驱波影响前段上升缓慢,当冲击波到达时迅速上升,之后以指数形式衰减,圆柱壳结构正面的冲击波冲量最大,侧面次之,背面最小,对于结构侧面的破坏作用最小.     

双元复合炸药装药水下爆炸能量输出特性

选择GH-1和GUHL-1两种炸药及内外层和上下叠加两种典型的双元装药结构,测量了水下爆炸冲击波超压-时间历程,研究不同双元装药水下爆炸的能量输出结构,并与单一配方装药进行了对比.实验结果表明: 同样化学组成下,采用双元炸药装药结构,能够改变水下爆炸测点处的爆炸载荷,减少冲击波在传播过程中的能量损失,提高能量利用率; 其中采用外层高爆速炸药,内层非理想炸药的同轴内外层双元装药结构,比单一配方装药的比气泡能提高22.4%,而且两部分装药之间产生了能量耦合效应.     

封闭空间内水层对爆炸载荷特性影响的实验研究

采用球对称爆炸装置,在球形容器中开展了炸药与水之间有空气间隙（层）的置水爆炸实验,根据实测的激波走时、压力和冲量等数据,对容器内置水爆炸载荷形成机制进行了分析,并探讨了爆炸过程中空气间隙与爆轰产物和水之间的作用机理。结果表明：置水爆炸时容器内壁受到的载荷主要包括幅值较低的前导空气冲击波和雾状水滴的持续撞击作用,有空气间隙的置水爆炸可以降低反射压力、准静态压力和冲量,空气间隙有利于水对爆炸载荷的消减效果。     

铝氧比对含铝炸药水中爆炸冲击波的影响

通过实验测量了RDX/Al/Wax和AP/RDX/A1两类含铝炸药水中爆炸的冲击波能、气泡能、总能量，计算了RDX/Al/Wax和AP/RDX/A1两类含铝炸药的铝氧比，经实验发现两者炸药在铝氧比为0.4左右时，冲击波能分别达到最大。并经计算分析了RDX/TNT/Al/Wax体系炸药符合上述规律。研究发现最大冲击波能大小顺序为AP/RDX/A1、RDXlAl/Wax、RDX/TNT/A1/Wax，这些规律为水中兵器用炸药配方设计提供科学依据。     

2种非TNT基熔铸炸药水下爆炸特性

为选择水下炸药中的主炸药,分析RDX与HMX在水下爆炸的能量输出特性差异,分别以RDX和HMX为主炸药,制备了2种非TNT基熔铸炸药R-RDX与R-HMX,并在直径为85 m的水池中进行水下爆炸试验,测试水下爆炸压力及脉动周期,计算冲击波能及气泡能.试验结果表明:在4~6 m范围内,R-RDX炸药的冲击波能为1.18 MJ/kg,气泡能为4.00 MJ/kg;R-HMX炸药的冲击波能为1.19 MJ/kg,气泡能为4.01 MJ/kg;对于非TNT基熔铸炸药,HMX作为主炸药同RDX相比,在水下爆炸时并无能量优势.     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型。将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献［6］经验公式及文献［17］试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程。利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿真模型,计算并分析多工况下鱼雷近场爆炸对舰船的毁伤模式。研究结果表明：近场不同边界条件对水下爆炸气泡脉动载荷具有重要影响;不同工况下冲击波、气泡脉动及水射流载荷与舰船结构存在复杂的耦合作用;鱼雷在近场不同工况下对舰船的作用展现出了不同的能量输出结构,与舰船最终的毁伤模式密切相关,且存在最优爆距使鱼雷作用于舰船的总能量最大。     

炸药水下爆炸能量输出特性研究

通过典型炸药爆炸的性能参数,分析、计算了不同类型水中兵器用混合炸药水下爆炸的 冲击波能、气泡能、冲击波超压方程中的系数k和a以及水中爆炸冲击波超压,计算结果与实测值 能较好地吻合。首次提出了冲击波超压方程中系数a的计算公式,从而为冰下兵器用炸荀配方设 计、性能评估以及战斗部设计提供科学依据。     

水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟

以实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水中爆炸冲击波传播及气泡脉动规律。应用国际上通用的有限元程序MSC．DYTRAN模拟在重力影响下水中爆炸冲击波及气泡脉动的全物理过程，并将计算结果与实验结果进行对比分析，二者具有较好的一致性，验证了有限元模型正确、有效，结果准确。以此为基础，分析和总结了网格密度、圆柱形炸药长径比、爆炸距离、爆炸角度对冲击波峰值的影响。有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。