微起爆序列设计及传爆与隔爆性能

为满足引信微小型化发展的需求,基于微机电系统（MEMS）工艺技术设计了由微起爆器、飞片、MEMS安全保险机构等构成的微起爆序列。依照国家军用标准GJB 5309.17—2004(K)火工品试验方法：轴向输出测定铝块凹痕法,对微起爆器装药、安全保险机构传爆空腔等参数不同时内置MEMS安全保险机构起爆序列的传爆性能进行测试,获得微起爆序列理想的设计参数,即微起爆器装药密度为1.67 g/cm³、装药直径为2.0 mm、装药高度为1.5 mm,安全保险机构传爆空腔直径为1.0~2.0 mm、高度为0.65~1.50 mm. 在序列优化设计基础上对微起爆序列隔爆性能及解除保险功能进行测试,发现当滑块厚度≮0.3 mm时序列正常隔爆,发射过载21 000 g、转速6 000 r/min条件下序列正常解除保险。结果表明,利用安全保险机构传爆空腔作为加速膛,采用微起爆器驱动飞片冲击起爆下一级装药的爆轰能量放大方式,实现了序列传爆、隔爆、解除保险功能,有效减少了起爆序列初级装药量和轴向尺寸。     

JO-9C小尺寸传爆药驱动飞片影响因素模拟仿真研究

为优化传爆序列中传爆药驱动飞片性能,建立小尺寸传爆药驱动飞片作动的仿真模型,提出了一种获取传爆药爆轰产物JWL状态方程参数的计算方法。设计了典型传爆药JO-9C驱动飞片试验,验证了仿真模型和计算方法的准确性。提出了采用飞片速度和动能共同作为其效能评价的参量,研究装药结构、加速膛直径和飞片厚度等因素对飞片效能的影响规律。结果表明：装药长径比为1.5时可兼顾飞片速度与装药量;加速膛直径应不大于装药直径,可获得良好飞片形貌及较高飞行速度;飞片厚度过薄可能会出现断裂。以5 mm直径JO-9C装药结构为例,最优设计为：装药长径比为1.5,即装药高度为7.5 mm,加速膛直径为5 mm,飞片厚度为0.3 mm,此时飞片速度为1 663 m/s,动能为51.79 J.     

叠氮化铜驱动飞片起爆HNS-IV的研究

针对以叠氮化铜微装药为基础的MEMS起爆传爆序列,利用数值模拟的方法研究起爆序列结构对起爆性能的影响。研究结果表明:飞片的剪切形状与文献结果相符。在装药直径一定的情况下,随着装药厚度的增加,飞片速度增加;当装药厚度为0.5mm、装药直径大于0.7mm时,增加装药直径不能进一步增加飞片速度;当叠氮化铜的尺寸为Φ0.7mm×0.5mm、加速膛长度为0.56mm时,系统能够起爆HNS-IV炸药。利用文献数据拟合得到了HNS-IV炸药的冲击起爆判据,模拟结果符合HNS-IV的冲击起爆判据。     

微型装药药高比对输出爆压的影响

采用锰铜压力传感器测定了Ф2mm×5mm雷管在不同起爆药药高与主装药药高比值时的输出爆压，并结合其起爆MEMS引信传爆序列的能力，分析起爆药高度与主装药高度的比值对微型雷管输出威力的影响。结果表明：对于Ф1．6mm装药直径的微型雷管，起爆药CMC-Pb（N3）2的药高不应小于1．6mm；当起爆药与猛炸药装药高度为1：1时，微型雷管输出爆压最大。     

装药条件对飞片雷管爆轰性能的影响

为了研究飞片式无起爆药电雷管的爆轰性能,分析了雷管起爆机理以及爆轰传递过程,通过铅板穿孔试验,研究了装药密度、装药药量对雷管轴向输出的影响。结果表明:输出装药密度越大,8#飞片式无起爆药雷管的输出威力越大,合适的输出装药药量为0.33g;第2中间装药压药密度的最佳范围为1.3~1.4g.cm-3。     

约束对雷管传爆能力的影响分析

为了研究约束对雷管传爆能力的影响，选用不同约束材料及约束通道尺寸，采用GJB736.3-1989火工品试验方法 轴向输出测定钢块凹痕法，对雷管或导爆管的传爆能力进行了试验研究。结果表明：约束材料为铜、不锈钢、铝，雷管轴向起爆下级装药能力依次降低；当传爆通道固定时，雷管输出盖片外露直径小于传爆通道直径，更有利于雷管远距离起爆下级装药；雷管起爆导爆管存在起爆距离要求，对于小尺寸雷管，应尽量将传爆距离控制在5 mm以下。     

无起爆药雷管倒置半爆的研究

针对无起爆药雷管倒置使用时容易出现半爆的现象，以8号复铜壳冲击飞片式无起爆药雷管为研究对象，对装药、压药、雷管的结构等方面进行试验分析，总结了雷管倒置发生半爆的原囚，提出控制雷管装配的技术条件，以保证无起爆药雷管倒置使用时可靠爆轰。     

飞片式无起爆药雷管飞片材料与加速膛匹配关系研究

基于一种新型飞片激发装置的无起爆药雷管,通过实验研究了铝、钛、钢和铜4种飞片材料在不同加速膛直径和高度下对雷管爆轰性能的影响。研究结果表明:铝、钛、钢和铜飞片经不同高度加速膛加速后,具有不同的起爆能力;铝和钛飞片的起爆能力相近,钢和铜飞片的起爆能力接近;加速膛过长或过短、第2装药密度过高或过低都不利于雷管爆轰,而飞片直径的变化对飞片起爆能力影响不大。     

HNS-Ⅳ炸药驱动飞片速度及形态的数值模拟

为指导基于冲击片雷管驱动飞片的起爆传爆序列设计,采用数值模拟方法计算获得了六硝基茋(HNS-Ⅳ)炸药驱动不同材料(不锈钢、钛合金、铝),不同厚度(0.1～0.5 mm)和不同直径(3,4,5 mm)飞片速度与形态。计算结果表明:在同一厚度下,铝飞片的速度最高,钛合金飞片其次,不锈钢飞片最低,这与其密度关系相对应;对于同种材料,随着飞片厚度的增加,飞片速度逐渐减小,并趋于一个极值;不同直径飞片被爆轰剪切后,其有效直径均有所减小,其中,Φ4 mm和Φ5 mm飞片的有效直径相当,分别为3.6 mm和3.4 mm,Φ3 mm飞片最小,仅为2.8 mm。在爆轰波作用下,HNS-Ⅳ炸药驱动不同直径、0.10 mm厚度钛合金飞片,Φ4 mm和Φ5 mm飞片略呈球面状,而Φ3 mm飞片形态较为平整,分析认为冲击波反射驱动是其形态平整的主要原因。     

微尺寸叠氮化铅驱动飞片重要结构参数与飞片速度和能量的关系

为获得微尺寸叠氮化铅驱动飞片的重要结构参数与飞片速度和能量的关系,进行微装药驱动飞片的仿真研究。根据叠氮化铅的爆速与密度关系,拟合出基于γ律方程的叠氮化铅Jones-Wilkins-Lee状态方程参数;利用有限元分析软件AUTODYN建立叠氮化铅驱动飞片的仿真模型,并使用光子多普勒测速系统测得飞片速度-位移关系曲线,仿真与试验曲线的一致性好。使用建立的仿真模型分析装药直径、装药高度、加速膛孔径、飞片厚度与飞片速度和能量的关系。结果表明：随着装药直径和高度的增加,飞片速度、能量增长速率减小,装药直径变化对飞片速度、能量的影响更显著;随着飞片厚度增大,飞片速度呈指数下降,飞片能量先增后减,存在着使飞片能量最大的飞片厚度;加速膛孔径小于装药直径时,飞片速度、能量略有下降;加速膛孔径大于装药直径时,飞片速度、能量急剧下降。     

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。     

一种测量工业炸药临界直径和临界厚度的连续电阻丝探针法

为了定量判定工业炸药的临界直径和临界厚度,自行研制了一种可连续测量爆轰波和冲击波速度的电阻丝探针,并以粉状铵油炸药(ANFO)为测试对象,设计了无约束锥形和半约束楔形两种装药形式,利用单发实验便可分别测得粉状ANFO炸药在两种约束条件下的爆速变化曲线,从而计算出相应的临界直径和临界厚度。结果表明:粉状ANFO炸药的临界直径随炸药密度的增大而增大;所测炸药在0.67 g·cm~(-3)密度下无约束条件时的平均临界直径为16.75 mm,底部钢板约束时的平均临界厚度为7.06 mm,两者的比值为2.37。     

杆式射流与射流转换的双模战斗部优化设计

综合运用理论分析、仿真计算和试验研究,优化设计了实现杆式射流（JPC）与射流(JET)转换的双模战斗部。理论分析了单点起爆与环起爆条件下药型罩压垮变形情况,数值仿真优化了成型装药结构参数,包括药型罩锥角、药型罩弧度半径、药型罩壁厚和装药高度,找出了实现JPC与JET双模转换的起爆方式及结构参数匹配关系：采用单点起爆形成JPC,环起爆形成JET,选取药型罩锥角为80°~100°,药型罩弧度半径为0.1倍装药口径,药型罩壁厚匹配锥角设计,装药高度为0.9倍装药口径。针对优化结构进行了X光成像试验研究,试验结果与仿真结果误差在8%以内。综合运用理论分析、仿真计算和试验研究,优化设计了实现杆式射流（JPC）与射流(JET)转换的双模战斗部。理论分析了单点起爆与环起爆条件下药型罩压垮变形情况,数值仿真优化了成型装药结构参数,包括药型罩锥角、药型罩弧度半径、药型罩壁厚和装药高度,找出了实现JPC与JET双模转换的起爆方式及结构参数匹配关系：采用单点起爆形成JPC,环起爆形成JET,选取药型罩锥角为80°~100°,药型罩弧度半径为0.1倍装药口径,药型罩壁厚匹配锥角设计,装药高度为0.9倍装药口径。针对优化结构进行了X光成像试验研究,试验结果与仿真结果误差在8%以内。     

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。     

逻辑网络起爆器等比压装药技术研究

针对逻辑网络起爆器直径小、长径比大、多拐角结构特点和太安(PETN)基腻子炸药粘度大的性能特征,研究了多流道等比压装药技术,确定了较佳的装药工艺条件为比压80 MPa,保压时间30 min。对等比压装药(0.3 mm×0.3 mm～2.0 mm×2.0 mm)不同沟槽截面尺寸和不同装药拐角(108°～160°)对爆速的影响规律,以及装药最小传爆沟槽尺寸和最大传爆拐角进行了考察,并对等比压装药的理化均匀性、波形同步性进行了试验研究。结果表明,逻辑网络起爆器的最小沟槽传爆尺寸为0.3 mm×0.3 mm,最大传爆拐角为150°,其装药密度范围为1.504～1.507 g.cm-3,装药成分差为0.34%～0.56%,波形同步分散性在0.03～0.05μs之间。     

不同炸高下的EFP 对盖板炸药的撞击起爆研究

为了研究不同状态下的爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)对盖板炸药的冲击起爆影响,采 用Ls-Dyna 仿真软件,建立EFP 撞击起爆带壳炸药的数值仿真模型。利用EFP 成型过程的不同阶段其头部速度不同, 对不同厚度盖板的CompB 炸药进行撞击起爆数值仿真,分析了各个阶段的比动能、头部速度与盖板厚度的关系,以 及盖板厚度与起爆时刻、位置的变化规律。仿真结果表明：在0.5～1 倍装药直径之间,可以得出临界盖板厚度与头 部速度、EFP 沿飞行方向的投影面积成正比,并且EFP 在侵彻大于2.5 倍装药直径的盖板过程时,不会形成剪切块; 笔者设计的口径40 mm EFP 完全成型后,其比动能为61.81 MJ/m2,可以起爆最大盖板厚度为10 mm 的CompB 炸药; 在一定盖板厚度范围内,冲击起爆时间和冲击起爆位置都随着盖板厚度增加而增加;EFP 飞行至0.5 倍装药直径处, 所能撞击起爆的临界盖板厚度是EFP 成型后的2 倍。该研究对于防空防导的战斗部EFP 设计具有一定的参考价值。