激光驱动飞片冲击应力实验研究

为了对激光驱动飞片的冲击应力进行测试,利用PVDF压电材料,自制了满足测试需要的应力计,并给出了应力计的动态标定曲线。通过对激光驱动复合飞片和单层飞片的冲击应力进行测试分析,可知对于激光驱动飞片起爆系统,应用较厚复合飞片可获得较大的冲击应力以及较长的持续时间,并指出了PVDF应力计测试中的若干注意事项。     

激光冲击片雷管中飞片的结构优化及性能测试

为有效提升激光冲击片雷管的能量利用率,需对雷管中的飞片结构进行设计和优化。在对飞片进行结构设计的基础上,采用磁控溅射和扫描电镜(SEM)的方法完成了C/Al/Al2O3/Al飞片的制备和表征,获得了飞片各层的制备速率和表面形貌;采用光子多普勒测速系统(PDV)测试了不同参数C/Al/Al2O3/Al飞片的加速历程,发现在相同激光入射能量下,不同参数飞片的加速历程有所不同,设计制备的0.05/0.7/0.7/20.0μm复合飞片(Φ1.0mm)能量利用率最高,飞片速度达到2301 m·s-1。结合飞片各层材料的物理特性分析得到,石墨吸收层的反光系数、汽化能与导热性能,及Al2O3隔热层的表观致密度、电离势能和导热性能直接影响飞片的速度,而飞片加速时间与石墨吸收层较高的导热率相关。     

纳米铝粉掺杂太安炸药的激光烧蚀特性

为探索低含量纳米铝粉掺杂炸药的脉冲激光作用过程,采用阴影测量系统研究了单脉冲激光烧蚀1%纳米铝粉掺杂太安(PETN)炸药的等离子体膨胀和冲击波特性,并利用激光诱导击穿光谱监测激光烧蚀过程中的特征光谱。结果表明：当脉冲激光辐照到纳米铝粉掺杂PETN炸药表面时,炸药表面形成高温等离子体,等离子体膨胀后压缩周围空气形成冲击波。冲击波在50 ns时传播速度为12500 m·s^-1,随着时间的增加,等离子继续膨胀,冲击波向前推进速度降低。800 ns时,冲击波内部出现大量的喷溅物。Al原子和AlO气相分子的特征谱线都是在1μs的强度最大,到10μs时消失,表明脉冲激光烧蚀下,纳米铝粉与炸药的作用时间小于10μs。20 mJ激光能量下未检测到C原子和CN的光谱线。当激光能量增加到30 mJ时,纳米铝粉掺杂PETN炸药的光谱中出现C原子和CN的光谱线,表明纳米铝粉掺杂PETN炸药分解所需的激光能量应不少于30 mJ。     

激光驱动飞片飞行特征研究进展

激光驱动飞片是高效的冲击加载方法,作为激光起爆炸药的一种方式,具有本质安全性。激光驱动飞片起爆炸药的可靠度与飞片的飞行特性密切相关,飞片的飞行速度和表观形貌(平面度和完整性)是成功起爆的两个重要参数。因此,从飞片的飞行特性的表征手段与影响因素两方面出发,综述了激光驱动飞片技术的研究进展。针对单层飞片,介绍了观测、表征和接收方法,分析讨论了飞片性能影响因素作用规律的近年研究成果,梳理归纳了现有研究中存在的不足,指出了今后的发展方向,包括激光驱动飞片飞行过程的系统物理模型和激光驱动飞片的平面度和完整性定量参数。     

掺杂光敏物质用于降低火工药剂激光发火阈值研究进展

在激光火工品研究领域,掺杂光敏物质是降低火工药剂发火阈值的核心技术之一。主要围绕近年来激光点火/起爆药剂研究中的光敏物质,包括炭黑、碳纳米管、氧化石墨烯、近红外吸收染料、金属纳米颗粒,梳理了各自的结构与光学特性之间的构效关系,归纳总结了掺杂光敏物质在火工药剂中用于激光点火研究取得的重要进展,分析了掺杂浓度、掺杂方式对发火性能影响的基本规律。通过对比发火阈值获得了光敏效果的初步排序,即以金纳米棒为首的金属纳米颗粒的光敏效果最佳,炭黑、碳纳米管、碳纳米粉、近红外吸收染料相继次之,并且建议未来需加强激光点火和材料研究领域交叉融合,提高研究系统性、普适性、可比性。     

PDV方法测量电爆炸驱动小飞片速度

为优化爆炸箔起爆器性能,采用光子多普勒速度测量技术(PDV)获得了电爆炸驱动小飞片的速度历程。设计了一种电爆炸驱动小飞片测试装置,可以产生Φ0.35 mm×25μm尺寸的小飞片,试验中未对飞片进行任何处理。对两发电爆炸驱动小飞片进行了PDV测速试验,获得了小飞片的速度历程,测得的有效时长约为160 ns。两发飞片的最大速度分别为4520 m·s-1和4330 m·s-1,速度差约为4%,一致性较好。飞片速度剖面有明显拐点。在拐点之前速度上升较快,在60 ns(0.1 mm位移)内达到了最终速度的75%。在拐点之后,速度上升相对变缓,在100 ns内完成了剩余25%速度的增加。     

BNCP驱动飞片实验测试及数值模拟

为了研究BNCP驱动飞片的能力,采用光纤位移干涉仪(DISAR)对其速度进行了测试,获得了速度成长曲线.测试结果显示:当BNCP在1.645g/cm3和1.623 g/cm3密度下驱动0.1 mm厚的钛飞片时,飞片速度分别可达3400m/s和3 300m/s左右.同时,通过VLW状态方程程序计算了BNCP的等熵膨胀数据,拟合出其JWL状态方程参数.将JWL状态方程参数运用于软件LS-DYNA中,对BNCP驱动飞片进行数值模拟.结果显示数值模拟与实验曲线基本一致.     

聚黑-14C的传爆装置冲击起爆实验及数值模拟

基于聚黑(JH)-14C传爆药的小隔板试验方法及结果,建立了小隔板试验有限元模型并进行了模拟计算,确定了密度为1.65g/cm~3时JH-14C的Lee-Tarver参数。以RDX-8701为主发药柱,对实际装药条件下JH-14C的传爆装置进行了冲击起爆实验,得到了钢鉴定块的凹坑深度。根据小隔板试验确定的JH-14C传爆药Lee-Tarver参数,建立了全尺寸的冲击起爆实验有限元模型,并对比分析了模拟结果与实验结果,通过改变导爆药柱顶部的钢隔板厚度,确定了JH-14C的传爆装置发生冲击起爆的临界钢隔板厚度。结果表明,冲击起爆实验中钢鉴定块的凹坑深度约为2.1mm,模拟计算结果与实验结果基本吻合;JH-14C的传爆装置冲击起爆的临界钢隔板厚度在4~5mm。     

加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律

为揭示加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律,采用光子多普勒测速(PDV)技术、阴影成像技术和显微分析方法研究了厚度20μm单层Al飞片在不同加速膛孔径和长度下的速度和形貌演化历程。结果表明,加速膛孔径与Al飞片被激光烧蚀的孔径大小相当时,即孔径在800μm时飞片可获得3100 m·s^-1的最大速度;加速膛孔径大于800μm时对飞片无法起到有效约束作用,飞片速度有所下降,其中加速膛孔径为1500μm时飞片速度最小,为2700 m·s^-1;加速膛孔径为600μm小于激光烧蚀孔径时,造成周围部分能量的浪费,飞片速度也偏低,为2900 m·s^-1。固定加速膛孔径为1000μm,长度在200~700μm时,飞片速度随加速膛长度增加而明显降低,并且Al飞片在飞出加速膛后均破裂成碎片状并迅速向周围扩散,无法保持完整,飞片碎片总体向外扩散速度随加速膛长度的增加而降低,与PDV获得的飞片速度规律基本一致。     

基于激光驱动的复合飞片参数与性能

在激光驱动飞片技术中,复合飞片的使用可提高对激光的能量利用率,从而获得更高的速度。为进一步研究复合飞片各层参数对激光驱动飞片速度的影响,采用Ti、C、Al2O3、Al等材料制备了不同参数的复合飞片,利用小型掺钕钇铝石榴石晶体ND:YAG固体激光器在200~300 mJ能量下进行了驱动飞片试验,并通过光子多普勒测速仪(PDV)对飞片速度进行了测试。结果表明,在厚度控制合理的情况下,增加了吸收层(0.15μm,Ti)的复合飞片最大速度较单层飞片提高了约110%,同时增加了烧蚀层(0.3μm,Al)和隔热层(1.0μm,Al2O3)的复合飞片最大速度较单层飞片提高了约41%,并对复合飞片的能量利用率及加速距离进行了分析,表明激光驱动复合飞片在0.02μs左右可达到最大速度的90%,在0.08μs左右可达到最大速度。