基于Riemann问题的可压缩多介质流体数值模拟及在二维爆炸冲击波传播问题中的应用

为有效提高可压缩多介质流体数值模拟的精度和稳定性,需要准确描述界面的位置以及界面两侧介质间的相互作用。针对JWL、多项式等具有高度非线性状态方程的多种流体间的相互作用问题,提出了一种通用、高效、误差可控的Riemann问题求解方法,能有效提高物质界面上各物理量的计算精度。结合Euler坐标系下的可压缩多介质流体数值方法,建立了一套能够模拟具有高密度比、高压力比以及复杂状态方程的二维多介质流体计算体系;结合网格自适应技术,对TNT空中爆炸自由场、TNT爆炸近区冲击波反射和水下爆炸等问题进行了数值模拟,并与实测结果进行了对比。结果表明,数值计算的爆炸冲击波参数与相关实测结果一致,表明该方法可用于复杂环境下爆炸冲击波传播规律的研究。     

含硼炸药的能量输出特性研究

为了有效提高炸药的爆轰能量,基于硼粉具有约2倍于铝粉的体积热值和质量热值的特点,进行了含硼金属化炸药的水下和空中爆炸能量输出特性测试,研究了硼粉的加入对含铝金属化炸药能量大小及输出结构的影响.试验结果表明,硼粉在爆轰过程中的能量释放主要用来提高水下气泡能和空爆火球的持续时间.     

空中爆炸载荷下梯度波纹夹层板抗爆性能仿真研究

通过有限元软件Autodyn模拟了梯度波纹夹层板在空中爆炸载荷下的动态响应,分析了芯层排列顺序对其响应模式和抗爆性能的影响;在此基础上,选择抗爆性能最优的芯层组合填充聚氯乙烯泡沫,研究了填充方式对其抗爆性能的影响;分析了夹层结构的吸能特性。结果表明：芯层壁板厚度从迎爆面到背爆面逐渐减小的组合具有最优的抗爆性能,且只在第一层填充泡沫的梯度波纹夹层板的下面板变形最小;从迎爆面到背爆面单层填充时,聚氯乙烯泡沫的吸能不断下降;随着填充层数增加,下面板变形以及聚氯乙烯泡沫和下面板的吸能逐渐增大。     

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。     

弹丸战斗部空爆回声传播时间计算及其在引信自毁时间靶场测试中的应用

时间引信工作时间和自毁型引信自毁时间靶场射击试验时的空爆光信号测试受天气条件制约较大 ,为此有必要研究空爆回声测试方法。根据炮兵标准气象条件和标准大气关于大气温度沿高度的分布假设 ,以及声速与温度之间的关系 ,通过积分给出了弹丸战斗部空爆回声传播时间的计算公式 ,以此为根据结合外弹道学基本方程即可给出弹丸空爆回声与引信工作时间或自毁时间的对应关系 ,用于引信工作时间或自毁时间测试。与试验结果对比表明 ,所得出的公式是正确的 ,可用于引信技术实践。     

近地面空中爆炸马赫反射数值模拟研究

为研究马赫波冲击波参数的变化规律以及装药类型和装药形状对三波点迹线的影响,采用有限元分析软件AUTODYN建立了TNT装药近地面空中爆炸的有限元模型,将计算结果与试验结果进行了对比,两者吻合良好。在此基础上,对不同装药形状和装药类型的炸药进行了近地面空中爆炸的数值模拟。研究结果表明:马赫波波阵面上的冲量随高度增大而缓慢减小,超压峰值随高度增大先缓慢下降而后迅速减小。马赫波与地面近似垂直,其顶部的超压峰值仅为底部的67.6%~80.3%,顶部的冲量为底部的91.3%~99.0%。球形装药和长径比为1的柱状装药的三波点迹线几乎完全相同,柱状装药长径比越大,马赫波高度反而越小。C4炸药形成的马赫波高度略大于B炸药,但两者较为接近,TNT形成的马赫波高度明显小于C4和B炸药。     

球面加载法在舰船舱室爆炸破坏环境中的应用

在研究空中爆炸及舰船密闭舱室爆炸时,提出了球面加载法对现有有限元程序进行改进,计算结果表明:球面加载法能有效改善现有有限元软件在计算冲击波在流场中衰减过快的弊端,且采用球面加载法得到的流场冲击波压力与理论值吻合良好.在此基础上,采用球面加载法对某舰密闭舱室遭受反舰导弹攻击发生爆炸时的破坏环境进行了计算,给出了密闭舱室爆炸时舰船的破坏环境.研究结果对开展相关的研究具有一定的参考价值.     

利用含废弃丁羟推进剂制备的高能炸药?

利用丙烯酰胺氧化剂溶液及铝粉制备得到敏化剂,加入已配好的含能黏结剂中,对丁羟(HTPB)推进剂颗粒间隙进行填补,形成新型高能炸药。通过高速摄影试验观察爆轰过程,炸药空中、水下爆炸等试验测试其性能。结果表明:所制备的新型高能炸药性能良好,随着敏化剂含量的增加,炸药爆轰感度、冲击波超压及水下能量输出均有明显提高;炸药密度1.53 g/cm~3,爆速6 900 m/s;当比例距离为1.5~4.5 m/kg~(1/3)时,炸药的TNT当量系数分布于1左右;水下爆炸能量输出为4.5 k J/g,高于TNT,具有较高的能量和冲击作用。     

AP对炸药空中爆炸参数的影响

为研究AP对炸药空中爆炸性能的影响,在RDX和HMX基混合炸药和含铝炸药中添加AP,并进行了空中爆炸性能试验.从冲击波超压、爆炸火球的最大半径及火球持续时间、爆炸场温度等方面分析了AP对炸药空中爆炸性能的影响.结果表明,AP对空中爆炸冲击波超压的影响与主炸药的种类有关,加入AP后,混合炸药的冲击波超压降低,含铝炸药的冲击波超压增大;随着AP含量的增加,最大火球半径和火球持续时间及爆炸场温度都减小.