叠层复合装药殉爆安全性试验及数值模拟

叠层复合装药是由两种或两种以上装药通过叠加的方式复合而成,可以通过装药结构设计调控其安全性和能量输出特性。为研究叠层复合装药的殉爆安全性,选取典型高能炸药与钝感炸药组合的叠层复合装药为研究对象,通过数值模拟和殉爆试验研究装药结构对临界殉爆距离的影响规律。结果表明,相比于单一高能炸药PBX-1,复合装药临界殉爆距离可减小53.3%(由7.5 mm减小至3.5 mm),能量降低22.9%;复合装药中钝感炸药厚度必须要达到特定阈值(3 mm)以上才能明显降低复合装药临界殉爆距离;随着钝感炸药占比增大,复合装药临界殉爆距离趋近于单一钝感炸药PBX-2的临界殉爆距离。     

某新型炸药冲击起爆试验与临界起爆特性研究

采用平面波发生器爆炸驱动不同厚度的飞片撞击带隔板装药,获得了某新型炸药与THAL,炸药的冲击波起爆临界隔板厚度.基于一维冲击波传播理论,建立了炸药临界起爆特性参数分析模型,并利用所测的两种炸药冲击波起爆临界隔板厚度,结合炸药及隔板材料的冲击Hugoniot参数测试结果,计算得到了两种炸药的冲击波临界起爆压力和起爆能量常数.     

大质量钨破片冲击多层间隙盖板炸药数值模拟与试验研究

为分析大质量破片对多层盖板炸药冲击起爆阈值的影响因素,采用SPH和FEM相结合的方法开展了不同盖板厚度和不同盖板间隔情况对起爆阈值影响的数值模拟。在此基础上,采用二级轻气炮作为加载手段,进行了大质量钨合金破片冲击不同盖板及间隙情况下炸药冲击起爆试验研究,获得了起爆阈值。数值模拟与试验结果相一致,表明采用SPH与FEM相结合的方法可以较好地模拟此类问题。通过拟合得到了大质量破片冲击起爆阈值速度与冲击角度之间的经验关系式。分析结果表明,大质量破片冲击产生的大量二次破片对起爆阈值速度和起爆延迟时间具有较大的影响。     

射弹冲击引爆带壳炸药数值模拟

利用非线性有限元程序LS-DYNA对射弹冲击引爆带壳炸药作用过程进行了数值模拟,得出了不同材料、长径比射弹冲击引爆不同厚度壳体炸药的临界闽值速度.结果表明相同质量射弹、射弹长径比将影响带壳炸药的引爆阈值速度.在选择射弹冲击引爆带壳炸药时,射弹直径是重点考虑的因素.射弹材料对冲击引爆阈值速度影响较为明显,在选择射弹材料时应采用高密度、高性能的材料.     

EFP冲击引爆带壳炸药数值模拟研究

利用非线性有限元程序LS-DYNA中的ALE算法对EFP的成型、冲击引爆带壳炸药作用过程进行了数值模拟.与试验结果相比较,数值模拟结果具有较高的可信度,证明采用了LS-DYNA中的ALE算法,能有效获取EFP对带壳炸药引爆过程的参数.     

HNS-Ⅳ炸药一维冲击起爆判据的研究

为了探究p-τ判据、James判据和Π-τ判据对六硝基茋(HNS-Ⅳ)炸药一维冲击起爆判据的适用性,以及利用飞片冲击起爆模型研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆的可行性,结合已报道实验数据对三种判据进行了拟合,得到了最佳判据方程。通过AUTODYN软件模拟了不同厚度聚酰亚胺飞片对HNS-Ⅳ速度阈值的影响,基于模拟结果进行判据曲线的拟合,探究了利用飞片冲击起爆模型研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆的可行性。模拟结果表明,速度阈值的模拟结果与实验结果存在偏差,这是由飞片驱动过程中形态和厚度变化所引起。拟合结果中p-τ判据、James判据和Π-τ判据的R2分别为0.9813,0.8715和0.9940,其中Π-τ判据拟合效果最佳,模拟结果与文献结果一致。根据Π-τ判据,文献数据和模拟数据得到的最佳判据方程分别为Π=0.156+0.013/τ和Π=0.175+0.012/τ,二者曲线基本重合,说明通过数值模拟研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆是可行的。     

线性回归在炸药殉爆中的应用

考虑到炸药殉爆给安全方面带来的问题及互相作用的可靠性,文中从理论和实验相结合的角度定量地分析了炸药的殉爆距离.并在此分析的基础上,从理论角度分析和证实了引起殉爆的主要因素.     

三种破片对带壳炸药冲击起爆能力的数值分析

基于球形、平头圆柱和立方块破片撞击带钢壳炸药的模型,采用数值模拟方法,研究了带壳炸药受破片冲击起爆的基本规律,给出了带壳炸药冲击起爆的阈值速度.结果表明,除了破片几何尺寸和质量外,破片着靶姿态对冲击起爆阈值速度也有明显影响,尤其是立方块破片.     

含铝炸药二维冲击起爆的爆轰数值模拟

利用拉氏分析和圆筒试验的实验装置对ＨｅｘａｌＰＷ３０含铝炸药的本构关系进行了标定，对它的冲击起爆和作功能力进行了实验研究。利用二维非线性有限元程序系统，对它的冲击起爆进行了爆轰数值模拟，结果表明，铝粉在爆轰区内可能参加反应，在爆轰区外继续反应；该含铝炸药具备较强的驱动作功能力。     

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。     

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。     

用一种改进的Euler方法模拟凝聚炸药的爆轰

建立了一种改进的Eu ler方法来数值模拟凝聚炸药的爆轰,化学反应率采用Lee-Tarver的点火成长模型。由该化学反应模型的假设推导出物质组分的能量方程,这样可以避免通过定义混合物质的状态方程带来的非物理振荡。Eu ler方程被用来描述混合物质的流动,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。从典型爆轰算例来看,该方法能够正确预测凝聚炸药爆轰的起爆及传播过程中的关键特征,如Von Neum ann尖峰和化学反应区等。     

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。     

破片发生器爆轰驱动数值模拟

利用ANSYS／LSDYNA软件对一定向破片战斗部试验件进行了二维和三维数值模拟，获得了破片速度、飞散角分布和定向战斗部对破片的爆轰驱动过程的物理图象，计算结果和试验结果具有良好的一致性。     

不同起爆方式下MEFP战斗部的数值模拟

文中利用ANSYS／LS-DYNA软件对周围排列MEFP进行数值模拟，并对在不同起爆方式下MEFP战斗部形成的EFP阵列进行了研究。研究结果表明：在中心线起爆与端面起爆方式下的MEFP均能形成初速大、攻角小、气动性能良好的EFP。     

基于CE/SE方法的铝粉尘爆轰二维两相数值计算

建立了铝粉-空气管内爆轰的二维两相模型.根据守恒元-求解元的思想,构造了铝粉燃烧转爆轰过程的数值计算格式.采用此格式研究了铝粉尘爆轰管内流场,分析了爆轰管内径向与轴向的压力效应、温度以及颗粒相粒径和气相组份的变化.讨论了铝粉/空气燃烧波在爆轰管内碰撞、反射对转爆轰过程的影响.结果表明,爆轰管内火焰阵面和压力阵面能很好地耦合,爆轰管内铝粉和空气能够形成自持传播的爆轰波.本文的数值计算结果对铝粉尘爆轰研究具有理论指导意义.     

旋转爆轰发动机燃烧室掺混特性数值研究

为探索旋转爆轰发动机燃烧室内气体射流冷流掺混的情况,采用高精度高分辨率迎风通量分裂格式(AUSMPW+),求解三维欧拉方程。以环缝/小孔喷注方式的发动机模型为基础,在保证当量比不变情况下,分析了燃料喷注位置、喷注角度、单侧孔或双侧孔喷注、入口总压及出口反压对冷流掺混效果的影响。研究结果表明:随着H₂喷注位置的前移,掺混效果有明显提高; 喷注角度的改变对H₂/Air的掺混效果有很大的影响; 顺喷的掺混均匀度变化幅度较大,在燃烧室的头部,顺喷的掺混效果比垂直喷注和逆喷差,在燃烧室尾部的掺混效果优于其他2种; 对单侧孔或双侧孔喷注而言,双侧孔喷注方式的掺混效果明显高于单侧孔喷注方式; 掺混效果与入口总压成反比,与出口反压成正比。     

直列式爆轰点火器起爆过程实验与数值仿真

为了探讨爆轰快速点火的特性,依据工程应用的实际情况,利用直列式起爆器设计了直列式爆轰点火器及实验装置,并进行了相关实验研究.结合实验装置的特殊结构,建立了直列式爆轰点火器起爆过程的理论计算模型,应用4阶龙格-库塔法编程计算得出爆轰冲击波在实验装置内传播过程中各物性参数的变化规律,并结合实验测试结果进行了分析.结果表明,在直列式爆轰点火结构设计中,利用突扩截面可以显著衰减冲击波的强度,减弱对点火过程的影响,有利于装药的全面、瞬时点火.     

基于时空守恒元和解元法的爆震流场数值模拟

运用流体力学的基本原理,建立了爆震流场的数学模型,确定了CE/SE方法的守恒元与求解元,对氢氧爆震波的形成和传播过程进行数值模拟,并将计算结果与逐次迭代法计算结果和实验值作了比较,验证了时空守恒元和解元方法计算一维非定爆震流场的有效性与高精度。