基于超声阵列的云爆燃料浓度分布评估试验方法

云爆燃料爆炸抛撒具有高动态性、冲击波湍流和瞬态特性,其燃料浓度分布是燃料空气炸药(FAE)战斗部设计与引信起爆设计的基础。基于脉冲超声在燃料云雾中的衰减特性,建立FAE爆炸抛撒的多点阵列式动态燃料浓度分布评估试验系统。通过获得的燃料云雾中不同位置的超声衰减曲线,对燃料浓度在时间/空间的变化规律进行评估。研究结果表明：FAE静态爆炸抛撒下,中心区燃料云雾浓度由低至高、再由高减低;偏离中心区越远,浓度低的分布特点。该评估方法可以有效表征云爆燃料抛撒过程的浓度分布,为FAE引信系统的最佳起爆时间与位置提供了试验方法与数据支撑。     

燃料空气炸药二次起爆引信与爆轰云雾动态交会浓度检测方法

燃料空气炸药（FAE）抛撒后形成最大能量云雾爆轰的关键,在于二次起爆引信能否在极短的交会时间内完成快速准确的最优云雾爆轰浓度检测。通过试验和仿真工具验证了利用脉冲超声在云雾介质中的回波衰减对云雾浓度快速检测方法的可行性。为保证试验结果的准确和严谨性,高动态交会环境下引信样机检测的流道内云雾浓度无法与预设环境浓度视为等同。采用计算机数值模拟方法,模拟出100 m/s试验工况下引信与云雾交会过程中检测流道内的气体与固体两相流体浓度分布。结果表明,在浓度分别为75 g/m³、150 g/m³、225 g/m³的交会环境中,引信流道的仿真浓度与脉冲超声在流道内的传播衰减率具有一致性,可为提高FAE武器最优起爆提供分析手段。     

云爆子引信与云团高速交会的云雾浓度探测试验方法

二次起爆型云爆战斗部的大面积体爆轰,与识别最优爆轰浓度下的多点子引信协同起爆有关.基于脉冲超声在云团中的回波反射系数衰减特性,研制云爆子引信原型样机,搭建基于火箭撬速度分别为75 m/s、100 m/s的子引信与等比云爆燃料抛撒云团的交会浓度探测试验平台.通过试验得到高速环境下子引信动态识别云团浓度的变化曲线,以及不同...     

燃料空气炸药固体燃料浓度动态分布试验研究

合适的燃料云团浓度是云爆燃料爆轰的前提条件,但是受到抛撒作用机理复杂、测试设备不完善等因素制约,针对云爆弹燃料云团浓度动态分布的试验研究还很欠缺。建立基于CMM-1浓度检测微系统的阵列式浓度测试系统,对由缩比抛撒装置产生的燃料云团浓度进行动态检测,形成燃料浓度随时间和空间的变化曲线,并获得了燃料浓度峰值的变化规律。试验结果表明：该试验装置和试验方法能够获得云爆弹燃料浓度的动态分布情况,可以为云爆弹战斗部设计和二次起爆设计提供技术支持。     

红外热成像技术在云团爆炸测温中的应用

利用红外热成像技术研究了具有云团爆炸性质的燃料空气炸药(FAE)的爆炸温度场.实验测试了两发液体FAE和一发固体FAE试验弹的爆炸温度参数,得到了爆炸火球温度的时空分布,并根据火球温度分布分析了燃料的抛撒情况.结果表明,在装药量相同的情况下,固体FAE和液体FAE的爆炸火球表面温度分别比TNT高22.3%和6.2%,1000℃以上高温持续时间是TNT的1.95和1.23倍;液体燃料爆炸形成的火球覆盖面积比固体云爆剂大;预制刻槽的薄壁弹体更利于燃料的抛撒和分散.     

铝粉对FAE爆轰性能影响的研究

采用VLWR状态方程及其程序计算环氧丙烷/铝粉燃料的FAE爆轰参数.结果表明,铝粉配比的增加能提高FAE爆轰参数,但配比过高不利于燃料分散,导致单位质量的燃料在空气中覆盖范围的降低,反而影响FAE战斗部的威力性能.同时,铝粉颗粒的直径对燃料空气炸药作功能力和反应时间有一定的影响.     

FAE爆轰参数计算与性能设计探讨

采用VLW状态方程及其程序计算环氧丙烷/铝粉燃料的FAE爆轰参数,研究了分散浓度(氧平衡)对FAE战斗部威力性能的影响.结果表明,按照微负氧设计,有利于提高FAE爆轰威力和燃料能量利用率;铝粉配比的增加能提高FAE爆轰参数,但配比过高不利于燃料分散,导致FAE氧平衡不好,反而影响FAE战斗部的威力性能.     

固体与液体混合燃料抛撒过程数值模拟

固体与液体混合燃料通过爆炸驱动形成燃料空气炸药云团,其爆轰威力在很大程度上取决于云团的状态,云团分布是云爆装置设计的基础。通过数值模拟,研究了固体与液体混合燃料抛撒过程,在Fluent软件的基础上探索了固体与液体混合燃料抛散的数值模拟方法。计算得到的燃料抛撒随时间和空间的扩散过程,其中径向速度、云团范围和湍流过程与实验结果相吻合。研究结果表明,文中建立的数值模型和计算方法能够较好地模拟固体与液体混合燃料的云雾抛散过程,为云爆装置优化设计提供了基础数据。     

爆炸抛撒过程中FAE云雾的运动特性

为研究爆炸抛撒过程中燃料空气炸药(FAE)云雾的发展和变化特征,通过高速摄影观测了不同密度FAE的云雾形成和运动状态,用数值仿真计算了燃料圆柱外表面中心点处质点的速度变化,在距爆心2.5 m处利用光电探测方法测量了云雾相对浓度变化。结果表明:燃料在云雾形成之前的运动主要以射流为主,云雾形成后主要为扩散运动。燃料密度越大,相同时刻云雾扩展直径越大。燃料质点的速度在爆炸抛撒条件下经历先快速增大后缓慢降低的过程,最高速度达到377 m·s-1。在10~80 ms,燃料浓度的变化幅度表现出由大到小的变化,显示抛撒云雾内部的燃料颗粒空间分布具有非均匀性的特点,并且适当延长云雾运动时间,燃料颗粒分布的均匀性可得到有效改善。     

铝粉燃料连续旋转爆轰发动机工作特性

为探索基于铝粉燃料的连续旋转爆轰发动机独特的爆轰特性及推进性能,开展铝粉/空气和氢气/空气连续旋转爆轰发动机热试车对比实验。实验结果表明：在相同发动机构型及条件下,铝粉/空气连续旋转爆轰发动机的推力比氢气/空气高35%;铝粉/空气的峰值压强比氢气/空气高11%;铝粉/空气的爆轰波传播速度比氢气/空气低11%;铝粉/空气工作模态同氢气/空气一样,均为单波模态。上述差异一方面由燃料不同物理化学性质所致,另一方面由气-固两相爆轰和纯气相爆轰差异所致。所得研究结果可为吸气式粉末燃料连续旋转爆轰发动机奠定一定的实验和理论基础。     

液体与固体比例对燃料-空气混合物爆炸特性和热效应的影响

为分析不同比例液体与固体燃料云雾爆炸特性和热效应,采用爆炸驱动的方式将燃料分散在空气中形成无约束爆炸性混合物,利用二次起爆药柱引爆云雾.通过高速录像系统、压力测试系统以及红外热成像仪研究乙醚/铝粉/空气混合物的爆炸冲击波压力、火球表面温度、高温持续时间等参数.实验结果表明:乙醚与铝粉的质量比为1:1时,爆炸火焰在云雾中的传播速度最快,形成的爆炸冲击波压力最高;与纯液体燃料相比,加入铝粉可以有效提高燃料云雾爆炸的热效应.该结果可以为化工爆炸事故的预防以及燃料空气炸药配方的选择提供参考依据.     

光电干扰箔片抛撒与扩散试验研究

采用两种状态箔片(直径49.5mm,厚0.15mm,1g;直径47mm,厚0.05mm,0.5g)研究了光电干扰箔片抛撒与云团扩散问题。设计了试验模型、试验方案并提出网格图层的数字图像处理方法。通过抛撒各阶段云团发展状态的高速数字图像记录和参数统计,清晰地反映了装填密集度较高情况下的箔片出舱、分离、扩散动态过程。提取单个箔片运动轨迹,显示出箔片的速度衰减与沉降特性。对散布云团结构进行统计分析,结果表明大数量箔片抛撒在气流作用下由尾部开始分离扩散,并出现集束段断层,各集束段时序扩散,形成锥形云团,首尾融合。在此基础上建立了锥体云团膨胀模型,有效描述出大数量箔片云团膨胀过程及其发展形态。     

中心装药对燃料抛散的影响及其空腔效应

中心装药对燃料空气炸药(FAE)装置有重要的影响。利用高速相机测定得到采用耦合装药的FAE装置的抛散速度的最大值为408.5 m·s-1,利用LS-DYNA软件计算得到采用耦合装药的FAE装置的抛散速度的最大值为412.5 m·s-1,误差不足1%,计算方法精确可靠。采用相同的方法对采用不同中心装药方式的FAE装置的燃料抛散速度、中心装药爆炸空腔、空腔内温度进行了计算。结果表明,采用不耦合装药的FAE装置不同位置的抛散速度相差小,约100 m·s-1,速度分布均匀,燃料利用率高;爆炸空腔半径在端部处缩小1/3左右,呈现出中间大,两端小的分布,使二次起爆药包的安装位置有更多选择。同时,与采用耦合中心装药的FAE装置相比,不耦合中心装药的FAE装置爆炸空腔内的温度衰减较快,安全性更好。     

受限空间内新型抑爆装置爆炸抛撒水雾形成过程的研究

讨论的抑爆装置是以爆炸抛撒为原理。在发生火灾或爆炸事故的场所,利用抑制装置内炸药的爆炸作用力,瞬时将抑爆剂抛撒出来,快速形成水雾来封闭整个火焰传播通道,达到衰减压力或抑制火焰传播的目的。该装置与传统的连续喷射水雾系统比较,具有水雾形成速度快,形成水雾体积大的特点。着重分析爆炸抛撒水雾的形成过程。为此,借助计算流体力学商业软件FLUENT,采取两相流理论中的Euler-Euler法（颗粒相拟流体模型）数值模拟了受限空间内,爆炸作用力下水被抛撒、水雾形成和扩散过程。讨论了两种布置方式下水雾的运动状态,给出永雾浓度随时间和空间的发展过程,为进一步提高该装置的抑爆效果提供理论指导。     

煤油燃料旋转爆轰波起爆与传播特性实验研究

为研究煤油燃料旋转爆轰波的起爆与传播特性,开展气体-液体两相旋转爆轰发动机实验研究。旋转爆轰发动机环形燃烧室内径120 mm、外径153 mm、长240 mm,煤油为燃料、富氧空气为氧化剂,通过氢气/氧气微小型脉冲爆轰发动机进行点火;基于燃烧室内的高频压力,分析气体-液体两相旋转爆轰波的起爆过程、传播特性以及发动机的工作特性。实验结果表明：混合物的反应活性至关重要,当氧化剂中氧含量偏低时,混合物反应活性低,旋转爆轰波将无法起爆,直至氧含量增加到39.2%,才能形成自持传播的爆轰波;爆轰波成功起爆后均以双波对撞模态传播,波速为815~ 920 m/s;在 贫油条件下,爆轰波传播速度随着当量比提高呈增加趋势;当空气质量流量大于822 g/s时, 发动机基本以缓燃形式工作。     

含微/纳米铝粉燃料空气炸药爆炸特性

利用20 L爆炸装置开展了含微/纳米铝粉燃料空气炸药爆炸特性研究.试验结果表明:微米铝粉中加入5％和10％纳米铝粉后,混合铝粉爆炸压力峰值增幅分别为24.4％和58.5％,最大压力上升速率增幅达到80.6％和103.4％,纳米铝粉含量大于10％对于爆炸效应增加没有明显作用;固液比为30/70的燃料空气炸药,点火能从11.83 J增加到28 J,其爆炸压力从0.28 MPa增大到0.52 MPa,爆炸温度从834℃增大到1118℃,表明增大点火能可以提高燃料空气炸药爆炸参数;提高微/纳米铝粉含量,能够有效提高固液型燃料空气炸药爆炸压力和爆炸温度.     

铝粉尘云团爆轰温压效应的数值模拟

为研究粉尘云团形成的爆轰波在空气中传播过程及对周围环境的温压效应和毁伤规律,采用时-空守恒元解元算法两相流模型模拟了当量比为1,颗粒半径为2 μm的悬浮铝粉尘均匀分布形成的半径3.0 m的云团在空气中的爆轰波传播过程。研究结果表明：在冲击波到达云团边界处3.0 m位置时压力达到最大值2.10 MPa,而后压力产生衰减;冲击波到达4.7 m时铝粉尘全部反应完毕无剩余;铝粉尘反应形成的火球会向外运动可到达10.0 m处,火球内中心区域为温度3 500 K 以上、密度0.120 kg/m³的高温低密度区域;冲击波到达24.5 m处超压为0.10 MPa,达到致人死亡标准;冲击波到达28.0 m处时超压为0.09 MPa,可致人严重损伤。     

装置参数对FAE云雾状态的影响

本实验研究了壳体材料、比药量和长径比等装置参数对燃料空气炸药（FAE）云雾状态的影响。结果表明：钢质壳体更利于云雾的径向分散；适当的比药量可形成最优化的云雾尺寸和调节云雾内部浓度；长径比不是云雾最终状态的决定因素。     

中心装药对FAE燃料成雾特性影响的试验分析

为了优化燃料空气炸药(FAE)装置参数,采用高速运动分析系统,观测燃料云雾的分散过程,研究中心装药对燃料云雾体积的影响规律。试验结果表明,燃料空气炸药装置的中心装药起爆后,燃料开始分散,云雾体积逐渐增大。燃料云雾抛散过程和最终体积与中心装药有关,当中心装药能量较小时,燃料云雾最大体积随中心装药能量增大而增大,当中心装药能量达到临界值以后,燃料云雾的最大体积不再随能量增大而增大。     

一次引爆型燃料空气炸药装置结构的实验研究

本文介绍一次引爆燃料空气炸药（FAE）装置四种不同结构爆炸作用的实验结果。其结果表明,燃料分散的均匀性是影响一次爆燃料空气炸药爆炸效果的主要因素。非中心对称装药爆炸分散造成云雾分布的非均匀性,爆炸效果较差;中心对称装药有利于形成环向均匀分布的云雾区,改善爆炸作用效果。