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.     

云雾爆炸场超压的威力研究

为了研究FAE爆炸场超压规律，对FAE和TNT进行了静爆对比试验，获得了各自的爆炸场超压实测数据。分析得到了各自的拟合公式、曲线及TNT当量值。研究结果表明，FAE爆炸场超压规律与TNT有显著区别，可划分为云雾爆轰区和冲击波作用区，其中云雾爆轰区是强毁伤区。在云雾区(爆炸近场)，FAE超压值很低但近似相等，TNT具有高超压但衰减迅速的变化规律．在冲击波作用区(爆炸远场)，FAE和TNT超压分布具有某种“相似性”，均呈衰减趋势，其中尤以TNT衰减更为迅速。     

非圆截面云雾爆炸超压场数值模拟

为研究非圆截面云雾爆炸超压场的分布特性,用LS-DYNA程序对云雾爆炸超压过程进行了数值模拟,将数值模拟超压值与试验超压结果进行了对比,得到了0°、90°、135°和180°共4个方向的峰值超压随距离的变化规律,以及不同起爆高度对超压场分布的影响。结果表明,试验中起爆云雾呈椭球形爆轰火球。4个方向在距离爆炸中心5 m处的峰值超压为2.9~5.2 MPa。在距离爆炸中心5~50 m范围内,地面冲击波轨迹呈椭圆形。冲击波在90°方向的传播速率最小。当起爆高度由0.5 m增加至2.5 m时,5~15 m范围内的地面峰值超压平均提高了8%。     

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。     

高能液固混合燃料配方优化及毁伤分析

为筛选优化高能燃料空气炸药（FAE）的配方组分,以石油醚、环氧丙烷和乙醚作为液体燃料,硝酸异丙酯和硝基甲烷作为液体敏化剂,金属铝粉作为固体组分,通过EXPLO5计算软件比较了不同配比FAE的爆炸压力和爆炸温度,并在无约束条件下进行了液体和液固FAE配方的云雾爆轰实验,对爆炸场、温度场等参数进行了毁伤效果分析,并量化评估了各体系的热毁伤、超压毁伤的效果。结果表明,石油醚、环氧丙烷与硝酸异丙酯混合的混合液体FAE,在石油醚质量占比55%～70%条件下,爆轰性能上表现较优。液固混合FAE中液固比例为1∶1条件下具有较良好的爆轰性能,并在无约束云雾分散实验中表现出最佳的云雾分散状态。两种体系的FAE配方在1 kg的二次起爆药量下云雾爆轰可以稳定反应,能达到爆轰状态,且在毁伤能力均具有较优效果。     

某固体温压药剂与“什米尔”药剂爆炸威力特性对比研究

为比较某固体温压药剂与"什米尔"药剂爆炸威力特性,通过野外静爆试验,对两种药剂公斤级爆炸冲击波参数和温度参数进行了测试,并观测两种药剂公斤级爆炸火球的发展过程。试验结果表明:在相同装药质量情况下,某固体温压药剂冲击波峰值超压、正压区冲量均比"什米尔"药剂的高,正压作用时间略有下降,其爆炸火球温度超过2 800K、2 500K和2 200K的持续时间比"什米尔"分别提高了了2.368倍、1.548倍、3.248倍,且平均最大火球直径提高48.32%,平均最大火球高度提高49.50%。说明某固体温压药剂爆炸威力超过"什米尔"药剂。     

云爆剂爆炸/冲击波参数研究

对一种新型云爆药剂及其试验装置进行了外场静爆试验,并对其爆炸/冲击波参数和后续燃烧现象进行研究。结果表明:总装药量为30 kg的试验弹其爆炸火球最大直径可达17.4 m,是原始装药直径的75.65倍。从所测爆炸场超压曲线发现存在前后两个正压作用区,第二个正压区呈现较好的规律性;二次冲击波在火球区外形成,火球区内是后续燃烧反应对爆炸波加载而引起的压缩波积累压力平台;二次冲击波峰值压力不小于第一个冲击波的40%,二次冲量占总冲量的12.5%~43.7%,其对爆炸/冲击波威力的贡献不可忽略。     

云雾爆炸场的工程计算

根据爆轰波和冲击波理论对国内外资料和野外试验结果做了分析，并且把云雾爆炸场划分成云雾区、云雾区界面和冲击波区。相应的爆炸超压和比冲量按有关的公式计算，其结果与实验测定值较接近。     

云爆弹结构对爆炸威力影响规律的试验研究

为了准确获得云爆弹结构对其爆炸威力的影响规律,根据云爆弹的作用原理,设计了中心抛撒药、中心与周边辅助抛撒药2种典型结构的云爆试验装置;采用高速录像和壁面压力传感器,对其静爆试验的威力参数进行了测量和分析.试验结果表明,采用与云爆弹的优化结构相匹配的内壳体,可以显著提高云爆弹的能量利用率和远场超压,提高云爆弹的威力;中心与周边辅助抛撒药结构、钢内壳的试验装置为最佳装置,其火球直径达到30 m,平均TNT当量和14 m处的TNT当量最大值分别为2.19和3.17.     

起爆点个数对FAE战斗部爆炸威力影响研究

通过对某FAE战斗部进行三组相同装药量不同起爆点个数的静爆实验,起爆点个数分别为单点,两点和四点,研究起爆点个数的不同对FAE战斗部爆炸威力的影响。实验结果表明,该FAE战斗部爆炸场超压随着起爆点个数增加而降低(从单点到四点降低了48%～52%),FAE战斗部爆炸场冲量随着起爆点个数增加而提高(从单点到四点提高了8%～22%)。由此可知,对于以冲击波冲量毁伤目标的方式,战斗部采用多点起爆可以提高毁伤效果。     

云爆燃料分散过程窜火机理的数值模拟

为探索云爆过程窜火现象的物理机制,以环氧丙烷为云爆装药,基于流体力学理论,使用数值模拟软件Ansys对2 kg云爆装置燃料分散过程进行数值模拟,研究燃料分散过程中云雾在驱动和热载荷下的耦合作用;研究耦合作用下云雾的点火条件。结果表明:中心装药量对于云爆装置的窜火具有明显影响,中心装药起爆后产生高温高压推动燃料分散,由于热传导及热辐射机理,在燃料扩散形成的云雾场中同样存在温度场与压力场,云雾场温度高于燃料自燃点,浓度位于燃料爆炸极限区间内时即发生窜火。对2 kg云爆装置的数值模拟表明,发生窜火的位置一般位于云爆装置顶部0.01~0.25 m附近,窜火时间集中在燃料开始分散后的1~5 ms。     

初始压力对TNT密闭空间爆炸温度的影响

为研究密闭空间内初始压力对TNT炸药爆炸温度的影响,采用真空爆炸罐测试系统,开展了不同初始压力条件下0.5kg和1kg药量TNT内爆炸温度试验研究,对测试所得的温度峰值、峰值到达时间、温度变化趋势进行了分析。结果表明:初始压力相同条件下,爆炸温度峰值与药量成正比;同等药量条件下,爆炸温度峰值、峰值到达时间及温度上升速率随初始压力的下降而增加,峰值后的温度下降速率随初始压力下降而减小;随着压力的降低,1kg TNT和0.5kg TNT爆炸温度峰值的比值呈线性减小,当初始压力不同时,小药量TNT的爆炸温度峰值可大于大药量TNT的爆炸温度峰值。     

内置障碍物诱导下的开敞空间球形气云爆炸冲量的研究

为研究带有结构物的可燃气云爆炸冲量,设计了内置半球条栅形和球袋形两种障碍物的气云爆炸实验,对障碍物特性参数与冲量的关系进行了研究,得到了半球形气云爆炸冲量随障碍物特性参数的近似余弦衰减规律。对实验数据进行综合回归,引入多能模型思想,得到了计算可燃气云爆炸冲量的拟合方程式。     

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。     

烟幕初始云团最大半径数值模拟

基于圆柱体发烟装置,采用Truegrid仿真软件建立带有"V"型刻槽的圆柱壳体网格模型,并用Autodyn软件建立发烟装置仿真模型,对烟幕初始云团爆炸分散过程爆轰压力变化规律进行数值模拟。借助于MATLAB提供的分段线性插值函数,将压力作为已知量引入爆炸分散理论模型,采用欧拉法对模型进行数值计算。开展了野外测试实验,采用摄像法和图像处理技术得到试验数据。结果表明,爆炸分散第一阶段发生时间为0～8.9×10-6s,烟幕初始云团最大半径增大为原来的3～4倍;在爆炸分散第二阶段,烟幕初始云团最大半径增大到约3 m。基于Truegrid与Autodyn混合仿真,并与爆炸分散理论模型相结合的方法,相比仅利用数值积分求解爆炸分散模型的传统理论方法,烟幕初始云团最大半径的计算误差降低了3%～8%,且烟幕初始云团最大半径比单一理论模型法更接近实验结果。采用欧拉法计算模型的收敛性优于四阶龙格-库塔法。     

基于分装结构的CS刺激剂爆炸分散过程研究

为了探明分装结构爆炸分散刺激剂形成气溶胶云团的过程,设计了具有分装装药结构的原理样弹,采用原理样弹分静态条件下地面爆炸和空中爆炸两种方式,应用高速摄影技术研究了爆炸分散邻氯代苯亚甲基丙二腈(CS)刺激剂过程中气溶胶云团的形成、运动规律,得到刺激剂气溶胶云团直径、径向速度和扩散高度随时间的变化规律,呈现出地爆与空爆分散试验结果的差异。通过对爆炸驱动刺激剂气溶胶云团运动过程的理论分析,建立了与试验结果相吻合的速度数学模型。试验结果表明,在地爆和空爆两种方式下,分装结构爆炸分散CS刺激剂过程总体规律基本一致,均可分为径向加速阶段、减速阶段、湍流阶段和扩散阶段,前两个阶段末期的云团参数可为预测爆炸型催泪弹有效作用面积及评估威力幅员提供初始条件;地爆在0.7 ms左右速度达到最大值1495 m·s^-1,空爆在0.3 ms左右达到最大值1697 m·s^-1,相比空中爆炸,地面爆炸时冲击波对水泥地面发生反射叠加,有利于流场和颗粒本身径向运动的扩散,地面爆炸分散云团直径较大,轴向扩散高度较小。     

炸药水下爆炸气泡脉动周期工程计算方法

在前入水下爆炸实验研究的基础上,引入柱形和球形装药的修正因子,建立了炸药水下爆炸气泡脉动周期的工程计算方法,揭示了炸药爆热与水下爆炸气泡脉动周期的关系,通过实验进行了验证,其计算误差小于5%,实现了不同炸药、不同装药结构水下爆炸气泡脉动周期准确的计算。该计算方法的建立为水下炸药配方设计、水中炸药性能评估提供重要的科学依据。     

某浮动冲击平台外载荷与冲击环境分析

为了进行舰载设备在接近实战条件下的抗冲击考核,设计并建造了浮动冲击平台。为摸清浮动冲击平台在一定外载荷下的冲击环境,进行了三次水下爆炸试验,采用1 kg RDX 装药在距离平台不同距离处爆炸,分别对平台外载荷和冲击环境进行了测量;外载荷测量结果表明：装药在水下5 m 爆炸时产生明显的气泡脉动载荷和空化效应,加强了对平台本体的冲击作用;冲击环境测量结果表明：冲击响应从迎爆面到背爆面有逐渐减小的趋势,迎爆面冲击谱速度达到5．3 m／s,位移11 cm;冲击环境满足Ⅲ类区域冲击环境要求。     

带壳装药热爆炸冲击波超压测量及分析

冲击波压力是评估炸药爆炸效应的重要参数,冲击波压力的特征与装药形式和起爆方式密切相关.介绍了带壳装药热爆炸模式下的装药周围空气中的冲击波超压的测量方法和测量结果,并结合爆室结构,对结果进行了深入分析.带壳装药爆炸时,由于电动效应及爆炸产物和壳体之间的摩擦,会产生电磁辐射,且电磁辐射信号持续时间和复杂程度与裸露炸药爆炸时...     

气体爆炸抑制技术研究

本文根据气体爆炸反应的链式反应理论 ,考虑其从点火到爆炸需要一定的成长时间 (秒级 ) ,设计安装了一套气体爆炸抑爆实验装置。在此装置中 ,用复合爆炸抑制系统 ,对液化石油气和甲醇裂解气 (主成份为 co)进行了抑爆效果实验 ,研究了干粉剂用量、干粉分散均匀度和抑爆系统干粉喷散作动时间对抑爆效果的影响 ,给出了抑爆过程的压力—时间曲线。实验结果表明 :本文所提供的抑爆技术是可行的。通过及时喷洒一定量的灭火干粉 (或水 ) ,可使石油液化气爆炸峰值压力下降 59.5% ,可使甲醇裂解气爆炸峰值压力下降 43.6% ,并最终导致燃爆熄灭。