氟聚物基活性材料释能及毁伤特性研究进展

氟聚物基活性材料是一种具有冲击反应释能特性的新型材料,在军事领域具有广泛的应用前景。为掌握氟聚物基活性材料的释能与毁伤特性,推进其在高效毁伤战斗部中的应用,研究梳理了氟聚物基活性材料冲击释能反应行为以及引燃引爆、侵爆耦合毁伤效应的研究现状,着重介绍了分离式霍普金森压杆实验、准密闭弹道实验和爆炸加载实验等在释能特性方面的研究进展;毁伤特性方面整理了反应弹丸、破片及反应射流的相关研究进展,重点说明了氟聚物基活性材料在聚能装药中的应用设计和反应射流成型的研究成果,及相关的反应模型和数值仿真的研究。在此基础上,讨论了未来研究方向：建立系统性反应模型与仿真方法;通过配方、工艺等参数对其性能进行调控;释能反应观测表征技术的创新与探索以及工程应用设计等。     

含纳米铝炸药水下爆炸试验研究

为了得到含纳米铝炸药水下爆轰性能规律,对含纳米铝和微米铝炸药进行了水下爆炸测试,对比分析了它们在水下爆炸的冲击波超压、冲击波能、气泡能。试验结果表明:在试验测试的范围内,含纳米铝炸药水下爆炸能量输出结构不同于含微米铝炸药,纳米铝含量20%时冲击波压力最大;纳米铝和微米铝的颗粒级配有利于冲击波压力的提高;同时,含纳米铝炸药的冲击波能和气泡能始终较低。     

PBX-9404炸药冲击起爆细观反应速率模型

针对非均质炸药的冲击起爆过程,选择以微孔洞弹粘塑性塌缩形成的热点为主的热点形成机制,建立了PBX-9404炸药在冲击波作用下的细观化学反应动力学模型:由于空穴塌缩而发生点火,增长阶段是从内向外的表层燃烧和从外向内的颗粒燃烧。将得到的反应速率模型加入到一维流体动力学程序SSS中,采用遗传算法,建立非线性优化模型,确定了PBX-9404炸药反应速率方程中的参数。利用SSS程序模拟了一维情况下PBX-9404的冲击起爆行为。     

含铝炸药与一次引爆FAE威力特性对比研究

为比较含铝炸药与一次引爆燃料空气炸药（FAE）威力特性,对JHL-2含铝炸药与一次引爆某燃料空气炸药公斤级爆炸冲击波参数进行了测试。结果表明,在相同装药体积情况下,距爆源水平距离为3m、5m和7m处,JHL-2冲击波峰值超压比一次引爆某燃料空气炸药分别提高了13．5％、39．0％和18．5％,正压区冲量提高了21．5％、22．7％和16．5％,正压作用时间略有下降,说明含铝炸药爆炸威力可以达到甚至超过一次引爆FAE。     

常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性

为了研究常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性,采用高温撞击试验装置对PBX-2炸药进行了射弹撞击试验。采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,结合回收样品综合分析了常温和75℃下炸药的响应特性。采用有限元程序LS-DYNA计算分析了不同撞击速度对应的常温和75℃PBX-2炸药的受力变化。结果表明,常温下PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为263.5~269.9m·s~(-1);加热至75℃时,PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为316~367m·s~(-1)。相比常温状态,当射弹撞击速度低于800m·s~(-1)时,75℃条件下PBX-2炸药反应程度明显下降,但射弹撞击速度高于800m·s-1时,约1.54GPa的输入压力就能使75℃PBX-2炸药产生剧烈反应。     

含能破片战斗部毁伤效应研究

为提高战斗部的毁伤效能,对含能破片战斗部开展了探索研究,介绍了含能破片战斗部的概念和特点,设计制备了AI/PTFE(聚四氟乙烯)质量比为30∶70配方的含能破片战斗部,对2.5,10,20 mm钢质靶进行侵彻实验,研究了该含能破片对靶板侵彻能力及靶后毁伤效率.试验结果表明:50 mm口径含能破片战斗部穿透了20 mm厚...     

炸药水下爆炸能量输出特性研究

通过典型炸药爆炸的性能参数,分析、计算了不同类型水中兵器用混合炸药水下爆炸的 冲击波能、气泡能、冲击波超压方程中的系数k和a以及水中爆炸冲击波超压,计算结果与实测值 能较好地吻合。首次提出了冲击波超压方程中系数a的计算公式,从而为冰下兵器用炸荀配方设 计、性能评估以及战斗部设计提供科学依据。     

聚能战斗部水下爆炸载荷特性

为研究聚能战斗部水下爆炸产生的冲击波及侵彻体的载荷特性,建立聚能战斗部水中自由场爆炸及侵彻含水夹层复合靶的数值仿真模型,获得冲击波强度和测点相对位置的关系,研究有、无药型罩下战斗部对含水夹层复合靶的毁伤差别及冲击波、聚能侵彻体的毁伤效果。结果表明:聚能战斗部水中爆炸冲击波强度在相同爆距下与空间位置有关,但差距不大,聚能侵彻体利用炸药的部分能量形成集中于一个方向的强动载荷。     

PBT/A3 基RDX 含铝炸药爆炸能量特性研究

为掌握PBT/A3 粘结剂体系对含铝炸药爆炸能量的影响特性,以PBT/A3 粘结剂体系为研究对象,复合 RDX 和Al 粉设计PBT/A3 基RDX 含铝炸药配方。测试炸药复合体系密度、爆速、爆热等性能,并与相同条件HTPB 基RDX 含铝炸药进行对比,探讨PBT/A3 粘结剂对炸药密度及爆炸本征能量爆速和爆热影响;开展PBT/A3 基含铝 炸药冲击波超压性能测试,对其近/远场冲击波能量释放特性进行分析和讨论。研究结果表明：较于HTPB 基RDX 含铝炸药,PBT/A3 粘结剂对复合体系装药密度提升9.1%,爆速和爆热分别提升1.45%和11.47%,能量密度提升较 为明显;PBT/A3 基炸药近场超压当量为1.6 倍,远场超压当量为1.69 倍,PBT/A3 含能粘结剂体系的引入改善了复 合体系氧平衡,有利于Al 粉充分燃烧提高其远场能量释放。     

新型亚稳态合金材料冲击释能特性

为研究新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料的冲击释能特性,采用准密封箱试验系统对含能破片进行了冲击超压试验,研究了材料在不同冲击速度下的超压时程曲线变化规律、超压峰值和超压峰值增长率。对比了新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料与多种多功能含能结构材料的单位质量能量密度和单位体积能量密度。结果表明材料超压时程曲线呈先急速上升后缓慢下降的特点,其超压峰值、超压峰值增长率均与冲击速度正相关;当冲击速度大于1400 m·s~(-1)时,其反应效率接近40%。低速冲击时,材料的能量密度与其它含能破片相近,冲击速度达到1100 m·s~(-1)时,其能量密度快速上升,并超越其它种类含能破片,当冲击速度为1485 m·s~(-1)时,新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料的单位质量能量密度达到3.83 kJ·g~(-1),单位体积能量密度达到0.026 kJ·mm~(-3)。     

进入密闭容器冲击波超压的实验研究

分别利用电测的方法和高速纹影摄影的方法测得了密闭容器受到外部爆炸冲击波的作用后，腔体内部的冲击波超压和波阵传播过程，从而说明了外界的强冲击波能够透过密闭器壁面进入腔体内部，而其强度不可忽，尚能够对其内部人员产生严重的杀伤作用。电测结果和高速纹影摄影结果的一致性，则更好地证明这一结论的可靠性。文中还对定一结论产生的机理进行了初步分析。     

高架桥下通道内爆炸灾害荷载数值模拟分析

为了掌握爆炸灾害中爆炸冲击波作用于建筑上的荷载特性,应用非线性显式有限元软件LS-DYNA建立了高架桥下通道内的爆炸数值模型;分析了网格划分方法对超压荷载计算结果的影响;得出了刚性地面上不同炸药当量、不同爆距下,通道外建筑迎爆面上荷载的变化规律,为建筑物的抗爆炸灾害预警、设计和加固等实际工程提供参考。     

水下爆炸冲击波对圆柱形壳体结构叠加效应的数值模拟

为研究水下多点起爆冲击波的叠加效应,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件的流固耦合算法,首先将固支方板在水下爆炸载荷作用下的数值模拟与试验数据进行对比,将水中爆炸冲击波的超压计算值与理论值进行对比,证明了流固耦合算法的设置及相关材料参数的选取是合理的。在此基础上,针对鱼雷模拟器,进行了同一当量下单装药和四装药起爆下的系列数值运算,初步分析时差对叠加效应的影响。结果表明:当TNT当量一定时,冲击波超压值随炸距和模拟器直径的增加呈指数形式衰减; 炸距越远,模拟器直径越小,冲击波的叠加效应越强; 对于1.63 g TNT,认为多装药同时起爆的时间间隔最大不超过11 μs。给出了超压放大倍数与模拟器直径和炸距间的关系式。研究结果为大口径弹水下爆炸冲击合成毁伤鱼雷提供了理论指导。     

基于爆炸冲击波的战斗部炸点位置预测

为解决侵彻战斗部在建筑物等目标内部爆炸后的爆炸位置难以测定的问题,提出一种基于爆炸冲击波超压测试数据的炸点预测方法.基于爆炸冲击波传播速度与冲击波超压衰减规律,构建冲击波到达时间与传播距离的数学模型,将超定非线性方程组的最小二乘解转换为无约束多元非线性函数的极值求解,应用MATLAB软件的fminsearch函数计算获取炸点坐标,并应用实爆试验数据对比分析计算结果与实测结果.结果表明:该方法具有可行性,用于末端动态速度小于476.42 m/s,战斗部炸点预测的偏差在1.5 m以内.     

全含能侵彻战斗部对多层钢介质的毁伤威力表征技术

为实现全含能侵彻战斗部毁伤威力的有效评价,基于125 mm火炮建立了全含能战斗部毁伤威力表征试验系统,从侵彻扩孔、高温高压、纵火引燃等多个方面对战斗部毁伤威力进行了多物理场信息描述。结果表明,16 kg战斗部在952 m·s^-1速度条件下侵彻5层钢靶能够形成强烈火光,持续时间约120 ms,最大扩散范围超6 m×10 m,最高温度约2100℃,相比于惰性战斗部,温度增益约1270℃,1.2 m处的超压增益约为0.16~0.5 MPa,对5层钢靶破孔面积的累计增益达到300%以上,对油箱燃油有良好的纵火引燃效果。     

CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟（英）

为了研究含铝粉与不含铝粉的六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基高聚物粘结炸药（PBXs）的水下爆炸过程,制备了含铝量分别为0和15%的两种炸药,设计了一个水下爆炸实验装置,得到了炸药的冲击波压力历程、气泡周期和气泡脉动图。计算了两种炸药的冲击波能量、气泡能量和水下爆炸总能量。采用AUTODYN软件模拟了水下爆炸过程。结果表明,当铝含量从0增大到15%时,水下爆炸总能量由1.4倍TNT当量增加到1.7倍TNT当量。气泡脉动过程中,时间从49.5 ms到49.8 ms时,含铝炸药气泡内产生火光。含铝炸药与非含铝炸药超压分别为15.16 MPa与15.51 MPa,气泡二次压力分别为2.25 MPa与2.35 MPa,气泡周期分别为50.20 ms与46.76 ms,气泡最大半径分别为67.87 cm与60.27 cm;仿真得到含铝炸药与非含铝炸药参数超压分别为14.90 MPa与15.14 MPa,气泡二次压力分别为2.16 MPa与2.27 MPa,气泡周期分别为49.32 ms与45.90 ms,气泡最大半径分别为66.32 cm与58.89 cm。实验与仿真结果吻合良好。     

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。     

封闭空间内水层对爆炸载荷特性影响的实验研究

采用球对称爆炸装置,在球形容器中开展了炸药与水之间有空气间隙（层）的置水爆炸实验,根据实测的激波走时、压力和冲量等数据,对容器内置水爆炸载荷形成机制进行了分析,并探讨了爆炸过程中空气间隙与爆轰产物和水之间的作用机理。结果表明：置水爆炸时容器内壁受到的载荷主要包括幅值较低的前导空气冲击波和雾状水滴的持续撞击作用,有空气间隙的置水爆炸可以降低反射压力、准静态压力和冲量,空气间隙有利于水对爆炸载荷的消减效果。