基于激光驱动的复合飞片参数与性能

在激光驱动飞片技术中,复合飞片的使用可提高对激光的能量利用率,从而获得更高的速度。为进一步研究复合飞片各层参数对激光驱动飞片速度的影响,采用Ti、C、Al2O3、Al等材料制备了不同参数的复合飞片,利用小型掺钕钇铝石榴石晶体ND:YAG固体激光器在200~300 mJ能量下进行了驱动飞片试验,并通过光子多普勒测速仪(PDV)对飞片速度进行了测试。结果表明,在厚度控制合理的情况下,增加了吸收层(0.15μm,Ti)的复合飞片最大速度较单层飞片提高了约110%,同时增加了烧蚀层(0.3μm,Al)和隔热层(1.0μm,Al2O3)的复合飞片最大速度较单层飞片提高了约41%,并对复合飞片的能量利用率及加速距离进行了分析,表明激光驱动复合飞片在0.02μs左右可达到最大速度的90%,在0.08μs左右可达到最大速度。     

电爆炸导体驱动小飞片起爆技术研究

利用电爆炸导体爆炸时产生的动态高压驱动小飞片的技术,通过对装置中关键部件的分析研究,建立了一套新型的起爆钝感炸药试验装置。对细化PETN以及HNS—Ⅱ进行试验的结果表明飞片的厚度对炸药起爆能量有着重要的影响,同时表明本试验装置与方法用于炸药的起爆合理可行。     

加速膛参数对换能元飞片速度的影响

飞片速度是冲击片雷管能否可靠起爆的一个关键因素,为了深入研究加速膛参数对飞片速度的影响,分别通过实验和数值模拟方法对飞片速度的影响因素进行分析.采用磁控溅射技术设计制备了一种膜层厚度为0.5/0.5/2 μm,尺寸为0.15 mm×0.15 mm的TiW/Ni/Au复合薄膜爆炸箔.在激励条件为0.1 μF、1200 V下,选用密度为1.45 g·cm-3,厚度为25 μm的聚酰亚胺飞片,利用光子多普勒速度测试技术测量了不同加速膛参数的飞片速度.研究结果显示:在相同孔径条件下,当加速膛厚度分别为0.3,0.4,0.5,0.6 mm时,随着加速膛厚度的增加,飞片速度先增后减,在厚度为0.4 mm时达到最高值;在相同厚度条件下,当加速膛孔径分别为0.15,0.23,0.3,0.35,0.45 mm时,飞片速度随孔径增加而降低,其中孔径为0.15 mm时速度最高;此外,在相同孔径和厚度下,飞片经过聚酰亚胺和陶瓷两种材质的加速膛测试得到的速度变化趋势和数值相近,而聚酰亚胺具有较高的强度和韧性,成本更低,因此可替代陶瓷作为加速膛材料.同时采用数值模拟方法重新拟合了适用于TiW/Ni/Au复合薄膜的飞片速度经验公式,验证结果表明,计算结果与实验数据的偏差均在2.5%以内.     

加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律

为揭示加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律,采用光子多普勒测速(PDV)技术、阴影成像技术和显微分析方法研究了厚度20μm单层Al飞片在不同加速膛孔径和长度下的速度和形貌演化历程。结果表明,加速膛孔径与Al飞片被激光烧蚀的孔径大小相当时,即孔径在800μm时飞片可获得3100 m·s^-1的最大速度;加速膛孔径大于800μm时对飞片无法起到有效约束作用,飞片速度有所下降,其中加速膛孔径为1500μm时飞片速度最小,为2700 m·s^-1;加速膛孔径为600μm小于激光烧蚀孔径时,造成周围部分能量的浪费,飞片速度也偏低,为2900 m·s^-1。固定加速膛孔径为1000μm,长度在200~700μm时,飞片速度随加速膛长度增加而明显降低,并且Al飞片在飞出加速膛后均破裂成碎片状并迅速向周围扩散,无法保持完整,飞片碎片总体向外扩散速度随加速膛长度的增加而降低,与PDV获得的飞片速度规律基本一致。     

一种原位集成冲击片组件的制备及飞片驱动性能

为研究冲击片集成组件制造方法及其性能,采用化学气相沉积法(CVD)在爆炸箔基底上沉积制备了聚氯代对二甲苯(PC)飞片层,并且利用光刻方法原位集成了Su8-2150光刻胶加速膛,获得的加速膛厚度大于300μm且壁面垂直度良好。利用光子多普勒速度(PDV)测量技术获得了该冲击片组件电爆炸驱动飞片的加速历程。对比了常规方法制造的冲击片组件(聚酰亚胺飞片)与相同参数集成冲击片组件的飞片加速历程。结果表明,两组加速历程基本一致。聚酰亚胺飞片与PC飞片在前80 ns内分别达到了最大速度的77%与80%,加速膛出口处飞片速度分别为3970 m·s~(-1)和3906 m·s~(-1),两种冲击片组件驱动性能接近,飞片和加速膛的材料的改变对电爆炸驱动飞片过程未产生明显影响。     

爆炸箔尺寸对飞片速度的影响

爆炸箔是冲击片雷管的关键部件,为了获得爆炸箔的厚度和桥区尺寸对冲击片雷管飞片速度的影响,通过光纤台阶法测试了不同厚度和桥区尺寸的爆炸箔驱动飞片的情况。结果表明:在电压3.4 kV、电流3.5 kA的起爆条件下,最佳的爆炸箔厚度为3.67μm,可以驱动飞片产生2 307 m/s的速度;随着爆炸箔桥区尺寸的减小,飞片速度逐渐提高。因此,可以看出在一定的起爆能量下,驱动飞片达到最大速度的爆炸箔存在一个最佳厚度值;在爆炸箔厚度一定的情况下,减小爆炸箔的桥区尺寸,可以提高爆炸箔驱动飞片的能力,从而可以达到降低冲击片雷管起爆能量阈值的目的。     

RDX驱动台阶式飞片的速度试验研究

为提高RDX驱动台阶式飞片的可靠性,基于光子多普勒测速技术(Photonic Doppler Velocimetry,PDV)搭建了激光点火RDX驱动台阶式钛合金飞片的速度测试系统,试验研究了RDX装药量、飞片剪切厚度及飞片厚度对飞片速度的影响。结果表明：当装药量从40 mg增加至85 mg,飞片峰值速度由494.46 m·s^-1线性增加至591.86 m·s^-1;当飞片剪切厚度从0.2 mm增加至0.8 mm,飞片峰值速度由508.98 m·s^-1线性增加至557.53 m·s^-1;当飞片厚度从1.0 mm增加至2.5 mm,飞片峰值速度由561.32 m·s^-1指数衰减至397.34 m·s^-1,同时飞片动能由1.347J线性增加至1.688 J。因此,通过增加RDX装药量、飞片剪切厚度或飞片厚度可以提高RDX驱动飞片冲击起爆的可靠性。     

飞片材料对电爆驱动飞片速度的影响

采用任意反射面激光位移干涉测试技术(Displacement Interferometer System for Any Reflector,DISAR)分别获得了聚酯薄膜飞片、铝/聚酯薄膜飞片及铜/聚酯薄膜飞片在金属箔电爆驱动下的速度历程。结果表明,在充电电压为25.4 kV时,聚酯薄膜飞片在加速腔中的有效加速时间为1.6μs,最高速度约4.4 km·s-1;铝/聚酯薄膜飞片和铜/聚酯薄膜飞片在加速腔中的有效加速时间均大于3.0μs,最高速度均小于4.0 km·s-1。电爆驱动时,飞片材料对其运动特性有较大影响。金属/聚酯薄膜飞片相对于聚酯薄膜飞片更利于保持飞片的运行姿态,但飞行同样距离时其速度要低。     

激光冲击片雷管中飞片的结构优化及性能测试

为有效提升激光冲击片雷管的能量利用率,需对雷管中的飞片结构进行设计和优化。在对飞片进行结构设计的基础上,采用磁控溅射和扫描电镜(SEM)的方法完成了C/Al/Al2O3/Al飞片的制备和表征,获得了飞片各层的制备速率和表面形貌;采用光子多普勒测速系统(PDV)测试了不同参数C/Al/Al2O3/Al飞片的加速历程,发现在相同激光入射能量下,不同参数飞片的加速历程有所不同,设计制备的0.05/0.7/0.7/20.0μm复合飞片(Φ1.0mm)能量利用率最高,飞片速度达到2301 m·s-1。结合飞片各层材料的物理特性分析得到,石墨吸收层的反光系数、汽化能与导热性能,及Al2O3隔热层的表观致密度、电离势能和导热性能直接影响飞片的速度,而飞片加速时间与石墨吸收层较高的导热率相关。     

电爆炸箔加速飞片的动力学模型

本文分析了爆炸金属箔加速飞片的物理过程,介绍计算飞片速度的经验模型和动力学模型。在动力学模型的计算中,利用高斯曲线形的拟功率曲线代替实测功率曲线。飞片速度的计算结果与实验符合较好。     

HNS-Ⅳ炸药驱动飞片速度及形态的数值模拟

为指导基于冲击片雷管驱动飞片的起爆传爆序列设计,采用数值模拟方法计算获得了六硝基茋(HNS-Ⅳ)炸药驱动不同材料(不锈钢、钛合金、铝),不同厚度(0.1～0.5 mm)和不同直径(3,4,5 mm)飞片速度与形态。计算结果表明:在同一厚度下,铝飞片的速度最高,钛合金飞片其次,不锈钢飞片最低,这与其密度关系相对应;对于同种材料,随着飞片厚度的增加,飞片速度逐渐减小,并趋于一个极值;不同直径飞片被爆轰剪切后,其有效直径均有所减小,其中,Φ4 mm和Φ5 mm飞片的有效直径相当,分别为3.6 mm和3.4 mm,Φ3 mm飞片最小,仅为2.8 mm。在爆轰波作用下,HNS-Ⅳ炸药驱动不同直径、0.10 mm厚度钛合金飞片,Φ4 mm和Φ5 mm飞片略呈球面状,而Φ3 mm飞片形态较为平整,分析认为冲击波反射驱动是其形态平整的主要原因。     

金属爆炸焊接用低爆速膨化铵油炸药实验研究

将膨化硝铵与柴油按94.55.5质量比混制为铵油炸药,并与混合稀释剂按不同质量比混合后,以自然堆积状态和不同的铺设药厚,测量混合炸药爆速和密度.结果显示,当稀释剂含量从20%增加到60%时,混合炸药的爆速(药厚:30 mm)由3100 m·s-1降到2100 m·s-1,炸药的密度也由0.615 g·cm-3增加到0.76 g·cm-3(稀释剂含量: 20%～50%);稀释剂含量为50%的混合炸药,当药厚在25～50 mm范围内时,爆速保持在2300～2360 m·s-1之间.用含35%稀释剂的混合膨化铵油炸药对SS304/16MnR进行的爆炸焊接试验表明,该混合炸药能够用于金属材料的爆炸焊接.     

高压短脉冲作用下HNS-Ⅳ型炸药的全发火冲击起爆判据

为了确定Hexanitrostilbene-Ⅳ(HNS-Ⅳ)炸药在高压短脉冲作用下的全发火冲击起爆判据参数,采用Exploding Foil Initiation system(EFIs,爆炸箔起爆系统)驱动三种厚度的聚酰亚胺飞片(12.5,40μm和50μm)撞击HNS-Ⅳ炸药柱,用升降法进行发火试验,获得了三种厚度飞片对应的最小全发火充电电压,Photon Doppler Velocimetry(PDV)方法获得最小全发火充电电压下飞片的撞击速度分别为3400,3100 m·s~(-1)和2930 m·s~(-1)。基于冲击波理论和动力学仿真,分别获得三种厚度飞片在该撞击速度下撞击HNS-Ⅳ型炸药的界面压力p、界面粒子速度u和持续时间τ,通过数据拟合确定HNS-Ⅳ型炸药在高压短脉冲作用下的全发火冲击起爆判据参数。研究结果表明,对于装药密度为1.56 g·cm~(-3)的HNS-Ⅳ装药,在撞击界面压力为10～13 GPa和持续时间为4.0～8.7 ns的范围内,全发火p~nt判据为:p~(2.88)τ≥7.21。     

硝基胍炸药的机械感度和爆炸性能研究

研究了硝基胍(NQ)的晶型对其装药、爆炸性能的影响;测定了以硝基胍为基的混合炸药(NQ97)的撞击感度、摩擦感度及其爆速、爆压。实验证明,用NQ97代替B炸药来装填武器,可以改进武器系统的安全性能,且不会降低武器系统的威力。     

一种\"二入四出\"爆炸逻辑网络研究

以爆炸零门为基本元件,设计了通道转换器型“二入四出”爆炸逻辑网络模块,给出了爆炸逻辑网络结构与逻辑关系,并对爆炸逻辑网络的逻辑功能进行了实验研究;以“二入四出”爆炸逻辑网络为基本模块,可以设计三入六出、四入出等复杂结构的爆炸逻辑网络,用于定向战斗部起爆系统。