炸药在空气中爆炸冲击波的地面反射超压实验研究

为进一步研究炸药在空气中爆炸的冲击波参数,对梯恩梯（TNT）、HL0（黑索今（RDX）95%+石蜡（Wax）5%）和HL15（RDX 80%+Wax 5%+Al 15%）3种炸药不同距离处的冲击波反射超压进行了测试。实验结果表明：相比HL0和TNT,HL15在距爆炸中心3 m、4 m和5 m处的峰值超压最大;随着距离的增加,在7 m、9 m和12 m处,3种炸药的冲击波峰值超压越来越接近。采用幂指数公式对3种炸药的冲击波超压与对比距离之间的关系进行拟合后发现：在距离R≤2.6 m时,3种炸药的峰值超压大小顺序为HL0≥HL15>TNT;当2.6 m HL0 >TNT;对于指前因子k值,HL0>HL15>TNT;对于衰减系数α值,HL0> TNT>HL15;k值和α值共同决定着冲击波反射超压大小;幂指数拟合公式在取对数后为线性关系,在外推时得到的数据更接近实验值,因此可以作为研究炸药在空气中爆炸的地面反射超压经验公式。     

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。     

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。     

高氯酸铵包覆层对硼粉燃烧性能的影响

为揭示高氯酸铵（AP）包覆层对硼燃烧性能的影响规律,采用溶剂蒸发法制备了AP包覆硼（AP/B）复合粒子。借助扫描电镜评估了AP/B复合粒子的包覆效果,利用CO₂激光点火装置研究了AP/B复合粒子点火燃烧特性,通过量热弹测试了DNTF基AP/B复合粒子炸药的爆热值。结果表明：严格控制溶剂蒸发法工艺参数可使AP均匀地析出在硼的表面上,并实现硼的较好包覆;AP包覆层可以改善硼的燃烧完全性,AP/B复合粒子相比于硼粉以及AP燃烧更为剧烈且光照强度瞬间增至最大值;AP/B复合粒子可明显提高炸药能量释放率,DNTF基AP/B复合粒子炸药爆热值（7 696 kJ/kg）较相同配方未包覆炸药爆热值（7 208 kJ/kg）提高6.5%以上。为揭示高氯酸铵（AP）包覆层对硼燃烧性能的影响规律,采用溶剂蒸发法制备了AP包覆硼（AP/B）复合粒子。借助扫描电镜评估了AP/B复合粒子的包覆效果,利用CO₂激光点火装置研究了AP/B复合粒子点火燃烧特性,通过量热弹测试了DNTF基AP/B复合粒子炸药的爆热值。结果表明：严格控制溶剂蒸发法工艺参数可使AP均匀地析出在硼的表面上,并实现硼的较好包覆;AP包覆层可以改善硼的燃烧完全性,AP/B复合粒子相比于硼粉以及AP燃烧更为剧烈且光照强度瞬间增至最大值;AP/B复合粒子可明显提高炸药能量释放率,DNTF基AP/B复合粒子炸药爆热值（7 696 kJ/kg）较相同配方未包覆炸药爆热值（7 208 kJ/kg）提高6.5%以上。     

黑索今基含铝炸药的铝氧比对爆轰性能及其水下爆炸性能的影响

为了分析铝氧比对爆压和爆速的影响规律,采用试验方法测定了黑索今（RDX）基含铝炸药的爆轰参数,应用KHT程序计算分析了试验测试结果;针对RDX基含铝炸药,进行了1kg柱形装药水下4.7 m爆炸试验,测量了距爆心1～3m处的冲击波压力峰值与气泡脉动周期,拟合得到了冲击波压力峰值与衰减时间常数的相似律系数。研究结果表明：RDX基含铝炸药的爆压和爆速随铝氧比的增加呈现线性减小变化,爆热在铝氧比为0.997时达到最大值;当铝氧比为0.366时,冲击波压力峰值与冲击波能达到最大值;当铝氧比为0.633时,冲击波冲量与冲击波能量密度达到最大值;当铝氧比为0.997时,气泡第一次脉动周期与半径达到最大值。     

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。     

双层介质隔板试验及被发炸药冲击起爆特性分析

为研究双层介质隔板下被发炸药的冲击起爆特性,建立了考虑侧向稀疏波影响的被发炸药冲击波能量计算模型,并开展锰铜压阻传感器测压试验。获得了由有机玻璃与LY-12铝合金组合的双层介质隔板排序（两种不同波阻抗顺序）、总厚度h（30~60 mm）与厚度分配（有机玻璃厚度比例10%~90%）对透射到被发炸药中冲击波各参量的影响规律,试验验证了被发炸药透射冲击波压力及其冲击起爆情况。研究结果表明：选取波阻抗递增的排序时透射冲击波能量较低,对炸药的安全性更有利;随着总厚度的增加,透射冲击波能量逐渐降低,且下降幅度逐渐减小;透射冲击波能量随厚度分配的变化规律与总厚度有关,随着有机玻璃厚度比例的增加,透射冲击波能量呈不断递增（h=30 mm）、先递增再递减（h为40~60 mm）的趋势。     

复杂坑道内温压炸药冲击波效应试验研究

通过在复杂坑道中进行温压炸药和TNT炸药爆炸试验,分别获得了冲击波峰值压力、冲击波冲量和热响应温度曲线。研究了温压炸药爆炸冲击波在复杂坑道环境内的传播规律,并对比分析了温压炸药和TNT炸药爆炸效应参数的特性。研究结果表明:复杂坑道冲击波超压曲线出现几个峰值,随着爆心距的增加,首峰不再是最大峰值;弯道不但能显著减小炸药爆炸冲击波峰值压力,而且还能增大冲击波冲量;温压炸药试样在坑道中的冲击波超压峰值、冲击波冲量及热响应温度普遍大于TNT炸药,并且出现了明显的二次燃烧现象。     

长方体密闭结构内爆炸冲击波传播与叠加分析模型

采用镜像爆源构建内爆炸结构壁面反射作用与非线性叠加处理多波耦合效应相结合的方法,建立了长方体密闭结构内爆炸冲击波传播和叠加分析模型。该模型可以用于内爆炸荷载的快速工程计算。算例分析表明,结构壁面点上第一峰值超压、脉冲宽度和比冲量的预测值与试验结果的最大相对误差分别为-10.5%、-19.2%和13.2%,模型预测内爆炸冲击波特征参量与试验结果较为吻合,验证了该分析模型的有效性。     

沉底装药水下爆炸冲击波传播规律

应用流体动力学分析软件建立沉底装药水下爆炸仿真计算模型,对沉底爆炸过程进行了数值模拟,得到了沉底装药水下爆炸冲击波传播作用规律：沉底装药水下爆炸冲击波传播满足指数衰减规律;水底影响冲击波的传播,对于爆距较小的水底面测点反射波追上入射波形成马赫波,对于水底附近区域测点则产生水底反射冲击波或稀疏波对入射波造成增强或削弱作用。     

液固复合云爆药剂爆炸特性的试验研究

通过不同装药量的云爆装置的静爆试验,得到了超压和冲量随距离变化的试验数据,求得了超压和冲量随距离变化的曲线,根据爆炸相似律拟合了超压和冲量随距离变化的函数关系。研究了云爆装置倾斜放置时爆炸波超压沿不同方向的传播规律。     

弹壳体结构对燃料装药抛撒速率影响的数值模拟研究

为研究壳体结构对燃料近区抛撒速率的影响,利用LS-DYNA程序,分别对无加强杆结构和有加强杆结构的中心抛撒药驱动燃料抛撒和壳体破坏过程进行数值模拟,并与试验结果进行了对比,得到了燃料边界初始膨胀状态、壳体破裂过程和刻槽应力随时间变化的规律,以及不同结构对燃料抛撒最大速率的影响。研究结果表明：在满足结构强度的要求且径向强度相同的情况下,加强壳体的轴向拉力,能够有效提高燃料抛撒速率;在相同的中心药量/燃料量的情况下进行抛撒,当轴向拉力提高0.7×10⁶ N时,有加强杆结构较无加强杆结构有利于获得较大的抛撒速率,有加强杆结构的燃料最大抛撒速率可达316.3 m/s,无加强杆结构的燃料最大抛撒速率为285.3 m/s,燃料抛撒最大速率提高了10.8%.     

非对称云雾爆炸超压场数值模拟

针对非对称云雾爆炸超压场的分布特性问题,利用LS-DYNA程序对非对称云雾爆炸超压过程进行数值模拟。将数值模拟超压值与空投试验超压结果进行对比,得到了0°、90°和180°共3个方 向的峰值超压随距离的变化规律以及不同云雾倾角对超压场分布的影响。研究结果表明：非对称云雾与地面存在一定的倾斜角度,在起爆后地面冲击波轨迹呈现倾斜的椭球形,且各个方向上的超压衰减特性不同,在0°方向冲击波峰值超压较大,且衰减速率最大,在180°方向冲击波峰值超压较低,且衰减速率较小;当云雾倾角由0°增加到8.27°时,传播距离在13~30 m范围内的0°方向上,峰值超压平均提高了7%,在90°方向上,超压值基本无变化,而在180°方向上,峰值超压平均降低了8%,因此增加云雾倾角使得峰值超压强度降低。     

高聚物粘结炸药模拟材料的超声振动切削试验研究

高聚物粘结炸药广泛运用于武器战斗部领域,由于其低拉伸强度使得传统切削方式加工炸药件时易出现脆性断裂等问题。超声振动切削目前已广泛运用于不包括炸药在内的玻璃、陶瓷及各类合金等难切削材料的加工中。研究中以高聚物粘结炸药模拟材料为试验对象,开展超声振动切削和传统切削的对比试验研究,结果表明超声振动切削可有效降低切削力,各向切削力的下降程度依次为主切削力>切深抗力>进给抗力,具体下降幅度范围为61.75%~67.98%、55.57%~65.56%和31.63%~42.29%;已加工表面的光学显微观测显示超声振动切削获得的表面无明显的切削纹理,同时较传统切削表面灰暗,表明该切削方式在一定程度上有利于缓解切削过程中刀具尖端与炸药材料之间的挤压行为,进而有望获得表面残余应力更小的加工表面,降低挤压生成热和出现切削意外时的风险。由于主切削力和切深抗力的大幅度下降,超声振动切削还可以增强细长杆、薄壁类炸药件的产品制造能力。     

微孔阵列式绕回转体气泡减阻实验研究

为了研究回转体模型气泡减阻变化规律,深入了解通气两相流场的流动特性,采用高速摄像观察系统及测力系统相结合,进行了微孔阵列式绕回转体气泡减阻实验研究。结果表明：根据气泡沿下游发展过程中出现的不同流动形态,可将通气两相流场划分为3个区域：稳定区、脉动区、回流区;随着通气率的增加,稳定区及脉动区空泡份额增加,模型摩擦阻力持续减小,直至饱和通气率;回流区分离点向下游移动,尾部压力增加,至突变临界通气率处,回流区流动形态发生突变,流动介质由水气混合转变为气体为主,致使尾部压力出现突增,继而导致气泡减阻率出现突增。     

爆炸冲击波和破片联合作用下玻璃纤维夹芯复合结构毁伤特性实验研究

为研究爆炸冲击波和破片联合作用下复合夹芯结构的防护能力和毁伤机理,采用TNT和预制破片开展了冲击波和破片联合作用下玻璃纤维夹芯结构的联合毁伤实验。研究玻璃纤维复合夹芯结构的毁伤特性,将其防护能力与芳纶、高强聚乙烯复合夹芯结构进行了量化对比,并分析了冲击波和破片联合作用下复合夹芯结构前面板、芯层、后面板的破坏模式及相应破坏机理。结果表明：选用复合夹芯结构抗冲击波和破片联合毁伤时,同等防护能力所需E玻璃纤维芯层重量分别为芳纶芯层、高强聚乙烯芯层的1.37倍、2.50倍;前面板破坏模式主要由冲击波载荷、破片载荷、芯层约束3方面因素共同决定;破片载荷对芯层破坏模式起主要作用,后面板破坏模式与芯层碰撞、破片载荷两方面因素有关,其中冲击波载荷和芯层碰撞为面载荷,使前后面板产生整体弯曲变形,破片载荷为点载荷,使面板和芯层产生局部的穿甲破孔,芯层约束限制了前面板变形空间。     

铝薄膜含量对RDX基铝薄膜炸药水下爆炸性能影响

将传统含铝炸药中的铝粉用铝薄膜代替,得到铝薄膜炸药。用水下爆炸对比实验得到了铝薄膜含量为10%~40%的混合炸药与黑索今(RDX)在不同位置的压力-时程曲线。经过分析与计算得到了不同铝薄膜含量混合炸药的压力峰值、冲量、比冲击波能、比气泡能。结果表明:铝薄膜含量为10%时,铝薄膜炸药冲击波冲量相对于RDX提高了9%~9.5%,铝薄膜炸药比冲击波能相对于RDX提高了9%~12%。铝含量对铝薄膜炸药水下爆炸性能的影响不同于传统含铝炸药,主要由铝薄膜炸药的药柱结构与铝薄膜反应程度引起。     

快热作用下带壳梯黑铝炸药快速燃烧实验研究

为了获得快速热作用下铸装梯黑铝炸药热响应特性,并确定光纤探针用于测定熔铸型炸药快速燃烧过程化学反应阵面传播速度的可行性。采用快速加热装置加热钢制圆管,作用于内部梯黑铝炸药,以光纤探针测定炸药化学反应阵面传播速度和轨迹。结果表明:在230 MPa的管体约束强度、开口端加装端盖情况下,装填长度为400 mm的梯黑铝炸药化学反应阵面最大传播速度约为1 000 m/s;开口端未加装端盖时,最高传播速度约为500 m/s;两种情况中炸药都没有发生完全爆轰。因此,快速热作用下带壳铸装梯黑铝炸药热响应状态为快速燃烧,光纤探针能够准确测定小于1 000 m/s的熔铸型炸药化学反应阵面传播速度。