HMX基PBX炸药的等熵压缩实验研究

利用磁驱动准等熵压缩加载实验技术,研究了某奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)未反应固体炸药峰值压力8 GPa内的动力学响应特点。实验在保持多样品加载压力历史一致的前提下,同时加载多个不同厚度实验样品,用激光干涉测速方法获得了样品的速度响应历史曲线,对实验数据进行了Lagrange分析处理,获得了该PBX炸药样品8 GPa内的准等熵压缩线,多发实验获得的准等熵压缩线在该压力范围内一致,基于该状态方程的拟合参数对实验结果进行了流体动力学计算,计算结果与实验结果吻合较好。     

斜波压缩下PBX-59未反应固体炸药的状态方程

利用磁驱动加载实验技术,开展了斜波压缩下未反应固体炸药PBX-59的动力学特性研究,获得了峰值压力18.5 GPa下PBX-59的动力学响应.利用阻抗匹配修正的迭代Lagrange数据处理方法,获取了PBX-59炸药斜波压缩加载下的p-V关系和声速-粒子速度关系等动力学特性参数.结合实验获得的动力学参数和等熵状态方程,对实验过程开展了流体动力学数值模拟,计算和实验结果基本吻合,验证了本研究实验技术、数据处理方法和物理模型的正确性.     

冲击加载下梯度密度飞片系统产生准等熵压缩过程的实验技术

为研究固体炸药准等熵压缩过程,采用"钉床"形梯度密度飞片,通过改变飞片尖峰高度并结合火炮加载技术和铝基组合式电磁粒子速度计技术,测试并捕捉了飞片尖峰撞击缓冲层后缓冲层继而冲击固体炸药时炸药前表面及内部产生的准等熵压缩过程,用组合式电磁粒子速度计测试了炸药前表面及内部不同深度处的粒子速度,用冲击波示踪器捕捉了冲击波到达炸药内部各深度处的时刻,进行了不同尖峰高度的对比实验。结果表明,2.5mm飞片尖峰高度下JB-9014靶和聚四氟乙烯(PTEF)靶前表面准等熵压缩时间分别为0.37μs和0.22μs。发现靶前表面有完整的准等熵压缩过程,靶内已经完成准等熵压缩到冲击的过程。冲击波x-t图显示靶内冲击波速度前期稳定,后期衰减。发现当"钉床"(BON)飞片尖峰高度和缓冲层厚度合理配置时,才会在靶样品内部产生较宽时间的准等熵压缩过程。     

压缩剪切作用下PBX的响应特性

为了研究高聚物粘结炸药(PBX)在压缩剪切作用下的响应特性,采用设计的压缩剪切试验装置,对Φ20 mm×40 mm的PBX-932和PBX-C43在22~57 m·s-1撞击速度范围内进行了响应试验。试验中采用压力计测试了压力变化过程,通过高速录像照片分析了撞击过程,采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,分析了两种炸药的响应特性。结果表明,随着撞击速度增加,两种PBX炸药的损伤度增加。在压力160~400 MPa,脉宽1.5 ms的压缩剪切作用下,PBX-C43和PBX-932的撞击速度阈值分别为25.5~27.7 m·s-1和22.7~24.4 m·s-1。两种炸药的反应程度基本一致。     

DNP炸药冲击Hugoniot关系实验研究

新型高能熔铸基体炸药3,4-二硝基吡唑(DNP)的冲击Hugoniot关系,是探讨其冲击起爆特性的基础,采用压力对比法,经平面波发生器加载,用锰铜压阻计测量了压力为3.7～14.4 GPa范围内九组不同冲击波压力下DNP炸药和LY12铝样品的冲击波波后压力,计算得到不同压力下的冲击波波速D和粒子速度u,拟合得到了压力为3.7～14.4 GPa范围内DNP炸药的D-u关系.结果表明,DNP炸药压力为3.7～14.4 GPa范围内的冲击Hugoniot关系可近似为一条在D-u平面内的直线,确定了DNP炸药冲击波作用下的波后状态.分析了用聚四氟乙烯封装锰铜压阻计对实验测试结果的影响,通过对测试信号的理论分析和合理判读有效消除了封装带来的系统误差.     

准等熵加载特性对PBXC03炸药起爆的影响规律

为了研究准等熵加载特性对高聚物粘结炸药(PBX)起爆响应特性的影响规律,对具有不同加载压力(8,10,12 GPa)与加载斜率的准等熵加载下PBXC03炸药起爆响应过程进行数值模拟计算。采用准等熵加载下PBXC03炸药起爆响应实验得到1,1.5,2,3,4 mm处炸药背面粒子速度时间曲线,确定了PBXC03炸药的弹粘塑性双球壳塌缩反应速率模型(DZK)参数。利用DZK模型与参数得到了准等熵加载下峰值压力与加载斜率对PBXC03炸药起爆响应特性的影响规律。结果表明,两种加载方式(不同压力与不同斜率)对PBXC03炸药起爆过程均有较大影响,其他条件相同的情况下,加载斜率或峰值压力越大,炸药内的冲击波阵面峰值压力曲线和冲击波迹线增长越快且到爆轰时间越短。     

低压长脉冲作用下PBX炸药的响应特性

为研究塑料粘接炸药(PBX炸药)在低压长脉冲作用下的响应特性,采用大落锤试验的方法对壳体约束下的炸药样品进行低速撞击加载; 采用薄膜式PVDF对炸药试样顶部和底部的压力-时间曲线进行测量,通过壳体外表面的应变片测试壳体的环向和轴向应变,同时采用高速相机捕捉炸药在撞击作用下的反应发光现象; 采用LS-DYNA非线性有限元软件开展数值模拟,研究大落锤冲击载荷作用下PBX炸药的动态响应特性。结果表明,落锤撞击速度为3 m/s时,炸药受撞击面的峰值压力约为100 MPa,炸药不发生反应; 落锤撞击速度为5 m/s时,炸药受撞击面的峰值压力为200 MPa,炸药发生明显的化学反应; 有限元计算结果与试验测试结果具有较高的吻合度,可以很好地模拟炸药在低压长脉冲冲击下的力学响应特性。     

冲击作用下凝聚态TNT热点形成机理的数值模拟

采用动力有限元方法对ＴＮＴ炸药中热点形成机理进行数值模拟。研究了凝聚态ＴＮＴ炸药中的圆形和椭圆形微孔洞附近介质在冲击作用下热－机械响应过程，结果显示在较低冲击压力作用下粘塑性功是导致热点温升的主要机制，在较高冲击压力作用下固相压缩对热点温升有强烈影响。     

2，4-二硝基苯甲醚基熔铸含铝炸药冲击起爆特性

为钝感高能炸药安全性设计和应用提供理论依据和物理基础,深入开展钝感熔铸含铝炸药冲击起爆特性实验研究。建立蓝宝石飞片平面撞击加载炸药一维拉格朗日分析组合式电磁粒子速度计实验测试系统,测量2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸含铝炸药冲击起爆爆轰成长过程中不同拉格朗日位置的粒子速度-时间变化曲线,获得飞片撞击速度和固相炸药颗粒度等变化对其冲击起爆爆轰成长的影响规律,并确定了该熔铸含铝炸药的冲击Hugoniot关系（D=2.439+2.137u,D为冲击波传播速度,u为粒子速度）和未反应炸药状态方程参数。结果表明：DNAN基熔铸含铝炸药冲击起爆爆轰成长过程的典型粒子速度曲线呈驼峰状,冲击波阵面波后粒子速度明显上升并加速追赶前导波阵面,冲击起爆过程整体表现为加速反应特征;在该装药颗粒度级配范围和加载压力下,加载压力越高或固相炸药颗粒度越小,炸药冲击起爆爆轰成长越快,越早转为爆轰。     

2,4-二硝基苯甲醚基钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆特性

为了探究钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆特性,建立化学爆炸加载一维拉格朗日锰铜压阻测试系统,获得了不同加载压力下一典型2,4?二硝基苯甲醚(DNAN)基钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆过程压力成长历史。利用熔铸含铝Duan?Zhang?Kim(DZK)细观反应速率模型,确定了该钝感含铝炸药的反应速率模型参数,并对其冲击起爆过程进行了数值模拟研究。结果表明在钝感熔铸含铝炸药的冲击起爆过程中,波阵面附近炸药的反应速率和反应程度均较低,而随着热点点火反应的进行以及化学反应的不断累积,炸药的波后化学反应速率不断增加,并在一段时间后到达峰值。当加载压力越高时,钝感熔铸含铝炸药内部的爆轰成长速率越快。同时,与粒子速度成长历史相比,压力成长历史包含更多的反应速率变化信息,更适用于反应速率模型的验证以及炸药反应流模型参数的确定。     

火箭发动机气压驱动的直线发电机

直线发电机在低过载弹药引信上应用时,存在无法同时满足对引信电路供电和保证引信勤务处理过程中安全性要求的问题。为此,提出了一种利用火箭发动机气压驱动的直线发电机。该发电机安装在战斗部底部,利用火箭发动机的气压作为发电机的驱动力,剪断锁住磁芯部件的剪切片或剪切销,使磁芯部件于电枢绕组间发生相对运动而发电。试验表明:利用火箭发动机气压驱动的直线发电机在低过载火箭弹引信上应用时,既可以满足对引信电路的供电需求,又可以满足引信勤务处理过程中的安全性要求。     

19孔发射药挤出过程的数值模拟与模具优化

高黏度药料挤出成型19孔发射药过程会出现模针断裂和无法成型的现象。本研究采用有限元方法,模拟了药料的流动情况。分析了模具压缩比、成型段长度和针架结构对流道内压力场、速度场的影响,获得合理的模具结构。优化后模具压缩比为4.25,成型段长度为26.0mm,并优化针架结构,增加轴向流动的药料。结果显示,优化后流道内最大压力减小40.45%,模针所受最大径向合力减小37.45%,流道内最大径向分速度减小66.98%。优化后模具挤出的19孔发射药组成均匀,表面光滑,内孔分布良好。定容燃烧结果表明,该19孔发射药燃烧稳定,并具有优良的渐增性。     

多级液压缸建模及级间缓冲研究

大型起竖装置普遍采用多级液压缸驱动,在缸体初始长度相同的情况下,多级缸较单级缸行程更长,但是其结构也更复杂。为得到多级缸的特性,基于容腔节点法建立了多级缸的运动模型,考虑润滑油膜的信息改进了LuGre摩擦力模型,采用迟滞因子的等效阻尼模型改进了接触力模型,完成了多级缸驱动起竖过程的仿真。多级缸换级时作用面积突变,导致压力和速度突变,产生过大的冲击,为减小换级冲击,在缸筒上布置多个缓冲小孔。仿真结果表明：采用缓冲结构后,换级时缸筒同步运动,将压力突变转化为缓变,提前将压力增大至下一级缸筒工作压力,大幅度减小了换级时的速度和加速度波动。     

液压自由活塞柴油机的做功影响因素分析

在研制的二冲程单活塞式液压自由活塞柴油机（HFPDE）原理样机试验平台上,通过对发动机压缩膨胀过程中活塞的受力情况的分析,得出了影响HFPDE指示功大小的主要因素为燃油预喷油量、燃油开始喷射时活塞的位置以及排气门开启时刻。为分析这些影响因素对HFPDE做功的影响规律,研究了不同喷油时刻及预喷油量对循环指示功的影响,发现燃油开始喷射时刻对HFPDE的指示功影响主要来源于压缩过程中活塞速度的波动。在工作压力为25 MPa工况下,预喷油量对循环指示功的影响主要表现为上止点的变化。展开不同排气门开启位置对HFPDE做功的影响规律研究,研究结果发现：排气门开启时刻越早,对应的平均指示压力越低,最终降低了发动机的热效率。     

HMX状态方程与弹性性能的分子动力学研究

利用COMPASS力场,采用NPT系综对β-HMX晶体进行了温度为295K,压力为0—27GPa的分子动力学模拟并进行静态力学分析。研究了β-HMX的压缩各向异性,得到了295K下β-HMX的等温线,用不同状态方程对结果进行拟合,求得了零压下β-HMX体积模量民及其关于p的一阶导数K＇0。计算结果表明,用不同方程拟合得到的K0和K＇0存在差异。通过静态力学分析,得到了弹性系数以及各模量随压力的变化情况,通过对G／K与C12-C44（柯西压）的研究发现JB-HMX的硬度随着压力的增大而增大,在大压力作用下材料由脆性到韧性转变。     

TA2钛合金动态压缩试样中的绝热剪切破坏研究

绝热剪切是金属材料高速变形破坏的重要形式之一,利用分离式霍普金森压杆（SHPB）技术对TA2钛合金的动态力学性能及绝热剪切破坏特性进行研究,实验得到了TA2钛合金动态应力-应变关系。对试样的绝热剪切带形成及发展进行了微观金相观察,结果显示：TA2钛合金动态压缩试样中产生的绝热剪切带呈对称的双圆锥形特征。进一步利用有限元方法对试样动态压缩及变形局域化过程进行了有限元数值分析,模拟结果与实验吻合较好。数值分析结果表明压缩试样表面摩擦对试样中绝热剪切带的形成与破坏特征有着重要影响。     

一种开缝环形引射器设计与试验研究

为了研究高压缩比单级环形引射器的性能,基于一维管流的基本理论对环形引射器进行设计,分别加工了开缝及不开缝环形引射器.在零负载情况下,试验测得不开缝引射器临界启动压力为1.127MPa,极限真空压力为6294Pa,压缩比约为16.1;试验测得开缝引射器临界启动压力1.181MPa,极限真空压力为984Pa,压缩比约为10...     

二级增压柴油机压缩比和喷油提前角优化研究

为解决某V型柴油机由单级增压改为二级增压后,最高燃烧压力过高问题,通过GT-Power软件建立柴油机仿真模型,利用试验数据进行校核,仿真研究了喷油提前角和压缩比对二级增压柴油机性能及最高燃烧压力的影响规律。以二级增压柴油机的试验最高燃烧压力作为限制条件,以转矩达到最大为目标,利用GT-POWER中的DOE工具对喷油提前角和压缩比进行联合优化。仿真结果表明：降低压缩比能够有效降低最大转矩点(1 300 r/min)和标定点(2 100 r/min)的最高燃烧压力,压缩比每降低1,最大转矩点最高燃烧压力降低0.8 MPa,标定点最高燃烧压力降低1.16 MPa;得出优化后的压缩比和喷油提前角相对变化值为14.9°CA和4.3°CA. 根据试验机的结构条件,利用试验机在柴油机台架上验证了优化结果的可行性。     

复合射孔器爆燃气体压力计算模型

为获得适合工程应用的爆燃气体压力计算方法,并分析装药燃烧形式以及爆燃气体压力变化过程,对复合射孔器爆燃气体压力计算模型进行了研究.基于装药燃烧满足几何燃烧定律,燃气体特性参数均匀分布,注水区和岩石区在爆燃气体作用下分别发生弹性压缩和塑性压缩等假设,考虑装药燃烧、射孔扩展过程、注水区运动和压缩过程等因素对爆燃气体压力的影响,推导出了计算模型微分方程组.算例分析表明:该模型能正确反映爆燃气体压力的基本特性,并具有操作性强、能够反映压力变化过程等特点.     

自动变速器比例电磁阀优化设计与分析

以自动变速器用比例电磁阀为研究对象,研究了比例电磁阀关键参数的设计及其优化方法。在结构分析的基础上,分析了其工作原理,将比例电磁阀分为电磁、机械和流体三部分。建立了比例电磁阀阀芯动力学方程,分析了影响电磁阀动态响应时间及油压动态输出的因素。对比例电磁阀的电磁铁部分进行了优化设计,确定了电磁力和输入电流之间的关系后;采用遗传算法的优化方式,以比例电磁阀阀芯质量、弹簧刚度、弹簧的预压缩量和阻尼系数为优化设计参数,比例电磁阀油压输出的响应时间及超调量为优化目标,对比例电磁阀进行优化设计与分析;设计中通过改变遗传算法的种群范围、遗传代数、交叉率及变异率,得到了多种比例电磁阀的结构方案,并进行了部分试验验证。研究结果表明：通过优化方法可以得出比例电磁阀的优化设计参数,优化后的比例电阀输出油压动态响应时间提高了12.5%,油压超调降低了50%,能够满足自动变速器电液换挡控制系统综合要求。