聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义。针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究。设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制。选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质量比:RDX∶Al∶粘结剂为61%∶30%∶9%)在不同温度和隔板厚度下进行射流侵彻起爆实验,基于脉冲X光高速照相法,观测射流侵彻过程及炸药爆轰波成长。建立考虑炸药温度变化的射流起爆炸药计算模型,对射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆炸药进行数值模拟。结果表明:射流侵彻厚隔板形成的前驱冲击波,先于射流到达炸药表面,在传入炸药一定深度后起爆炸药。入射压力介于3.1 GPa和5.13 GPa之间,炸药发生隔板中前驱冲击波起爆,入射压力高于5.13 GPa为直接冲击起爆。RDX含铝炸药温度对前驱冲击波起爆炸药有很大影响,在25111℃时,随着温度升高,炸药受粘结剂软化的影响为主,RDX含铝炸药对冲击波感度降低;但超过一定温度后,在111150℃时,粘结剂的影响减弱,冲击感度主要受RDX炸药感度的影响,冲击感度又会增加。     

新型炸药2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物的射流冲击感度实验研究

为分析新型高能钝感炸药2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)的射流冲击感度,在口径为56 mm的聚能装药和炸高为80 mm条件下,进行了45#钢隔板覆盖下无围压炸药冲击起爆感度实验。用"Langlie法"获得了ANPyO临界起爆隔板厚度,用AUTODYN计算了临界头部速度和射流直径,标定了ANPyO的临界起爆阈值,并与8701炸药的试验结果作了比较。结果表明:临界爆轰时,8701炸药覆盖的45#钢隔板临界厚度约160 mm,ANPyO炸药的临界隔板厚度约为68 mm,比8701降低了约57.5%。ANPyO炸药的临界速度为3.7 mm·μs-1,射流头部直径为4.8 mm,临界冲击起爆阈值约为32.3 mm3·μs-2,8701为7.16mm3·μs-2,ANPyO为8701炸药的4.5倍,可见ANPyO钝感于8701,是一种低射流起爆感度炸药。     

基于Held判据的聚能射流引爆液体炸药研究

为了研究聚能射流冲击起爆液体炸药,利用AUTODYN软件模拟两种聚能射流侵彻靶板的过程,得到了射流的相关参数,并根据Held引爆判据,计算得出两种聚能射流的ν_j~2d值,在此基础上进行了聚能装药引爆液体炸药的试验研究。试验结果与数值模拟基本吻合,验证了聚能射流冲击起爆液体炸药的可行性,为深入研究聚能装药引爆液体炸药提供了参考。     

不同炸药及装药高度对聚能射流侵彻性能的影响

为研究不同炸药及装药高度对聚能射流侵彻性能的影响,分析不同炸药及装药高度对聚能射流侵彻性能的影响.通过 TrueGrid 建模,LS-DYNA 数值模拟计算,对在同一装药直径、装药高度时,不同炸药对聚能射流头部速度、侵彻后效靶板的能力进行对比;比较在同一装药直径、同种炸药时,不同装药高度对聚能射流头部速度、侵彻后效靶板的能力.仿真结果表明:奥克托今炸药压垮药型罩形成的聚能射流头部速度最大,侵彻后效靶板能力最强;装药高度的变化对奥克托今炸药压垮药型罩形成的聚能射流的头部速度,侵彻后效靶板的能力影响不明显.该研究结果对聚能装药设计具有一定参考价值.     

聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义.针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究.设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制.选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质...     

射流冲击盖板覆盖下有限厚炸药的仿真和试验研究

为了研究有限厚炸药在射流冲击下的起爆过程,并得到有限厚炸药的临界起爆阈值。试验采用Φ40 mm聚能装药作为射流源,通过高速录像进行拍摄,对不同厚度的50SiMnVB盖板覆盖下的43 mm厚TNT炸药进行了射流冲击起爆试验,得到炸药的临界起爆阈值和不同刺激强度下的响应情况以及反应产物的膨胀速度。采用数值仿真软件进行了有限厚炸药在射流冲击下的数值模拟计算,得到了射流冲击下炸药内弯曲冲击波发展过程以及有限厚炸药的临界起爆阈值和炸药厚度关系,并通过试验结果进行了验证。最后建立了有限厚炸药临界起爆阈值和临界盖板厚度的计算模型。结果表明:厚度43 mm的TNT临界起爆阈值为37 mm3·μs^-2,并且在不同响应之间反应产物的膨胀速度相差至少一个数量级。射流冲击有限厚炸药时,弯曲波发展为爆轰波需要一定距离,剩余射流头部速度越高,弯曲波发展为爆轰波所需的距离越短。炸药厚度的减少将导致有限厚炸药的临界起爆阈值和临界盖板厚度的增加,并且有限厚炸药的临界起爆阈值的对数与炸药厚度的对数近似呈线性关系。     

带壳炸药穿而不爆数值模拟与分析

基于采用低密度射流侵彻带壳炸药,使其穿而不爆,从而为后级主射流侵彻主目标清除障碍的设想,提出了用低密度材料作为成型装药药型罩材料.利用有限元AUTODYN-2D程序对该药型罩形成聚能射流进行了数值模拟,并对射流侵彻不同面板、背板以及夹层炸药厚度的带壳炸药时,夹层炸药是否起爆进行了对比分析,得到了不同面板、背板以及夹层炸药厚度下夹层炸药的峰值压力曲线和反应度曲线.结果表明:该低密度药型罩能够形成聚能射流,对于特定的带壳炸药,当面板、背板厚度小于2mm,夹层炸药厚度小于3.5mm时,射流侵彻带壳炸药能够实现穿而不爆;夹层炸药穿而不爆的压力阈值为7.09GPa,冲击起爆的压力阈值为8.02GPa;炸药压力对时间的积累效应以及炸药受压缩程度将会影响夹层炸药是否被射流冲击起爆.     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

装甲间隙效应对长杆弹性能的影响研究

采用LS-DYNA 3D软件对弹丸正、斜侵彻单层靶及等厚度双层间隙靶板进行了数值模拟研究.从剩余动能的角度分析了弹丸的侵彻能力,进而得到装甲间隙对防护性能的影响.结果表明:弹丸垂直或小倾角侵彻装甲时,单层板的抗弹性能优于等厚度间隙靶,垂直侵彻时,间隙大小不影响装甲抗弹性能,斜侵彻时,间隙大小与弹长的比值影响抗弹性能.     

平面夹层炸药对射流干扰的数值模拟

采用三维有限元程序( LS-DYNA)模拟了射流以不同入射角侵彻装有平面夹层炸药的靶板过程,并和无平面夹层炸药情况进行了对比分析,发现平面夹层炸药爆炸后,运动的面板和背板对射流有严重的干扰和切割效应,使射流偏转、弯曲、着靶点分散,导致侵彻能力下降。对于垂直侵彻,干扰不明显。对于斜侵彻情况,平面夹层炸药结构使射流的侵彻能力下降约58%～75%,干扰程度随入射角的增大而呈递增趋势。     

聚能射流对带壳浇注PBX装药的撞击响应

为研究聚能射流对带壳浇注高聚物粘结炸药(PBX)的引爆特性,利用弹径Ф82 mm的聚能装药形成了一种直径细、速度大于7000 m·s-1的高速射流,以及一直径较粗、速度约5000 m·s-1长杆状射流,分别对覆盖有210,255 mm和165,210 mm两组不同厚度钢板的PBX进行了撞击试验。采用高速摄影观测分析了射流撞击下带壳PBX点火引爆的反应过程。用LS-DYNA软件验证了试验结果,得到了不同射流对PBX的引爆能量值。结果表明:弹径Ф82 mm的聚能装药形成的射流能够可靠引爆覆盖小于255 mm厚钢板的浇注PBX,能满足反导弹战斗部毁伤厚壳体目标的需求。     

用连续爆速法测定工业炸药爆速

采用电测法和连续速度探针法分别测量了粉状乳化炸药和乳化炸药的平均爆速和连续爆速.结果表明,粉状乳化炸药在装药密度为850 kg·m-3和820 kg·m-3时,平均爆速分别为4526 m·s-1和4020 m·s-1; 稳定爆轰时连续爆速范围分别为4300～4600 m·s-1和4000～4300 m·s-1.乳化炸药在装药密度为900 kg·m-3和840 kg·m-3时,平均爆速分别为4384 m·s-1和2345 m·s-1; 连续爆速范围分别为3370～4592 m·s-1和2871～3420 m·s-1.显然,平均爆速测试结果与连续爆速的测试结果吻合很好,且连续速度探针法能满足准确测量工业炸药在装药结构中爆速连续变化的要求.     

环形聚能装药水射流成型过程的数值研究

为了研制快速、易携带的水射流排爆装置,采用AUTODYN软件对TNT、水、塑料构成的特殊形状聚能装药结构进行了二维数值模拟,计算了不同炸药厚度下水射流形成过程,得到了水射流形状随时间的变化规律,分析了炸药厚度对射流速度的影响。结果表明: 该聚能装药结构是可行的,能够按照设想形成杵状射流; 水射流的头部速度和平均速度均随炸药的厚度增加而提高。 对于本研究给出的装置结构,当炸药的厚度为4~6 mm时,水射流的头部速度范围为861~1182 m·s-1,射流的平均速度范围为393~571 m·s-1,射流的速度满足理论计算的排爆要求。      

含双芳-3发射药的灌注炸药爆轰性能

采用灌注成型工艺,将含敏化剂的含能灌注液填充于废弃的双芳-3发射药颗粒的空隙中,制备出灌注炸药。通过见证板试验、高速摄影、空中爆炸及水下爆炸试验分别研究了其爆轰性能、冲击波超压及能量输出特性。结果表明,采用灌注工艺,可制备性能优良的灌注炸药;随着敏化剂含量的增加,炸药的爆轰感度显著提高,但其爆速、冲击波超压及水下爆炸能量输出变化较小;该炸药的密度可达1.52 g·cm-3,爆速6600 m·s-1(Φ60 mm),比例距离为1.65～4.50 m·kg-1/3时TNT当量系数略大于1,比冲击波能及总能量分别为1.57,4.16 MJ·kg-1,高于常用的工业炸药,略低于TNT。     

多向线性聚能切割弹的研究与应用

针对油气井、矿井卡钻问题,设计一种多向线性聚能切割弹,其结构特点是:圆柱形炸药的四周均匀布置12根空心铜管。采用LS-DYNA程序中的Lagrange算法对该切割弹的爆炸作用原理及侵彻钢管过程进行数值模拟,并将计算结果与实验比较。数值模拟结果表明:12根铜管在爆轰压力作用下形成12股金属射流刀以及伴随其运动的杵体和"尾翼",12股射流刀分别沿着炸药及12根铜管的中轴线形成的12个平面(各平面之间夹角为30°)向四周运动,其头部速度高达3530 m·s-1,杵体速度约1180 m·s-1;钢管首先受到爆轰产物的作用发生膨胀和断裂破坏,然后受到12股射流刀的侵彻作用(侵彻速度约2550 m·s-1),最终在钢管上形成12条切缝。数值模拟得到的钢管切割变形效果及切缝数量与实验结果十分吻合,所设计的切割弹成功应用于处理某铜矿300 m深度的钻井卡钻事故,与目前常用的切割弹相比装药量减少了80%以上,成本降低至少50%,且具有结构简单、加工方便的特点。     

遭毁伤聚能战斗部射流成型行为

针对遭毁伤聚能装药射流成型行为及其终点效应问题,采用AUTODYN-3D软件研究了侵孔位置、侵孔深度和侵孔直径对射流径向速度及其侵彻能力的影响特性。结果表明:侵孔导致射流径向速度明显增大且射流偏离轴线甚至提前断裂形成碎片,严重降低了其对靶板的侵彻能力,同等条件下,侵孔直径d=0.278倍装药直径的聚能装药比完好聚能装药对靶板侵深降低了24%;射流径向偏移速度主要受侵孔位置和侵孔直径的影响,随着侵孔到药型罩顶距离的减小,射流径向速度显著增大,同时对靶板侵彻深度也越小,x=0倍装药直径时,射流径向速度达19.0 m·s~(-1);射流径向速度随侵孔直径的增大而显著增大,d=0.278倍装药直径时,射流径向速度达41.1 m·s~(-1)。     

破片对带壳装药冲击起爆的数值仿真

针对弹药可能会受到多发破片的撞击作用影响,对单个和多个破片撞击带壳装药的侵彻效果进行仿真。 运用Autodyn-3D 软件建立有限元模型,模拟不同形状的单破片及双破片撞击带壳装药、冲击起爆夹层炸药的过程, 计算其撞击带壳装药的阈值速度,并分析两破片不同间距对冲击带壳装药响应程度的影响,得出不同情况下冲击起 爆带壳装药的阈值速度和变化规律。结果表明：直径、阈值速度和双破片的间距对带壳装药的冲击起爆有一定的影 响,随着间距的增大,压力峰值减小,衰减变快。     

聚氨酯弹性体中NG和BTTN迁移的介观模拟

为在介观尺度下研究聚氨酯弹性体中的硝酸酯增塑剂硝化甘油(NG)和1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)的迁移扩散现象,运用分子模拟软件Materials Studio进行了耗散粒子动力学DPD模拟计算。搭建了粗粒化的介观模型,用此模型计算了NG和BTTN在聚氨酯弹性体中的扩散系数。计算得到NG的介观扩散系数为1.80×10-12m2·s-1,BTTN的扩散系数为0.21×10-12m2·s-1,与文献报道NG的微观扩散系数0.65×10-12~11.10×10-12m2·s-1处于同一数量级上。预聚物分子量提高、温度升高后扩散系数增大,但硝酸酯含量提高后扩散系数降低,同等条件下NG的扩散系数大于BTTN。介观分子模拟计算结果与文献报道值和理论趋势较为符合,说明搭建的硝酸酯/聚氨酯粗粒化模型可以用于考察NG和BTTN在聚氨酯中扩散的情况。     

DNAN炸药烤燃特征

熔铸炸药在烤燃过程中会发生炸药熔化,影响炸药热反应过程。本文采用烤燃弹法,对熔铸载体炸药2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)进行了烤燃实验,测量了炸药中心温度变化,分析了炸药熔化和反应情况。建立了熔铸炸药热反应计算模型。采用焓-孔隙率方法,计算分析了炸药熔化过程。考虑了炸药自热反应、热传导、熔化后的对流传热和空气的辐射传热。对炸药烤燃实验进行了数值模拟计算。通过与实验结果的比较,验证了计算的正确性。确定了DNAN炸药的活化能和指前因子分别为172 kJ·mol~(-1)和1.20×1011s~(-1)。计算分析了3.3 K·h~(-1)、0.3 K·min~(-1)、1.0 K·min~(-1)、3.0 K·min~(-1)、10 K·min~(-1)和60 K·min~(-1)六种不同加热速率下DNAN炸药的烤燃特征。在慢速烤燃下炸药完全熔化后才点火,而相对快速烤燃下炸药边缘点火,这时炸药内部还未完全熔化。得到了点火时刻的温度分布和液相分数分布。结果表明,在熔铸炸药烤燃中,加热速率对炸药点火前的状态影响很大,从而会影响炸药反应的激烈程度。