中心装药对FAE燃料成雾特性影响的试验分析

为了优化燃料空气炸药(FAE)装置参数,采用高速运动分析系统,观测燃料云雾的分散过程,研究中心装药对燃料云雾体积的影响规律。试验结果表明,燃料空气炸药装置的中心装药起爆后,燃料开始分散,云雾体积逐渐增大。燃料云雾抛散过程和最终体积与中心装药有关,当中心装药能量较小时,燃料云雾最大体积随中心装药能量增大而增大,当中心装药能量达到临界值以后,燃料云雾的最大体积不再随能量增大而增大。     

复合分散药的性能及对FAE燃料分散的影响

设计了一种新型结构的复合分散药,用以取代常规燃料空气炸药(FAE)分散药,对复合分散药爆轰波传播模型、装药结构尺寸、芯药和外层炸药爆速、复合分散药占燃料质量分数对FAE爆炸云雾的形成和传播进行了分析研究。在此基础上,进行了以压装密度为1.72 g.cm-3、爆速为8400 m.s-1的8701炸药为芯药,以低密度硝基胍(NQ)为外层炸药,以环氧丙烷(PO)和宏观固态燃料为FAE燃料分散与引爆实验。结果表明,采用复合分散药,分散药燃料比超过1.3%,云雾未发生窜火,云雾形状基本为类草帽形,并可靠爆轰,这说明采取复合装药结构是完全可行的。     

PF97式93mm单兵云爆火箭

概述 PF97式93mm单兵云爆火箭是我国的仿制武器,是一种云爆武器。 所谓云爆武器,即战斗部为云爆弹,也称燃料一空气炸弹。其爆炸作用原理不同于其他战斗部。 云爆弹的主装药为云爆剂,又称为燃料-空气炸药。云爆剂是一种高能燃料,而不是炸药。在一定起爆条件下云爆剂被抛洒开,与空气混合并发生剧烈爆炸,称为云雾爆轰。     

应用比色测温仪测量燃料空气炸药爆炸过程温度响应

基于光辐射原理,建立了红外比色辐射高温测量系统并对燃料空气炸药分散爆轰过程中的温度响应进行了实时测量,得到了一次引爆型燃料空气炸药和二次起爆型燃料空气炸药爆炸的温度响应,并对两种不同型式的燃料空气炸药的爆炸温度场及其特点进行了对比分析。结果表明,与二次引爆型燃料空气炸药爆炸相比,一次引爆型燃料空气炸药爆炸的最高温度较高,持续时间较长。     

液体与固体比例对燃料-空气混合物爆炸特性和热效应的影响

为分析不同比例液体与固体燃料云雾爆炸特性和热效应,采用爆炸驱动的方式将燃料分散在空气中形成无约束爆炸性混合物,利用二次起爆药柱引爆云雾.通过高速录像系统、压力测试系统以及红外热成像仪研究乙醚/铝粉/空气混合物的爆炸冲击波压力、火球表面温度、高温持续时间等参数.实验结果表明:乙醚与铝粉的质量比为1:1时,爆炸火焰在云雾中的传播速度最快,形成的爆炸冲击波压力最高;与纯液体燃料相比,加入铝粉可以有效提高燃料云雾爆炸的热效应.该结果可以为化工爆炸事故的预防以及燃料空气炸药配方的选择提供参考依据.     

爆炸抛撒过程中FAE云雾的运动特性

为研究爆炸抛撒过程中燃料空气炸药(FAE)云雾的发展和变化特征,通过高速摄影观测了不同密度FAE的云雾形成和运动状态,用数值仿真计算了燃料圆柱外表面中心点处质点的速度变化,在距爆心2.5 m处利用光电探测方法测量了云雾相对浓度变化。结果表明:燃料在云雾形成之前的运动主要以射流为主,云雾形成后主要为扩散运动。燃料密度越大,相同时刻云雾扩展直径越大。燃料质点的速度在爆炸抛撒条件下经历先快速增大后缓慢降低的过程,最高速度达到377 m·s-1。在10~80 ms,燃料浓度的变化幅度表现出由大到小的变化,显示抛撒云雾内部的燃料颗粒空间分布具有非均匀性的特点,并且适当延长云雾运动时间,燃料颗粒分布的均匀性可得到有效改善。     

高能液固混合燃料配方优化及毁伤分析

为筛选优化高能燃料空气炸药（FAE）的配方组分,以石油醚、环氧丙烷和乙醚作为液体燃料,硝酸异丙酯和硝基甲烷作为液体敏化剂,金属铝粉作为固体组分,通过EXPLO5计算软件比较了不同配比FAE的爆炸压力和爆炸温度,并在无约束条件下进行了液体和液固FAE配方的云雾爆轰实验,对爆炸场、温度场等参数进行了毁伤效果分析,并量化评估了各体系的热毁伤、超压毁伤的效果。结果表明,石油醚、环氧丙烷与硝酸异丙酯混合的混合液体FAE,在石油醚质量占比55%～70%条件下,爆轰性能上表现较优。液固混合FAE中液固比例为1∶1条件下具有较良好的爆轰性能,并在无约束云雾分散实验中表现出最佳的云雾分散状态。两种体系的FAE配方在1 kg的二次起爆药量下云雾爆轰可以稳定反应,能达到爆轰状态,且在毁伤能力均具有较优效果。     

多相云雾爆炸计算机仿真

以气固液多相云雾热力学和湍流燃烧理论为基础,对较大空间范围内燃料空气炸药爆炸进行了数值仿真,揭示了云雾爆炸过程中爆炸场参数的变化规律,该研究对于工业生产安全和燃料空气炸药武器研究具有重要意义.     

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。     

燃料空气炸药的发展现状及展望

燃料空气炸药及新发展的温压炸药是高效、高威力的战斗部装药。综述了燃料空气炸药的组成、爆炸威力特点,介绍了燃料空气炸药的发展历程,分析了该炸药的性能影响因素,指出了新一代燃料空气炸药技术的发展方向。     

云爆燃料分散过程窜火机理的数值模拟

为探索云爆过程窜火现象的物理机制,以环氧丙烷为云爆装药,基于流体力学理论,使用数值模拟软件Ansys对2 kg云爆装置燃料分散过程进行数值模拟,研究燃料分散过程中云雾在驱动和热载荷下的耦合作用;研究耦合作用下云雾的点火条件。结果表明:中心装药量对于云爆装置的窜火具有明显影响,中心装药起爆后产生高温高压推动燃料分散,由于热传导及热辐射机理,在燃料扩散形成的云雾场中同样存在温度场与压力场,云雾场温度高于燃料自燃点,浓度位于燃料爆炸极限区间内时即发生窜火。对2 kg云爆装置的数值模拟表明,发生窜火的位置一般位于云爆装置顶部0.01~0.25 m附近,窜火时间集中在燃料开始分散后的1~5 ms。     

爆炸抛撒方式对FAE云雾爆轰特性及威力影响的实验研究

为探讨中心药管和径向药管爆炸抛撒对FAE爆轰特性及威力影响,通过高速录像、压电传感器和红外热像仪记录FAE静爆实验。获得两发50kg PO、1.5kg抛撒装药、两种爆炸抛撒作用下的云雾扩散、火球温度、冲击波超压数据。结果表明,采用中心药管和径向药管爆炸抛撒形成的云雾覆盖面积和起爆形态相差不大;后者在云雾和破片均匀性方面优于前者,火球温度比前者增益约12%,冲击波超压比前者增益约20%~35%。     

FAE武器在约束空间内爆炸效应的数值模拟研究

为研究FAE战斗部在约束空间内的爆炸效应．文中应用爆炸动力学程序Object MMIC对约束空间内FAE爆炸压力场分布特点的相关问题进行了数值模拟，计算结果与试验结果吻合，为FAE威力性能及相关问题的深入研究奠定了基础。     

燃料空气炸药威力的评价方法

燃料空气炸药（ＦＡＥ）对目标的毁伤作用，主要由爆炸场参数（超压－冲量）决定。本文分析了ＦＡＥ爆炸场参数特点与影响毁伤的因素，提出了评价ＦＡＥ爆炸威力的方法。     

中心装药对燃料抛散的影响及其空腔效应

中心装药对燃料空气炸药(FAE)装置有重要的影响。利用高速相机测定得到采用耦合装药的FAE装置的抛散速度的最大值为408.5 m·s-1,利用LS-DYNA软件计算得到采用耦合装药的FAE装置的抛散速度的最大值为412.5 m·s-1,误差不足1%,计算方法精确可靠。采用相同的方法对采用不同中心装药方式的FAE装置的燃料抛散速度、中心装药爆炸空腔、空腔内温度进行了计算。结果表明,采用不耦合装药的FAE装置不同位置的抛散速度相差小,约100 m·s-1,速度分布均匀,燃料利用率高;爆炸空腔半径在端部处缩小1/3左右,呈现出中间大,两端小的分布,使二次起爆药包的安装位置有更多选择。同时,与采用耦合中心装药的FAE装置相比,不耦合中心装药的FAE装置爆炸空腔内的温度衰减较快,安全性更好。     

装置参数对FAE云雾状态的影响

本实验研究了壳体材料、比药量和长径比等装置参数对燃料空气炸药（FAE）云雾状态的影响。结果表明：钢质壳体更利于云雾的径向分散；适当的比药量可形成最优化的云雾尺寸和调节云雾内部浓度；长径比不是云雾最终状态的决定因素。     

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。     

固体与液体混合燃料抛撒过程数值模拟

固体与液体混合燃料通过爆炸驱动形成燃料空气炸药云团,其爆轰威力在很大程度上取决于云团的状态,云团分布是云爆装置设计的基础。通过数值模拟,研究了固体与液体混合燃料抛撒过程,在Fluent软件的基础上探索了固体与液体混合燃料抛散的数值模拟方法。计算得到的燃料抛撒随时间和空间的扩散过程,其中径向速度、云团范围和湍流过程与实验结果相吻合。研究结果表明,文中建立的数值模型和计算方法能够较好地模拟固体与液体混合燃料的云雾抛散过程,为云爆装置优化设计提供了基础数据。     

整体型云爆战斗部静爆实验研究

在对整体型云爆战斗部结构设计和优化的基础上,制造了2发整体型主体战斗部原理样机,通过高速运动分析系统和爆炸场测试系统对静爆实验进行了测试.结果表明设计的原理样机结构较合理,具有良好的作用可靠性,云团覆盖面积大,爆炸威力可达6～8倍TNT当量.