桥箔电爆炸过程数值计算分析

为了研究金属电爆炸特征,编制了计算金属导体电爆炸放电回路的程序,对桥箔爆炸物理过程进行了数值计算,得到了金、铜、金-铂合金及铝四种金属桥箔爆炸的爆发电流和动态电阻.分析了起爆回路电参数和金属桥箔几何参数变化对爆发电流的影响规律.     

电爆炸桥箔电导率模型研究

电爆炸桥箔是冲击片雷管的重要组成部分,其电导率是电爆炸过程中的重要参数。在分析桥箔状态变化的物理原理基础上,提出了将电导率分3个阶段来讨论：桥箔加热初始阶段、本征爆炸阶段和等离子体阶段。根据各个阶段的特点,建立了电爆炸过程桥箔电导率的计算模型。用此模型模拟的结果与实验结果具有很好的一致性。     

金属电爆炸等离子体辐射温度测量

为了研究金属电爆炸现象,采用多通道光学高温计对金属桥箔和金属桥丝电爆炸产生的等离子体光谱辐射亮度进行了测量.根据普朗克黑体辐射定律,计算了金属桥箔和桥丝电爆炸后,等离子体产物的辐射温度.桥箔电爆炸等离子体的最大辐射亮温度约在3.0×104K～4.5×104K之间,桥丝爆炸等离子体的最大辐射亮温度约在2.3×104K～3.50×104K之间.     

基于电能的桥箔爆炸FIRESET模型修正

针对FIRESET电爆炸模型认为爆炸过程中导体动态电阻是比作用量的函数,在应用于分析桥箔电爆炸放电回路与研究爆炸箔电爆炸特性时,存在计算误差大、不能直观反映电爆炸过程的缺点,采用电能取代比作用量,引入初始电阻率修正项,从而对FIRESET桥箔电爆炸的非线性动态电阻模型进行修正;利用修正模型对Al、Cu、Ni/Al多层膜3种爆炸箔的电爆炸曲线进行计算,结果几乎与测试结果完全重合,有效地改进了FIRESET模型的模拟偏差。表明利用电能修正FIRESET模型可以直观地反映电爆炸过程中由于温升和相变导致爆炸箔电阻变化的一般规律,有效地仿真电爆炸过程。     

可储能电装甲箔电极爆炸温度的一种计算方法

可储能电装甲作为一种新型的电装甲,其防护性能与箔电极爆炸时等离子体温度密切相关。从电装甲的电爆炸机理出发,对其核心脉冲电容器爆炸时的箔电极的电流、电阻和表面积的计算进行了分析求解,进而提出了其箔电极爆炸时产生的等离子体温度的一种计算方法。     

爆炸箔起爆器作用机理研究进展

从金属桥箔电爆炸、电爆炸驱动飞片和飞片冲击起爆炸药三个方面,综述了爆炸箔起爆器作用机理的研究进展。认为:爆炸箔起爆器在分段式电阻率模型、先进飞片测速技术、基于能量转化系数的电爆炸驱动飞片速度计算模型和基于临界起爆判据的感度预测等方面取得了重要进展,获得了一些规律性认识,一定程度上促进了其低能化设计。指出:小尺寸条件下电爆炸驱动飞片过程中的能量耗散及飞片烧蚀的定量描述、飞片在飞行中的瞬时形态、爆炸箔起爆器小尺寸装药的非理性爆轰性能预测、波阵面后微流场观测技术将成为爆炸箔起爆器未来研究的重点。     

Ni/Cu复合多层膜电爆炸等离子体发射光谱特性及飞片推动性能

为探索复合多层膜爆炸箔电爆炸的作用机理,开展了Ni/Cu复合多层膜爆炸箔性能研究。采用电化学沉积方法制备了相同厚度的Ni/Cu复合多层膜(调制周期分别为200 nm/300 nm和300 nm/400 nm)及纯Cu、Ni金属膜,通过等离子体发射光谱特性测试分析,计算获得了不同放电电流条件下不同结构的Ni/Cu复合多层膜、纯Cu、Ni金属膜电爆炸等离子体电子温度。通过匹配加速膛、飞片进行了爆炸箔推动飞片的PDV速度测试和分析,获得了不同放电电流条件下Ni/Cu复合多层膜、纯Cu、Ni金属膜爆炸箔推动飞片性能。研究结果表明:在电流为2.5 kA时,(Ni_(200)Cu_(300))_8和(Ni_(300)Cu_(400))_5Ni_(300)电爆炸等离子体发射光谱强度以及等离子体电子温度均高于纯Cu和纯Ni,说明Ni/Cu复合材料在相同条件下电爆炸储能密度更高;在电流为2.5 kA时,Ni/Cu复合材料中的Ni开始对等离子体推动飞片起促进作用,(Ni_(200)Cu_(300))_8和(Ni_(300)Cu_(400))_5Ni_(300)爆炸箔推动飞片的加速时间更长,最终速度均高于纯Cu爆炸箔。     

平面开关与爆炸桥箔的集成设计及研究

为了进一步减小爆炸箔起爆器系统体积,并降低生产成本,采用离子刻蚀的方法,设计并制备了一种集成平面开关的爆炸桥箔.其电爆炸性能测试结果表明:集成平面开关爆炸桥箔的放电参数与采用火花隙开关的参数—致性较好,该桥箔制备工艺简单、成本低,更有利于系统集成,缩小EFIs的体积.     

冲击片雷管爆炸箔的制备与电爆性能

为了提高爆炸箔起爆系统的能量利用率,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术和皮秒激光微加工系统,制备了Cu、C u/Au、C u/Al/Ni三种爆炸箔,并利用自制起爆回路对其电爆性能进行了研究,结果表明,在充电电压为2000,2500 V时,C u爆炸箔在电爆过程中能量利用率较高;在此电压下对三种爆炸箔的性能进行了对比测试,得到在相同的充电电压下Cu/Al/Ni、Cu/Au、C u爆炸箔的爆发电流C u/Al/NiC u/AuC u,且充电电压为2500 V时C u/Al/Ni爆发电流比C u增长了36%,2000 V下比C u增长了15%;在充电电压2500 V时利用高速摄影法对三种爆炸箔电爆时产生的等离子体羽进行了观测,结果表明,等离子体羽的尺寸Cu/Al/NiCu/AuCu。在相同的起爆条件下Cu/Al/Ni爆炸箔更利于爆炸箔起爆系统低能化研究     

爆炸箔起爆器桥箔夹角优化设计

为了确定桥箔夹角对爆炸箔起爆器能量利用率的影响,设计并用离子刻蚀法制备了30°、45°、60°、75°和90°共5种不同夹角的桥箔,研究了其电爆炸性能。结果表明:在同一充电电压下,夹角为45°桥箔的爆发电流和峰值电流最大;爆发电流密度与飞片速度关系的分析及爆发功率和爆发时间与峰值电流时间差的比较显示,45°夹角的桥箔有能量利用率较高和发火能量较低的良好性能。     

爆炸桥箔加速贮存前后的电爆特性

为了获得爆炸桥箔贮存后的电爆特性,对爆炸桥箔开展了高温(90℃)和高温高湿(80℃,RH95%)条件下的加速寿命试验。利用照相、扫描电镜分析、发火试验和光子多普勒测速(PDV)方法,研究了加速贮存试验前后爆炸桥箔的形貌、电爆特性和飞片速度。结果表明,加速贮存后桥箔的表面均发生了氧化,高温高湿条件下,杂质元素污染及湿度造成桥箔的颜色变化显著,电阻均值由贮存前的30.3 mΩ上升至66.8 mΩ。高温对桥箔的爆发电流、爆发电压和爆发时间没有显著影响。高温高湿贮存后桥箔的爆发电压显著降低。加速贮存后爆炸桥箔在聚酰亚胺基底的附着能力变差。PDV测速结果表明,随着加速贮存时间的延长,飞片速度由3600 m·s~(-1)降至2100 m·s~(-1)(高温)和1200 m·s~(-1)(高温高湿),加速贮存会影响桥箔驱动飞片的能力,高温高湿条件对飞片速度影响更严重。     

基于电压波形的脉冲放电回路参数识别

电爆炸箔起爆系统中,脉冲放电回路的电学参数LCR,对于放电电流参数以及爆炸桥箔设计参数都具有决定作用。随着电爆炸箔起爆系统向微型化发展,通过Rogowski线圈等方法测量电流,识别回路电学参数的方法已不再适用。根据脉冲放电回路等效电路及其微分方程,推算出电容电压波形与电路参数的关系,利用数值算法和Matlab工具,求得回路参数L、R的最小二乘解,并通过拟合电压波形与实测电压波形对比,证明所提出算法的有效性。     

爆炸箔特征参数匹配关系研究

基于直列式系统低能、小型化的研究目的,对构成爆炸箔起爆器核心发火组件的桥箔、加速膛二者之间的匹配关系进行了研究.结果表明,桥箔桥区特征面积与加速膛的孔径及厚度之间都存在着一定的最佳配比,确定了0.30mm(L)×0.30mm(W)桥箔匹配0.45mm(D)×0.45mm(H)加速膛的最佳方案,为爆炸箔起爆器工程化应用提...     

三种爆炸箔桥形状的比较分析

为提高爆炸箔起爆器的能量利用率,本文对其主要影响因素之一爆炸箔桥箔进行了研究,测定了3种不同形状爆炸箔桥箔的爆发电流,并对起爆炸药HNS-IV进行了飞片感度试验。试验结果表明圆形桥箔的爆发电流密度最大,起爆HNS-IV的50%起爆电压最低,爆炸箔起爆器(EFI)选用圆形爆炸箔桥箔可以进一步提高能量利用率,降低发火能量。     

爆炸箔加速飞片的数值模拟

用3种方法对电爆炸箔加速飞片进行了数值模拟研究,并与实测速度了比较,为优化设计爆炸箔起爆器提供了理论依据。     

低能爆炸箔电爆参数及冲击片速度测试

针对低能爆炸箔起爆系统需求,分析了起爆系统放电回路效率影响规律,开展了3.5μm厚桥箔爆发电流、爆发电压测试研究。结果表明:回路最大能量利用率符合理论分析,在0.22μF、1 500V电压下电路能量利用效率达到72.33%,桥箔电爆炸驱动飞片速度达到3 680m/s,可以起爆冲击片雷管装药。     

电爆炸箔加速飞片的数值模拟研究

通过分析电爆炸箔系统的物理作用机制与运动过程 ,提出了合理的物理简化假设 ,建立了相应的数学模型 ,编制了一维不定常可压缩流体力学计算程序 ,通过对若干典型算例的计算并与某些实验和其它计算结果的比较 ,验证了程序的可靠性 ,结果令人满意。本文为深入研究和优化设计电爆炸箔系统提供了一种可靠的手段     

金属薄膜晶体学结构对其电爆炸性能的影响

采用SEM、XRD等手段对4种不同工艺制得的铜箔进行了表征,从微观晶体学结构的角度考察爆炸箔起爆器中桥膜的显微结构与其电爆炸性能的关系,讨论了薄膜电阻、晶界电阻、晶界数量、晶粒尺寸、晶粒取向等因素对金属薄膜电爆炸性能的影响,进而从微观层面上理解桥箔在冲击片雷管中的作用.     

水下爆炸近场压力特性及其与结构的流固耦合作用

鱼雷等水中兵器的水下近场爆炸是航母舷侧防护结构遭受的主要攻击。水下爆炸近场载荷与结构产生复杂的流固耦合作用,强非线性耦合作用下的流场载荷特性及其对结构的毁伤机理等问题仍有待于进一步认识,可靠的试验及数值模拟手段还很缺泛。基于LS-DYNA的ALE方法,建立水下爆炸流场与结构流固耦合作用的有限元计算模型,计算了近场流固耦合作用的全物理过程,以及冲击波、空化闭合脉冲、气泡脉动及水射流等载荷的时空特性。与试验结果对比,验证了计算模型具有较好的计算精度。     

模拟战斗部对混凝土侵彻与爆炸耦合作用的计算

利用SPH算法给出战斗部对混凝土先侵彻后爆炸的数值分析.在侵彻阶段弹体划分成Lagrangian标准有限元网格,而混凝土则划分成光滑粒子.在启动炸药爆轰计算前将弹体材料的有限元网格也转换成光滑粒子.给出了中止爆炸计算的准则.通过侵彻与爆炸耦合的二维计算给出了弹坑的最终体积和战斗部壳体膨胀速度的历史曲线及爆轰产物的压力过程曲线,其中最大压力与C-J爆轰压力一致,这说明本文算法是有效的.