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。     

金属桥箔水中电爆炸流场数值模拟研究

研究金属桥箔水中电爆炸等离子体特征及其流场变化规律,建立了桥箔水中电爆炸过程的多相流数值计算模型和计算方法。采用相变分数,实现了金属从固相到气相的质量传递计算。利用Saha电离平衡方程计算了等离子体的电离度,给出了考虑粒子数目变化及粒子间库仑作用的等离子体状态方程。对桥箔水中电爆炸过程进行了数值模拟计算,获得了桥箔电爆炸等离子体及冲击波形状特征,给出了桥箔水中电爆炸流场压力、温度、密度及速度等重要参数的变化规律。     

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。     

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.     

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.     

电爆炸驱动小尺寸冲击片实验与数值计算研究

基于低电感技术和平行板传输原理,设计并建立了一套小尺寸电爆炸驱动冲击片起爆始发猛炸药的实验装置。利用激光干涉技术解决了小尺寸电爆炸驱动冲击片速度的瞬时连续测量问题。与国外发表的实验与数值计算结果进行了比较,结果表明,本文的测量结果正确反映了电爆炸驱动冲击片的物理过程。利用流体动力学程序对电爆炸驱动小尺寸冲击片进行了一维数值计算,通过引入一个功率修正因子,计算结果与实验结果相一致。最后对引入的功率修正因子进行了讨论。     

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.     

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。     

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。     

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     

Al/Ni爆炸箔电爆特性及驱动飞片能力研究

利用传统的MEMs工艺成功制备出Al/Ni复合爆炸箔,在4k V的充电电压下研究其电爆性能。研究表明,相比于传统的铜爆炸箔,复合爆炸箔的能量利用高,可达18%,而且爆发提前,所需能量较小,爆发能量集中。飞片速度研究表明,爆炸箔的厚度和充电电压会影响飞片的最终速度,飞片的速度随爆炸箔的厚度和电压升高而增大。当爆炸箔的厚度为3μm、充电电压为5k V时,飞片的速度可达3 100m/s。     

Al/Ni反应多层膜的电爆炸及驱动性能研究

为了研究Al/Ni反应多层膜在爆炸箔起爆系统上应用的可行性,采用磁控溅射法制备了相同厚度的Cu和Al/Ni多层膜桥箔,利用SU-8光刻胶制备一定厚度的加速膛,研究了两类桥箔在相同放电回路中的沉积能量和驱动飞片的平均速度。结果表明:在储能电容电压为1 306V的放电回路中,Al/Ni多层膜的沉积能量为0.120 5~0.127 4J,相比Cu箔提高了近1倍。在电压为1 900V时,多层膜沉积能量比Cu箔提升了18%~58%;多层膜驱动的飞片平均速度高于Cu箔驱动飞片约10%。因此,Al/Ni反应多层膜能降低爆炸箔起爆系统的起爆阈值,提高其冲击起爆的可靠性。     

单桥双驱爆炸箔起爆技术研究

对单桥双驱爆炸箔起爆技术的可行性及特点进行了初步分析与研究。利用爆炸箔电爆炸过程中双向驱动飞片的特性,设计了一种爆炸箔双向起爆结构,并对其起爆HNS-Ⅳ炸药的性能进行了试验研究。结果表明,在可靠发火能量1.2J的前提下,双向起爆同步精度达到了纳秒级,实测范围在40～68ns之间。     

爆炸箔厚度与其电爆性能和冲击片雷管感度的关系研究

为了研究爆炸箔厚度与其电爆性能的关系,以及爆炸箔厚度对冲击片雷管感度的影响,对5种不同厚度的爆炸箔进行了试验.研究结果表明:在1.3kV和1.5kV的充电电压下,厚度为4.0μm以下的爆炸箔的电爆性能好于4.0μm以上的爆炸箔;爆炸箔厚度对爆发时间和冲击片雷管感度有显著影响,本试验中,使用3.5μm和4.0μm爆炸箔的冲击片雷管起爆能量最低.     

集成高压平面开关的冲击片雷管设计研究

为了降低冲击片雷管系统体积和生产成本,设计一种在陶瓷基板的正面和背面分别制备爆炸桥箔和高压平面开关,与其他零部件组装成冲击片雷管的集成高压平面开关的冲击片雷管,并且研究了其电爆炸性能。结果表明：该冲击片雷管与使用火花隙开关的冲击片雷管放电参数基本相同,该高压平面开关能够代替火花隙开关完成冲击片雷管的起爆要求。     

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。     

爆炸箔尺寸对飞片速度的影响

爆炸箔是冲击片雷管的关键部件,为了获得爆炸箔的厚度和桥区尺寸对冲击片雷管飞片速度的影响,通过光纤台阶法测试了不同厚度和桥区尺寸的爆炸箔驱动飞片的情况。结果表明:在电压3.4 kV、电流3.5 kA的起爆条件下,最佳的爆炸箔厚度为3.67μm,可以驱动飞片产生2 307 m/s的速度;随着爆炸箔桥区尺寸的减小,飞片速度逐渐提高。因此,可以看出在一定的起爆能量下,驱动飞片达到最大速度的爆炸箔存在一个最佳厚度值;在爆炸箔厚度一定的情况下,减小爆炸箔的桥区尺寸,可以提高爆炸箔驱动飞片的能力,从而可以达到降低冲击片雷管起爆能量阈值的目的。