炸药水下爆炸能量输出特性研究

通过典型炸药爆炸的性能参数,分析、计算了不同类型水中兵器用混合炸药水下爆炸的 冲击波能、气泡能、冲击波超压方程中的系数k和a以及水中爆炸冲击波超压,计算结果与实测值 能较好地吻合。首次提出了冲击波超压方程中系数a的计算公式,从而为冰下兵器用炸荀配方设 计、性能评估以及战斗部设计提供科学依据。     

水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟

以实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水中爆炸冲击波传播及气泡脉动规律。应用国际上通用的有限元程序MSC．DYTRAN模拟在重力影响下水中爆炸冲击波及气泡脉动的全物理过程,并将计算结果与实验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确。以此为基础,分析和总结了网格密度、圆柱形炸药长径比、爆炸距离、爆炸角度对冲击波峰值的影响。有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

温压炸药爆炸能量输出的实验研究

为了指导温压炸药配方设计,研究温压炸药能量输出与组分及实验气氛关系,采用水下爆炸的方法,通过冲击波能、气泡能和总能量分析其能量输出特性。结果表明:在实验条件下,冲击波能和总能量在铝粉含量为40%时最大,分别为338.27 k J和2549.84 k J。气泡能在铝粉含量为50%时最大,为16.08 k J·g-1。含氧量是影响温压炸药能量输出的重要因素。     

铝氧比对含铝炸药水中爆炸冲击波的影响

通过实验测量了RDX/Al/Wax和AP/RDX/A1两类含铝炸药水中爆炸的冲击波能、气泡能、总能量,计算了RDX/Al/Wax和AP/RDX/A1两类含铝炸药的铝氧比,经实验发现两者炸药在铝氧比为0.4左右时,冲击波能分别达到最大。并经计算分析了RDX/TNT/Al/Wax体系炸药符合上述规律。研究发现最大冲击波能大小顺序为AP/RDX/A1、RDXlAl/Wax、RDX/TNT/A1/Wax,这些规律为水中兵器用炸药配方设计提供科学依据。     

雷管水中爆炸输出的起爆能力判据

采用测量雷管水中爆炸冲击波压力的方法提出评价雷管输出能力的新判据，经与经直接起爆钝感炸药方法评价起爆能力相比，结果是一致的。     

高能炸药水中爆炸能量输出特性数值分析

多介质数值计算中对于高压比和高密度比的介质界面间的处理一直以来是个难点,而且目前的计算精度都不高.本工作采用位标函数捕捉物质界面,用修正的虚拟流体方法对界面进行了处理,其中含能材料爆轰产物JWL状态方程系数通过Kihara-Hikita-Tanaka(KHT)计算的等熵膨胀数据拟合得到,并实现了程序化.对TNT和PETN两种高能炸药在水中爆炸的能量输出特性进行了计算,结果表明,本工作的计算结果与实验相似律计算结果比较吻合,误差在10%以内.     

双元复合炸药装药水下爆炸能量输出特性

选择GH-1和GUHL-1两种炸药及内外层和上下叠加两种典型的双元装药结构,测量了水下爆炸冲击波超压-时间历程,研究不同双元装药水下爆炸的能量输出结构,并与单一配方装药进行了对比.实验结果表明: 同样化学组成下,采用双元炸药装药结构,能够改变水下爆炸测点处的爆炸载荷,减少冲击波在传播过程中的能量损失,提高能量利用率; 其中采用外层高爆速炸药,内层非理想炸药的同轴内外层双元装药结构,比单一配方装药的比气泡能提高22.4%,而且两部分装药之间产生了能量耦合效应.     

低能量导爆索水中爆炸气泡的脉动现象

为了推动爆炸气泡帷幕减震技术的研究,揭示低能量导爆索水下爆炸气泡脉动规律,采用高速摄影系统对水平和竖向放置的单根及两根低能量导爆索水下爆炸气泡脉动特性进行了实验研究,得到了其不同放置方式下的气泡脉动特性。结果表明,水平放置单根低能量导爆索水下爆炸首次气泡脉动形状保持圆柱形,第一次气泡脉动周期为11.5 ms,最大直径为6.9 cm;水平放置两根低能量导爆索第一次气泡脉动周期为14 ms,22 ms时两气泡开始相互融合,形成一气泡帷幕层,比单根水平放置低能量导爆索第一次气泡脉动周期长。竖向放置两根低能量导爆索第一次气泡脉动周期为27.5 ms,比单根低能量导爆索第一次气泡脉动周期长,79.5 ms时形成完全融合的气泡帷幕,323 ms时该气泡帷幕仍清晰可见。将低能量导爆索竖向布置缠成网状,气泡脉动持续时间长,有利于爆炸气泡帷幕的形成。     

金属加速炸药/高爆热炸药复合装药爆炸特性研究

通过理论分析和仿真计算研究金属加速炸药/高爆热炸药复合装药的能量输出特性,以及对破片驱动和冲击波超压性能的影响;选择3种炸药组成复合装药结构,制备全预制破片战斗部样弹,采用试验方法验证复合装药的破片驱动能力和冲击波超压特性,并与金属加速炸药单一装药进行比较。结果表明,理论分析及仿真计算与试验结果吻合较好,复合装药的爆速及爆热值在组成复合装药的炸药的极限参数之间;通过复合装药配比调整可以达到破片与冲击波超压综合能量最佳匹配,可应用于杀爆战斗部优化设计。     

多点水中阵列爆炸冲击波的传播特性

为了研究多个装药水中阵列爆炸冲击波的耦合作用和传播规律,利用水中爆炸试验,测量了整体装药、两装药和四装药水中阵列爆炸的冲击波-压力时间曲线,分析了装药数量、阵列距离对水中冲击波峰值压力、冲量和作用时间的影响以及阵列爆炸冲击波参数随距离的变化规律.结果表明,两点阵列爆炸,装药聚焦方向(对称中心线)的冲击波可形成叠加,比例距离2～6 m·kg-1/3的范围,冲击波压力强度增加了22.8％～55.4％,冲击波峰压的增益随着传播距离的增大逐渐增大,非对称方向的冲击波压力可形成延时耦合;四点阵列爆炸,装药聚焦方向的冲击波最高峰值压力都接近于整体装药,装药数量的增加可以提高冲击波的高压区域范围和冲量.阵列爆炸点和布局相同时,阵列距离的增加可提高冲量和冲击波作用时间,冲击波压力作用时间则随着装药数量和阵列距离的增大而增大.两点和四点爆炸,冲击波耦合叠加后的多个冲击波峰值压力、冲量都仍符合爆炸相似率,但冲击波压力作用时间则不符合爆炸相似率.     

新型氧化剂AP-LiP复合物对水下爆炸能量输出结构的影响

为提高混合炸药二次反应的能量,采用溶剂蒸发法制备了新型氧化剂高氯酸铵（AP）-高氯酸锂（LiP）复合物,并采用扫描电镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）对其形貌和晶型进行了表征,采用差示扫描量热法（DSC）对其热分解性能进行了分析;采用电测法对含有AP-LiP复合物、AP-LiP机械混合物及AP的3种高聚物黏结炸药（PBXs）的水下爆炸威力场参数进行测试。结果表明,AP-LiP复合物的晶体形貌较为规则,晶体表面较光滑,粒径分布比较均匀,未发生团聚。AP-LiP复合物的晶型化程度高,晶形较为完整。AP-LiP复合物的热分解性能优于AP-LiP机械混合物。水下爆炸试验结果表明,相对于含AP的PBX炸药,含AP-LiP复合物的PBX炸药的冲击波能、气泡能及水下爆炸总能量分别提高了0.098~0.154、0.254 MJ·kg^-1以及0.352~0.408 MJ·kg^-1,且随着距离的增加,能量衰减变慢。     

近水面水下爆炸对结构冲击的数值模拟

采用AUTODYN数值计算软件,对彭托利特炸药近水面爆炸时对圆柱壳体的冲击加载过程进行了数值模拟。计算时,在炸药及其附近水域建立足够细密的二维Euler网格模型,以捕捉初始冲击波的高频特征;并将计算结果映射到三维流固耦合模型中继续计算,较好地解决了计算精度和计算耗时之间的矛盾;同时选择了合理的材料模型参数和网格单元类型。数值计算结果与实验吻合较好。计算方法对结构抗冲击数值模拟具有一定的参考意义。     

高强度水下爆炸等效冲击波加载特性研究

为了实现实验室范围内的高强度水下爆炸冲击波加载,在现有非药式水下冲击波加载装置的基础上,对加载水舱的结构进行了改进,并利用实验和仿真相结合的方法对非药式高强度水下爆炸冲击波等效加载特性进行了研究,分析了飞片及活塞的质量对加载冲击波强度和衰减时间常数的影响规律,确定了该方法所产生的高强度水下冲击波加载特性。进而利用该装置对0.5 mm厚铝合金靶板进行了水下冲击波加载实验。实验结果表明,改进后的非药式水下爆炸冲击波等效加载装置能够对目标结构进行有效的高强度水下冲击波加载。     

水下爆炸两气泡相互作用的数值计算研究

基于MSC.DYTRAN有限元软件中的EXINIT及EXFLOW2接口分别开发、定义了三维流场静水压力与边界条件的子程序;以Frost提出的气泡体积加速度模型为基础,确定了水下爆炸气泡脉动的初始条件,对水下爆炸单一气泡脉动过程进行了数值模拟;通过将气泡脉动半径、周期与经验公式对比,验证子程序开发的正确性与计算结果的准确性。以单一气泡运动模型为基础,建立水下爆炸两气泡运动的计算模型,研究两气泡水平距离、竖直距离及初始角度等参数对气泡运动与融合、射流角度、射流速度的影响规律。气泡运动建模思路、计算方法与结果对水下爆炸两气泡运动特性的研究具有一定参考价值。