两种含铝炸药水中近场冲击波传播规律研究

为揭示 RS211和 GUHL 两种含铝炸药水中爆炸近场冲击波的传播特性,采用高速扫描相机和阴影照相技术记录了近场冲击波沿柱形装药轴向的传播轨迹,结合 Rankine-Hugoniot 关系推算出了近场冲击波传播速度及阵面压力随传播距离的衰减规律,并与 TNT 炸药的结果进行了对比。同时,还结合近场冲击波的初始参数和Goranson 关系式计算出了炸药的爆压值。结果表明,初始冲击波阵面压力由大到小的顺序为 RS211、TNT、GUHL,在压力的衰减过程中,铝粉的反应使得冲击波的压力衰减速率得到降低,且 GUHL 炸药近场冲击波阵面压力的衰减最为平缓。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

空气层对RDX水下爆炸性能影响的实验研究

为了探究空气层对RDX爆炸性能的影响,采用水下爆炸实验测出含不同体积空气层的RDX水下爆炸参数,结果表明,空气层对水下爆炸参数的衰减作用显著。在相同不耦合系数K下,R_1和R_2处的比气泡能大小近似相等,分析认为比气泡能仅与炸药产生的爆生气体有关,与冲击波传播的距离无关。在R_1=0.8 m处,不耦合系数K为1～7时,峰值压力显著降低,通过实验结果拟合得到RDX的峰值压力经验公式;当K为7时,对RDX药柱冲量的影响较小,相反地,峰值压力、比冲击波能、比气泡能、水下爆炸总能量分别降低了46.62%、42.98%、37.26%、40.03%。同时,对空气层衰减RDX水下爆炸性能机理进行了分析,总结并提出一种全新的水下冲击波调节方法。     

柱形装药水下爆炸远场冲击波压力峰值分布

为定量研究柱形装药水下爆炸压力场,进行了数值模拟。采用无限水域下的二维计算方法与RDX柱形装药,仿真得到在药包径向,轴向之间相隔22.5°的5个方向上不同位置的冲击波压力峰值,据此定性分析了作用方位和长径比对远场压力峰值分布的影响。为避免对柱形装药冲击波直接量化分析,假设其压力峰值分布对于等量球形装药存在映射关系,进而得到映射系数,再结合球形装药经验公式得到了压力峰值近似分布式,并用TNT水下起爆数值模拟初步验证了假设和分布式。     

EPS缓冲材料衰减水下爆炸能量的实验研究

为了研究缓冲材料EPS对水下爆炸能量的衰减作用,在爆炸水池内起爆有EPS包裹的雷管,采用压力传感器测量水下固定爆心距点爆炸冲击波,采用振动传感器测量实验水池近地面固定点振动。结果表明：EPS缓冲柱体半径按梯度增大,压力测点冲击波超压、比冲击波能以及振动测点竖直方向振动速度都衰减显著;在缓冲柱体半径R≥80 mm时,水下爆炸脉动波弱化或消失;增加EPS缓冲材料的密度,可有效衰减压力测点爆炸能量,但对振动测点速度衰减影响较小;压力测点爆心距增加,测得爆炸能量减小,但能量衰减率不一定因有EPS材料缓冲而提升。导出式(1)可根据实际防设点的爆心距和药包半径来近似设计水下爆炸EPS缓冲材料厚度和密度。     

JHL-3、A-IX-2和TNT三种炸药水下爆炸冲击波特性测试研究

在相同的试验环境下,对JHL-3、A-IX-2和TNT三种炸药进了水下爆炸试验,并在测点和测量仪器相同的情况下完成数据测量,对3种炸药水下爆炸时的冲击波压力、时间衰减常数等特性参数进行了对比分析,比较了不同类型炸药的水下爆炸威力。结果表明:炸药爆炸威力随炸药的装药密度、炸药种类及爆炸距离的不同而变化;在近距离处和相同TNT当量下,炸药JHL-3压力峰值最大,威力也最大,而3种炸药的时间常数相差不大。     

炸药在水介质中殉爆特性分析

水介质中炸药的殉爆特性研究对炸药生产线设计和水下兵器设计与安全性能评价有着重要的指导意义。通过查阅国内外关于炸药殉爆及水介质中殉爆的相关研究资料,介绍了殉爆机理、殉爆影响因素、水下殉爆试验方法和水下冲击波传播特性。得出相同条件下,炸药在水中的殉爆距离比在空气中大,被发装药的殉爆可能性随着主发装药的质量增大而增大;炸药量相同,药包中心距离相同,水中爆炸时产生的冲击波峰值压力更大;在自由界面效应的作用下,冲击波的反射与透射会影响殉爆距离。     

炸药的不完全起爆对其水下爆炸特性的影响

在2 m×2 m×2 m水箱中分别采用两种引爆方式对2.5 g、5 g和10 g圆柱形装药TNT进行了水下爆炸实验,得到了不同工况下冲击波和气泡脉动的压力时程曲线以及相应的气泡脉动过程.实验结果表明:使用电雷管对主装药进行引爆时,炸药并未完全起爆,冲击波峰值压力均小于经验公式计算得到的理论值,二者间平均误差为25.92...     

TNT装药爆炸波在刚性平面上方传播反射的数值研究

为研究爆炸冲击波传播和平面反射现象,运用显式非线性动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对柱形TNT装药在刚性平面上方爆炸产生的冲击波的传播和反射进行了数值模拟,将数值计算结果与试验结果和公式计算值进行了对比,结果表明利用数值模拟能够较好地反映压力场分布情况及爆炸冲击波传播、正反射、正规斜反射到马赫反射的演变过程;研究了装药形状对反射平面测点超压的影响。     

空气中TNT爆炸的数值模拟

为了研究TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播规律和预测不同比例距离的超压峰值,应用LS-DYNA有限元软件模拟了7.5 kg TNT爆炸的冲击波传播过程,揭示其能量衰减规律。并用2种经验公式计算不同比例距离的冲击波超压峰值。对数值模拟结果、经验公式结果和已有的实验数据进行对比。结果表明:数值模拟结果与实验数据吻合较好,误差在10%以内,证明了计算模型和参数的合理性。2种经验公式,叶晓华推荐的经验公式与实验数据的误差相对较小,距爆心3.5 m处,误差仅为0.66%。说明叶晓华公式相比Henrych公式更为可靠。但随着爆距的增大,误差也明显增大。建议此公式在比例距离小于2.6 m/kg1/3时采用。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

工业炸药能量测试方法的分析

为了研究不同能量测试方法对工业炸药能量测试结果的影响,分别采用爆热、铅壔法和水下爆炸法测量了几种典型工业炸药样品的能量。结果表明:3种测试方法都能用于评价炸药的能量水平,其中爆热和水下爆炸法能直接得到样品的能量值,水下爆炸法适用于大药量样品的能量测试要求。水下爆炸试验结果表明,参比TNT药柱的总能量为3.410mJ/kg,粉状乳化炸药的总能量为3.758mJ/kg,1号和2号岩石乳化炸药的总能量分别为3.411mJ/kg和3.182mJ/kg,二级和三级煤矿许用乳化炸药的总能量分别为3.021mJ/kg和2.947mJ/kg,这5种工业炸药的TNT当量分别为1.10、1.00、0.933、0.886和0.864。水下爆炸测得的5种工业炸药能量为爆热测量值的76.1%～78.8%。     

装药壳体对含铝炸药水下爆炸性能影响研究

针对某含铝炸药,分别在6 mm钢壳、硬铝壳、PVC壳及裸药柱形装药条件下进行水下爆炸实验,测量3 m,5 m,7 m处冲击波压力时程曲线,获得不同装药条件下冲击波的峰值、冲量、能量及气泡脉动周期和气泡能等参数。利用AUTODYN-2D程序,对带壳装药含铝炸药水下爆炸过程进行数值模拟,通过与实验测量结果对比,验证数值仿真方法和结果的准确性。在此基础上,结合量纲分析与数值模拟方法研究填装比对冲击波波形、压力峰值及气泡脉动周期的影响规律。研究表明：填装较小时,冲击波压力峰值与冲击波能均增大;填装较大时,压力峰值与冲击波能均减小;气泡脉动周期随填装比的增加而减小;在钢壳装药下,最优填装比为1.45。有限元模型与计算结论可为水中兵器设计提供一定参考。     

RDX/Al含铝炸药水下爆炸实验研究

铝粉含量和周围介质的可压缩性对含铝炸药的爆炸效应有很大影响.通过水下爆炸实验,研究了铝粉含量对RDX/Al含铝炸药水下爆炸冲击波能量的影响以及冲击波特征参数随传播距离的变化关系.结果表明,铝粉在爆轰产物中的二次燃烧反应明显地减缓了水中冲击波后压力的衰减,提高了冲击波的能量和冲量,当铝粉含量为20%时,RDX/Al含铝炸药的冲击波能量达到最大值.确定组分的含铝炸药仍然符合爆炸相似律,无量纲冲击波特征参数与对比距离的函数关系可以拟合为幂函数形式.     

水下爆破破冰爆炸冲击波传播规律数值分析

利用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟研究水下爆破破冰过程中爆炸冲击波压力的作用特征和传播规律,对比分析在冰体覆盖的相对封闭条件和常规水下爆炸时水中压力变化的差异性。研究表明:爆炸冲击波产生的水压力以炸药为中心向四周传播,对冰面破碎起主要作用,被扰动冰体主要发生振动折裂。炸药周围近区压力初始峰值大体上相同,爆源远区相差较大,冰盖的存在减弱了爆破能量的耗散。对于相同集中药包,入水深度直接影响爆破破冰效果。和常规水下爆炸相比,在冰体覆盖的相对封闭条件下水中峰值压力较小,衰减速度较慢。     

文摘

用二维螺旋形导爆索控制水下爆炸冲击波的试验研究 炸药在水下爆炸会产生爆炸冲击波,作者采用二维螺旋形导爆索探讨了控制水下爆炸冲击波的有关试验方法。根据测出的水下爆炸冲击波压力的结果,可以看出水下冲击波最大压力值和压力作用时间的变化过程。     

坑道内温压炸药冲击波传播特性的试验研究

为弄清温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性,考虑实际坑道口部特征,使用厚壁钢管和钢板加工了模型试验坑道。利用安装在模型坑道侧壁的压力传感器,分别实测了HMX基温压炸药和TNT口外爆炸时坑道内不同距离处的冲击波波形。通过对比分析,研究了该温压炸药冲击波波形及其参数在坑道内的传播特征。试验结果表明:温压炸药波形具有冲击波的典型特征,该温压炸药爆炸冲击波传播速度、超压峰值、正压持时和正向冲量均大于TNT,坑道深处其平均超压峰值、正压持时和正向冲量分别为TNT的1.19、1.31和1.53倍。利用坑道内冲击波传播的经验公式反推,得到试验用温压炸药爆炸冲击波超压峰值和正向冲量的平均等效TNT当量系数分别为1.79和1.99。表明该温压炸药冲击波比TNT具有更大的威力。     

爆破战斗部水中兵器爆炸威力评定方法研究

为确定爆破战斗部水中兵器爆炸威力评定方法,正确反映水中兵器作战性能和毁伤目标能力,基于某舰船缩比模型的海上爆炸试验,以标准TNT药球作为爆源,根据试验实测的冲击波压力数据和气泡脉动数据,分析对比目前爆破战斗部水中兵器爆炸威力评价的常用方法,即冲击波压力峰值推算法和战斗部爆炸相对能量评估方法,计算装药的TNT当量。结果表明:战斗部爆炸相对能量评估方法具有更高精度,可作为爆破战斗部水中兵器爆炸威力评定的通用方法。     

典型战斗部水下爆炸侵彻仿真

为了研究典型战斗部水下侵彻情况,采用ANSYS-LS/DYNA 3D有限元仿真软件,对圆柱形装药和半球形空穴装药水中爆炸情况进行数值模拟,并分析了两者冲击波压力、气泡直径的变化。结果表明:25μs时,半球形空穴装药近距离产生的冲击波压力是圆柱形装药的3倍多,但随着距离的增大,不同装药的影响逐渐减小;500μs时,半球形空穴装药水中爆炸形成的气泡轴向直径是圆柱形装药的1.5倍。采用ANSYS-LS/DYNA 3D有限元仿真软件,对圆锥形装药战斗部和半球形装药战斗部爆炸成型和水中侵彻情况进行数值模拟,结果表明:半球形装药战斗部形成的射流外形良好,侵彻水层的速度降较小,更适合水中侵彻破坏。