云爆子引信与云团高速交会的云雾浓度探测试验方法

二次起爆型云爆战斗部的大面积体爆轰,与识别最优爆轰浓度下的多点子引信协同起爆有关.基于脉冲超声在云团中的回波反射系数衰减特性,研制云爆子引信原型样机,搭建基于火箭撬速度分别为75 m/s、100 m/s的子引信与等比云爆燃料抛撒云团的交会浓度探测试验平台.通过试验得到高速环境下子引信动态识别云团浓度的变化曲线,以及不同...     

基于超声阵列的云爆燃料浓度分布评估试验方法

云爆燃料爆炸抛撒具有高动态性、冲击波湍流和瞬态特性,其燃料浓度分布是燃料空气炸药(FAE)战斗部设计与引信起爆设计的基础。基于脉冲超声在燃料云雾中的衰减特性,建立FAE爆炸抛撒的多点阵列式动态燃料浓度分布评估试验系统。通过获得的燃料云雾中不同位置的超声衰减曲线,对燃料浓度在时间/空间的变化规律进行评估。研究结果表明：FAE静态爆炸抛撒下,中心区燃料云雾浓度由低至高、再由高减低;偏离中心区越远,浓度低的分布特点。该评估方法可以有效表征云爆燃料抛撒过程的浓度分布,为FAE引信系统的最佳起爆时间与位置提供了试验方法与数据支撑。     

基于脉冲超声的FAE燃料云团浓度检测装置

针对FAE燃料抛撒形成的铝粉/空气两相混合物云团浓度检测困难,当前实验室浓度测试方法缺乏实时瞬态检测能力的问题,提出了基于脉冲超声的FAE燃料云团浓度检测装置。该装置基于相关频率的超声衰减理论,结合超声脉冲波的抗干扰能力强和分辨力高的特点,利用气压将一定质量的铝粉吹入20 L容器罐,在罐内形成铝粉/空气两相混合物云团;通过脉冲驱动构建超声脉冲波检测电路,根据不同脉冲周期内的超声脉冲波衰减实现对动态云团浓度计算。试验测试结果表明,该装置对标称浓度50～750 g/m~3分散的动态超声衰减具备明显的梯度特征,拟合得到了超声衰减系数与浓度之间的关系曲线。该装置具备对FAE燃料抛撒云团浓度的检测能力,为实现FAE燃料在抛撒过程中的最优起爆浓度识别奠定了试验基础。     

高落速云雾爆轰的数值模拟

为了研究落速1000 m·s^-1条件下的燃料分散和爆轰过程,建立了燃料分散爆轰的计算仿真模型,以静态燃料分散及云雾爆轰实验结果作为数值方法进行了验证,分析了2 kg环氧丙烷燃料在高落速条件下分散爆轰的温度、压力随时间变化规律。结果发现：落速1000 m·s^-1条件下,数值模拟得到了云雾形态、浓度场随时间和空间的分布规律,云雾形态大致呈扇形,浓度随距离增加逐渐降低,最终达到稳定分布,云雾径向半径可达2.24 m,同时得到云雾爆轰过程及爆轰压力场、温度场的影响规律,起爆后形成弧形波阵面向外扩散且温度压力不断衰减。数值模拟结果与实验相吻合,为高落速云爆武器系统的安全设计提供了新途径。     

燃料空气炸药爆轰产物JWL状态方程参数计算

炸药爆轰产物的Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程参数一般由圆筒试验确定,但圆筒试验并不适用于宏观上呈云雾状态的燃料空气炸药(FAE)。为确定FAE爆轰产物的JWL状态方程参数,基于外场FAE爆轰试验数据,引入反向传播神经网络联合遗传算法(BPNN-GA),建立适用于FAE的状态方程参数计算方法,并与单爆源和多爆源的外场试验结果对比。研究结果表明：引入BPNN-GA可以简化状态方程参数优化过程,提高了寻优速度和精度;基于FAE爆轰产物JWL状态方程参数,建立单爆源与多爆源的FAE云雾爆轰模型,数值仿真所得的冲击波轮廓与实际爆轰冲击波形貌一致,单爆源与多爆源50 m测点处地面峰值超压仿真值与试验值的最大偏差分别为9.0%和11.1%.     

基于多级决策的云爆弹最佳起爆时机判断方法

针对多点浓度检测引信系统处理样本浓度所用的算术平均值法存在误判云爆弹最佳起爆时机的问题,提出了多级决策判断最佳起爆时机的方法。该方法将决策过程分为多层进行处理,首先由各决策点判断云雾局部是否满足最佳起爆条件,之后在一系列递进的决策中逐渐地判断云雾最佳起爆时机。仿真试验表明,该方法可有效避免云雾浓度样本方差过大的问题,降低产生误判现象的次数。     

装药密度小幅变化对三氨基三硝基苯基聚合物粘结炸药短脉冲冲击起爆特性的影响

为了研究炸药密度的小幅差异对其短脉冲冲击起爆特性的影响程度和规律,利用爆炸桥箔加载技术（电炮）结合激光干涉测速技术对不同密度的某三氨基三硝基苯(TATB)基聚合物粘结炸药（PBX）开展了短脉冲冲击起爆实验研究。结果表明：TATB基PBX炸药的密度在其正常值1.895 g/cm³上下变化0.01 g/cm³,即从1.885 g/cm³变化到1.905 g/cm³,其起爆的能量阈值相应从5.38 GPa²·μs增大到8.20 GPa²·μs,炸药对短脉冲冲击变得更钝感。由此可见,在实际应用中将炸药密度的一致性至少保持到百分位十分必要。     

降低半导体桥/斯蒂芬酸铅发火能量的技术途径研究

进一步降低半导体桥（SCB）换能元件发火能量是微机电系统（MEMS）引信用微型起爆系统发展的瓶颈技术。通过发火感度试验,获得了减小桥区尺寸、增加V型缺口、适当长宽比、降低药剂粒度等是降低SCB发火能量的有效技术途径。在试验方案范围内获得最小全发火电压3.83 V,发火能量0.073 mJ,最大不发火电流229.88 mA. 分析发火现象和电特性曲线得出：SCB换能元的桥区面积7.65×10² μm²,质量3.55×10^-6 mg,临界发火属于电热发火;桥区面积5.68×10² μm², 质量2.64×10^-6 mg,临界发火属于电爆发火。进一步降低半导体桥（SCB）换能元件发火能量是微机电系统（MEMS）引信用微型起爆系统发展的瓶颈技术。通过发火感度试验,获得了减小桥区尺寸、增加V型缺口、适当长宽比、降低药剂粒度等是降低SCB发火能量的有效技术途径。在试验方案范围内获得最小全发火电压3.83 V,发火能量0.073 mJ,最大不发火电流229.88 mA. 分析发火现象和电特性曲线得出：SCB换能元的桥区面积7.65×10² μm²,质量3.55×10^-6 mg,临界发火属于电热发火;桥区面积5.68×10² μm², 质量2.64×10^-6 mg,临界发火属于电爆发火。     

脉冲激光起爆光敏炸药特性

光敏炸药乙炔银-硝酸银加载技术是模拟强脉冲X射线结构响应的重要手段之一，采用脉冲激光起爆是一种不同于传统的闪光高压起爆方式，其优势在于增强了操作可控性、异型加载实现性和同时加载时效性。对激光起爆机理进行针对性分析，介绍激光起爆平台和乙炔银-硝酸银材料性质。针对光敏炸药的光吸收特性开展激光起爆实验，获得193 nm/266 nm/532 nm/1 064 nm等波长激光起爆阈值分别为5.07 mJ/mm²、6.77 mJ/mm²、7.21 mJ/mm²、10.61 mJ/mm²,并通过爆速验证完全爆轰过程，用辐射光谱分析表征反应过程元素生成。所得成果对于脉冲激光起爆过程、机理及爆炸载荷规律研究，以及光敏炸药模拟X射线结构响应加载技术具有很好的技术支持作用。     

微小型起爆序列初步设计与性能研究

为适应引信微小型化发展的需求,采用基于微机电系统工艺技术,开展微小型起爆序列的设计及性能测试研究。起爆序列初步集成了引信安全与解除保险及发火功能,体积为3 cm³; 该结构包括底层、中间层和顶层,其中底层包括隔断单元和传爆药装药,中间层由微雷管和硅基烟火微驱动器构成,顶层为信息控制电路。测试结果表明,微小型起爆序列实现了解除保险、安全隔爆与可靠传爆的功能,平均输出爆轰压力为10.85 GPa.     

几种典型燃料空气炸药威力性能研究

采用VLW状态方程及其程序对燃料空气炸药（FAE）爆压进行计算,并引入云雾威力因子,结合试验,研究了典型液态燃料和固液混合燃料配方对FAE爆轰威力性能的影响规律。计算与实验结果相吻合。     

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。     

硼含量对燃料空气炸药爆炸性能影响的试验研究

为了解硼含量对燃料空气炸药爆炸性能的影响规律,将硼粉和铝粉作为高能金属燃料混合添加到燃料空气炸药（配方体系为铝/硼/环氧丙烷/石油醚/硝酸异丙酯）中,采用静爆试验法,对含硼量不同的燃料空气炸药爆炸超压、冲量及热效应进行研究。研究结果表明：随着燃料空气炸药中硼含量的增加,炸药的冲击波超压、超压冲量和热效应均先增大、后减小;当硼含量为12.5%时,炸药的地面冲击波超压冲量为112.51 KPa·s,比含铝样品高6.16%,空中冲击波超压冲量为63.42 KPa·s,比含铝样品高5.16%;当硼含量为12.5%时,最高爆炸温度是1 650 ℃,比含铝样品提高20 ℃,最大热辐射量为68.266 kJ/m²,比含铝样品的最大热辐射量提高约7.14%. 在含铝燃料空气炸药中添加少量硼粉,可以提高炸药的整体能量水平。     

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。     

电磁驱动式引信过载试验装置中的电磁防护研究

利用电磁驱动技术可模拟引信发射过程中的高过载环境,但其工作过程中产生的磁场会对被试引信产生不利影响,因此需对被试引信采取电磁防护措施。介绍了电磁驱动式引信过载试验装置的组成和工作原理,设计了被试引信电磁屏蔽罩的结构;构建了电磁驱动式引信过载试验装置的仿真模型,对比分析了不含屏蔽罩、含铝制屏蔽罩、铝钢复合屏蔽罩下引信区域的磁场强度。研究结果表明：在1 ms时刻,在不含屏蔽罩、含铝制屏蔽罩、含铝钢复合屏蔽罩3种情况下,被试引信处的最大磁场分别为1.54 T、0.17 T、4.2×10^-5 T,铝钢复合材料防护罩对被试引信具有更好的防护效果。