爆炸型烟幕弹遮蔽效能仿真研究

传统的烟幕仿真方法通常使用假定风场均匀稳定的高斯模型或者拉赫特曼扩散理论,这些方法忽略了实际大气边界层复杂多变的特点。为了解决这一问题,建立一个基于计算流体力学（CFD）方法的爆炸型烟幕弹遮蔽效能仿真模型。运用拉格朗日方法,基于在椭球体内均匀生成随机粒子的方法构建初始云团。分析烟剂燃烧放热对初始云团的热力效应,结合CFD方法和离散相模型对烟幕粒子的扩散进行模拟,得到烟幕质量浓度的时空分布。通过计算面密度得到烟幕对可见光的有效遮蔽区域。效能仿真结果与试验结果和拉赫特曼模式结果对比,证明了该模型的有效性,表明烟幕弹遮蔽效能仿真模型在爆炸型烟幕弹的前期扩散阶段较好地反映了烟幕形状及长度、高度的变化规律。     

高粘度液体爆炸分散实验研究

在无约束空间中.采用不同比药量(炸药量与装填液体之比)对不同粘度的高粘度液体进行了爆炸分散实验.讨论了液体粘度、比药量对爆炸分散后液体粒径分布的影响以及对初始云团半径的影响.实验结果表明,液体粘度和分散药量对爆炸分散后液体粒径大小的分布,以及初始云团半径的形成有显著的影响.粘度越大,爆炸分散后形成的颗粒平均直径越大,分散越不均匀,颗粒的形状越不规则;比药量越大,液体分散效果越好,初始云团形成的速度越快,且初始云团半径也越大.     

基于红外遮蔽的地面烟幕防空阵地部署模型研究

现代防空作战中,本着及时响应、快速反应、发挥烟幕最大遮蔽效能的原则,发烟装备必须实现预先阵地配置。将解析几何分析和数值分析算法应用于阵地部署模型的研究：基于三维战场空间和烟幕需求,通过解析几何分析构建了垂直烟幕空间尺度计算模型;基于烟幕扩散模式——高斯烟羽模式,应用数学推导、牛顿下山法构建了单点施放垂直烟幕计算模型。以单点施放烟幕为构成单元,以空间烟幕需求为最终标准,综合建立了多点施放垂直烟幕计算模型,即防御红外制导武器的地面发烟装备阵地部署模型。结合试验对比分析表明：模型计算结果与试验数据一致性较好,构建的模型是合理可行的。     

不同水深爆炸气泡运动特性仿真

为了研究不同水深对水下爆炸气泡运动特性的影响,采用有限元软件LS-DYNA建立了典型装药在不同水深下爆炸的仿真模型,计算并给出了不同水深条件下的爆炸气泡半径的时间历程曲线和压力场参数,并与经验值进行了比较,表明了有限元模型的正确性.通过对爆炸气泡的最大半径、脉动周期及压力场的对比分析,得出了不同水深压力对爆炸气泡脉动的影响规律,仿真结果表明,对于相同的装药,最大爆炸气泡半径和脉动周期都随水深增加而变小;爆炸场中气泡上部的压力最大,侧面次之,下部最小.本文的研究结果可以为水中兵器战斗部毁伤威力的评定提供参考.     

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。     

深水爆炸二次压力波超压峰值的工程模型

研究水下爆炸深度对二次压力波传播的影响和深水爆炸二次压力波超压峰值的定量计算方法,具有重要的工程应用价值。基于AUTODYN软件建立球形TNT装药深水爆炸的数值仿真模型,利用模拟深水爆炸罐试验数据进行了模型校验,计算与试验结果的吻合度和一致性良好。在此基础上,进行30 g球形TNT装药在5～8 000 m水深范围内爆炸共18个工况的计算,每个工况提取5个爆距的二次压力波超压峰值,共得到90个仿真数据结果。仿真数据与分析结果表明：深水爆炸二次压力波超压峰值符合爆炸相似律;深水爆炸二次压力波超压峰值随水深的增加单调连续增大,增大比率随水深的增加不断减小。通过进一步数据分析与处理,得到基于爆炸相似律结合水深修正的计算深水爆炸二次压力波超压峰值的工程模型,该模型具有重要的工程实用性和通用扩展性。     

拔销器作用过程的仿真研究

针对活塞式拔销器,建立了其内弹道模型,利用MATLAB软件数值模拟了装置整体作用过程,并与试验结果进行对比。结果表明内弹道模型仿真结果和试验结果基本一致,均可反映活塞式拔销器的运动特性。采用仿真模型分析各参数变化对拔销器性能的影响。结果表明活塞质量对拔销器运动的峰值速度影响最大,装药量、火药力和初始容积对峰值压力影响较大。     

内弹道分散颗粒模型及数值计算

介绍了一种新型的内弹道两相流模型－分散颗粒模型。用欧拉法描述火药燃气流场，用拉格朗日法描述火药颗粒，分别跟踪所有的火药颗粒，考虑它们在流场中位置、速度、质量的变化，两相之间各种参量的耦合反映在各守恒方程的源项中。采用单元内颗粒源法对该模型进行了数值计算，成功地预测了膛内流场的细节和火药颗粒的运动规律。     

CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟（英）

为了研究含铝粉与不含铝粉的六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基高聚物粘结炸药（PBXs）的水下爆炸过程,制备了含铝量分别为0和15%的两种炸药,设计了一个水下爆炸实验装置,得到了炸药的冲击波压力历程、气泡周期和气泡脉动图。计算了两种炸药的冲击波能量、气泡能量和水下爆炸总能量。采用AUTODYN软件模拟了水下爆炸过程。结果表明,当铝含量从0增大到15%时,水下爆炸总能量由1.4倍TNT当量增加到1.7倍TNT当量。气泡脉动过程中,时间从49.5 ms到49.8 ms时,含铝炸药气泡内产生火光。含铝炸药与非含铝炸药超压分别为15.16 MPa与15.51 MPa,气泡二次压力分别为2.25 MPa与2.35 MPa,气泡周期分别为50.20 ms与46.76 ms,气泡最大半径分别为67.87 cm与60.27 cm;仿真得到含铝炸药与非含铝炸药参数超压分别为14.90 MPa与15.14 MPa,气泡二次压力分别为2.16 MPa与2.27 MPa,气泡周期分别为49.32 ms与45.90 ms,气泡最大半径分别为66.32 cm与58.89 cm。实验与仿真结果吻合良好。     

不同初始压力下氟利昂-空气混合气体爆炸反应参数的数值计算

为研究氟利昂-空气混合气体的爆炸特征,本文采用基于体系达到化学平衡,其自由能最小原理的数值计算方法,计算了不同氟利昂含量的氟利昂．空气混合气体在不同初始压力下的反应温度和压力。结果表明,氟利昂-空气混合气体的反应温度和压力,随着初始压力的升高而增大,在初始压力一定时,氟利昂含量为20％的混合气体反应温度和压力最大。     

爆炸冲击过载对随进子弹影响的仿真与分析

采用非线性动力分析软件Autodyn对装有随进子弹攻坚战斗部的飞行及爆炸过程进行了仿真计算,模拟了攻坚战斗部从着靶爆炸到子弹随进的初期过程,并着重对战斗部爆炸后产生的过载对随进子弹的飞行速度、飞行姿态、结构强度等状态的影响进行了仿真计算。得到了关于随进子弹在受过载作用前后的状态数据,并将仿真结果与某型号研制试验结果进行了比对分析。     

圆柱形预制破片爆炸驱动仿真研究

为获得更精确的预制破片初速计算模型及破片变形与内衬层破裂半径对初速的影响规律,进行一种圆柱形预制破片爆炸驱动仿真研究。通过分析预制破片战斗部的爆炸驱动过程,建立考虑内衬层破裂半径及破片变形量的预制破片理论初速计算模型,利用非线性动力学分析软件AUTODYN,采用Johnson-Cook本构模型和流固耦合算法,对圆柱形预制破片的爆炸驱动进行了仿真研究。仿真结果表明：随着内衬层厚度的增加,内衬层破裂半径增大,圆柱形预制破片的变形量减少。钢制破片及修正后的钨合金破片的理论初速与仿真结果吻合较好,验证了计算模型的正确性。该研究结果对预制破片战斗部的设计具有一定的参考意义。     

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。     

受限空间内新型抑爆装置爆炸抛撒水雾形成过程的研究

讨论的抑爆装置是以爆炸抛撒为原理。在发生火灾或爆炸事故的场所,利用抑制装置内炸药的爆炸作用力,瞬时将抑爆剂抛撒出来,快速形成水雾来封闭整个火焰传播通道,达到衰减压力或抑制火焰传播的目的。该装置与传统的连续喷射水雾系统比较,具有水雾形成速度快,形成水雾体积大的特点。着重分析爆炸抛撒水雾的形成过程。为此,借助计算流体力学商业软件FLUENT,采取两相流理论中的Euler-Euler法（颗粒相拟流体模型）数值模拟了受限空间内,爆炸作用力下水被抛撒、水雾形成和扩散过程。讨论了两种布置方式下水雾的运动状态,给出永雾浓度随时间和空间的发展过程,为进一步提高该装置的抑爆效果提供理论指导。     

水下爆炸实验法在工业炸药JWL状态方程测定中的应用研究

为了方便可靠地测定工业炸药爆轰产物的JWL状态方程,基于压导式连续电阻丝探针设计柱形装药的水下爆炸斜冲击波测量系统,对工业改性铵油炸药(ANFO)进行3组水下爆炸实验,获得其爆轰波-冲击波时程曲线;通过对二维定常流场柱形装药水下爆炸的分析,得到斜冲击波阵面的轨迹,并求解出炸药的爆压、绝热指数、水气界面夹角等参数。以水中斜冲击波阵面和水气界面夹角的实验和模拟结果作为比较对象,通过调整Autodyn有限元分析程序中的JWL方程参数,最终测定出ANFO的JWL状态方程参数。模拟结果与实验结果一致性好,其中斜冲击波波阵面的误差均小于±5%,水气界面夹角的误差在±3%以内,表明所述水下爆炸实验对于大尺度工业炸药的JWL方程参数测定合理可靠。     

湍流对铝粉爆炸特性的影响

基于流体力学计算理论,对20 L球形密闭容器内铝粉扩散和爆炸过程进行了数值模拟。通过改变点火延迟时间和粉尘浓度,研究了湍流对不同浓度铝粉爆炸特性的影响。研究结果表明：点火延迟时间对铝粉爆炸的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率影响较大,且存在最佳点火延迟时间,此时最大爆炸压力取最大;随着容器内铝粉浓度的增大,最佳点火时间先增大后保持不变,故单一的点火延迟时间并不能真正地反映不同浓度粉尘的爆炸威力;湍流强度和粉尘云分布对最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率都存在影响,粉尘云分布的均匀程度对最大爆炸压力的影响要强于湍流强度;湍流强度对最大爆炸压力上升速率的影响要强于粉尘云的分布。     

主动围压和爆炸加载作用下岩石动态响应研究

为了研究爆炸冲击下深部岩石的破碎过程,建立主动围压约束及中心孔爆炸加载实验装置,利用动态测试技术、高速摄像和数字图像相关方法,得到动静组合加载下岩石内部的应变场和表面裂纹扩展过程。基于Johnson-Holmquist本构模型,对不同围压下岩石爆炸动态响应进行了模拟研究。对比结果发现：围压在圆柱试件环向形成压缩预应力,减弱了爆炸柱面波产生的环向拉伸破坏,破碎区半径、裂纹数目和裂纹几何尺寸随着围压的增大显著减小;距离炮孔越远,爆炸应力波强度降低、围压对裂纹的止裂作用逐渐增强。结合弹性力学和柱面弹性波理论对动静加载下应力场的变化进行分析发现,围压产生的环向压缩应力减小了爆炸形成的拉伸破坏,这一结论与实验结果相同。数值模拟结果表明：von Mises应力场随围压的升高而增强,而环向拉伸破坏随围压的升高而减弱,不同围压下的破碎半径和裂纹形态与实验结果基本一致。     

发烟弹扩爆过程及其扩散影响因素分析

通过发烟弹扩爆和烟幕在大气中扩散两个过程的分析，就影响发烟弹烟幕形成及其浓度分布的主要因素进行了探讨，提出了发烟弹扩爆后烟云形成时初始参数及相关气象条件的估算方法，分析结论为烟幕浓度的估算提供了理论依据。