爆轰快速点火过程的数值仿真与实验研究

为了寻求一种火药装药床的快速点火方式,以满足工程应用对点火时间的需求,设计了爆轰快速点火实验装置并进行了爆轰点火的实验研究。同时结合实验装置的特殊结构,建立了爆轰点火过程的理论计算模型,应用4阶龙格—库塔法编程计算得出一典型装药结构下爆轰点火过程各物理参数的变化规律,主要为点火过程中实验装置内压力变化规律。通过计算结果与实验结果的对比分析,得出爆轰点火可以实现微秒级点火目标的结论,对爆轰快速点火技术在工程上的应用有一定参考价值。     

抗高过载装药结构爆轰点火内弹道两相流仿真

为了研究抗高过载装药结构下采用爆轰点火时火药颗粒的运动和燃烧情况,以及此种装药结构下的点传火特性,在试验研究的基础上,建立了抗高过载装药爆轰点火过程的轴对称二维两相流计算模型.通过编程计算求解了高装填密度下,点火过程中药床内各物性参数的变化情况,依据计算结果列出了部分典型时刻的压力分布图和固相空隙率分布图.通过对点火过...     

激光点火过程的二维数值模拟

分析了激光点火过程的机理，针对激光点火过程的二维“热点”效应建立了二维数学模型，利用有限差分法进行求解，模拟结果反映了激光点火的过程，并模拟了不同参数对点火延迟时间的影响。     

B炸药落锤撞击点火的数值模拟

采用用热力耦合方法,选择有限元软件ANSYS/LS_DYNA中带热效应的弹性-粘塑性材料模型,考虑炸药自身的反应放热,以生热速率模拟炸药发生的化学放热反应,研究了混合炸药在落锤撞击下的点火特性和热点形成规律。以Comp.B炸药为算例,建立了撞击感度的有限元模型。结果表明,该数值模拟法模拟炸药瞬态放热和炸药内部产生的急剧温升是可行的。随着上击柱速度的增大,Comp.B炸药内部的高温热点越易形成。当上击柱速度为5 m·s-1时热点温度增大,0.7 ms时形成接近或超过临界温度的热点并发生点火反应。计算结果为判断炸药撞击点火提供了理论依据。     

激光点火技术的发展

介绍了激光点火系统的主要构成及研究进展,对激光点火过程及药剂点火特性的各种数 值模拟方法进行了评述,对激光点火装置的应用进行了展望。     

炸药点火阈值测量

利用高压点火装置，对TNT与B炸药在不同预压力下的点火性能进行了研究，结果表明外界压力对炸药点火性能有一定影响，随着压力的增加，TNT和B炸药点火阈值有下降的趋势。     

短脉冲推冲器点火性能的实验研究

为了找出点火药量对短脉冲推冲器点火过程的影响规律及选择优化匹配的点火药量,选定B/KNO3和黑火药混合物作为点火药,采用模拟试验装置,测量得到不同点火药量情况下的压力-时间曲线.结果表明,随点火药量增大,点火延迟时间由1.48 ms降到1.06 ms,压力上升时间由0.37 ms降到0.16 ms,工作时间在1 ms左右变化.结果表明,增大点火药量可以降低点火延迟时间和压力上升时间.通过与性能目标值比较,选择80 mg点火药为较佳匹配.     

激光点火过程的ニ维模型及计算

以热机理为基础，建立了激光点火过程的二维非稳态热传导模型，模型中考虑了激光光能分布、反应物浓度、对流换热和热辐射等因素对点火过程的影响。采用交替方向隐式算法求解偏微分方程。并以Mg/NaN03药剂为研究对象，通过计算分析了激光脉宽、光束半径、材料热传导系数、浓度吸收等因素对点火的影响。结果表明：入射功率、脉宽、光束半径是影响含能材料点火特性的主要因素；点火时间较短时，热传导系数的变化对点火影响较小，吸收系数的变化对点火影响较大。     

水下爆炸冲击波毁伤鱼雷壳体结构的数值仿真研究

运用ANSYS／LS-DYNA程序对鱼雷壳体结构在近场水下爆炸冲击波作用下的毁伤过程进行了数值仿真,研究了鱼雷壳体的毁伤规律,分析了鱼雷内部构件的存在对于鱼雷壳体毁伤的影响,研究了鱼雷不同舱室壳体的易损性。仿真结果表明：在近场水下爆炸冲击波作用下,鱼雷壳体的毁伤具有局部性特点;内部构件对于鱼雷壳体的动态响应有显著影响,在仿真时必须考虑内部构件;鱼雷不同舱室壳体的易损性有较大差别,对于文中的鱼雷而言,在同样的冲击载荷作用下,鱼雷控制舱壳体的塑性变形较大,而后舱壳体更易产生等效应变。     

RDX激光点火特性数值分析

用数值模拟分析计算了黑索今(RDX)的激光点火过程。结果表明,RDX经加热、熔化、分解、蒸发,反应物进入气相后,随反应物的积累,温度和气相反应速率的增加,气相被点着。讨论了环境压力和激光功率密度对点火延迟时间和临界点火距离的影响,计算所得的点火延迟时间与文献报道的研究结果一致。     

激光多点点火二维两相流数值模拟

激光点火技术是一种新型点传火技术,为了研究激光多点点火对膛内压力波动、燃烧稳定性等的影响进行了数值模拟。以某短身管30 mm火炮激光点火过程为研究对象,建立了二维两相流数学物理模型,采用MacCormack两步预估校正差分格式及运动控制体运动边界处理方法实现数值计算。数值计算结果与实验有较好的一致性,对激光点火系统设计具有参考意义。     

炸药冲塞点火的数值模拟

为研究和评价炸药在机械撞击作用下的安全性,采用节点约束-分离的数值计算方法,联合热弹塑性材料本构方程和化学动力学方程,对PBX-2炸药的冲塞点火过程进行了数值模拟。探讨了网格尺寸对炸药冲塞温升的影响,获得了炸药冲塞过程中的力学破坏物理图像和局部温度时间曲线,计算得到了PBX-2炸药冲塞点火的临界跌落撞击速度。结果与实验值吻合较好,表明该方法可以有效地描述炸药冲塞破坏和热-力-化耦合作用下的点火反应。     

一种两相流点火模型及数值模拟

底排点火具对底排药剂点火的不一致性是引起底部排气弹射程散布的重要因素之一。为了研究导致点火不一致性的因素和揭示点火机理,分析了某155 mm底部排气弹出膛口后点火具对底排药柱二次点火的过程和特点。基于气体—颗粒两相射流理论,提出了一种两相流强化点火模型。该模型综合考虑了纯燃气与两相射流耦合过程,以及固体—气体或液体—气体两相流对固体底排药的热辐射、热对流和热传导复合传热机制。针对底排装置出膛口后的二次点火过程进行了数值模拟,计算得到了底排药剂软化时间和点火延迟时间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。该模型对固体火药类似点火过程具有普适性。     

破片撞击损伤装药点火数值模拟

为了研究冲击波和破片撞击复合作用下装药点火机理,采用先冲击波损伤装药、后破片撞击已损伤装药的实验方法,获得受冲击装药点火对应的破片临界撞击速度为446.9～449.4 m·s~(-1)。采用LS?DYNA程序,基于节点约束?分离法对装药冲击波损伤进行数值模拟,而后用完全重启动方法对冲击损伤装药在破片撞击下的点火反应过程进行二次模拟,通过"升?降"法得到受冲击损伤装药点火对应的破片临界撞击速度为452～453 m·s~(-1),实验和数值模拟结果吻合较好。结果表明,可采用节点约束?分离方法和完全重启动数值模拟技术进行冲击波和破片复合作用下装药点火数值模拟;受冲击波损伤装药的破片撞击点火临界速度明显要低于未损伤装药,装药受损伤状态对破片撞击感度起到了敏化作用,从而降低了破片撞击点火的临界速度。     

平面波透镜实验与数值模拟

利用高速转镜相机扫描照相技术测试了平面波透镜的输出波形,应用三维非线性有限元流体动力学程序ANSYS/LS-DYNA对实验进行了数值模拟,计算获得平面波透镜中爆轰波传播的物理图像及输出波形,计算结果与实验结果基本相符。     

机库内爆炸效应的数值模拟研究

利用自编程序MMIC3D建立了机库的三维数值模型,采用三维Youngs界面技术对战斗部侵彻机库后发生爆炸情况下的流场分布进行了三维数值模拟。采用后处理软件Visc3D分析了冲击波在机库内的分布情况,在与实验结果对比的基础上,给出了不同关键点的压力曲线和一些规律性的仿真结果,并且通过计算结果的动画处理,清晰地看到战斗部在机库内部爆炸后所形成冲击波的传播规律。这些结果与规律基本符合物理现象和理论分析,对爆炸场近、远场的物理过程及其效应有了深刻的认识和理解,这对于如何高效毁伤机库内的飞机、人员以及相关设施具有重要的参考价值。     

RDX炸药热烤(Cook-off)实验及数值模拟

对一种改性的RDX炸药进行了热烤实验。应用热传导理论对实验中炸药的热作用过程进行了分析,并通过软件PHOENICS3．3对RDX在热烤过程中的热响应情况进行了模拟。结果表明,在环境温度较低时,RDX受热发生分解,所放出的热量可以及时地散失到环境中,从而不发生爆炸。环境温度较高时,药柱的边沿受热形成局部高温,导致热点火,使药剂发生爆炸。