Experiments and Numerical Simulation of Small-scale Slapper Driven by Electrical Explosion

Based on the low inductance technology and parallel-plate transmission principle, an experimental apparatus of small-scale slapper initiating primary high explosives driven by electrical explosion is designed and established. The prob- lem of instantaneously and continuously measuring the velocity of the small-scale slapper is successfully solved by using the technique of laser interference. Compared with the results published on the literatures at home and abroad, data of the experimental and the numerical simulation shown in this paper are more proper to reflect the physical process of electrical explosion driving slapper. One-dimensional numerical simulation of electrical explosion driving slapper is done using the hydrodynamic code. The experimental results are consistent with the computed ones by introducing a power correction factor. In the end, the introduced power correction factor is discussed.     

激光烧蚀对石英/氰酸酯透波复合材料电性能的影响

研究激光烧蚀对石英/氰酸酯复合材料电性能的影响并揭示其影响机制,对极度恶劣热环境条件下石英/氰酸酯复合材料透波性能评估分析、热防护设计等具有重要意义。利用激光作为外热流加载手段,对石英/氰酸酯复合材料进行激光辐照烧蚀实验,对实验前后的介电常数进行了测试。为分析介电常数变化机制,对石英/氰酸酯复合材料激光烧蚀前后的表面产物进行了透射红外光谱、XRD测试,对实验后的石英/氰酸酯复合材料表面进行微观形貌观察,并对氰酸酯和石英纤维进行了热失重测试。结果表明：与初始状态相比,激光烧蚀后的石英/氰酸酯复合材料在7~18 GHz范围内的介电常数为6左右,增大近1倍。分析认为激光烧蚀对石英/氰酸酯复合材料电性能的影响机制为：在激光辐照作用下,材料吸收激光能量升温,使氰酸酯树脂基体发生热分解、裂解等变化,在表面原位生成具有导电能力和岛链状态的炭黑物质,致使发生烧蚀炭化石英/氰酸酯复合材料的介电常数增大,将增强对雷达波的吸收。同时烧蚀形成的粗糙表面状态和疏松状态对电磁波的反射、散射作用增强,可进一步削弱石英/氰酸酯复合材料的雷达波透射能。     

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。     

中低密度材料飞片超高速撞击铝防护结构实验研究

空间碎片相对于在轨航天器具有10 km/ s 左右的平均撞击速度,且处于低轨道90% 数量的空间碎片密度属于中低密度材料,针对空间碎片撞击速度及材料密度的特点,采用电炮、磁驱动超高速飞片发射技术,开展了14 km/ s 速度低密度材料( Mylar) 和近9 km/ s 速度中密度材料(2A12 铝)超高速撞击单/ 双层铝防护结构的实验研究,得到了低密度材料飞片对2A12 铝单/ 双层防护结构撞击损伤实验结果,以及中密度材料飞片超高速撞击形成碎片云对舱壁的损伤结果。结果分析表明:14 km/ s 速度的低密度材料飞片撞击2A12 铝材料形成的碎片云中无熔化成分,而近9 km/ s速度的中密度材料飞片撞击形成的碎片云以液态、甚至是气态为主;与单层防护结构相比,双层防护结构对14 km/ s 的低密度材料飞片有着更好的防护效果。     

激光辐照下旋转充压柱壳失效的数值模拟

建立了激光辐照下充压旋转柱壳热力学响应的物理模型和数值计算模型,求解了激光产生的非线性温度场。在此基础上,考虑塑性和屈服强度的温度相关性,求解了非线性的应力场,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件。通过计算发现,旋转充压柱壳在过光斑中心外表面圆周上有最大应力值这说明在过光斑中心的外表面环带区域将有可能最先发生破坏。激光辐照薄壁柱壳时有较高的温升其更容易发生破坏;旋转柱壳在过光斑中心圆周上应力分布随旋转频率增加而趋于均匀这是因为旋转频率增加激光辐照的环带区域温度分布更加均匀;在激光总能量相同条件下,小光斑辐照时易产生裂纹。     

表面气流环境下激光辐照碳纤维复合材料实验研究

以跨音速风洞为平台, 开展了表面亚音速气流环境下, 连续激光辐照碳纤维复合材料实验研究。研究表明, 无气流时, 喷出的热分解产物会降低激光能量透过率; 有气流时, 气流快速带走热分解产物, 并对基体分解后裸露的碳纤维材料进行冲刷和剥离, 加速了材料的烧蚀。表面亚音速气流的加载有利于激光对碳纤维复合材料的破坏, 且马赫数越大越有利; 在激光总能量不变的情况下, 适当降低激光功率密度, 延长激光作用时间, 有利于激光对碳纤维复合材料的破坏。     

ANBDF炸药的短脉冲起爆感度研究

采用喷射结晶法制备超细7-氨基-6-硝基苯并二氧化呋咱(ANBDF),利用金属箔电爆炸驱动飞片的加载技术,研究了ANBDF炸药的短脉冲冲击起爆性能.研究结果表明ANBDF炸药最小起爆能量为0.892J,50%起爆速度为3 064.7m/s,可以用于冲击片雷管始发装药.     

小型脉冲功率发生器放电电流波形的调节模式

为研究脉冲功率发生装置放电电流波形调节的问题,利用电路模拟软件OrCAD/PSPice研究了电流上升时间500ns、峰值约2MA的小型脉冲功率装置放电回路的4种放电电流波形调节模式即峰化电容器、可控放电、可控放电与单峰化电容器相结合、可控放电与双峰化电容器相结合。借助简单的流体动力学编码,比较了4种调节模式的效果,得到可控放电与双峰化电容器相结合的调节模式为最佳调节模式。研究结果为该实验技术的进一步发展提供了依据。     

激光对金属背面含能材料的点火阈值

实验研究了Nd:YAG激光束通过辐照薄金属片,而对其后紧贴的含能材料的点火阈值。分析了激光对含能材料点火的过程和机理,并讨论了激光光斑尺寸、激光入射角度对点火的影响。     

强激光束辐照下窗口材料热力效应数值模拟

基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程,研究了空心环形强激光束(波长1.315μm)辐照下白宝石窗口温度、变形和应力的分布规律;研究了空心矩形强激光束(波长3.8μm)辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律。采用三维有限元模型,数值模拟了强激光在窗口材料中产生的热和力学效应,为强激光窗口元件的选择以及热效应对光束质量影响的评估提供了参考。计算中,激光能量吸收采用体吸收,并考虑了光强分布的空间梯度以及光强在窗口内的衰减。