PVDF传感器水中爆炸压力测量研究

采用以聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)压电薄膜为敏感元件制成的传感器,在试验水池中进行小药量的水中爆炸试验.对测试系统的频响进行了估算,分析了比例距离和系统频响对测量结果的影响.试验采取一字排开多点布设传感器和不同距离起爆的方式.结果表明:PVDF传感器在5 gTNT炸药水池爆炸压力测量中,得到了冲击波及气泡脉动压力曲线,波形一致性较好,该传感器可以用于水中爆炸压力信号的测量;比例距离为8.78～12.28 m/kg1/3时,峰值压力衰减较快;比例距离为12.28～ 19.39 m/kg1/3时,峰值压力衰减速率明显减缓;测量系统的频率响应主要影响测量峰值的大小,改变波形的时间常数.当采集仪器采样频率低于一定范围时,无法采集到完整的数据.     

有氧化剂(AP)含铝炸药水中爆炸数值模拟

为了实现含有氧化剂AP的含铝炸药(下称PBX—3炸药)的水中爆炸参数的预估,利用Φ50 mm圆筒试验确定了PBX—3炸药爆轰产物JWL状态方程参数;并在此基础上开展了PBX—3炸药水中爆炸数值模拟,计算得到了冲击波峰值压力、比冲击波能和气泡脉动周期,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,基于圆筒试验确定的爆轰产物JWL状态方程参数,可以准确计算有氧化剂含铝炸药的水中爆炸参数,对于该类炸药的能量评估有一定参考价值。     

有限空间中温压炸药后燃烧效应的试验研究

为研究温压炸药在有限空间爆炸后燃烧过程的特征和规律,利用密闭爆炸罐模拟有限空间,测量了1种温压炸药和2种传统高爆炸药爆炸场压力、温度,分析了后燃烧效应对爆炸场压力、温度的影响。结果表明,温压炸药后燃烧效应可以增加冲击波后时间段的比冲量;温压炸药后燃烧效应能明显提升爆炸产物温度,使爆炸产物长时间保持在一个较高的温度水平;由比冲量、响应温度峰值以及温度曲线积分值比较结果可得,试验所测温压炸药后燃烧效应强于TNT和钝化太安。     

水下爆炸气泡运动的参数计算

炸药在水下爆炸时,爆轰产物在高温高压下以气泡的形式迅速膨胀,并在浮出水面前进行数次脉动.气泡脉动时虽然压力较爆轰波要小得多,但是由于作用时间长,由此而产生的冲量也比较大,这将对水下结构物的破坏也起着很大的作用.给出了气泡运动规律、最大直径与达到最大半径的时间、气泡的脉动周期、气泡的能量等参数的计算公式,并对气泡运动过程中的变形与喷射进行了阐述与分析.     

含铝炸药水下爆炸特性研究

对1kg柱形某含铝炸药进行了水下5m的水池爆炸实验,并基于AUTODYN软件模拟了含铝炸药水下爆炸冲击波与气泡脉动规律,研究了非理想爆轰对冲击波与气泡特性的影响.模拟研究表明,Miller能量释放模型能够准确地反映含铝炸药的非理想爆轰过程,可准确模拟出冲击波后期压力值、气泡二次压力以及气泡的周期与半径,计算值与实验值具有较好的一致性.以此为基础研究了装药参数及起爆方式对近场冲击波压力峰值的影响,有限元模型、方法以及计算结果对相关研究和计算具有一定的参考价值.     

爆压对炸药近场水中爆炸冲击波能的影响

为了研究爆轰压力对炸药近场水中爆炸冲击波能的影响,根据爆轰理论计算得到了不同爆压的太安炸药的JWL状态方程参数,在此基础上针对不同爆压太安炸药开展了水中爆炸数值模拟,得到了不同爆压的近场冲击波能。结果表明:爆压的变化对近场冲击波能具有显著影响,爆压太高或太低都不利于在近场形成较高的冲击波能;存在"合适的爆压",使得炸药水中爆炸近场的冲击波能较高。对于太安炸药而言,该"合适的爆压"不是一个爆压值,而是一个爆压范围,即9~13 GPa。研究结果对于反鱼雷鱼雷用炸药的配方设计具有一定参考价值。     

水下爆炸作用下船体梁整体运动简化理论模型

针对水下爆炸作用下舰船整体运动响应的理论预报问题,将船体结构简化为等截面直梁,以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象,将爆炸载荷压力曲线划分为五个典型阶段.结合平板边界条件下的冲击波和气泡载荷压力分布函数,建立了冲击波和气泡联合作用下船体梁整体运动响应的简化理论计算模型,并利用船体梁模型试验对该方法进行了验证.结果表明:所建立的水下爆炸作用下船体梁整体运动响应理论模型具有一定的合理性,能够反映船体梁整体运动过程及响应幅值.     

锰铜压力传感器在水下爆炸近场压力测量中的应用

为得到柱状炸药水中爆炸冲击波在几百MPa到几个GPa峰压范围内的压力峰值分布,同时弥补其它类型传感器在上述范围内量程不足、精度不够或实验成本过高的不足,在对比距离小于0.3的范围内利用大阻值(R=50 Ω)锰铜压力传感器,测量了不同距离及装药量下的冲击波峰值压力. 结果表明,该型锰铜压力传感器测得的峰值压力与经验公式的计算结果接近,且测量精度、抗干扰能力达到设计要求,能够运用于水下爆炸近场冲击波压力几百MPa到几个GPa范围内的测量.     

水下爆炸的一些声学特性分析

为了验证水下爆炸所产生的声信号能否作为一种干扰源并用于鱼雷的水声干扰对抗,进行了高能炸药装药的水下爆炸试验及其测试.根据测试数据曲线分析了冲击波的传播和衰减、气泡脉动、持续时间、声压级以及功率谱.结果表明,水下爆炸作为一种强水声干扰源,可在反鱼雷干扰对抗中发挥重要作用.     

基于新型轴对称无网格方法的水下爆炸冲击波和气泡运动数值模拟

采用无网格光滑粒子流体动力学（smooth particle hydrodynamics,SPH）方法,结合粒子体积自适应技术（volume adaptive scheme, VAS）构建高精度、高效率的新型轴对称SPH模型,实现水下爆炸冲击波和气泡运动模拟。在冲击波传播阶段,通过与经验公式及文献理论值对比,验证了该轴对称SPH模型的精度。针对气泡脉动模拟,选取典型的双气泡耦合问题,分析气泡形态和压力载荷的力学特性,讨论了两气泡之间的距离参数对气泡相互作用过程的影响。结果表明,该新型轴对称SPH模型可实现水下爆炸过程压力载荷和气泡形态演化的精确预报。     

几种炸药水下爆炸能量损失特性分析

针对炸药水中爆炸能量损失特性,通过水下爆炸试验,测定了TNT,RS211,RBUL,GUHL,RS3-4等水下爆炸时的超压、冲击波能、气泡能等冲击波性能参数. 对试验结果进行相似分析,得到了超压以及冲击波能的衰减规律,同时分析了装药的水下爆炸的能量输出结构及其能量损失特性. 结果表明,RS211和RS3-4具有较高冲击波超压峰值,而RBUL、GUHL衰减较为缓慢,RBUL、GUHL水下爆炸能量可到达约1.8倍TNT当量. 5 kg炸药水下爆炸时,在0～3 m处,总能量损失Δe_d呈现抛物线形式的增长;在3 m之后呈现线性增长;5 m之后为理想冲击波状态.      

近自由面水下爆炸气泡与破损结构耦合作用机理研究

近自由面水下爆炸气泡的动态特性非常复杂,研究其与破损结构的耦合作用机理对于发挥武器的二次攻击毁伤能力具有重要的意义. 基于耦合欧拉-拉格朗日方法,建立了近自由面水下爆炸模型,讨论了（不）完整直角结构近自由面水下爆炸过程中气泡的动态特性,揭示了近自由面水下爆炸气泡与破损结构耦合作用机理. 首先建立近自由面水下爆炸模型,将气泡形态、最大半径、周期等仿真结果与实验数据对比,验证数值模型及计算方法的有效性. 探究了完整和破损结构的存在对近自由面水下爆炸气泡动态特性的影响,发现结构与自由面的共同作用使得气泡出现射流偏折、水冢一侧凹陷和气泡破碎等现象. 结果显示破口尺寸参数γ在0.070~0.085区间内,气泡在结构一侧将形成倾斜射流,破口尺寸的增大对射流的头部宽度、头部速度和倾斜角度呈现明显的正向影响.      

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

水下爆炸船体结构壁压信号时频特征分析

为了研究水下爆炸条件下船体结构壁压信号时频特征,基于某船体结构模型水下爆炸实验壁压数据,利用小波变换良好的时频局部化性质,对壁压信号进行时频特征分析,得到壁压信号在不同频带上的压力时程曲线和能量分布.结果表明,利用小波变换可以方便地获得壁压信号强度、频率和持续时间等时频细节信息.能量统计表明,壁压信号频带分布很广,超过80%的能量主要集中在20kHz以下,5kHz以下频带能量最大.     

基于VOF法的近自由面水下爆炸气泡运动数值模拟

对于近水面水下爆炸气泡的运动特性,在结合SOLA算法差分格式,利用投影算法对气泡的控制方程进行数值求解的基础上,基于VOF法进行了数值模拟,并利用MSC.DYTRAN软件进行仿真分析,通过对两者的分析结果对比研究. 结果表明,基于结合SOLA算法差分格式的投影算法,利用VOF法可对水下爆炸气泡各时刻的运动界面进行较精确的捕捉和重构,从而实现精确追踪水下爆炸气泡脉动全物理过程的运动界面. 同时,也研究了距离参数对气泡坍塌、射流及环状气泡的影响,掌握了距离参数对近水面水下爆炸气泡运动特性的影响.      

组合帷幕阻波帘对水下冲击波的防护特性分析

帷幕阻波帘对水下冲击波具有衰减作用，有利于水下建筑物保护，防止生态环境恶化，维持原始水域生态平衡，因此应用帷幕阻波帘减弱冲击波的破坏作用具有重要的现实意义。针对水下爆破高能量冲击波和反复形成的气泡脉动现象，设计了气泡帷幕与气泡膜帆布帘分段防护组合式帷幕阻波帘。首先应用Zamyshlyayev经验解析方法计算气泡帷幕对冲击波的压力衰减过程,在此基础上采用ANSYS LS-DYNA模块，模拟分析最优阻波帘设计方案。通过在水下4米使用300克乳化炸药作为爆源，距试验药包半径3m布置水击波测点及半径9m处布置鱼类网箱进行测试，试验结果表明，冲击波综合衰减率为97.72%～98.29%，满足了对水下冲击波防护特性的要求,验证了组合帷幕阻波帘设计的合理性。     

爆炸水幕高度变化规律实验研究

为研究小当量装药近水面水下爆炸时水幕高度的变化规律,进行了0.6g RDX等高圆柱形装药在14个起爆深度的水下爆炸实验.采用两台同步高速录像机分别记录水幕运动和气泡脉动的图像,通过进一步的数据处理,获得水幕高度随起爆深度和时间的变化规律.对实验数据进行量纲一化处理,并采用二元多项式拟合的方法,获得了量纲一化水幕高度的工程计算模型.该模型计算结果与1kg RDX装药海上实验结果进行对比,所得误差均小于5%.研究结果表明,所获得的量纲一化水幕高度工程计算模型比Swisdak计算公式更具有通用性,适合小当量装药近水面水下爆炸时水幕高度的工程计算.