铜丝在不同介质中电爆炸放电规律研究

为了研究金属导体在不同介质中的电爆炸机理及放电规律,进行了不同起爆电压作用下,铜丝在水和空气两种介质中的电爆炸实验.采用罗果夫斯基线圈和高压探头分别测量了铜丝电爆炸过程的爆发电流及电压,获得了铜丝电爆炸的电性能参数.分析了起爆电压及放电介质等因素对铜丝电爆炸性能的影响规律.结果表明,相同起爆电压作用下,铜丝水中电爆炸的爆发时间滞后于空气中的爆发时间,水中电爆炸的能量沉积率高于空气中,且当起爆电压较低时铜丝在水中电爆炸较难发生二次放电.     

阵列桥箔电爆炸过程数值模拟

为提高金属桥箔电爆炸的能量利用效率,增加桥箔电爆炸等离子体作用范围,设计了金属阵列桥箔结构,采用有限元流体动力学方法对金属阵列桥箔电爆炸过程进行了数值模拟.利用相变分数和考虑电离度、粒子数目变化及粒子间库仑作用的等离子体状态方程,实现了金属导体在脉冲大电流作用下电爆炸产生等离子体及冲击波的数值模拟计算.对比分析了阵列桥箔在有加速膛通道和无加速膛自由场两种情况下的电爆炸等离子体流场特征及演化规律.计算结果表明,两种情况下等离子体束在叠加汇聚区压力较高,在无加速膛自由场中电爆炸初始冲击波速度和等离子体射流传播速度都较高;在有加速膛情况下,由于气体粘性作用,管壁附近存在一个高压低速边界层,加速膛通道内冲击结构较为复杂.     

金属桥箔电爆炸冲击波特性研究

为研究金属桥箔电爆炸冲击波流场特征,根据冲击波运动自相似性,采用点爆炸模型描述了金属桥箔电爆炸冲击波的流场演化,建立了金属桥箔电爆炸后冲击波波阵面参数的理论计算方法. 给出了冲击波速度、压力、传播距离和粒子速度随时间的变化规律,将计算得到的冲击波传播距离和速度与实验结果进行了对比分析,计算结果与实验结果相符合.     

金属桥箔电爆炸驱动飞片过程数值模拟研究

为研究金属桥箔电爆炸等离子体驱动飞片全过程中飞片的性能特征和影响规律,建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片全过程的多相流数值计算模型,并进行了数值模拟计算.计算中,利用了相变分数描述金属桥箔由固相到等离子体相的相态转变,采用了考虑粒子数目变化及粒子间库仑作用的高温高压等离子体状态方程描述电爆炸等离子体的形成和运动行为,采用了动网格模型描述飞片的运动.将计算结果与实验结果进行对比分析,计算得到的飞片速度值与实验值的误差小于5%,表明计算模型的准确性较好.基于该计算模型,对总面积相同的双体阵列桥箔和单体桥箔电爆炸等离子体驱动飞片过程进行了数值模拟,计算结果表明,由于阵列桥箔电爆炸过程中等离子体和冲击波的叠加汇聚作用,提高了能量转化效率,使得等离子体及冲击波流场对飞片的驱动力增加,从而提高了飞片的速度.等离子体流场对飞片表面的烧蚀厚度约为0.1μm,飞片的完整性较好.     

飞秒激光烧蚀炸药的冲击压力数值模拟

飞秒激光能够在极短时间内烧蚀炸药产生高温高压等离子体,飞秒激光烧蚀炸药技术可用于精密加工炸药元件和安全处理废旧弹药.为深入探讨飞秒激光烧蚀炸药作用规律,采用非线性有限元计算方法,建立了飞秒激光烧蚀炸药过程的起爆计算模型,对飞秒激光烧蚀LX-17和LX-10两种炸药过程进行了数值模拟计算,获得了不同飞秒激光能量作用下等离子体和炸药中的压力分布规律.计算结果表明,在飞秒激光烧蚀炸药的过程中,烧蚀产物等离子体和激光作用区外附近炸药的初始压力较高,但是由于激光烧蚀区域极小,炸药内冲击波压力迅速衰减,没有发生起爆现象.      

纳秒强激光烧蚀铝靶的数值模拟研究

为研究强激光对金属表面的破坏效应,文中利用热传导理论和相变的等效温度处理方法,建立了激光烧蚀金属过程的二维计算模型,并利用有限元分析方法对纳秒单脉冲强激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光辐照下铝靶烧蚀形状和温度场分布特征. 结果表明,在激光单脉冲能量一定的情况下,脉宽越长,烧蚀形状愈加细长;大光斑的烧蚀半径要小于光斑尺寸,且光斑增大到一定程度后烧蚀半径因功率密度下降而减小.     

金属桥箔爆发规律的数值计算

为研究金属桥箔的桥区尺寸和厚度对其爆发性能的影响,通过实验测试了不同尺寸金属桥箔的爆发电流和爆发电压曲线. 实验结果表明,随着金属桥箔桥区尺寸和厚度减小,金属桥箔的爆发电流减小,爆发时间提前. 利用FIRESET动态电阻模型计算了不同桥区尺寸和厚度的金属桥箔的爆发电流和爆发电压曲线,计算结果与实验数据基本吻合,验证了模型的准确性和测试结果的有效性. 对实验和计算结果分析可知,减小桥箔尺寸和厚度有利于减小其爆发电流,桥箔尺寸和厚度变化与爆发点变化基本呈线性关系.      

双脉冲激光驱动飞片实验与理论计算

飞片速度是衡量激光驱动飞片起爆能力的重要指标,如何在有限的激光能量密度下提高飞片速度是需要研究的关键问题之一.本文进行了双脉冲激光驱动飞片实验,采用将激光分束再汇聚的方法,实现双脉冲激光驱动飞片过程;采用激光纹影高速照相法,观测了不同时刻下飞片的形态和位置,给出了飞片运动速度.推导了双脉冲激光驱动飞片速度的理论计算公式,计算了不同激光能量和脉冲间隔下飞片的速度.研究发现,在相同激光能量下,采用适当时间间隔的双脉冲激光,可以提高飞片对激光的能量吸收率,从而提高飞片速度.     

固体火箭发动机撞击点火数值模拟计算

装填高能复合推进剂的固体发动机,在跌落和撞击等情况下可能发生燃烧或爆炸. 为了对发动机低速撞击下的安全性进行评价,建立了发动机撞击靶板点火计算模型,采用热力耦合算法实现机械能和热能之间的转化,采用Arrhenius方程描述推进剂自热反应过程. 对直径为200 mm和480 mm发动机撞击靶板过程进行数值模拟计算,获得了与火箭橇实验结果一致的速度阈值范围. 结果表明计算模型能较好描述发动机撞击点火过程. 计算结果表明,装药量大的发动机撞击后更容易发生点火,发动机撞击点火速度阈值与装药量的对数成线性关系.     

钕铁硼强磁性材料的冲击加载实验和数值模拟研究

为了研究钕铁硼(Nd2Fe14B)强磁体在冲击加载作用下的动态力学性能,建立了炸药爆炸平面波冲击加载实验装置,进行了冲击加载实验.采用锰铜压阻测压技术测量了磁体中冲击波压力,获得了不同强度冲击波加载作用下磁体中冲击波压力.建立了Nd2Fe14B磁体冲击加载实验的计算模型,对炸药爆炸冲击加载磁体过程进行了数值模拟计算,计算结果与实验结果相吻合.分析了Nd2Fe14B磁体中冲击波传播规律,给出了Nd2Fe14B磁体中冲击波压力按指数规律衰减的计算公式.