铝质量分数对CL-20基炸药驱动筒壁能量输出结构影响

为探究铝粉质量分数对六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基炸药在爆炸驱动筒壁过程中能量输出结构的影响,考虑到筒壁及爆轰产物的轴向运动,基于微元法和爆轰产物状态方程建立了爆炸驱动过程中的能量输出模型. 设计了2种不同铝质量分数的CL-20基炸药（CA5、CA30）和对应的含氟化锂炸药（CF5、CF30）,开展直径50 mm的标准圆筒实验,应用光子多普勒测速仪记录圆筒壁膨胀速度. 计算结果表明:圆筒壁膨胀过程中,基体炸药质量分数由89%降至64%时,CL-20基含铝炸药和含氟化锂炸药驱动金属的能力降低;铝粉质量分数由5%增加到30%时,膨胀结束时刻的内能随之增加;不同氟化锂质量分数的CL-20基炸药能量转化率在93%左右,该值均高于对应的含铝炸药.      

基于爆轰产物膨胀驱动金属加速能力的评定方法

研究炸药爆轰驱动与加速金属能力的表征与评定方法,为炸药的选型与应用等提供理论和技术支撑。基于瞬时定容爆轰和产物等熵膨胀假定,分别采用多方指数型状态方程和JWL状态方程推导了爆轰驱动与加速金属的驱动压力模型和驱动能量模型;采用所得到的模型对6种典型炸药进行了计算,并分析了驱动压力和驱动能量随爆轰产物膨胀进程的变化规律;在此基础上,提出了表征与评定炸药爆轰驱动与加速金属能力的参数——驱动压力指数(Kp)和驱动能量指数(KE)。研究结果针对炸药爆轰驱动与加速金属的能力提供了定量表征与评定方法,为炸药爆轰性能和驱动与加速金属能力的关联性给出了理论依据。     

含铝炸药爆轰数值模拟研究

对含铝炸药25nm和50nm圆试验进行了二维爆轰数值模拟,标定了含铝炸药JWL状态方和反应速率方程参数,为检验含铝炸药爆轰模型及其相关参数的合理性,对含铝炸药驱动金属平板试验进行了二维爆轰数值模拟,得到了与实验值相符合的结果,分析了铝粉在炸药爆轰中的反应情况和约束条件对含铝炸药爆轰性能的影响。结果表明,铝粉主要在爆轰后期与炸药爆轰产物反应释放能量。     

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。     

DNAN基熔铸炸药JWL状态方程参数的预估方法

针对战斗部毁伤威力要求,需通过状态方程预估炸药的做功能力以开展DNAN基熔铸炸药配方设计.采用一种基于BKW程序的方法预估炸药JWL状态方程参数.计算了典型炸药JWL状态方程参数,对比爆轰产物膨胀过程的计算p-V曲线和圆筒试验p-V曲线,两者在高压区和低压区基本重合,中压区的计算值稍大,但最大误差不超过10%;利用DNAN基熔铸炸药的JWL状态方程参数对炸药驱动铜板的过程进行数值模拟,对比铜板自由表面中心点速度的计算曲线和实验曲线,最大误差不超过7%.研究结果表明,在炸药配方设计阶段,可利用该方法快速预估DNAN基熔铸炸药JWL状态方程参数和做功能力.      

凝聚相炸药爆轰波冲击空穴塌陷过程的高精度数值模拟

利用高精度数值格式对凝聚相炸药爆轰波冲击空穴塌陷过程进行了研究. 采用RGFM和Level-set相结合的物质界面处理方法,克服了爆炸流场中高密度比、高压强比的物质界面容易引起数值振荡这一问题. 采用5阶WENO高精度有限差分格式进行空间离散,采用3阶TVD Runger-Kutta法进行时间离散,开发了高精度动态并行程序,并运用该程序对凝聚相炸药爆轰波冲击空穴后的塌陷过程进行了数值模拟,给出了PBX-9404炸药在不同入射压力下的起爆距离及冲击起爆过程中的压力历史曲线图,并分别与实验结果对比后进行了验证. 对凝聚相炸药中的空穴塌陷过程进行了高精度数值计算,给出了不同时刻的密度、压力和粒子速度云图,研究结果表明由于空穴的存在,爆轰波的传播过程中会在空穴处形成射流现象以及密度和能量的汇聚,进一步产生高温高压的热点.      

奥克托今（HMX）基塑料粘结炸药（PBX）驱动不同金属圆筒试验及数值模拟

为研究某HMX基PBX炸药对不同材料金属壳体的驱动加速能力,参照25mm标准圆筒试验,研究了该炸药对无氧铜Cu、钛合金TC4和高强度钢G50三种壳体材料的做功能力,获得了圆筒壁的膨胀过程及最大膨胀速度,并与理论计算值和数值模拟结果进行了对比。研究表明：该炸药爆轰驱动不同壳体材料的膨胀破裂时间和破裂半径存在差异,且对低密度钛合金壳体材料的驱动能力最强;圆筒试验件破片初速理论计算值、数值模拟结果与试验值吻合较好,相对误差均在10%以内;相比标准圆筒试验只考虑炸药对单一金属铜管的驱动加速能力,研究结果可为该炸药与武器弹药壳体材料的匹配设计提供参考。     

活性铝粉对RDX基含铝炸药驱动能力的影响

利用Φ50 mm标准圆筒试验研究了RDX/微米铝/活性铝/黏结剂质量比分别为75/20/0/5、75/15/5/5、75/10/10/5三种炸药对金属的驱动能力,并分析其冲击波驱动力及爆轰产物膨胀力对圆筒壁驱动特性的差异。结果表明,在添加5%、10%的活性铝粉后,冲击波的驱动能力分别降低了7.3%、5.2%,而爆轰产物的膨胀力分别提高了10.2%、5.5%,虽然对圆筒壁的驱动效果在整体上变化较小,但其能量释放特性发生了较大变化,从而有利于调整战斗部壳体的破裂时间,提高装药的能量利用率。     

基于KHT程序的RDX基含铝炸药JWL状态方程参数预测研究

为预测炸药的JWL状态方程参数,根据KHT状态方程编制了KHT程序,计算得到的RDX基含铝炸药的爆轰参数与实验值具有良好的一致性,证明了KHT程序的可信性.在此基础上,利用KHT程序计算的爆轰产物等熵膨胀数据,对RDX基含铝炸药的JWL状态方程参数进行了预测.将预测的JWL状态方程参数输入到AUTODYN软件中,对1 kg RDX基含铝炸药水下4.7 m爆炸试验进行了数值模拟仿真,对比了不同爆距处冲击波压力峰值的试验值与仿真值,两者符合较好. 研究结果表明,利用KHT程序计算的等熵膨胀数据对JWL状态方程参数进行预测是可行的,预测的参数是可用的.      

HATO爆轰性能的理论计算

根据Gibbs自由能最小原理,利用BKW状态方程程序对新型高能不敏感离子型含能材料HATO的爆轰性能进行了计算。通过测定爆速对计算结果进行了验证。结果表明,该方法的理论计算值与实验值非常接近。计算得到的HATO爆容值相比其他单质炸药更大,有助于提高炸药的做功能力。     

炸药爆轰合成超微金刚石的数值模拟

在相变模型基础上对炸药爆轰过程中超微金刚石的合成进行数值模拟，用简单反应速率函数估算炸药爆轰反应区的热力学参数，用动力学有限元程序DYNA2D模拟爆轰产物的膨胀过程，按均匀成核和长大两步模拟爆轰过程中游离碳相变成金刚石的过程，同时考虑金刚石在爆轰产物膨胀过程中的石墨化。计算了不同装药条件和保护条件下金刚石的成核率，长大线速度，石墨化率，金刚石得率及粒径分布等信息，对计算结果进行分析和讨论。     

PETN炸药爆轰参数的数值模拟

用吉布斯自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解PETN炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近.用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算碳的Gibbs自由能,以WCA状态方程作为爆轰气相产物的物态方程,对PETN炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好.     

爆轰过程中游离碳的状态研究

目的 研究高密度负氧平衡炸药爆轰过程中游离碳的状态。方法 结合爆轰合成纳米金刚石数值结果以及对固相爆轰产物的实验研究,对爆轰过程中游离碳的状态进行讨论。用具有明确物理意义和纯石墨,金刚石,超微金刚石和类液碳的状态方程对多种炸药的爆速进行计算。结果与结论 用超微金刚石和类液碳的状态方程比用纯石墨和金刚石的状态方程预报的炸药爆轰参数更接近实验值,证明高密度负氧平衡炸药爆轰时ＣＪ点上游离碳主要是以液态或     

铝含量对TNT/Al炸药爆轰反应区结构的影响

爆轰反应区结构是决定炸药爆轰性能的重要因素之一。为了研究铝含量对TNT/Al炸药爆轰反应区结构的影响,该文针对5种不同铝含量(0%、5%、10%、15%、20%)且铝粉中位粒径为2.38μm的TNT/Al炸药,分别进行了电导率试验和爆速试验。初步确定了TNT/Al炸药的爆轰反应区结构,并分析了铝含量对爆轰反应区结构特征参数(爆速、爆压、爆轰反应区持续时间、爆轰反应区宽度)的影响规律。分析结果表明：铝含量越高,TNT/Al炸药的爆轰速度和爆轰压力越低,导致爆轰反应对未反应爆区的推进速度越低,爆轰反应区总压力越低。爆轰持续时间和爆轰反应区宽度随铝含量的增加而增加,其值分别为0.070～0.119μs和0.359～0.579 mm。该文的研究结果对于深入了解含铝炸药爆轰反应机理具有重要的意义。     

燃料抛撒初始阶段的蹿火现象

 在燃料抛撒形成燃料空气炸药的过程中, 燃料可能发生点火燃烧或爆燃现象, 通称为蹿火。蹿火现象的发生, 极大地降低了燃料空气炸药能量的输出。解决蹿火问题, 对二次引爆型云爆战斗部的研制尤为重要。针对燃料抛撒初始阶段蹿火现象, 通过数值模拟和试验, 获取爆轰气体产物、燃料和空气的时空分布, 分析蹿火发生的因素。结果表明, 爆轰气体产物量是影响抛撒初始阶段蹿火发生的主要因素, 针对液固态燃料配方, 最优的比药量范围为0.95%~1.70%。     

微秒级延期传扩爆装置研究

该文试验研究了以钝感耐热猛炸药HNS制成的金属导爆索作为传递爆轰的微秒级延期通道 ,利用HNS和A5 炸药作为主要装药 ,扩大爆轰能量 ,满足起爆战斗部要求。试验的爆炸传递和特性表明 , 0 85mm的导爆索爆轰速度传递为5.2 2 2km/s ,装药直径为 6mm ,爆炸装置输出能量为 :在 3mm厚度铅板上爆炸 ,炸孔直径大于 1 0mm。该装置因采用了HNS和A5 许用传爆药 ,可用于直列式微秒传爆序列 ,实现串联或多路微秒延期起爆 ,无须隔爆装置 ,简化了弹药结构     

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.     

玻璃微球敏化的乳化炸药数学模型

通过建立玻璃微球型乳化炸药爆轰反应数学模型,从微观力学角度分析研究了玻璃微球敏化的乳化炸药爆轰机理,理论计算了其爆轰反应区长度、爆轰反应时间以及爆压、爆热、爆速等爆炸特性参数,计算结果与实验结果能够较好地吻合.研究结果表明乳化炸药爆轰反应区宽度和爆轰反应时间随着装药密度的增加而增加,其中爆轰反应区宽度的增加是导致乳化炸药爆速不随装药密度线性增加的主要原因.     

CL20基含铝炸药驱动金属加速能力试验研究

研究新型CL20基含铝炸药驱动金属加速能力. 选用TNT、JH-16以及CL20基含铝炸药进行Φ50 mm标准圆筒试验,获得3种炸药加载条件下圆筒壁膨胀过程以及最大膨胀速度,分析给出3种炸药的Gurney系数. 结果表明:相同条件下,JH-16和CL20基含铝炸药与TNT相比,破片初速高23.0%和36.3%,Gurney系数分别高20.2%和24.5%.     

水下爆炸近场载荷的试验与数值模拟

借助于小药量水下爆炸试验及数值模拟研究了水下爆炸近场载荷及其运动特性。试验在爆炸水箱中进行,采用同时分幅扫描超高速光电系统拍摄炸药爆炸后视场600 mm×600 mm以内的冲击波及爆轰产物演化过程。使用LS-DYNA软件的ALE方法计算了水下爆炸近场冲击波、爆轰产物气体运动特性,以及冲击波峰值压力和爆轰产物气体与水介质边界压力变化特性,数值模拟结果与试验结果有很好的近似。在试验和数值模拟基础上,提出了适用于水下爆炸近场的冲击波运动、峰值压力的变化规律,并建立了爆轰产物气体初期膨胀运动规律及压力变化。