HNS-Ⅳ炸药的短脉冲冲击起爆判据

飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药是直列式传爆序列的重要研究方向。考虑到能量加载方式(一般为电爆炸驱动、微装药驱动和激光驱动)和飞片材料对冲击起爆的影响,根据文献测量的飞片阈值速度拟合得到了HNS-Ⅳ炸药p~nτ和James判据的系数。同时,利用ANSYS/LS-DYNA程序模拟了铜叠氮化物爆炸驱动飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的过程,并根据数值模拟结果修正了HNS-Ⅳ炸药p~nτ和James判据的系数。结果表明,HNS-Ⅳ炸药的p~nτ(其中p为压力,τ为脉冲作用时间)判据应该调整为p~(2.08)τ1.54GPa~(2.08)·μs(0.001μsτ0.14μs,3.8GPap28.0GPa),James判据应调整为0.215/Σ+0.108/E1(Σ为比动能,E为能通量)。调整后的起爆判据与数值模拟结果相一致,并具有更高的实用性。     

拉氏程序使用减敏模型模拟炸药绕爆问题

利用二维拉氏非结构网格爆轰流体程序对高能炸药的爆轰波绕爆问题进行数值模拟.拉氏程序对绕爆问题进行模拟时,会引起网格严重扭曲,导致网格大变形.使用JWL状态方程和三项式反应率,拉氏程序得到的绕爆数值结果与实验定性相同,较好地模拟了爆轰波绕爆过程中的漩涡现象.为了模拟一些钝感炸药在绕爆过程中的死区现象,在炸药反应率中加入减敏因子,模拟结果捕捉到死区,并与国外文章中的数值模拟结果定性相同.     

爆轰驱动的飞片熵增

在高能炸药与飞片直接接触的能量转换装置中,炸药爆轰推动飞片,飞片获得动能的同时,其熵值亦增加。本文数值模拟计算了平面一维系统。计算结果给出,适当选取空腔长度和飞片厚度,可实现飞片熵增明显下降的同时,飞片获得的动能不仅不减少还有一定的增加。     

爆炸载荷作用下锥形飞片的平面度研究

 尽管分离式Hopkinson压杆（SHPB）和轻气炮作为较为常用的两种动加载手段已经被广泛应用到多种材料的动态力学特性研究之中,但由于其自身加载试件尺寸较小,难以满足真实的混凝土和钢筋混凝土的实验研究需要。为解决该问题,提出了一套大尺寸简易爆炸加载装置,将飞片设计为锥形,利用炸药直接驱动飞片,实现大尺寸加载。先用数值模拟完成对爆轰加载装置的初步设计和优化,通过模拟炸药驱动飞片的动力过程,给出飞片和药柱的优化尺寸;然后利用自制的同轴探针、脉冲形成网络和两台示波器进行靶场实验测定,研究飞片平面度,提出改进方案,最终为大尺寸混凝土和钢筋混凝土试件的动态加载实验做准备。     

钝感高能炸药爆轰产物JWL状态方程再研究

对钝感高能炸药JB-9014的爆轰产物JWL状态方程进行了深入研究。利用改进的圆筒试验技术,得到了筒壁膨胀的质点速度、位移和加速度的实验结果;通过解析分析和曲线拟合相结合的方法,确定了爆轰产物JWL状态方程参数;采用ANSYS/LS-DYNA3D程序进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比和分析,验证了状态方程参数的适用性。     

利用电磁法研究HMX与TATB混合钝感炸药的冲击起爆特性

为研究含有少量奥克托金(HMX)且以三氨基三硝基苯(TATB)为基的高能钝感炸药PBX-3的冲击起爆反应增长规律,采用火炮驱动蓝宝石飞片的方法和铝基组合式电磁粒子速度计技术进行了一维平面冲击实验。通过实验测量撞击表面及内部不同深度处的冲击波后粒子速度,得到PBX-3炸药的Hugoniot关系。根据冲击波示踪器所测数据绘制了炸药到爆轰的时间-距离(x-t)图,获得了反映炸药冲击起爆性能的Pop关系。将入射压力为12.964 GPa时达到爆轰的6条速度曲线修整成相同零点,通过读取6条曲线的分离点即反应区末端的C-J点,计算出化学反应区时间和宽度。     

爆轰驱动金属半球飞层自由面速度的测量

钝感炸药爆轰产物驱动金属飞片的研究工作直接同武器设计相联系。为探索研究爆轰产物驱动金属飞片的运动规律及金属材料本构关系对爆轰产物驱动飞片自身飞行的影响，用任意反射面速度干涉仪VISAR（Vclocity Interfcrometer Systcm for Any Rcflector）对不同厚度的铜半球飞层上多个点的速度历程进行了测量，得到了飞层运动的速度-时间曲线，给理论分析提供了实验数据。     

二级装药强爆轰驱动次级飞片的分析

 对二级炸药/飞片爆轰系统产生高速度飞片的需求背景作了介绍。在平面一维假定下,应用气体动力学的一维推体公式和推广的Gurney公式对次级飞片的速度进行了计算。在初级炸药和末级飞片厚度一定的条件下,对二级炸药/飞片爆轰系统的几何参数选取进行了优化分析,给出了爆轰系统驱动飞片的算例,与数值模拟结果和实验测量结果进行了比较,证实了经验公式的合理性。并对如何提高两级飞片的速度及平面度问题进行了探讨。     

多种复合炸药装药的慢烤特性及其机理

为研究不同结构复合装药在慢速烤燃过程中的响应规律,分别设计了JH-2和JHB炸药的?19 mm单独药柱装药和?30 mm复合药柱装药烤燃弹,通过慢速烤燃试验分别获得了单独药柱烤燃弹在1和2℃·min^-1升温速率、复合药柱烤燃弹在1℃·min^-1升温速率下的温度-时间变化曲线,并结合数值模拟进一步分析了烤燃弹内部温度场的变化。研究结果表明:单独药柱装药情况下,低敏感炸药能明显降低弹药在热刺激下的响应等级;而在复合药柱装药时,烤燃弹响应点均位于外层低敏感药柱靠近壳体的环状区域,响应温度随高能药柱直径的增加而升高,响应等级随外层低敏感药柱厚度的增加而增加,复合装药由于药柱接触面存在接触热阻,烤燃弹传热受到阻滞,使得内部高能药柱极少参与反应。     

激光驱动带窗口宏观飞片特性实验研究

 利用激光驱动带窗口宏观高速飞片技术可以实现对材料的一维加载,特别适合开展材料的高压状态方程及高应变率下材料的动态力学特性研究。利用小型脉冲YAG激光器进行了驱动飞片技术研究。开展了飞片结构对飞片力学参数影响的实验,结果表明：复合靶飞片的能量耦合效率比单膜结构飞片具有较大的提高,平均速度提高约15%~30%。同时,飞片的平面性和完整性也有明显的改善。实验中测量了飞片的启动弛豫时间,结果显示：飞片的启动弛豫时间为5~10 ns。利用多通道光纤阵列开展了飞片的平面性测量。实验结果表明,在约1.0 mm的范围内,飞片的时间分散性为20~30 ns。利用高灵敏度激光干涉技术,对飞片速度历史进行了测量,结果表明,飞片在前20 ns就加速到最终速度的90%以上。     

激光作用复合膜体驱动飞片的理论计算和实验研究

采用Gurney理论,建立了激光作用复合膜体驱动飞片的理论计算模型。通过修正膜体材料的激光能量吸收系数,对激光作用复合膜体结构形成的飞片速度进行计算,分析了膜体材料和结构组成对飞片速度的影响,确定了形成高速飞片的复合膜体结构。进行了强激光作用复合膜体驱动飞片实验,采用压电薄膜测量了飞片到达不同距离的时间,计算得到飞片的速度和加速度。结果表明:不同激光能量作用下复合膜体飞片的加速特征基本相似,激光能量的变化对飞片加速时间的影响较小,飞片速度随着光爆层厚度的增加呈先增大后减小的趋势;对应于不同的激光能量,光爆层存在最优能量吸收厚度。     

JB9014炸药在常温和-54 ℃低温下冲击引爆压力场发展的实验研究

 应用锰铜压力计对钝感高能炸药JB9014在常温和-54 ℃下冲击起爆压力场的发展进行了实验研究。在-54 ℃下压力场的发展图像揭示出JB9014炸药遵循均质炸药起爆机理,而常温下的这种图像表明其兼备均质和非均质炸药起爆机理;在-54 ℃下JB9014炸药的冲击感度比常温下低得多;无论是在常温下还是在-54 ℃低温下,JB9014炸药的冲击感度均比具有相同TATB/粘结剂配比的PBX-9502炸药的低。     

未反应JBO-9021炸药冲击雨贡纽曲线的研究

采用激光干涉测速技术和楔形炸药,对未反应钝感高能炸药JBO-9021的冲击雨贡纽曲线进行了实验研究。通过激光干涉测试技术对楔形炸药冲击波后不同位置的多点粒子速度进行测试,获得一组不同压力下未反应炸药中的波后粒子速度和冲击波速度,通过曲线拟合得到未反应炸药的冲击雨贡纽曲线。同时将未反应炸药的冲击雨贡纽曲线和冲击波阵面的Rankine-Hugoniot关系进行联立,获得未反应炸药的状态方程。     

钝感炸药圆筒试验与爆轰产物JWL状态方程研究

 对以TATB为主的钝感炸药JB-9014进行了25 mm和50 mm两种装药直径的圆筒试验，测试了TU1圆筒在爆轰产物驱动下的膨胀过程R(t)关系。对圆筒试验进行了综合分析和二维数值模拟计算，综合评估了JB-9014的作功能力和圆筒试验的相似性。通过二维流体动力学数值模拟，确定得到了JB-9014炸药爆轰产物JWL状态方程参数。经对JB-9014二维平面滑移爆轰驱动试验的数值模拟检验，证明确定的JWL状态方程参数是可靠的，具有较高的精度和普适性。     

用PVDF压力计研究未反应JB-9014钝感炸药的Grüneisen参数北大核心CSCD

为了获得未反应JB-9014炸药的Grüneisen参数Γ,在火炮加载平台上对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。实验中,将炸药样品安装于两个铜板之间,两个PVDF压力计分别安装在炸药样品前表面和中部,记录两个位置处的压力随时间的变化历程;将圆形铜板作为飞片安装于弹托前表面,利用火炮加速弹托,使飞片以一定速度撞击样品装置前铜板,前铜板中产生右行冲击波对炸药样品形成一次压缩;随后冲击波在炸药样品/后铜板交界面发生反射,产生左行冲击波对炸药样品形成二次压缩。假设炸药样品的Grüneisen参数Γ为常数,计算不同Γ值下炸药样品前表面和中部压力随时间的变化历程,将不同Γ下的计算值与实验值进行对比,获得了JB-9014钝感炸药Grüneisen参数的最优值,为1.7。     

JO-9C(Ⅲ)炸药的飞片冲击起爆判据参数拟合

针对JO-9C(Ⅲ)炸药的冲击起爆判据参数缺失问题，结合理论模型和模拟计算结果，拟合得到了JO-9C(Ⅲ)炸药的3种不同形式的起爆判据参数。利用AUTODYN软件，建立了不同尺寸钛飞片冲击起爆JO-9C(Ⅲ)炸药的数值模型，得到不同尺寸钛飞片起爆JO-9C(Ⅲ)炸药的临界速度。根据冲击起爆理论和飞片临界起爆速度，计算出JO-9C(Ⅲ)炸药内入射冲击波的波阵面参量，再结合p-τ、James和Π-τ3种起爆判据形式，拟合得到JO-9C(Ⅲ)炸药的起爆判据参数，起爆判据参数的拟合精度从高到低依次为Π-τ、p-τ、James。     

用PVDF压力计研究未反应JB-9014钝感炸药的Grüneisen参数

为了获得未反应JB-9014炸药的Grüneisen参数Γ,在火炮加载平台上对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。实验中,将炸药样品安装于两个铜板之间,两个PVDF压力计分别安装在炸药样品前表面和中部,记录两个位置处的压力随时间的变化历程;将圆形铜板作为飞片安装于弹托前表面,利用火炮加速弹托,使飞片以一定速度撞击样品装置前铜板,前铜板中产生右行冲击波对炸药样品形成一次压缩;随后冲击波在炸药样品/后铜板交界面发生反射,产生左行冲击波对炸药样品形成二次压缩。假设炸药样品的Grüneisen参数Γ为常数,计算不同Γ值下炸药样品前表面和中部压力随时间的变化历程,将不同Γ下的计算值与实验值进行对比,获得了JB-9014钝感炸药Grüneisen参数的最优值,为1.7。     

激光对金属壳密封装药点火的研究

 实验研究了重复频率脉冲YAG激光对金属壳密封装药点火以及由此造成的对结构破坏的机理和模式, 得到了金属壳内RDX、PETN炸药热爆炸或热爆燃所需激光作用时间与激光功率密度关系。初步的数值模拟结果表明, 炸药热点火所需激光作用时间与激光强度、光斑尺寸有明显的依赖关系。     

二维磁驱动数值模拟程序MDSC2的验证与确认

为了对磁驱动实验提供高置信度的数值模拟,需要开展磁流体力学程序的验证与确认。采用人为解比较法、网格收敛性研究和与成熟程序比较等方法,对二维磁驱动数值模拟程序MDSC2进行了程序验证。数值模拟表明:MDSC2程序正确地表示了磁流体力学模型,其中热扩散、磁扩散的离散格式具有二阶收敛精度。采用与磁驱动实验相比较的方法,进行了MDSC2程序的确认。对聚龙一号装置上的PTS-061发次磁驱动单侧飞片发射和PTS-122发次磁驱动双侧飞片发射实验进行了模拟,模拟的飞片自由面速度与实验测量的飞片自由面速度相一致;对FP-1装置上的固体套筒实验进行了模拟,模拟的套筒内外半径与实验测量结果相一致。MDSC2程序能正确模拟磁驱动单侧飞片发射、磁驱动双侧飞片发射和磁驱动固体套筒等磁驱动实验。     

激光驱动飞片加速特征分析

在激光驱动飞片研究中,飞片的加速特征是需要认识的关键问题之一。设计了强激光作用金属膜驱动飞片实验,采用聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜测量了飞片到达不同距离的时间,计算得到飞片速度和加速度,分析激光能量对飞片加速性能的影响。基于Gurney能理论,建立了激光驱动飞片速度的计算模型,根据实验结果获得了激光能量损失系数和有效吸收系数,分析了激光能量和膜体厚度对飞片速度的影响。实验结果表明:不同激光能量下飞片的加速特征基本相似,激光能量变化对飞片的加速时间影响较小; 激光能量较大的情况下,膜体厚度对飞片最大速度、能量耦合系数的影响更显著; 当膜体超过一定厚度时,能量耦合系数不再增加。