组合装药的撞击安全性与内爆威力试验研究

为了验证某组合装药的撞击安全性与内爆威力,开展了组合装药的大型落锤试验及爆炸罐内爆威力试验研究。结果表明:单一温压炸药在400 kg落锤作用下的临界落高为2.2 m,组合装药分别在2.2、2.3、2.5和2.7 m落高时均未发生爆炸反应,证明组合装药具有更好的撞击安全性;组合装药的初始冲击波超压峰值是单一温压炸药的61.9%,比冲量是单一温压炸药的99.4%,准静态压力峰值是单一温压炸药的94.5%。考虑到炸药在有限空间内爆炸的能量释放特性,将准静态压力峰值作为威力评价标准更为合适。试验结果证明组合装药的内爆威力与单一温压炸药相当。     

温压炸药水中爆炸的后燃反应研究

为了研究温压炸药的后燃反应,采用双层容器充气装置,通过水下爆炸实验,计算了温压炸药的冲击波能、气泡能。通过对温压炸药的水下爆炸能量输出结构的研究,计算得到了不同气体氛围下的后燃反应释放能量。作为对比参照,在相同实验条件下,对TNT进行同等实验研究,结果表明:在2.5MPa氧气环境下,铝粉含量为40%时,温压炸药的比冲击波能最大,当铝粉含量为50%时,温压炸药的比气泡能与总比能量最大,分别为同等实验条件下1.99倍、1.62倍、1.55倍TNT当量;随着气体中含氧量的增大,后燃效应增强,TNT在氧气中的后燃值是空气中的1.94倍,温压炸药在氧气中的后燃值是空气中的2.70倍。     

含铝炸药水下爆炸性能的实验研究

对RS211、HL-1、HL-2这3种含铝炸药和TNT炸药进行了水下爆炸实验,测量了4种炸药水下爆炸冲击波压力剖面和气泡脉动周期,获得了4种炸药水下爆炸冲击波的峰值超压、冲量、能量和气泡能。实验结果表明,在所研究的范围内,与TNT炸药相比,含铝炸药的冲击波能量有明显增加,约为TNT炸药的1.20～1.35倍,气泡能有显著增加,约为TNT炸药的1.50～2.30倍,表明在炸药中加入铝粉对于提高炸药水中爆炸威力是有益的。     

微米级铝粉的爆炸特性及其反应机理研究

基于标准20 L球形爆炸装置,系统研究了6种不同粒径微米级铝粉的爆炸特性,并结合SEM和XRD对爆炸产物的微结构特征进行了分析。研究结果表明,相同粉尘浓度条件下爆炸超压与颗粒粒径表现为二次函数的关系,而爆炸超压上升速率则随着粒径的减小按指数增加;颗粒的燃烧时间与颗粒的粒径均表现为沿幂函数增加;相同粉尘浓度条件下细颗粒铝粉爆炸过程主要受氧气扩散的控制,而大颗粒铝粉颗粒的爆炸过程则主要受铝粉颗粒的熔融控制。     

泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律

约束空间爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律,采用三阶WENO有限差分格式,编写了约束空间内炸药爆炸冲击波三维数值计算程序。利用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例验证了数值程序的可靠性。基于验证的程序开展了带有泄压口的约束空间内爆炸载荷数值计算。在分析数值计算结果基础上,提出了描述准静态超压载荷简化理论公式,该理论公式与数值计算结果吻合较好。研究结果可为工程抗爆结构设计提供一定的参考和指导。     

铝粉粒度对乳化炸药基质热分解特性的影响

为了研究铝粉粒度对乳化炸药基质热稳定性的影响,运用DSC-TG联用差示扫描量热仪,考察了添加不同粒度铝粉的乳化炸药基质在不同升温速率下的热分解特性,以获得热分解动力学参数。结果表明,铝粉的加入降低了乳化炸药基质的热分解温度,分解反应活化能减小,即基质热安定性降低,且随着铝粉粒度的减小,该趋势更加明显。与不添加铝粉的乳化炸药相比,在实验范围内不同粒度的铝粉对乳化炸药基质的热分解机理未产生影响,均为受随机成核和随后生长控制的反应级数n=1的Mample单行法则。研究成果可为含铝乳化炸药热安定性的相关研究提供理论参考。     

聚黑铝炸药的能量输出特性及评估方法

为了研究RDX基聚黑铝炸药（JHL-X）的能量输出特性及其评估方法,通过绝热式量热仪、水下爆炸系统、空爆系统分别测试了JHL-X的爆热、水下爆炸能量、地面超压。结果表明:JHL-X在真空中的爆热值与在N₂中的爆热值基本一致,约为1.75倍TNT当量;在空气中的爆热值为8 045.724 J/g,为1.93倍TNT当量,比真空和N₂中高10%。JHL-X水下爆炸中的冲击波能、气泡能分别为0.935、4.614 kJ/g,总能量为1.83倍TNT当量。空爆时,根据通过地面超压得出的TNT和JHL-X超压公式,得到1.5、 2.0、 2.5m处的JHL-X的TNT当量分别为2.14、1.70、1.75,均值为1.86。采用水下爆炸和真空爆热法时,因外界环境不供氧,致使两种实验方法评估出的JHL-X炸药能量一致;而采用空爆和空气爆热法时,因外部环境供氧,致使含铝炸药中Al的反应增加,总能量提高,两种方法得到的实验结果相近。因此,在评估炸药能量水平时,需考虑炸药配方设计和实际用途,进而选择合适的评估方法。     

温压炸药爆炸瞬态多光谱真温高温计的研究（英文）

温压炸药爆炸温度高且具有较强的破坏力,因而使其爆炸温度测试较为困难。为有效评估温压炸药的热温度毁伤效力,将多光谱温度测量系统应用到温压炸药瞬态高温测试中,利用二次测量法计算出爆炸火焰的发射率与真温。在数据采集系统中结合光纤线传感技术,在确保参试人员的安全前提下,可在500m外测试仪器状态进行数据采集,实现了测量数据信息的远距离传递。测试结果表明,所设计的测量系统工作稳定、安全性高,具有良好的应用前景。     

温压炸药爆炸瞬态多光谱真温高温计的研究

温压炸药爆炸温度高且具有较强的破坏力,因而使其爆炸温度测试较为困难。为有效评估温压炸药的热温度毁伤效力,将多光谱温度测量系统应用到温压炸药瞬态高温测试中,利用二次测量法计算出爆炸火焰的发射率与真温。在数据采集系统中结合光纤线传感技术,在确保参试人员的安全前提下,可在500 m外测试仪器状态进行数据采集,实现了测量数据信息的远距离传递。测试结果表明,所设计的测量系统工作稳定、安全性高,具有良好的应用前景。     

TATB基炸药水中爆炸能量测试技术

 在用水中爆炸法测量以TATB为基的TBL炸药能量的研究中,设计了2种具有高爆压和大质量的扩爆药柱。通过2类扩爆药柱的能量测试实验得到的扩爆药柱能量与理论结果相同,TBL炸药的能量为TNT炸药能量的70%左右;炸药的爆压越高,冲击波能量随爆炸距离的衰减越快。     

氢化镁储氢型乳化炸药的爆炸特性研究

 通过理论计算和水下爆炸实验,初步研究了MgH₂敏化储氢型乳化炸药的爆炸特性和爆轰反应机理。结果表明：与玻璃微球敏化的乳化炸药相比,MgH₂敏化的乳化炸药水下爆炸的冲击波超压、比冲量、比冲击波能、比气泡能及水下爆炸比总能量显著增加,其中冲击波超压和水下爆炸总能量分别增加了20.5%和31.0%。MgH₂储氢型乳化炸药的爆轰机理与玻璃微球敏化乳化炸药不同,MgH₂在乳化炸药中起到了敏化剂和含能材料的双重作用,即MgH₂在乳化基质中水解产生均匀分布的氢气泡,起到了敏化作用,同时氢气参与爆炸反应,提高了炸药的爆炸能量和做功能力。     

铝氧比对含铝炸药水下爆炸载荷及能量输出结构的影响

为了系统地研究铝氧比对含铝炸药水下爆炸载荷及能量输出结构的影响,在验证数值模型有效性的基础上,针对铝氧比分别为0、0.16、0.36、0.63的RDX基含铝炸药,利用耦合欧拉-拉格朗日方法模拟了其水下爆炸连续的全过程,考虑了冲击波载荷和气泡载荷之间的耦合作用,从冲击波、气泡和能量输出结构三方面对影响效应进行评估。计算结果表明:随着铝氧比的增大,含铝炸药水下爆炸冲击波衰减时间常数、冲击波冲量、气泡脉动周期、气泡最大半径以及比气泡能都增大;铝氧比为0.36时,冲击波峰值压力、冲击波能流密度和比冲击波能达到最大。铝粉的加入对气泡能的提高相对于冲击波能更加显著。     

炸药安全性的火箭橇实验研究

 采用双轨火箭橇加载装置,对PBX-1炸药结构件进行了“靶打弹”撞击实验,采用PVDF计和压电石英计,测量炸药中入射压力和反应压力的变化情况;通过高速摄影和大画幅照相,观察了炸药件受撞击后发生反应的直观图像和靶、弹撞击的细节过程;利用冲击波超压传感器,测量了炸药反应后的超压曲线,并估算了其相对能量释放率。初步实验结果表明,当入射压力为0.48 GPa时,炸药发生部分爆炸,相对能量释放率约为51.8%。     

铝粒径及成型压强对Al/PTFE冲击反应的影响

采用模压烧结法制备了不同成型压强下铝粉粒径分别为10、30和200μm的Al/PTFE试件,基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行冲击引发试验,试验过程中通过高速摄影装置记录活性材料的反应情况。试验结果表明:随着成型压强增大,试件的冲击反应速度阈值均呈现先增大后减小的趋势。铝粉粒径为10和30μm时,较高成型压强的试件能够于点火延迟时间1000～1100μs处发生反应,使试件冲击反应速度阈值骤降;铝粉粒径为200μm时,活性材料点火延迟时间均在600μs附近。在相同成型压强下,试件的冲击反应速度阈值随铝粉粒径增大而升高。活性材料的冲击点火反应与材料的微观缺陷、应力波在SHPB装置中的传播、应力脉冲幅值以及材料的破坏过程等因素相关。     

RDX基含铝炸药在混凝土中爆炸的实验研究

为了研究含铝炸药在混凝土介质中的毁伤效果,对不同含铝量的3种炸药进行了70g药量小尺寸混凝土爆炸实验,重点研究了铝粉含量和炸药埋深对毁伤效应的影响,利用高速摄影机拍摄了混凝土靶毁伤过程。结果表明:炸药埋深对炸药的毁伤效果有着重要的影响,埋深为30cm时的毁伤效果要远大于10cm时,当炸药的埋深为10cm时含铝量为15%的炸药毁伤效果最佳;铝粉含量越高,火光面积越大,持续的时间越长。     

水中金属丝爆引燃铝粉悬浮液冲击波增强效应

开展了水中铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究,将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中,同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝,经脉冲功率驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉（μm粒径）的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数,获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现,电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰,分别对应于金属丝电爆炸（一次冲击波）和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波,且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著,在300 mg铝粉的悬浮液环境中,二次冲击波峰值达到2.77 MPa,是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍,冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究,发现随着驱动源储能的增加,电爆炸引发的主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大,600 J时分别达到了3.17和1.91 MPa,冲击波冲量也随储能增加而增加,在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s,储能条件约300 J时20.24 Pa·s冲量的2倍。     

20L球型罐内不同粒径铝粉扩散的数值模拟

20L球型爆炸罐是用于测试粉尘爆炸特性参数的标准装置之一。粉尘颗粒在密闭空间内的运动规律,对于研究粉尘的最佳点火延迟时间段有重要的作用。基于计算流体力学理论,对20L球型罐内的吹粉过程进行了数值模拟,监测了不同粒径的铝粉颗粒在20L球型罐内的分散情况,对比了不同铝粉颗粒粒径在罐内的沉降时间。结果表明:粉尘沉降的时间段随粉尘粒径的增大而减小,颗粒大小超过一定尺寸时,铝粉将不能在密闭空间内均匀扩散。     

爆速对纳米铝粉爆炸烧结性能的影响

为了掌握纳米金属粉烧结成型技术,将纳米铝粉置于改良设计的可泄压式爆炸烧结装置中,得到了密实度达98%以上的纳米铝棒。通过改变铵梯炸药和木粉的比例调节炸药的爆速,研究了不同爆速下烧结铝棒的性能。利用金相显微镜观察烧结棒的微观结构,并对烧结棒的密实度、硬度等性能进行测量。结果表明:通过降低爆速可以减小马赫孔的产生,但爆速过低,会导致烧结棒的密实度和硬度等性能降低;当采用爆速为2 158m/s的炸药时,可制得无马赫孔、高硬度、高密实度、晶粒细小的均质烧结棒。     

环境温度对多相混合物爆炸特性影响的实验研究

为了研究环境温度对以铝粉、乙醚、硝基甲烷为原料的气液固多相混合物爆炸特性的影响,利用20 L球型爆炸罐,在不同环境温度(20～50℃)下,实验研究了温度变化对混合物的爆炸超压、最大爆炸压力上升速率和爆炸下限的影响。结果表明:实验工况下,乙醚的爆炸特性参数随温度升高而降低;铝粉的爆炸特性参数受温度影响较小;气液固多相混合物的爆炸压力随温度升高略微下降,最大爆炸压力上升速率先升后降,存在一个最佳浓度配比使爆炸威力最佳;气液固多相混合物的爆炸下限随温度升高而下降,在绝大部分易挥发物质汽化后,混合物下限趋于稳定。     

惰性气体和水蒸气对长直空间燃气爆炸超压及其振荡的抑制作用

长直空间燃气爆炸超压及其振荡将对人员和结构安全产生不利影响。为减轻燃气爆炸危害,基于CFD软件FLACS建立了长直管道空间燃气爆炸数值模型,并对模型进行了验证。利用已验证的数值模型,研究了添加不同体积分数CO_2、N2和水蒸气的化学当量比CH4/空气混合气体的爆炸,讨论了惰性气体和水蒸气的体积分数对爆炸超压及其振荡的影响,并对比了3种气体的抑爆效果。结果表明:CO_2、水蒸气和N2的体积分数每增加10%,密闭管道气体爆炸的最终超压将分别下降81、47、65 kPa,尾端泄爆管道分别下降24、25、20 kPa,3种气体的体积分数分别为25%、26%、30%时,爆炸被完全抑制;CO_2、水蒸气和N2均能有效抑制爆炸超压的振荡,压力振幅和压力振荡频率均随添加气体体积分数的增加而减小;CO_2对爆炸超压及其振荡的抑制效果最好,水蒸气次之,N2最弱,这与3种气体的物理特性及其抑爆机理的差异有关。