超压爆轰产物冲击绝热线的实验研究

炸药驱动高速飞片撞击基板和炸药,从而在炸药中产生超压爆轰状态。利用高速扫描相机测试了冲击波在炸药试样和铝标准试样中的传播速度,采用对比法得到了炸药爆轰产物的雨贡纽曲线。通过分析发现,通常的冲击波-粒子速度(D-u)关系式的线性拟合不适合CJ点附近的雨贡纽数据,对于炸药爆轰产物的冲击波-粒子速度关系式最好采用非线性关系式。利用冲击波前后物理量守恒关系式,将D-u数据转化为p-V数据,拟合得到了炸药爆轰产物的雨贡纽p-V关系。     

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。     

低温下JB-9014钝感炸药DSD参数研究

 爆轰冲击波动力学（Detonation Shock Dynamics,DSD）是目前研究爆轰波非理想传播的有效途径。利用DSD的广义几何光学模型,研究了大长径比药柱中爆轰波非理想传播现象,根据-30 ℃下直径为10～30 mm药柱的直径效应实验数据,利用遗传算法确定了低温下JB-9014钝感炸药的DSD参数。由DSD参数计算得到了JB-9014药柱中的定态波形和爆速,计算结果与实验结果符合。     

用光电法研究钝感炸药JB-9014反应区结构

 报道了用光电法研究炸药反应区结构的原理、实验方法和钝感炸药JB-9014的反应区结构。研究结果表明，密度为1.894 g/cm³的JB-9014炸药在平面一维定常爆轰时，其Neumann峰压力为36.5 GPa，反应区宽度为1.75 mm，反应过程时间为0.31 μs；装药密度减少时，Neumann峰压力、反应区宽度和反应过程时间均减小。     

常温下JB-9014钝感炸药的DSD参数研究

 爆轰冲击波动力学（DSD）是目前研究爆轰波非理想传播的有效途径。利用爆轰冲击波动力学的广义几何光学模型,研究了大长径比药柱中爆轰波非理想传播现象,根据常温下Ф10~30 mm药柱的直径效应实验数据,通过非线性优化方法——遗传算法,确定了一套JB-9014钝感炸药的DSD参数。这套DSD参数对JB-9014药柱中定态波形和爆速的计算与实验结果符合。     

基于连续压导探针的水箱法测量爆压

为了使爆压测定方法更加方便并且更适合于野外大药量的测量,利用自行研制的压导式连续电阻丝探针,设计了一种改进水箱法,可在单次试验中连续记录炸药爆轰波和水中冲击波波阵面的运动轨迹。同时,为了进一步简化实验装置和操作过程,设计了基于连续压导探针的简化水箱法。利用以上两种实验装置,对不同组分的ANFO炸药进行爆压测量,获得了爆轰波-冲击波波阵面时程曲线。通过对爆轰波段数据拟合,得到了各待测炸药的爆速;利用贴近炸药区域介质中的冲击波数据,拟合得到初始冲击波速度,再结合水和有机玻璃的冲击Hugoniot曲线以及阻抗匹配原理,求解得到各待测炸药的CJ压力和绝热指数。实验结果表明,基于连续压导探针的改进水箱法可准确快捷地测量炸药的爆速、爆压等参数,可作为炸药性能测试技术的重要补充。     

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。     

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。     

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。     

JB-9014钝感炸药冲击Hugoniot关系测量

采用火炮加载技术对JB-9014钝感炸药进行一维平面冲击实验。通过激光干涉测速仪测量冲击波到达炸药样品前、后表面的时刻以及炸药/镀膜氟化锂窗口界面粒子速度。利用冲击波到达炸药样品前、后表面的时刻差和炸药样品的厚度计算出冲击波在炸药样品中的传播速度,并结合炸药样品/氟化锂窗口接触面处粒子速度求出炸药样品冲击波后粒子速度,进而获得了炸药样品在3.1~9.7GPa压力范围内的冲击Hugoniot关系。对炸药样品中冲击波速度以及波后粒子速度进行不确定度分析,得到炸药样品中冲击波速度和波后粒子速度的合成标准不确定度约为0.54%和1.7%。将未反应炸药的冲击Hugoniot曲线和冲击波阵面的Rankine-Hugoniot关系进行联立得到冲击波后炸药样品内的压力和密度,进而拟合得到炸药样品在冲击绝热状态下沿(p,ρ)面的p-ρ曲线。     

炸药爆轰的连续介质本构模型和数值计算方法

假定炸药和爆轰产物处于局部热力学平衡状态, 即它们的压力和温度相同, 利用热力学基本关系建立炸药爆轰过程的连续介质本构模型的一般理论框架. 在此框架下, 炸药爆轰本构模型由一组常微分方程构成, 包括炸药和爆轰产物的状态方程、简单混合法则、化学反应速率方程和能量守恒方程, 易于由成熟的计算方法如梯形法等进行求解. 一组广义Maxwell型非线性固体本构形式的微分方程描述了压力和温度随时间的演化速率与应变率和化学反应速率的关系, 借助简单混合物理论, 其中的系数由炸药和爆轰产物的材料参数确定. 未反应的炸药和爆轰产物采用JWL状态方程, 化学反应率方程采用Lee-Tarver点火-燃烧二项式模型, 模拟PBX-9404炸药的一维冲击波起爆过程和爆轰波传播过程. 计算结果表明了本文给出的本构模型和相应计算方法的有效性. 关键词： 炸药爆轰 本构模型 化学反应率方程 数值模拟     

JB-9001钝感炸药冲击Hugoniot关系测试

 利用“压力对比法”实验技术，通过锰铜压力计测试待测炸药样品和LY12铝样品在LY12铝飞片的同时撞击下的界面压力p_exp和p_Al，从冲击波关系式和正交回归直线拟合分析，确定了JB-9001钝感炸药的冲击Hugoniot关系。     

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。     

微型雷管药高比对输出威力的影响

为了适应MEMS引信微型传爆序列的需求,针对微型雷管装药高度比对输出威力的影响开展了专门研究。改变装药直径为0.9 mm、装药高度为3 mm的微型雷管中起爆药与猛炸药装药高度比,用猛铜压阻传感器对爆轰输出压力进行测定,得到微型雷管中起爆药的临界高度为0.36 mm。当起爆药高度为1.65 mm时,微型雷管爆轰压力值最大,为10.3 GPa;当起爆药高度小于1.65 mm,HMX炸药高度大于1.35 mm时,随着起爆药高度的减小,猛炸药高度的增加,微型雷管的爆压值减小;当起爆药高度大于1.65 mm、HMX炸药高度小于1.35 mm时,随着起爆药高度的增加,猛炸药高度的减小,微型雷管的爆压值也减小。初步得出了羧铅起爆药和猛炸药的最佳高度比范围为0.69~2.26。     

Bi在固液混合相区的冲击参数测量及声速软化特性

冲击相变与熔化作为材料特性的一项重要研究内容,对于多相物态方程构建具有重要意义.本文利用追赶稀疏原理和阻滞法,基于火炮加载技术获得了17.3—28.3 GPa范围内纯铋(Bi)的高精度声速数据和Hugoniot参数,分析了声速软化规律,得到固-液混合相区Bi材料声速随压力的近似线性递减关系C=3.682-0.015p,并进一步确定Bi的冲击熔化压力区间为18—27.4 GPa.同时,Bi/Li F界面速度剖面的预期平台段在固液混合相区表现出渐进爬升的异常特征,分析认为,该现象与Bi材料的非均匀熔化动力学行为及冲击熔化完成时间尺度较长有关.     

凝聚炸药中超压爆轰的实验研究

 采用飞片碰撞技术，在TNT/RDX（40/60）炸药中获得了2.5倍于正常爆轰的最大超压值，得到了超压爆轰下爆轰产物物态方程p=Aρ^{k+A₁(p-p_J)}（p－爆压，单位GPa，ρ－密度，单位kg/m³，A=ρ_J/ρ^k_J，p_J=27.06 GPa，ρ_J=2.3×10³ kg/m³，k=2.77，A₁=2.7×10^-3 GPa^-1，下表J代表正常爆轰状态）。该方程还可以较好地描述超压爆轰产物的二次冲击状态。     

多点激光干涉测速系统和电探针技术在飞片速度测量中的应用对比

 多点激光干涉测速系统和电探针技术均可用于测量高速运动物体的运动参数,为了相互验证测试结果,分析测试系统各因素对测量精度的影响,在平面爆轰波驱动飞片的实验中,利用多点激光干涉测速系统和多组电探针,同时测量金属飞片的自由面速度。将多点激光干涉测速系统测得的飞片速度-时间曲线进行积分,得到飞片的位移-时间曲线,并与电探针测得的飞片到达预定位置的时刻进行对比。结果表明：多点激光干涉测速系统各测点测得的飞片自由面速度随时间的变化曲线一致,各测点测得的速度最大相对偏差为1.45%;对两套测试系统的零时及信号传输时间进行修正后得到,当飞片飞行至5、10、15 mm位置时,电探针测得的飞片到达时刻与多点激光干涉测速系统测试结果的最大偏差值分别为0.02、0.02、0.07 μs;两套系统在同一测点的测试差值随飞片飞行距离的增加而增加,其原因可能是,炸药透镜的波形差对飞片运动的影响随着飞片飞行距离的增加而增大。     

无氧铜等熵卸载路径的实验研究

 采用化爆加载,以黄铜为飞片、无氧铜为靶板,测量了以抗氢钢（HR2）、重玻璃（SiO₂）、铝合金（LY12/LF6）、镁铝合金（MB2）、有机玻璃（PMMA）和空气（Air）为垫块（Anvil）材料中的冲击波速度（上述材料的Hugoniot状态参数C₀、λ均为已知）,由此确定了无氧铜的等熵卸载路径。结果表明：在冲击态（即初始卸载态）高达219 GPa的压力范围内,无氧铜的等熵卸载过程可用Grüneisen状态方程在ργ=ρ₀γ₀近似下作很好的描述;各条卸载路径到一个大气压的终态粒子速度U_S与镜像反演的粒子速度2u的偏差(U_S-2u)/(2u),随冲击波压力的增加而增大。     

HMX炸药爆轰产物物态方程研究

采用自主研制的考虑产物组分间化学反应的类CHEQ程序研究HMX炸药爆轰产物物态方程,给出初始密度为1.90 g·cm^-3的HMX炸药CJ点的爆速和爆压,计算值与实验值符合较好;计算CJ点的爆轰产物组成,并与BKW和LJD的计算结果进行比较分析;同时给出过CJ点的等熵膨胀线上压强、 γ和产物组分随比体积的变化规律,加深对爆轰产物作功能力的认识.     

未反应JOB-9003炸药冲击Hugoniot关系测试

 利用“粒子速度对比法”实验技术,通过电磁粒子速度计测量了PMMA飞片同时撞击PMMA样品与待测炸药样品界面的粒子速度u₁和u₂,获得了未反应JOB-9003炸药的冲击Hugoniot关系;利用叠加原理和疏松材料冲击绝热线的计算方法,对未反应炸药的冲击绝热线进行了计算。计算结果与实验数据符合较好。