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。     

基于CIM改进模型的PBX 9501炸药冲击起爆前期的流场分析

利用特征线法、简化的状态方程、炸药冲击阻抗与声阻抗的关系,可以得到凝聚炸药冲击起爆前期反应流场的解析模型(CIM2)。选择具有单一形式、带耗散项的反应速率函数,进而计算出不同深度炸药的粒子速度剖面。通过对不同深度反应速率的重新假设,改进了CIM2模型,并将其应用于PBX 9501炸药。结果表明,改进模型减缓了CIM2模型中的能量输送现象,从而能够更准确地计算冲击波阵面粒子速度、峰值粒子速度、峰值到达时间和粒子速度曲线形状。     

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。     

亚微米TATB爆轰波剖面实验

用激光速度干涉技术测试炸药／窗口界面粒子速度，研究炸药的冲击起爆、爆轰反应区结构、爆轰驱动和炸药反应速率等。与普通颗粒TATB相比，亚微米TATB炸药对高压短脉冲敏感，在钝感起爆器中有应用价值。文中用VISAR技术，测试亚微米TATB在短脉冲加载下的炸药／窗口界面粒子速度，对亚微米TATB的反应区结构进行了探讨。亚微米TATB是通过重结晶-气流粉碎的方法制备的，平均颗粒度0．58μm。     

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。     

非均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell 等人及其他作者研究非均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果，但不涉及其冲击起爆条件。足够强的冲击波进入非均匀炸药后，爆轰将瞬时（指不经过感应时间）且直接（指不经过其他过程，如爆燃）被引发；非均匀炸药起爆后，其中传播的自始至终是一个不断增长的爆轰波，直至发展为正常爆轰，整个过程都是爆轰的增长（新定义）过程。不存在由反应冲击波不断增长并转变为爆轰波的所谓向爆轰的增长。所谓向爆轰的增长，实际上是爆轰的增长（按新定义）的初期；Craig原定义的爆轰的增长，实际上是爆轰的增长（按新定义）的后期；而所谓反应冲击波，实际上是增长中的初期爆轰波。爆轰的增长（按新定义）是所有猛炸药的特性，炸药反应不充分并逐渐趋于充分是爆轰的增长的化学机制。     

PBX-9502炸药爆轰反应速率模型研究

利用高能炸药爆轰反应的拉格朗日分析方法,得到了一个形式简单的PBX-9502炸药的爆轰反应速率方程。运用该速率方程,计算了PBX-9502炸药爆轰波反应区的纵向结构,并与三项式点火增长模型的计算结果及实验结果进行比较。结果表明:该爆轰反应速率方程能很好地模拟PBX-9502炸药爆轰波反应区的纵向结构。     

二次压缩条件下JOB-9003炸药特性研究

采用火炮加载技术对HMX基JOB-9003炸药进行一维平面冲击实验。实验使用的飞片由蓝宝石和Kel-F黏合而成,撞击炸药后,先后传入两道不同压力的冲击波。通过组合式电磁粒子速度计测量撞击界面和炸药内部不同深度处的粒子速度,得到粒子速度-时间图。根据粒子速度-时间图,计算出撞击界面粒子速度和冲击波传播速度,进一步获得炸药雨贡纽关系。根据炸药雨贡纽关系,并对比已有实验数据,通过Pop图说明炸药在二次压缩下的"钝化"特性。     

CTVD格式数值计算非均质炸药爆轰问题

将高分辨率激波捕捉格式CTVD格式拓展应用到非均质炸药爆轰的数值模拟问题.增加了化学反应率控制方程,引入Lee-Tarver点火成长模型,未反应的固体炸药和化学反应气体产物都使用JWL形式状态方程.数值模拟了非均质固体炸药PBX-9404和TATB的冲击起爆问题.获得了较高的爆轰波分辨率和光滑解区的数值精度,对具有复杂物态方程形式的固体炸药爆轰问题,CTVD格式具有简单实用、高效和高分辨的特点.     

爆轰波在炸药-金属界面上的折射分析

针对爆轰波在炸药-金属界面上折射时由实验获得的金属折射冲击波压力与经典爆轰波极曲线理论预测的压力存在显著差异这一问题, 本文展开了进一步的理论和数值模拟分析研究. 首先通过分析指出经典爆轰波极曲线理论的缺陷, 并对爆轰波极曲线理论进行了改进, 改进爆轰波极曲线理论给出了炸药爆轰波折射类型以及折射冲击作用点处的压力值. 然后发展了一个基于次特征理论来数值求解爆轰反应流动控制方程的二阶中心型Lagrange方法, 并数值模拟了一个典型的炸药爆轰波折射实验. 改进爆轰波极曲线理论和数值模拟分析结果表明, 爆轰波折射类型有三种:反射冲击波的正规折射、带Mach反射的非正规折射、无反射波的正规折射, 并且金属折射冲击波压力值随入射角增大而单调减小.     

弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型

 基于Kim的弹粘塑性单球壳塌缩模型,考虑PBX炸药中的粘结剂效应,假设炸药和粘结剂均为弹粘塑性材料,建立了弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型,给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布,以及新的热点反应速率理论表达式。把新的热点反应项与Kim的低压下慢反应项和张震宇提出的高压反应速率方程相结合,得到了新的冲击起爆三项式细观反应速率模型。把该模型加入DYNA2D中,模拟了PBX-9501炸药的一维冲击起爆过程,结果表明：该模型除了可以解释炸药颗粒度和孔隙度的影响外,还可以较好地描述粘结剂强度和含量对PBX炸药冲击起爆感度的影响。     

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%。     

炸药枪击试验和数值模拟研究

HL-10炸药是一种以RDX为基的含铝炸药,为了研究该炸药在子弹或金属破片撞击作用下的安全性,利用12.7 mm机枪法对钢壳包覆的柱形HL-10装药进行了枪击试验,试验结果表明,炸药没有发生燃烧或爆轰现象,由此可定义该炸药的枪击感度试验反应等级为1级。建立了炸药枪击试验的计算模型和数值计算方法,对子弹撞击和穿透炸药过程进行了三维数值模拟计算,计算结果与试验结果相符,分析了子弹速度对HL-10炸药枪击感度的影响,其结果可为炸药安全性评价分析提供理论根据。为了进一步验证计算模型和方法,对美国的PBX-9404炸药的枪击作用过程进行了计算分析,结果表明,PBX-9404炸药在枪击作用下发生了完全爆轰反应,与Neff等人的试验结果相吻合。     

金属隔层和空气间隙对钝感炸药冲击起爆的影响

为了确定空气间隙和金属隔层对冲击起爆的影响,采用火炮加载蓝宝石飞片冲击起爆Φ50 mm×30 mm的A型炸药,产生的冲击波通过空气间隙和金属隔层起爆Φ50 mm的台阶型B型炸药。在B型炸药的后界面粘贴镀膜氟化锂(LiF)窗口,使用光子多普勒测速仪(PDV)测量金属和B型炸药的后界面速度,进而计算得到金属和B型炸药的冲击波透射压力,再利用阻抗匹配计算得到金属和B型炸药的入射压力。结果表明:传爆药和金属隔层间的空气间隙使冲击压缩过程转变为准等熵压缩和冲击压缩两个过程,同时使冲击波的幅值减小;确定了金属隔层厚度为5 mm时冲击波压力的衰减范围;当使用A型炸药作为传爆药,空气间隙为0.3 mm,金属隔层厚度为5 mm时,B型炸药在7~10 mm之间开始反应。     

钝感炸药冲击起爆反应过程的 PDV 技术

为研究A型钝感炸药冲击起爆反应演化过程,进行了火炮驱动蓝宝石飞片的一维平面冲击实验。实验中采用光子多普勒测速仪(Photonic Doppler velocimetry,PDV)技术测量冲击起爆后台阶型炸药的粒子速度。在炸药不同厚度台阶的后界面固定镀铝膜的楔形氟化锂(LiF)窗口,利用阻抗匹配将PDV测量的LiF窗口波后粒子速度转化为炸药样品波后粒子速度。比较组合式电磁粒子速度计和PDV两种测速技术,结果表明,相较于组合式电磁粒子速度计,PDV测量的粒子精度更高。简要分析了PDV测速探头角度、探头孔径、窗口折射率等影响,得到PDV测速的相对不确定度小于1%。     

Sensitivity of run-to-detonation distance in practical explosives

The dynamics of detonation in a granular explosive following a piston impact is examined computationally for a two-phase model. Different choices are considered for equations of state and reaction rate. Of special interest is the behaviour of the run-to-detonation distance as a function of the initial porosity of the explosive, for which new experimental information has recently become available. It is found that this response can vary both qualitatively and quantitatively depending upon the constitutive input to the model. Computations based upon up-to-date equation-of-state and reaction-rate information for the explosive PBX-9501 show that the response of the run-to-detonation distance as a function of the initial porosity is in the shape of an inverted U, which is in qualitative agreement with the latest experiments. Mechanisms responsible for this behaviour are identified.     

炸药落锤实验及样品厚度效应的三维数值模拟

为了研究落锤实验中炸药的概率点火行为以及试样厚度对点火的影响,对脆性炸药PBX-2的落锤实验开展了三维数值模拟。采用有限元与离散元相结合的方法,并考虑了炸药材料的非均匀性,获得了炸药在不同落高下的点火概率分布,落高计算结果与文献报道的实验结果相符。此外,研究了落锤实验中试样厚度对炸药温升过程及点火阈值的影响,拟合得到了压力峰值和点火阈值随试样厚度变化的估算公式,可以为实验设计提供参考。     

Nonequilibrium Zeldovich-von Neumann-Doring theory and reactive flow modeling of detonation

This paper discusses the Nonequilibrium Zeldovich-von Neumann-Doring (NEZND) theory of self-sustaining detonation waves and the Ignition and Growth reactive flow model of shock initiation and detonation wave propagation in solid explosives. The NEZND theory identified the nonequilibrium excitation processes that precede and follow the exothermic decomposition of a large high explosive molecule into several small reaction product molecules. The thermal energy deposited by the leading shock wave must be distributed to the vibrational modes of the explosive molecule before chemical reactions can occur. The induction time for the onset of the initial endothermic reactions can be calculated using high pressure-high temperature transition state theory. Since the chemical energy is released well behind the leading shock front of a detonation wave, a physical mechanism is required for this chemical energy to reinforce the leading shock front and maintain its overall constant velocity. This mechanism is the amplification of pressure wavelets in the reaction zone by the process of de-excitation of the initially highly vibrationally excited reaction product molecules. This process leads to the development of the three-dimensional structure of detonation waves observed for all explosives. For practical predictions of shock initiation and detonation in hydrodynamic codes, phenomenological reactive flow models have been developed. The Ignition and Growth reactive flow model of shock initiation and detonation in solid explosives has been very successful in describing the overall flow measured by embedded gauges and laser interferometry. This reactive flow model uses pressure and compression dependent reaction rates, because time-resolved experimental temperature data is not yet available. Since all chemical reaction rates are ultimately controlled by temperature, the next generation of reactive flow models will use temperature dependent reaction rates. Progress on a statistical hot spot ignition and growth reactive flow model with multistep Arrhenius chemical reaction pathways is discussed. The text was submitted by the authors in English.     

Determination of detonation parameters of liquid high explosives

An experimental study of the detonation parameters and structure of the reaction zone for liquid high explosives (HEs), such as bis(2-fluoro-2,2-dinitroethyl)formal (FEFO), tetranitromethane (TNM), and nitromethane (NM) is performed. For each of these HEs, the time corresponding to the position of the Chapman-Jouguet point is determined: for FEFO, from experiments conducted at different charge diameters (≈300 ns); for TNM, at a fixed diameter but at different lengths (≈200 ns); and for NM, at the same diameter and length of the shell, but with detonation being initiated by different HE charge (≈50 ns). The particle velocity and pressure at the Chapman-Jouguet point for these explosives were measured. For TNM and NM, the dependence of the detonation velocity on the charge diameter was obtained