多元固相FAE的离散与爆轰的协调研究

一次起爆技术使FAE的两个主要研究方向,即燃料选择与云爆技术,更加紧密地结合在一起,导致对燃料的离散与爆轰的自协调要求更加严格。根据燃料的离散与爆轰的自协调的各制约因素对燃料组分进行选择,再改变燃料组分的质量配比以反馈研究燃料的离散与爆轰的协调性。实验证明所选择的混合燃料的离散与爆轰的协调性决定了超压峰值、正压作用时间、火球覆盖体积等参数,故可根据实际需要通过改变燃料组分配比来调节其协调性以研制不同特点的一次起爆型FAE。另外,基于VB.net平台自编的图像批处理程序,对由高速摄影拍摄到的FAE离散爆轰过程的图像进行处理,效率高、精度高,而且能和Excel、Origin等数据处理软件对接。     

固、液相FAE一次引爆实验研究

基于离散爆轰思想,进行了小药量无约束空间固、液相燃料空气炸药(fuelairexplosive,简称FAE)弹体的野外一次引爆实验。实验结果表明,固、液相FAE弹体的爆炸效果均明显优于等质量的TNT装药;固相FAE弹体一次引爆后的云雾分散规律和爆炸压力场分布不同于液相FAE弹体。在本实验装置条件下,固相FAE弹体的远场超压增长峰值虽未超过等质量的液相FAE弹体,但其火焰持续时间却比等质量液相FAE弹体的长。若仅考察弹体云雾最大半径,固相FAE弹体并不比等质量的液相FAE弹体优越太多,但固相FAE弹体的爆炸作用体积增大较多。     

FAE战斗部毁伤威力评价的试验研究

利用基于靶板毁伤效应和超压-冲量准则的FAE战斗部毁伤威力评价方法,分别对三种不同起爆方式和燃料配方的FAE战斗部进行了毁伤威力评价的试验,并计算得到了相应的TNT威力当量值。结果表明,1#云爆弹在炸距3.8 m之后靶板的变形挠度大于同药量的RDX/TNT装药,在炸距3.8～4.2 m之间的TNT当量约为2.0;在炸距13～18 m之间,采用新型固液混合燃料的2#云爆弹的靶板变形挠度约为传统环氧丙烷燃料的3#云爆弹的1.4倍,TNT当量分别为3.75和2.96。     

一次引爆型固相FAE云雾爆轰半径的研究

研究了氧平衡及爆炸下极限条件对燃料空气炸药（Fuel Air Explosive,FAE）云雾爆轰半径的影响。由固相FAE燃料的氧平衡及爆炸下极限条件,导出一次引爆型固相FAE云雾爆轰半径计算公式,并从理论上给出了FAE云雾爆轰半径的范围。通过对FAE爆炸场超压的测量及对FAE爆炸过程高速摄像分幅照片的定量分析,得到一次引爆型固相FAE的云雾爆轰半径,并将其与计算的云雾爆轰半径进行了对比,计算的云雾爆轰半径与试验值是一致的。研究结果表明,FAE燃料负氧越多,对应的云雾爆轰半径值越大;燃料爆炸下极限值越小,对应的云雾爆轰半径值越大,且固相FAE的爆轰半径不超过爆炸下极限条件爆轰半径。FAE中的高效燃料可以通过氧平衡以及爆炸下极限条件来选择,以此提高FAE的功率。     

固态燃料小型FAE装置空中爆炸场效应分析

通过一次引爆固态复合粉尘燃料小型FAE装置与等质量TNT在自由空间的爆炸对比实验,获得了不同距离的峰值超压值,并运用粉尘爆炸下极限浓度对云雾爆轰区半径进行了估算。结果表明,固态燃料小型FAE装置空爆峰值超压分布规律不同于TNT,云雾爆轰区内的峰值超压不呈现单调减的特征,而是在有限范围内呈现波动趋势;云雾爆轰区外的峰值超压随距离增大迅速衰减,但固态燃料小型FAE装置的峰值超压大于相同距离处等质量的TNT。高速摄影观测结果显示,固态燃料小型FAE装置爆炸的化学反应持续时间大于等质量TNT。     

固态燃料空气炸药空爆实验研究

通过四组无约束固态燃料空气炸药(FAE)装置与等质量的TNT在野外开放空间的一次起爆对比实验,测得了不同配方组份FAE装置在不同距离的爆炸超压分布,FAE装置峰值超压比相同距离的TNT高1.14~1.6倍;并运用空气冲击波峰值超压公式计算出了FAE的等效爆炸TNT当量随距离的变化关系,在爆炸场边缘区,FAE装置爆炸当量达到了3.88倍TNT当量;通过高速摄影的图片得到了爆炸产生火球的持续时间和最大作用范围,与等质量TNT爆炸火球相比,FAE的优势明显;运用粉尘爆炸下极限浓度估算了云雾爆轰区半径,并分析了测量到的固态FAE爆炸场的压力分布单调衰减的原因;建议在保持超压不变的情况下,把提高爆温作为提高FAE爆炸性能的主要途径。     

爆轰和爆炸冲击复合合成金刚石微粉得率的影响因素研究

为了进一步提高炸药爆轰和爆炸冲击复合合成金刚石的得率,对影响爆轰和爆炸冲击复合合成金刚石得率的催化剂、装药结构和起爆方式分别进行了研究。实验结果表明,MnCl2、Ni(CHOO)2、CoCl2作为催化剂,金刚石的得率较高;球形装药结构的金刚石得率高于柱形装药结构;起爆方式中的起爆点的增加有利于金刚石得率的提高。     

爆炸复合中起爆区不定常段的确定

对2岩石炸药的定常爆轰形成过程进行了实验研究;对起爆端稀疏波效应进行了计算。实验结果表明,距起爆端约10倍装药厚度以内为不定常爆轰区。距离起爆端小于5倍装药厚度时,飞板速度及碰撞角增幅较大,5～10倍装药厚度,两者增幅趋缓,10倍装药厚度以后,爆速、飞板速度及碰撞角逐步进入定常状态。飞板碰撞角的工程计算与实验结果的一致性较好。     

杆式弹对厚壁壳体装药冲击起爆机制模拟分析

为研究高速杆式弹冲击厚壁壳体装药的起爆机制,运用冲击物理显式欧拉型动力学SPEED软件,开展了不同弹径和弹长的钨合金杆式弹与厚壁壳体Comp-B装药相互作用过程的数值模拟,采用升降法获得弹体起爆装药临界着速及装药起爆位置变化。研究结果表明:弹体起爆装药临界着速随弹径增大而显著降低,随弹长增大呈先降低后平缓变化的规律;弹体以临界着速起爆装药时,存在2种装药起爆机制,即弹体贯穿壳体后的宏观剪切起爆和未贯穿壳体的低速冲击起爆,且其机制随弹体着速在临界着速以上继续提高会发生转变,最终均会转变为高速冲击起爆机制;装药起爆位置均发生在炸药壳体交界面后一定距离处,相同机制下此距离随弹体着速提高而减小。     

锥形长药柱水下爆炸冲击波参数计算方法

为了计算锥形长药柱水下爆炸冲击波压力,以及研究长脉宽冲击波的传输特性,基于叠加原理建立了冲击波压力-时间曲线的计算方法,通过实验验证了该方法的有效性,在此基础上分析了锥形长药柱不同方位冲击波压力的分布规律。研究结果表明:锥形长药柱产生的冲击波压力具有各向异性,在起爆端一侧形成的是具有厚波头特征的低幅值长脉宽冲击波,在装药径向形成的是接近指数衰减的高幅值冲击波,而在远离起爆端的冲击波压力幅值和脉宽则介于前两者之间。锥形长药柱与球形装药冲击波分布的差异是由于装药形状和起爆方式的改变所导致的,由于装药不同部位起爆的时间差,导致水下爆炸冲击波在不同位置的叠加效果存在明显差异,药柱周围流场中形成的冲击波压力具有方向性。利用提出的计算方法得到的计算结果与实验结果和数值模拟结果吻合较好,研究结果可为锥形长药柱水下爆炸冲击波威力场和毁伤评估提供参考和依据。     

燃料空气炸药（FAE）装置爆炸场的研究

燃料空气炸药（ＦＡＥ）装置在一次点火后，液体燃料在中心装药爆轰驱动下，抛撒在空气中形成燃料空气云，用高速摄影记录了该燃料空气云的形成过程。为达到所要求的气云形状，在对高速摄影照片充分分析折基础上，本文对ＦＡＥ装置的结构设计提出了改进意见。燃料空气云在二次点火后实现爆轰，本文测量了沿地面主力学线的压力时间曲线，用高精度、高分辨率的ＴＶＤ格式与瞬时爆轰模型时燃料空气云爆炸场进行了初步的数值模拟，得到了     

点火位置对泄爆空间甲烷-空气爆炸荷载的影响

在12 m3密闭空间内开展了甲烷-空气预混气体（甲烷体积分数为9.5%）的爆炸试验研究,改变点火位置,分析有泄爆口时点火位置对甲烷-空气爆炸超压和火焰形态的影响。结果表明:点火位置对Δp₁的升压速度基本没有影响,Δp₂的峰值随着点火位置远离泄爆口而增大,Δp₄的峰值与点火位置的关系为:中心点火最大,尾部点火次之,前端点火最小。在所有位置,Δp₁随着泄爆阈值的增大而增大,且增量相同;Δp₂在前端点火和中心点火时随泄爆阈值的增加而消失,仅在尾部点火时出现;Δp₄只有在中心点火时随泄爆阈值的增加而增加。外部火焰发展过程可以分为火球阶段和火焰喷射阶段,尾部点火和中心点火的火球大小及火焰喷射长度远大于前端点火。     

FAE爆炸抛撒后云雾液滴尺寸的测量

利用Dobbins激光散射的方法建立了一套测量FAE爆炸抛撒后远场云雾液滴尺寸的测量系统,研究了FAE爆炸抛撒后液滴Sauter平均直径在不同空间位置随时间的变化过程。得出的散射光强以及Sauter平均直径随时间的变化表明,云雾区的液滴Sauter平均直径在固定点随时间的增加呈减小的趋势,而云雾区的宽度和云雾区液滴的Sauter平均直径则随距爆心距离的增加而增加。     

大长径比点火管高密实火药床点传火过程两相流的数值模拟

设计了某中心点火管,完成了该点火管的点传火实验,针对该点火管长径比大、装填密度高的特点,建立了点火管内气固两相流动和燃烧过程的一维两相流模型,并进行了数值模拟。计算结果与实验结果良好符合,说明计算模型能够准确描述点火管内的实际物理化学过程,计算程序参数取值合理,该计算程序可为此类点火管各种结构尺寸及装填条件下的点传火性能分析及优化计算提供充分的理论依据和方法。并且,根据计算结果初步分析了该结构及装填条件下点火管的点传火性能,为下阶段工程优化设计提供参考     

多元混合燃料一次引爆实验研究

为了提高多元混合燃料的爆炸威力，采用光测和电测方法，进行了小药量无约束空间三组元固态混合燃料的野外一次引爆实验，得到了该装置条件下较优的燃料配比．实验结果表明，该多元固态混合燃料的云雾分散效果明显优于相同质量的TNT，其爆炸场超压呈衰减-增长-再衰减的变化规律，且具有非常相似的压力场分布、适当增加弹体密度可增强这种固态燃料混合物的爆炸威力。     

泄爆诱导二次爆炸的实验研究

在不同泄爆压力、不同泄爆面积和不同当量比的甲烷/空气预混气的实验条件下,采用容积为0.00814m3带导管的柱形泄爆容器和底端中心点火方式,进行了一系列泄爆实验。实验获得了内外流场测点的压力历史曲线。结果表明泄爆后外流场出现典型的破膜激波和二次爆炸波的双峰变化特征,前者不断下降,其强度随泄爆压力的增大而增大,而后者经历了上升和下降过程,强度随泄爆压力、泄爆面积和甲烷/空气当量比的增大而增大。     

氢气定容燃烧的实验研究

利用定容燃烧弹和高速数据采集系统对氢气定容燃烧进行实验研究,得出氢气定容燃烧压力变化过程、燃烧爆压及爆炸常数的变化规律。研究结果表明:中心点火定容燃烧的压力变化过程为:从开始的火花跳火干扰到平稳的等压燃烧,再到压力的慢速和快速增加,在燃烧的中后期会出现压力振荡;在非燃烧极限工况下,随着燃空当量比的增加燃烧爆压先增加后减小,随着初始压力的升高燃烧爆压几乎线性增加,随着温度的增加燃烧爆压和最大燃烧爆压都减小;随着燃空当量比的增加爆炸常数先增加后减小,在燃空当量比小于4.0的工况,燃烧爆炸常数随初始压力的升高而增加,而燃空当量比大于4.0的工况随着初始压力的升高而下降;在燃空当量比小于2.5时,燃烧爆炸常数随温度升高而减小,在燃空当量比大于2.5时,则正好相反。