激波与爆轰物理研究进展专辑 序

激波作为气体动力学最具特色的基本物理现象之一,表现出强间断与非线性的物理特征.激波能够在超/高超速气流内部诱导漩涡,生产复杂的气体物理过程;激波能够诱导热化学反应,构成了高温气体动力学和凝聚态爆轰动力学的学科基础;激波还能够压缩可燃气体和可燃气固两相物质实现其自点火,形成能够以超声速自持传播的燃烧激波—–爆轰波.激波与爆轰物理的相关研究已经有一百多年的历史了,在各种爆炸现象的预防与弱化及其应用与防护方面;在天体物理领域的超新星和恒星的演化乃至宇宙大爆炸理论探索方面;在现代武器技术和医疗技术领域的应用方面发挥了日益重要的作用.特别是     

序

激波作为气体动力学最具特色的基本物理现象之一,表现出强间断与非线性的物理特征.激波能够在超/高超速气流内部诱导漩涡,生产复杂的气体物理过程;激波能够诱导热化学反应,构成了高温气体动力学和凝聚态爆轰动力学的学科基础;激波还能够压缩可燃气体和可燃气固两相物质实现其自点火,形成能够以超声速自持传播的燃烧激波|{爆轰波.激波与爆轰物理的相关研究已经有一百多年的历史了,在各种爆炸现象的预防与弱化及其应用与防护方面;在天体物理领域的超新星和恒星的演化乃至宇宙大爆炸理论探索方面;在现代武器技术和医疗技术领域的应用方面发挥了日益重要的作用.特别是近十几年来,随着高超声速和空天飞行器研制的进展,激波与爆轰研究在近空间飞行器的气动布局,先进高超声速推进技术,高焓气体流动的气动力/热问题研究方面得到了广泛的重视和深入的探索.      

纳米金属氧化物粉体爆轰合成

对含能前驱体如硝酸盐和控制炸药装药的情况下爆轰反应生成纳米金属氧化物进行了探索研究。采用透射电子显微镜表征了爆轰产物。氧化物爆轰产物中的碳微粒即爆轰灰在某种意义上反映了晶型生长机制。通过爆轰合成技术产生的氧化物肯定了纳米粉体爆轰合成技术的有效性。介绍了纳米氧化铝的制备,测试了氧化铝的微观结构和分布状态。结果表明:通过硝酸盐炸药的爆轰产生了纳米尺度的金属氧化物,球形氧化铝粒径主要分布于20~50 nm之间。该方面研究工作的开展也将促进在细微观尺度上的工业炸药设计和爆轰理论的发展。     

凝聚相爆轰理论的进展

近十年来,在凝聚相炸药爆轰学的研究方面,举行了一系列专题学术讨论会,出版了一些专著,在各种有关学术刊物中发表了大量论文。我国不久前创刊的《爆炸与冲击》杂志迄今已发表有关爆轰及共计算和实验技术的论文约20篇。当前爆轰研究的重点是安全问题。这既是武器研究的需要,也是民用爆破和各种爆炸技术的需要。由热和机械刺激引起炸药的化学反应和爆炸,炸药中冲击波到爆轰的转变,炸药爆燃到爆轰的转变,这三方面的研究占了相当大的比重。      

会议消息

1987年10月12日到15日由兵工学会委托北京工业学院召开的国际烟火和炸药会议有关爆轰物理部份的稿件审查工作已经于1986年12月8日到10日在北京工业学院进行完毕。会议由丁(忄敬)同志主持,参加会议的共有六人,会议共审查了国内稿件36篇。其中包括爆轰理论,测试技术,爆炸应用,炸药性能等方面的文章,它们反映了国内近期各单位有关这些方面的工作。     

气相爆轰物理的若干研究进展

爆轰现象的研究已经有一百多年的历史了,爆轰物理的研究取得了许多重要进展.本文从爆轰波的经典理论、胞格爆轰波的多波结构、气相爆轰波形成机理、气相爆轰波传播机制等方面综述了相关的若干研究进展,评述了这些进展的科学性与局限性,并探讨了将来可能的研究方向.这些研究进展主要包括:CJ(Chapman-Jouguet)理论和ZND(Zel'dovich,von Neumann,D?ring)模型、爆轰波多波结构、爆轰胞格特征、直接起爆和爆燃转爆轰过程、热点起爆机制、爆轰波稳定性、扰动爆轰波的传播等.爆轰波是以超声速传播的自持燃烧现象,涉及了激波相互作用、燃烧化学反应、湍流扩散和流动不稳定性等复杂的气动物理过程,相关研究具有重要的学科理论意义.另外,爆轰燃烧具有高效的热化学能释放特点,在先进的热力推进技术方面有着重要的应用背景,因此相关研究也具有重要的工程应用价值.      

波后慢放能过程对钝感炸药爆轰过程的影响

采用唯象反应率模型与慢放能函数相结合方法,研究钝感炸药波后缓慢放能过程对爆轰过程的影响,计算结果与实验对比分析表明,慢放能反应率模型可更好地描述钝感炸药的爆轰物理过程.     

凝聚炸药爆轰研究中的光电测试技术进展

着重介绍了８０年代末以来凝聚炸药爆轰研究中，光电测试技术的发展状况，主要包括引爆机理研究的谱方法和传播爆轰测试所用的ＶＩＳＡＲ、ＦＰＩ、ＥＭＶ、阵铜汁、冲击极化汁、散离探针技术等，对两种典型的数学化调整ＣＣＤ相机系统地作了简单的介绍。     

含铝炸药爆轰驱动的非线性特征线模型

针对含铝炸药爆轰的非理想特性,提出了含铝炸药爆轰产物膨胀的局部等熵假设,建立含铝炸药爆轰驱动的非线性特征线模型,为研究含铝炸药爆轰产物的非等熵流动和膨胀做功提供了一种新的理论分析方法。设计了5、50 μm含铝炸药和含LiF炸药驱动0.5、1 mm厚金属板实验,通过激光位移干涉仪测试金属板运动的速度历程,再通过实验结果计算得到铝粉在爆轰产物中的反应度变化规律,结合含铝炸药爆轰产物的非线性特征线模型,理论计算了含铝炸药驱动金属板的速度历程。对比理论与实验结果,理论方法能够很好地描述铝粉二次反应对炸药做功能力的贡献,同时验证了含铝炸药爆轰驱动的非线性特征线模型的正确性。     

炸药中爆轰波拐角绕射现象研究

本文利用多狭缝扫描技术对三种不同硅炸药内爆轰波绕过惰性介质时的现象进行研究,获得了炸药内爆轰波的传播结节和炸药性质对不稳态爆轰区域的影响。     

压装TNT的SDDT特性研究

本文报告厂将水箱技术同改型隔板试验结合起来研究凝聚炸药由冲击波经爆燃向爆轰转变(SDDT)的方法。实测了压装TNT(装药密度1.615g/cm~3)的SDDT曲线,并确定了其燃烧阈值和爆轰阈值(分别为2.1GPa和2.5-3.0GPa)。按照流体动力学特征线法计算了不同强度起爆冲击波作用下在炸药中形成的一系列冲击波、爆燃波和爆轰波的剖面,这些剖面反映了炸药SDDT的基本特征。所取得的信息对于炸药的实际应用和对冲击波起爆的深入研究均有价值。     

Investigating ground effects on mixing and afterburning during a TNT explosion

In this paper, the unconfined and semi-confined condensed phase explosions of TNT will be studied using large eddy simulations based on the unsteady, compressible, reacting, multi-species Navier–Stokes equations to gain further understanding of the physical processes involved in a condensed phase explosion and the effect of confinement on the physical processes involved. The analysis of the mixing and afterburning of TNT explosions in free air (unconfined) and near the ground (semi-confined) indicates that the combustion region of detonation products and air is determined by the vorticity patterns, which are induced by the Richtmeyer–Meshkov instabilities that arise during the explosion. When the explosive is detonated in the vicinity of a surface, the surface affects the shock propagation by creating complex shock systems, thereby changing the orientation of the vorticity, giving the afterburning a mushroom shape, and increasing performance of an explosive charge by prolonging the existence of the mixing layer and thereby the afterburning.     

Gas dynamic aspects of the interaction between a centered compression wave and an incompressible plate

The interaction regime of a centered compression wave and an incompressible plate projected by the detonation products of a condensed explosive is investigated.Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 4, pp. 166–168, July–August, 1990.     

铝纤维炸药土中扩腔现场实验与数值模拟

为检验铝纤维炸药的做功能力,对铝纤维炸药土中爆炸扩腔现象进行实验,并采用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值模拟,得出铝纤维炸药爆腔半径随药量变化的关系。结果表明,现场实验与数值模拟均能较好地表征铝纤维炸药土中爆炸扩腔的规律,铝纤维炸药相对于工业乳化炸药做功能力强,且由于其成型效果好等特点,应用于一些复杂的环境能够取得理想效果,可为类似工程提供参考。     

地下强爆炸诱发地表塌陷的试验模拟与应用

地下核爆炸后会在地表产生下陷弹坑、塌陷带等不可逆变形爆炸后效应，利用地表形变信息对地下核试验进行有效监控和评估具有十分重要的意义。基于考虑重力影响的地下强爆炸塌陷成坑相似理论，利用陆军工程大学自主研制的地下爆炸效应真空室模拟试验装置，对2017年9月3日朝鲜地下核试验诱发的地表不可逆变形进行了模型试验。试验结果表明，地表塌陷带半径为257 m，下陷弹坑的半径为154 m，与美国、前苏联等国家已有的地下核试验经验公式的数据结果基本相当，并且符合天基雷达TS-InSar卫星监测数据的估算结果，验证了地下爆炸真空室模型试验在地下强爆炸诱发地表不可逆变形区域模拟和评估的可行性，成为有效补充地震波和卫星监测地下强爆炸的一种研究手段。     

爆炸复合1Cr13Mo/45钢连铸辊工艺

鉴于目前连铸辊制造工艺存在的不足,以爆炸复合法制造1Cr13Mo/45钢复合轧辊,并以爆炸复合工艺为研究对象,采用超声波探伤和金相观察等方法,研究药厚和间隙大小对复合界面波形的影响.结果表明:药厚一定的情况下,间隙对复合轧辊界面波形的影响较大;而在间隙一定的情况下,药厚对复合轧辊界面波形的影响不明显.通过实验,获得了该...     

JBO-9021炸药的化学反应区宽度

采用激光干涉测试技术和楔形炸药构型, 对新型钝感高能炸药JBO-9021的爆轰反应区宽度进行了实验研究。实验中在楔形JBO-9021炸药后加镀膜LiF晶体作为测试窗口, 测试受试炸药与测试窗口界面的粒子速度剖面。将粒子速度剖面对时间进行二阶求导, 通过粒子速度剖面的二阶求导曲线上等于零的时刻判读CJ点的时刻, 从而得到化学反应区宽度。研究结果表明, 新型钝感高能炸药JBO-9021的化学反应持续时间为(238±13) ns, 相应的化学反应区宽度为(1.52±0.09) mm。     

爆速对爆炸焊接铝/不锈钢复合管界面及结合性能的影响

通过在粉状乳化炸药中添加不同比例的密度调节剂,配制了爆速范围为1 450~2 550 m/s的低爆速炸药;采用该爆速炸药进行了铝/不锈钢复合管爆炸焊接实验,结合最小碰撞速度理论,对实验结果及其界面微观结构和结合强度进行了测试和分析,确定该复合管爆炸焊接的合适爆速约为1 950~2 150 m/s,其结合质量能够满足后续加工要求;同时发现界面由介于直线与波形之间的波状形态组成,且呈现不太规则的扁平波状结合,经分析,炸药爆速、复合管的爆炸焊接环境和爆炸产物飞散条件对界面结合波形及熔化层厚度有很大影响。     

Breakdown of a discontinuity,taking account of the real equation of state of the detonation products from a condensed explosive

The problem is considered concerning the breakdown of an arbitrary discontinuity, due to the emergence of a detonation wave at the boundary of a condensed explosive charge. The real equation of state of the detonation products of Hexogen was used in the numerical calculations. A u vs p diagram is constructed, which allows graphical calculations to be carried out of the discontinuity breakdown for different media. A comparison is carried out of the calculated values of the initial shock-wave velocities with the experimental data obtained at a certain distance from the explosive charge. It is shown that an increase of the pressure of the gas in which dispersion of the explosion products occurs leads to a reduction of the initial shock wave velocity and to an enhancement of its attenuation during its further motion in the shock tube.     

三维显式有限元程序及炸药冲击起爆应用

冲击和爆炸数值模拟在军事工程和民用领域都应用广泛。基于显式有限元理论,本文介绍了自主研发的三维冲击和起爆流体动力学程序。该程序的功能包含了材料本构、状态方程、炸药反应速率方程和接触碰撞算法,能够模拟复杂条件下结构冲击和炸药起爆问题。由于采用面向对象的编程方法,程序结构相对简单并且容易修改。首先,进行了Taylor杆碰撞数值模拟,并将计算结果与实验结果以及DYNA2D结果进行了比较;接着,基于Lee-Tarver点火增长模型,模拟了冲击加载下裸炸药和带壳炸药的冲击起爆问题。计算结果表明,三维程序计算结果与实验值和商业软件结果都非常吻合,该程序能够较准确地模拟三维结构的冲击和炸药起爆问题。同时,基于面向对象开发的三维计算程序实现了模块化功能,易于后续开发,为冲击和爆炸计算程序的开发提供了参考。