液体火箭爆炸地面有害气体生成与扩散分析

建立了自燃液体推进剂运载火箭爆炸时地面残余推进剂蒸发模型和产生的有害气体在大气中的扩散模型,给出了N2O4/UDMH液体推进剂爆炸产生的地面推进剂残留量、推进剂污染区直径、大气环境中地面残余N2O4和UDMH推进剂蒸发速率等参数的实验结果。利用该理论模型对大型运载火箭发生意外爆炸事故产生的地面残余推进剂蒸发时间和形成的有害气体危害范围进行了估算。该理论模型可为航天发射场制定安全防护措施提供有用的评估方法。     

四种陶瓷材料与SUS304不锈钢的高温摩擦学特性研究

为了探索陶瓷与金属组合作为高温润滑材料的可能性，利用端面摩擦磨损试验机测定了４种陶瓷ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３和ＺｒＯ２与ＳＵＳ３０４不锈钢在室温至５００℃下的摩擦学性能．摩擦试验结果表明，ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４和Ａｌ２Ｏ３在低于２００℃时的摩擦系数稳定且都低于０．２，但在２００℃以上时的摩擦性能却都不稳定，摩擦系数在０．２－０．４之间；ＺｒＯ２在２００℃以下时的摩擦性能不稳定，而在２００℃以上时的摩擦系数低于６．２且较稳定。磨损试验结果表明，在４种陶瓷中ＺｒＯ２的磨损率最低［－２．６０×１０－９ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）］，ＳｉＣ和Ｓｉ３Ｎ４的磨损率居中［分别为１．８０×１０－６ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）和４．４０×１０－６ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）］，Ａｌ２Ｏ３的磨损率最高［３．６４×１０－５ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）］；分别与这４种陶瓷对磨的不锈钢的磨损率都高［１．４０×１０－５－４．５２×１０－５ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）］．     

水中爆炸冲击波测试技术研究

改进锰铜压力计，ＰＶＤＦ压力计算测试系统，并用该系统进行实验研究，得到了ＴＮＴ／ＲＤＸ＝４０／６０炸药球水国爆炸冲击波在１≤Ｒ／Ｒ０≤１２０范围内的峰值压力随距离的衰减规律。     

带摩擦节点约束──罚函数滑移线算法

在分析有限元程序ＤＹＮＡ，有限差分程序ＨＥＭＰ［１］、ＴＯＯＤＹ［２］、ＴＥＮＳＯＲ［３］接触碰撞算法的基础上，为解决大位移、强冲击或爆炸作用问题，提出了带摩擦节点约束罚函数混合滑移线算法。此算法有利于克服计算中的数值噪声，简化计算工作量，提高计算速度。     

A COMPARATIVE STUDY ON THEh－CONVERGENCE OF 4－NODE AND 8－NODE QUADRILATERAL ELEMENTS

ＤｕａｎＭｅｉ（段梅）；ＹｕｔａｋａＭｉｙａｍｏｔｏ（宫本裕）；ＺｈｏｕＢｅｎｋｕａｎ（周本宽）；ＣｈｅｎＤａｐｅｎｇ（陈大鹏）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＭａｒｃｈ２，１９９５）ＡＣＯＭＰＡＲＡＴＩＶＥＳＴＵＤＹＯＮＴＨＥｈ－ＣＯＮＶＥＲＧＥＮＣＥＯＦ４－Ｎ...     

2-叠氮-1,3,5-三硝基苯热解反应的机理及其热力学和动力学理论研究

用ＰＭ３－ＭＯ法对２－叠氮－１,３,５－三硝基苯的热解机理进行了计算研究,基于统计热力学和过渡态理论求得该反应的热力学和动力学参数。结果表明,氧化呋咱机理下的热解活化能（１０３．７５０ｋＪ／ｍｏｌ）比ＣＮＯ２均裂反应活化能（２０５．４１５ｋＪ／ｍｏｌ）小得多,且反应动力学参数的计算值与ＤＳＣ实测值相符。４００Ｋ以下Ｃ－ＮＯ２均裂反应的Ｇ值为负,热力学上可能发生,但速率常数为０ｓ－１。     

复合材料正交叠层板最终拉伸强度的细观统计分析

本文对复合材料正交叠层板［０／９０／０］的最终拉伸破坏行为进行了研究．首先，提出一种修正的剪滞分析方法，求解叠层中由９０°层的基体开裂和０°层的部分纤维断裂相互作用所导致的应力重新分布；然后，采用随机临界核统计模型，对叠层板的最终破坏进行了细观统计分析．对［Ｏ＿２／９０＿ｍ］＿ｓ、［Ｏ＿４／９０＿ｍ］＿ｓ碳／环氧和［Ｏ＿４／９０＿ｍ］＿ｓ玻璃／环氧的计算结果表明，估计的最终拉伸强度与现有的实验结果有较好的符合．     

聚能射流对固体火箭发动机的冲击起爆

为研究聚能金属射流对固体火箭发动机的冲击响应，开展了聚能装药空射实验及某尺寸发动机在无防护情况下的射流冲击实验，使用高速摄影仪记录了爆炸响应过程，并测量了不同距离及方向的空气超压和破片速度。利用AUTODYN有限元计算软件对实验过程进行了数值模拟，通过调整流固耦合的网格大小，避免了耦合泄漏。实验结果表明，火箭发动机受到射流冲击后，会发生剧烈爆炸，推进剂完全反应，破片速度达4 700 m/s以上，距离发动机爆炸中心1 m处的空气超压达到19.78 MPa，爆炸中心温度达到3 000 ℃以上，该推进剂爆炸能量略高于常规炸药。模拟结果显示，射流以头部速度7 000 m/s的速度冲击发动机壳体后，射流头部的尖端被严重烧蚀，且速度降至约5 600 m/s；推进剂在受到射流侵彻1～2 mm后，发生剧烈反应；爆炸冲击波以球形沿圆柱孔装药传播，并通过圆柱形中心孔冲击另一侧推进剂，发生装药的二次冲击起爆，同时伴有回爆现象，在推进剂中心的高斯点出现了3次超压波峰；距离发动机中心1 m处3个高斯点的平均空气压力峰值为18.75 MPa，与实验结果吻合较好。     

用PVDF实时测量激光诱导的冲击波压力

本文用自己研制的ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｅｎｙｌｉｄｅｎｆｌｕｏｒｉｄｅ）压电传感器测量了０．２ｍｍ厚铝和２．０８ｍｍ厚Ｔ３００／环氧复合材料中激光诱导的冲击波压力，首次获得了这些材料中激光冲击波压力的时间演化波形。实验在中国科大强激光实验室的ＹＡＧ脉冲激光器上进行，激光波长１．０６μｍ，脉宽３３ｎｓ，靶面平均功率密度为１０９Ｗ／ｃｍ２量级。从所得数据估计了表面入射压力，其值与已有结果符合良好。实验结果证实，ＰＶＤＦ压电传感器频响高，量程宽，多次使用重复性好，可有效应用于激光冲击波压力的实时测量     

研究爆速直径效应的爆轰冲击波动力学方法

利用爆轰冲击波动力学（ＤＳＤ）的广义几何光学模型，得到了圆杆药柱中拟定态二维爆轰波阵面形状的解析解。在两步反应模型假定下建立了ＤＳＤ的边界条件，用爆速亏损表示阵面上炸药未反应分数，就可得到渐近爆速与药柱直径的关系，即得到计算爆速直径效应的模型。本文模型的实际意义是利用直径效应已有的大量实验数据，给定ＤＳＤ方法所需要的、又难以实验测定的各种常用炸药的爆速曲率常数（ｄＤｎ／ｄ）０，以及渐近状态下爆轰波与药柱边界的夹角。     

Blast wave mitigation by dry aqueous foams

This paper presents results of experiments and numerical modeling on the mitigation of blast waves using dry aqueous foams. The multiphase formalism is used to model the dry aqueous foam as a dense non-equilibrium two-phase medium as well as its interaction with the high explosion detonation products. New experiments have been performed to study the mass scaling effects. The experimental as well as the numerical results, which are in good agreement, show that more than an order of magnitude reduction in the peak overpressure ratio can be achieved. The positive impulse reduction is less marked than the overpressures. The Hopkinson scaling is also found to hold particularly at larger scales for these two blast parameters. Furthermore, momentum and heat transfers, which have the main dominant role in the mitigation process, are shown to modify significantly the classical blast wave profile and thereafter to disperse the energy from the peak overpressure due to the induced relaxation zone. In addition, the velocity of the fireball, which acts as a piston on its environment, is smaller than in air. Moreover, the greater inertia of the liquid phase tends to project the aqueous foam far from the fireball. The created gap tempers the amplitude of the transmitted shock wave to the aqueous foam. As a consequence, this results in a lowering of blast wave parameters of the two-phase spherical decaying shock wave.     

椭圆截面侵彻弹体爆炸特性试验研究

为研究椭圆截面侵彻弹体的爆炸特性，设计并开展了静爆威力外场试验。将质量为255 kg的弹体竖立于木质托弹架上，质心距地面高度为2 m，采用试验引信起爆弹体装药。通过航拍无人机实时拍摄整个爆炸过程，在长轴和短轴方向布置扇形效应钢板以获取破片数量及穿甲率，采用超压传感器测量距弹轴7、10和12 m处的冲击波超压，并对弹体爆炸后的宏观景象以及火球、破片和冲击波超压特性进行了详细分析。结果表明，火球演化形貌与破片散布区域关于弹体长轴和短轴呈对称分布；火球演化过程分为快速成长阶段、高温稳定阶段以及自由扩散阶段，火球尺寸在爆炸后41.7 ms达到最大，短轴和长轴方向的最大尺寸分别为21.86、19.29 m，且火球在长轴方向发生了明显的二次膨胀；短轴方向的破片尺寸小、数量多、穿甲能力强，而长轴方向的破片特性恰好相反；冲击波超压峰值、冲量及速度均随传播距离增大而不断减小。综合试验结果对比分析，认为椭圆截面侵彻弹体的非轴对称结构和非均匀壁厚对爆炸特性影响较大，是造成火球形貌及破片非轴对称分布的根本原因。     

发射药燃烧热辐射传播规律

采用构建物理数学模型和实验验证的方法,首次提出发射药燃烧热辐射柱体理论模型;利用自由场条件下的单基发射药燃烧热辐射实验,对比分析球体热辐射模型,验证了柱体理论模型能够客观反映发射药燃烧热辐射传播规律。实验表明,自由场条件下4种不同单基发射药药量的燃烧热辐射实验数据与柱体燃烧理论模型相吻合;同时由数据拟合分别得到单基发射药热通量与药量、距离以及热剂量与药量、距离的定量函数关系,可为准确评估单基发射药燃烧热辐射毁伤效应提供相关理论基础。     

RESEARCH ON ELECTROMAGNETIC RADIATION DURING THE EXPLOSION PROGRESS OF COMPOSITION B EXPLOSIVES$^{\bf 1)}$

炸药爆炸过程中产生明显的电磁辐射干扰在很多领域引起了重视, 爆炸产生电磁辐射的机理和理论模型都不成熟, 实验仍然是研究这一现象的重要手段. 本文设计了不同质量的B炸药爆炸电磁辐射实验, 测量了爆炸整个过程中不同时刻的电磁辐射信号. 通过小波分析方法对实测信号进行处理, 得到真实信号和信号的时频特点, 小波分析得到真实信号的频谱主要分布在0$\sim$50 kHz. 利用自主开发的EXPLOSION-3D软件对实验工况进行数值模拟, 得到爆炸过程不同时刻流场的特点. 对比实验结果和数值模拟结果得出: 第一个脉冲信号是由B炸药爆轰产生的高温高压等离子体直接产生的电磁脉冲; 第二个脉冲信号是由地面反射的冲击波追上前沿冲击波, 空气冲击波阵面处形成的等离子体产生的电磁脉冲; 第三个脉冲信号是冲击波撞击测量线圈引起的无效信号. 其中, 第一个电磁脉冲幅值与当量的1/3次方基本呈线性关系, 其到达时间对炸药药量不敏感; 第二个电磁脉冲出现的时间与炸药的当量成指数关系, 药量越大, 出现时间越晚. 通过对第二个脉冲信号的分析, 得出了冲击波反射形成电磁脉冲信号时的爆炸波流场特征, 为后续相关理论机理研究提供了验证数据.     

B炸药爆炸过程中电磁辐射研究

炸药爆炸过程中产生明显的电磁辐射干扰在很多领域引起了重视, 爆炸产生电磁辐射的机理和理论模型都不成熟, 实验仍然是研究这一现象的重要手段. 本文设计了不同质量的B炸药爆炸电磁辐射实验, 测量了爆炸整个过程中不同时刻的电磁辐射信号. 通过小波分析方法对实测信号进行处理, 得到真实信号和信号的时频特点, 小波分析得到真实信号的频谱主要分布在0$\sim$50 kHz. 利用自主开发的EXPLOSION-3D软件对实验工况进行数值模拟, 得到爆炸过程不同时刻流场的特点. 对比实验结果和数值模拟结果得出: 第一个脉冲信号是由B炸药爆轰产生的高温高压等离子体直接产生的电磁脉冲; 第二个脉冲信号是由地面反射的冲击波追上前沿冲击波, 空气冲击波阵面处形成的等离子体产生的电磁脉冲; 第三个脉冲信号是冲击波撞击测量线圈引起的无效信号. 其中, 第一个电磁脉冲幅值与当量的1/3次方基本呈线性关系, 其到达时间对炸药药量不敏感; 第二个电磁脉冲出现的时间与炸药的当量成指数关系, 药量越大, 出现时间越晚. 通过对第二个脉冲信号的分析, 得出了冲击波反射形成电磁脉冲信号时的爆炸波流场特征, 为后续相关理论机理研究提供了验证数据.      

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。     

装药动爆冲击波特性研究

导弹、炮弹等战斗部爆炸时具有一定的速度，较大的运动速度会使爆炸冲击波场分布发生变化，进而对弹药的毁伤威力产生影响。本文中采用AUTODYN软件对速度分别为0、272、340、680、1 020和1 700 m/s的TNT球形裸装药在空气中爆炸的冲击波场进行了仿真计算，定量研究装药在动爆条件下的峰值超压、比冲量和正压作用时间等威力参数特性。结果表明，方位角小于90°时装药速度与冲击波超压、比冲量成正相关，与正压作用时间成负相关；方位角大于90°时装药速度与冲击波超压、比冲量成负相关，与正压作用时间成正相关。超压峰值大小沿方位角成正弦变化。最后，分析了冲击波峰值超压数据，建立了动爆冲击波超压的计算模型，该模型计算结果与仿真和实验结果吻合较好。     

爆炸驱动典型活性材料能量释放特性研究

为了研究活性材料爆炸驱动反应特性，基于粉末压制成型工艺，制备了Al/PTFE、Al/Ni两种典型的活性材料及Al₂O₃/PTFE、Al₂O₃/PTFE/W惰性材料。通过爆炸驱动试验，并结合高速摄影、远红外热像仪以及峰值超压测试技术，分析了不同活性材料壳体装药爆炸火球、温度场分布及空气冲击波峰值超压等特性。同时，在炸药爆炸空气冲击波峰值超压经验计算模型中考虑了活性材料释放的化学能，分析了反应释放能量对空气冲击波的影响规律。结果表明:活性材料在爆炸驱动过程中经历了强加载条件下反应、产生碎片并向四周飞散、撞击钢板及后续反应等阶段。活性材料对炸药爆炸产生的空气冲击波具有强化作用，爆炸加载瞬间材料仅发生了部分化学反应。