PBX-9404的化学反应速率方程及起爆特性

通过对炸药化学反应速率方程的分析,建立了基于Kim弹粘塑性球壳塌缩热点模型原理的三项式化学反应速率方程模型。运用遗传算法确定了反应速率方程相关参数,通过与Forest-Fire反应速率模型数值模拟结果的对比对所建模型的合理性进行了验证。将所建反应速率方程模型嵌入有限元程序对PBX-9404炸药起爆过程进行数值模拟,根据模拟结果分析了炸药遭受冲击加载后炸药孔隙率、颗粒尺寸等变化对炸药冲击起爆过程的影响。     

PBX-9404炸药高压反应速率方程的研究

研究了ＰＢＸ ９４０４ 炸药在高幅值冲击波加载下的化学反应速率方程。将所得高压反应速率方程与Ｊｏｈｎｓｏｎ 等的经验热点模型的低压项结合,得到ＰＢＸ ９４０４ 炸药的冲击波起爆反应速率模型。利用一维特征线程序模拟该炸药的冲击波起爆过程和爆轰波传播过程。     

多元混合PBX炸药冲击起爆的多元Duan-Zhang-Kim反应速率模型研究

提出了多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型新的处理方法，构建了新的细观反应速率模型，系列数值模拟结果与实验结果均一致，表明该细观反应速率模型可较好地描述和预测炸药组分配比及颗粒度对多元混合PBX炸药冲击起爆过程的影响。PBX炸药冲击起爆过程主要受热点点火过程和燃烧反应过程共同作用:HMX占主导成分的PBXC03炸药，起爆压力低，冲击起爆过程受热点点火影响较明显，热点点火后的燃烧反应速度较快，表现为加速反应特性；TATB占主导成分的钝感PBXC10炸药，起爆压力高，冲击起爆过程主要受点火后的燃烧反应过程控制，且点火后燃烧反应速度较慢，表现为稳定反应特性。     

CL-20基混合炸药的冲击起爆特征

为了研究CL-20基混合炸药的冲击起爆特征,深入分析冲击波作用下CL-20基混合炸药的爆轰成长规律,采用炸药驱动飞片冲击起爆实验方法,对CL-20、CL-20/NTO和CL-20/FOX-7三种压装混合炸药进行了冲击起爆实验,通过嵌入在炸药内部不同位置处的锰铜压力传感器,获得了炸药内部压力的变化历程。依据实验结果标定了混合炸药的点火增长模型参数,其中,利用反应速率方程中的两个增长项,分别模拟CL-20/NTO和CL-20/FOX-7混合炸药中两种组分的反应增长过程,得到这两种混合炸药的反应速率方程参数。并通过数值模拟的方法得到了三种炸药的临界起爆阈值和POP关系。研究结果表明:三种CL-20基混合炸药中,CL-20/NTO混合炸药具有更高的临界起爆阈值,而CL-20/FOX-7混合炸药具有更长的爆轰成长距离;此外,利用此套拟合双组分混合炸药反应速率方程的方法,可以对新型配方炸药的冲击起爆过程进行预测性计算     

用十字形超细药条离散群同步起爆实现超低比冲量加载

余弦分布载荷的化爆加载技术是高空核爆软X射线辐照下空间结构动态响应考核的主要手段。为适应新型空间飞行器结构考核的复杂构型、高同步性和低比冲量载荷设计要求,提出了一种用十字形超细药条离散群同步起爆实现超低比冲量加载的方法。实验结果验证表明：(1)所制作的十字形超细药条,最小截面尺寸为0.33 mm×0.5 mm,传爆性能稳定,并可通过直径0.5 mm的柔爆索直接起爆;(2)与相同布药密度的条状布药方式相比,布药空间均匀度提高了76.7%;(3)所采用的21点柔爆索同步起爆网络,起爆率达100%,起爆不同步性小于1μs。进一步建立了离散片炸药加载数值计算模型,分析了离散片炸药群同步起爆加载的比冲量空间分布和匀化规律,将匀化过程分为扩散段、叠加段和均匀段3个阶段;对比了方形、十字形、短条形3种形状药片阵列的比冲量演化过程,发现十字形药片所需匀化距离最短、均匀度最高,仅需约0.8倍布药间距即可使比冲量均匀度偏差降至10%以下。     

孔隙度对PBX炸药冲击起爆影响的实验研究

为了研究孔隙度(装药密度)对PBX炸药冲击起爆爆轰成长的影响，采用炸药冲击起爆锰铜压阻一维拉格朗日实验测试系统，测量了不同孔隙度的PBXC03炸药(HMX的质量分数为87%，TATB的质量分数为7%，黏结剂的质量分数为6%)冲击起爆过程不同拉格朗日位置的压力-时间历史。结果显示:在本文装药范围和加载条件下，孔隙度对PBX炸药冲击起爆爆轰过程的影响不单调，中等密度的炸药冲击起爆和爆轰成长最快，这是热点点火过程与燃烧反应过程共同作用的结果。     

铸装TNT炸药表面热点温度的测量

非均匀炸药冲击起爆的热点理论一直是爆轰物理中,人们普遍关心的课题之一。本文对热点温度实验测量工作进行了尝试,叙述了用多通道光学高温计测量非均匀炸药表面热点温度的原理及方法。用实验方法得到在3.44GPa左右的冲击压力下,铸装TNT炸药表面热点温度约为3640K。     

MgH2对乳化炸药的压力减敏影响实验

将储氢材料MgH₂作为敏化剂和含能材料引入到乳化炸药的配方中,通过冲击波动压发生装置和水下爆炸实验研究MgH₂对乳化炸药抗冲击波性能的影响,并与玻璃微球敏化的乳化炸药进行对比。研究结果表明,MgH₂能够显著减弱压力减敏作用对乳化炸药爆轰性能的影响,且同等受压程度下爆炸威力远大于玻璃微球敏化的乳化炸药。最后,通过扫描电镜研究受压乳化炸药微观结构,得出乳化基质破乳和有效“热点”减少是乳化炸药受冲击波作用后爆轰压力降低的主要影响因素。     

含能微球敏化乳化炸药水下爆炸能量输出特性研究

将内部含有烷烃的含能微球引入乳化基质,得到一种新型乳化炸药。采用水下爆炸实验探究微球质量分数对乳化炸药水下爆炸性能的影响,得到含能微球质量分数为0.2%～7%的乳化炸药水下爆炸冲击波压力-时程曲线。依据压力结果,通过公式计算和分析得到炸药的水下冲击波峰值压力、比气泡能、比冲击波能以及比爆炸能等水下爆炸参数。实验结果表明:含能微球质量分数0.2%的乳化炸药的峰值压力最大,并且随着微球质量分数增大而下降;乳化炸药的比气泡能随着含能微球质量分数的增大先上升再下降,微球质量分数为4%的比气泡能最大;乳化炸药的爆速、比冲击波能以及比爆炸能均随着含能微球质量分数的增大而下降。     

含铝炸药能量释放的简化模型

为了在水下爆炸效应中反映出非理想爆轰特性的影响,建立了含铝炸药非理想爆轰能量释放的简化模型。该模型以CJ爆轰理论和二次反应理论为基础,把含铝炸药化学反应划分为快速反应和慢速反应,以释放的化学能和慢反应速率常数作为非理想特征参数,并应用于一维数值模拟。计算结果与基本实验结果一致,冲击波峰值的计算误差不大于10％,衰减时间常数的误差小于5％,冲击波能与实验值也具有良好的一致性。简化模型合理地描述了含铝炸药非理想爆轰的主要过程及非理想特性,可应用于含铝炸药的设计和爆炸效应的分析。     

几种常用炸药的爆压与爆轰反应区精密测量

为了获得几种常用炸药的爆压和反应区宽度数据,采用激光干涉测试技术对TNT、PETN、RDX、HMX、TATB和CL-20炸药的稳态爆轰波界面粒子速度进行了测试,获得了高精度的界面粒子速度时程曲线,利用阻抗匹配公式计算得到了炸药的爆压。结果表明:PETN、RDX、HMX和CL-20等理想炸药的界面粒子速度曲线存在较明显的拐点,爆轰反应区较窄,反应时间为7~15 ns。TNT和TATB炸药由于存在碳凝聚慢反应过程,界面粒子速度曲线没有明显的拐点,爆轰反应时间分别为（100±15） ns和（255±20） ns。初步的不确定度分析表明,激光干涉法测试爆压的相对扩展不确定度为4.4%（包含因子k=2）。     

长管强约束条件下压装PBX炸药点火实验研究

为探究压装炸药PBX-A在较强约束条件下、在药柱一端使用点火药引燃后能否发生燃烧转爆轰，在传统DDT管的基础上重新设计了特定位置约束增强的厚壁钢柱壳管实验装置，利用多路PDV诊断技术，配套高速摄影记录对点火药引燃炸药实验过程中的柱壳膨胀、断裂特性等实验现象进行了全过程连续监测。对比由爆轰驱动的相同装药条件下实验现象及对应过程物理状态的区别，发现:爆轰实验和点火实验 的总反应时间历程存在数量级的差别；柱壳上各个测点速度历程反映出装置内部炸药反应引起的压力增长历程特征，以及炸药反应的传播过程均存在明显差异。分析表明，在较强约束条件下，典型压装炸药PBX-A在一端使用点火药引燃后的反应行为实际是以高温、高压反应产物沿装药缝隙对流，炸药表面的层流燃烧及其伴随的结构响应行为为主要表现形态；从反应压力水平及其增长的时间历程来看，炸药基体中没有形成冲击波，因而无法实现从冲击到爆轰的转变。     

温压炸药的特性及发展现状

温压炸药的爆炸涉及到起爆、爆轰、冲击波的传播与反射、多相湍流和多模化学反应等, 是一个多尺度、多物质、多因素、多物理场耦合过程, 深化温压炸药高效释能的关键基础理论, 揭示温压爆炸的反应机理并有效控制和利用是温压武器创新发展的关键科学问题, 对高威力温压炸药的配方设计、温压武器的研制和使用具有重要指导意义. 本文描述了温压爆炸的基本原理, 讨论了温压炸药的概念和内涵, 从炸药种类、释能特点、能量构成、爆炸反应机制、爆炸效应增强机理、杀伤机制等方面阐述了温压炸药的特征, 分析了温压炸药有限空间内部爆炸威力的评估方法以及温压炸药的研发状况, 并提出了相关发展建议, 以期为高威力温压炸药的设计、温压弹的研制及毁伤评估提供指导.      

冲击作用下炸药热点形成的3维离散元模拟

为了探讨非均质炸药在冲击作用下的细观响应特性,分别对以HMX为基的PBX塑料粘接炸药和含孔洞的HMX炸药在活塞推动下热点的形成过程进行了3维离散元模拟(未考虑化学反应)。结果表明,塑料粘接炸药中的热点集中在炸药晶体与粘结剂的结合部,晶体温升低于粘结剂,且晶体边界温升高于内部。对于含孔洞炸药,热点温度与孔洞的尺寸和形状有关,大孔洞塌缩形成的热点温度高于小孔洞塌缩形成的热点温度,球形孔洞塌缩形成的热点温度高于立方体孔洞塌缩得到的热点温度。     

TATB基非均质炸药预冲击减敏的数值模拟

为了对一种TATB基非均质炸药的预冲击起爆现象展开数值模拟研究,将基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型耦合进二维结构网格拉氏弹塑性流体力学程序。利用炸药及其产物的冲击雨贡纽实验数据校验了未反应炸药及产物的状态方程参数,通过一维冲击起爆的模拟,标定了反应速率模型参数。模拟了炸药在弱冲击0.45 μs后跟随的强冲击波的二次冲击实验,结果表明,受预压缩区域的炸药反应变慢,到爆轰距离增长了约1 mm,与该炸药二次冲击实验减敏现象相符。模拟拐角效应时,爆轰波经过拐角后,在拐角附近形成稳定的不起爆区域,与主要成分相同的LX-17炸药的拐角效应实验的死区特征相符。数值模拟结果表明,基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型可以较好地模拟非均质炸药预冲击减敏问题。     

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。     

一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离

利用光纤探针/光电转换器/示波器技术和楔形炸药块方法,采取电炮驱动薄飞片冲击加载产生高压短脉冲激励的装置,测量了一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离,研究了到爆轰距离与初始冲击波压力幅值和脉宽的关系,给出了该炸药的POP曲线和表达式。实验结果有助于了解压力脉宽对钝感炸药的冲击起爆和爆轰成长的影响。对于短脉冲冲击加载,入射压力脉宽对炸药的到爆轰距离影响明显,相同实验条件下,压力脉宽越长,炸药的到爆轰距离越短;相同压力脉宽下,加载压力越高,炸药的到爆轰距离越短。     

Influence of glass microballoons size on the detonation of nitromethane based mixtures

Detonation velocities and critical diameters of nitromethane (NM) based explosive mixtures sensitized by glass microballoons (GMBs) were measured. The control parameters of this experimental study were the nature and diameter of the confinement, the GMB size and their mass fraction.As GMB mass fraction is increased, the diameter effect curves (detonation velocity versus reciprocal charge diameter) become less and less dependent upon the confinement nature and size. Furthermore the shape of these curves, which for low concentration of GMBs is concave downward like that of heterogeneous explosive, tends to be straight like that of homogeneous explosives for larger GMB mass fractions.The critical diameter is found to be strongly dependent on GMB size and mass fraction. The mechanism of NM sensitization by GMBs is qualitatively analyzed and estimations of the effect of GMB concentration and size on the critical diameter of the mixtures agree with the experimental results.     

非理想炸药在混凝土介质中的爆炸做功特性

为了研究非理想炸药的做功能力,对TNT、PBXN-109、AFX-757和CL-20基炸药进行了混凝土介质内爆炸实验,测量了实验炸药爆炸形成的混凝土腔体容积,通过量纲分析和实验数据建立了混凝土腔体容积的计算模型,并采用自行设计的混凝土腔体容积方法评价了炸药的爆炸做功特性。结果表明,混凝土腔体容积法能够用于评估非理想炸药的做功能力,单位质量同类型炸药的混凝土腔体容积基本一致。混凝土腔体容积与炸药能量(或炸药质量与爆热的乘积)存在线性关系,炸药混凝土中内爆炸的相对做功能力可以通过爆热当量确定。