弹黏塑性热点模型的冲击起爆临界条件

非均质炸药冲击起爆临界条件是武器传爆系列设计以及安全性能评估中十分关注的问题。基于Kim弹黏塑性热点模型,通过数值求解冲击波作用下炸药局部热点的温升模型,获得了TATB和HMX基炸药在不同冲击压力作用下的冲击起爆临界阈值,定量分析了孔隙度对炸药冲击起爆临界阈值的影响。与实验数据对比,结果表明:在1~10GPa范围内,采用该模型计算得到的冲击起爆临界阈值与一维短脉冲试验相符,对应的炸药冲击起爆临界阈值近似为一常量;当压力大于10GPa时,非均匀炸药的冲击起爆机制开始由局部热点机制向整体均匀加热机制转变;在一定压力范围内,炸药孔隙度越大,冲击起爆临界阈值越小。     

RDX基含铝炸药爆轰波结构实验研究

为了获得含铝炸药爆轰反应区附近铝粉的反应情况,对两种RDX/Al炸药和一种RDX/LiF炸药的爆轰波结构进行了测量。实验过程中,利用火炮加载产生一维平面波,通过光子多普勒测速仪测量炸药/LiF窗口的界面粒子速度。结果表明:含铝炸药爆轰波的结构与理想炸药的差异较大,其界面粒子速度曲线没有明显的拐点;反应初期,由于气相产物与添加物之间温度的非平衡性,RDX/Al界面的粒子速度低于RDX/LiF炸药的;随后,由于铝粉反应放能,RDX/Al界面的粒子速度高于RDX/LiF炸药的;微米尺度铝粉在CJ面前几乎不发生反应;2、10 μm等两种粒度铝粉的反应延滞时间小于0.8 μs;在本文中,两种粒度铝粉的反应度为16%~31%。     

基于圆筒实验的RDX/Al炸药反应进程

对RDX炸药和2种铝粉质量分数分别为15%、30%的RDX基含铝炸药进行?50mm圆筒实验,研究铝粉含量对炸药做功能力的影响,根据格尼公式分析铝粉与爆轰产物的反应进程。结果表明:在圆筒实验记录的时间范围内,铝粉质量分数为15%的含铝炸药做功能力最强,RDX炸药次之,铝粉质量分数为30%炸药做功能力最弱;34μs时刻,铝粉质量分数为15%的炸药,铝粉的反应度为0.49,而铝粉质量分数为30%炸药铝粉的反应度仅为0.21,含铝炸药中铝粉的反应时间在50~200μs之间。     

基于PDV的JOB-9003炸药爆轰反应区测量

炸药的反应区数据对爆轰过程的精密建模具有重要意义，为了得到JOB-9003炸药的反应区信息，采用光子多普勒测速仪（PDV）对JOB-9003炸药的爆轰反应区进行了实验研究。实验中利用火炮发射高速蓝宝石飞片冲击起爆被测炸药，在炸药后表面安装镀膜氟化锂（LiF）窗口测量炸药一维稳态爆轰时的界面粒子速度，测试过程的时间分辨率小于1 ns，测速相对不确定度小于2%。通过读取界面粒子速度时程曲线的拐点来确定CJ点，根据阻抗匹配公式计算炸药的CJ压力。研究结果表明，JOB-9003炸药界面粒子速度时程曲线上存在较为明显的拐点，JOB-9003炸药的化学反应时间为（11±2）ns，对应的化学反应区宽度为（0.075±0.014）mm，JOB-9003炸药的CJ爆压为（35.6±0.9）GPa，冯诺依曼（Von Neumann）峰处的压力为（47.9±1.2）GPa。     

用PVDF压力计研究未反应JB-9014钝感炸药的Grüneisen参数

为了获得未反应JB-9014炸药的Grüneisen参数Γ,在火炮加载平台上对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。实验中,将炸药样品安装于两个铜板之间,两个PVDF压力计分别安装在炸药样品前表面和中部,记录两个位置处的压力随时间的变化历程;将圆形铜板作为飞片安装于弹托前表面,利用火炮加速弹托,使飞片以一定速度撞击样品装置前铜板,前铜板中产生右行冲击波对炸药样品形成一次压缩;随后冲击波在炸药样品/后铜板交界面发生反射,产生左行冲击波对炸药样品形成二次压缩。假设炸药样品的Grüneisen参数Γ为常数,计算不同Γ值下炸药样品前表面和中部压力随时间的变化历程,将不同Γ下的计算值与实验值进行对比,获得了JB-9014钝感炸药Grüneisen参数的最优值,为1.7。     

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。     

基于多普勒测速技术的JB-9014炸药反应区结构研究

为了解TATB基JB-9014炸药的爆轰过程，利用火炮驱动飞片加载，采用光子多普勒测速技术，对JB-9014炸药的爆轰反应区结构进行了实验研究。实验中利用火炮发射高速蓝宝石飞片冲击起爆被测炸药，在炸药后表面安装镀膜氟化锂（LiF）窗口测量炸药爆轰时的界面粒子速度，测试过程的时间分辨率小于2 ns。将粒子速度剖面对时间进行一阶求导，通过一阶导数的拐点来确定炸药反应区宽度、反应时间。研究结果表明，钝感炸药JB-9014的反应时间为（0.26±0.02）μs，对应的化学反应区宽度为（1.5±0.2）mm，反应结束点处的压力为27.3 GPa，von Neumann峰处压力为40.3 GPa。     

RDX基含铝炸药在混凝土中爆炸的实验研究

为了研究含铝炸药在混凝土介质中的毁伤效果,对不同含铝量的3种炸药进行了70g药量小尺寸混凝土爆炸实验,重点研究了铝粉含量和炸药埋深对毁伤效应的影响,利用高速摄影机拍摄了混凝土靶毁伤过程。结果表明:炸药埋深对炸药的毁伤效果有着重要的影响,埋深为30cm时的毁伤效果要远大于10cm时,当炸药的埋深为10cm时含铝量为15%的炸药毁伤效果最佳;铝粉含量越高,火光面积越大,持续的时间越长。     

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）。     

基于反向撞击法的JB-9014炸药Hugoniot关系测量

为了获得JB-9014未反应炸药的Hugoniot关系，在火炮加载平台上利用反向撞击技术对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。将JB-9014炸药样品作为飞片安装于弹托前表面，将镀膜氟化锂窗口作为装置靶。利用火炮加速弹托，使炸药样品以一定速度撞击镀膜氟化锂窗口，通过光子多普勒测速仪(photonic Doppler velocimetry，PDV)测量炸药样品击靶速度以及炸药/镀膜氟化锂窗口界面粒子速度。最终根据冲击波阵面守恒关系计算获得了JB-9014炸药冲击Hugoniot数据，采用正交回归直线拟合得到了炸药样品在3.1～8.2 GPa压力范围内的冲击Hugoniot关系:D_s=2.417+2.140u_s (D_s和u_s的单位均为km/s)。结果表明:该方法测试精度较高，响应时间快(小于5 ns)，同时该方法可以对炸药的反应情况进行检测，便于判断实验是否测得真实的未反应炸药冲击Hugoniot数据。