燃料爆炸抛撒过程中射流量的估算

通过高速录像记录3种质量不同、长径比为1.5~2.3的燃料空气炸药（FAE）装置爆炸抛撒过程的实时结果,用专门的软件对图像进行了处理。以装置上端盖为基准对解体时间进行了初步估算,由此给出了燃料初期射流量的理论估算式,结合试验结果计算了燃料的射流量。结果表明,燃料的射流量与装置的高度、装置的材质和燃料的密度等因素有关,实验研究的3种装置射流量均大于总燃料量的10%。     

FAE爆炸场超压与威力的实验研究

利用现场测试系统动态灵敏度标定技术,分别等精度测试了FAE和TNT爆炸场峰值超压。在此基础上获得了各自的爆炸波峰值超压随传播距离的拟合曲线和TNT当量比。结果表明:FAE爆炸场超压分布规律与TNT有显著区别,前者属于大体积云雾爆炸,爆炸场可划分为云雾爆轰区、云雾边缘区和冲击波作用区;在云雾爆轰区,超压平均值在2.6MPa左右,在小于2/3云雾半径的范围内比同质量的TNT低,在大于2/3的云雾半径范围则显著大于TNT;在冲击波作用区,环氧丙烷燃料的FAE爆炸超压约是TNT爆炸效果的5倍,超压均呈衰减趋势,但FAE衰减比TNT缓慢许多。     

燃料-空气云雾爆轰的直接引爆实验研

在直径240mm的立式激波管中环氧丙烷(PO)、正己烷、癸烷分别与空气混合进行了直接起爆,测定了不同燃料、不同当量比的云雾直接引爆的临界起爆能。实验发现,当PO 空气混合物、正己烷 空气混合物及癸烷 空气混合物的当量比分别为1.05、1.12及1.15时,其临界起爆能均最小;三种混合物的可爆下限当量比分别为0.47(质量浓度4.23%)、0.75(质量浓度5.29%)及0.89(质量浓度5.8%)。实验表明,在本实验条件下,三种燃料与空气混合物的云雾都容易在较大当量比范围内引发爆轰并实现爆轰波稳定传播。     

燃料爆炸抛撒过程的实验研究

 通过高速录像对3种量级（5、20、50 kg）FAE装置的静爆实验进行了现场记录，通过对燃料爆炸抛撒形成云雾的成长过程的实时记录结果，把燃料的爆炸抛撒过程分为3个阶段：喷出阶段、过渡阶段和膨胀阶段，其依据是爆炸驱动力和气动阻力的相互作用而导致的云雾径向膨胀速度的变化；对于结构相似的FAE装置，爆炸抛撒各阶段结束时刻及最终的云雾直径与装填燃料量的立方根成正比，说明小型装置可以模拟大型FAE武器；此外对应于不同阶段结束时刻的云雾直径与装置直径的比值分别为5.5、30和45。     

主控提前点火对复合推进剂慢速烤燃响应的影响

为研究主控点火对复合推进剂慢速烤燃响应特性的影响,设计并开展了典型复合推进剂装药慢速烤燃实验,结合数值计算和推进剂热分解失重及形貌演化过程,探讨了点火前推进剂内的温度分布情况及推进剂细观结构热损伤规律。研究发现:针对复合推进剂装药的慢速烤燃,在推进剂发生自热点火前温度较低时进行主控点火可以有效降低反应剧烈程度;随着加热温度的升高,推进剂中部分组分发生分解,导致推进剂内部温度高于壳体温度,同时推进剂中粘结剂及AP的分解会导致推进剂装药形成多孔状的结构,在点火后更易导致对流燃烧,加剧反应烈度;当壳体温度仅138 ℃时,推进剂温度最高点达到150 ℃,最高点首先出现在靠近喷管的尾部,考虑到粘结剂及AP部分分解导致的孔隙结构会加剧反应的响应烈度,主控点火温度应设定在138 ℃以下。     

Studies on aluminum powder combustion in detonation environment

The combustion mechanism of aluminum particles in a detonation environment characterized by high temperature (in unit 10³ K), high pressure (in unit GPa), and high-speed motion (in units km/s) was studied, and a combustion model of the aluminum particles in detonation environment was established. Based on this model, a combustion control equation for aluminum particles in detonation environment was obtained. It can be seen from the control equation that the burning time of aluminum particle is mainly affected by the particle size, system temperature, and diffusion coefficient. The calculation result shows that a higher system temperature, larger diffusion coefficient, and smaller particle size lead to a faster burn rate and shorter burning time for aluminum particles. After considering the particle size distribution characteristics of aluminum powder, the application of the combustion control equation was extended from single aluminum particles to nonuniform aluminum powder, and the calculated time corresponding to the peak burn rate of aluminum powder was in good agreement with the experimental electrical conductivity results. This equation can quantitatively describe the combustion behavior of aluminum powder in different detonation environments and provides technical means for quantitative calculation of the aluminum powder combustion process in detonation environment.     

FAE装置参数对燃料抛撒与爆炸威力影响的实验研究

 采用高速运动分析系统对FAE实验装置爆炸抛撒过程进行观测,描述了燃料抛撒过程的不同阶段,实验研究了比药量、长径比、壳体材质等装置参数对燃料抛撒与爆炸威力的影响。结果表明,燃料抛撒过程可分为射流形成与扩散运动阶段、燃料两向膨胀运动阶段和气液融合运动阶段。不同阶段对应不同的流体动力学特征,对云团形成的贡献不同。在实验装置总体优化条件下,适当增大比药量可提高云团覆盖面积与体积;在实验范围内长径比不是影响云团状态的显著因素,但长径比较大时可使燃料抛撒均匀性更好;采用钢质壳体时云雾抛撒状态明显优于铝质壳体。实验证明,采用碳钢壳体、比药量3%左右、长径比为3~5且装置参数良好匹配时,可获得理想的云团状态和高威力爆炸波毁伤效应。     

RDX基含铝炸药三波点高度的数值模拟

为研究含铝炸药近地空中爆炸的三波点特性,利用ANSYS/AUTODYN显式有限元程序,对3种RDX基含铝炸药HL-01(RDXph)、HL-02(85%RDXph+15%Al)和HL-03(70%RDXph+30%Al)空中爆炸过程进行了模拟。结果表明:计算得到的压力时程曲线与实测压力时程曲线较吻合,且在不同位置处的超压值也接近实验值,说明所建立的模型及状态方程参数选取合理;与经验图表法的对比说明,基于爆热当量的经验图表法不适用于含铝炸药三波点高度的计算,而用数值模拟方法可以较好地获得含铝炸药的三波点高度;同一爆炸高度下,3种炸药的三波点高度由大到小依次为HL-03、HL-02、HL-01;对于同种炸药,三波点高度随着爆炸高度的减小而增加。     

铝氧比对含铝炸药性能影响的数值模拟

为了研究铝氧比对含铝炸药在混凝土介质中爆炸性能的影响，采用数值模拟与实验相结合的方法，针对铝氧比分别为0、0.257、0.632的含铝炸药，利用AUTODYN有限元程序建立计算模型，计算了柱形装药在混凝土介质中的爆炸破坏过程，并且得到了在比例距离为2.5~10的范围内，3种含铝炸药爆炸形成的冲击波压力时程曲线。计算结果表明:冲击波峰值压力的衰减指数随炸药的铝氧比增大而减小，衰减指数分别为2.1、1.71、1.60；另外，当含铝炸药的铝氧比为0.257时比冲击波能最大。     

约束空间内壳装炸药殉爆及防护

为研究壳装炸药在包装箱内的殉爆响应和防护方法，开展了壳装聚黑铝炸药在包装箱内的殉爆试验，通过被发装药残留炸药和壳体破碎情况，判断被发装药的反应情况。建立了壳装炸药箱内殉爆计算模型，采用非线性有限元计算方法，对壳装聚黑铝炸药殉爆试验进行了数值模拟。并对包装箱进行防殉爆设计及试验验证。数值模拟结果表明，在包装箱内装药发生殉爆的主要原因为高速破片的撞击。试验结果显示，在无防护条件下，主发装药箱内2发、下层箱内1发被发装药发生爆轰反应，下层箱内1发被发装药未发生反应；在相邻装药间设置20 mm木隔板，在箱底设置2 mm铝板后，仅有与主发装药相邻的被发装药发生爆燃至爆炸等级的反应，其余3发被发装药未发生反应。说明在箱内设置隔板可有效降低殉爆反应等级。