JO-9C(Ⅲ)炸药的飞片冲击起爆判据参数拟合

针对JO-9C(Ⅲ)炸药的冲击起爆判据参数缺失问题，结合理论模型和模拟计算结果，拟合得到了JO-9C(Ⅲ)炸药的3种不同形式的起爆判据参数。利用AUTODYN软件，建立了不同尺寸钛飞片冲击起爆JO-9C(Ⅲ)炸药的数值模型，得到不同尺寸钛飞片起爆JO-9C(Ⅲ)炸药的临界速度。根据冲击起爆理论和飞片临界起爆速度，计算出JO-9C(Ⅲ)炸药内入射冲击波的波阵面参量，再结合p-τ、James和Π-τ3种起爆判据形式，拟合得到JO-9C(Ⅲ)炸药的起爆判据参数，起爆判据参数的拟合精度从高到低依次为Π-τ、p-τ、James。     

点起爆炸药驱动平板飞片运动的数值模拟研究

 为研究点起爆发散爆轰波驱动飞片的运动特性,自行研制了二维流体动力学程序TDY2D,采用由实验所标定炸药的状态方程参数,对3种长径比相差较大的点起爆炸药驱动平板飞片运动的模型进行了数值模拟计算,并对结果进行了分析。计算所得的飞片运动历史和击靶波形均与实验符合较好,具有较高的计算精度,从而验证了该程序的准确性和有效性。     

以HNS炸药为装药的冲击片雷管

冲击片雷管主要由炸药装药、飞片加速膛、飞片、爆炸箔、反射片(基板)以及连接件等组成。冲击片雷管作为起爆器具有如下特点：高安全性和高可靠性；环境适应性好；瞬时陛和同步性好等。由于冲击片雷管所具有的安全陛和可靠性，其研究工作在国内外受到极大的重视。目前我国还没有一种符合直列式要求的雷管，所以，此项研究有助于提高我国常规战斗部的安全水平。     

冲击作用下PBX炸药预制孔洞塌陷过程的实验探索

采用显微镜头、光纤传像束、高速相机相结合的拍摄方法,利用电爆炸驱动低速飞片技术和快响应热电偶测温技术,初步建立了毫米级小尺寸炸药冲击响应的测试方法,实现了对亚毫米尺度预制孔洞缺陷的实时动态观测,获得了固体炸药孔洞(直径500μm)动态塌陷过程的图像和温升历程,为开展热点形成、点火及成长过程的实验研究奠定了基础。     

钝感炸药冲击起爆反应过程的 PDV 技术

为研究A型钝感炸药冲击起爆反应演化过程,进行了火炮驱动蓝宝石飞片的一维平面冲击实验。实验中采用光子多普勒测速仪(Photonic Doppler velocimetry,PDV)技术测量冲击起爆后台阶型炸药的粒子速度。在炸药不同厚度台阶的后界面固定镀铝膜的楔形氟化锂(LiF)窗口,利用阻抗匹配将PDV测量的LiF窗口波后粒子速度转化为炸药样品波后粒子速度。比较组合式电磁粒子速度计和PDV两种测速技术,结果表明,相较于组合式电磁粒子速度计,PDV测量的粒子精度更高。简要分析了PDV测速探头角度、探头孔径、窗口折射率等影响,得到PDV测速的相对不确定度小于1%。     

爆轰产物驱动飞片运动数值模拟

化爆加载装置是研究材料动态响应特性的重要冲击加载装置之一。如果炸药与飞片直接贴附，将难以获得较低的飞片速度，而且飞片中载荷的上升时间较短。为研究材料在冲击压缩低压状态和准等熵压缩条件下的动态响应特性，对利用爆轰产物经过空气隙驱动飞片运动的加载装置进行了二维数值模拟，获得了一些规律性认识。     

利用电磁法研究HMX与TATB混合钝感炸药的冲击起爆特性

为研究含有少量奥克托金(HMX)且以三氨基三硝基苯(TATB)为基的高能钝感炸药PBX-3的冲击起爆反应增长规律,采用火炮驱动蓝宝石飞片的方法和铝基组合式电磁粒子速度计技术进行了一维平面冲击实验。通过实验测量撞击表面及内部不同深度处的冲击波后粒子速度,得到PBX-3炸药的Hugoniot关系。根据冲击波示踪器所测数据绘制了炸药到爆轰的时间-距离(x-t)图,获得了反映炸药冲击起爆性能的Pop关系。将入射压力为12.964 GPa时达到爆轰的6条速度曲线修整成相同零点,通过读取6条曲线的分离点即反应区末端的C-J点,计算出化学反应区时间和宽度。     

燃料抛撒成雾及其燃烧爆炸的光滑离散颗粒流体动力学方法数值模拟研究

燃料在炸药爆炸驱动下形成燃料空气爆炸云团, 进而引燃爆炸, 对目标造成毁伤. 本文在前期提出的光滑离散颗粒流体动力学方法(SDPH)的基础上, 引入描述炸药由爆轰到膨胀整个过程的Jones-Wilkins-Lee状态方程及描述气体快速燃烧过程的EBU-Arrhenius燃烧模型, 建立了求解战斗部起爆、燃料抛撒和燃料二次引燃爆炸问题的新型SDPH方法. 设计了圆环形燃料颗粒在炸药爆炸驱动下运动抛撒的算例进行数值验证, 结果与理论相符; 对燃料空气炸药(FAE)云雾的形成和发展过程进行了数值模拟, 分析了云雾的形态, 并与实验结果进行对比, 符合较好, 同时分析了不同起爆方式对云雾团成型的影响; 最后, 在云雾团成型的基础上, 引入蒸发燃烧模型对FAE的燃烧爆炸过程进行了模拟研究. 结果表明, 本文建立的数学模型和计算方法可以较好的模拟燃料空气炸药抛撒成雾及云雾燃烧爆炸过程, 为该类武器装备的设计研究提供了较好的数值方法.     

电爆炸箔驱动绝缘飞片的一维数值模拟

 在一维有限差分反应流体动力学程序SSS中引入电爆炸模型,在此基础上结合新引入的物态方程库,开展了电爆炸加载下飞片运动过程的数值模拟研究。计算结果与实验结果基本吻合,表明SSS对电爆炸驱动飞片的过程的模拟是可靠的,为电炮加载技术的优化设计和电爆炸驱动飞片物理过程的进一步研究提供了一套有效的计算方法和程序。     

金属隔层和空气间隙对钝感炸药冲击起爆的影响

为了确定空气间隙和金属隔层对冲击起爆的影响,采用火炮加载蓝宝石飞片冲击起爆Φ50 mm×30 mm的A型炸药,产生的冲击波通过空气间隙和金属隔层起爆Φ50 mm的台阶型B型炸药。在B型炸药的后界面粘贴镀膜氟化锂(LiF)窗口,使用光子多普勒测速仪(PDV)测量金属和B型炸药的后界面速度,进而计算得到金属和B型炸药的冲击波透射压力,再利用阻抗匹配计算得到金属和B型炸药的入射压力。结果表明:传爆药和金属隔层间的空气间隙使冲击压缩过程转变为准等熵压缩和冲击压缩两个过程,同时使冲击波的幅值减小;确定了金属隔层厚度为5 mm时冲击波压力的衰减范围;当使用A型炸药作为传爆药,空气间隙为0.3 mm,金属隔层厚度为5 mm时,B型炸药在7~10 mm之间开始反应。     

超高速发射装置的数值模拟

 应用二维Lagrangian有限元程序EPFT101对超高速发射装置作数值模拟设计。对速度超过10 km/s的发射飞片作了系统研究。为防止飞片的破碎和熔化,采用密度梯度结构装置冲击固定飞片,为使固定飞片达到最大的可能发射速度,采用了筒的延伸技术,并通过数值模拟,优化了超高速发射条件。计算结果表明,当密度梯度结构装置的初始冲击速度为5.8 km/s（或6.0 km/s）时,1.063 g钛合金飞片的速度可达到10 km/s以上。飞片的纵横比为0.3。     

爆轰波对碰驱动平面组合飞片的数值模拟

采用SG(Steinberg-Guinan)强度模型描述组合飞片(铅和铝)的动力学响应行为,对两侧对称点起爆圆柱炸药、爆轰波对碰驱动组合飞片实验模型进行了数值模拟计算。得到了爆轰波对碰驱动组合飞片的计算图像,并与实验结果进行了对比分析,明确了SG强度模型对描述爆轰波对碰驱动下组合飞片的适用性,为高应变率条件下材料强度模型的适应性研究奠定基础,同时也为更好地理解材料在高应变率条件下的本构关系以及材料在对碰区的动力学行为提供参考。     

爆炸载荷作用下锥形飞片的平面度研究

 尽管分离式Hopkinson压杆（SHPB）和轻气炮作为较为常用的两种动加载手段已经被广泛应用到多种材料的动态力学特性研究之中,但由于其自身加载试件尺寸较小,难以满足真实的混凝土和钢筋混凝土的实验研究需要。为解决该问题,提出了一套大尺寸简易爆炸加载装置,将飞片设计为锥形,利用炸药直接驱动飞片,实现大尺寸加载。先用数值模拟完成对爆轰加载装置的初步设计和优化,通过模拟炸药驱动飞片的动力过程,给出飞片和药柱的优化尺寸;然后利用自制的同轴探针、脉冲形成网络和两台示波器进行靶场实验测定,研究飞片平面度,提出改进方案,最终为大尺寸混凝土和钢筋混凝土试件的动态加载实验做准备。     

双面爆炸焊接的数值模拟

双面爆炸焊接一次起爆可同时焊接两组复合板,而且使炸药临界厚度显著降低,提高了炸药的能量利用率,解决了爆炸焊接现存的高噪低效问题。借助ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件,运用光滑粒子流体动力学方法(SPH)与有限元(FEM)耦合算法,对双面爆炸焊接进行了三维数值模拟,并将模拟结果与实验结果和理论计算结果进行了对比。结果表明,数值模拟结果与实验结果较吻合,且与Deribas的理论计算结果一致性较好,说明Deribas公式和SPH-FEM耦合方法对双面爆炸焊接具有较好的指导意义。     

平面二级炸药强爆轰驱动装置的优化设计

 在推广的Gurney理论模型基础上,采用遗传算法优化技术,对平面二级强爆轰驱动非线性问题进行了初步的优化设计。飞片及炸药的材料分别为钢及JO-9159,在初级飞片和次级飞片厚度分别为2.5 mm和0.5 mm时,得到了不同初级飞片速度（5.0～6.5 km/s）下次级飞片的最大速度及对应的次级炸药最佳厚度。并对铝、铜、钼及钽等几种典型金属材料飞片进行了计算,得到了初级飞片速度为5 km/s时对应的次级炸药最佳厚度等优化参数。这些计算结果可以为二级强爆轰驱动装置的实验设计提供重要参考。     

磁驱动飞片发射实验结构系数初步研究

为了确定磁驱动飞片发射实验结构系数的范围、影响因素、结构系数与影响因素的关系,对聚龙一号装置上的磁驱动飞片发射实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明,磁流体力学程序能正确模拟聚龙一号装置上各个磁驱动飞片发射实验;磁驱动双侧飞片发射实验的结构系数为0.7～0.8;磁驱动单侧飞片发射实验的结构系数为0.80～0.85。磁驱动飞片发射实验的结构系数与实验加载电流无关,仅由磁驱动飞片发射实验的负载结构决定。磁驱动飞片发射实验的结构系数取决于阴阳电极极板的初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙以及阴阳电极上飞片厚度之和等三个因素。在磁驱动飞片发射实验中,电极初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙不变的情况下,结构系数由阴阳电极上飞片厚度之和确定,阴阳电极上飞片厚度之和越大,结构系数越大。     

应用SPH方法对平板铅飞层对碰凸起动载行为的数值模拟研究

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,模拟研究了两点起爆圆柱炸药驱动组合飞层(铝+铅)的动载行为,得到了爆轰波对碰区铅飞层类似射流状超前凸起的计算图像。模拟结果表明,对碰凸起呈现与实验结果相同的分层结构,且凸起头部具有散碎特征,根部相对密实。因此,SPH方法能够较好地模拟铅这类低熔点、低强度金属在对碰区中出现的散碎等破坏现象。     

自由面被烧蚀磁驱动飞片的数值模拟

为了理解磁驱动飞片自由面烧蚀的机理、自由面被烧蚀后飞片的物质状态、自由面被烧蚀后激光速度干涉仪(VISAR)测量的机理等,采用磁驱动数值模拟程序MDSC2对聚龙一号装置上PTS-151发次磁驱动飞片实验中370 m厚飞片进行了模拟和分析。数值模拟表明,334 ns之前飞片自由面部分保持固体状态,334 ns之后飞片自由面部分已经熔化,到340 ns后整个飞片都被熔化。飞片自由面烧蚀的主要机制是电流焦耳加热,热扩散和压缩做功的贡献很小。数值模拟的固体密度反射面速度历史和VISAR测量的速度历史一致。飞片自由面熔化后,VISAR测量的速度是距离自由面最近的固体密度反射面的速度。     

激光驱动飞片的线面成像VISAR测速技术

以激光驱动飞片速度场诊断为例,展示线面同时成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)技术在超高速碰撞研究中的应用前景。将传统VISAR改为成像干涉结构,用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹随时间的变化,实现靶面一条线上各点速度历程和多个时刻二维靶面上所有点速度相对分布的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有10μm的空间分辨和约15m/s的速度分辨能力。用其测量了激光驱动铝膜飞片的速度场,直观给出飞片的演化发展过程。实验结果表明,线面同时成像VISAR技术可以为激光驱动飞片、超高速碰撞等领域的理论研究和数值模拟提供有效比对实验数据。     

飞片材料对微装药驱动飞片形貌的影响

利用数值模拟和实验方法,研究了以铜叠氮化物微装药为基础的微机电系统(MEMS)起爆传爆序列的材料类型对飞片形貌的影响。结果表明:钛适合作为飞片材料,而铜、铝、聚酰亚胺不适合作为飞片材料;飞片形貌与材料的力学性能密切相关,金属飞片的完整性主要取决于有效塑性失效应变,而非金属飞片的完整性则主要取决于杨氏模量。