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。     

低真空条件下炸药强爆轰驱动超高速飞片实验研究

 采用X光照相和电探针技术进行低真空条件下炸药强爆轰驱动超高速飞片实验研究,得到了在不同时刻超高速飞片撞击静止靶的图像。实验结果表明,在低真空条件下,通过多级爆轰驱动方法得到次级飞片速度较高,而且具有相当好的平面性。     

爆轰驱动金属半球飞层自由面速度的测量

钝感炸药爆轰产物驱动金属飞片的研究工作直接同武器设计相联系。为探索研究爆轰产物驱动金属飞片的运动规律及金属材料本构关系对爆轰产物驱动飞片自身飞行的影响，用任意反射面速度干涉仪VISAR（Vclocity Interfcrometer Systcm for Any Rcflector）对不同厚度的铜半球飞层上多个点的速度历程进行了测量，得到了飞层运动的速度-时间曲线，给理论分析提供了实验数据。     

JO-9159与JB-9014复合药柱爆轰驱动平面飞片实验与数值模拟

为了研究串联复合药柱(JO-9159/JB-9014)结构尺寸对能量输出的影响,采用有限元软件AUTODYN对标准平面飞片实验进行数值模拟,并进行了实验验证,结果表明,飞片速度实验值与计算值的相对误差为0.2%~3.0%,比动能相对误差为0.4%~6.0%,因此模型是可信的。利用该模型及材料物性参数,对不同高度比的串联复合装药结构进行数值计算,研究结构尺寸变化和复合装药能量释放的规律,得到高能炸药和钝感炸药尺寸比与飞片速度的指数关系公式。数值模拟研究表明,随着高能炸药组成增加,爆轰驱动飞片的第1峰值速度和第2峰值速度越来越接近,而钝感炸药组成较大时,第1峰值速度较第2峰值速度较小,整个速度历史随着时间的推移有较大的跃升过程。     

多点激光干涉测速系统和电探针技术在飞片速度测量中的应用对比

 多点激光干涉测速系统和电探针技术均可用于测量高速运动物体的运动参数,为了相互验证测试结果,分析测试系统各因素对测量精度的影响,在平面爆轰波驱动飞片的实验中,利用多点激光干涉测速系统和多组电探针,同时测量金属飞片的自由面速度。将多点激光干涉测速系统测得的飞片速度-时间曲线进行积分,得到飞片的位移-时间曲线,并与电探针测得的飞片到达预定位置的时刻进行对比。结果表明：多点激光干涉测速系统各测点测得的飞片自由面速度随时间的变化曲线一致,各测点测得的速度最大相对偏差为1.45%;对两套测试系统的零时及信号传输时间进行修正后得到,当飞片飞行至5、10、15 mm位置时,电探针测得的飞片到达时刻与多点激光干涉测速系统测试结果的最大偏差值分别为0.02、0.02、0.07 μs;两套系统在同一测点的测试差值随飞片飞行距离的增加而增加,其原因可能是,炸药透镜的波形差对飞片运动的影响随着飞片飞行距离的增加而增大。     

气炮加载下炸药强爆轰驱动技术的初步实验研究

 利用二级轻气炮进行了炸药强爆轰驱动超高速飞片技术的研究,采用多普勒探针系统（Doppler Pins System,简称DPS）对二级飞片的速度历史进行了测量。初步获得了在较高速度（大于5 km/s）一级飞片的作用下、二级飞片的速度增益情况,并基本掌握了强爆轰驱动技术与二级轻气炮发射技术有机结合的实验技术。初步实验结果表明,采用炸药强爆轰驱动技术可使二级飞片获得较高的速度增益。     

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。     

二级装药强爆轰驱动次级飞片的分析

 对二级炸药/飞片爆轰系统产生高速度飞片的需求背景作了介绍。在平面一维假定下,应用气体动力学的一维推体公式和推广的Gurney公式对次级飞片的速度进行了计算。在初级炸药和末级飞片厚度一定的条件下,对二级炸药/飞片爆轰系统的几何参数选取进行了优化分析,给出了爆轰系统驱动飞片的算例,与数值模拟结果和实验测量结果进行了比较,证实了经验公式的合理性。并对如何提高两级飞片的速度及平面度问题进行了探讨。     

沟槽结构飞片的波剖面测量与数值模拟研究

应用线、面结合激光速度干涉仪(VISAR)技术,对点爆散心爆轰产物驱动带沟槽飞片的自由面速度进行了实验测量,获得了飞片表面长12mm的一条线上点的速度-时间历程,以及飞片起跳后1、3、5μs 3个特定时刻飞片表面10 mm范围内速度的二维分布。同时用LS-DYNA对实验模型进行了数值模拟,所得结果与实验测量结果符合较好,表现出线、面结合VISAR技术在研究非均匀材料动态响应上的应用潜力。     

超压爆轰产物声速以及热力学CJ点的实验研究

超压爆轰产物声速是建立超压爆轰产物状态方程的基础性实验数据,而CJ点数据是反映炸药爆轰性能的重要参数。利用稀疏波追赶技术,通过光纤探针监测三氯甲烷中稀疏波追赶向前冲击波的过程,测量了不同压力点下JB-9014炸药超压爆轰产物的声速,得到了拉格朗日声速随粒子速度的变化曲线,由Lc线与稳定爆速D的交点确定了热力学CJ点,对JB-9014炸药所得到的CJ压力为28.8 GPa,与通常测量值28.5 GPa仅相差0.3 GPa。介绍了应用光纤探针测量爆轰驱动飞片的速度和平面性的方法,应用该方法得到了飞片的击靶速度和形状,此方法具有较高的测量精度。     

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。     

爆轰驱动的飞片熵增

在高能炸药与飞片直接接触的能量转换装置中,炸药爆轰推动飞片,飞片获得动能的同时,其熵值亦增加。本文数值模拟计算了平面一维系统。计算结果给出,适当选取空腔长度和飞片厚度,可实现飞片熵增明显下降的同时,飞片获得的动能不仅不减少还有一定的增加。     

激光驱动带窗口宏观飞片特性实验研究

 利用激光驱动带窗口宏观高速飞片技术可以实现对材料的一维加载,特别适合开展材料的高压状态方程及高应变率下材料的动态力学特性研究。利用小型脉冲YAG激光器进行了驱动飞片技术研究。开展了飞片结构对飞片力学参数影响的实验,结果表明：复合靶飞片的能量耦合效率比单膜结构飞片具有较大的提高,平均速度提高约15%~30%。同时,飞片的平面性和完整性也有明显的改善。实验中测量了飞片的启动弛豫时间,结果显示：飞片的启动弛豫时间为5~10 ns。利用多通道光纤阵列开展了飞片的平面性测量。实验结果表明,在约1.0 mm的范围内,飞片的时间分散性为20~30 ns。利用高灵敏度激光干涉技术,对飞片速度历史进行了测量,结果表明,飞片在前20 ns就加速到最终速度的90%以上。     

超压爆轰产物冲击绝热线的实验研究

炸药驱动高速飞片撞击基板和炸药,从而在炸药中产生超压爆轰状态。利用高速扫描相机测试了冲击波在炸药试样和铝标准试样中的传播速度,采用对比法得到了炸药爆轰产物的雨贡纽曲线。通过分析发现,通常的冲击波-粒子速度(D-u)关系式的线性拟合不适合CJ点附近的雨贡纽数据,对于炸药爆轰产物的冲击波-粒子速度关系式最好采用非线性关系式。利用冲击波前后物理量守恒关系式,将D-u数据转化为p-V数据,拟合得到了炸药爆轰产物的雨贡纽p-V关系。     

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。     

爆轰波在炸药-金属界面上的折射分析

针对爆轰波在炸药-金属界面上折射时由实验获得的金属折射冲击波压力与经典爆轰波极曲线理论预测的压力存在显著差异这一问题, 本文展开了进一步的理论和数值模拟分析研究. 首先通过分析指出经典爆轰波极曲线理论的缺陷, 并对爆轰波极曲线理论进行了改进, 改进爆轰波极曲线理论给出了炸药爆轰波折射类型以及折射冲击作用点处的压力值. 然后发展了一个基于次特征理论来数值求解爆轰反应流动控制方程的二阶中心型Lagrange方法, 并数值模拟了一个典型的炸药爆轰波折射实验. 改进爆轰波极曲线理论和数值模拟分析结果表明, 爆轰波折射类型有三种:反射冲击波的正规折射、带Mach反射的非正规折射、无反射波的正规折射, 并且金属折射冲击波压力值随入射角增大而单调减小.     

爆炸磁压缩发生器爆炸管运动研究

报导了对爆炸磁压缩发生器(MFCG)的爆炸管进行的爆轰试验结果。用电子学方法测试了爆炸管采用的粉状RDX炸药的爆轰速度;采用高速分幅摄影方法,观测了爆炸管在管内RDX炸药爆轰产物驱动下的膨胀运动过程,测试了膨胀角、对称性和膨胀速度。试验表明,爆炸管在膨胀至 3倍初始半径内未发现破裂现象,其性能满足MFCG的设计要求。     

爆炸磁压缩发生器爆炸管运动研究

 报导了对爆炸磁压缩发生器(MFCG)的爆炸管进行的爆轰试验结果。用电子学方法测试了爆炸管采用的粉状RDX炸药的爆轰速度;采用高速分幅摄影方法,观测了爆炸管在管内RDX炸药爆轰产物驱动下的膨胀运动过程,测试了膨胀角、对称性和膨胀速度。试验表明,爆炸管在膨胀至 3倍初始半径内未发现破裂现象,其性能满足MFCG的设计要求。     

涡轮导向器对旋转爆轰波传播特性影响的实验研究

为了研究涡轮导向器对旋转爆轰波传播特性的影响,以氢气为燃料,空气为氧化剂,在不同当量比下开展了实验研究.基于高频压力传感器及静态压力传感器的信号,详细分析了带涡轮导向器的旋转爆轰燃烧室的工作模式以及涡轮导向器对非均匀不稳定爆轰产物的影响.实验结果表明:在当量比较低时,爆轰燃烧室以快速爆燃模式工作;逐渐增大当量比,爆轰燃烧室开始以不稳定旋转爆轰模式工作;继续增大当量比,爆轰燃烧室以稳定旋转爆轰模式工作,且旋转爆轰波的传播速度和稳定性均随当量比的增大逐渐提高.爆轰波下游的斜激波与涡轮导向器相互作用,涡轮导向器对压力振荡的幅值具有明显的抑制作用,但对压力振荡频率的影响较小.随着当量比的增大,涡轮导向器上下游的静压均同时增大,经过涡轮导向器的作用,涡轮下游静压明显降低.     

平面爆轰波驱动金属飞片运动的数值模拟研究

 在材料动力学特性的实验研究中,采用平面爆轰波驱动金属飞片对靶体实施加载是一种重要的实验手段。飞片在爆轰载荷作用下的平整度以及最终的宏观极限速度决定对靶体的加载效果,前者决定靶体尺寸,而后者决定对靶体的压力。采用ALE与Lagrange耦合方法,模拟了爆轰载荷驱动飞片的动力过程,给出了飞片达到极限速度时刻的平整度,并将数值模拟得到的极限速度与基于解析法计算的极限速度进行了对比分析。结果表明,采用流固耦合方法分析爆轰载荷作用下飞片的运动过程是有效并实用的。