壳装炸药殉爆实验和数值模拟

进行了壳装固黑铝炸药殉爆实验,通过观察残留炸药、壳体和见证板变形,判断被发炸药的爆炸情况,得到了炸药临界殉爆距离。建立了壳装炸药殉爆实验计算模型,采用非线性有限元计算方法,对壳装固黑铝炸药殉爆实验进行了数值模拟。计算中采用预设壳体单元破片方法描述主发炸药壳体破片的形成和破片对被发炸药的撞击起爆,炸药临界殉爆距离的计算结果与实验结果基本一致。主要是主发炸药中部的壳体破片撞击到被发炸药,被发炸药起爆位置也在装药中部。炸药壳体厚度主要影响破片速度和质量、被发炸药的防护性能,从而影响炸药临界殉爆距离。 更多还原     

异形传爆药柱的起爆能力

钝感主装药的出现,对引信爆炸序列中的传爆药柱提出了更新的要求,传统的圆柱形传爆药柱很 难适应钝感主装药的可靠引爆要求。因此,本文中综合运用炸药冲击起爆理论、有效装药理论、聚能效应、拐 角效应,设计了异形传爆药柱。利用主装药变组分法和主装药轴向钢凹法研究了异形传爆药柱的起爆能力。 实验结果表明:在相同的条件下,异形传爆药柱的起爆能力强于圆柱形传爆药柱的起爆能力;在其他参数不变 的情况下,异形传爆药柱的起爆能力受面积效应系数的影响,随着面积效应系数的增大,起爆能力增强。设计 的异形传爆药柱能够满足钝感弹药爆炸序列的要求。     

常温下JBO-9021高能钝感炸药直径效应实验

通过光电联合测试方法,测量了常温下直径为10、15和30mm 高能钝感炸药柱JBO-9021炸药的 定态爆速和波形,根据拟合的爆轰波阵面形状,分析了波阵面法向速度Dn与当地曲率 之间的关系。研究结 果表明,JBO-9021炸药的定态爆速随药柱直径的增大而增大,JBO-9021(w(HMX)=15%)相对JB-9014炸 药(w(TATB)=95%),爆轰波形更平坦,爆轰波非理想传播行为得到一定改进。     

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。     

用组合式电磁粒子速度计研究JOB-9003炸药的冲击起爆过程

用组合式电磁粒子速度计研究了JOB-9003炸药在不同冲击压力下的起爆过程。粒子速度计所测波形较好地反映出了炸药中冲击波向爆轰波的转变过程。对冲击波跟踪器所测波形的分析表明,冲击压力为4.9 GPa时,JOB-9003炸药冲击转爆轰的距离和时间分别为xD=6.06 mm和tD=1.13 s,当冲击压力增加到 5.8 GPa时,转爆轰的距离和时间减小为xD=5.66 mm和tD=1.01 s。     

爆轰传播研究的近代进展

综述了八九十年代国外爆轰传爆研究的主要方向和进展，包括直径效应、曲率效应、发散爆轰波的传播、爆轰冲击波动力学、爆轰传播的数值模拟和炸药爆轰性能的有关问题等。斩近分析理论和爆轰冲击波动力学的工作，对发散爆轰传播规律的认识正在不断深化，提出了一些有效的理论方法，从而为更精确的爆轰数值模拟技术，尤其是爆轰驱动等勺的精确计算开辟了新的道路。     

基于爆能等效原理大型模爆器燃气爆炸冲击加载的数值模拟

运用非线性显式动力有限元程序LS-DYNA,基于多物质Euler算法,对TNT炸药和乙炔-空气混合气体两种爆炸源在自由大气场中爆炸产生的冲击波荷载特征参数进行数值模拟,比较两种爆源产生的冲击波压力传播规律。基于爆能等效原理,按超压相等的原则给出了气体爆炸名义比例距离计算公式。结果表明,基于Euler算法可以较好地描述乙炔-空气混合气体爆炸空气冲击波传播规律,爆炸压力随着距爆源距离的增大而迅速衰减,且两种爆源产生的冲击波超压峰值误差随着冲击波传播距离的增大而逐渐减小。采用名义比例距离公式修正后,气体爆炸与炸药爆炸冲击波计算误差可以得到有效控制。当爆炸冲击波超压小于0.5MPa时,可以采用乙炔-空气混合气体代替化学炸药进行模爆器内爆炸实验加载。     

退役单基药的冲击起爆特性

为了研究退役单基药的冲击起爆特性,参照GJB772A-97中卡片式隔板法实验方法,分别开展了退役单基药的连续爆速实验、冲击波感度实验及锰铜压力计实验,观测了其冲击起爆的爆轰建立过程,得到了临界隔板值以及临界起爆压力。在连续爆速实验中,隔板厚度为50 mm时,观察到了退役单基药反应冲击波不断增长的过程,并在90mm处转变为爆轰; 在冲击波感度以及锰铜压力计实验中,测得其临界隔板厚度为50~52 mm,临界起爆压力为1.35~1.49 GPa。对退役单基药的冲击起爆过程进行了数值模拟,结合三种实验的实验结果,标定了其点火增长模型反应速率方程参数。     

爆轰波碰撞的聚能效应

利用两高爆速导爆索对称布置于药卷两侧,起爆后炸药爆轰波在对称线处汇聚碰撞,当碰撞角度达到一定值时,发生马赫反射,使爆轰压力成倍增加,形成高压、高能量密度区域的聚能效应。本文在爆轰波传播碰撞理论的基础上,通过炸药做功能力和猛度试验验证爆轰波碰撞的聚能效果。做功能力试验结果表明爆轰波碰撞能够增加炸药能量利用率;猛度试验结果表明采用对称起爆技术下的爆轰波碰撞能够改变爆轰波在特定方向上的扩散作用。试验结果与爆轰波入射角的几何关系表明,当高爆速起爆药条与主装药爆速比例在1.15倍以上时,爆轰波碰撞能够达到一定的聚能效果。     

研究爆速直径效应的爆轰冲击波动力学方法

利用爆轰冲击波动力学（ＤＳＤ）的广义几何光学模型，得到了圆杆药柱中拟定态二维爆轰波阵面形状的解析解。在两步反应模型假定下建立了ＤＳＤ的边界条件，用爆速亏损表示阵面上炸药未反应分数，就可得到渐近爆速与药柱直径的关系，即得到计算爆速直径效应的模型。本文模型的实际意义是利用直径效应已有的大量实验数据，给定ＤＳＤ方法所需要的、又难以实验测定的各种常用炸药的爆速曲率常数（ｄＤｎ／ｄ）０，以及渐近状态下爆轰波与药柱边界的夹角。     

Numerical simulation of Composition B high explosive charge desensitization in gap test assembly after loading by precursor wave

Results of numerical research into the desensitization of high explosive charges in water gap test-based experimental assemblies are presented. The experimental data are discussed, and the analysis using ANSYS AUTODYN 14.5 is provided. The desensitization phenomenon is well reproduced in numerical simulation using the JWL EOS and the Lee–Tarver kinetic equation for modeling of the initiation of heterogeneous high explosives with as well as without shock front waves. The analysis of the wave processes occurring during the initiation of the acceptor HE charge has been carried out. Peculiarities of the wave processes in the water gap test assemblies, which can influence the results of sensitivity measurement, have been studied. In particular, it has been established that precursor waves in the walls of the gap test assemblies can influence the detonation transmission distance.     

贾木那大桥水压定向爆破及其数值模拟

为了分析及研究薄壁空腔桥墩的水压爆破机理,以孟加拉国贾木那大桥水压定向爆破拆除工程为研究对象,采用显示动力学分析软件模拟了桥墩的水压爆破破碎过程,根据数值模拟结果,得出了水压爆破主要是利用爆炸冲击波、爆轰气体、反射拉伸波及高速水流对桥墩壁面进行破坏,在此基础上,探讨了桥墩水压定向爆破的药包布置方式、起爆顺序等技术问题。     

On the shock-induced explosion resulting from an impact by a planar detonation

We analyse the processes which occur when a planar detonation propagating from the fixed end of a donor explosive charge impacts on an acceptor homogeneous explosive. We propose a model for estimating the minimal length of the donor charge for which an explosion can be generated in the acceptor. We show that the self-similarity of the donor flow imposes a minimal length on the donor charge so its piston effect be capable of keeping the volumetric-expansion rate of the shocked acceptor to small-enough values and, thereby, of triggering explosion in a finite time. The donor detonation is represented as a Chapman-Jouguet discontinuity; the chemical decomposition in the acceptor is described by the Arrhenius global rate law. The model reproduces the experimental trend according to which the smaller minimal lengths are obtained with donor explosives that have larger heats of reaction and initial pressures. The minimal lengths predicted by the model agree well with those obtained by means of one-dimensional numerical simulations. Additional simulations show that the minimal length for generating an explosion is smaller than, but perhaps of the same order as, the minimal length for generating a transition to detonation. Further work is necessary to (i) analyse the case of donor explosives with finite reaction rates, and to (ii) account for the detonation cellular structure in the simulations of shock-to-detonation transitions. Received 21 December 2001 / Accepted 15 July 2002 Published online 4 November 2002 Correspondence to: Pierre Vidal An abridged version of this paper was presented at the 18th Int. Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems at Seattle, USA, from July 29 to August 3, 2001     

Breakdown of a discontinuity,taking account of the real equation of state of the detonation products from a condensed explosive

The problem is considered concerning the breakdown of an arbitrary discontinuity, due to the emergence of a detonation wave at the boundary of a condensed explosive charge. The real equation of state of the detonation products of Hexogen was used in the numerical calculations. A u vs p diagram is constructed, which allows graphical calculations to be carried out of the discontinuity breakdown for different media. A comparison is carried out of the calculated values of the initial shock-wave velocities with the experimental data obtained at a certain distance from the explosive charge. It is shown that an increase of the pressure of the gas in which dispersion of the explosion products occurs leads to a reduction of the initial shock wave velocity and to an enhancement of its attenuation during its further motion in the shock tube.     

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。     

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。     

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。     

复合装药空气中爆炸冲击波传播特性

为了研究复合装药超压爆轰时的径向能量输出特性,选择典型的TNT、JO-8、海萨尔等理想、非理想高能炸药,进行了单一装药、内外层复合装药冲击波超压测试实验。采用自由场压电传感器测量了距爆心2、3、4 m处的冲击波压力,通过Origin软件对实验数据进行去除“零漂”和积分处理,获得了冲击波超压、冲量随距离的变化规律,分析了装药结构、装药类型对实验结果的影响。研究结果表明:与同体积单一装药相比,内外层复合装药对提高径向冲击波超压无优势,但对径向冲击波冲量增益显著,且冲量随传播距离的增加而增大;装药类型对内外层复合装药径向冲击波冲量增益影响较大,非理想/理想复合装药在4 m处的冲量增益大于20%,比理想/理想复合装药更有利于提高战斗部的径向输出威力。     

锥形长药柱水下爆炸冲击波参数计算方法

为了计算锥形长药柱水下爆炸冲击波压力,以及研究长脉宽冲击波的传输特性,基于叠加原理建立了冲击波压力-时间曲线的计算方法,通过实验验证了该方法的有效性,在此基础上分析了锥形长药柱不同方位冲击波压力的分布规律。研究结果表明:锥形长药柱产生的冲击波压力具有各向异性,在起爆端一侧形成的是具有厚波头特征的低幅值长脉宽冲击波,在装药径向形成的是接近指数衰减的高幅值冲击波,而在远离起爆端的冲击波压力幅值和脉宽则介于前两者之间。锥形长药柱与球形装药冲击波分布的差异是由于装药形状和起爆方式的改变所导致的,由于装药不同部位起爆的时间差,导致水下爆炸冲击波在不同位置的叠加效果存在明显差异,药柱周围流场中形成的冲击波压力具有方向性。利用提出的计算方法得到的计算结果与实验结果和数值模拟结果吻合较好,研究结果可为锥形长药柱水下爆炸冲击波威力场和毁伤评估提供参考和依据。