起爆方式对复合战斗部毁伤输出的影响

为了进一步提高复合战斗部的毁伤输出效率,基于一种可形成聚能侵彻体、预制破片和自然破片3种毁伤元的破甲杀伤复合战斗部结构,应用LS-DYNA数值仿真软件,研究了起爆点位置、起爆直径和起爆点数量对复合战斗部各毁伤元成型和能量输出的影响,讨论了实现战斗部毁伤威力可调的技术路径。结果表明:起爆点距药型罩越远、数量越多、起爆直径越大,由药型罩形成的聚能侵彻体的头部速度越高,头尾速度差和长径比越大,速度增益最高可达50%,可以实现爆炸成型弹丸(EFP)到聚能杆式侵彻体(JPC)转换;在装药内部轴线阵列多点起爆时,聚能侵彻体的成型基本仅与离药型罩最近的起爆点有关。对于预制破片,装药高度60 mm(P2)处起爆速度最快,增加起爆点数量和增大起爆直径可以有效提高预制破片的最高速度,但整体上最低速度仍在600 m/s上下波动,变化并不显著。对于壳体形成的自然破片,以平均速度来表征时,整体变化并不明显,速度增益不足10%,但合理的起爆方式可使壳体断裂形成的自然破片更均匀,有利于调整破片质量分布。通过控制起爆方式可在一定程度上实现复合战斗部毁伤威力可调,但对于破片速度的调控仍需进一步研究。     

序贯起爆参数对定向战斗部毁伤效能的影响

为提高定向战斗部的毁伤效能,明确序贯起爆参数对定向战斗部毁伤效能的影响,运用LS-DYNA有限元程序,采用破片速度差累加和飞散角累加的方法,研究了不同序贯起爆参数下破片初始威力参数,利用毁伤概率法,计算了不同序贯起爆参数下战斗部对地面军用车辆的毁伤效能。结果表明:起爆线个数和起爆线夹角主要影响破片速度大小,起爆延时时间主要影响破片速度大小和飞散角正负占比。相对于偏心一线和三线序贯起爆,偏心两线序贯起爆在落高为7～9 m时有7.5～25.0 m²的毁伤面积。当起爆线夹角由30°增大到120°,落高为4～8 m时,战斗部对地面军用车辆的毁伤面积降低3.9%～60.3%。序贯起爆的延时时间由零增加到0.75倍的相邻起爆点间爆轰波传播时间,落高为4～8 m时,战斗部的毁伤面积增加8.4%～87.2%。当起爆方式采用偏心两线序贯起爆,起爆线夹角取30°～60°,延时时间取0.50～0.75倍的相邻起爆点间爆轰波传播时间时,破片战斗部对地面军用车辆目标具有较好的毁伤效能。     

椭圆截面战斗部爆炸驱动破片作用过程的数值模拟

为研究爆轰驱动下椭圆截面自然破片杀伤战斗部壳体的膨胀破裂过程以及壳体破片径向速度分布,建立了椭圆截面战斗部三维模型。通过AUTODYN-3D软件,采用Lagrange算法模拟爆轰驱动下椭圆截面自然破片战斗部壳体的膨胀断裂过程,研究了端面单点中心起爆方式下短长轴断裂时间差与短长轴比的关系,以及不同起爆点、不同短长轴比和不同装填比(即装药与壳体质量之比)对椭圆截面战斗部径向破片速度分布的影响。结果表明:与端面中心单点起爆、端面长轴双点偏心起爆和端面短长轴四点偏心起爆相比,端面短轴双点偏心起爆方式对椭圆截面战斗部壳体破片径向速度的增益效果最好。装填比一定时,短、长轴断裂时间以及短、长轴断裂时间差与短长轴比呈线性关系,战斗部壳体膨胀过程中截面形状的实时短长轴比与加载时间呈线性关系;随着短长轴比的增大,战斗部壳体破片径向速度增益逐渐减小。短长轴比一定,装填比小于1时,破片速度随方位角增大呈正弦趋势上升,且短、长轴方向破片速度差与装填比呈线性关系。     

激波管内燃料两相云雾爆轰的实验研究

 在立式激波管中采用压力传感器和烟迹技术实测了6种碳氢燃料（环氧丙烷、硝酸异丙酯、C₅~C₆、己烷、庚烷和癸烷）与空气混合物的临界起爆能和爆轰波胞格尺寸。结果表明，燃料气液两相云雾爆轰的临界起爆能与当量比呈“U”形曲线关系，并且最敏感的起爆点在富燃料一侧，这与气相爆轰结论是一致的；由三波点运动的烟迹记录结果分析得出，雾滴的碎解、蒸发汽化过程以及燃烧区前导是控制气液两相云雾爆轰的作用机制。     

真实比热模型中铝粉尘两相爆轰波的数值研究

采用多流体模型对铝粉尘两相爆轰波进行数值模拟,研究颗粒能量计算方法对起爆和传播过程的影响.以前的固相颗粒能量的计算一般采用固定比热方法,本文采用随温度变化的真实比热.由于铝颗粒及其产物氧化铝的比热变化很大,模拟得到的爆轰波的速度、压力和波后参数变化和采用固定比热存在较大的差异.变比热计算得到的爆轰波压力、传播速度和实验结果更加接近,而固定比热的计算方法会对这些参数造成高估.对爆轰波的形成进行研究,发现起爆距离主要受起爆能量影响,但是相对于固定比热模型,采用变比热模型得到的起爆距离较短.     

隔板深度对激波聚焦起爆影响的数值模拟研究

考虑几何结构参数对激波聚焦触发爆轰波的复杂影响,对H2/Air预混气的环形射流激波聚焦起爆现象开展了数值模拟研究,详细分析了不同隔板深度条件下的激波聚焦过程、流场演化特征以及爆轰波参数变化规律。研究结果表明,凹腔内激波聚焦诱导的局部爆炸以及隔板前缘处射流形成"卷吸涡"是引起爆轰波触发的两个重要机制,而隔板深度是影响环形射流激波聚焦起爆性能的关键因素。随着隔板深度的增加,凹腔内激波聚焦的强度逐步增强,回传的能量损失有所减小,进而导致爆燃转爆轰的距离与时间显著缩短。此外,当隔板深度由1 mm逐渐增加至3 mm时,爆轰波自持传播稳定性呈现出先降低后升高的变化趋势,产生这一现象的主要原因是爆轰波强度与三波点运动的相互作用。     

2H_2+O_2+3Ar预混气螺旋爆轰内部结构的实验探索

为研究分析内部胞格结构特点及壁面三波点轨迹向内部延伸模式,通过设计的爆轰实验管道(内径63.5 mm)来记录2H_2+O_2+3Ar的爆轰径向波和周向波。首先,给出侧壁烟膜及对应端面烟熏玻璃记录.由单头螺旋结果可知螺旋结构一般不是固定的,远离壁面处结构发生改变,径向波和周向波之间的相互作用可能导致不同的内部结构。然后,测量了横波与管轴的夹角,随螺旋头数增大而减小,最终趋向于一个较小值(31°),与声学模式计算夹角一致,以明确爆轰波符合物理波的传播特性。并给出了壁面轨迹向内部延伸的描绘。初始压力足够大时(13.82 kPa),爆轰内部结构趋于规律,在端面形成了规则的近圆形胞格结构。最后计算了端面胞格尺寸,其发展规律与壁面横波间距尺寸一致。     

装药方式对铜/钢爆炸焊接界面波的影响及波形成机理

为了改善爆炸焊接质量,解决高噪低效的问题,选取Cu为复板、Q235钢为基板,采用LS-DYNA软件和光滑粒子流体动力学方法分别设计了均匀布药和梯形布药方案,研究了硝铵炸药对爆炸焊接界面波的影响。均匀布药结果显示:沿着爆轰方向碰撞压力逐渐增大;炸药量越多,碰撞压力越大,界面波波形越大。梯形布药方案中,通过改变炸药起爆端和末端的高度,设计了4种方案,结果显示:梯形布药可以消除爆炸焊接界面波不均匀现象,使界面波形尺寸基本保持一致,而且节省了炸药用量;当起爆端和末端的高度分别为67.2 mm和42.0 mm时,波形效果最好。通过研究界面波的形成过程可知,SPH法模拟的界面波形成过程与复板流侵彻机理的一致性较好,证明了复板流侵彻机理解释界面波形成过程的有效性。     

氢气/甲烷-空气爆轰波在含环形障碍物圆管内传播的试验研究

在内径48mm、长度5 800mm的含环形障碍物圆管内,进行了氢气-空气及氢气-甲烷-空气的爆轰波传播试验研究,确定了爆燃转爆轰(Deflagration-to-Detonation Transition,DDT)极限。环形障碍物阻塞比为0.56,间距分为两种,即S=D和S=2D,其中S为障碍物间距,D为管道内径。火焰的速度由安装在管道壁面上的光电二极管采集得到。试验测量得到的火焰为准爆轰或阻塞火焰。在S=2D情况下得到的火焰速度均比S=D情况下的火焰速度高,并且靠近DDT极限时速度波动更明显,表明在间距较大的情况下爆轰的重起爆循环周期更长,类似于"弛振爆轰"。对于氢气-空气,障碍物间距为D时在DDT极限处有d/λ1(富氧条件下d/λ=1.6,贫氧条件下d/λ=1.4),间距为2D时更容易形成爆轰的重起爆,在DDT极限处与准则d/λ≈1一致;对于氢气-甲烷-空气,甲烷的添加使爆轰更不稳定,对于两种间距的障碍物得到的DDT极限均有d/λ≈1(d和λ分别为障碍物内径和爆轰胞格尺寸)。说明障碍物间距对爆轰波传播有显著的影响,即间距的增大更有利于爆轰波的传播。为形成准爆轰,障碍物内径必须至少可以容纳一个爆轰胞格,同时障碍物间距足够大从而引起爆轰的重起爆。     

来流温度影响驻定爆轰波结构和性能的数值研究

 采用数值模拟的方法研究了超音速来流撞击圆锥体诱导的驻定爆轰波的结构和性能,讨论了不同初始来流温度下,爆轰波结构和波后压力的变化。结果表明,随着来流初始温度的降低,爆轰波的增压比逐渐增加,有利于提高驻定爆轰发动机的推进性能。当初始温度较高时,爆轰波阵面呈现光滑平直的形态,而初始温度较低时,爆轰波呈现出明显的三波点结构,且温度越低,三波点数量越多排列越紧密,这些具有较高压力的三波点对爆轰波波后压力的变化起到了重要作用。     

浅埋三舱管廊甲烷爆炸的地面响应规律

地下综合管廊可燃性气体爆炸事故时有发生,给地面人员的生命和财产造成了巨大损失。依托重庆市某地下综合管廊试点工程,基于物质点法,采用点火增长模型模拟浅埋管廊泄漏甲烷气体爆炸冲击管廊本体结构和围岩的过程,研究爆炸作用下地面压强与位移的响应特性。研究发现:泄爆作用下管廊及围岩会出现因接触面反射和折射产生的次生应力波,管廊横向方向次生波振幅随距起爆点水平距离的增大而增大,而管廊纵向方向产生的次生波振幅较小,且随距离增大变化较小;爆炸作用造成整体地面沉降,但在起爆点中心附近地面隆起,这种隆起由管廊本体结构破裂,气体直接冲击岩土体形成的剧烈隆起和管廊整体震动形成的轻微隆起两部分组成。     

多管PDE爆轰噪声传播过程物理特性实验研究

为研究多管脉冲爆轰发动机爆轰噪声传播过程及声波物理特性,对单管至四管脉冲爆轰发动机爆轰噪声物理特性开展实验研究,获得了多管脉冲爆轰发动机爆轰噪声的波形、声压衰减规律、辐射特性、持续时间和频谱特性等物理参数.结果表明,在管口区域,爆轰噪声峰值衰减较快,在远离管口区域,衰减速率逐渐放缓.随着爆轰管数量的增加,爆轰峰值噪声在...     

Combustion wave propagation and detonation initiation in the vicinity of closed-tube end walls

There are not many studies on DDT with no obstacles and the initiation of DDT near the end of a closed tube. Therefore in the present study we experimentally investigate the mechanism of the combustion wave transition to a detonation wave when there are no obstacles. In particular, we show that a local explosion near the tube wall is necessary for the initiation of a detonation. Parameters that we varied are the wall configuration, distance between the ignition point and the wall, and initial filling pressure. The combustion waves and the compression waves are visualized using the Schlieren optical system. From the results, we found it is necessary for the combustion wave to reach four walls so that the detonation could be initiated by the local explosion. In the conditions of the present experiment, we exhibited that the local explosion did not occur in the vicinity of a single wall and four orthogonal walls; instead, the local explosion occurred in a situation with five orthogonal walls. The time of the local explosion and the detonation initiation is 2.6 ± 1.1 and 2.0 ± 0.1 times the characteristic time for the combustion wave to propagate hemispherically from an ignitor and reach the four walls.     

化学反应和球面聚心爆轰波的相互作用

考察球面爆轰波聚心传播过程中,波阵面附近压力和温度不断升高引起化学反应进程的改变;对比氢氧可燃气体与氮气的数值模拟结果,分析化学反应对波面温度和压力的影响,从而考察Zeldovich理论预测聚心爆轰波后参数的精确性.数值结果表明,爆轰波聚心传播初期,放热的燃烧反应对波后热力学参数起主导作用;传播后期,波阵面趋近于对称中心时,吸热的气体解离反应变得非常活跃,解离反应对后期的汇聚压力影响不大,但会在很大程度上限制汇聚温度的升高.     

高速杆式弹丸三维数值模拟

 应用LS-DYNA动力学分析软件对变球缺型罩装药结构下高速杆式弹丸的形成过程进行数值模拟研究,揭示了其成型机理,并研究了中心点起爆、四点同时起爆和环形起爆等三种起爆方式对高速杆式侵彻体的成型和性能参数的影响,得到了弹体的速度分布。数值计算结果显示：变球缺型罩装药结构能形成速度高、长径比大、质量分布合理的高速杆式侵彻体,其成型机理兼有聚能射流和翻转型爆炸成型弹丸的特点,即上半部罩微元直接向轴线压合,下半部罩微元向轴线压合时逐渐向后翻转变形。不同起爆方式下所形成的高速杆式弹丸的形状和性能参数有所不同,其中环形起爆所形成的弹体性能参数最优。实验结果所反映的起爆方式的影响规律与数值计算结果是一致的。     

Effect of the initial pressure of multicomponent bubble media on the characteristics of detonation waves

The effect of the initial pressure of multicomponent bubble media on the conditions of initiation, the structure, the velocity, and the pressure of detonation waves is experimentally studied. The variation of the initial pressure of a bubble medium is found to be an effective method to control the parameters of bubble detonation waves.     

Influence of the initial pressure of polydisperse bubble media on characteristics of detonation waves

The influence of the initial pressure of polydisperse bubble media on the initiation conditions, structure, propagation velocity, and the pressure of detonation waves has been experimentally studied. It has been established that variations in the initial pressure of the bubble medium is an effective method of controlling the parameters of bubble detonation waves.     

碳氢混合燃料（C5~C6）气云爆轰胞格结构实验研究

 改进烟迹技术之后，在初始为常温常压的条件下，进行了碳氢混合燃料（C₅~C₆）的气云爆轰胞格结构实验研究，得到了清晰的胞格烟迹记录，同时讨论了燃料气云的当量比和起爆能对胞格结构的影响。实验表明：C₅~C₆混合燃料的爆轰波胞格宽度和胞格长度均随当量比的增加而线性增大；随着起爆能的不断增大，混合燃料的胞格宽度和胞格长度均是先增大后减小，且当起爆能足够高时，在胞格结构内可观察到精细结构的存在。     

Blast waves in a cylindrical channel generated by the nonideal detonation of aluminum-Teflon-RDX high-density formulations

The pressure at the front and the pressure impulse of blast waves generated in a cylindrical tube by the expanding products of the nonideal detonation of low-porosity charges prepared by pressing of fine-grained powders of aluminum, Teflon, and RDX were measured. The measured parameters are compared to the same parameters of blast waves produced by the detonation of TNT charges of identical mass. The relative quantities were used to evaluate the effectiveness of blast waves with respect to those generated by TNT. Mixed compositions differing in the shape (brand) of the aluminum powder particles and the ratio between the components at 30% RDX are studied. It is shown that, for the investigated compositions, the pressure at the leading front of the wave exceeds the pressure achieved during TNT explosion on average by 10–30%, almost independently of the distance traveled along the tube in the range from 0.8 to 3.8 m. The dependence of the wave amplitude on the particle shape and aluminum content was weak. In the same range of distances, the relative pulse pressure increases strongly, from 0.5 to 2.1 and higher, mainly due to an increase in the width of the wave. This result is of interest from the point of view of achieving a high pressure impulse of the blast wave in an area remote from the charge. The obtained data suggest that RDX mainly reacts in the detonation wave, with the chemical transformation of Teflon and aluminum in the detonation wave and near-to-charge zone occurring, if at all, to a small extent. On the contrary, as the blast wave front moves through the channel, the burning of aluminum in the fluoride formed during the decomposition of Teflon provides an appreciable support to the blast wave, causing a significant increase in the pressure impulse.     

一维过驱动爆轰波形成的数值研究

利用有限速率的基元反应模型对一维过驱动爆轰波的形成过程进行数值模拟.研究表明,在上游高温、高压、高速来流作用下首先会形成一道强激波,其波面方存在诱导区和放热区,然后诱导区和放热区界面会在来流扰动的作用下发生失稳,经过复杂的波系运动过程形成过驱动爆轰波.通过对不同初始条件下界面失稳过程的模拟和分析,研究了混合气体的组元、温度,来流的压力、温度、速度对过驱动爆轰波形成的影响.