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。     

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。     

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.     

爆轰波对碰驱动下平面铅飞层对碰区动载行为实验研究

 采用高速光学照相和脉冲X光照相技术,对滑移爆轰波对碰驱动下平面铅飞层对碰区的动载行为进行了实验研究。实验结果显示,在爆轰波对碰区铅飞层出现了类似射流状超前凸起的现象,对碰区凸起呈现出速度和密度有明显差别的多层分区结构。凸起头部速度较高,运动过程中因自身的速度梯度及与周围空气的相互作用,呈现出明显的散碎、雾化特征,体密度远低于初始密度。凸起根部速度相对较低、密度较高,但随时间的推移仍迅速转变为非密实状态。对碰爆轰波的波剖面结构,以及材料的强度和冲击熔化可能是主导对碰区动载行为的主要因素。     

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。     

激光驱动飞片的动量耦合模型研究

 激光驱动飞片技术在动高压加载和模拟空间高速粒子运动规律等实验中有重要的应用价值。而激光与飞片的动量耦合模型研究是激光驱动飞片技术的重要内容之一,其实质是激光与物质的作用规律的宏观表征。以激光支持爆轰波（LSDW）理论为基础,建立了约束条件下激光驱动飞片的动量模型,模型考虑了激光功率密度、脉宽、聚焦焦斑、侧向稀疏波、飞片表面气体参数、飞片面积等因素的影响,比较全面地反映了LSDW对飞片的力学作用特性,理论计算结果与参考文献结果吻合较好,误差不超过25%。     

激光驱动飞片的动量耦合模型研究

激光驱动飞片技术在动高压加载和模拟空间高速粒子运动规律等实验中有重要的应用价值。而激光与飞片的动量耦合模型研究是激光驱动飞片技术的重要内容之一,其实质是激光与物质的作用规律的宏观表征。以激光支持爆轰波（LSDW）理论为基础,建立了约束条件下激光驱动飞片的动量模型,模型考虑了激光功率密度、脉宽、聚焦焦斑、侧向稀疏波、飞片表面气体参数、飞片面积等因素的影响,比较全面地反映了LSDW对飞片的力学作用特性,理论计算结果与参考文献结果吻合较好,误差不超过25%。     

一维爆轰波不稳定性的数值模拟

 对当量比为1的乙烷与空气的混合气体的一维爆轰不稳定问题进行数值模拟，得到了不同大小的网格对爆轰不稳定问题数值模拟结果的影响。网格大小Δx由从ZND模型分析得到的导引长度L_in确定，网格大小从0.2L_in变到0.002 5L_in。随着网格变细，没有得到振幅趋于一致的解，每一种网格尺寸得到的解的振幅都互不相同。当网格大小为Δx=0.01L_in、0.005L_in时，得到有规则的爆轰激波阵面压力的振荡，振荡的模式是峰值一大一小的振荡。网格更细时，爆轰波的振荡在计算范围内由一些有规则的振荡和一些较不规则的振荡组成。但爆轰激波阵面压力振荡的波长最后趋于一致，为91~93 mm，与实验得到的胞格长度88 mm很接近。     

对碰爆轰波驱动下几种金属平面飞层的动载行为

两相向传播的滑移爆轰波相互碰撞时，被其驱动的飞层内会产生急剧升高的压力和剪切流变。这种加载条件与被驱动飞层材料动载性能耦合，可能在飞层相应局域引发特殊的表面喷射、变形失稳、断裂等动载行为。本课题选择铅和无氧铜作为研究对象，采用光学分幅和脉冲X光照相技术，对Pb和Cu平面飞层在爆轰波对碰驱动下的动载行为进行观测，对相关物理机制进行分析。     

磁驱动金属飞片速度理论近似解析

 从能量守恒关系出发,在一定假设的基础上,提出了一个近似估计磁驱动金属飞片速度的一维物理模型。该模型考虑了磁驱动过程中工作区电感的动态变化以及烧蚀能、磁场能的影响;用3个实验例子验证了该模型的有效性。结果表明,在无冲击形成以及飞片内能累积不大的情况下,用该模型可准确估计飞片的速度。     

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。     

并行建表化学加速算法研究及其在气相斜爆轰模拟中的应用

采用详细化学反应机理对气相斜爆轰问题开展数值计算时,由于组分之间的特征时间尺度相差很大,反应源项的直接积分(direct integration,DI)求解通常存在强烈的刚性及非线性现象,导致计算量很大.为了在不损失计算精度的基础上有效减少化学反应过程的计算时间,针对包含2H2+O2详细机理的二维斜爆轰并行计算,提出两...     

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。     

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。     

铝粉-空气混合物爆燃转爆轰过程及爆轰波结构

 在长为32.4 m、内径为0.199 m的大型长直水平管道中,对铝粉-空气两相流的燃烧转爆轰（DDT）过程及爆轰波结构进行了实验研究。对铝粉-空气混合物弱点火条件下DDT过程不同阶段的特征进行了分析,实验结果显示混合物经历了缓慢反应压缩阶段、压缩波加速冲击波形成阶段、冲击反应过渡阶段、冲击反应向过压爆轰过渡阶段和爆轰阶段,得到了混合物各阶段的DDT参数,由此进一步分析了DDT浓度的上、下限。在1.4 m爆轰测试段的4个截面的环向上各均匀安装8个传感器,对爆轰波结果进行测试,并对铝粉-空气混合物爆轰波的单头结构进行了分析。     

激光支持等离子体爆轰波温度的实验测量

 高能量激光聚焦空气产生等离子体,等离子体进一步吸收激光能量会形成激光支持等离子体爆轰波。等离子体爆轰波温度是表征爆轰波的一个重要参数,研究等离子体爆轰波温度对于深入了解激光支持等离子体爆轰波形成机理有重要意义。分析了激光聚焦空气形成等离子体爆轰波过程和影响等离子体爆轰波温度的主要因素。采用多通道瞬态光学高温计,测量了不同激光发射能量下空气中形成的激光支持等离子体爆轰波的辐射强度,获得了一系列等离子体爆轰波温度动态变化曲线。测量结果表明：等离子爆轰波温度在随时间演化过程中出现3个峰,最高温度在7 000～10 000 K范围内;激光能量与等离子体爆轰波温度没有明显的相关性。     

当量比对圆盘结构下旋转爆震波传播的影响

为研究反应物当量比对旋转爆震波传播过程的影响,在圆盘形旋转爆震发动机上进行H₂/air的旋转爆震实验研究,并统计分析了当量比对爆震波传播模态及参数的影响规律.实验结果表明,固定质量流率,同一种传播模态下,随着当量比的增大,爆震波的压力峰值及传播速度增大,且旋转爆震波的传播过程更加稳定.不同质量流率条件下,当量比对传播模态的影响规律不同.空气质量流率小于100 g/s时,旋转爆震波皆以单波模态传播.空气质量流率大于150 g/s时,随着当量比的增大,旋转爆震波的传播模态由单波模态向双波模态转变,再转变为不对称双波模态,最后又回到单波模态.并且在不对称双波模态中发现了低频振荡现象,振荡频率约为300 Hz.质量流率继续增大,燃烧室中发现了同向三波传播模态.随着质量流率的增加,双波模态的当量比下限降低,不对称双波模态的当量比上限增大,而双波与不对称双波模态的分界线受质量流率的影响较小.      

氢氧爆轰波在激波管中的成长机制研究

 针对气相爆轰波成长机制研究,采用压力传感器和高速摄影技术,测试了氢氧混合气体在点火后的火焰波、前驱冲击波以及爆轰波的成长变化过程,计算了冲击波过程参数和气体状态参数,分析了火焰加速机制。实验结果表明,APX-RS型高速摄影系统可用于拍摄气相爆轰波的成长历程;氢氧爆轰波的产生是由于湍流火焰和冲击波的相互正反馈作用,导致反应区内多处发生局部爆炸,爆炸波与冲击波相互耦合,最终成长为定常爆轰波。