TNT炸药和乳化炸药驱动飞板的通用状态方程特征线法研究

 在爆炸气体动力学的基础上,利用特征线差分法,对飞板的运动规律进行研究。差分过程中,基于稳定爆轰的基本假设,根据二维定常流理论,推导了通用状态方程的特征线相容关系。利用爆轰气体密度取代特征线相容关系中的马赫数,导出了与物质物态无关的通用状态方程特征线法,编写了爆轰产物作用下飞板内部和边界的差分计算程序。利用该程序计算了飞板在TNT炸药和乳化炸药爆轰作用下的运动参数,研究了在不同质量比下TNT炸药和乳化炸药爆轰驱动飞板的抛掷姿态曲线,并与Richter公式计算结果进行了对比研究。     

爆轰作用下飞层的界面不稳定性

 计算了在平面一维爆轰驱动和滑移爆轰驱动下飞层的界面不稳定性问题。一维爆轰驱动的计算结果与实验符合较好；滑移爆轰驱动尚无实验可比，只是给出了一个算例，由于Helmholtz不稳定性，不仅导致振幅增长，还导致了位相移动。     

两条相交滑移线的数值模拟

本文将Wilkins关于模拟滑移运动的基本思想,应用到两条相交滑移线上,并以飞板相互作用为例,编制程序计算了两个例子。     

H32.685N16.8430O3.0和H8.154N4.5770O3.0炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解HNO型炸药H32·685N16·8430O3·0(70/30Hydrazine/HydrazineNitrate)和H8·154N4·5770O3·0(21/79Hydrazine/HydrazineNitrate)爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。以Ree修正的WCA状态方程并考虑Ross软球修正的硬球微扰理论作为爆轰气相产物的物态方程,用自编的程序对H32·685N16·8430O3·0和H8·154N4·5770O3·0炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好。     

旋转爆轰流场的三维结构及其径向变化的数值研究

基于带化学反应的三维Euler方程,采用8组元和24个可逆化学反应的基元反应模型,对等当量比的气相氢气/氧气系统在圆环形燃烧室内的旋转爆轰进行了数值模拟。结果表明,子爆轰波、斜激波和滑移线组成了旋转爆轰波的基本三维结构。由于旋转爆轰燃烧室特殊的几何构型,即内壁的发散和外壁的收敛,使内壁面附近的爆轰强度要小于外壁面附近的爆轰强度,最终实现旋转爆轰波在燃烧室内的自持传播。     

曲率相关的爆轰波在非结构四边形网格上的数值方法

假设爆轰波阵面的法向速度是曲率的线性函数,在非结构四边形网格上采用水平集方法模拟爆轰波阵面的运动过程.水平集方程的曲率无关项采用正格式离散,曲率项采用伽辽金等参有限元方法空间离散,时间离散采用半隐格式.在笛卡儿网格和随机网格上,含曲率的水平集方程的离散格式为强一阶精度,重新初始化方程的离散格式精度为近似一阶精度.曲率收缩的不光滑界面和多个爆轰波阵面相互作用的算例说明格式可有效地模拟爆轰波与曲率相关的运动.     

炸药爆轰产物驱动刚塑性球壳的加速运动

 从质量和动量守恒关系出发，导出了不可压缩刚塑性球壳在球面散心和聚心爆轰作用下的运动方程。应用本文结果计算球壳的加速运动与实验结果及动力有限元程序DYNA的数值摸拟结果吻合。     

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。     

钝感炸区爆轰驱动研究

对两种典型的钝感炸药的爆轰驱动模型进行了实验研究。一种是点爆散心波驱动， 种是滑移爆轰驱动。并在同一条件下做了非钝感药的爆轰驱动实验，以此较ＩＨＥ和ＨＥ驱动规律的差异。对实验模型用二维数值模拟及拟合公式进行了计算，最一给出了在本实验条件下两种炸药驱动规律差异，也对计算偏差范围作了估计。     

关于变摆长的单摆运动与相关的铅直运动的耦合

研究了一个变摆长单摆运动的例子,在平面极坐标系下给出了描述该运动的二阶微分方程组.采用微分方程高精度数值解法得到了随时间变化的摆角、摆长、摆长变化率以及运动轨迹的数值精确解.在小摆角近似下,采用迭代方法推导出摆角、摆角变化率的一级近似解析表达式和摆长、摆长变化率的二级近似解析表达式.由解析表达式得到的数值结果与数值精确解相比较,二者在前几个摆动周期内相吻合.     

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。     

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。     

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。     

临界条件下爆炸焊接的复板速度

 通过参数分析，发现在爆炸焊接的临界条件下，复板与基板的临界碰撞速度主要取决于复板材料本身的性质，而与所选用的炸药及其爆轰参数关系不大，并通过并圆柱实验对这一结论做了初步验证。     

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。     

光纤传输激光驱动飞片实验研究

构建了一种基于光纤传输高功率激光的飞片发射系统,并测试了飞片速度.飞片膜层为三明治结构:铝烧蚀层、氧化铝隔离层和铝飞片产生层.飞片膜层采用磁控溅射技术沉积在玻璃衬底上,总厚度为5.5 μm.激光辐照铝膜层产生高温高压等离子体,驱动剩余膜层产生高速飞片,速度达数km/s.同时,实验研究了光纤传能系统的输出激光空间分布特性和传输激光能量容量,它们决定了飞片的平面性和最大速度.光纤端面损伤是限制光纤传输激光能量容量的关键因素,光纤端面通过精密机械抛光和激光预处理可以获得理想的抗激光损伤能力.采用基于光纤阵列探针的时间序列测试技术获得了飞片的平均速度,并评估了飞片的平面性.采用搭建的基于光纤传输高功率激光的飞片发射系统获得了速度达1.7 km/s、直径接近1 mm的高速飞片. 关键词： 激光驱动飞片 激光辐照 光纤阵列探针 激光等离子体     

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。     

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。     

激光驱动飞片冲击引爆炸药的计算

 在Gurney方程和考虑金属相变状态方程的基础上， 提出了一种激光驱动飞片运动的计算模型。这种模型能确定与炸药临界起爆相关的参数，诸如沉积的激光能量、烧蚀层和飞片的厚度以及飞片飞行的距离等等。计算的结果与实验相符。在本模型中可以对电离、烧蚀及二维效应作进一步的考虑。