爆轰加载下银气溶胶源项实验研究

为研究钚气溶胶生成规律及源项分布,提出了一种密封环境下的金属气溶胶源项实验方法,利用爆炸容器及气溶胶采样器等实验设备,开展了钚替代材料银的气溶胶源项生成实验,分析了空气动力学直径小于10 μm的银气溶胶源项分布特性,并与外场扩散试验中钚气溶胶数据进行了对比。进一步采用不同炸药及加载装置,对相同银片样品进行加载实验,研究了加载峰值压力对银气溶胶源项分布的影响。研究结果表明,金属银可作为替代材料研究爆轰加载条件下钚气溶胶的源项参数,在一定实验条件下,二者归一化积累质量分布具有较高的一致性;爆轰加载产生的银气溶胶中,较小粒径气溶胶质量含量较高。气溶胶总量与加载峰值压力呈二次函数分布,当峰值压力超过某个临界值时,气溶胶总量将达到极值;此外,通过对同发次实验的3次不同采样数据进行分析,发现了较明显的气溶胶凝并和沉降现象。     

爆轰学科研究发展的动向

综述爆轰学科研究的目的和方法，对第11／12次国际爆轰会议发表的论文作了分类统计，并根据流体物理所的任务和需求，提出对本所爆轰基础研究方向的看法，具体说明了一些重要课题的技术路线和研究意义。     

固体炸药爆轰温度的实验研究

用光电比色高温计测定了固体炸药TNT、Tetryl、PETN的爆轰温度及爆轰前沿和透明液体相互作用后的爆轰产物的温度。为了讨论实验误差,还研究了爆轰温度随密度的变化以及不同透明液体对爆温测量的影响。     

滑移爆轰密封的初步数值模拟

利用有限元方法,通过数值模拟得到爆炸密封铝、铜封管密封所需炸药药量;在此基础上,利用光滑粒子法对爆炸密封模型进行优化,分析炸药、保护外壳等形状等对封管密封性能的影响。基于对计算结果的分析,确定实验模型。实验回收结果和数值模拟结果符合较好,表明数值模拟结果对实验设计有指导作用。

     

爆轰合成纳米氧化铝颗粒的生成时间估算

利用胶体理论中的快速聚沉动力学模拟尺寸为20nm 的氧化铝球形颗粒在爆轰化学反应区的 生成过程,估算出其生长时间为0.11s,该时间值在爆轰化学反应区的时间长度(约1.0s)内。理论计算证 明该尺度的纳米氧化铝颗粒是在爆轰反应区内形成的,这与实验证明的结果一致。根据爆轰反应机理可知爆 轰化学反应区的长度可以通过改变炸药的爆轰参数来改变,因此通过人为改变混合炸药的爆轰参数可以控 制纳米氧化铝在反应区的生长时间,进而可以控制其最终的生长尺寸。     

含铝炸药水下滑移爆轰实验研究

为了研究含铝炸药水中爆炸近场范围内沿装药径向的冲击波特性及爆轰产物的膨胀规律,设计了水下滑移爆轰实验装置。采用高速扫描相机和阴影照相技术记录了一种RDX基含铝炸药的水下滑移爆轰过程,获得了清晰的水下滑移爆轰过程的扫描图像。通过对图像进行分析,得到了水中爆炸近场范围内沿装药径向冲击波的传播迹线及爆轰产物气泡的膨胀迹线,进而分析出冲击波传播速度、阵面压力及爆轰产物气泡的膨胀位移等参数的变化规律。此外,根据气泡的膨胀迹线,标定了该含铝炸药爆轰产物的JWL状态方程参数,并将其与Φ50mm圆筒实验确定的参数值在p-V图上进行了对比。结果显示,两者偏差较小,证实了该方法的可行性。     

爆轰法合成纳米氧化铝的实验研究

以硝酸铝为原料,混入泰安粉维持稳定爆轰,进行了爆轰合成纳米氧化铝的实验研究。经过对实验样品进行高分辨率透射电镜、X射线衍射、热分析和比表面积测定,证实爆轰中产生的氧化铝为纳米尺度球型粉末,其粒度主要分布在10～50 nm之间,平均粒度约为25 nm,晶型为中温的-Al2O3。从对实验结果的讨论说明,该纳米氧化铝是在爆轰反应区内以离子或分子态直接凝聚而成的,由于凝聚与生长过程在微秒量级内完成,故其颗粒生长没有择优取向,呈完整的球型。     

高密度B炸药的燃烧转爆轰实验研究

采用电探针及压力传感器测试技术对密度为1.597 g/cm3的固体B炸药（TNT/RDX=40/60）的燃烧转爆轰性能进行研究。实验结果表明,在较强的约束条件下（45号钢管,内径20 mm,外径64 mm,长500 mm）,B炸药形成了DDT现象,诱导爆轰距离为295~310 mm。     

流动系统中爆轰波传播特性的数值模拟

基于带化学反应的二维Euler方程,采用氢气/空气的9组分19步基元反应简化模型,对充有当量 比的氢气/空气预混气体的矩形爆轰流场中爆轰波的传播过程进行了数值模拟,讨论了均匀来流对爆轰波传 播的影响。数值结果表明,在均匀来流的影响下,上游方向上的燃烧强度大于C-J爆速,下游方向上的燃烧强 度小于C-J爆速;上游方向传播的爆轰波的阵面压力大于下游方向传播的爆轰波的阵面压力。所以,经典的 C-J爆轰理论并不适用于流动系统中爆轰波传播特性的研究。     

液体燃料云雾爆轰参数实验

为深入了解液体燃料云雾爆轰机理,借助自行设计和建造的立式爆轰管,并采用升降法和烟迹技术,对环氧丙烷等液体燃料云雾爆轰参数(爆速、爆压、临界起爆能和爆轰胞格尺寸)与当量比的关系进行了实验研究。结果表明,环氧丙烷的爆速和爆压随当量比的增加先增大后平缓减小;碳氢液体燃料云雾爆轰的临界起爆能与当量比呈U型关系,最佳值点偏向富燃料一侧;临界起爆能的大小与燃料的分子结构和挥发性有密切关系,IPN和PO 临界起爆能相当,而烷烃类临界起爆能均较大。环氧丙烷在25和50 ℃时的爆轰胞格宽度与当量比皆呈U型关系,最小值点偏向富燃料一侧;气相爆轰胞格宽度比云雾爆轰略小。常温下环氧丙烷云雾爆轰主要由气相反应所控制。     

大画幅等待式转镜分幅相机研制及应用

采用共轴设计理论和控制离焦相结合的方法,研制了大画幅等待式转镜分幅相机,画幅尺寸达到了30mm18mm,动态目视分辨率35mm-1,总画幅数80,摄影频率1104~5105s-1。高速转镜部件采用光纤传感器系统实现转速信号的产生和传输,避免了高速直流电机对转速信号的干扰,确保了测速准确度。研制的相机在爆轰物理和冲击波物理实验研究中,得到了满意的结果。     

混凝土薄板的侵彻破坏响应实验

通过实验研究了混凝土薄板的侵彻响应,讨论了混凝土侵彻问题研究的理论模型和数值模型应注 意的几个问题。实验研究中,采用应变片、加速度计和高速摄影测试和记录了侵彻过程中混凝土薄板的力学 响应过程。实验结果表明,边界不仅是应力波反射的主要影响因素,而且还是结构整体冲击响应和破坏的主 要因素。通过综合分析实验数据,建立了混凝土薄板侵彻分析的三阶段力学模型:侵彻初期必须计及应力波 的影响,随着侵彻的深入,应力波的作用逐渐减弱直至消失,碎块的惯性运动逐渐加强,后期主要是残块在惯 性作用下的运动。     

预制孔靶板在爆炸冲击波载荷作用下的动态响应

对四边固定带预制孔靶板在爆炸冲击波载荷作用下的动态响应问题进行了实验研究。通过设计爆炸冲击波载荷对2种材料不同孔数、不同孔径的靶板的冲击工况,获得了各靶板的中心点挠度。通过分析,得到了预制孔靶板中心点挠度与预制孔数、孔径的相关规律,结合无孔平板在爆炸冲击波载荷下的挠度公式,建立了广义的靶板中心点挠度公式,可用于计算不同孔靶板的中心点挠度。研究结果可作为平板材料在破片冲击波联合毁伤研究的基础,为杀爆战斗部威力评估提供一些依据。     

泡沫铝爆炸冲击特性的数值研究

基于流体弹塑性模型,建立了泡沫铝在爆炸载荷下的冲击特性方程。采用Lagrange差分格式,在 均匀网格上对方程进行了离散。编写了数值计算程序,进行了炸药在空中和水中爆炸的一维数值计算。爆炸 场中考虑了泡沫铝密度、环境介质对泡沫铝材料冲击特性的影响。结果表明:数值计算结果与理论解、实验实 测结果基本吻合,证明所建立的泡沫铝的流体弹塑性本构方程可以用来描述泡沫铝的冲击特性;泡沫铝的密 度越低,泡沫铝中的压力峰值越小;在接触爆炸条件下,泡沫铝外侧环境介质的性质对临近环境介质端泡沫铝 中的压力影响明显,其中,环境介质若为空气,则临近空气端泡沫铝中的压力呈下降趋势,若环境介质为水,则 临近水端泡沫铝中的压力呈上升趋势。     

炸药装药密度对慢速烤燃响应特性的影响

为研究炸药装药密度对烤燃响应剧烈程度的影响,采用以RDX为主的高能炸药压制7种密度水平的试样,采用长径比为1.26的烤燃弹,以(10.2)℃/min的升温速率作了慢速燃实验。实验结果表明,当装药密度为理论最大密度的94%时出现压力胀裂,装药密度为理论最大密度的70%时产生爆燃,而在理论最大密度的80%左右时出现燃烧转爆轰现象,响应最剧烈。     

切割式多爆炸成形弹丸成形及对钢靶的穿甲效应

基于60mm 弧锥结合罩EFP装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的 切割式多爆炸成形弹丸战斗部结构,并进行了靶场静爆实验。由实验结果可知,该战斗部经网栅切割后能形 成5枚具有一定质量和方向性、可贯穿6mm 厚45钢靶的弹丸,有效提高了毁伤元的数量和毁伤面积。利用 LS-DYNA程序对弹丸侵彻45钢靶过程进行了数值模拟,分析了弹丸侵彻钢靶过程。通过对中心弹丸穿靶 模拟数据的处理,得到了其余尺寸弹丸侵彻不同厚度45钢靶的极限穿透速度计算公式,该公式可对相关切割 式多爆炸成形弹丸战斗部威力优化设计和评估提供依据。     

轴向间隔装药爆破沿炮孔的压力分布

模拟了三种不同装药结构分别采用正向、反向和两端起爆时的应力波传播、叠加过程。增大炮孔 顶部装药量,采用正向和两端起爆均可以显著提高炮孔中部压力。三种模型反向起爆时,炮孔堵塞段的压力 均高于另两种起爆方式。将反向起爆下各模型沿炮孔的压力曲线进行比较,发现增大顶部药量后,压力分布 更为均匀,且平均压力最大。将模拟结果应用到现场实验,基本消除了大块矸石,提高了岩石充填的效率。     

激光聚焦击穿液体的爆炸气泡特性

高功率激光聚焦击穿液体介质,类似于聚焦区域发生了微爆炸.研究了激光聚焦击穿爆炸与水下微爆炸之间的相似性.采用高功率脉冲激光器、光学聚焦系统、高速摄像、测量水听器建立了激光击穿爆炸源的产生及爆炸气泡、爆炸声波特性测量系统.对不同参数激光聚焦击穿水、酒精、硅油等粘性液体,观测到了激光击穿爆炸冲击波、气泡脉动、气泡压缩冲击波...     

炸药性质对岩石粒子运动影响的数值模拟

为研究炸药性质对粒子运动的影响,利用AUTODYN 有限元软件模拟球形装药在蓝田花岗岩中 的爆炸过程,获取介质中不同位置处的粒子速度和位移曲线,定性分析了炸药特性对岩石粒子运动的影响。 数值模拟结果显示,粒子的速度和位移变化趋势与实验结果基本一致,虽然粒子速度峰值与实验值相差很大, 而由速度曲线积分所得的粒子位移受到速度峰值、上升时间、脉冲持续时间以及速度衰减过程的影响,粒子位 移峰值的偏差在20%以内。在爆炸能量相等的条件下,不同种类的理想炸药爆炸引起的岩石粒子速度峰值 大小关系为ur(HMX)ur(PETN)ur(TNT),粒子位移峰值的大小关系为D(TNT)D(HMX)D(PETN)。非理想炸药的反 应速率对粒子速度和位移峰值影响明显,反应速率越快,速度和位移峰值越大。     

爆轰计算JWL状态方程参数的不确定度

针对爆轰计算JWL状态方程参数,开展不确定度量化研究。首先从JWL状态方程性质出发,结合数学、物理分析确定JWL状态方程中主要参数R1 的概率分布范围,然后利用非嵌入多项式混沌展开方法对PBX9404炸药驱动飞层外界面速度进行了不确定度量化分析。给出的分析方法与分析流程对爆轰计算及其他工程数值模拟不确定度量化有一定参考作用。