可识别微层裂前界面的阶跃信号电探针测试技术

受微喷射物质干扰,现常用的测试技术难以对复杂结构金属样品微层裂前界面进行准确识别,针对该问题提出阶跃信号电探针测试技术。对传统电探针受微喷射物质干扰出现不正常放电现象的原理进行分析,设计阶跃信号形成电路。开展锡金属样品爆轰实验,对比传统电探针和阶跃信号电探针的放电波形,分析阶跃信号电探针数据解读方法,联合X光测试技术,对阶跃信号电探针放电波形阶跃信号高电平出现时刻进行检定。实验结果表明：阶跃信号电探针测试技术能够识别微喷射物质的干扰,可用于爆轰加载下金属样品微层裂前界面的识别。     

内部爆炸作用下钢筒变形过程的电探针测量技术

为了研究圆柱形爆炸容器在炸药爆炸作用下的变形过程,设计了电探针测量内部爆炸作用下钢筒变形的方法。采用数值模拟方法进行预估,在钢筒的中心进行了120g TNT和180g TNT当量球形装药下的爆炸加载实验,获得了爆炸不同时刻钢筒径向位移随时间的变化关系,电探针测量钢筒最大变形与实验后钢筒变形测量结果较好吻合。

     

滑移爆轰驱动下飞板运动姿态的连续电阻测试法

飞板运动姿态的测定是爆炸焊接机理研究的基础,针对传统电测方法存在干扰因素多、易产生弯曲波等缺陷,设计了一种适用于野外大当量下爆炸焊接飞板姿态实验的连续电阻测试方法。研制了3种不同结构的梯形支架型连续电阻探针元件,利用有限元程序分析了探针的导通压力和响应时间,在此基础上,对3种探针实施了爆炸焊接实验,实验结果表明:金属丝网型探针元件具有最优的导通效果,各段测试曲线光滑无毛刺。以该探针数据计算获得了待测飞板的运动姿态曲线,并与Richter简化模型下的近似计算公式结果进行了对比,两者基本一致。所述测试方法实现了炸药爆速和飞板变形曲线的连续、可靠和快速测量,为滑移爆轰驱动问题、爆轰产物状态方程等的研究提供了测试方法补充。     

内聚滑移爆轰加载下金属圆管压缩过程的工程分析

对内聚滑移爆轰加载下圆管压缩运动过程进行工程分析,分析解与数值模拟结果吻合。利用工程模型得到了不同管道参数（包括内径、厚度）下管道封闭所需要的炸药量和封闭时间表达式,可为相关研究工作提供参考。

     

爆炸加载下金属缝隙射流定量诊断实验研究

爆轰加载下金属飞片缝隙处会有射流产生,金属缝隙射流的喷射速度可达数千米/秒,而其射流线密度只有几个mg/cm量级。采用高速摄影以及脉冲软X光照相方法对缝隙射流进行了动态观测和(半)定量测量,通过不同条件下的系列实验获得了金属射流喷射特性和射流质量随飞片材料、加载压力、缝隙宽度以及加载方式等的变化规律,通过实验数据分析拟合,初步给出了射流质量随各影响因素变化的经验型定标率模型。     

冲击作用下快响应光纤探针研究

为满足在特殊的环境条件下对冲击波速度、飞片速度等冲击波物理参数的精密测量要求 ,开发了一种快响应光纤探针技术。该光纤探针由一根一端镀膜的梯度石英光纤和一根金属套管构成。在测量爆轰波、飞片和冲击波到达时间的实验中 ,可达到纳秒甚至亚纳秒的时间响应。实验证明该技术是一种可靠的、高时间分辨率的测试手段。     

微喷射物质作用下脉冲信号电探针的放电机理

针对脉冲信号电探针在微喷射物质作用下出现的“非正常”放电现象,提出了微喷射物质K+R_x等效电路模型,用以解释微喷射物质导通电探针放电机理。开展爆轰实验,联合X射线测试技术,确定了电探针放电区域处于微喷射区与微层裂区的过渡地带,并发现电探针的3类“非正常”放电现象。建立电路仿真模型,将微喷射物质等效成K+R_x电路,调节K+R_x等效电路模型参数,模拟电探针的3类“非正常”放电现象。仿真结果表明,K+R_x等效电路模型很好地解释了微喷射物质作用下脉冲信号电探针的放电机理。     

爆轰波对碰加载下平面金属样品动载行为实验研究

进行冲击波对碰加载简易平面金属Sn和W样品实验,采用X射线照相和激光干涉测速系统进行联合诊断,给出了2种材料冲击波对碰区表面微喷及主体破碎物质的直观图像,研究了Sn和W样品对碰区动力学行为,并比较分析2种材料对碰区特征的异同,给出了定性物理解释,实验结果可为爆轰波对碰加载下材料动力学特性的理论研究提供数据支撑。     

爆轰加载下柱壳断裂时刻微小差异测量方法

对于断裂时刻差异较小的对比实验,提出一种判读方法：同时采用高速摄影和干涉测速,利用高速摄影判读壳体断裂时刻应变,利用干涉测速获取壳体位移及应变曲线,两者结合得出较为精确的壳体断裂时刻差异。利用该方法得出45钢柱壳在JO-9159和JOB-9003两种炸药加载下断裂时间相差0.45 μs,钨合金柱壳在两种炸药加载下的断裂时间相差0.39 μs。同时该方法可以推广应用于单发壳体膨胀断裂实验中,更精确测定壳体的断裂时刻。     

爆轰加载下金属材料的微层裂现象

通过在LiF窗口撞击镀膜面增加一薄层LiF和对LiF窗口反光面进行漫反射面镀膜处理的方法,对传统Asay窗诊断技术进行了改进,获得了微层裂物质高质量的实验信号。将改进后Asay窗技术与中能X射线照相及激光干涉测速技术相结合,实验给出了熔化状态下Sn材料微层裂物质不同时刻的密度空间分布图像及演化特征,且不同测试技术诊断结果半定量吻合。得到Sn材料微层裂物质的清晰物理图像,可为微层裂物理机理的认识和物理建模提供实验数据。     

Experimental investigation of the distribution of the charged particle concentration in the interelectrode gap of a freely burning atmospheric arc

The results of an investigation of the distribution of the charged particle concentration in the interelectrode gap of an arc burning freely in an air atmosphere for currents I = 50–100 A by means of a moving dual electric probe are presented. The methods used enable the probe voltage-current characteristic to be measured in times ～ 100 µs. This makes it possible to estimate the distribution of the charged particle concentration in the interelectrode gap during a single experiment. The charged particle distributions obtained are compared with the distribution of the various glow-level zones [1, 2]. On the basis of this comparison it is shown that the characteristic transverse dimension of the zone in which the current flows in the arc far away from the electrodes is of the order of a centimeter.     

破片群初速的电探针测量法

提出了一种速度衰减系数可预先确定的测量全预制和半预制破片群初速ｖ＿０的电探针方法。在效应靶背面竖直方向上依次布置ｎ根条状铜箔电探针，测量ｎ个破片飞行ｘ距离经历的时间ｔ，根据破片速度衰减公式确定ｎ个破片的ｖ＿０，测量误差不超过３％。应用最小二乘法原理，将实验测定的全预制破片群初速拟合成沿战斗部轴向分布，实验拟合线与用文献［１］报导的计算方法确定的结果基本一致。     

Three-dimensional numerical simulation of detonations in coaxial tubes

Three-dimensional numerical simulation of detonations in both a circular tube and a coaxial tube are simulated to reveal characteristics of single spinning and two-headed detonations. The numerical results show a feature of a single spinning detonation which was discovered in 1926. Transverse detonations are observed in both tubes, however, the single spinning mode maintains the complex Mach reflection whereas the two-headed mode develops periodically from the single Mach reflection to the complex one. The calculated cell aspect ratio for the two-headed mode changes from 1.09 to 1.34 as the radius of axial insert increases from r ₁/R = 0.1 to 0.9. The calculated cell aspect ratio for r ₁/R = 0.1 is close to the experimental results without an axial insert. The formation of an unreacted gas pocket behind the detonation front was not observed in the single spinning mode; however, the two-headed mode has unreacted gas pocket behind the front near the axial insert.      

不同角度分叉管道内氢气-空气爆轰传播特性

在3种角度分叉管道内开展化学计量比氢气-空气爆轰实验,采用自制的火焰传感器和烟迹法分别获得了爆轰波传播速度和胞格结构,探究了不同角度管道分叉对爆轰传播的影响。结果表明：氢气-空气爆轰在经过分叉三通时受分叉口稀疏波影响导致爆轰波衰减解耦,但随着入射激波与下游管道壁面碰撞,逐渐由规则反射向马赫反射转变,最终完成重起爆过程。其中,直通支管内爆轰衰减主要受支管入口面积的影响,随着分叉角度增大,入口面积减小,爆轰衰减程度和重起爆距离也随之减小;而分叉支管内,爆轰衰减受支管入口面积与入口渐扩程度共同影响,但随着分叉角度的增大,入口面积变为主要影响因素。不同角度分叉管内的实验结果均表明,初始压力升高能显著提高爆轰稳定性,从而削弱分叉几何结构的影响。

     

用于爆轰驱动的射流起爆实验研究

爆轰驱动激波风洞的自由来流模拟范围与驱动气体的爆轰极限密切相关,爆轰极限越宽则模拟范围越大。驱动气体一般是通过点火管进行起爆的,提高点火管的起爆能力可以拓宽爆轰极限。为了提高点火管起爆能力,就点火管口径、点火气体爆轰敏感性和单/双点火管3种因素的影响进行了实验研究。在不同的点火管初始条件下,对驱动段波速进行了测量。结论如下:(1)提高点火管口径可以显著提升起爆能力;(2)点火气体爆轰敏感性对起爆能力有影响,点火管为缩径内型面时,低敏感性气体起爆能力更强,点火管为等径内型面时则低敏感性气体和高敏感性气体的起爆能力大体持平;(3)在保证射流同步的前提下,双点火管能够提高起爆能力,为保证射流同步性需使用化学恰当比的氢氧混气等爆轰敏感性强的点火气体。     

超音速来流中爆轰波衍射和二次起爆过程研究

预爆管技术被广泛地应用在爆轰波发动机的起爆过程中,但是在超音速来流中基于预爆管技术起始爆轰波的研究并未被广泛地开展。基于此,本文中数值研究了横向超音速来流对半自由空间内爆轰波的衍射和自发二次起爆、及管道内的衍射和壁面反射二次起爆两种现象的影响。数值模拟的控制方程为二维欧拉方程,空间上使用五阶WENO格式进行数值离散,采用带有诱导步的两步链分支化学反应模型。所模拟的爆轰波具有规则的胞格结构,对应于用惰性气体高度稀释过的可爆混合物中形成的爆轰波。结果表明:在半自由空间内,在本文所模拟的几何尺寸下,爆轰波并未成功发生二次起爆现象,但是爆轰波的自持传播距离随着横向超音速来流强度的增强而增加。在核心的三角形流动区域外,波面诱导产生了更多的横波结构;在管道内,横向的超音速来流在逆流侧对出口气流产生了压缩作用,能有效提高波面压力,因此反射后的激波压力也比较高。在同样的几何尺寸下,爆轰波在静止和超音速(Ma=2.0)气流中分别出现了二次起爆失败和成功两种现象,这是由于在超音速来流中化学反应面的褶皱诱导产生了横波结构,横波与管壁以及其他横波之间的碰撞提高了前导激波的强度,并最终促进了爆轰波在超声速流主管道内的成功起始。     

掺氢比对甲烷-氧气爆轰特性的影响

含氢多组分燃料由于其优良的燃烧特性逐渐成为研究关注的重点。为了对掺氢燃料的爆轰特性作进一步的研究,设计了长3 000 mm、管径30 mm的圆柱形半封闭燃烧室,对不同初压下的CH₄-2O₂、6CH₄-H₂-12.5O₂、3CH₄-H₂-6.5O₂（掺氢比分别为0%、5.1%、9.5%）3种预混合气的爆轰特性进行了实验研究,并采用烟熏膜、离子探针和压力传感器分别探测胞格结构、火焰位置和内部压力。结果表明,甲烷/氧气掺氢后可以有效提高爆轰波的传播速度,且掺氢浓度越高,传播速度越快;同时,氢气的掺入可减少管道出口处的速度亏损并在初始压力较低时加速火焰和激波的耦合,降低胞格尺寸,提高爆轰敏感性。