近场爆炸冲击波对屏蔽压装TNT的冲击引爆试验和仿真

为研究近场强冲击波对屏蔽装药的冲击引爆效应,通过试验和LS-DYNA3D非线性有限元计算程序对屏蔽压装TNT的冲击引爆进行研究,得到了接触爆炸时压装TNT被引爆的临界屏蔽板厚度和非接触爆炸时屏蔽压装TNT的殉爆距离,分析了非接触爆炸时屏蔽板厚度对殉爆距离的影响,并通过非线性最小二乘法拟合得到屏蔽板厚度与殉爆距离的函数关系。结果表明:数值计算结果与试验结果基本一致;接触爆炸时临界起爆的屏蔽板厚度在20～23 mm之间;屏蔽板采用3 mm厚的45钢时,非接触爆炸作用下压装TNT的殉爆距离在12～15 mm之间;非接触爆炸时殉爆距离随着屏蔽板厚度的增加而减小,当无屏蔽板时,压装TNT的殉爆距离为79 mm,当屏蔽板厚度从1 mm加大到9 mm时,殉爆距离从51 mm减为1.5 mm,被发装药的屏蔽板对冲击波有显著的防护作用。     

微型雷管药高比对输出威力的影响

为了适应MEMS引信微型传爆序列的需求,针对微型雷管装药高度比对输出威力的影响开展了专门研究。改变装药直径为0.9 mm、装药高度为3 mm的微型雷管中起爆药与猛炸药装药高度比,用猛铜压阻传感器对爆轰输出压力进行测定,得到微型雷管中起爆药的临界高度为0.36 mm。当起爆药高度为1.65 mm时,微型雷管爆轰压力值最大,为10.3 GPa;当起爆药高度小于1.65 mm,HMX炸药高度大于1.35 mm时,随着起爆药高度的减小,猛炸药高度的增加,微型雷管的爆压值减小;当起爆药高度大于1.65 mm、HMX炸药高度小于1.35 mm时,随着起爆药高度的增加,猛炸药高度的减小,微型雷管的爆压值也减小。初步得出了羧铅起爆药和猛炸药的最佳高度比范围为0.69~2.26。     

HNS—IV为基的PBX配方性能

按照美军标《引信安全设计准则》MIL-STD-1316E的规定，HNs是直列式爆炸序列许用传爆药。从国外公开文献可以看出只有高纯度、高比表面积的HNS—IV作为起爆装药正式应用于武器的起爆序列。但单质的HNS—IV炸药由于成型性能较差，不能直接装药，文中开展了HNS—IV为基的PBX配方设计，对其性能进行了表征。     

弹黏塑性热点模型的冲击起爆临界条件

非均质炸药冲击起爆临界条件是武器传爆系列设计以及安全性能评估中十分关注的问题。基于Kim弹黏塑性热点模型,通过数值求解冲击波作用下炸药局部热点的温升模型,获得了TATB和HMX基炸药在不同冲击压力作用下的冲击起爆临界阈值,定量分析了孔隙度对炸药冲击起爆临界阈值的影响。与实验数据对比,结果表明:在1~10GPa范围内,采用该模型计算得到的冲击起爆临界阈值与一维短脉冲试验相符,对应的炸药冲击起爆临界阈值近似为一常量;当压力大于10GPa时,非均匀炸药的冲击起爆机制开始由局部热点机制向整体均匀加热机制转变;在一定压力范围内,炸药孔隙度越大,冲击起爆临界阈值越小。     

条形爆炸逻辑器件之功能研究

通过敞式观察条纹技术(OVST)和火花隙或者多条纹技术(MST)相配合,可以较为简单地让条形起爆逻辑器件(这里是指一种8管条形同步引信)理想引爆,随之使传爆药栓点火并妥善传爆到总管烈性炸药。     

金属隔层和空气间隙对钝感炸药冲击起爆的影响

为了确定空气间隙和金属隔层对冲击起爆的影响,采用火炮加载蓝宝石飞片冲击起爆Φ50 mm×30 mm的A型炸药,产生的冲击波通过空气间隙和金属隔层起爆Φ50 mm的台阶型B型炸药。在B型炸药的后界面粘贴镀膜氟化锂(LiF)窗口,使用光子多普勒测速仪(PDV)测量金属和B型炸药的后界面速度,进而计算得到金属和B型炸药的冲击波透射压力,再利用阻抗匹配计算得到金属和B型炸药的入射压力。结果表明:传爆药和金属隔层间的空气间隙使冲击压缩过程转变为准等熵压缩和冲击压缩两个过程,同时使冲击波的幅值减小;确定了金属隔层厚度为5 mm时冲击波压力的衰减范围;当使用A型炸药作为传爆药,空气间隙为0.3 mm,金属隔层厚度为5 mm时,B型炸药在7~10 mm之间开始反应。     

不同起爆方式对含铝炸药水中爆炸近场冲击波压力的影响

 采用SJZ-30和GSJ-15型高速扫描相机,对端面点起爆、侧边点起爆和中心点起爆方式下,HLZY-1含铝炸药水中爆炸近场冲击波传播过程进行了实验观测,通过数字化方法得到了炸药近场冲击波沿狭缝方向的扫描曲线和冲击波压力变化曲线。研究表明,起爆方式对炸药水中爆炸初始冲击波峰值压力以及近场冲击波峰值压力的衰减有重要的影响。研究结果可以为水中兵器战斗部的设计以及毁伤效能评估提供参考。     

强点火条件下RP-3航空煤油燃爆特性实验研究

为进一步探究影响RP-3航空煤油燃爆特性参数的因素,在内径为200mm、高度为5 400mm的立式激波管中,采用强点火方式,测定了其在不同浓度下的临界起爆能以及不同起爆能量、浓度当量比、喷雾压力下RP-3航空煤油的爆速和爆压。实验结果表明:航空煤油的临界起爆能随浓度当量比的增加先急剧降低,达到最小值后又缓慢上升,基本呈"L"形变化;在喷雾压力为0.20~0.60MPa、同一浓度条件下,RP-3航空煤油的爆速、爆压随喷雾压力的变化曲线呈倒"U"形;随着起爆能量升高,爆速、爆压均呈直线上升趋势,并且当起爆能量小于1.68MJ/m~2时,煤油未达到直接爆轰状态;燃料的爆速、爆压随浓度当量比的增加先上升后下降,其变化趋势也基本呈倒"U"形。     

连续波多普勒引信雷电电磁脉冲辐照效应

为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响,确定引信的能量耦合通道和效应规律,构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统,并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明:受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向;主要能量耦合通道为弹体;不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同,在配用152 mm弹体时,1.2/50,5.4/70,0.25/100和10/350μs波形的临界干扰场强分别约为74,60,65和75kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为:辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端,由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求,从而推动引信执行电路误动作。     

环形通道内爆轰波的起爆机制

旋转爆轰发动机环形燃烧室和预爆轰管的设计是影响发动机点火性能的关键因素。为了获得环形燃烧室中的起爆机制，使用多帧短时开快门摄像法，研究了不同含量氩气稀释的乙炔-氧气爆轰波经直管道沿切向进入环形通道中的传播过程和模式，重点关注爆轰波的失效和重新起爆机制。通过分析胞格模式发现环形通道内爆轰波的传播模式可以分为亚临界、临界和超临界3种状态。环形通道内爆轰波在顺时针和逆时针方向同时传播，根据初始压力和环形管道宽度的不同，会出现完全熄爆模式、熄爆-重新起爆模式和完全不熄爆模式，对应亚临界、临界和超临界3种状态。3种状态在顺时针和逆时针方向出现的顺序并不一致，相比较而言逆时针方向更易熄爆。研究同时也发现重新起爆通过两种方式实现：一种是通过解耦爆轰波与内壁面的反射以及其后的横向爆轰波，另外一种是通过燃烧转爆轰。通过分析直管的临界管径发现，随着环形通道宽度的增大，对于高浓度或低浓度氩气稀释的乙炔-氧气爆轰波，其临界管径均趋近于经典衍射问题中不稳定爆轰波的临界管径。实验研究结论将为旋转爆轰发动机燃烧室和预爆轰管的结构设计提供技术支持。     

反恐中微差控爆破门实验研究

 在解救人质或追捕恐怖分子时,需要利用炸药炸开门体或者墙体开辟一条快速通道,通常采用集团装药或多点药包同时起爆的方法进行爆破,但产生的冲击波超压值过高,很容易对反恐人员造成不必要的伤害。采用多点延时起爆方法进行微差控爆破门,与其它方法相比,在相同药量和距离下可以降低空气冲击波的超压峰值,从而有效避免冲击波对反恐人员的伤害。实验研究结果表明,防盗门中的膨胀螺栓可以作为破门弱点进行毁伤。通过实验,得到了破门的合理药量,利用不同药量下的冲击波超压值计算出了反恐人员的安全距离。     

热刺激下不同结构引信的响应机理

为了掌握引信在泄压结构作用下的响应特性,通过自行设计的引信泄压装置,开展了烤燃条件下泄压装置对引信响应剧烈程度的影响研究。试验结果表明,慢速烤燃和快速烤燃条件下,泄压结构均可以有效降低引信响应时刻的内部压力,降低引信在烤燃条件下的响应烈度,但是引信在慢速烤燃和快速烤燃条件下的响应情况存在一定差异。通过数值模拟对引信的响应情况进一步分析,结果表明:慢速烤燃条件下,引信点火点位于传爆药柱中心;快速烤燃条件下,引信点火点位于传爆药底部。点火位置不同使得传爆药的压力释放过程不同,慢速烤燃通过中心点火形成从中心至泄压孔的排气通道来释放内部压力,快速烤燃泄压孔释放部分压力后,剩余压力导致底部端盖被冲破。     

H型巷道内采用不同布置方式的双爆源瓦斯爆炸传播特性

为探究复杂巷道内多爆源瓦斯爆炸传播特性及热冲击动力学机制,运用计算流体力学软件Fluent,以H型巷道为模型,在巷道内设置同侧、相对、对角3种双爆源布置方式。研究发现：巷道内的2处爆源同时起爆后,前驱冲击波沿巷道未燃区传播,当两股冲击波相遇时,压力叠加,冲量抵消,在压力叠加区火焰传播受阻,导致火焰传播速度放缓甚至反向;相较于单爆源爆炸,双爆源工况中导致巷道内特定区域如联络巷、岔口中心及其边壁的压力更高;同侧和对角布置工况下的压力极值区出现在巷道封闭端,相对布置工况下的压力极值区出现在分岔口中心处。     

TATB基炸药水中爆炸能量测试技术

 在用水中爆炸法测量以TATB为基的TBL炸药能量的研究中,设计了2种具有高爆压和大质量的扩爆药柱。通过2类扩爆药柱的能量测试实验得到的扩爆药柱能量与理论结果相同,TBL炸药的能量为TNT炸药能量的70%左右;炸药的爆压越高,冲击波能量随爆炸距离的衰减越快。     

爆电电源炸药网络装药性能

爆电电源种类很多，用于武器系统的爆电电源是指铁电体爆电电源，它利用炸药爆炸所形成的冲击波使铁电体极化，释放出极化储能，形成电能输出。由于铁电体储能密度高，在冲击波作用下能量释放快，这种电源能形成很强的高功率脉冲电能输出，具有体积小、重量轻、环境适应性强、输出脉冲波形容易调节等优点。其网络元件装药精度对系统的起爆同步性和延迟时间控制起关键作用，直接影响整个系统工作的可靠性。所以进行其网络元件配方及装药成型工艺研究具有重要的军事价值。本文主要针对爆电电源用炸药网络板装药技术进行研究。主炸药为PETN，黏结剂为L7525硅橡胶。     

高浓度氩气稀释对C2H2-2.5O2气体直接起爆临界能量影响的实验研究

 采用高压电点火进行直接起爆,通过放电过程中电流的输出信号确定起爆能量,实验测定了C₂H₂-2.5O₂气体和加入摩尔浓度为70%氩气的C₂H₂-2.5O₂混合气体直接起爆的临界起爆能量,研究了高浓度氩气稀释对C₂H₂-2.5O₂混合物临界起爆能量的影响。实验测得的混合物临界起爆能量实验值与Lee等人的表面积能量理论值基本吻合。研究表明：C₂H₂-2.5O₂气体和加入摩尔浓度为70%氩气的C₂H₂-2.5O₂混合气体的临界起爆能量均依赖于初始压力,并呈反相关指数关系;在相同实验条件下,高浓度氩气稀释极大提高了混合气体直接起爆的临界起爆能量。分析认为,由于临界起爆能量正比于诱导区长度的3次方,因此在相同初始压力下,高浓度氩气的稀释增加了C₂H₂-2.5O₂混合气体爆轰诱导区长度,并最终导致其临界起爆能量的显著上升。     

微纳米含能材料研究进展

含能材料的起爆、传爆、能量释放、安全等诸多性能在很大程度上取决于组分的颗粒尺寸及分布、比表面积、孔隙结构和组分均匀性等结构参数,微纳米含能材料由于可改变上述一个或几个参数而表现出与普通颗粒含能材料不同的性能。众多研究都表明：随着含能材料颗粒尺寸的减小,其性能将发生显著变化,如机械感度降低、高压短脉冲感度增加、爆轰更接近于理想爆轰、爆炸时释放能量更完全、燃烧效率提高、爆轰波传播更快更稳定、爆轰临界直径降低、装药强度提高等。     

无线电引信双源辐照效应研究

为了探索复杂电磁环境对无线电引信的作用规律,提出双辐射源电磁环境构建方法和试验方法,试验研究了无线电引信的双辐射源电磁环境效应,找到了使无线电引信意外起爆的双辐射源辐照频率组合方式和敏感阈值。发现双辐射源使无线电引信意外起爆的作用机理:引信天线及弹体接收到差频为多普勒频率的复合连续波信号,经自差机振荡器混频、检波管检波并滤波后,输出信号幅度较大的正弦波信号,经低频电路放大、信号整流积分及抗干扰惯性支路的共同作用,通过增幅速率选择电路,触发执行级电路误动作导致引信意外起爆。     

圆柱装药近地空爆冲击波峰值超压空间转换模型

为研究近地空爆冲击波峰值超压空间数值关系,基于镜像法、角等分和超压归一化思想,确定了冲击波空间传播界线,建立了混合流场中超压的理论计算方法。首先,利用三波点轨迹与爆高水平线交点、虚拟爆源、真实爆心三者连线构成的几何约束以及马赫反射终点条件,确定了冲击波流场分布界限。其次,等分测点角度,并基于超压归一化值分段线性假设构建归一化值方程。然后将归一化值方程扩展为圆柱装药长径比、爆高、当量、测点角度和比例距离的函数。最后,基于控制变量法,利用符合经验公式和实爆结果的圆柱装药近地空爆AUTODYN-2D数值模型的计算结果代入上述函数求解。结果表明:以长径比、比例爆高、比例距离和测点角度为输入参数的峰值超压空间转换模型可描述圆柱装药近地空爆峰值超压的空间数值关系,转换效果良好。     

无线电引信的超宽谱辐照效应及其防护

 探讨了超宽谱高功率微波对无线电引信的辐照效应、耦合机理和防护方法。利用超宽谱高功率微波辐照源对多姿态的无线电引信进行了辐照实验并对结果进行了分析,实验表明当引信和弹体的轴向与超宽谱高功率微波的电场极化方向一致时,引信最容易被引爆,辐照效应最明显。通过理论分析和辐照实验找出超宽谱高功率微波能量耦合机理为：引信和弹体上感应的瞬变电压通过引信电源电路传递到执行电路,瞬变电压上升率超过了电路中晶闸管的断态电压临界上升率,使晶闸管意外导通,导致引信误动作。在不影响引信工作特性前提下,采取增加防护器件和替换敏感器件的加固方法,可以提高引信抗干扰能力。采用综合防护加固方法可使引信在超宽谱高功率微波辐照下不再产生误动作,达到了防护加固的目的。