超压爆轰产物声速以及热力学CJ点的实验研究

超压爆轰产物声速是建立超压爆轰产物状态方程的基础性实验数据,而CJ点数据是反映炸药爆轰性能的重要参数。利用稀疏波追赶技术,通过光纤探针监测三氯甲烷中稀疏波追赶向前冲击波的过程,测量了不同压力点下JB-9014炸药超压爆轰产物的声速,得到了拉格朗日声速随粒子速度的变化曲线,由Lc线与稳定爆速D的交点确定了热力学CJ点,对JB-9014炸药所得到的CJ压力为28.8 GPa,与通常测量值28.5 GPa仅相差0.3 GPa。介绍了应用光纤探针测量爆轰驱动飞片的速度和平面性的方法,应用该方法得到了飞片的击靶速度和形状,此方法具有较高的测量精度。     

微喷加载装置中爆轰波阵面的测量

 根据金属材料微喷射激光全息诊断技术的要求,提出了一种测量微喷加载装置中爆轰波波前形状的实验方法,利用快响应光纤探针阵列来测量传爆药柱加载飞片的冲击波波前形状,并根据所得的实验数据用计算机模拟出爆轰波波前的形状,给出冲击波到达飞片上表面的时间分散性曲线。     

光纤探针应用于爆速测试实验研究

为研究光纤探针应用于炸药爆速测试的可行性及其在冲击作用下的响应特性,开展了梯黑铝（THL）炸药和混合B炸药爆轰实验、冲击作用下光纤响应实验。分别采用直径0.063 5 mm、前端带聚光准直凸透镜的玻璃光纤探针和直径1 mm、前端不带聚光准直凸透镜的塑料光纤探针,测定爆轰过程化学反应阵面传播速度。结果表明:两者都能够准确测定约7 000 m/s的炸药爆轰速度,测量不确定度2%。另外,采用直径1 mm、前端不带聚光准直凸透镜的塑料光纤探针,记录强冲击波作用下光纤响应信号,验证了强冲击产生的高压高温作用下的黑体辐射现象。因此,光纤探针能够准确测定炸药爆轰速度,且在冲击作用下出现色温现象,即黑体辐射现象。     

JB-9014钝感炸药冲击Hugoniot关系测量

采用火炮加载技术对JB-9014钝感炸药进行一维平面冲击实验。通过激光干涉测速仪测量冲击波到达炸药样品前、后表面的时刻以及炸药/镀膜氟化锂窗口界面粒子速度。利用冲击波到达炸药样品前、后表面的时刻差和炸药样品的厚度计算出冲击波在炸药样品中的传播速度,并结合炸药样品/氟化锂窗口接触面处粒子速度求出炸药样品冲击波后粒子速度,进而获得了炸药样品在3.1~9.7GPa压力范围内的冲击Hugoniot关系。对炸药样品中冲击波速度以及波后粒子速度进行不确定度分析,得到炸药样品中冲击波速度和波后粒子速度的合成标准不确定度约为0.54%和1.7%。将未反应炸药的冲击Hugoniot曲线和冲击波阵面的Rankine-Hugoniot关系进行联立得到冲击波后炸药样品内的压力和密度,进而拟合得到炸药样品在冲击绝热状态下沿(p,ρ)面的p-ρ曲线。     

多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀规律的理论确定方法

为快速预估任意配比的多元混合炸药爆轰产物的JWL(Jones-Wilkins-Lee)参数,提出了快速确定多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀规律的理论方法,即在给定各组分爆轰产物JWL参数的前提下,根据能量守恒定律,采用Gurney模型,确定圆筒试验中多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀距离随时间变化的曲线。同时,利用能量守恒原理以及经典爆轰理论中通过常γ状态方程得到的爆速、爆压和爆热之间的关系式,提出了确定多元混合炸药爆速和爆压的方法。采用该理论方法,分别计算了多元混合炸药PBXC03和PBXC10爆轰驱动圆筒膨胀规律及爆速和爆压,计算结果与前人的实验结果符合较好,验证了该理论方法的可行性和有效性。     

爆轰波在炸药-金属界面上的折射分析

针对爆轰波在炸药-金属界面上折射时由实验获得的金属折射冲击波压力与经典爆轰波极曲线理论预测的压力存在显著差异这一问题, 本文展开了进一步的理论和数值模拟分析研究. 首先通过分析指出经典爆轰波极曲线理论的缺陷, 并对爆轰波极曲线理论进行了改进, 改进爆轰波极曲线理论给出了炸药爆轰波折射类型以及折射冲击作用点处的压力值. 然后发展了一个基于次特征理论来数值求解爆轰反应流动控制方程的二阶中心型Lagrange方法, 并数值模拟了一个典型的炸药爆轰波折射实验. 改进爆轰波极曲线理论和数值模拟分析结果表明, 爆轰波折射类型有三种:反射冲击波的正规折射、带Mach反射的非正规折射、无反射波的正规折射, 并且金属折射冲击波压力值随入射角增大而单调减小.     

180°圆弧形钝感炸药的爆轰波传播

 采用贴体坐标下与Level Set方法相结合的爆轰冲击波动力学（DSD）计算方法,研究了180°圆弧形钝感炸药中非理想爆轰波的传播过程。通过数值模拟计算和实验测量的对比分析,得到了180°圆弧形炸药中爆轰波传播的一些规律：圆弧形钝感炸药可以实现定常爆轰,即在极坐标中整个爆轰波以固定角速度转动。这种定常阵面的形状和角速度与圆弧的外半径无关,定常体系依赖于圆弧形炸药的内半径和覆盖圆弧的外壳物质。对描述圆弧形炸药中爆轰波传播规律的经验公式进行了研究,结果表明这些经验公式能够准确描述爆轰波速度的变化,在实验测量和预估方面具有一定的参考价值。     

超压爆轰产物冲击绝热线的实验研究

炸药驱动高速飞片撞击基板和炸药,从而在炸药中产生超压爆轰状态。利用高速扫描相机测试了冲击波在炸药试样和铝标准试样中的传播速度,采用对比法得到了炸药爆轰产物的雨贡纽曲线。通过分析发现,通常的冲击波-粒子速度(D-u)关系式的线性拟合不适合CJ点附近的雨贡纽数据,对于炸药爆轰产物的冲击波-粒子速度关系式最好采用非线性关系式。利用冲击波前后物理量守恒关系式,将D-u数据转化为p-V数据,拟合得到了炸药爆轰产物的雨贡纽p-V关系。     

猛炸药RHT-901和钝感炸药IHE-2的爆轰波直角绕射

 采用高速转镜分幅相机和电探针技术研究了猛炸药RHT-901和钝感炸药IHE-2的爆轰波直角绕射图像和不同位置上的爆轰波传播时间。从研究得出，两种炸药都在拐角顶点附近绕射，爆轰波传播时间增长，爆速变小。但是两种炸药绕射爆轰波的状态不一样，钝感炸药IHE-2中爆轰波绕过直角时，在拐角顶点附近约10 mm范围内炸药未完全反应，猛炸药RHT-901中爆轰波绕过直角时未出现类似现象。两者相比，钝感炸药中绕射爆轰波速度变化大，波阵面曲率半径小，而猛炸药的绕射爆轰波速度变化小，波阵面曲率半径大。这说明炸药的爆轰波绕射与炸药的冲击感度、反应区宽度有关。     

RDX炸药爆轰产物物态方程

采用基于统计物理的爆轰产物物态方程模型,研究了不同初始密度下RDX炸药爆轰产物性质,发现炸药初始密度小于1.20g/cm3时,炸药爆轰后只有气相产物生成,随着炸药初始密度进一步增大,爆轰后有固相碳析出。炸药初始密度小于1.60g/cm3时,各气相产物按均匀混合处理,计算的爆速、爆压和实验值符合较好。随着炸药初始密度进一步增大,计算的爆速、爆压与实验值出现较大的偏差,经分析发现此处可能出现了超临界流体相分离现象,在物态方程模型中考虑了这种效应后,得到较好的结果。     

常温下JB-9014钝感炸药的DSD参数研究

 爆轰冲击波动力学（DSD）是目前研究爆轰波非理想传播的有效途径。利用爆轰冲击波动力学的广义几何光学模型,研究了大长径比药柱中爆轰波非理想传播现象,根据常温下Ф10~30 mm药柱的直径效应实验数据,通过非线性优化方法——遗传算法,确定了一套JB-9014钝感炸药的DSD参数。这套DSD参数对JB-9014药柱中定态波形和爆速的计算与实验结果符合。     

未反应JBO-9021炸药冲击雨贡纽曲线的研究

采用激光干涉测速技术和楔形炸药,对未反应钝感高能炸药JBO-9021的冲击雨贡纽曲线进行了实验研究。通过激光干涉测试技术对楔形炸药冲击波后不同位置的多点粒子速度进行测试,获得一组不同压力下未反应炸药中的波后粒子速度和冲击波速度,通过曲线拟合得到未反应炸药的冲击雨贡纽曲线。同时将未反应炸药的冲击雨贡纽曲线和冲击波阵面的Rankine-Hugoniot关系进行联立,获得未反应炸药的状态方程。     

低温下JB-9014钝感炸药DSD参数研究

 爆轰冲击波动力学（Detonation Shock Dynamics,DSD）是目前研究爆轰波非理想传播的有效途径。利用DSD的广义几何光学模型,研究了大长径比药柱中爆轰波非理想传播现象,根据-30 ℃下直径为10～30 mm药柱的直径效应实验数据,利用遗传算法确定了低温下JB-9014钝感炸药的DSD参数。由DSD参数计算得到了JB-9014药柱中的定态波形和爆速,计算结果与实验结果符合。     

气-液-固三相体系云雾爆轰特性的实验研究

在内径为0.2m、高5.4m的大型立式激波管内,同时对液体燃料和黑索金(RDX)粉末进行抛撒,采用底部直接起爆,得到了RDX-液体燃料-空气三相体系的爆压和爆速,利用烟熏技术得到了爆轰波的胞格结构、尺寸及长宽比。结果表明:90#溶剂油-空气两相体系的平均爆压为5~6 MPa,可以将其作为燃料-空气炸药的主燃料;向该燃料中添加硝酸异丙酯(IPN)可以降低其临界起爆能,添加RDX能够提高体系的爆速和爆压。此外,通过理论分析结合实验验证得出,多相爆轰的临界起爆能和爆轰胞格尺寸之间存在与气相爆轰类似的关系。     

均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell等人研究均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果,但不涉及其冲击起爆条件。Campbell等人的实验表明,足够强的冲击波进入硝基甲烷后,经过若干微秒的感应时间,爆轰发生在隔板与炸药间的界面处。这就是说,在均匀炸药中,足够强的冲击虽非瞬时但直接（指不经过其它过程,如爆燃）引发了爆轰。重新处理后的实验数据表明：硝基甲烷起爆后,爆轰波的净爆速小于正常爆速;当进入硝基甲烷的初始冲击波的有效压力p_eff由8.82 GPa升至12.14 GPa时,感应时间t_ind的实验值由3.06 μs降至0.705 μs。以两相的排平（A,m）物态方程描述爆轰产物,较为严格地重新推导了基于热起爆理论的估算感应时间t_ind的公式。在上述p_eff的变化范围内,t_ind的理论值则由248 μs降至0.99 μs,明显地高于实验值。这表明,热起爆理论不适于描述硝基甲烷的冲击起爆行为。从本质上讲,热起爆理论对均匀炸药的冲击起爆行为的描述,不符合物质运动的微观图像,因此,它不适于描述均匀炸药的上述行为。     

JB9014钝感炸药冲击绝热线测量

 利用压力对比法,采用锰铜计测量待测炸药样品和LY12铝标准样品在LY12铝飞片同时撞击下的界面压力,运用冲击波关系式和正交回归直线拟合分析,确定了JB9014钝感炸药冲击绝热线关系式。     

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。     

利用电磁法研究HMX与TATB混合钝感炸药的冲击起爆特性

为研究含有少量奥克托金(HMX)且以三氨基三硝基苯(TATB)为基的高能钝感炸药PBX-3的冲击起爆反应增长规律,采用火炮驱动蓝宝石飞片的方法和铝基组合式电磁粒子速度计技术进行了一维平面冲击实验。通过实验测量撞击表面及内部不同深度处的冲击波后粒子速度,得到PBX-3炸药的Hugoniot关系。根据冲击波示踪器所测数据绘制了炸药到爆轰的时间-距离(x-t)图,获得了反映炸药冲击起爆性能的Pop关系。将入射压力为12.964 GPa时达到爆轰的6条速度曲线修整成相同零点,通过读取6条曲线的分离点即反应区末端的C-J点,计算出化学反应区时间和宽度。     

高能炸药爆速曲率关系的一种计算方法

研究平面爆轰波爆轰化学能和状态方程之间的关系,得到平面爆轰波关系式和CJ条件.基于柱坐标系下的一维流体力学方程组,采用坐标变换方法得到含曲率的爆轰波关系式及广义声速条件.在反应区内采用压力平衡和温度平衡的混合规则,在给定的复杂状态方程和复杂反应率下求解,得到PBX9404和PBX9502炸药的爆速和曲率的关系.已知炸药...     

非均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell 等人及其他作者研究非均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果,但不涉及其冲击起爆条件。足够强的冲击波进入非均匀炸药后,爆轰将瞬时（指不经过感应时间）且直接（指不经过其他过程,如爆燃）被引发;非均匀炸药起爆后,其中传播的自始至终是一个不断增长的爆轰波,直至发展为正常爆轰,整个过程都是爆轰的增长（新定义）过程。不存在由反应冲击波不断增长并转变为爆轰波的所谓向爆轰的增长。所谓向爆轰的增长,实际上是爆轰的增长（按新定义）的初期;Craig原定义的爆轰的增长,实际上是爆轰的增长（按新定义）的后期;而所谓反应冲击波,实际上是增长中的初期爆轰波。爆轰的增长（按新定义）是所有猛炸药的特性,炸药反应不充分并逐渐趋于充分是爆轰的增长的化学机制。