基于弹丸膛内运动参数和压力测试的火炮膛内燃气温度估算方法

为了解决火炮膛内测试环境恶劣而导致发射药燃气温度测试难度大的问题,基于微波干涉仪、压力测试系统,结合发射药配方性能计算理论、装药内弹道性能计算模型等理论,建立了一种基于实测参数的火炮膛内燃气温度估算方法,并开展了试验研究。结果表明:火炮膛内燃气温度的最高值约为2631.8 K,随着弹丸运动迅速降低,弹丸出炮口时膛内燃气温度降低到约1858.4 K;建立的火炮膛内发射药燃气温度估算方法可以有效地获得火炮整个内弹道过程中火药燃气温度随时间的变化规律,为低烧蚀发射药及装药的研制提供了一种新的研究手段。

弹目交会条件下爆炸驱动结构体的展开过程研究

复杂结构在爆炸驱动作用下的展开是展开型定向战斗部定向过程中的关键问题,对展开过程进行有效控制,有利于战斗部的起爆延时控制和破片利用率提高。针对复杂结构体的展开问题,基于JWL状态方程和第二类拉格朗日方程,从能量守恒出发推导了考虑爆轰产物膨胀过程和对目标命中状态的爆炸驱动展开模型。将驱动展开模型计算结果与文献实验结果进行对比,验证了爆炸驱动展开模型计算结果的准确性。结果表明,基于该模型的理论计算结果与实验结果的一致性较好,能较为精确地预测不同装药量下结构的展开时间;将辅助装药1与辅助装药2的质量比控制在1.5~1.7,结构体展开可达最佳命中姿态,更有利于命中目标。研究成果可充实定向战斗部设计理论,为展开型定向战斗部的设计提供参考。

甲酸铵含量对现场混装乳胶基质流变及热分解性能的影响

为提高现场混装乳化炸药的耐高温性能,制备了4种不同甲酸铵含量的现场混装乳化炸药基质样品。采用旋转流变仪和同步热分析仪研究了4种样品的流动性、黏弹性、黏温及其热分解性能。结果表明:加入甲酸铵可以提高现场混装乳胶基质的黏度,且随着甲酸铵质量分数的增加,样品的黏度出现先增大后减小的趋势;与未添加甲酸铵的样品相比,加入甲酸铵的样品的弹性模量增大,稳定性增强;当甲酸铵的质量分数不大于9%时,在50℃左右的温度下,乳胶基质的黏度均能够满足泵送要求;甲酸铵的加入对乳胶基质的热分解过程没有明显影响;随着甲酸铵质量分数的增加,其外推起始分解温度、活化能、热爆炸临界温度和自加速分解温度均有所增加,现场混装乳胶基质的热稳定性和热安全性得到提升。

组合-填充药型罩成型及侵彻靶板数值模拟

针对聚能射流侵彻披挂爆炸反应装甲坦克顶部装甲的高效毁伤问题,提出了一种新型的组合-填充药型罩结构。采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对射流形成和侵彻靶板过程进行了数值模拟,并分析了填充物材料和起爆方式对射流成型的影响以及炸高对侵彻性能的影响。研究结果表明:所提出的组合-填充药型罩可以形成首尾相连的两级串联射流,填充物采用铝和特氟龙时射流成型效果较好,但铝成型更加稳定;点环起爆形成的射流动能比单独点起爆形成的前级射流动能提高67.06%,后级射流动能提高29.51%;在炸高区间为2~6 CD(装药直径)时,成型射流均可以侵彻披挂爆炸反应装甲的坦克顶甲,并保持一定的剩余头部速度,且最佳炸高为5 CD。本研究对反披挂爆炸反应装甲坦克顶甲的新结构药型罩设计具有参考意义。

基于半导体桥芯片的钝感高瞬发底火设计

针对超高速射武器弹药对高频高安全及高一致性点火的发展需求,基于半导体桥芯片点火技术,设计了一种新型钝感高瞬发底火。通过对比研究4种半导体桥芯片及其2种封装结构,选用斯蒂芬酸铅和亚铁氢化铅/高氯酸钾作为两级复合装药,优化形成了模块化结构的半导体桥底火样机。该底火满足了与弹药接口的匹配要求,并达到1 A 1 W 5 min不发火的安全性要求。发火性能试验表明,所研制的半导体桥底火作用时间不大于200μs,散布不大于30μs,与传统桥丝电底火相比瞬发度和作用时间一致性显著提高,综合性能更好。

高温环境对激光火工品发火性能的影响

为了研究高温环境对激光火工品发火性能的影响,建立了激光火工品的热力场仿真模型,并搭建光学测试系统,探究了激光火工品自聚焦透镜在100℃高温下的激光光斑尺寸变化。仿真结果表明:高温环境下自聚焦透镜长度产生92.4μm的变形量,导致激光光斑尺寸从94μm增大至150μm;试验结果表明:高温环境下激光火工品输出光斑在243~272μm之间变化,自聚焦透镜变形量的增大导致激光火工品的刺激功率密度降低、作用时间超差。研究表明自聚焦透镜变形降低了激光火工品的发火可靠性。

高原环境爆炸冲击波传播规律及计算模型研究

为研究高原地区的低温低压环境对冲击波传播特性的影响,在海拔1500,3000,4500 m环境下开展了TNT爆炸试验,并使用有限元软件对高原环境TNT的爆炸冲击波进行数值仿真计算,分析了不同海拔对冲击波传播特性的影响规律。对比了Sadovskyi,Kinney-Graham和Sachs修正公式的超压峰值和比冲量计算结果与试验结果,并采用Sachs修正中的温度修正项对Sadovskyi高原超压峰值公式进行了修正。研究结果表明:随着海拔的升高,冲击波的波阵面速度加快,到达时间提前,每升高1 km,冲击波超压峰值下降约2%~4%,比冲量下降约4%;对超压峰值进行修正时,3种修正公式均具有一定的准确性;对比冲量进行修正时,Kinney-Graham修正的比冲量值随比例距离增加呈线性降低,与试验结果吻合较差,庞春桥与Sachs的修正结果随比例距离增加呈指数降低;基于温度项修正的Sadovskyi高原冲击波超压峰值经验公式的平均误差减小了3.1%。该研究结果对于高海拔地区的弹药毁伤效能评估有参考意义。

地应力影响下的五孔掏槽爆破岩石损伤效应研究

在地下矿山开采过程中,地应力对巷道掘进效率的影响日益显著。本研究以某地下铁矿为研究对象,采用有限元软件LS-DYNA模拟不同地应力条件下五孔掏槽爆破掏槽孔孔间延期时间对岩石损伤程度的影响。通过现场爆破实验和块度识别软件验证模拟结果,探究了地应力、孔间延期时间与岩石损伤程度之间的关系。研究结果表明,地应力由0 MPa增加到10 MPa,五孔掏槽爆破掏槽孔最佳延期时间由60 ms减少为10 ms,相应的岩石损伤程度降低79%。地应力对爆破远区岩石裂纹的发育影响较大,而对近区影响较小。现场实验进一步证实了数值模拟的结论,表明可以根据实际地应力大小合理设置延期时间,有效降低大块率,提高爆破效率。

全尺寸圆锥-球缺组合药型罩聚能战斗部毁伤试验

为提升聚能战斗部毁伤性能,基于圆锥-球缺组合药型罩战斗部的起爆机理,设计并加工一种全尺寸圆锥-球缺组合药型罩聚能战斗部及含水夹层结构靶板,进行战斗部对靶板的水下爆炸毁伤试验。试验结果表明:该聚能战斗部能够完全穿透10 mm非耐压壳体+1000 mm中间水层+40 mm耐压壳体靶板的含水夹层结构靶板,并对后效靶板的穿甲深度达到130 mm以上。该组合药型罩结构有利于提升战斗部对含水夹层目标的毁伤效果,对于提升战斗部威力提供了有效的途径。

圆锥-球缺组合药型罩战斗部侵彻双层水间隔靶板

为提升聚能战斗部毁伤性能,基于组合药型罩战斗部的起爆机理,设计一种圆锥-球缺组合药型罩聚能战斗部及双层水间隔靶板结构,建立该战斗部侵彻双层水间隔靶板的物理模型,进行数值模拟计算,根据计算结果加工战斗部及靶板的1∶3缩比模型样机,展开相应试验,为设计全尺寸战斗部样机奠定了基础。试验结果表明:该战斗部侵彻含水夹层目标时具有独特的优势,对目标的破坏效应显著增强。

枪械击发点火系统的点火可靠性仿真分析

为了提高枪械击发点火系统的点火可靠性,研究以一种小口径步枪击发点火系统为研究对象,设计系统模拟试验装置,开展了系统点火性能和可靠性试验研究。在此基础上,采用拉格朗日-欧拉流固耦合方法(ALE)建立了击发点火系统的点火模型,并搭建了参数化仿真平台,以压力启动时间为点火输出性能表征参数,建立了枪械击发点火系统的点火可靠性分析模型。通过将模型计算结果与试验数据进行对比验证,并模拟研究了击发点火系统结构和装配参数变化影响下的可靠性。结果表明:枪械击发点火可靠性分析模型计算结果与试验结果误差为0.72%,模型具有较好的准确性;各因素均值变化对系统可靠性的影响规律为:击针突出量>闭锁间隙>火台头部直径>底火壳厚度>底火装入深度>击针头部直径;标准差变化对系统可靠性影响较小。这些研究结果可为枪械击发点火系统的可靠性设计提供参考。

基于关联规则的发射系统敏捷响应要素辨识

当今高性能发射系统追求的大负载、轻量化、低成本、敏捷响应等设计要求通常是相互矛盾的,必须考虑多种约束条件下,多参数匹配的综合优化,才能突破系统各性能指标相互制约的瓶颈。针对以上问题,采用关联规则挖掘方法研究了发射系统设计因素的影响,建立了发射系统设计因素关联规则挖掘模型。在“支持度-置信度”模式的基础上,引入附加评估度量Kulc和IR,提高挖掘结果的准确性。通过工程算例,研究了设计参数对发射系统敏捷响应能力的影响。算例结果表明,提出的方法能够识别对敏捷响应能力起关键作用的设计变量,实现精炼设计空间、简化优化问题,以及提高设计优化效率的目的。

不同厂家热电池FeS_(2)-CoS_(2)复合正极材料的比较研究

为了加快热电池FeS_(2)-CoS_(2)复合正极材料的优化及应用,采用两种不同厂家生产的CoS_(2)作为导电剂添加到FeS_(2)中,制备出FeS_(2)-CoS_(2)复合正极材料及其单体电池,并对两种CoS_(2)原材料、FeS_(2)-CoS_(2)复合正极材料的微观形貌、粒度分布、X射线衍射分析以及单体电池的放电性能进行了研究。结果表明,广东产的FeS_(2)-CoS_(2)正极材料具有更均匀的微观分布和较少的小粒度粒子,湖南产的FeS_(2)-CoS_(2)正极材料更适合小电流放电应用,而广东产的FeS_(2)-CoS_(2)正极材料更适合于高功率放电。此外,将两种FeS_(2)-CoS_(2)正极材料应用于某型号热电池并进行高低温放电测试,结果表明广东产的FeS_(2)-CoS_(2)正极材料在放电性能上优于湖南产的FeS_(2)-CoS_(2)正极材料。

内冲击激发式安全雷管的研制与适配性测试

针对工业雷管在使用过程中因起爆药感度高而引发的安全事故和环境污染问题,研制了一种新型内冲击激发式安全雷管(简称“IID雷管”),并开展其与不同点火药的适配性测试。通过采用猛炸药作为主要装药,以及设计激发组件,实现了高效有序的起爆和传爆过程;通过与不同点火药的适配测试,以及对起爆能力、延期精度等关键功能的全面评估,验证了IID雷管在与LTNR和K-K等药剂适配时,各项性能均满足行业标准。此外,IID雷管结构工艺简单、安全环保,具有广泛的应用前景。

爆炸切割网络传爆中的间隙与角度效应

为研究爆炸切割网络中传爆节点处传爆能力的关键影响因素,通过改变切割索对传爆药柱的传爆间隙进行了平板传爆试验,将试验结果结合仿真分析确定了JO-11C传爆药柱的仿真材料参数,并进一步分析了传播角度对传爆能力的影响。研究结果表明:随着传爆间隙的增加,传爆能力下降,切割索对传爆药柱的最大传爆间隙区间为2.0~2.5 mm;同时,传爆角度的增大能够显著提高传爆能力。本研究为爆炸切割网络的传爆性能研究以及提高武器系统的可靠性提供了参考。

热电池FeS_(2)-CoS_(2)复合正极材料利用率的影响因素

采用高能球磨和磁悬浮筛分法制备了不同粒径的FeS_(2)-CoS_(2)复合正极材料,并通过单体电池放电试验研究了LiB/LiCl-LiBr-KBr/FeS_(2)-CoS_(2)热电池中正极材料粒径、正负极质量比和放电温度对正极材料利用率的影响。结果表明:在450℃条件下,当FeS_(2)粒径为7.85~59.12μm时,正极材料利用率随FeS_(2)粒径的减小而增大;当FeS_(2)粒径为3.30~7.85μm时,正极材料利用率随FeS_(2)粒径的减小而减小。FeS_(2)(7.85μm)-CoS_(2)(8.06μm)复合正极单体电池的放电性能最佳,截止电压1.5 V时,其放电比容量为342.4 mA·h·g^(-1),正极材料利用率为48.8%。随着单体电池工作时间的延长,其放电比容量随正负极质量比的减小而增大,在正负极质量比为1.67时,450℃条件下的FeS_(2)-CoS_(2)复合正极单体电池的放电比容量高于400℃和500℃,截止电压1.5 V时,其放电比容量为389.2 mA·h·g-1,正极材料利用率高达55.5%。

工业电子雷管卡口部位防水性能研究

为了解决工业电子雷管在含水炮孔的短路、半爆问题,通过高压水罐对电子雷管进行了浸水试验,同时探究了卡印状态、卡口尺寸和雷管管壳厚度对电子雷管防水性能的影响。研究发现:卡口卡印处的褶皱是引起电子雷管进水的主要原因,进水后会出现短路和半爆情况。在自动化产线对卡头瓣状直径进行了优化,消除了卡印褶皱,优化后的电子雷管产品防水性能良好,满足50 m水深、72 h的抗水性能要求;并且,当使用厚度为0.40 mm、卡口尺寸为5.60 mm的铁质管壳时,有助于提高卡口稳定性,同时减少了人工剔除不良品的安全隐患,有助于实现“人机隔离机器换人黑灯工厂”的安全生产模式。

孔内多分段掏槽爆破数值模拟及实验研究

针对传统煤矿巷道掏槽爆破成本高、炮孔利用率低等问题,提出了一种孔内多分段掏槽爆破技术。通过采用ANSYS/AUTODYN数值模拟软件建立直眼掏槽、楔形掏槽和孔内多分段掏槽3组仿真模型,结合SPH算法进行仿真计算,对比分析了不同掏槽爆破模型的进尺效果,并针对孔内多分段掏槽爆破方法进行了现场缩比实验。研究表明:孔内多分段掏槽爆破模型理论上具有改善掘进面掏槽区自由面形态、破除岩石夹制力、增强爆破作用力等多种优点;仿真结果显示孔内多分段掏槽模型炮孔利用率可达97%,高于直眼掏槽和楔形掏槽;现场缩比实验结果表明,孔内多分段掏槽爆破进尺效果良好,最高可达100%,充分证明了孔内多分段掏槽爆破技术的优越性。

酸助剂对现场混装乳化炸药敏化速率的影响研究

为探讨酸助剂对现场混装乳化炸药敏化速率的影响,本研究通过改变酸助剂的种类、浓度和添加量来优化炸药的性能和安全性,通过测量基质发泡高度来计算乳化炸药密度。结果表明:草酸作为酸助剂时能显著提升现场混装乳化炸药基质的敏化速率,最大可以达到0.03 g·cm-3·min^(-1),而硝酸助剂的敏化速率最低,最大仅为0.008 g·cm^(-3)·min^(-1)。研究发现:弱酸助剂的氢离子(H+)电离能力是影响敏化速率的关键因素,而强酸与亚硝酸钠的副反应和气泡逸出效应会降低强酸助剂的敏化速率;当选择草酸作为酸助剂时,增大草酸的浓度和添加量可以进一步提高敏化速率。本研究为现场混装乳化炸药的定制化提供了理论支撑。

靶机用红外指示器的性能提升研究

针对传统靶机用红外指示器在辐射强度、稳定性和持续时间方面存在的不足,对指示器的药剂配方、装药结构和装药密度进行了优化,设计了一种新型红外指示器。通过环境试验和发火试验,验证了新型红外指示器在经受振动、发射冲击和温度冲击后的可靠性,并测试了其红外辐射性能。结果表明:新型红外指示器在中波段(3.6~4.9μm)的辐射强度达到1200 W/sr,稳定辐射时间达到120 s,离散度控制在90 W/sr以内,且无团聚物现象,有效模拟了轻型战斗机的红外辐射特征。本研究的优化设计显著提升了靶机用红外指示器的性能,为提高空军部队实弹打靶训练的模拟真实性和安全性提供了技术支持。