多级柱面炸药内爆磁通量压缩技术研究

柱面内爆磁通量压缩发生器是利用炸药内爆压缩其内部磁通量至轴线附近小体积内从而实现超高磁场,传统的单级装置因受到金属套筒内爆失稳等影响性能指标受限。开展了多级内爆磁压缩技术研究,突破多项关键技术,包括研制特殊结构的密绕螺线管、脉冲功率源及大电流放电开关等,具备在直径135 mm套筒空间内实现20 T以上初始磁场产生能力,并建立了动态磁光测量系统。利用磁流体力学编码SSS-MHD开展多级装置设计,计算显示,设计的多级装置能够将约42%的初始磁通量压缩至轴线附近直径7 mm的空间内。最终研制成功多级内爆磁压缩装置CJ-150,在亚立方厘米以上空间实现轴向峰值磁场强度906 T,数据不确定度5.35%。10余发动态考核实验显示,CJ-150装置工作稳定,能够满足物理实验需要。利用经实验验证的磁流体模型计算显示,CJ-150具备1000 T以上超强磁场产生能力,能够对大尺寸样品实现500 GPa以上的准等熵加载。

磁驱动准等熵平面压缩和超高速飞片发射实验技术原理、装置及应用

利用脉冲大电流产生随时间平滑上升的磁压,实现对样品的准等熵平面压缩和超高速飞片发射,是近十年来发展和完善起来的一种新型的强动态斜波加载技术(ramp wave loading).本文简述了其原理、加载装置及数据处理方法等方面的研究进展,同时着重评述利用该技术和方法开展高压物态方程、材料动力学响应方面的研究进展,并对该技术在冲击动力学、天体物理和高能量密度物理等方面的应用前景进行了展望.

激光驱动飞片冲击引爆炸药的计算

在Ｇｕｒｎｅｙ方程和考虑金属相变状态方程的基础上，提出了一种激光驱动飞片运动的计算模型。这种模型能确定与炸药临界起爆相关的参数，诸如沉积的激光能量、烧蚀层和飞片的厚度以及飞片飞行的距离等等。计算的结果与实验相符。在本模型中可以对电离、烧蚀及二维效应作进一步的考虑。

多级炸药爆轰高速驱动技术的Gurney模型优化分析

利用多级炸药 飞片装置可得到速度在10km/s以上、直径数厘米的末级平面飞片,在高压物态方程和高速碰撞等实验研究中有重要应用前景。改进了爆炸驱动的Gurney模型,推广用于典型的二级爆轰驱动(前级飞片 炸药层 后级飞片)装置的分析,得到前、后级飞片终速度的计算公式,与实验结果符合较好。根据对炸药层厚度优化计算结果的讨论可知,对于综合利用前级飞片动能和炸药层能量最有利的后级飞片速度处于2～3倍Gurney速度的范围。前级飞片速度很高时,后级飞片速度趋于两者直接弹性碰撞的结果。

一般物态方程形式下爆轰产物的一维等熵流动

研究了一般物态方程形式下一维平面和柱、球面对称CJ爆轰波后产物的等熵流动,给出Riemann不变量的表达式、Euler和Lagrange形式的自相似流动方程组,得到一个高精度近似解析解,在实验测量合理的范围内本文理论与实验基本符合。为了具体应用上述理论,给出四种普遍公认的物态方程(γ律、JWL、HOM和W.C.Davis近来提出的形式)的等熵线和声速曲线,以及较一般情形中产物或惰性介质沿等熵线的比内能表达式。四种等熵线差别不大,表明爆轰数值模拟中不但要应用产物的等熵线,还应注意产物能量状态方程是否适当。本文的理论计算方法,可作为产物一维流动数值模拟正确性的有效校核手段。

研究爆速直径效应的爆轰冲击波动力学方法

利用爆轰冲击波动力学（ＤＳＤ）的广义几何光学模型，得到了圆杆药柱中拟定态二维爆轰波阵面形状的解析解。在两步反应模型假定下建立了ＤＳＤ的边界条件，用爆速亏损表示阵面上炸药未反应分数，就可得到渐近爆速与药柱直径的关系，即得到计算爆速直径效应的模型。本文模型的实际意义是利用直径效应已有的大量实验数据，给定ＤＳＤ方法所需要的、又难以实验测定的各种常用炸药的爆速曲率常数（ｄＤｎ／ｄκ）０。

电磁驱动高能量密度动力学实验的一维磁流体力学多物理场数值模拟平台:SSS-MHD

超高压、超高密度物质状态生成和性质研究是当代极端物理学的重要前沿领域,电磁驱动的高能量密度物理实验对于该领域的意义尤为重要。这类实验虽然形式上多种多样,但在物理上有内在统一性,即均以力学守恒定律和宏观电磁理论为基本框架。为了建立统一数值模拟平台、依靠负载电流实验数据(或驱动电路真实数据)确定各种极端实验条件下负载构形的力学运动及其与各个物理场的耦合问题,将经受大量实际检验的冲击、爆轰动力学和激光效应计算的一维拉格朗日编码SSS,实质性扩展成为磁流体力学多物理场耦合编码SSS-MHD。对于具有典型意义的平面准等熵斜波压缩、高速平面固体飞片发射、固体套筒电磁内爆和炸药内爆磁通量压缩实验等各类高能量密度动力学实验案例的模拟计算结果表明,编码SSS-MHD计算与美国Z装置、中国CQ和CJ系列装置的实验及美国编码ALEGRA-1D和2D计算数据的相对偏差基本不超过5%。该数值模拟平台为极端材料动力学实验(包括气体、液体、化合物和金属)提供了有力的支撑,还将有助于多维磁流体力学多物理场编码的开发。

爆轰传播理论的解析研究方法(四)

三、自相似流动 前面讨论的一维平面爆轰波的Taylor波,在固结于波阵面的参考系中流场是定常的。起爆、传播和爆轰效应等问题中经常出现不定常流动,这里最简单的是自相似流动。最一般的相似概念应采用本文以后讨论的群论方法,本节则采取较简单的量纲分析观点,而且限于讨论一维(平面、柱、球对称)散心和聚心爆轰波。

从“准”等熵到“净”等熵

磁压力或激光烧蚀射流加载的准等熵压缩实验（ICE）的测量和数据处理精度已得到很大提高，体现在从实验获得的纵向应力线、推算材料高压屈服强度以及十分接近于热力学等熵线的研究结果方面。本文旨在从理论基础对这方面工作加以说明，并且指出把直接测量获得的准等熵线（即纵向应力线），配套以符合热力学第二定律的比内能线，发展为自洽的并有满意精度的Grtineisen型物态方程的参考线，是研究ICE一个可能的发展途径。

脉冲激光技术在温密物质和动高压物理实验研究中的应用

综述了脉冲激光技术在温密物质和冲击波实验研究中应用的方法和意义，对建立温密物质状态和测量温密物质参数的各种方法进行比较。综述了国内外利用脉冲激光技术开展动高压物理实验研究的进展。

电磁加载下的高能量密度物理问题研究

文中所述的高能量密度状态是指物质由于受到外界能量输人或自身能量转换，使其内能增大而造成的高压力、高密度和高温度状态。能量的体积密度的量纲等同于压力的量纲，由此可知内能增加量为1MJ／cm^3时，物质内部的压力约为1TPa量级。通常认为在高能量密度状态下，固体物质的可压缩性应有显著影响，气态物质应达到接近极限压缩的程度，相当于0．1TPa或0．1MJ／cm^3的内能密度。密度为0．01g／cm^3的物质被加热到100eV，

磁驱动等熵压缩和高速飞片的实验技术（续3）

在一定负载上产生数兆安培以至几百兆安培的冲击大电流，是发展脉冲功率技术的主要目的之一。永久性冲击大电流发生器的主要技术途径是通过电容或电感式中间贮能、与负载匹配的快响应传输线或特殊的开关。向负载脉冲放电。目前，Sandia实验室的Z机器已可在低阻抗负载上产生大于20MA的脉冲电流。上升沿为100～300ns。这类装置建造成本高、

关于爆炸力学发展方向的若干思考

爆炸力学（mechanics of explosion）是一个交叉性的力学分支学科领域，研究爆炸、冲击和能量突然沉积等强动载荷下介质、材料与结构的力学响应、效应及工程技术应用，主要方向有：爆轰与爆炸，材料与结构的冲击动力学，材料与物质的物态方程、本构关系和动态力学性能，动态损伤、断裂和碎裂，以及在基础科学及工程技术中的重要应用（地球与天体物理，航天与空间技术，交通、水利、矿业工程，爆炸加工、冲击改性和材料合成，武器设计和终点弹道效应，工业安全和冲击防护工程等等）。爆炸力学的基础是连续介质动力学，

大锥角聚能射流实验研究

通过闪光X射线摄影技术 ,研究了两种大锥角射流的特性及其对钢靶的侵彻 ,并与小锥角射流进行了对比。研究结果表明 :大锥角射流的头部速度较低 ,但直径和质量较大 ,在大炸高条件下对钢靶的侵彻孔深度浅 。

带尾翼翻转型爆炸成形弹丸试验研究

采用多点起爆方式,设计了带尾翼翻转型爆炸成形弹丸(EFP)试验装置。用X光和SVR数字相机拍摄了EFP的外形和速度;用多层纸靶测试了EFP在不同飞行距离时的飞行姿态;进行了EFP穿靶能力的检验;并利用泡沫和锯末进行了EFP的软回收。由试验结果知,EFP速度为1.56～1.72km/s,长径比最大达到了3.69,由药型罩转变为EFP的质量转换率达到了98%,EFP具有较好的尾翼结构和气动稳定外形。该EFP能穿透厚度为50mm的厚钢靶或厚度为6mm、间距各为1m的5层薄钢靶。

带尾翼的翻转型爆炸成形弹丸的三维数值模拟

利用LS-DYNA三维动力有限元程序对三点起爆的翻转型EFP形成过程及三个尾翼进行了数值模拟。计算结果与实验结果的比较表明:数值计算结果和实验结果吻合较好,可为弹丸优化设计提供重要参考依据。对药型罩材料分别选择Johnson-Cook和Steinberg两种本构模型进行了数值模拟。计算结果表明:药型罩材料的本构模型选取对形成的尾翼效果有一定影响,Steinberg本构模型与实验结果符合更好。

爆轰波对碰区产物驱动金属圆管的研究

利用闪光X光照相、光学高速分幅照相实验,测得了金属圆管在两个爆轰波对碰后产物驱动外壳的膨胀、变形过程,该过程表明爆轰波对碰作用使得对碰处金属圆管相对贯穿断裂时间明显提前,对碰处金属圆管径向膨胀速度较非对碰处明显增加。利用拉格朗日二维流体动力学程序TTD2C,数值模拟了对碰驱动过程,计算结果与实验结果符合很好,且用Taylor断裂判据得到的金属圆管相对贯穿断裂时间也明显提前。

实现金属环动态拉伸的电磁加载技术研究

描述了实现金属环动态拉伸的电磁膨胀环实验方法,改进了快速放电和短路开关两个实现自由膨胀的关键问题,为研究材料本构关系、动态断裂和破碎提供了一条简单而实用的加载途径。主回路电流由Rogowski线圈测量获得,金属环的膨胀速度由狭缝扫描相机测量得到,并由电动力学方程可计算出金属环中的流动应力、应变、应变率以及温升等动态力学参数。

共顶点同轴圆锥形及圆盘形传输线的电参数计算公式

用安培环路定理、高斯定理推导了共顶点同轴圆锥形及圆盘形两种重要的理想传输线电参数的计算公式,给出了电场、电感、电容及阻抗的解析表达式或数值求解方法;用实例验证了推导的公式和介绍的方法;应用验证后的公式或方法对一个设计进行了估算,得到了合理的结果。

多级串联式超高速飞片装置实验研究

叙述了有关多级串联飞片速度的实验研究。首先做了预备实验 ,测得了2 0 0mm炸药驱动钢飞片撞击靶板时的平面范围。设计了测量多级飞片速度的实验装置 ,采用电探针方法 ,在一发实验中同时测量了三级飞片的速度。实验测得 :初级飞片速度为 4 87km/s,1mm厚次级钢飞片速度达到 7km/s ,0 .2mm厚末级钼飞片速度接近 10km/s。