基于效应靶的装药水下近场爆炸威力评估方法

为了评估装药水下近场爆炸威力,将威力评估与结构毁伤联系起来,提出了效应靶方法。通过对边界可滑移圆板的试验和理论研究,建立并验证了靶板变形计算方法,获得了近场爆炸能量时序分配特性。提出了无量纲化的威力损伤因子,用以建立不同靶板的等效关系。在此基础上,初步设计了基于效应靶的装药近场威力评估试验设计和试验方法。试验结果表明,在近场爆炸范围内,随着爆炸距离增加,冲击波和气泡两个作用阶段的变形能比例为先快速减小再趋于平缓变化。与常规威力评估方法相比,效应靶评估方法更能体现装药水下近场爆炸威力的破坏作用。

水下爆炸压力传感器技术研究综述

压力是水下爆炸测量的重要参数,相应的传感器技术决定了整体压力测试水平的高低,因此有必要对水下爆炸压力传感器技术的应用及发展现状进行总体性的把握;首先从传感器敏感元件的选择、国内外在中远场、近场压力测量技术等方面概述了自由场压力传感器技术的发展现状,并指出了现在自由场压力测量中存在的一些问题;其次,论述了结构物表面压力测量技术的研究进展,总结了测试难点及对传感器性能要求,并对目前的测试现状进行了评述,指出了结构物表面压力测量传感器技术的发展方向;最后,对水下爆炸压力传感器技术进行了总结并提出了发展趋势。

传输线长度对爆炸压力测量的影响研究

电路是爆炸压力测量系统的重要组成部分,其性能优劣直接决定了测量结果的可靠性和准确性,而传输线作为测量电路的连接纽带,必然会对压力信号的传输产生很大影响。本文对典型的爆炸压力测量电路进行了研究,基于网络函数理论,分析了不同电路配置时传输线长度对系统频带影响,并通过水下爆炸压力信号测量进行了试验验证。结果表明:当不存在放大器时,传输线长度增加对信号峰值存在显著的衰减作用,存在放大器时将明显弱化这种效应,但放大器的带宽并不等同于整体测量电路的频响特性,其前后端接导线对信号传输仍存在一定的影响。所建立的分析方法对于爆炸压力测量时的电路配置及信号分析提供了技术支持。

乳化炸药基质分散相液滴大小及分布的影响因素

利用激光粒度分析仪测试了乳化炸药基质粒子大小与分布,研究了乳化炸药水相析晶温度、搅拌速度、乳化剂含量对粒子大小及分布的影响。结果表明:在一定条件下,水相析晶温度对分散相液滴大小与分布有较明显的影响;乳化搅拌速度存在一个临界值,本实验条件下此值为1230 r.m in-1,超过临界搅拌速度时,其分散相液滴大小与分布变化不显著,在临界搅拌速度以下,乳化搅拌速度影响十分显著;过分地增加乳化剂含量对分散相液滴大小与分布也没有明显作用。

装药水下接触爆炸驱动能力测量技术研究

因为传递介质的不同,装药水下接触爆炸载荷输出与空气中存在较大的差异。而由于水下接触爆炸破坏程度高及水中测试难度大等因素,装药水下接触爆炸驱动能力的试验测量一直处于停滞状态。该文基于空气猛度摆的原理设计用于测量水下接触爆炸驱动能力的弹道摆,装置主要通过测量炸药水中爆炸作用下摆锤的摆角获取炸药对接触刚性表面的冲量,从而得到表征装药水下爆炸冲击波及爆轰产物的驱动能力。通过对装置多阶段的整体及局部设计,建立猛度弹道摆试验方法,获得炸药端面冲量输出特性,为水下接触爆炸载荷定量分析提供技术支撑。

装药水下近距离爆炸作功能力的试验测量方法

通常水下爆炸能量测试结果只反映炸药自身的能量结构,无法表征装药对邻近结构物的作功能力。基于效应物动响应对装药水下接触及近距离非接触爆炸的作功能力试验测量技术进行初步研究。采取弹道摆试验方法实现水下接触爆炸,以爆炸驱动下摆体获得的冲量来表征装药水下接触爆炸的作功能力。采用两种试验方法表征水下近距离非接触爆炸的作功能力:第1种为边界可滑移圆板的动响应,通过观测靶板中心变形时程,得到冲击波及气泡的阶段毁伤比例及总体毁伤情况;第2种以强舱段缩比模型的整体运动响应,以刚体运动及位移得到爆炸载荷的驱动能力。试验结果表明:水下接触爆炸时冲量约为空中爆炸时的3倍;近距离爆炸时,冲击波及气泡两个阶段的变形能比例为先快速减小再趋于平缓的变化过程,距离药包越近,能量吸收比例越小。试验测量技术可为水中兵器毁伤威力评估提供一定的技术参考。

水下爆炸气泡射流载荷阵列测量技术探索

水下爆炸气泡射流载荷测量目前存在两个难点:(1)气泡射流载荷是非均匀的面载荷,但其作用半径仅为气泡最大半径的1/10,限于传感器尺寸及安装空间,敏感元密度较低,难以准确获取气泡射流载荷空间分布规律;(2)气泡射流载荷测量时传感器所处的力学环境非常复杂,传感器容易损坏,导致无法测得完整时程。因此现有测量手段难以获取气泡射流载荷的时空分布特性。鉴于此,设计了一种阵列传感器,在一张PVDF(聚偏氟乙烯)压电薄膜上采用特殊工艺加工多个小型敏感元,敏感元尺寸为5 mm×5 mm,呈8×8矩阵排列,敏感元密度≥1 cm^(-2),同时在揭示传感器损坏机理的基础上设计了传感器防护装置。在小型观测水槽内开展了小当量炸药水下爆炸试验,采用阵列传感器测量获取了气泡射流载荷的时空分布特性。研究结果表明:(1)设计的防护装置可保证传感器在气泡射流载荷测量过程中不损坏;(2)气泡射流载荷中心最大,向四周逐渐减小,中心处气泡射流载荷峰压约35.6 MPa,约为冲击波峰压的1.16倍。建立的阵列测量技术可为水下爆炸气泡射流的深入研究提供技术支撑。

水下爆炸条件下近药包表面能量测试技术研究

为测量水下爆炸条件下近药包表面的能量,提出基于预制飞片圆筒的水下爆炸条件下近药包表面能量测试技术。首先,采用AUTODYN软件,对水下爆炸条件下自由场和作用在飞片上的能流密度进行数值计算,通过对比两者随爆距的变化规律,对预制飞片圆筒间接获取近药包表面能量的可行性进行论证。然后,采用激光位移传感器和探针测量爆炸后的飞片速度,进而将飞片的动能除以面积计算得到作用在飞片上的能流密度。将能流密度的测试值与计算值进行对比,两者基本一致,表明采用预制飞片圆筒来测量水下爆炸条件下近药包表面的能量是可行的,同时验证飞片速度测量系统的有效性,为近药包表面载荷特性的理论研究和试验测试提供技术基础。

预制破片式带壳装药水中爆炸对人员杀伤能力的评估研究

对于带壳装药水中爆炸的研究以往主要关注于壳体材料、厚度以及壳体与装药间的空隙等参数变化对水中爆炸威力的影响,其水中爆炸时对人员的杀伤能力研究未见报道。鉴于现役制式武器多见预制破片式杀伤,因此以预制破片式带壳装药为研究对象,结合人员杀伤阈值,采用理论和试验研究相结合的方式对其水中爆炸时对人员的杀伤能力进行了评估。研究结果表明,理论分析和试验结果具有很好的一致性。预制破片式带壳装药水中爆炸时,预制破片在0.5 m以外无杀伤效果,对人员的杀伤主要表现为冲击波杀伤。单枚预制破片式带壳装药水中爆炸时冲击波的致死半径为1.2 m,重伤半径为4 m,伤害半径为7.8 m,震慑半径为31 m,31 m以外为安全范围。

爆轰产物冲击带破口双层板结构内板壁压研究

针对水下接触爆炸条件下爆轰产物冲击带破口双层板内板壁压载荷特性不清的问题,开展了理论和试验研究。将舱外附着气泡和爆轰产物气柱射流的演化过程分为3个阶段:1)气泡膨胀和爆轰产物从破口随进过程;2)爆轰产物形成气柱射流并在结构内运动过程;3)爆轰产物气柱射流冲击结构内板过程,构建了爆轰产物气体破口随进动力学方程组,给出了爆轰产物气体在结构内部运动时速度和密度的衰减规律,建立了爆轰产物冲击带破口双层板结构内板壁压的理论计算模型,并且分析了药量、破口半径和舱室宽度对气泡运动和内板壁压的影响规律。同时,开展了带破口双层板结构的水下接触爆炸试验,采用高速摄像拍摄了气泡和爆轰产物气柱的运动演化过程,测量获取了爆轰产物气柱射流作用在内板上的壁压时程。结果表明,壁压峰值和冲量的理论计算结果与试验测量结果的偏差分别为-5.84%和9.71%。理论计算模型精度满足工程应用要求,可为舰船结构的毁伤评估和抗爆设计提供理论基础。

水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷测试技术研究

为解水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷特性,该文对其测试技术进行研究。对于冲击波的破坏载荷,采用DPS(多普勒光纤探针)获取外板在冲击波作用下的速度时程,分析得到不同接触爆炸条件下冲击波破坏载荷的时空分布特性;对于爆轰产物的破坏载荷,在外板上预制破口,在内板位置放置质量块作为效应物,采用激光位移传感器测得质量块在爆轰产物作用下的位移时程,分析得到爆轰产物破坏载荷随爆距的变化规律。研究结果表明,该文提出的水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷的测试技术是可行的,可为相关理论研究和试验测试提供技术基础。

工业炸药爆轰参数理论计算

总结了关于爆轰产物状态方程的几种观点,通过计算几种工业炸药爆轰参数并与实验值作比较,其中运用多方方程*方法计算的爆速值作为炸药的理想爆速计算值DM。分析计算结果发现,乳化炸药的爆速计算值与实验值相对误差最小,得出乳化炸药的爆轰行为比较符合C-J模型,更接近于理想爆轰的结论。

乳化炸药水下爆炸能量输出特性的实验研究

工业炸药爆轰的非理想性反映出其爆炸能量输出的差异,水下爆炸测试是评测炸药爆炸能量输出状况的重要手段之一。本文在圆筒形小水池(Ф5.5m,H3.62m)中测试了给定配方的岩石型乳化炸药(Ⅰ)水下爆炸参数,并与给定的粉状TNT炸药(Ⅱ)、二级煤矿水胶炸药(Ⅲ-a)、三级煤矿水胶炸药(Ⅲ-b)水下爆炸参数进行对比。实验测试结果表明:(1)乳化炸药及对比炸药水下爆炸峰值压力Pm满足Pm(Ⅲ)<Pm(Ⅰ)<Pm(Ⅱ)关系式,而时间衰减常数θ满足θ(Ⅱ)<θ(Ⅰ)<θ(Ⅲ)关系式;(2)乳化炸药水下爆炸冲击波能与气泡能之比μEs/Eb=0.54,其数值小于实验中的其它两种工业炸药;(3)乳化炸药水下爆炸总能量与爆热之比Et/QV约为94.1%,Et/QV值反映出其能量输出状况,即乳化炸药相对于其它工业炸药具有良好的理想程度。本文的实验结果与分析,对于乳化炸药爆轰性能评测及其配方优化设计等方面具有重要的参考意义。

极间弹体偏转电磁力的影响因素仿真研究

[目的]利用极间弹体偏转电磁力使来袭射弹偏转是一项新兴的武器装备防护手段。为研究线电流理论计算偏转电磁力的适应性及偏转电磁力的影响因素,[方法]首先,建立弹体电磁装甲(PEMA)的线电流理论,采用有限元方法对简化线电流模型和三维结构进行仿真;然后,通过改变参数和拟合方法来分析极板参数、弹体击穿位置、弹体侵彻角等因素对偏转电磁力的影响规律。[结果]结果表明:三维结构的偏转电磁力仅为线电流理论电磁力的1/7,故线电流理论并不适用于指导三维电磁装甲设计;偏转电磁力随极板宽度的增加呈一次幂函数衰减;偏转电磁力横向分量在横向和纵向方向上的击穿位置均呈二次函数变化;侵彻角对偏转电磁力横向分量没有影响。[结结论]研究结论可为电磁装甲的机理实验、方案设计及装舰应用奠定一定的技术基础。

球型密闭容器内水下爆炸载荷特性研究

通过加压容器进行深水爆炸模拟试验是一种经济、有效的研究手段,但加压容器内的复杂试验环境对深水爆炸研究造成较大影响。为了获得球形密闭加压容器内水下爆炸的载荷特性,通过在球型压力罐内进行了不同药量、不同加压条件下的水下爆炸试验,获取了典型位置处富含冲击波入射、反射汇聚及气泡脉动等基本特征的载荷时程曲线,并对其进行了初步分析。基于试验结果,采用Ls-dyna软件对装药在压力罐中的水下爆炸进行了数值仿真研究,详细分析了冲击波载荷的演化过程,揭示了壁面反射波导致气泡脉动特性改变的机理。分析了环境压力、加压气腔体积等参数对气泡脉动的影响规律。研究结果表明,壁面反射冲击波会产生汇聚效应,其对气泡的压缩作用改变了气泡脉动特性;当壁面反射冲击波在气泡膨胀阶段作用于气泡时,对气泡脉动特性的影响最大。此外,加压气腔体积对气泡脉动周期也有较大影响。

水下爆炸引起的近自由面空化机理研究

水下爆炸过程中总会伴随有空化的产生,空化运动对于冲击波传播、爆炸气泡脉动以及周围结构物变形与损伤都会产生重要的影响。该文针对水下爆炸引起的近自由面空化现象,采用液-汽-空气-爆炸气体等多相可压缩流体模型,并结合相变转换模型来处理液相与汽相之间物质和热量的交换。该系统的控制方程采用分步法处理,首先利用二阶MUSCL-Hancock重构格式和HLLC近似黎曼求解器来求解齐次双曲型方程,再采用牛顿迭代法求解相变方程。利用一维激波管问题上对计算模型中的相变转换以及激波的捕捉能力进行了数值考核。针对水下爆炸引起的近自由面空化现象,首先在一维平面模型中对空化机理进行了探索,观察到了水中空泡在溃灭过程中出现的明显分层现象;然后利用二维轴对称模型模拟了水下爆炸引起的近自由面空化完整过程,发现在空化的演化过程中会出现涡环及其不断向外扩展的现象,数值模拟获得的空化域形态及其运动过程与试验观测基本一致。从流场中部分测点的压力时程曲线来看,相变模型对于早期冲击波阶段压力载荷的影响较小,而对空泡溃灭阶段的压力载荷有一定的影响。数值模拟结果初步证明了基于相变转换的空化计算模型能够有效预测水下爆炸引起的近自由面空化的产生、发展及其溃灭过程,为水下爆炸空化效应的深入研究提供了重要参考。