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。

高密度B炸药的燃烧转爆轰实验研究

采用电探针及压力传感器测试技术对密度为1.597 g/cm^3的固体B炸药（TNT/RDX=40/60）的燃烧转爆轰性能进行研究。实验结果表明,在较强的约束条件下（45号钢管,内径20 mm,外径64 mm,长500mm）,B炸药形成了DDT现象,诱导爆轰距离为295-310 mm。

密度对压装B炸药燃烧转爆轰性能的影响

以常规武器中常用的B炸药为研究对象，采用电探针及压力传感器测量技术，在相同的实验条件下分别对3种不同密度固体压装B炸药（m（TNT）；m（RDX）=40：60）的燃烧转爆轰性能进行了实验研究。B炸药的密度范围为1．597～1．681g／cm^3。实验结果表明，在相同的约束条件下，炸药密度对其燃烧转爆轰（DDT）性能有较大影响。不同密度炸药的DDT性能不同。较低密度的炸药更容易发生DDT现象，固体压装B炸药存在一个燃烧转爆轰的临界密度值。在较强的约束条件下（45号钢管，内径20mm，外径64mm，长500mm），密度为1．597g／cm^3的B炸药发生了DDT现象，诱导爆轰距离为295～310mm。

高量程压力传感器在含能材料燃烧转爆轰实验中的应用

在三种不同的含能材料(JO-9159、B炸药和某推进剂)燃烧转爆轰实验中,使用高量程Y-YD-1254型压电式压力传感器对燃烧转爆轰(DDT)实验中管内不同位置处的压力进行测量。实验结果表明,这种压力传感器测量的压力幅度可以从几个兆帕到十个吉帕,适用于测量固体炸药或推进剂在燃烧转爆轰过程中不同位置处的压力变化,尤其适用于测量燃烧过程中的压力变化。

低真空条件下炸药强爆轰驱动超高速飞片实验研究

采用X光照相和电探针技术进行低真空条件下炸药强爆轰驱动超高速飞片实验研究,得到了在不同时刻超高速飞片撞击静止靶的图像。实验结果表明,在低真空条件下,通过多级爆轰驱动方法得到次级飞片速度较高,而且具有相当好的平面性。

二级装药强爆轰驱动次级飞片的分析

对二级炸药/飞片爆轰系统产生高速度飞片的需求背景作了介绍。在平面一维假定下,应用气体动力学的一维推体公式和推广的Gurney公式对次级飞片的速度进行了计算。在初级炸药和末级飞片厚度一定的条件下,对二级炸药/飞片爆轰系统的几何参数选取进行了优化分析,给出了爆轰系统驱动飞片的算例,与数值模拟结果和实验测量结果进行了比较,证实了经验公式的合理性。并对如何提高两级飞片的速度及平面度问题进行了探讨。

钝感炸药JB9014的多点起爆实验研究

同时使用光子学弹道靶场相机 (SVR)和转镜式高速扫描相机 ,对钝感炸药JB90 1 4进行了一点、两点和四点起爆实验研究 ,获得了爆轰波出炸药底面的波形发展情况 。

用SVR相机进行多点起爆实验研究

利用SVR电子相机记录多点起爆实验爆轰波出炸药端面的波形 ,得到了一些有意义的实验结果 。

炸药起爆研究的若干问题

针对炸药起爆问题，对近几届国际爆轰会议及APS冲击压缩会议论文进行了调研与分析，结合我们在这方面的研究状况，提出了在炸药起爆研究方面应开展的一些工作的建议。

隔层传爆序列可靠性评估的试验方法

通过分析影响隔层传爆序列爆轰传递性能的各个可能因素,结合隔层传爆序列的特点,提出了一种评估爆轰传递可靠性的试验方法。采用该方法对某传爆序列起爆主炸药的可靠性进行了评估,获得了较满意的结果。这些分析结果及可靠性评估试验方法为隔层传爆序列的设计及可靠性评估提供参考。

平面二级炸药强爆轰驱动装置的优化设计

在推广的Gurney理论模型基础上,采用遗传算法优化技术,对平面二级强爆轰驱动非线性问题进行了初步的优化设计。飞片及炸药的材料分别为钢及JO-9159,在初级飞片和次级飞片厚度分别为2.5 mm和0.5 mm时,得到了不同初级飞片速度(5.0~6.5 km/s)下次级飞片的最大速度及对应的次级炸药最佳厚度。并对铝、铜、钼及钽等几种典型金属材料飞片进行了计算,得到了初级飞片速度为5 km/s时对应的次级炸药最佳厚度等优化参数。这些计算结果可以为二级强爆轰驱动装置的实验设计提供重要参考。

用SVR相机观测爆轰现象

给出了利用SVR电子相机进行多点起爆、爆炸成形弹丸和炸药爆轰驱动破片实验的测试方法。对实验结果进行了初步分析。结果表明，SVR相机可用于某些爆轰实验。

压装密实炸药装药非冲击点火反应传播与烈度演化实验研究进展

简要概述了国内外同行最近二十多年来对炸药安全性精密物理实验研究认识进展历程,聚焦分析了炸药安全性研究领域一些传统流派在事故反应机理认知和反应行为建模理论方法上的通常误区。本文中还引证了本研究团队近年开展的一组分解实验进行案例点评,对非冲击点火事故反应在装药结构中的传播及反应演化行为的复杂表现背后共同的基本行为机制进行了集中解读。本文中介绍的系列实验从主导机理视角展示了非冲击点火事故演化物理图像的诸多关键细节。对典型密实炸药而言,非冲击点火反应的本质是炸药表面层燃烧反应主体行为,因高压气体产物流动与炸药间隙及基体中裂纹演化耦合,使反应烈度走向呈现极度非线性特征,同时会因主炸药的燃速特性及约束结构的变形、破裂而存在限制,使得密实炸药DDT转化难于在典型装药结构中发生。

加速老化对炸药件安全性的影响研究

为了解老化对PBX-6炸药件安全性的影响,分别开展了温度75℃、100 d和65℃、180 d的加速老化试验。对加速老化前后的炸药件,进行了热爆炸试验、火烧试验和跌落试验,对比分析了试验数据,结果表明,老化炸药柱的热爆炸延滞期缩短,热安全性降低;老化炸药件的烤燃时间缩短,烤燃温度降低,爆燃后对炸药外壳的破坏程度更大,热安全性下降;老化炸药件跌落爆燃时产生的冲击波超压大,靶板上未反应的剩余药量少,撞击安全性降低。

炸药事故反应烈度转化的主控机制

炸药安全性研究，一方面，是基于炸药生产过程和弹药勤务操作安全需求，关注各类意外刺激条件下引发持续反应点火的下限门槛条件；另一方面，是针对事故最大风险预测及对事故反应烈度增长敏感因素认知、源头控制需求，关注炸药中因摩擦、局域变形温升或火烧引发的低烈度燃烧等级反应点火起始后，受哪些因素主导，经由何种机制和过程，可能转化为高烈度等级反应（High Explosive Violent Reaction，HEVR）乃至爆轰。对事故点火及烈度演化过程物理机制的解读，应重点将事故演化过程中如下因素和环节纳入关注范围：

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。

添加剂对B炸药安全和爆轰性能的影响

在B炸药中分别添加质量分数1%和3%的123树脂/1DES黏结剂或质量分数5%固化系数为0.6和0.8的HTPB/MDI黏结剂,制备了4种改性B炸药。用大药片落锤撞击试验、电探针和锰铜压力计分别测试了其撞击感度、爆速和爆压,用VLWR程序计算了爆轰性能。结果表明,添加123树脂/DES黏结剂后,改性B炸药的撞击感度降低;添加不同固化系数的HTPB/MDI黏结剂后,改性B炸药的撞击感度升高;添加123树脂/DES和HTPB/MDI后,改性B炸药的密度、爆速和爆压降低,而且添加量越大,其爆速和爆压降低越大。爆速和爆压的计算值与实验值接近。

带空腔爆轰加载装置对驱动飞片的影响

结合实验和数值模拟技术 ,研究了在炸药透镜和飞片之间引入空腔对爆轰躯体的定量影响。计算和实验结果基本一致 ,表明引入空腔的爆轰加载装置可以推动厚度 6mm以上的厚飞片 ,并可以避免飞片中出现层裂现象 ,从而可以实现较低的冲击压力和较长的压力脉宽 。

压装高能炸药的燃烧转爆轰实验研究

用电探针和压力传感器测定了质量分数为95%压装高能炸药(密度为1.86g/cm3)的燃烧转爆轰特性。研究了点火药量和约束条件对压装高能炸药燃烧转爆轰过程的影响。结果表明,压装高能炸药难以发生燃烧转爆轰,点火药药量从1.5g增至3.0g时,炸药的反应强度有所提高,但对燃烧转爆轰的影响较小。在强约束条件下,该压装炸药能基本实现燃烧转爆轰,爆轰诱导距离约为545mm。

APX-RS相机在高速摄影中的应用

通过分析APX-RS数字化相机的性能特点及主要技术指标,设计了针对高速运动中高速段、中速段及低速段的运动物体飞行姿态拍摄的动态实验,得到了飞行物体清晰的拍摄图像和准确的运动速度。结果表明,该相机能较好地记录4Ma以内的高速运动物体的飞行过程。