电爆炸金属桥箔早期过程中电磁-热-力多物理场耦合建模与分析

金属桥箔的电爆炸过程对电炮、冲击片雷管等的性能影响极为关键。这一过程中物质性质变化、几何构型和动力学过程非常复杂,早期的大量理论模拟工作均采用极为简化的物理模型。为此,建立了描述爆炸箔早期行为的三维电磁-热-固体力学耦合求解全物理模型,模拟爆炸箔在大电流加载下的早期受热膨胀过程,并对早期膨胀过程中桥箔上的磁场、电流、温度等演化进行分析,观察到电流在构型和电阻率两种因素影响下的角扩散和线扩散现象,模拟得到的桥区温度场分布与参考文献中的实验图像及模拟结果定性符合。

Ni-Cr薄膜换能组件静电响应特性与发火概率预测研究

针对电火工品在静电放电影响下可能发生误发火的问题,以Ni-Cr薄膜换能组件为研究对象,提出了一种分析其在人体静电放电下的响应特性,并预测发火概率的方法。首先,介绍了Ni-Cr薄膜换能组件系统架构,并建立了电火工品静电放电等效电路模型;其次,研究了Ni-Cr薄膜换能组件静电放电响应特性,分析了换能组件尺寸和放电电压对薄膜桥区温度的影响规律;最后,构建了Ni-Cr薄膜换能组件在统计特征下的输入条件,确定了换能组件失效判据,进而结合发火感度试验与数理统计方法,实现了在静电放电条件下电火工品发火概率的预测。研究结果表明:预测发火概率与试验值误差不超过5%,验证了本文方法的有效性。

镍铬硅薄膜换能元的制备及其发火性能研究

为了探索镍铬硅薄膜换能元的发火性能,采用MEMS工艺制备了镍铬硅薄膜换能元。利用扫描电子显微镜(SEM)和四探针法对镍铬硅薄膜进行了性能表征;依据GJB/Z 377B-2022感度实验中兰利法进行了镍铬硅薄膜换能元感度测试;在发火电压27 V、发火电容33μF条件下对镍铬硅薄膜换能元进行了发火性能测试。结果表明:镍铬硅薄膜表面平整、致密性较好,且具有负电阻温度系数,其换能元平均发火电压比镍铬薄膜换能元高;镍铬硅薄膜换能元作用过程中产生等离子体,瞬发度高。

基于多光谱辐射测温法的换能元桥区温度检测技术

火工品换能元起爆过程中桥区温度的全程化精确测量对于研究换能元的电热转换效率、表征火工品点火性能至关重要。本研究通过建立包含6个波长通道的多光谱辐射测温系统,实现了对换能元桥区辐射光谱信号的实时采集,并通过PS800-25一体化标准黑体进行系统标定。针对桥区材料在起爆过程中经历的固态、液态到气态的相变,建立了最优化函数温度解算模型,避免了对光谱发射率模型的依赖,并通过罚函数法进行真温的优化求解。试验结果表明,该方法的测温精度在3%以内,可应用于碳基桥箔点火过程中桥区温度的检测。

电阻性换能元电爆特性与最大不熔断电流特性试验方法研究

针对火工品电阻性换能元作用的可靠性和安全性问题,提出了电阻性换能元电爆特性及最大不熔断电流特性的试验方法,并采用该试验方法进行了桥膜换能元及桥带换能元的相关试验。试验结果表明:桥膜换能元最小爆发电压为20 V,最小爆发电流为1.5 A;桥带换能元最小爆发电压为22 V,最小爆发电流为2.0 A。桥膜换能元的最大不熔断电流为1.6 A,经历1.7~1.9 A的5 min不熔断电流试验后,换能元电阻显著减小;而桥带换能元的最大不熔断电流为1.2 A,在相同条件下未观察到电阻减小现象。

最大熵试验法对切割器功能可靠性的评估

针对切割器设计裕度大且刺激能量服从正态分布的特点,提出采用最大熵试验法对切割器的功能可靠性进行评估。以某型切割器为实例,通过临界药量摸底试验、升降法试验及成败型试验对其功能可靠性进行了评估。结果表明:运用最大熵试验法,采用46个试验样本即可完成切割器在置信度γ=0.95下,可靠性指标不小于0.999 995的可靠性评估试验,为航天火工装置(尤其是切割器)的小样本量高可靠性评估提供了技术途径。

某直列式点火器双路瞎火故障分析与改进

针对某直列式点火器在低温点火试验中出现的双路冲击片点火管瞎火问题,进行了故障定位及原因分析,提出了改进措施并对其有效性进行了试验验证。结果表明:造成双路瞎火故障的原因是点火器转接件焊点异常处的气体间隙弧光放电;提出将2个回路的触发信号时间间隔调整为50μs,按照HB 7262航空产品电装工艺的相关规定细化电装工艺,增加对能量传输通道的介质耐压检测等改进措施。验证试验表明采取改进措施后,消除了弧光放电现象,点火器内的2个爆炸箔表面均有明显的电爆炸痕迹。

一种高速低过载导弹弹射分离燃气做功装置设计研究

为满足某型号导弹弹射分离燃气做功系统低过载及高出筒速度的要求,基于两级燃气发生器分时序点火方式,设计了一种新型两级组合式弹射分离燃气做功装置,建立了弹射内弹道仿真模型,对其作用过程中高、低压室内部压强、负载速度及冲击过载进行仿真和试验研究,并与基于单燃气发生器的导弹弹射分离过程进行了对比。结果表明:所设计的两级组合式弹射分离燃气做功装置的负载出筒速度为19.4 m·s^(-1),最大过载为31.4 g,能够满足高出筒速度和低过载的指标要求;低压室最大压强、负载最大出筒速度和最大过载的仿真和试验误差分别为4.4%、-3.1%和2.5%,表明所建立的两级组合式燃气做功装置内弹道模型具有较高可靠性,能够有效指导同类型弹射内弹道设计和性能预测。

纳米铝热剂的制备及老化研究进展

纳米铝热剂含能材料因其比表面积大、体积能量密度高、高反应速率等特点,在各领域中得到广泛应用。为了使纳米铝热剂组分之间混合均匀以及性能改变,产生了多种形式的制备方法。随着纳米铝热剂的应用多样化,它在长期储存过程中的贮存性能有待进一步观察,防止其在环境或其他应力条件下失效或者意外发火。因此,开展对纳米铝热剂的制备方法以及在存储过程中的老化性能研究非常有必要。本文综述了纳米铝热剂的制备方法和老化研究,并总结了制备方法的优缺点和老化研究的方法、性能评估、机理研究和抑制措施,以期望对纳米铝热剂的应用具有借鉴意义,并在此基础上进一步优化纳米铝热剂的制备方法、老化研究。

一种套装式子母弹抛撒用燃气发生器的设计研究

为实现子母弹低过载抛撒功能,设计了一种套装式燃气发生器,通过在燃气发生器燃烧室外增加套装壳体形成降压增容辅助室,从而提高抛撒机构的初始作用容积,以达到降低抛撒过载的目的,并通过仿真和试验手段对基于套装式和典型结构燃气发生器的抛撒机构内弹道性能进行了对比研究。结果表明:在相同抛撒速度下,套装式燃气发生器产生的抛撒过载为16.2g,比典型结构燃气发生器的抛撒过载降低了10.4g,降比约39%,过载降低效果明显。本研究为低过载子弹抛撒用燃气发生器设计提供了新的思路。

一种双级弹射作动筒对抛分离输出特性研究

为满足武器系统低过载对抛分离功能要求,设计了一种对抛式双级弹射作动筒,基于零维内弹道理论建立了对抛式双级弹射作动筒内弹道模型,对其分离输出特性进行了仿真,并对内弹道模型的准确性进行了试验验证。结果表明,对抛式双级弹射作动筒内弹道模型准确可靠,压强仿真曲线与实测曲线基本吻合,分离输出参数仿真值与实测值基本一致,误差不超过5%。本研究能够为同类型对抛式双级弹射作动筒的设计提供理论指导。

基于G1-EW云模型的火工品保障人员能力素质评估

针对火工品保障人员能力素质评估问题,根据全面质量管理理论和过程安全管理理论,在指标设置过程中采用灰色关联分析法对指标进行筛选,构建了较为科学的评估指标体系。通过博弈论思想将序关系分析法与灰色关联分析法(G1)联合使用求解的指标权重与熵权法(entropy weight,EW)所求权重进行组合,使权重设置更合理,运用云模型实现对评估指标的定量分析与定性分析的综合考虑,最终建立了一种基于G1-EW云模型的火工品保障人员能力素质评估模型。实例验证结果证明了该模型合理、有效,对火工品保障人员能力素质提升具有一定的指导作用。

泄压孔对聚能传爆管的影响

以炸药在点燃瞬间的压力均衡为前提条件,计算聚能传爆管点火后只产生燃烧反应的最小泄压孔面积,以此为基础,对含不同尺寸泄压结构的聚能传爆管在慢速烤燃和快速烤燃环境下的响应特性进行分析,在建立三维轴对称烤燃计算模型的基础上,采用Fluent对不同大小泄压孔的慢速烤燃响应特性进行数值模拟。为研究含泄压孔聚能传爆管对起爆威力性能的影响,对3种不同大小泄压孔的聚能传爆管进行了起爆实验。结果表明,该型聚能传爆管的泄压孔设计单孔直径7 mm为最优,研究结果对水雷不敏感引信的结构设计有一定的指导意义。

低压发火环境下爆炸箔电爆炸性能测试

针对直列式安全起爆系统中冲击片雷管充电电压高且不易满足常规武器使用要求等问题,设计了一种多功能电爆炸起爆及测试仪器,建立了爆炸箔模型进行仿真,开展了在低压发火环境下三种相同形状不同材料爆炸箔的爆发电压、爆发电流测试试验,利用高速摄影机和电子显微镜观察电爆炸过程,仿真结果与试验结果相互印证得出:Al箔在低压起爆环境下的能量利用率更高在1000 V可达到28.6%、峰值功率更大,电爆炸性能更好。以低压发火为试验条件,起爆仪器验证了不同材料的爆炸箔的电爆炸特性,为冲击片雷管低能化的电爆性能研究提供一定的参考价值。

过滤结构对贮箱增压用燃气发生器输出性能的影响

针对某液体姿控发动机贮箱增压用低燃温燃气发生器,开展了内部过滤结构对其输出性能影响的试验研究。试验验证及结果分析表明:燃气发生器内部压强曲线的升高是由贮箱与过滤结构的共同影响造成的;即使贮箱反向压力不超过喷管临界压强,但在反向压力作用下药剂燃烧产生的固体残渣更易堵塞过滤层成为二次喉道,使燃气发生器内部工作压强依然持续升高;在满足燃气洁净度及降温吸热的前提下,采用低燃温复合推进剂的贮箱增压用燃气发生器的过滤层相对密度不宜超过0.45。

火工药剂微装药技术现状及后续发展思考

相比传统火工品,MEMS火工品的结构、尺寸及制造工艺发生了颠覆性变化,对火工药剂提出了低能输入、高能输出、小尺寸装药、小尺寸传播及与MEMS工艺相兼容等新要求。为了适应MEMS火工品的发展,原位叠氮化反应装药技术、增材制造装药技术、物理气相沉积薄膜装药技术等微装药技术受到广泛关注和研究。本文介绍了适合于MEMS火工品的几种微装药技术的国内外研究现状,并提出了后续发展思路。

71℃试验法寿命外推结果的影响因素分析

目的研究71℃试验法用于火工品贮存寿命外推结果的准确性。方法采用对比分析的方法,对美军标和国军标中71℃试验法的寿命影响因素进行分析。结果加速模型、试验条件和外推温度取值对火工品的寿命外推结果均有影响。结论71℃试验法评估结果的准确性取决于使用场景是否正确,试验条件设置是否合理,贮存环境温度取值是否准确,并提出了71℃试验法的使用建议。

多点起爆技术及应用研究进展

综述了爆炸网络多点起爆技术和直列式多点起爆技术的发展,介绍了爆炸网络多点起爆技术的多点同步爆炸网络和多点逻辑爆炸网络的应用现状,分析了两者的优势及不足;对比了直列式多点起爆技术的国内外研究现状,讨论了多点起爆点数、起爆方位参数对多点起爆系统性能的影响,指出多点起爆技术未来研究方向为:多点起爆精确控制方法研究,多点起爆装置模块化与集成化研究,低成本多点起爆技术研究,复杂环境下多点起爆系统安全性与可靠性研究。

半导体桥火工品的防静电与防射频设计

为提高半导体桥(SCB)火工品的防静电与防射频的双防能力,将静电加固器件瞬态电压抑制(TVS)二极管和射频加固器件负温度系数(NTC)热敏电阻同时集成入SCB火工品的结构中,并研究了上述组合器件对SCB火工品发火性能和抗电磁性能的影响规律。结果表明:集成防护器件后,SCB火工品的安全电流从1.2 A升至1.5 A;抗静电性能满足500 pF/500Ω/25 kV条件下不发火;在22μF/16 V的电容发火条件下,集成SCB火工品的平均爆发时间较SCB火工品增加了1.77μs。因此,该组合型防护器件可以在不改变SCB发火性能的基础上有效提高SCB的抗静电和抗射频的能力。

某液体火箭发动机用起动器峰值压力时间超差故障研究

针对某液体火箭发动机用起动器峰值压力时间超差故障,进行了原因分析,提出了改进措施并对其有效性进行了试验验证。结果表明:造成起动器峰值压力时间超差故障的原因为起动器内膜片与端盖间的焊接强度不足,在高温燃气冲击下膜片过早脱落、烧蚀,从而导致压力提前泄放。提出将1圈焊接改进为2圈焊接、将点焊改进为连续焊接,焊接后增加气密性及承压性能检测,以及加强削弱槽深度检测等改进措施。验证试验表明上述改进措施可有效避免起动器出现峰值压力时间超差故障。