爆炸驱动下独立结构破片初速分析

为预估独立结构破片受爆炸驱动下的初速特性,采用数值模拟方法得到不同驱动速度所需的装药量,并开展静爆试验。基于数值模拟方法构建了独立结构破片初速和相同装药载荷系数条件下Gurney速度间的函数关系,比较了装药高度和装药面积对破片初速的影响规律,独立结构破片速度约为对应Gurney速度的14%~18%;相同装药量条件下,增加装药面积较增加装药高度对破片初速的提升幅度可达28%以上。试验结果表明:数值模拟与试验测试结果吻合较好,最大误差在3.8%以内。研究结果可为独立结构破片初速和装药量设计提供参考。

缓冲材料对活性破片战斗部爆炸驱动影响分析

为研究活性破片战斗部爆炸驱动作用行为,采用数值模拟与试验相结合的方法,获得了缓冲层材料及厚度对活性破片战斗部爆炸驱动行为的影响特性.数值模拟结果表明,随着缓冲层厚度的增加,活性破片飞散速度明显降低,4种缓冲材料中,软铝缓冲层对活性破片初速影响最大,且破片初速随缓冲层厚度的增加基本呈线性下降趋势,尼龙和凯夫拉缓冲层对破片初速影响较小;随着缓冲层厚度的增加,活性破片所受载荷明显降低,其中软铝降载荷效果最好,其次为凯夫拉.综合考虑活性破片速度和破片完整性、安定性要求,选择凯夫拉缓冲层较好.最后,通过活性破片战斗部地面静爆试验对数值模拟结果有效性进行了验证,试验结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好.

炸药爆炸驱动下铜板的层裂现象

在进行炸药驱动铜板实验中,用激光速度干涉仪(VISAR)记录铜板自由面速度,观察到了铜板层裂现象,并用非线性有限元方法对爆炸载荷下铜板层裂过程进行数值模拟分析,得到了与实验结果吻合的计算结果。

爆炸驱动变壁厚圆管外表面速度的测量

应用转镜式高速摄影仪，对变壁厚圆管外表面各点进行二维拉格朗日速度的测定，得到了速度的不定常增长历史．在假设驱动加速过程具有指数加速模型的基础上，寻出了管壁驱动速度ｖ，最大抛掷角δ０和特征加速时间τ的半经验公式．

爆炸驱动下飞板运动速度的实验研究

在理论分析的基础上 ,建立了双反射镜法实验测量系统 ,设计了一套实验装置和闪光灯充电电路 ,解决了双反射镜实验中被测试件的安装精度和外照明光源问题。实验测量了滑移爆轰作用下 ,不同爆炸焊接复板材料的运动速度 ,结果表明该方法有效实用。

不同起爆方式下离散杆战斗部爆炸驱动杆条的数值研究

利用ANSYS建立了离散杆战斗部三维有限元模型,采用非线性动力分析软件LS-DYNA,应用Lagrange算法,对离散杆式战斗部的杆条在三种不同起爆方式爆炸载荷作用下的驱动过程和离散杆的飞散过程进行了模拟。研究发现:中心轴起爆使杆条环整体速度较大且毁伤目标可靠性最高;模拟结果与参考文献数据一致,为离散杆战斗部设计提供了有益借鉴。

中心式动能杆战斗部爆炸驱动杆条过程及其抛撒规律数值仿真

文中采用非线性动力分析软件LS-DYNA,应用ALE算法,对中心式动能杆战斗部动能杆在爆炸载荷作用下的驱动过程和动能杆之间的复杂碰撞飞散过程进行了数值模拟,对比研究了动能杆战斗部中填充低密度泡沫时对动能杆的空间分布特性的影响。

极小装药爆炸驱动两级重载荷研究

根据瞬时爆轰理论,在极小装填比(C/M)条件下进行了小质量装药驱动大质量载荷运动研究,理论分析了弱约束和强约束装药条件下载荷驱动速度。弱约束装药条件下在格尼方程基础上通过考虑装药壳体径向飞散获得二维炸药驱动载荷运动的计算模型,强约束条件下按照爆轰产物等熵膨胀理论获得大质量载荷驱动速度的计算模型。开展了两种约束条件下爆炸驱动大质量载荷的运动试验研究,弱约束条件下,载荷驱动速度随着装药长径比减小而增大;强约束条件下,载荷驱动速度随着装药量增加而增大,随装药腔体与运动腔体直径比增大而增大。

多定向及同步爆炸驱动试验研究

为模拟多毁伤元同步飞散形成均匀分布威力场,设计了一种多定向及同步爆炸驱动试验装置。利用爆炸点火方法点燃气体发生器,并通过调整结构等多种方式使驱动压力均匀化。在优化装药及结构基础上进行了试验研究。试验结果表明:不同驱动器在同一时刻受到了相同的驱动压力作用;该驱动装置可以实现毁伤元多个方向的同步驱动,而且驱动速度可以调控。该试验研究为后续研究提供了可行的技术基础。

一种爆炸驱动快速密封阀门的研制

利用炸药爆炸驱动技术,研制了一种爆炸驱动快速密封阀门。阀门由密封结构、驱动结构和定位结构组成,采用了双道O型圈密封结构及防回弹结构设计,可实现对管道快速有效密封。对直径Φ为20mm的阀门进行了密封实验,利用电探针法和激光多普勒位移干涉仪法对阀门封闭时间、闸板速度与位移等进行测量,并对封闭后的阀门进行了泄漏率检测。结果表明:阀门的封闭时间为0.8ms,泄漏率小于10^(-10) Pa·m^3·s^(-1)。

爆炸驱动典型活性材料能量释放特性研究

为了研究活性材料爆炸驱动反应特性,基于粉末压制成型工艺,制备了Al/PTFE、Al/Ni两种典型的活性材料及Al2O3/PTFE、Al2O3/PTFE/W惰性材料。通过爆炸驱动试验,并结合高速摄影、远红外热像仪以及峰值超压测试技术,分析了不同活性材料壳体装药爆炸火球、温度场分布及空气冲击波峰值超压等特性。同时,在炸药爆炸空气冲击波峰值超压经验计算模型中考虑了活性材料释放的化学能,分析了反应释放能量对空气冲击波的影响规律。结果表明:活性材料在爆炸驱动过程中经历了强加载条件下反应、产生碎片并向四周飞散、撞击钢板及后续反应等阶段。活性材料对炸药爆炸产生的空气冲击波具有强化作用,爆炸加载瞬间材料仅发生了部分化学反应。

爆炸驱动多层球形破片初速场分析

为准确计算多层球形破片在爆炸驱动下的初速场,通过对装药结构的等效分析,基于Gurney假定和相邻层颗粒之间力和力的波动量等概率传递假定,忽略排列方式引起的孔隙率变化,应用动量和能量守恒建立了破片初速场的理论计算模型。该模型反映了炸药参数和破片的密度、层数和直径等因素对破片初速的影响;针对典型的爆炸驱动前向多层破片模型,用LS-DYNA3D非线性有限元程序对多层钨球破片的爆炸驱动过程进行数值模拟,开展了相关验证试验并分析了理论计算值与试验误差产生的原因,分析讨论了不同球形破片直径和不同破片层数下破片初速的变化情况。结果表明:理论计算值与数值模拟及试验结果吻合较好;随着相同直径破片层数的增大,破片初速减小,相邻层间破片的速度差值更大;层数相同时,随着破片直径的减小,破片初速增大,但相邻层数破片的速度差值更小。

解析研究内部爆炸驱动金属圆筒的运动

从柱壳运动的控制方程出发,应用壳壁发生贯穿破裂的Taylor判据,给出了内部爆炸加载下金属圆筒壳壁的运动轨迹、平均破裂时间、破裂应变、半径及破片初速度的解析表达式。结果表明:计算结果与相关文献中的实验结果基本符合。

爆炸驱动燃料云团界面不稳定性发展及颗粒分散过程

在工业爆炸灾害和国防军事领域,气体和燃料颗粒组成的燃料云团的非定常两相燃烧爆轰会对周围介质产生毁伤破坏效应,该效应与燃料运动特性和空间质量分布密切相关.建立了二维气液两相流模型,基于有限体积方法、利用二阶精度的守恒型单调迎风格式(monotonic upwind scheme for conservation laws,MUSCL),以正庚烷燃料为对象,对爆炸驱动下冲击波在两相介质中传播、燃料云团界面不稳定性演化、冲击波诱导旋涡机制,以及颗粒初始运动性质开展数值研究.可以得出,波与燃料颗粒相互作用是一个动量、能量传递的过程.当冲击波扫过两相介质,压力发生衰减,与比例距离(Z)满足幂数律关系.同时,波在云团中发生反射和折射,两相介质中波阵面发生弯曲.燃料介质获得和波同向的平动速度.如初始粒径为60μm的燃料云团,在112μs时间内,云团扩散的径向速度提高到22.8 m/s.此外,当波作用于燃料云团,气液界面的流场发生扰动.当波扫过燃料云团外缘,会产生大尺度结构的旋涡,增强了原来未受扰动流场的湍流度.同时,界面附近流场的密度和压力梯度诱导出涡量,Richtmyer-Meshkov不稳定性(Richtmyer-Meshkov instability,RMI)的发展使得界面生成一系列小尺度涡.大、小尺度的涡促进了湍流的发展,加剧了燃料云团的运动和颗粒的分散,为云团的膨胀及后续两相爆轰的发生提供重要条件.

爆炸驱动亚毫米级金属颗粒群的飞散特性

采用试验与数值模拟相结合的方法,研究了爆炸驱动下亚毫米级WC颗粒群的飞散特性及其影响因素。首先对重金属嵌层碳纤维复合材料(CFRP)壳体开展静爆试验研究,测得距爆心一定距离处颗粒速度;然后基于离散元方法(DEM),依据实体情况对WC颗粒层的颗粒进行无序建模与数值模拟,分析了颗粒无序排列时不同颗粒、装填比及长径比对颗粒速度的影响规律。结果表明:在相同装填比下,颗粒粒径越大,单个颗粒所获得的速度越小;端部附近内外层颗粒速度相同,相对轴向位置X/L=0.62附近速度差最大;长径比在0.5~1.5范围内时,随着长径比的增加,颗粒的速度及速度差增大,起爆端相对于非起爆端颗粒速度增加较小。

2维轴对称爆炸驱动增速理论计算模型的研究

为达到在末段弹道提高弹丸速度的目的,提出一种在侵彻目标的终点周期内适时引爆后体炸药装药单元,驱动前体战斗部单元,以提高弹丸侵彻速度的爆炸驱动装置。采用理论分析的方法建立爆炸驱动增速的理论计算模型,并进行数值仿真比较。结果表明:理论计算与数值仿真结果具有较好的一致性,可为工程设计提供一定参考。

不同当量TNT爆炸驱动能力模拟数值仿真研究

战斗部爆炸时会产生诸多毁伤元,爆炸破片是其主要的毁伤参量之一,其中破片的飞行速度是评价破片毁伤威力大小的重要指标,研究战斗部爆炸驱动破片能力对于评价战斗部毁伤威力具有重要意义.利用AUTODYN建立不同TNT当量爆炸驱动破片能力的数值仿真模型进行实验研究.建立相应爆炸驱动装置模型,设置TNT当量分别为34 g,50 g,98 g,对同一破片进行爆炸驱动分析.仿真结果表明,随着TNT当量的增加,爆炸驱动破片能力逐渐增强,并且破片最大飞行速度与TNT装药当量成正相关.对破片最大飞行速度进行数值提取,采用多元函数关系式拟合方法得到破片飞行速度与TNT当量之间的工程数值模型,利用该模型可以较准确地由TNT当量推算出破片最大飞行速度,为实际靶场爆炸驱动试验提供一定的理论支持.

环形空腔对装药释能与爆炸驱动特性的影响

为探究环形装药战斗部爆炸驱动与威力特性,基于环形装药爆炸数值模拟,获得了环形装药空腔对装药释能与爆炸驱动特性的影响机制。结果表明:随着空腔尺寸的增加,装药质量减少及稀疏波效应增强,爆炸驱动能力下降,导致破片初速降低,同时装药输出能量减少使爆炸冲击波压力峰值降低;典型条件下,空腔内径占比为0.4与0.6的带壳环形装药近距离处爆炸时,冲击波压力峰值分别比带壳实心装药时低约13%和24%;空腔稀疏波对环形装药爆炸驱动能力的削弱作用略大于环形装药质量减少的影响,二者均随空腔尺寸的增加而增强。空腔内径占比为0.4~0.6时,在空腔稀疏波和空腔引起装药质量减少的联合影响下,破片速度降低13%~29%;带壳环形装药内不同观测点的压力主要取决于空腔尺寸和观测点所在位置。本文研究结果可为基于环形装药结构的新型战斗部设计提供参考。

用于冲击片雷管的爆炸驱动开关的电性能

对计划用于冲击片雷管的快速高电流开关进行与时间有关的电阻测量。这种开关由铜－聚合物－铜叠层片构成，设计用于在受到爆炸驱动的铜飞片撞击后传导电。我们实验中使用的聚合物膜是Ｋａｐｔｏｎ（聚苯均四甲酰亚胺），预计这种膜在９ＧＰａ和９ＧＰａ以上的压力下具有冲击感应传导性。当这种开关中获得９ＧＰａ左右的冲击压力时，没有发现有明显的冲击传导作用。

一种新型爆炸驱动飞片系统

我们描述了一种用于驱动厚飞片达到高速度而不产生碎片的新技术，并且在一个很大范围内具有非常好的平面性。