特定热层温度下入射角对前驱波特性的影响

空中强爆炸会释放热辐射使地表形成热层,冲击波进入热层后传播速度加快,形成前驱波。冲击波入射角是影响前驱波特性的重要因素,但目前相关工作大多依赖理论推导,实验研究较少。利用爆炸波模拟激波管平台,开展了热层温度为300℃时入射角对前驱波形成影响的研究实验,结合实验构型建立了数值仿真模型,并将实验、数值仿真结果与已有理论结果进行了对比。结果表明:实验获得的前驱波形成临界角范围与理论计算结果一致;入射角越大,前驱波超过马赫杆的距离越大,到时提前越多;前驱波会导致超压峰值减小,且随着入射角的增大,超压峰值减小程度先增大后减小;整体上看,前驱波动压峰值随入射角的增大而增大,当入射角达到一定阈值后,动压峰值增大程度开始在一定范围内波动,这是由气流密度和粒子速度的峰值到时不同所导致的;动压冲量的增大程度随入射角的增大逐渐增大。

基于高压气体驱动的爆炸波模拟激波管冲击波衰减历程控制方法

基于高压气体驱动的爆炸波模拟激波管,一般采用驱动段、喉部、膨胀段的结构形式,可产生特征与爆炸波接近的模拟冲击波,是实验室中开展长正压作用时间爆炸毁伤效应研究的理想平台。通过调整激波管的变截面结构和驱动段形状,实现冲击波超压衰减历程的控制,是此类爆炸波模拟激波管设计面临的核心问题之一。基于实验室现有的爆炸波模拟激波管结构,建立了激波管内一维流动数值计算模型;参考统计学理论,提出了基于决定系数的激波管模拟冲击波与标准爆炸波相似度评价方法;进而以变截面激波管的流动特性为基础,研究了驱动段形状对冲击波衰减历程的影响机理。研究结果表明:采用距离喉部越远、截面直径越小的驱动段形状,以决定系数为量化标准、优化驱动段形状,控制稀疏波、压缩波在激波管内的运动过程,可以获得接近于爆炸波指数衰减特征的模拟冲击波。

爆炸驱动激波管冲击波压力参数研究

爆炸驱动激波管的作用是通过驱动段内的炸药爆炸产生冲击波,经扩张段的激波整形对目标物体进行平面波加载。为获得爆炸驱动激波管试验段内的冲击波超压环境,得到试验件的加载条件,通过数值模拟和量纲分析的方法,综合考虑装药质量、激波管结构尺寸、目标物体位置等参数的影响,建立冲击波压力峰值与上述参数之间的经验计算模型,并通过多种工况的考核试验对该模型的准确性进行了验证。结果表明:模型得到的计算值与试验值的平均相对偏差为10%,可满足工程应用的要求,且爆炸驱动激波管试验段内冲击波超压峰值主要与装药质量、爆心距、激波管直径及驱动段长度有关,其余参数的影响基本可以忽略。

超临界氮气在规则球床堆中的流动与传热特性分析

采用计算流体力学方法模拟高温高压工况下规则球床堆内超临界氮的流动与传热特性,系统分析了入口流量、填充颗粒直径、堆积床高径比对流动和传热性能的影响规律。结果表明:堆积床内相邻颗粒层间存在流动滞止区,该区域流体温度高于其它低阻力区域。随着液氮入口流量和堆积床高径比的增大以及填充颗粒直径的缩小,气体流动阻力逐渐升高,气体与堆芯的换热更加充分,进而出口氮气温度变高。

爆炸载荷下飞机典型加筋结构毁伤特性

为了探讨爆炸载荷下飞机典型加筋结构的响应规律,开展了爆炸实验,获得了飞机典型结构表面的反射超压历程,加筋结构的应变、位移等结构响应数据。并结合实验结果建立了高置信度的有限元模型,研究了所选结构的变形分布规律和塑性毁伤特性。结果表明,对于本文中选取的飞机加筋结构,塑性变形除了会开始于常见的加强筋中点外,还会开始于加强筋与加强筋联结处、加强筋与外框联结处。这主要是受加筋板的双向拉伸变形和应力集中的影响。进一步总结了随冲击波正压时间增长,能够引发加筋结构塑性变形的有效冲量和反射超压峰值阈值。研究结果对飞机气动外形、抗爆能力设计具有重要意义。

高温气体激波管用平板刻槽膜片的爆破性能分析

为控制激波管膜片的爆破压力,采用有限元方法,研究了剩余厚度、膜片厚度、泄放口径及温度对激波管用316L不锈钢平板刻槽形膜片爆破压力的影响规律,并通过爆破试验进行验证。结果表明:膜片爆破压力与剩余厚度成正比,与泄放口径成反比;剩余厚度相同的情况下,爆破压力随着厚度增加略有减小。拟合得到了关于爆破压力与结构参数及材料抗拉强度的关系,与模拟试验结果相对偏差小于8%。通过模拟试验及拟合关系能有效地预测膜片的爆破压力,可为激波管膜片的设计和加工提供参考。

强爆炸环境下车辆倾覆预测模型研究

针对空中强爆炸环境下车辆易产生大幅度偏航、横摆、倾覆和翻滚等问题,结合理想强爆炸空气冲击波环境参数,分析了典型车辆的载荷特性,得到了车辆的爆炸倾覆力/力矩的时间历程函数,建立了强爆炸空气冲击波作用下车辆的单自由度倾覆预测模型,并以某型车辆为例开展了强爆炸冲击波下目标抗倾覆能力评估,进一步分析了车辆的质量、几何特征尺寸及重心高度等因素对车辆倾覆稳定性的影响。研究成果可为车辆防倾覆加固技术措施制定和车辆结构性能优化改进提供参考。