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。

两种可靠性评估方法对总体样本中哑弹检出效率的研究

目的运用GJB 376A—2019和GJB 8185—2015可靠性评估方法,通过样本的发火试验,对发生哑弹的故障中与火工品关联的底事件检出率进行研究,提出更合理、更科学的应用方法以及改进建议。方法采用蒙特卡洛模拟仿真的方法,研究升降法标准差估值无偏情况下,2个标准中规定的可靠性评估方法对底事件的检出效率。结果GJB 376A—2019规定的方法对于哑弹的检出效率远高于GJB 8185—2015规定的方法。结论GJB 376A—2019更便于工程应用,GJB 8185—2015存在哑弹检出效率方面的局限性,建议在标准中进行的升降法试验程序中,增加对于出现的不发火样品的约束条件。

多路并联半导体桥点火器同步发火故障机理研究

半导体桥点火器在工程应用中通常为多个产品并联在同一供电回路中使用,以实现火工装置同步点火。在实际应用中有时会出现某个火工装置点火失败的现象。当前,研究主要集中在半导体桥点火器本身电阻变化对单路点火过程电流、电压的影响,对多路并联半导体桥电流响应特性的研究较少。半导体桥点火器在多路并联同步使用时,作用机理及故障原理不清限制了其在该场合中的应用。文章设计搭建了多路并联半导体桥点火器点火电路,通过试验发现点火器多路并联使用时,支路电流存在突然下降或上升速度缓慢的现象,均可能造成点火器半导体桥区烧蚀不完全或瞎火。结合半导体桥点火器的点火机理分析得出电路电流突然下降会导致相变过程中止、电流上升较慢会导致相变能量不足,均会造成半导体桥电爆能量无法正常释放,进而无法正常激发内部起爆药,这是半导体桥点火器用在多路并联电路情况时出现点火失败的重要原因。

电火工品电磁响应表征技术研究进展

电火工品电磁响应定量表征是评价电火工品电磁场中安全性和可靠性的重要手段,本文综述了电火工品电磁响应表征技术的发展脉络、原理方法、实际使用等相关内容。在电磁波频率0.01~400MHz、电场强度200V/m条件下,比对了红外比色、白光干涉、电磁耦合3种方法的测量结果,并在理论上分析了测量结果产生差异的原因。最后对现有定量表征方法的具体应用给出了参考,并展望电火工品电磁响应表征技术。

贮存老化对某弹药射程的影响研究

目的研究长期贮存老化对某弹药射程的影响,确定其有效增程射角范围。方法对130 mm某弹药在不同贮存老化时间下的射程进行数值仿真分析,揭示其射程和有效增程射角范围随贮存时间的变化规律。结合射程与贮存老化时间和射角之间的函数关系,提出以剩余推力比为表征参数的射程变化模型。结果在相同贮存老化时间下,随着射角的增大,该弹药的射程呈现出先增大、后减小的趋势。相同射角下,射程随贮存老化时间呈线性下降趋势,有效增程射角范围逐渐减小。使用三次多项式拟合有效增程比与射角之间的函数关系,拟合方程的相关系数超过了0.9970。该弹药射程变化模型的拟合结果与仿真计算结果的相关系数大于0.9985,表明其可以准确描述该弹药的射程变化规律。结论贮存老化会显著影响某弹药的射程和有效增程射角范围,在实际贮存和使用过程中,不能忽略其贮存老化因素。

火工品寿命评估方法和寿命评估现状分析

针对国内火工品寿命评估方法和寿命评估现状,进行了火工品贮存寿命评估方法与标准分析、加速模型与加速系数对寿命评估结果的影响分析,以及试验程序设计对寿命评估结果的影响分析,探讨了采用加速寿命试验方法进行火工品寿命评估结果与自然环境下火工品贮存寿命产生偏差的原因,并提出了火工品寿命评估方法使用建议,为新型高价值弹药的贮存寿命研究提供支持。

灼热桥丝式电火工品脉冲电流激励发火规律分析

为研究灼热桥丝式电火工品的脉冲激励安全性,建立了灼热桥丝式电火工品的温升数理模型,研究了灼热桥丝式电火工品的发火判据,设计了灼热桥丝式电火工品临界发火电流的计算流程,揭示了单脉冲和脉冲串电流的激励参数对灼热桥丝式电火工品临界发火电流的影响规律。结果表明,在单脉冲激励下,当脉冲宽度小于5μs时,灼热桥丝式电火工品的临界发火能量固定,即桥药系统处于绝热状态,灼热桥丝式电火工品是否发火与桥丝输入的能量有关;而当脉冲宽度大于15 ms时,灼热桥丝式电火工品临界发火电流固定,其发火状态与桥丝的电功率有关。在窄脉冲串电流激励下,临界发火电流随重复周期变化曲线的时间常数与脉宽无关,且当重复周期大于1.25 ms时,桥药系统无热累积效应,其临界发火电流与单脉冲电流作用情况一致;而当重复周期小于1.25 ms时,桥药系统出现热累积效应,该效应导致临界发火电流随重复周期降低而迅速衰减。

Ni-Cr桥膜换能元直流激励下作用规律研究

为了研究直流激励下Ni-Cr桥膜换能元的作用规律,采用磁控溅射法制备了一种多层复合结构的Ni-Cr桥膜换能元,并通过电压探头、光电传感器和红外热像仪获得了不同电流输入时换能元电压、光信号和表面温度随时间变化的特征曲线。结果表明:在低电流(I≤2.5A)输入下,Ni-Cr桥膜换能元的作用规律类似传统桥丝/桥带换能元的热传导作用规律;当输入电流增大至3.0A时,Ni-Cr桥膜换能元的作用规律转变为微对流作用规律;当Ni-Cr桥膜换能元并联热敏电阻后,热敏电阻的分流作用有效抑制了换能元温度的升高,提升了安全电流,但同时也抑制了桥区等离子体的形成,因而无法实现热传导向微对流作用规律的转换。

硅基微雷管的原位装药及性能研究

微机电安全保险机构芯片化集成技术的发展,对基于微机电制造工艺的硅基微雷管提出了需求,雷管装药尺寸的减小要求含能材料感度高、起爆威力大。为解决微小尺寸敏感药剂装填的技术难题,文中采用原位生成多孔叠氮化铜的方法,对硅基微雷管进行装药研究。依据GJB/Z 377A—1994感度试验用兰利法测试硅基微雷管的发火感度,使用电流环测试硅基微雷管发火实际利用的能量,同时对输出威力进行定性测试。测试结果表明:发火电路用充电电容为33μF时,硅基微雷管的平均发火电压为7.89 V,输出威力可以起爆六硝基杂异伍兹烷(CL-20)装药。

微细圆管中B/KNO_3燃烧特性分析

为了解微细圆管中点火药的燃烧特性,采用高速摄影技术对微细圆管中B/KNO3的燃烧进行实验研究,结果表明:管壁热损失和管道阻力是影响微细圆管中B/KNO3燃烧稳定性的主要因素。圆管内径越小,管壁热损失和管道阻力越大,燃烧越不稳定。B/KNO3在内径1.0～2.0 mm石英管中稳定燃烧、燃速变化微弱。燃烧室压强为0.1～4.0 MPa时,B/KNO3燃速随压强增加,但并不符合燃速指数规律。当石英管内径减至0.5 mm时,燃烧不稳定,燃速随时间延长而变大;圆管内径进一步减小,产生击穿现象导致火焰熄灭。研究还表明在一定壁厚范围内,燃速反比于壁厚。

趋势分析方法在火工品寿命评估中的应用

为了研究基于趋势线分析的火工品寿命评估方法,从火工品不同时期的关键性能参数的回归分析及容忍区间两方面探讨了趋势线分析方法,通过几种火工品的模拟贮存试验,以及某电点火器在自然环境下贮存多年后的性能测试数据,研究了基于趋势线分析的火工品寿命评估方法的适用性。结果表明,根据火工品不同贮存时期的关键性能参数并利用趋势线方法能够计算出火工品的预测寿命。

新型电爆炸箔系统电压对爆发电流影响的实验研究

本文通过实验研究了自行研制的小体积脉冲功率装置和新型冲击片雷管组成的电爆炸箔起爆系统的起爆电压和爆发电流的关系,表明此起爆系统具有较高水平的脉冲功率密度。利用实验数据计算表明该起爆系统的电感小于49nH。

薄膜桥火工品的制备与性能研究

为了提高火工品的安全性及点火可靠性，采用掩模法，利用磁控溅射技术制备了一种蝶形金属薄膜桥，在薄膜桥表面涂15～20 mg斯蒂芬酸铅（LTNR），进行了安全电流试验、抗静电试验及与桥丝的对比试验，研究了其安全性能和点火性能，并利用红外热成像技术验证其发火时桥区的热分布。结果表明，这种金属薄膜桥有良好的抗静电性能、点火性能和机械性能；薄膜桥通电时其中心最窄处热量较集中。

对炸药驱动飞片速度的理论计算方法的分析与评价

通过文献调研,介绍和分析了6种炸药爆轰驱动飞片速度的计算模型,并指出每一种计算模型的适用范围。讨论了格尼模型以及后人针对格尼模型应用中存在的问题,提出了改进计算模型,主要包括有效装药量、不同空气间隙大小、不同mc/mm比情况、多层装药贡献法、爆速法、炸药示性值法等,可为不同应用场合提供不同的参考模型。

第四代火工品概念补充探讨

在本刊2018年第1期“第四代火工品概念初步探讨”一文的基础上,结合近几年MEMS火工品技术研究进展,对典型MEMS火工品结构组成中的概念进行进一步的修正和完善,重新梳理和定义了微作动机构、微火工装置、微火工序列、低极限药量起爆药等概念,初步建立了从组件、器件、装置到序列等的MEMS火工品概念框架,为未来第四代火工品设计开发奠定基础。

电热火工品复杂电磁波环境综合适应性设计方法研究

为寻找电热火工品复杂电磁波环境适应性设计方法,对常用的电热火工品电磁波环境适应性设计方法进行比较分析,重点研究了TVS二极管滤波元器件对电热火工品连续及脉冲电磁波环境下的响应特性影响;试制了TVS二极管滤波元器件电磁波环境适应性电热火工品验证样品,并对验证样品进行了发火和输出性能试验。结果表明TVS二极管能够有效衰减复杂电磁波环境下的感应电流,并且验证样品较原产品性能无明显差异。

爆炸逻辑零门可靠性研究

建立了爆炸逻辑零门作用可靠性的数学模型，讨论了作用可靠性概率窗口。对拐角效应零门和接触零门进行了具体分析。文中给出了相应的可靠性试验数据。为爆炸逻辑网络的研究提供了依据。

线型聚能切割器爆炸飞散物危害特性实验

为深入了解线型聚能切割器使用时产生的飞散物的危害特性,给安全使用和可靠防护提供依据,按照实验和理论分析相结合的方法,运用所设计的装置对爆炸产物进行收集、观测,从动量和动能角度对实验结果进行分析。结果表明,爆炸飞散物主要以高速飞散的金属颗粒物形态存在,会对一定范围内的人员和设备造成直接伤害和破坏;飞散物的危害程度与切割器的规格参数直接相关;所设计的简易实验装置能有效捕捉和反映飞散物的特性,所建立的计算公式能够对飞散物的能量进行评估。

铜箔厚度对爆炸箔起爆性能影响规律研究

为了提高爆炸箔起爆系统能量利用效率,采用仿真计算和试验相结合的方法,研究了不同铜箔厚度对爆炸箔起爆性能的影响规律。结果表明:当爆炸箔桥区尺寸为0.3mm×0.3mm时,铜箔厚度为3μm的爆炸箔电爆性能较好,能量利用率较高,在发火电压为1.5kV时,能量利用率达到72.33%,相对应的飞片速度最大。

爆炸箔起爆系统初始电阻对爆发电流和飞片速度影响的数值模拟

研究了电爆炸箔起爆系统起爆回路初始电阻对爆发电流和冲击片雷管飞片速度的影响规律,分析了影响电爆炸箔起爆系统体积的因素,为在可靠发火条件下降低起爆系统体积提供设计参考。