中心装药对燃料抛散的影响及其空腔效应

中心装药对燃料空气炸药(FAE)装置有重要的影响。利用高速相机测定得到采用耦合装药的FAE装置的抛散速度的最大值为408.5 m·s-1,利用LS-DYNA软件计算得到采用耦合装药的FAE装置的抛散速度的最大值为412.5 m·s-1,误差不足1%,计算方法精确可靠。采用相同的方法对采用不同中心装药方式的FAE装置的燃料抛散速度、中心装药爆炸空腔、空腔内温度进行了计算。结果表明,采用不耦合装药的FAE装置不同位置的抛散速度相差小,约100 m·s-1,速度分布均匀,燃料利用率高;爆炸空腔半径在端部处缩小1/3左右,呈现出中间大,两端小的分布,使二次起爆药包的安装位置有更多选择。同时,与采用耦合中心装药的FAE装置相比,不耦合中心装药的FAE装置爆炸空腔内的温度衰减较快,安全性更好。

一次起爆FAE中心装药的实验研究

为了探讨不同组分的中心装药对不同FAE燃料可能的一次起爆情况,采用物理方法对中心装药的配方进行设计,并对不同的FAE燃料进行了一次起爆实验研究,结果表明含有诱发剂的中心装药可以实现FAE燃料的一次起爆。为了进一步弄清中心装药中诱发剂含量对FAE燃料一次起爆过程的影响,利用不同诱发剂含量的中心装药对自行研制的新型复合燃料进行了一次起爆实验研究,CCD像机现场拍摄记录及压力测试结果表明,中心装药中的诱发剂含量会直接影响FAE燃料抛撒、延迟点火时间、爆炸波超压大小以及爆炸作用效果,诱发剂含量存在一个最优值,中心装药中加入适量诱发剂会增强FAE的一次起爆效果。

基于近场动力学的爆炸抛撒研究

有限元方法在处理复杂裂纹问题时存在固有缺陷,基于非局部理论的近场动力学弥补了这一短板。为了将近场动力学方法应用于爆炸抛撒研究,针对固体燃料爆炸抛撒问题,采用近场动力学键理论,在合理假设的基础上提出了基于近场动力学的二维爆炸抛撒模型。进一步基于MATLAB平台开发了数值计算程序,并验证了程序在预测抛撒药云雾分布方面的有效性。最后研究了圆形、方形中心装药结构对爆炸抛撒结果的影响。仿真结果表明:程序所得16 ms内云雾分布形状及2 ms内云雾扩散速率较为准确;不同装药结构会影响云雾扩散速度及云雾分布形状;圆形装药更有利于抛撒药的分散。

云爆燃料分散过程窜火机理的数值模拟

为探索云爆过程窜火现象的物理机制,以环氧丙烷为云爆装药,基于流体力学理论,使用数值模拟软件Ansys对2 kg云爆装置燃料分散过程进行数值模拟,研究燃料分散过程中云雾在驱动和热载荷下的耦合作用;研究耦合作用下云雾的点火条件。结果表明:中心装药量对于云爆装置的窜火具有明显影响,中心装药起爆后产生高温高压推动燃料分散,由于热传导及热辐射机理,在燃料扩散形成的云雾场中同样存在温度场与压力场,云雾场温度高于燃料自燃点,浓度位于燃料爆炸极限区间内时即发生窜火。对2 kg云爆装置的数值模拟表明,发生窜火的位置一般位于云爆装置顶部0.01~0.25 m附近,窜火时间集中在燃料开始分散后的1~5 ms。