超高速撞击实验的三级压缩气炮技术

介绍了弹速8km/s、氮气驱动三级压缩气炮技术的研究背景。论述了以三级压缩替代二级压缩在提高氮气驱动多级气炮上限弹速方面的意义。讨论了弹径10mm的57-37-10三级气炮的驱动气压、泵管初充气压与发射弹速及高压气室荷载之间的关系。简述了57-37-10三级压缩气炮主要部件的工程设计,通过实验数据和实物照片表述了57-37-10三级压缩气炮研究工作的进展情况。

用气炮研究岩石类材料冲击压缩特性的反冲击法

介绍了一种在气炮上研究材料冲击压缩特性的反向冲击法,即将待测试样装在弹头上,用电磁粒子速度计测量有机玻璃靶中的波后粒子速度,依据阻抗匹配原理来换算待测材料的动力学状态量。该方法对研究岩石类等特殊材料(如非均匀材料、铁磁材料、导电材料、昂贵材料、难加工材料)的冲击压缩特性是非常有益的。

压缩氮气驱动的高速气炮实验技术

文章介绍压缩氮气驱动的二级气炮、三级气炮的研制背景、设计技术和发射性能特点,分析活塞质量、弹丸质量、驱动气压和泵管初充气压等发射参数对发射弹速和发射效果的影响,分析了制约提高弹速上限的主要因素,还介绍利用上述二级气炮和三级气炮开展的若干实验研究情况,评估压缩氮气驱动多级气炮的开发应用前景。

岩土侵彻与气炮实验技术

回顾穿地弹的问世和发展。评述实验研究在穿地弹研制和穿地弹防护工程技术研究中的作用。分析压缩轻气炮在穿地弹实验研究中的应用前景,介绍利用压缩轻气炮研究混凝土侵彻的部分成果。

气轨上的一级气炮设计和实验研究

介绍了利用一级气炮原理和压电引爆技术在气垫导轨上设计制作气炮的方法,并介绍了利用该装置设计开发的物理实验课题以及实验研究结果,其中包括:气炮发射的弹丸射程及出口速度与填药量的关系;弹丸出口速度及射程与弹丸加速距离的关系;利用动量守恒原理测量弹丸速度和炮车的反冲速度;弹丸出口速度与射程的关系.还介绍了实验操作方法并讨论了实验中存在的问题.

侵地武器及其气炮实验

简述了侵地武器的发展历史和现状 ,侵彻战斗部技术在精确制导武器中已被广泛应用 ,小爆炸威力侵地核武器的开发已经主要不是工程技术方面的问题 ;介绍了气炮实验技术及其在侵地武器研究中的应用 ,气炮模拟实验结果表明 ,岩土侵彻存在良好的力学相似关系 ,混凝土侵彻同花岗岩侵彻存在许多质的差异 ;介绍了一种通过侵深实验数据分析计算侵彻弹体加速度。

气炮加载下PBXs替代材料中的应力波幅衰减特性

利用白糖、环氧树脂E–51、乙二酸、增塑剂、固化促进剂等通过配方形成的高聚物粘结炸药(PBXs)替代材料,通过一级轻气炮实验,研究了材料在一级轻气炮加载条件下的应力波传播特性,研究发现应力波幅衰减服从指数衰减规律。计算出冲击波波速约为1 500 m/s,波长约为1.5×10^(–3) m,通过和白糖颗粒直径的比较分析了应力波幅衰减的机理主要来自于粘结剂的粘性和颗粒滑移与破碎的能量耗散。将PBXs替代材料处理为黏弹性材料,利用Maxwell模型来表征材料在气炮加载下的应力应变关系,并在此基础上研究了材料松弛时间特性。研究发现,随着应变率的增加,PBXs替代材料的松弛时间反而减少,并且呈现出明显的幂率关系,在准静态条件下的松弛时间的应变率相关性在气炮加载下依然存在,从细观尺度下材料微结构运动特征给出了这种相关性的机理解释。

高速斜入水和水平入水气炮水箱实验系统

为开展模型高速斜入水和水中高速航行的水流场实验研究,研制了立式和卧式气炮与水箱组合的实验系统。通过快速阀和活塞阀控制气炮激发和驱动状态,一级气炮采用高压空气直接驱动弹托和模型,二级气炮采用高压空气驱动重活塞压缩使集气腔中产生高压气体,再驱动弹托和模型达到预定速度。通过调节水箱和发射管角度,使高速模型斜入水或水平入水。其中,立式可变发射角二级气炮可发射质量1~1000 g的模型至2500 m/s最大速度,卧式一级气炮可发射质量1~100 kg的模型至300 m/s最大速度。和小气室、高燃气压力火药驱动方式相比,新型气炮采用大体积、中低驱动压力气室,高压气体更接近等熵膨胀做功,调节高压气体压力,能较好地满足模型质量和速度的宽范围要求。结合光反射通断法测速、高速摄影和阴影流场显示等测量技术,得到立式气炮压缩管重活塞运动速度、压缩管末端压力时间曲线和模型倾斜与水平入水的流场阴影图像。结果表明:重活塞速度在膜片破裂前和理论计算值符合较好,但破膜后差异较大。立式气炮流场阴影图像反映了模型斜入水产生的空中和水中激波以及在气水界面的反射激波、空泡形成和侧向气水界面的破碎与飞溅等现象。从卧式气炮的模型水平入水阴影图像提取气泡轮廓,清楚地看出尾部气泡气水界面的波动和失稳。和商业计算软件Fluent计算结果相比,空泡上游区域基本重合,但尾流区域强湍流导致两者存在明显差异。和水洞实验相比,气炮水箱实验系统近真实地再现高速入水过程伴随的冲击和动态空化等物理现象和模型尺度效应。

基于激光技术测量气炮中弹体的飞行速度

气炮是广泛用于研究物体撞击速度与破坏效应的一种动力学实验装置。针对传统测量气炮中弹体飞行速度方法存在的问题,提出新型激光测速方案。通过测量弹体遮挡不同测点激光束的时刻,计算弹体的飞行速度。根据该方案设计的测量系统做了仿真分析和标定实验,证明设计方案正确可行。目前,已研制成功并已应用于实际测量,极大地提高了测量的效率和准确度。

应用于气炮上测量材料质点速度的恒磁质点速度计的研制

研制了一种应用于气炮上测量质点速度的恒磁质点速度计，此装置操作简单、稳定可靠。

美国用气炮发射小型有效载荷

美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室正在研制气炮(gasgun)技术,这里的科学家们认为,利用这种技术可以研制一种能将小型卫星或大量物质送入低地轨道的便宜而可靠的运载器。 目前已制成了一种轻型气炮样机,准备于1990年下半年用此做试验。这种气炮将用天然气、空气和氢气产生的力把一小型射弹加速到6公里/秒的速度。目前已打算研制一种能将340公斤重的有效载荷送入轨道的大型气炮,它可极大地降低空间探索或部署战略防御系统的费用。

气炮加载下炸药强爆轰驱动技术的初步实验研究

利用二级轻气炮进行了炸药强爆轰驱动超高速飞片技术的研究,采用多普勒探针系统(Doppler Pins System,简称DPS)对二级飞片的速度历史进行了测量。初步获得了在较高速度(大于5 km/s)一级飞片的作用下、二级飞片的速度增益情况,并基本掌握了强爆轰驱动技术与二级轻气炮发射技术有机结合的实验技术。初步实验结果表明,采用炸药强爆轰驱动技术可使二级飞片获得较高的速度增益。

气炮发射获得超高速碰撞器的数值模拟研究进展

航天器结构防护的实验研究需要将克量级的金属飞片加速到10 km/s左右的超高速状态,目前中国工程物理研究院流体物理研究所在二级轻气炮装置上对这一关键技术取得了突破性进展,成功将克量级的LY12铝飞片驱动加速到11.0 km/s,将克量级的高密度Ta和Pt飞片分别驱动加速到约10.0 km/s和9.0 km/s.本文简要回顾了我们近年来的实验研究结果,并利用研制的高精度MFPPM计算程序对气炮加载驱动超高速飞片过程进行数值模拟,给出的飞片自由面速度与实验测量结果基本一致.考虑到超高速碰撞效应涉及物质熔化、汽化和等离子状态等宽区物态方程问题,进一步发展了具有自主知识产权的LSFC欧拉型计算程序,在气炮加载驱动超高速飞片问题中对其进行了验证,其计算结果与MFPPM的计算结果基本吻合,拟进一步发展后将其应用于超高速空间碎片及其防护的数值模拟研究.

Pillow飞片气炮加载实验的数值模拟研究

采用多介质弹塑性流体动力学计算方法,研制了适用于复杂加载的Lagrange计算程序MLEP,对劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)19层和冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室(Laboratory of Shock Wave andDetonation Physics,LSD)设计的29层Mg-Cu体系Pillow密度梯度飞片气炮加载实验过程进行了数值模拟和比较,获得的速度剖面计算结果与实验测试结果吻合一致,验证了流体动力学计算方法、不同材料体系混合模型以及计算程序的有效性和实用性,为进一步开展可控路径的复杂加载实验研究奠定了基础。

反射式全光纤激光测速法在气炮实验中的应用

建立了用于一级轻气炮弹速测量的全光纤激光光束反射测量系统(All Fiber Optical Beam Reflectance简称AFOBR)，进行了弹速动态测量实验，并与传统的电探针测速技术进行对比。结果表明：与传统的电探针测速技术相比，AFOBR测速系统具有较高的测速精确度和可靠性，其速度测量的相对扩展不确定度小于等于0．5％。

气炮加载实验中拉曼光谱技术的发展及应用

拉曼光谱技术已经成为静高压实验中诊断物质微观结构的重要手段之一。本文主要综述拉曼光谱技术在动态加载实验中的发展及应用现状。拉曼光谱技术和气炮加载技术相结合,由于采集信号时间短、杂散光强等,其技术难度比较大。迄今,仅有少数几个气炮加载实验室具备冲击拉曼光谱诊断能力。本文首先介绍了气炮加载拉曼光谱技术的发展历程,然后通过对现有文献的分析,总结出当前该技术的瓶颈。最后陈述了拉曼光谱在研究动态加载过程中透明介质微观结构变化方面的优势。

压气封口式炮孔排水泵流量计算

在矿山开采和其它土石方工程中,大量采用中深孔爆破.在已钻凿好的钻孔中,由于地下水的渗透和大气降水,常常大量积水,给后续的爆破作业带来诸多不利.压气封口式炮孔排水泵就是为解决炮孔积水问题而研制的新型排水泵.本技术获国家专利,并已在一些矿山应用.

三相循环流化床中气泡大小及其分布的实验研究

用光纤探头技术对三相循环流化床中的气泡大小及其分布进行了系统研究 ,实验测定了操作条件对气泡大小及其分布的影响规律 .实验结果表明 ,三相循环流化床中气泡的大小分布可用对数正态分布表征 ,在实验条件下气泡平均直径在床中心区域较小且沿半径方向由中心向边壁逐渐增大 ,并随表观气速的增大而减小 ,随固含率的增大而增大 。

邛崃1井氮气钻井事故分析(Ⅰ)——构成事故的重要事件

位于四川盆地西部的邛崃1井在侏罗系沙溪庙组地层实施氮气钻井时发生了恶性井喷爆燃事故,这是发生在我国的第一起氮气钻井事故,对尚处于起步阶段的气体钻井技术的发展产生了很大的负面影响,并已经导致了气体钻井应用的大幅度减少。因此,对该次事故进行系统分析并形成正确的认识将是恢复气体钻井技术良性发展的紧迫需要。为此,首先证明了地层产气量过大并非该井事故的根本原因,然后推测了构成事故的重要事件;首次发现气体钻井钻穿裂缝性气层时由于岩石突然爆碎而引发的岩石和天然气猛烈喷出的现象,并将这种现象命名为气体钻井中的"气炮式岩爆井喷",参考矿山行业术语简称"岩爆"或"岩炮"。研究结果表明:①在裂缝性致密砂岩气层中实施气体钻井时的"岩爆"现象是第一位的重要事件或根源事件;②岩爆的大量碎屑和高压气体喷入井内,并在井内反复产生堵塞和卡钻,是岩爆的诱发事件;③然而事故最直接的重要事件却是岩爆碎屑在排砂管线内的堵塞和由此产生的井口高压;④井口高压使得排砂管线爆裂并引发天然气喷出和爆燃,这是事故的直接表象。

邛崃1井氮气钻井事故分析(Ⅱ)——事故过程的还原及教训

上文针对邛崃l井氮气钻井中的井喷失火事故,对构成事故的重要事件进行了分析。在此基础上.基于事故调查资料、实时录井资料和必要的计算与数模分析结果,按照安全工程学中故障树的分析原则,分析了构成邛崃1井氮气钻井恶性井喷失火事故的重要事件的各种可能组合、发生概率和时间顺序,还原了事故的全过程,并完整地解释了综合录井数据所表达的事故内幕。研究结果认为:①该次事故的客观原因是严重"岩爆"的发生及其诱发事件;②主观原因是该井排砂管线不能适应"岩爆"产生的大股碎屑而堵塞,进而由堵塞产生井口高压引发排砂管线爆裂,导致失控井喷和着火。最后,基于对裂缝性致密砂岩气层中实施气体钻井时井下岩爆是一种客观的、必然的现象的认识,提出了需要进一步改善排砂管线、井口组合和钻具附件特性的技术建议,以从根本上防止井下岩爆诱发的地面事故。所得到的认识与建议将有助于扭转该事故对气体钻井技术所造成的不利影响。