喷管对水下爆轰燃气射流过程影响的数值模拟

为了探究不同喷管构型对水下爆轰燃气射流形态与激波传播过程的影响,基于VOF多相流模型,通过求解二维非稳态雷诺时均Navier-Stokes方程分别对无喷管、加装扩张喷管、收敛喷管的爆轰管水下爆轰过程的内外流场进行二维轴对称数值模拟。研究了喷管构型对水下爆轰过程中形成的透射与反射激波的传播特性、爆轰燃气射流形态演化规律等流场特性的影响。计算结果表明:扩张喷管可以加强向下游传播的透射激波沿轴线方向的指向性,而收敛喷管会减弱透射激波的强度,增强向上游传播的反射激波强度。爆轰燃气泡初期轴向和径向发展速度均随着时间逐渐衰减,喷管对燃气泡的轴向尺度影响较小,但收敛喷管能够显著抑制燃气泡的径向尺度。研究结果可为后续水下爆轰推进的工程化应用提供技术支撑。

喷管对水下爆轰气泡形态和压力特征影响的实验研究

针对具有不同类型喷管的爆轰管在水下爆轰中形成的燃气射流问题,搭建了爆轰实验平台,研究了单次爆轰过程中尾部喷管对水下气泡形态与压力特征的影响。采用数字粒子图像测速技术对高速摄影机拍摄得到的气泡脉动图片进行流场可视化分析,得到各喷管工况下的气泡速度场。为了确认爆轰管内是否形成稳定爆轰波,并观察爆轰波在气液两相界面上的透反射特性,爆轰管尾部安装有2个动态压力传感器,同时在距离喷管一定距离处设置一个水下爆炸传感器,以监测水中传播的压力波。结果表明:扩张喷管工况下的气泡脉动过程与直喷管工况基本一致,但扩张喷管提高了燃气射流速度,气泡膨胀体积更大;因为燃气射流的持续性,收敛喷管工况下的气泡脉动过程具有明显差异,气泡膨胀体积较小,但气泡二次脉动时长相较于一次脉动时长衰减更小;扩张喷管提高了气泡脉动强度,扩张喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力远大于直喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力;收敛喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力都较小,但收敛喷管燃气射流的持续性减缓了气泡脉动压力的衰减速度。相比于直喷管,扩张喷管工况下的气泡脉动时间、气泡脉动压力与透射冲击波压力都更大。收敛喷管工况下的气泡脉动持续时间较短,并且收敛喷管对透射冲击波压力和气泡脉动压力均具有明显的抑制作用。

PDE出口爆轰波与射流诱发水中流场变化规律的数值仿真

为研究脉冲爆轰发动机(PDE)在水下爆轰后的复杂流场特性,基于Mixture多相流模型原理,建立了PDE管外轴对称流场的多相流爆轰理论模型,采用Simple算法对燃气喷射进入流场的过程进行了数值仿真,研究了气泡的形成和发展过程,以及射流初期流场特性,分析了射流喷射过程中出现的颈缩与回流现象,讨论了射流喷射过程中流场的压力、速度等参数分布以及变化规律。仿真结果表明,爆轰波在水下会引起水流场产生强烈的掺混效应并伴随一些复杂的激波结构,射流在水中会产生胀鼓、颈缩现象。文中的研究可为水下PDE性能研究提供理论参考。

乳化炸药,含铝乳化炸药,水胶炸药水下能量测量

水下爆轰试验是评价工业炸药能量释放和相对效力的一种适用的技术，对乳化炸药和水胶炸药进行了水下能量测量，并与ＡＮＦＯ炸药进行了比较；对以乳化炸药和水胶炸药为主的重ＡＮＯ型混合炸药在有元约束的条件下也进行了研究。以经炸药为主的重ＡＮＦＯ炸药的试验结果表明，冲击能和气泡能的释放明显地低于相同比例的以水胶炸药为主的重ＡＮＦＯ炸药。还发现粗粒的铝粉加入 经炸药中以后。