爆轰波形对EFP性能影响的数值模拟

文中利用ANSYS/LS-DYNA软件,通过改变起爆方式(点起爆、环形起爆及平面起爆)产生不同的爆轰波形(球面波、喇叭波及平面波),对不同爆轰波形作用下EFP的成型过程进行了数值模拟,对不同爆轰波作用下EFP的成型性、飞行稳定性及穿甲能力进行了比较,从而得出不同爆轰波形对EFP性能的影响。结果表明:平面波、喇叭波作用下所形成的EFP较球面波作用下所形成的EFP有更高的性能。

DNTF基同轴双元装药的爆轰波形及驱动性能

采用两种不同含铝量的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基炸药制备了一种同轴双元组合装药,其内层装药的含铝量为20%,外层装药的含铝量为5%,通过高速扫描法研究了该组合装药的爆轰波形特征;采用含铝量为12.5%的DNTF基炸药制备了同尺寸的单一装药,并通过圆筒实验,对比了组合装药与单一装药驱动性能的差异。结果表明,外层装药爆速较高时,内层装药的爆轰波形将产生汇聚效应,同时也加剧了外层装药的侧向干扰,使其波形呈现明显的散心特征;该组合装药的复杂波形不仅影响内外层装药的爆轰反应区宽度,还使圆筒比动能及爆轰产物压力在初期均明显低于单一装药;随着爆轰产物的膨胀,组合装药与单一装药的圆筒比动能逐渐接近,且爆轰产物相对比容增至2.69后,组合装药爆轰产物的压力便明显超过单一装药。

一种同轴双元组合装药的爆轰波形及驱动性能

采用DNTF基高爆速炸药包裹高爆热含铝炸药的方式制备了一种同轴双元组合装药,通过高速扫描法研究了其爆轰波形特征,并通过圆筒试验,对比了组合装药与单一装药驱动性能的差异。结果表明,由于所用的两种炸药稳态爆速相差1. 8 mm/μs,使得内层装药的爆轰波形出现了明显的汇聚效应,提升了其波阵面传播速度,导致其爆轰反应区宽度减小,降低了该组合装药所释放的能量,使得圆筒比动能在产物膨胀初期比两种单一装药的平均值低0. 095 k J/g,在产物膨胀的中后期,仍偏低0. 06 k J/g;但产物压力在相对比容增至1. 95后超过了高爆速单一装药,产物相对比容增至3. 07时,仅略低于低爆速单一装药。

不同爆轰波形对串联聚能射流影响的数值模拟

应用LS-DYNA3D数值仿真软件,ALE方法对串联聚能装药在点起爆、正向环形起爆和逆向环形起爆等不同起爆方式下所形成的爆轰波波阵面、聚能射流的外形和速度分布进行了理论分析和数值模拟.结果表明:不同的爆轰波形对聚能射流有着重要的影响.当爆轰波波形与外表面越接近,罩微元压垮速度越高,导致射流头部速度越高.

金属隔层对同轴双元装药爆轰波形及驱动性能的影响

根据同轴双元组合装药的实际应用工况,制备了两种组分及尺寸均相同的装药试样,其中一种试样的内、外层装药间设有薄壁铝隔层。采用脉冲X射线摄影法观测了铝隔层在装药爆轰过程中的膨胀轨迹,并通过高速扫描法及圆筒试验分别对比了两种装药爆轰波形及驱动性能的差异。结果表明:由于铝的冲击阻抗与炸药爆轰阻抗较为接近,因此冲击波穿越铝隔层时未产生较强的反射效应,从而未明显改变组合装药的爆轰波形;而在爆轰产物的膨胀过程中,当其相对比容小于3.0时,铝隔层可将内、外层装药的爆轰产物有效隔离,但并未降低整体装药的驱动性能,两种试样的圆筒比动能之比逐步趋近于有效装药的质量比。

爆轰波形回转对称性实验观测方法研究

爆轰波形回转对称性对聚能战斗部的研究设计非常重要,而传统爆轰波形观察方法在观察爆轰波形的回转对称性上存在不足。文中依据国外文献设计了带透光条纹及透光圆斑的遮光板,通过高速扫描相机来观察爆轰波形在多个方向上形状和对称性。初步实验结果表明,该方法能够克服传统狭缝扫描技术的不足,可以用于爆轰波形形状和回转对称性问题的研究。

基于不同状态方程的聚能装药爆轰波形对比及验证

为了对典型JO-9159聚能装药的爆轰波形进行分析,分别通过JWL状态方程、JWL与γ律联合方程表征JO-9159聚能装药的爆轰产物状态,计算得到了基于不同状态方程的爆轰波传播轨迹。采用高速扫描相机获得了该装药在特定位置处的爆轰波形随时间的变化规律,通过仿真与试验结果对比表明:通过JWL与γ律联合方程计算得到的爆轰波传播轨迹与试验结果更为接近,说明该方程可以更准确地描述JO-9159聚能装药的爆轰产物状态。研究结果可为聚能装药爆轰波形分析及破甲战斗部设计提供参考。

鱼雷新型战斗部爆轰波形控制技术研究

研究了鱼雷新型战斗部的爆轰波形控制技术 ,进行了爆轰波形控制技术的理论分析和原理描述 ,对鱼雷新型战斗部聚能装药结构的波形控制提出新的思路 ,试验结果表明 。

爆轰波波形与药型罩结构匹配对杆式射流成形的影响

为提高杆式射流对钢靶的侵彻能力,设计了一种偏心亚半球药型罩,通过爆轰波碰撞理论推导出药型罩压垮速度,并结合改进的PER理论建立了杆式射流成形的模型。分析了药型罩结构参数对爆轰波碰撞压力的影响规律,获得了等质量变壁厚药型罩射流质量及速度分布的变化规律。结果表明:马赫反射压力随偏心距的增大而增大,随外壁曲率半径的增大而减小,而正规斜反射压力与马赫反射压力变化规律相反,且马赫反射压力受药型罩结构影响较大;通过对比不同方案,罩顶与罩口部厚、中间薄形状药型罩形成的射流质量提高了29.5%,头部速度提高了21.3%,且速度梯度最大,相同炸高条件下侵彻深度提高了约2倍装药直径。针对优化结构进行了数值模拟和实验验证,通过对爆轰波波形与药型罩结构合理的匹配设计,使形成的杆式射流成形及侵彻性能得到显著提升。

气相爆轰物理的若干研究进展

爆轰现象的研究已经有一百多年的历史了,爆轰物理的研究取得了许多重要进展.本文从爆轰波的经典理论、胞格爆轰波的多波结构、气相爆轰波形成机理、气相爆轰波传播机制等方面综述了相关的若干研究进展,评述了这些进展的科学性与局限性,并探讨了将来可能的研究方向.这些研究进展主要包括:CJ(Chapman–Jouguet)理论和ZND(Zel’dovich,von Neumann,Dring)模型、爆轰波多波结构、爆轰胞格特征、直接起爆和爆燃转爆轰过程、热点起爆机制、爆轰波稳定性、扰动爆轰波的传播等.爆轰波是以超声速传播的自持燃烧现象,涉及了激波相互作用、燃烧化学反应、湍流扩散和流动不稳定性等复杂的气动物理过程,相关研究具有重要的学科理论意义.另外,爆轰燃烧具有高效的热化学能释放特点,在先进的热力推进技术方面有着重要的应用背景,因此相关研究也具有重要的工程应用价值.

JBO-9021炸药初始密度对爆轰波阵面曲率效应的影响

采用高速扫描相机及电探针,在室温环境下对不同初始密度(1.894~1.901g/cm3)、不同半径(5.0、7.5、15.0mm)的钝感炸药JBO-9021药柱开展了曲率效应实验,获取了拟定态爆轰波阵面形状及波速,分析了其随炸药柱密度及半径的变化。结果表明,随着炸药JBO-9021的初始密度由1.894g/cm3增至1.901g/cm3,3种不同半径JBO-9021药柱的爆轰波拟定态波速均增大,拟定态波阵面形状变得更为平坦,波阵面中心点与边界点之间的波到达时间差降低;在小曲率范围内(κ<0.2mm-1),JBO-9021药柱爆轰波波阵面法向波速Dn与当地曲率κ的关系(Dn(κ)关系)不受药柱半径及密度的影响,当曲率κ>0.2mm-1时,Dn(k)关系随药柱半径及炸药密度呈现离散趋势,药柱半径及初始密度共同影响爆轰波波阵面大曲率的Dn(κ)关系。

起爆装置对聚能杆式射流成型影响的数值模拟研究

为研究VESF板对聚能杆式射流成型的影响,利用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D分别就VESF板的材料与形状对侵彻体成型的影响进行数值模拟。结果表明:板形状为K字形、长方形、三角形时,产生最佳爆轰波形所对应的VESF板材料分别为钨、铜和钢;三角形的VESF板产生的爆轰波形最佳,形成的射流速度较高,形态较好。通过调整VESF板的材料与形状可达到调整装药起爆方式的目的。

起爆方式对非圆截面装药结构释能特性的影响

为了研究不同起爆方式下非圆截面装药结构的释能规律,采用AUTODYN软件开展了非圆截面装药结构在不同起爆方式下的释能特性数值模拟,分析了起爆方式对爆轰波形演变、破片质量、破片初速的影响。结果表明:由于装药结构的特殊性,采用端部单点起爆时装药能量分布不均匀,部分区域产生大量的无效小质量破片,且不同位置处的破片初速波动较大;采用端部两点和端部三点起爆时,能够对爆轰能量起到匀化效果,减少无效破片数量,提升破片初速的一致性。由此证明通过调整起爆方式可以对非圆截面装药结构的能量输出结构进行有效调控,对其周向能量场起到匀化效果。

飞片起爆条件下聚能杆式侵彻体成型数值模拟

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲和混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。要获得比较理想的聚能杆式侵彻体,其设计的关键是药型罩材料、药型罩几何结构和爆轰波波形控制等。采用VESF起爆系统来控制爆轰波波形,通过调节VESF起爆系统参数,计算聚能杆式侵彻体成型,计算结果表明,采用VESF起爆系统能杆式侵彻体头部速度提高了21.7%,与实验结果相比,侵彻体头部速度误差为4.1%,侵彻体尾部速度误差为8.1%左右,形成的侵彻体形态相同,实验结果与数值计算基本一致。

测量10GPa爆压炸药爆轰波波形的光电技术

介绍了测量10GPa爆压炸药爆轰波波形的光电技术。用芯径为1mm的塑料光纤采光，芯径为0．3mm的石英光纤与之直接耦合，将光信号传输至光电倍增管转换为电信号后由数字示波器记录；用柱形GI-920炸药对该系统的响应特性进行了初步实验。结果表明：在炸药被观测的表面喷涂一层黑漆可有效防止因炸药的漏光而引起的光信号提前出现；光纤探针采光端面直接与喷黑漆的炸药表面接触，可得到3～5ns前沿的快脉冲信号，而采用硝酸钡粉作为发光材料所得到的信号前沿在90m以上；所得信号的响应时间和爆轰波与采光探针端面的碰撞角有关，随着碰撞角的增大而增大，当碰撞角为16．4°时，响应时间为5．8ns，其不确定度U95=1．4ns。

钝感炸药直径效应实验研究

钝感炸药爆轰波的传播与波阵面曲率密切相关 ,为研究这种非理想行为 ,通过光电联合测试方法测量了常温下直径为 10、12 .5、15、30mm的钝感药柱的定态爆速和波形 ,根据拟合的爆轰波形 ,分析了波阵面法向速度Dn与当地曲率κ之间的关系。结果表明 ,定态爆速随药柱直径的增大而增大 ,当κ较小时 ,Dn只与κ有关 ,当κ较大时 ,Dn不仅与κ有关 ,而且还与药柱直径有关。

隔板对聚能射流性能影响的数值模拟

为研究隔板对聚能装药中爆轰波形和射流形成的影响,应用LS-DYNA有限元程序,采用ALE方法对某带隔板聚能装药射流的形成过程进行了三维数值模拟,并与试验结果进行了比较。计算结果表明,隔板可将球面爆轰波形转变为凹锥形爆轰波,使爆轰波相对于药型罩母线的入射角减小;当隔板厚度不变,存在着最佳隔板直径,小于最佳直径时射流头部速度随隔板直径的增加而增加,反之则会降低;双截锥形隔板可使爆轰波与罩母线的夹角减小到12°,射流头部速度比无隔板时提高了约18%。

串联战斗部中隔板顶角对后级装药影响的研究

为了研究破-破型串联战斗部中隔板顶角对后级装药的影响,采用三维数值模拟的方法,研究了不同顶角的隔板对后级爆炸成型弹丸(简称EFP)速度及成型的影响。研究发现隔板顶角对后级EFP速度及成型有较大影响:隔板顶角越小其阻挡爆轰波的效果越差,对后级EFP速度及成型影响越大;隔板顶角越大越有利阻挡爆轰波,但顶角太大时不利于翻转会与后级EFP发生碰撞,影响后级EFP速度及成型。所以隔板顶角存在一个最佳角度,在最佳角度范围内,隔板可以有效减小对后级EFP速度及成型的影响;当隔板顶角大于或者小于最佳角度时,隔板会对后级EFP的速度及成型有较大影响。该研究结果可用于串联战斗部结构设计。

带壳聚能装药射流参数计算

根据接触爆炸对物体的抛射理论 ,提出聚合碰撞形成射流的概念。根据爆轰波形把聚能装药划分成若干个微元 ,由此推导出一套计算壳体飞散速度和射流参数的公式。编程计算了沿装药轴线的壳体飞散速度和射流参数 ,绘制了曲线。

VESF材料与结构参数对JPC成型影响的数值模拟

采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D数值仿真分析了VESF对聚能杆式射流(JPC)成型的影响,获得了不同VESF材料、形状(K字形,矩形,三角形)及其与主装药间距下侵彻体成型的仿真结果。结果表明,随着VESF材料密度的增加及其与主装药间距的增大,主装药起爆点由中心逐渐向外过渡;不同横断面形状的VESF也可形成不同的起爆方式,K字形与矩形时为点起爆,三角形时为面起爆。在本研究条件下,VESF材料为钢,横断面为K字型与主装药距离为6 mm的,JPC成型效果最佳。