冲压加速器预混推进剂爆轰速度研究

冲压加速器是利用推进剂气体混合物的化学能将弹丸加速到超过２ｋｍ／ｓ初速的新发射技术，根据弹丸的速度和气体混合物的爆轰速度可将它分为三种运动模式．简述了冲压加速器的基本原理，对冲压加速器中常用的甲烷、氧和氮混合物的爆轰速度进行了实验测量，并用爆轰理论对爆轰参数进行了计算．结果表明，改变气体混合物中稀释剂氮的含量，就可以调节它的爆轰速度，在甲烷当量比不变时，混合物的爆轰速度随氮的含量增多而下降．

爆炸焊接条件下炸药爆轰速度的影响因素

炸药的爆轰速度是爆炸焊接的一个重要的工艺参数。讨论了爆轰速度的影响因素 ,指出了研究和控制这些因素对于稳定爆炸焊接过程和获得高质量的爆炸复合材料有重要的意义。

测量炸药旁侧爆轰波速度的啁啾光纤布拉格光栅传感器技术

提出了一种适用于啁啾光纤布拉格光栅CFBG(chirped fiber Bragg grating)传感器测量爆轰波速度的实验公式,该公式考虑了ASE(amplified spontaneous emission)光源的光谱、CFBG的平坦度对测量的影响;研究了CFBG的反射谱线宽与长度的理论关系,并设计了测量CFBG反射谱线宽的实验装置,从而可计算出CFBG长度。搭建了测量CFBG传感器系统常数的实验装置,并利用实验数据拟合了系统常数;用CFBG传感器测量了RDX/TNT(60/40)的旁侧爆轰波速度,与其爆速有3.4%的差异。

初始压力对爆轰波在管道内传播的影响

建立爆轰管道研究不同初始压力下爆轰波在管道内传播规律.选用CH4+2O2气体,采用光纤探针测量爆轰波在管道内的传播速度,采用烟迹法记录爆轰波胞格结构.结果表明:爆轰波在管道内传播时出现5种不同传播模式,分别为稳态式、快速波动式、结巴式、驰振式与失效模式.在稳态传播模式下,爆轰波局部速度波动很小且平均速度接近理论爆轰CJ速度,并呈现多头胞格结构.随着初始压力的降低,爆轰波局部速度波动增加且其平均速度产生衰减.在驰振式爆轰解耦处,爆轰波胞格结构消失,过载爆轰时,重新形成胞格结构.进一步降低初始压力至爆轰失效时,则无胞格结构.

氢气/丙烷/空气预混气体爆轰性能的实验研究

通过采用压力传感器和烟灰板两种测试设备,开展了常温常压下氢气/丙烷和空气混合气体爆轰性能的实验研究。实验过程中观察到自持爆轰波,爆轰速度比值在0.99~1之间,爆轰压力比值在0.8~1.2之间。爆轰胞格尺寸在10~50mm范围内,建立了爆轰胞格尺寸和化学诱导长度的关系式。随着丙烷不断添加,爆轰速度减小,而爆轰压力和胞格尺寸增加。这种变化趋势起初较快,而后变缓。因为起初氢气摩尔分数较大,混合气体趋向于氢气/空气的爆轰性能;而后因丙烷摩尔质量较大,丙烷逐渐起主要作用,混合气体表现出丙烷/空气的爆轰性能。

初始条件对管道内爆轰波传播特性影响研究

实验研究了C_2H_2+2.5O_2+nAr气体爆轰波传播特性随初始条件变化规律。采用光电二极管测量爆轰波传播速度,烟迹法记录爆轰波胞格结构。结果表明:随初始压力降低,爆轰波在管道内出现稳态式、快速波动式、失效式传播模式。稳态式传播时爆轰速度局部波动小于平均速度的5%,初始压力对爆轰速度几乎无影响;快速波动式传播时爆轰速度局部波动增大,平均速度发生衰减,衰减幅度随初始压力降低而增大。随Ar稀释浓度增加,爆轰速度逐渐减小,且Ar稀释浓度对爆轰速度的影响显著。胞格尺寸随初始压力的降低而增大;稳态气体胞格结构规整;而非稳态气体胞格结构杂乱。

炸药爆炸速度对铝/钛爆炸焊接复合管结合界面及性能的影响

通过在粉状乳化炸药中添加不同比例密度调节剂,配制了自然堆积状态下爆炸速度范围为1450~2550m/s的低爆炸速度炸药;采用该爆炸速度炸药进行了铝/钛复合管爆炸焊接试验,结合最小碰撞速度理论,对试验结果及其界面微观结构和结合强度测试进行了分析.结果表明,该复合管爆炸焊接的合适爆炸速度约为1950~2150m/s,其结合质量能够满足后续加工要求;爆炸速度对复合管的界面结合波形影响很大,且复合管前端波幅较小,沿着爆轰传播方向逐渐增大,至末端时又变小,波形且呈现不太规则的扁平波状结合现象,分析认为主要是因为在复合管的爆炸焊接环境和爆炸产物飞散条件与复合板不同所致.

填充物对单孔双基推进剂爆轰性能的影响

为了提高装药的安全性,以非整体式圆环形双基推进剂为主装药,其间隙分别填充氧化剂混合胶液、空气、沙子、水、木屑、橡胶等,采用电离法和见证板法测定装药的爆轰性能。结果表明,用氧化剂混合胶液与水填充的主装药爆轰速度较大,空气填充的主装药爆轰不完全;得到用氧化剂混合胶液与空气填充时非整体式装药的爆速与装药药段长和空隙尺寸关系的表达式。

弯曲管道内气相爆轰传播特性实验研究

对乙烯-空气爆轰波在弯曲管道内的传播特性进行了实验研究,利用不锈钢弧形管和螺旋管,分析比较不同弯管对乙烯-空气爆轰波传播特性的影响。结果表明:可燃气体爆轰波在弧形管道内传播时,波速逐渐降低,且波速弯曲通道的管径越小,曲率半径越小,爆轰传播速度下降的越快。可燃气体爆轰压力在螺旋形弯管中传播时不断衰减降低,且螺旋管螺距越小,曲率半径越小,压力亏损越明显。

基于乙烯或氢气的吸气式旋转爆轰发动机实验

基于氢气的旋转爆轰发动机研究较多,而碳氢燃料与空气混合较为困难,导致基于乙烯的旋转爆轰发动机燃烧技术难度很高.使用宽视野范围的可视化燃烧室观察旋转爆轰波的研究在国内尚未开展.在同一燃烧室内进一步开展了乙烯或氢气的吸气式旋转爆轰实验,来流总温为283～284 K,燃烧室壁面有140°石英玻璃观察窗,便于观察旋转爆轰波运动过程.空筒燃烧室爆轰环腔外径为100 mm,轴向长度为151 mm.燃料通过150个直径0.8 mm圆柱孔进入燃烧室,空气通过喉部1 mm宽的收敛扩张环缝流入环腔.高速摄影和低高频压力传感器均验证了旋转爆轰波的存在和速度值.以氢气为燃料的旋转爆轰波速度最高可达理论值的101%,爆轰波增压效应可达40%左右,乙烯旋转爆轰波速度可达理论值的89%.旋转爆轰波结构容易发生变化,不规则.氢气旋转爆轰的维持对燃烧室的结构要求比碳氢燃料要低,比乙烯旋转爆轰波更加稳定.

连续爆轰发动机燃烧室内压力分布的实验研究

近年来,由于爆轰高效的燃烧方式,其已成为各国学者关注的焦点。而连续爆轰发动机只需一次点火,便能在燃烧室内形成连续传播的爆轰波,从而可以提供持续稳定高推力的优越性能使其成为航空推进的一个重要研究方向。本文基于北京大学燃烧推进动力中心的连续爆轰实验设备,利用H2/O2混合燃料,结合实验数据对连续爆轰发动机内部压力分布进行了实验研究,分析了连续爆轰形成、稳定和熄灭的过程,计算了实验中连续爆轰的速度和旋转周期,为进一步研究连续爆轰发动机内部机理奠定了基础。

用C-H-N-O炸药的M、ρ、Δ_fH_m~θ、C_p、T_(igorb)和爆轰产物的Δ_fH_m~θ估算炸药的爆轰性能

借助C-H-N-O炸药的分子式(CaHbNcOd)、分子质量M、密度ρ、标准摩尔生成焓ΔfHθm、比热容Cp、自动点火温度Tig、热爆炸临界温度Tb、爆轰分解反应方程式,计算每克炸药爆轰产生的气体产物摩尔数N、每摩尔炸药爆轰产生气体产物的平均质量Mg、每克炸药爆轰反应的反应热(Qd=-ΔdHθm)的表达式,计算爆速D和爆压P的Kamlet-Jacobs公式,计算标准摩尔生成能ΔfEθ、点火焓Hig、爆轰反应能ΔfUθ,多方指数k,爆轰产物的粒子速度up,d的表达式,得到了评价能量和毁伤作用的参数Qd、ΔfEθ、Hig、ΔdUθm、D、P、k和up,d值。

旋转爆轰发动机燃烧室的燃烧与流动特性研究

设计了一台爆轰环腔外径100mm、内径80mm、长117mm的不带有尾喷管的旋转爆轰发动机燃烧室,并进行了实验和数值模拟研究,来了解不同当量比下的燃烧和流动特性。在该燃烧室头部,空气通过60个直径2mm孔轴向喷射,氢气通过2mm宽环缝喷射。氢气和空气最大供给总压分别可达12和10.5MPa。实验发现,当量比大于2时,燃烧发生在燃烧室以外,为爆燃;当量比接近于1时,燃烧室内存在多个反向旋转爆轰波,爆轰波平均速度较低,不超过1000m/s;当量比小于0.58时,仅有一个爆轰波准稳态旋转。在当量比为0.55时,旋转爆轰波传播速度为1274m/s。在当量比为1时,进行了17s无热防护的旋转爆轰发动机实验,未发现燃烧室有明显烧蚀。数值模拟表明在流量为400g/s时,有3个爆轰波同向旋转,外壁面侧传播速度约为1998m/s。

爆速对爆炸焊接铝/不锈钢复合管界面及结合性能的影响

通过在粉状乳化炸药中添加不同比例的密度调节剂,配制了爆速范围为1 450~2 550m/s的低爆速炸药;采用该爆速炸药进行了铝/不锈钢复合管爆炸焊接实验,结合最小碰撞速度理论,对实验结果及其界面微观结构和结合强度进行了测试和分析,确定该复合管爆炸焊接的合适爆速约为1 950~2 150 m/s,其结合质量能够满足后续加工要求;同时发现界面由介于直线与波形之间的波状形态组成,且呈现不太规则的扁平波状结合,经分析,炸药爆速、复合管的爆炸焊接环境和爆炸产物飞散条件对界面结合波形及熔化层厚度有很大影响。

爆炸焊接波状结合区塑性变形机理的计算分析

爆炸焊接结合区产生大的塑性变形及波状结合,是爆炸焊接工艺的主要特征,也是实现良好冶金结合的必要条件。但是,塑性变形及波状结合的形成机理尚不明确。该文引入牛顿应力公式到弹塑性模型,以近似描述结合区材料行为,建立了连续介质模型,对波状结合区的塑性变形及爆轰速度对塑性变形的影响进行计算分析,并与试验结果对比。结果表明,结合界面呈波形,结合区材料产生大量的塑性变形,并且向界面集中,变形集中的区域沿爆轰方向由宽变窄,材料变形量逐渐增大;随着爆轰速度的增大,界面变形区域扩大,且变形量增大。

低爆速炸药研制

研究低爆速炸药。对于提高爆炸金属复合材料的技术水平和生产工艺的稳定性，有着积极的促进作用，本文论述了低爆速炸药的组成原理、各组份的性能和作用以及降低爆轰速度的措施。并对炸药的主要性能指标进行了测试和分析。

ANFO在炮孔中的殉爆起爆试验研究

为了检验空气间隔装药结构中,现场混装铵油炸药(ANFO)主发装药段殉爆被发装药段的可行性和可靠性,设计了殉爆检验和试验方法,进行了5次共36个孔内ANFO殉爆试验,并测试了6个孔径为311 mm的孔内ANFO爆速。结果表明:沙漠地区某露天矿干燥钙质硅酸盐和覆盖砂层台阶爆破时,空气分段间隔装药中,上部装药段可以不设起爆体,直接利用底部装药段殉爆起爆,且孔径311 mm的炮孔比孔径165 mm的炮孔殉爆距离更大;被殉爆的上部装药段的爆速比底部装药段低,且随空气间隔长度的增大而降低;与常规分段起爆相比,采用殉爆起爆,没有放置上部装药段起爆体的工序,从而提高装药效率,节省起爆体成本。

炸药爆燃特性的研究

在没有外界氧气的情况下,有时炸药能以比声速低得多的速度分解。炸药,尤其是许用炸药的这种缓慢燃烧被认为是地下煤矿的重大安全隐患。由于炸药的爆燃速度比爆轰速度低得多,炸药爆燃有可能引燃甲烷—空气混合物和煤尘—空气混合物。因此,在煤矿防止许用炸药的爆燃很重要。为此,在炸药用于地下煤矿之前,首先需要确认其为非爆燃性的。