用于瞬态高速飞片速度测量的光子多普勒测速系统

针对目前VISAR等测速仪在测量瞬态高速小飞片速度时调试复杂、测试成功率低等问题,基于光子多普勒效应和自混频原理,采用1 550 nm单模激光,成功研制了一套光子多普勒测速系统。使用该系统测量了不同激光能量密度下的复合飞片瞬时速度,结果显示：该系统测试成功率高,响应速度快,获得的速度曲线完整而清晰。与传统的VISAR和F-P干涉测速仪相比,具有操作简单、测试成功率高、便于携带等非常明显的优势。该系统适用于速度在几百米/s~几千米/s的微小飞片或者微区爆轰的速度测量,也可应用于常规爆炸流场的测试。

爆炸箔尺寸对飞片速度的影响

爆炸箔是冲击片雷管的关键部件,为了获得爆炸箔的厚度和桥区尺寸对冲击片雷管飞片速度的影响,通过光纤台阶法测试了不同厚度和桥区尺寸的爆炸箔驱动飞片的情况。结果表明:在电压3.4 kV、电流3.5 kA的起爆条件下,最佳的爆炸箔厚度为3.67μm,可以驱动飞片产生2 307 m/s的速度;随着爆炸箔桥区尺寸的减小,飞片速度逐渐提高。因此,可以看出在一定的起爆能量下,驱动飞片达到最大速度的爆炸箔存在一个最佳厚度值;在爆炸箔厚度一定的情况下,减小爆炸箔的桥区尺寸,可以提高爆炸箔驱动飞片的能力,从而可以达到降低冲击片雷管起爆能量阈值的目的。

用双灵敏度VISAR测试爆炸箔起爆器的飞片速度

用双灵敏度VISAR测试爆炸箔起爆器的飞片速度历史。通过对飞片表面镀膜处理,消除了爆炸箔爆炸自发光产生的干扰,增加了飞片的反射率。在爆炸箔宽360μm,厚8.4μm,加速膛直径为1.2 mm,飞片厚0.12 mm,放电回路充电电压为4.5 kV,放电周期为750 ns的条件下,飞片最大速度为4.1 km/s,飞片加速时间约为150 ns,飞片达到最大速度的飞行距离约为0.3 mm。

PDV方法测量电爆炸驱动小飞片速度

为优化爆炸箔起爆器性能,采用光子多普勒速度测量技术(PDV)获得了电爆炸驱动小飞片的速度历程。设计了一种电爆炸驱动小飞片测试装置,可以产生Φ0.35 mm×25μm尺寸的小飞片,试验中未对飞片进行任何处理。对两发电爆炸驱动小飞片进行了PDV测速试验,获得了小飞片的速度历程,测得的有效时长约为160 ns。两发飞片的最大速度分别为4520 m·s-1和4330 m·s-1,速度差约为4%,一致性较好。飞片速度剖面有明显拐点。在拐点之前速度上升较快,在60 ns(0.1 mm位移)内达到了最终速度的75%。在拐点之后,速度上升相对变缓,在100 ns内完成了剩余25%速度的增加。

爆炸箔起爆系统初始电阻对爆发电流和飞片速度影响的数值模拟

研究了电爆炸箔起爆系统起爆回路初始电阻对爆发电流和冲击片雷管飞片速度的影响规律,分析了影响电爆炸箔起爆系统体积的因素,为在可靠发火条件下降低起爆系统体积提供设计参考。

起爆高密度TATB炸药的飞片速度阈值

采用实验与数值模拟相合的方法研究了飞片起爆钝感TATB炸药的性能。设计了飞片可靠起爆钝感TATB炸药的起爆序列,利用全光纤位移干涉测速系统分别测出飞片可靠起爆和未起爆TATB炸药的速度,初步确定飞片起爆钝感TATB炸药的起爆速度阈值。采用DYNA2D程序对飞片起爆TATB炸药过程进行数值模拟,模拟结果与实验结果相符合。

飞片材料对电爆驱动飞片速度的影响

采用任意反射面激光位移干涉测试技术(Displacement Interferometer System for Any Reflector,DISAR)分别获得了聚酯薄膜飞片、铝/聚酯薄膜飞片及铜/聚酯薄膜飞片在金属箔电爆驱动下的速度历程。结果表明,在充电电压为25.4 kV时,聚酯薄膜飞片在加速腔中的有效加速时间为1.6μs,最高速度约4.4 km·s-1;铝/聚酯薄膜飞片和铜/聚酯薄膜飞片在加速腔中的有效加速时间均大于3.0μs,最高速度均小于4.0 km·s-1。电爆驱动时,飞片材料对其运动特性有较大影响。金属/聚酯薄膜飞片相对于聚酯薄膜飞片更利于保持飞片的运行姿态,但飞行同样距离时其速度要低。

磁驱动金属飞片速度理论近似解析

从能量守恒关系出发,在一定假设的基础上,提出了一个近似估计磁驱动金属飞片速度的一维物理模型。该模型考虑了磁驱动过程中工作区电感的动态变化以及烧蚀能、磁场能的影响;用3个实验例子验证了该模型的有效性。结果表明,在无冲击形成以及飞片内能累积不大的情况下,用该模型可准确估计飞片的速度。

HNS-Ⅳ炸药驱动飞片速度及形态的数值模拟

为指导基于冲击片雷管驱动飞片的起爆传爆序列设计,采用数值模拟方法计算获得了六硝基茋(HNS-Ⅳ)炸药驱动不同材料(不锈钢、钛合金、铝),不同厚度(0.1～0.5 mm)和不同直径(3,4,5 mm)飞片速度与形态。计算结果表明:在同一厚度下,铝飞片的速度最高,钛合金飞片其次,不锈钢飞片最低,这与其密度关系相对应;对于同种材料,随着飞片厚度的增加,飞片速度逐渐减小,并趋于一个极值;不同直径飞片被爆轰剪切后,其有效直径均有所减小,其中,Φ4 mm和Φ5 mm飞片的有效直径相当,分别为3.6 mm和3.4 mm,Φ3 mm飞片最小,仅为2.8 mm。在爆轰波作用下,HNS-Ⅳ炸药驱动不同直径、0.10 mm厚度钛合金飞片,Φ4 mm和Φ5 mm飞片略呈球面状,而Φ3 mm飞片形态较为平整,分析认为冲击波反射驱动是其形态平整的主要原因。

一种非接触式微小飞片速度原位测量技术

文章提出了一种新的微小飞片平均速度原位测量技术,并研制了速度测量装置。在飞片的飞行路径上设置片激光,通过测量飞片经过片激光的时间间隔及对应的飞行距离,便可获得飞片的平均速度。测量装置的主要部件是高频激光器和高灵敏度光电接收器,无其他复杂或者大型设备,易于与激光驱动微小飞片发射装置等配套衔接,操作方便,成本低。大量试验数据表明,测量装置工作稳定可靠,对厚度不小于3μm、速度不大于10 km/s的飞片,速度测量精度优于5%。

工业雷管轴向飞片速度理论

文章结合近年来飞片速度研究现状，提出了工业雷管轴向飞片速度新的理论方程。工业雷管爆轰过程简化为一维物理模型．运用“装药参数贡献法”推导的理论公式，其计算值与实验值符合较好，所以，在计算工业雷管轴向飞片速度时，考虑装药条件是必要的。

加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律

为揭示加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律,采用光子多普勒测速(PDV)技术、阴影成像技术和显微分析方法研究了厚度20μm单层Al飞片在不同加速膛孔径和长度下的速度和形貌演化历程。结果表明,加速膛孔径与Al飞片被激光烧蚀的孔径大小相当时,即孔径在800μm时飞片可获得3100 m·s^-1的最大速度;加速膛孔径大于800μm时对飞片无法起到有效约束作用,飞片速度有所下降,其中加速膛孔径为1500μm时飞片速度最小,为2700 m·s^-1;加速膛孔径为600μm小于激光烧蚀孔径时,造成周围部分能量的浪费,飞片速度也偏低,为2900 m·s^-1。固定加速膛孔径为1000μm,长度在200~700μm时,飞片速度随加速膛长度增加而明显降低,并且Al飞片在飞出加速膛后均破裂成碎片状并迅速向周围扩散,无法保持完整,飞片碎片总体向外扩散速度随加速膛长度的增加而降低,与PDV获得的飞片速度规律基本一致。

飞片材料经加速老化后对飞片速度的影响研究

为了掌握经长期贮存后的飞片材料在初始起爆条件下的飞片速度是否会发生显著性退化,采用光子多普勒测速仪对经 71℃加速老化不同时间后的聚酰亚胺飞片材料形成飞片的速度进行了测试。结果表明,针对不同时间加速老化后的聚酰亚胺飞片材料,在相同起爆条件下由其形成飞片的最大速度及飞片出炮筒时的速度均无显著性变化,且在一定炮筒厚度下,飞片出炮筒的速度没有达到最大值。

爆炸箔桥翼形状对电爆特性及飞片速度影响研究

利用磁控溅射和光刻工艺制备不同桥翼形状爆炸箔,开展桥翼形状对爆炸箔电爆特性及飞片速度的影响研究。研究表明:改变桥翼形状对电学特性影响较小,圆形桥翼获得电压/电流曲线与传统蝶形桥翼一致;飞片速度随着电压提高而增加,当电压为4.7k V时,圆形桥翼爆炸箔飞片速度为3251m/s,较蝶形桥翼爆炸箔飞片速度(3073m/s)有一定提升,但增幅较小;剪切后飞片形状表明圆形桥翼增加桥翼爆发临界值,电流更为有效地被利用于桥区的等离子体过程中。

基于PDV技术的微型雷管爆炸驱动飞片速度测试研究

针对微型装药爆炸驱动飞片速度问题,搭建微型雷管爆炸驱动钛金属飞片速度测试装置,利用光子多普勒测速技术(photonic Doppler velocimetry,简称PDV),对直径0.7 mm的微型雷管爆炸驱动飞片的速度进行测试,获得小飞片的速度历程,可清晰观察到飞片速度成长、保持、降低的过程。研究了防护PDV光探头有机玻璃厚度对飞片速度的影响,结果显示:当增大有机玻璃厚度时,测试的飞片平均速度会减小,测试相对误差增大;研究了光探头端面与飞片表面不同距离对测试结果的影响,对速度曲线进行位移积分,结果显示:距离较小时,测试结果的一致性较好,速度、位移增长拐点出现时机较为一致。针对整个测试系统,分析了高斯光束条纹间距、防护玻璃、金属表面反射率、试验装置振动因素对测试精度的影响。

微尺寸叠氮化铅驱动飞片重要结构参数与飞片速度和能量的关系

为获得微尺寸叠氮化铅驱动飞片的重要结构参数与飞片速度和能量的关系,进行微装药驱动飞片的仿真研究。根据叠氮化铅的爆速与密度关系,拟合出基于γ律方程的叠氮化铅Jones-Wilkins-Lee状态方程参数;利用有限元分析软件AUTODYN建立叠氮化铅驱动飞片的仿真模型,并使用光子多普勒测速系统测得飞片速度-位移关系曲线,仿真与试验曲线的一致性好。使用建立的仿真模型分析装药直径、装药高度、加速膛孔径、飞片厚度与飞片速度和能量的关系。结果表明:随着装药直径和高度的增加,飞片速度、能量增长速率减小,装药直径变化对飞片速度、能量的影响更显著;随着飞片厚度增大,飞片速度呈指数下降,飞片能量先增后减,存在着使飞片能量最大的飞片厚度;加速膛孔径小于装药直径时,飞片速度、能量略有下降;加速膛孔径大于装药直径时,飞片速度、能量急剧下降。

微装药驱动飞片速度及形态研究

飞片速度和形态对其冲击起爆性能有重要影响,采用光子多普勒干涉激光测试技术(PDV)和数值模拟方法,研究了加速膛直径、飞片厚度和飞片材料对叠氮化铅微装药驱动飞片速度和形态的影响规律。试验结果表明:飞片厚度一定时,存在一个最优加速膛直径(1.4mm)使飞片的稳定速度最大(2050m·s^(-1));最优加速膛直径下,飞片的稳定速度随飞片厚度增加而降低;飞片厚度相同时,铝飞片的稳定速度最大,钛飞片其次,不锈钢飞片最低。仿真结果表明,飞片材料为不锈钢时,30μm厚的飞片平整度最好;飞片厚度相同时,钛飞片的平整度和完整性最好。

VISAR测量电爆炸箔驱动飞片速度的实验研究

为改进冲击片雷管的优化设计,用激光速度干涉仪(VISAR)测量了电爆炸箔起爆器驱动Mylar飞片的速度。介绍了VISAR的工作原理、测量Mylar飞片速度的实验装置及测量方法,得到了不同充电电压和桥箔尺寸条件下Mylar飞片的速度历史,讨论了放电回路参数、电磁干扰、冲击发光、反射率等对测速的影响,估算了Mylar飞片在加速过程中的形变对测速精度的影响。解决了影响VISAR测速的一些技术困难,获得了关键测试技术,成功地用VISAR测量Mylar飞片的速度。

用双灵敏度VISAR测试冲击片雷管飞片速度

飞片是半透明的聚酯薄膜，它具有较高的透光率和低反射率。爆炸箔爆炸产生的干扰光信号透过飞片进入VISAR系统，就将会导致实验失败。同样，如果反射率低，反射光太弱也一样会导致实验失败。为了消除爆炸箔爆炸发光的干扰，同时提高飞片表面的反射率，对飞片进行了表面镀膜处理。镀膜分两种：镀铜膜和镀铝膜。镀铜膜前后飞片的光学性能见表1。

光电法测试冲击片雷管的飞片速度

采用了光纤一光电倍增管一示波器进行冲击片雷管的飞片速度测试研究。光纤一光电倍增管一示波器测试飞片速度的原理是：光纤被高速飞片撞击后，光纤、飞片均受到冲击压缩，密度增大，导光率下降，在光纤中产生一个突然变弱的闭光截面，而后余光继续通过。信号由光电倍增管一示波器记录，根据示波器上记录的时间点，可计算出飞片不同距离上的平均速度。