多级炸药爆轰高速驱动技术的Gurney模型优化分析

利用多级炸药 飞片装置可得到速度在10km/s以上、直径数厘米的末级平面飞片,在高压物态方程和高速碰撞等实验研究中有重要应用前景。改进了爆炸驱动的Gurney模型,推广用于典型的二级爆轰驱动(前级飞片 炸药层 后级飞片)装置的分析,得到前、后级飞片终速度的计算公式,与实验结果符合较好。根据对炸药层厚度优化计算结果的讨论可知,对于综合利用前级飞片动能和炸药层能量最有利的后级飞片速度处于2～3倍Gurney速度的范围。前级飞片速度很高时,后级飞片速度趋于两者直接弹性碰撞的结果。

一个描述强激光驱动飞片高速运动的Gurney模型

在Gurney模型的基础上,结合变质量体系的动力学方程,提出了一种简单地描述在真空环境中强激光驱动飞片高速运动的计算模型.以强激光驱动铝飞片为例,根据一组飞片厚度(10μm)的速度实验结果,确定了模型中的激光/飞片能量耦合参数,并且通过与其他不同厚度飞片的实验结果比较表明,该模型在较宽的激光加载强度范围内,对飞片运动的速度均有比较好的描述和预测能力,该模型具有一定的普适性.

激光驱动飞片速度的理论分析

激光驱动飞片技术是模拟微流星体/空间碎片对航天器外露材料/部件超高速撞击,用于开展撞击累积损伤效应与材料性能退化的研究,也是进行航天器在轨寿命预估和空间碎片防护研究的重要技术手段。飞片速度是衡量激光驱动飞片技术水平的关键性参数之一。文章从Lawrence改进的Gurney模型出发,着重分析了激光输出能量、脉宽、聚焦光斑大小以及飞片靶厚度等参数与飞片速度大小的关系,提出激光驱动飞片技术中提高飞片速度的主要途径:其他条件一定时,薄靶较厚靶更易获取高速飞片;小光斑较大光斑更易获取高速飞片;长脉宽高能激光器或短脉宽低能激光器比较适合获取高速飞片。以上结论对从试验上获取高速飞片具有重要指导意义。

平面二级炸药强爆轰驱动装置的优化设计

在推广的Gurney理论模型基础上,采用遗传算法优化技术,对平面二级强爆轰驱动非线性问题进行了初步的优化设计。飞片及炸药的材料分别为钢及JO-9159,在初级飞片和次级飞片厚度分别为2.5 mm和0.5 mm时,得到了不同初级飞片速度(5.0~6.5 km/s)下次级飞片的最大速度及对应的次级炸药最佳厚度。并对铝、铜、钼及钽等几种典型金属材料飞片进行了计算,得到了初级飞片速度为5 km/s时对应的次级炸药最佳厚度等优化参数。这些计算结果可以为二级强爆轰驱动装置的实验设计提供重要参考。

爆炸驱动多层球形破片初速场分析

为准确计算多层球形破片在爆炸驱动下的初速场,通过对装药结构的等效分析,基于Gurney假定和相邻层颗粒之间力和力的波动量等概率传递假定,忽略排列方式引起的孔隙率变化,应用动量和能量守恒建立了破片初速场的理论计算模型。该模型反映了炸药参数和破片的密度、层数和直径等因素对破片初速的影响;针对典型的爆炸驱动前向多层破片模型,用LS-DYNA3D非线性有限元程序对多层钨球破片的爆炸驱动过程进行数值模拟,开展了相关验证试验并分析了理论计算值与试验误差产生的原因,分析讨论了不同球形破片直径和不同破片层数下破片初速的变化情况。结果表明:理论计算值与数值模拟及试验结果吻合较好;随着相同直径破片层数的增大,破片初速减小,相邻层间破片的速度差值更大;层数相同时,随着破片直径的减小,破片初速增大,但相邻层数破片的速度差值更小。

多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀规律的理论确定方法

为快速预估任意配比的多元混合炸药爆轰产物的JWL(Jones-Wilkins-Lee)参数,提出了快速确定多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀规律的理论方法,即在给定各组分爆轰产物JWL参数的前提下,根据能量守恒定律,采用Gurney模型,确定圆筒试验中多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀距离随时间变化的曲线。同时,利用能量守恒原理以及经典爆轰理论中通过常γ状态方程得到的爆速、爆压和爆热之间的关系式,提出了确定多元混合炸药爆速和爆压的方法。采用该理论方法,分别计算了多元混合炸药PBXC03和PBXC10爆轰驱动圆筒膨胀规律及爆速和爆压,计算结果与前人的实验结果符合较好,验证了该理论方法的可行性和有效性。

加速膛刀口直径对激光驱动飞片影响的研究

为研究激光驱动飞片起爆装置中加速膛刀口直径对输出飞片速度的影响,利用Lawrence Gumey模型进行了理论分析,并设计了不同直径的刀口进行切割聚酰亚胺膜和冲击起爆HNS-Ⅳ试验。理论分析和试验结果均表明:随着加速膛刀口直径减小,输出飞片的速度增大,产生的冲击强度增大;试验未能成功起爆HNS-Ⅳ,但随着加速膛刀口直径的减小,药剂部分发生了反应。