钝感炸药冲击起爆反应过程的 PDV 技术

为研究A型钝感炸药冲击起爆反应演化过程,进行了火炮驱动蓝宝石飞片的一维平面冲击实验。实验中采用光子多普勒测速仪(Photonic Doppler velocimetry,PDV)技术测量冲击起爆后台阶型炸药的粒子速度。在炸药不同厚度台阶的后界面固定镀铝膜的楔形氟化锂(LiF)窗口,利用阻抗匹配将PDV测量的LiF窗口波后粒子速度转化为炸药样品波后粒子速度。比较组合式电磁粒子速度计和PDV两种测速技术,结果表明,相较于组合式电磁粒子速度计,PDV测量的粒子精度更高。简要分析了PDV测速探头角度、探头孔径、窗口折射率等影响,得到PDV测速的相对不确定度小于1%。

激光火工品用MgAlH储氢薄膜的制备及驱动飞片性能研究

采用磁控溅射技术在直径为5.8 mm的蓝宝石基底上制备厚度约为1μm的MgAlH储氢薄膜,溅射气氛为体积流量比3∶1的氩氢混合气,采用SEM和XRD技术对MgAlH薄膜的微观结构和成分进行表征。研究结果表明,相较于MgAl薄膜,制备的MgAlH薄膜表面比较粗糙,致密度较低。XRD分析结果表明,MgAlH薄膜中存在MgH2相。根据薄膜样品的XRD图谱,利用K值法计算得到MgAlH薄膜中MgH2的相对含量为质量分数30%。相较于MgAl薄膜,MgAlH薄膜的热导率未发生明显改变,但其光吸收率提高了18%左右。将MgAlH储氢薄膜装配成飞片靶,利用PDV系统对薄膜驱动飞片速度进行测试,结果表明,相较于纯MgAl薄膜,MgAlH储氢薄膜驱动飞片的速度提升了15%。

基于激光驱动的复合飞片参数与性能

在激光驱动飞片技术中,复合飞片的使用可提高对激光的能量利用率,从而获得更高的速度。为进一步研究复合飞片各层参数对激光驱动飞片速度的影响,采用Ti、C、Al2O3、Al等材料制备了不同参数的复合飞片,利用小型掺钕钇铝石榴石晶体ND：YAG固体激光器在200-300 mJ能量下进行了驱动飞片试验,并通过光子多普勒测速仪（PDV）对飞片速度进行了测试。结果表明,在厚度控制合理的情况下,增加了吸收层（0.15μm,Ti）的复合飞片最大速度较单层飞片提高了约110%,同时增加了烧蚀层（0.3μm,Al）和隔热层（1.0μm,Al2O3）的复合飞片最大速度较单层飞片提高了约41%,并对复合飞片的能量利用率及加速距离进行了分析,表明激光驱动复合飞片在0.02μs左右可达到最大速度的90%,在0.08μs左右可达到最大速度。

激光冲击片雷管中飞片的结构优化及性能测试

为有效提升激光冲击片雷管的能量利用率,需对雷管中的飞片结构进行设计和优化。在对飞片进行结构设计的基础上,采用磁控溅射和扫描电镜(SEM)的方法完成了C/Al/Al2O3/Al飞片的制备和表征,获得了飞片各层的制备速率和表面形貌;采用光子多普勒测速系统(PDV)测试了不同参数C/Al/Al2O3/Al飞片的加速历程,发现在相同激光入射能量下,不同参数飞片的加速历程有所不同,设计制备的0.05/0.7/0.7/20.0μm复合飞片(Φ1.0mm)能量利用率最高,飞片速度达到2301 m·s-1。结合飞片各层材料的物理特性分析得到,石墨吸收层的反光系数、汽化能与导热性能,及Al2O3隔热层的表观致密度、电离势能和导热性能直接影响飞片的速度,而飞片加速时间与石墨吸收层较高的导热率相关。

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。

基于反向撞击法的JB-9014炸药Hugoniot关系测量

为了获得JB-9014未反应炸药的Hugoniot关系,在火炮加载平台上利用反向撞击技术对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。将JB-9014炸药样品作为飞片安装于弹托前表面,将镀膜氟化锂窗口作为装置靶。利用火炮加速弹托,使炸药样品以一定速度撞击镀膜氟化锂窗口,通过光子多普勒测速仪(photonic Doppler velocimetry,PDV)测量炸药样品击靶速度以及炸药/镀膜氟化锂窗口界面粒子速度。最终根据冲击波阵面守恒关系计算获得了JB-9014炸药冲击Hugoniot数据,采用正交回归直线拟合得到了炸药样品在3.1～8.2 GPa压力范围内的冲击Hugoniot关系:D_s=2.417+2.140u_s (D_s和u_s的单位均为km/s)。结果表明:该方法测试精度较高,响应时间快(小于5 ns),同时该方法可以对炸药的反应情况进行检测,便于判断实验是否测得真实的未反应炸药冲击Hugoniot数据。

金属隔层和空气间隙对钝感炸药冲击起爆的影响

为了确定空气间隙和金属隔层对冲击起爆的影响,采用火炮加载蓝宝石飞片冲击起爆Φ50 mm×30 mm的A型炸药,产生的冲击波通过空气间隙和金属隔层起爆Φ50 mm的台阶型B型炸药。在B型炸药的后界面粘贴镀膜氟化锂(LiF)窗口,使用光子多普勒测速仪(PDV)测量金属和B型炸药的后界面速度,进而计算得到金属和B型炸药的冲击波透射压力,再利用阻抗匹配计算得到金属和B型炸药的入射压力。结果表明:传爆药和金属隔层间的空气间隙使冲击压缩过程转变为准等熵压缩和冲击压缩两个过程,同时使冲击波的幅值减小;确定了金属隔层厚度为5 mm时冲击波压力的衰减范围;当使用A型炸药作为传爆药,空气间隙为0.3 mm,金属隔层厚度为5 mm时,B型炸药在7~10 mm之间开始反应。