气相爆轰波凹面反射过程尺度效应的实验研究

了解气相爆轰波的凹面反射是研究爆轰波在环形管道条件下传播机制的基础。文章针对气相爆轰波凹面反射问题中存在的尺度效应进行实验研究,得到三波点轨迹和临界壁角与几何尺度之间的定量关系,发现了类似于爆轰波楔面马赫反射的尺度效应和2个极限(冻结和平衡极限);进一步研究发现尺度效应高度依赖于2个特征长度尺度(胞格尺寸λ和凹面曲率半径R)。以上研究可为高性能航天推进系统燃烧室的设计提供理论参考。

侧向膨胀效应下激波与涡轮平面叶栅相互作用机理研究

爆轰燃烧具有更低的熵增率和更高的热循环效率,利用旋转爆轰燃烧室替代涡轮喷气式发动机的主燃烧室可以进一步提高其工作性能。为研究旋转爆轰波组合发动机内部的工作过程,建立激波管与涡轮平面叶栅耦合计算模型,考虑激波传播方向的影响,分析激波在侧向膨胀效应下与涡轮叶片相互作用机理,并在此基础上进一步开展可视化实验研究。结果表明:在侧向膨胀效应影响下,激波波阵面从竖直形状转变为弯曲形状,波后气流在直角台阶处形成一个三角形的局部超声速区域,随后弯曲激波与涡轮叶片的前缘处、压力面、吸力面和尾缘处相互作用,在叶栅通道内形成复杂的波系结构。静子叶栅和转子叶栅对压力和温度有着不同程度的抑制作用,当弯曲激波相对于叶片垂直时,叶栅的抑制更为明显。对比分析了实验与数值模拟获得的激波系在涡轮平面叶栅通道内的传播及演化过程,发现激波演化的时空特性高度一致,实验与数值模拟结果吻合良好。观测到弯曲激波在叶片尾缘处发生衍射,波阵面面积明显增大且激波传播方向改变,随着激波继续传播,叶片尾缘处伴随着脱落涡产生。

带壳钝感炸药非理想爆轰实验研究

采用光电测试的方法,研究了钝感炸药的约束效应。实验结果表明,增加约束不能显著提高炸药的定态爆速,但可以使波阵面变得扁平;在装药直径相同的情况下,有约束和无约束的装药相比,有约束装药波阵面上各点法向爆速提高;约束对爆轰波波阵面的这种影响起主要作用的是约束材料的波阻抗,随着约束波阻抗的增大,这种影响更加显著。

低温下小尺度钝感炸药非理想爆轰实验研究

钝感炸药爆轰波法向速度Dn与当地曲率κ密切相关,为研究这种非理想行为,测量了-30℃下直径为10、12.5、153、0 mm的钝感炸药的定态爆轰速度和爆轰波形,并与24℃下的实验结果进行了比较。研究表明,低温下爆速随药柱直径的增加而增加;直径相同时,温度越高,爆轰波形越平坦;温度相同时,直径越大,爆轰波形越平坦;直径较小时,低温下的爆速小于常温下的爆速,相应的法向爆速与当地曲率的关系曲线Dn(κ)位于常温下曲线的下方;直径较大时,低温下的爆速大于常温下的爆速,相应的Dn(κ)关系曲线位于常温下曲线的上方。

爆轰波碰撞的聚能效应

利用两高爆速导爆索对称布置于药卷两侧,起爆后炸药爆轰波在对称线处汇聚碰撞,当碰撞角度达到一定值时,发生马赫反射,使爆轰压力成倍增加,形成高压、高能量密度区域的聚能效应。本文在爆轰波传播碰撞理论的基础上,通过炸药做功能力和猛度试验验证爆轰波碰撞的聚能效果。做功能力试验结果表明爆轰波碰撞能够增加炸药能量利用率;猛度试验结果表明采用对称起爆技术下的爆轰波碰撞能够改变爆轰波在特定方向上的扩散作用。试验结果与爆轰波入射角的几何关系表明,当高爆速起爆药条与主装药爆速比例在1.15倍以上时,爆轰波碰撞能够达到一定的聚能效果。

高温下TATB基钝感炸药爆轰波波阵面曲率效应实验研究

为了研究高温环境对钝感炸药爆轰波波阵面曲率效应的影响,采用高速扫描照相技术及电探针测速技术获取了高温60℃环境下TATB基钝感炸药三种直径药柱爆轰波拟定态爆轰波形状及波速。结果表明,TATB基钝感炸药在高温60℃下的拟定态爆轰波波速随着炸药直径基本呈现线性增长趋势,且相同直径的高温结果均低于常温结果。三种直径TATB基钝感炸药在高温60℃下的拟定态波阵面形状较常温结果更为陡峭。采用遗传算法对三种直径炸药的实验结果进行拟合计算,获得了TATB基钝感炸药高温曲率效应D_n(κ)关系参数。采用DSD(Detonation Shock Dynamics)方法对三种直径炸药的爆轰波非理想传播过程进行了模拟,计算结果与实验结果吻合较好。

拐角角度对爆轰波拐角效应的影响

利用高速摄影技术研究了拐角角度分别为６０‘、９０‘、１２０‘情况下注装ＴＮＴ中爆轰波的拐角绕射现象。结果表明，拐角距离和死区面积随拐角角度的变化而变化。拐角为６０‘时没有明显的爆轰波滞后现象；随着拐角角度的增大，拐角距离减小；拐角为１２０‘时，有死区（ 未爆区） 存在。

脉冲爆震发动机快起爆的二维数值模拟

为研究脉冲爆震发动机的点火过程,用二维欧拉方程和Korobeinikov两步爆震模型对爆震波快起爆过程进行了数值模拟研究。用高温高压未燃气体点火方式来模拟试验中的电火花塞点火。研究表明:电火花塞的能量不足以直接点燃爆震波,爆震波是在经历了一系列反射激波的相互作用后最终建立的。激波 爆震波转捩是快点火过程,是爆震波建立的一个非常重要的机理。在设计点火装置时,火花塞要尽可能靠近壁面和拐角,以便产生高强度的反射激波。同时还要控制反射激波的方向,使之向未燃气体中顺利传播,才能起到很好的点火效果。

导爆管起爆与传爆过程的高速摄像研究

结合高速摄像技术,对导爆管的正常起爆与传爆过程进行了研究,得到了导爆管的起爆与传爆过程的高速摄像图像。对高速摄像图像进行了分析与测算,得到1745m/s爆速导爆管起爆过程的爆轰成长规律及其成长长度为18.5cm左右的结论,得到了稳定爆轰波结构模型及其有效反应区长度为7cm左右的结论。

坑道内爆炸条件下水的消波效应研究

内爆炸对坑道内的人员、装备、结构都具有巨大的毁伤效应,内爆炸的防护技术已成为研究的热点。本文就炸药在坑道内爆炸情况下水的消波效应,开展了坑道模型爆炸试验、实际坑道爆炸试验、数值模拟研究,结果表明:坑道内爆炸条件下水具有显著的消波效应。文中还给出了不同置水工况下坑道空气冲击波超压的衰减率范围,并对水消波效应的机理进行了初步探讨。

对钝感炸药D_n(κ)关系式一种改进的探讨

在直径效应研究的基础上,测量了不同直径钝感炸药的拟定态爆速和波形,进一步探讨了拟定态波阵面上法向爆速Dn与当地曲率κ的关系(Dn不仅依赖于κ,还依赖于波阵面变化率κ′,在κ一定时,κ′越大,Dn越小),使该关系适用于整个波阵面范围内。同时,将改进后的Dn(κ)关系代入LS模型计算,与实验结果符合得较好。

偏心起爆圆柱形壳体膨胀初速研究

利用爆轰波对密实介质的斜冲击理论,对偏心起爆条件下壳体内表面的反射超压进行了计算。根据爆轰产物绝热膨胀假设推导,得到了有限区域内壳体内表面的压力变化规律,并利用压力冲量原理导出了破片的初速计算公式。理论计算结果与Autodyn仿真结果符合较好,计算误差小于5%,表明采用压力冲量原理可很好地预估单点偏心起爆条件下的圆柱形壳体定向区的膨胀速度。

典型相似结构柱壳装药殉爆响应数值模拟

为了研究相似结构柱壳装药殉爆响应的差异,选用常用于考核炸药殉爆不敏感性能的两种具有几何相似特性的典型柱壳装药结构,并采用数值模拟方法对Ф60 mm和Ф120 mm两种弹体的殉爆过程进行了分析。结果表明,两种弹体壳体破裂形成的自然破片长宽比约为3.5∶1,破裂前壳体壁厚与破片厚度的比值在1.5~1.75;?60 mm弹体主发弹壳体破裂后形成尺寸较小的自然破片,被发弹发生殉爆是由于相邻多枚小破片撞击后压力叠加的结果,单枚小破片由于撞击后侧向压力波稀疏效应明显而无法起爆被发弹,增加弹间距降低了多枚小破片同时击中被发弹同一区域的概率;对于Ф120 mm弹体,随着壳体厚度的增加,主发弹壳体破裂后形成尺寸较大的自然破片,单枚较大质量的破片撞击被发弹壳体的压力波汇聚效应较强,侧向稀疏区域较小,因此可以冲击起爆被发弹,增加弹间距只是降低较大质量破片击中被发弹的概率。研究结果为不敏感炸药殉爆考核的试验方法设计及结果分析提供参考。

爆轰波碰撞聚能效应及其数值分析

为了掌握爆轰波碰撞时的爆压和能量汇聚的规律,对爆轰波各种碰撞的爆压变化进行研究。首先基于爆轰波碰撞理论分析.得出爆轰波在正碰撞、斜碰撞和马赫反射三种条件下的爆压变化,确定马赫反射发生的条件,然后绘制入射角、偏离角和反射角间的关系曲线。应用Ls-dyna数值软件对爆轰波碰撞产生马赫反射的过程进行模拟。对比模拟和理论计算结果得知.对于多方指数为2.4的铵油炸药,马赫反射发生在斜爆轰波入射角为46.4°时,此时马赫波后压强达到最大值13.2 GPa,并在马赫波后形成高压区域。

炸药中爆轰波拐角绕射现象研究

本文利用多狭缝扫描技术对三种不同硅炸药内爆轰波绕过惰性介质时的现象进行研究,获得了炸药内爆轰波的传播结节和炸药性质对不稳态爆轰区域的影响。

微/纳米粒度级配对炸药爆轰波阵面D_n(κ)关系的影响

为了研究微/纳米铝粉/RDX粒度级配对含铝炸药爆轰波阵面曲率效应的影响,采用光学波形扫描及电探针测速法测量了不同微/纳米铝粉/RDX粒度级配的含铝炸药在常温环境下的拟定态爆轰波形及爆速,并基于实验结果分析了炸药爆轰波阵面法向速度D_n与当地曲率κ之间的函数关系。结果表明,采用微/纳米铝粉/RDX粒度级配时,波阵面弯曲程度明显变小,且法向爆速受曲率效应的影响减弱,其中,微/纳米RDX颗粒质量比为50∶25或微/纳米铝粉颗粒质量比为15∶5时波形较为平坦,其最大曲率分别约为0.013和0.014mm^(-1),法向爆速较拟定态爆速的最大降幅分别约为0.03和0.04mm/μs,相当于常规微米试样的56%和61%,反映出波阵面能量因侧向流动而发生的损耗较小。

B炸药爆轰波拐角传播的三维数值模拟

为研究B炸药起爆后爆轰波在拐角中的传播特性以及拐角爆轰低压流场现象,运用LS-DYNA3D程序对120°,90°,45°三种特定的拐角装药的爆轰波传播现象进行了数值模拟,观察了爆轰波通过拐角的传播过程,讨论了爆轰波波阵面通过拐角后爆速的变化情况。结果表明,爆轰波通过拐角后由于传播面积的变化而产生衰减-增长过程,装药拐角越大,爆轰波通过时越稳定;随着装药拐角的减小,拐角处的波阵面压力、爆速和传播能力都逐渐降低。

常温下JBO-9021高能钝感炸药直径效应实验

通过光电联合测试方法,测量了常温下直径为10、15和30mm高能钝感炸药柱JBO-9021炸药的定态爆速和波形,根据拟合的爆轰波阵面形状,分析了波阵面法向速度Dn与当地曲率κ之间的关系。研究结果表明,JBO-9021炸药的定态爆速随药柱直径的增大而增大,JBO-9021(w(HMX)=15%)相对JB-9014炸药(w(TATB)=95%),爆轰波形更平坦,爆轰波非理想传播行为得到一定改进。

常温下钝感炸药爆轰波传播的曲率效应研究

钝感炸药爆轰波的传播与波阵面当地平均曲率密切相关,为研究这种爆轰波传播的非理想行为,本文通过光电联合测试方法测量了常温下Φ10mm、Φ12.5mm、Φ15mm和Φ30mm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与当地平均曲率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,当波阵面当地平均曲率κ较小时,法向爆速Dn只与κ有关,而当κ较大时,法向爆速Dn不仅与当地平均曲率κ有关,而且还与药柱直径有关。

近地面云雾爆轰地震波的幅频特性

为了更好地认识FAE爆炸作用的特点,适应该类爆炸现象综合评估的要求,文中通过实验研究了近地面FAE爆炸地震波的特征。研究表明:在一定的实验条件下,装药量相同的FAE爆炸地震波比TNT爆炸地震波具有更高的强度,其地面运动持续时间相当,而加速度频谱趋向于更高更宽的频率范围。