Numerical investigation of the shockwave overpressure fields of multi-sources FAE explosions

Shockwaves from fuel-air explosive(FAE)cloud explosions may cause significant casualties.The ground overpressure field is usually used to evaluate the damage range of explosion shockwaves.In this paper,a finite element model of multi-sources FAE explosion is established to simulate the process of multiple shockwaves propagation and interaction.The model is verified with the experimental data of a fourfoldsource FAE explosion,with the total fuel mass of 340 kg.Simulation results show that the overpressure fields of multi-sources FAE explosions are different from that of the single-source.In the case of multisources,the overpressure fields are influenced significantly by source scattering distance and source number.Subsequently,damage ranges of overpressure under three different levels are calculated.Within a suitable source scattering distance,the damage range of multi-sources situation is greater than that of the single-source,under the same amount of total fuel mass.This research provides a basis for personnel shockwave protection from multi-sources FAE explosion.

高温环境因素对固-液混合燃料物理稳定性的影响

固-液混合燃料的物理稳定性对于燃料的质量和安全性均有重要的意义。高温环境引发的易挥发液体组分的气化将对燃料的物理稳定性产生极为复杂的影响。通过自主设计的实验装置模拟、加速燃料物理稳定性改变,并分别从液体燃料析出及密度分布变化趋势,分析高温环境因素的作用。结果表明:自然堆垛状态下燃料的顶部受饱和蒸汽压的改变影响较大,而中部、底部则由于燃料的紧密堆积,形成各自独立的气液平衡。同时,液体燃料于高温环境中对固体的润湿效果随之增强,更有利于液体组分完成对固体颗粒的吸附。在303~333 K的温度条件下,固液体积比为1.25∶1,硝基甲烷占液体组分40%的固-液混合燃料保持最佳的物理稳定性。

中心装药对FAE燃料成雾特性影响的试验分析

为了优化燃料空气炸药(FAE)装置参数,采用高速运动分析系统,观测燃料云雾的分散过程,研究中心装药对燃料云雾体积的影响规律。试验结果表明,燃料空气炸药装置的中心装药起爆后,燃料开始分散,云雾体积逐渐增大。燃料云雾抛散过程和最终体积与中心装药有关,当中心装药能量较小时,燃料云雾最大体积随中心装药能量增大而增大,当中心装药能量达到临界值以后,燃料云雾的最大体积不再随能量增大而增大。

爆炸抛撒过程中FAE云雾的运动特性

为研究爆炸抛撒过程中燃料空气炸药（FAE）云雾的发展和变化特征,通过高速摄影观测了不同密度FAE的云雾形成和运动状态,用数值仿真计算了燃料圆柱外表面中心点处质点的速度变化,在距爆心2.5 m处利用光电探测方法测量了云雾相对浓度变化。结果表明：燃料在云雾形成之前的运动主要以射流为主,云雾形成后主要为扩散运动。燃料密度越大,相同时刻云雾扩展直径越大。燃料质点的速度在爆炸抛撒条件下经历先快速增大后缓慢降低的过程,最高速度达到377 m·s-1。在10~80 ms,燃料浓度的变化幅度表现出由大到小的变化,显示抛撒云雾内部的燃料颗粒空间分布具有非均匀性的特点,并且适当延长云雾运动时间,燃料颗粒分布的均匀性可得到有效改善。

提高FAE威力的研究（Ⅰ）─—高能量燃料的选择

提高ＦＡＥ威力的途径是选用高能量燃料配方和优化云爆条件。该文讨论了几种燃料的特性。含铝混合燃料具有能量性能好，爆压、爆温较高，冲击波作用范围和破坏威力有较大提高之优点。Ｈ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ元素具有最优的能量性能。

爆炸抛撒方式对FAE云雾爆轰特性及威力影响的实验研究

为探讨中心药管和径向药管爆炸抛撒对FAE爆轰特性及威力影响，通过高速录像、压电传感器和红外热像仪记录FAE静爆实验。获得两发50kg PO、1．5kg抛撒装药、两种爆炸抛撒作用下的云雾扩散、火球温度、冲击波超压数据。结果表明，采用中心药管和径向药管爆炸抛撒形成的云雾覆盖面积和起爆形态相差不大；后者在云雾和破片均匀性方面优于前者．火球温度比前者增益约12％，冲击波超压比前者增益约20％～35％。

FAE武器威力评价方法探讨

FAE武器的威力评价方法应包括自身威力评价和毁伤效应评价两个方面。在对既有的 FAE武器威力评价方法进行分类评价的基础上 ,本文结合 FAE武器爆炸场特性 ,综合考虑该武器的各种爆炸作用形式 ,并兼顾科学与实用的原则 ,提出了 FAE武器自身威力评价方法。研究表明 ,用 FAE爆轰能和广义 TNT当量两个指指来评价 FAE自身威力能全面反映 FAE武器爆炸场特性 ,适合于 FAE武器间的威力对比以及FAE武器与 HE武器的威力对比 ,该评价方法具有普遍性。

含铝炸药与一次引爆FAE威力特性对比研究

为比较含铝炸药与一次引爆燃料空气炸药(FAE)威力特性,对JHL-2含铝炸药与一次引爆某燃料空气炸药公斤级爆炸冲击波参数进行了测试。结果表明,在相同装药体积情况下,距爆源水平距离为3m、5m和7m处,JHL-2冲击波峰值超压比一次引爆某燃料空气炸药分别提高了13.5%、39.0%和18.5%,正压区冲量提高了21.5%、22.7%和16.5%,正压作用时间略有下降,说明含铝炸药爆炸威力可以达到甚至超过一次引爆FAE。

FAE爆炸波对地面目标作用的三维数值研究

利用二阶迎风TVD格式 ,对多组分全N S方程进行全耦合数值求解 ,研究了近地空中环氧丙烷 (C3H6 O)形成的圆柱形云雾爆炸波和地面作用问题 ,得到了对目标作用前、后冲击波的传播和波系结构的演化以及不同时刻爆源组分的分布。对目标表面计算单元的压力进行面积加权平均 ,得到目标各表面平均超压随时间变化的曲线。压力值的动画显示表明了目标表面所受载荷的大小和分布随时间变化的规律。修改初、边值条件 。

高威力FAE液态燃料的优化选择

应用系统工程理论建立了高威力 FAE的燃料优化分析评价方法 ,对 FAE液态燃料进行了优化排序和筛选 ,得到了综合效能较优的

FAE 云雾形成过程的实验研究

描述了用高速摄影法研究ＦＡＥ形成过程云雾运动特性的实验，通过对实验记录数据的分析，给出了在爆炸抛撒过程中，燃料空气云团的形状随时间的变化及云雾膨胀速度－时间关系曲线，并对云雾运动特性作了定性分析。

FAE威力评价方法与目标防护分析

对燃料空气炸药（ＦＡＥ）爆炸场特性进行了分析；从冲击波超压－ 冲量毁伤准则出发，提出一种以靶板毁伤效应为评价依据的ＦＡＥ威力评价方法，并结合易损性等效原理。

固液装药结构的FAE爆炸抛撒试验研究

针对一种 FAE装药结构 ,对燃料进行了爆炸抛撒的试验研究 ,得到了装药结构参数对固液混合燃料抛撒和分散的影响规律。试验结果表明 FAE装药结构可行 ,满足设计要求 ,为高威力FAE战斗部设计提供了依据。

FAE爆轰参数计算与性能设计探讨

采用 VLW状态方程及其程序计算环氧丙烷 /铝粉燃料的 FAE爆轰参数 ,研究了分散浓度 (氧平衡 )对 FAE战斗部威力性能的影响。结果表明 ,按照微负氧设计 ,有利于提高 FAE爆轰威力和燃料能量利用率 ;铝粉配比的增加能提高 FAE爆轰参数 ,但配比过高不利于燃料分散 ,导致 FAE氧平衡不好 ,反而影响

FAE战斗部毁伤威力评价的试验研究

利用基于靶板毁伤效应和超压-冲量准则的FAE战斗部毁伤威力评价方法，分别对三种不同起爆方式和燃料配方的FAE战斗部进行了毁伤威力评价的试验，并计算得到了相应的TNT威力当量值。结果表明，1^#云爆弹在炸距3．8m之后靶板的变形挠度大于同药量的RDX／TNT装药，在炸距3．8～4．2m之间的TNT当量约为2．0；在炸距13-18m之间，采用新型固液混合燃料的2^#云爆弹的靶板变形挠度约为传统环氧丙烷燃料的3^#云爆弹的1．4倍．TNT当量分别为3．75和2．96。

基于脉冲超声的FAE燃料云团浓度检测装置

针对FAE燃料抛撒形成的铝粉/空气两相混合物云团浓度检测困难,当前实验室浓度测试方法缺乏实时瞬态检测能力的问题,提出了基于脉冲超声的FAE燃料云团浓度检测装置。该装置基于相关频率的超声衰减理论,结合超声脉冲波的抗干扰能力强和分辨力高的特点,利用气压将一定质量的铝粉吹入20 L容器罐,在罐内形成铝粉/空气两相混合物云团;通过脉冲驱动构建超声脉冲波检测电路,根据不同脉冲周期内的超声脉冲波衰减实现对动态云团浓度计算。试验测试结果表明,该装置对标称浓度50~750 g/m3分散的动态超声衰减具备明显的梯度特征,拟合得到了超声衰减系数与浓度之间的关系曲线。该装置具备对FAE燃料抛撒云团浓度的检测能力,为实现FAE燃料在抛撒过程中的最优起爆浓度识别奠定了试验基础。

多元固相FAE的离散与爆轰的协调研究

一次起爆技术使FAE的两个主要研究方向,即燃料选择与云爆技术,更加紧密地结合在一起,导致对燃料的离散与爆轰的自协调要求更加严格。根据燃料的离散与爆轰的自协调的各制约因素对燃料组分进行选择,再改变燃料组分的质量配比以反馈研究燃料的离散与爆轰的协调性。实验证明所选择的混合燃料的离散与爆轰的协调性决定了超压峰值、正压作用时间、火球覆盖体积等参数,故可根据实际需要通过改变燃料组分配比来调节其协调性以研制不同特点的一次起爆型FAE。另外,基于VB.net平台自编的图像批处理程序,对由高速摄影拍摄到的FAE离散爆轰过程的图像进行处理,效率高、精度高,而且能和Excel、Origin等数据处理软件对接。

一次起爆FAE中心装药的实验研究

为了探讨不同组分的中心装药对不同FAE燃料可能的一次起爆情况,采用物理方法对中心装药的配方进行设计,并对不同的FAE燃料进行了一次起爆实验研究,结果表明含有诱发剂的中心装药可以实现FAE燃料的一次起爆。为了进一步弄清中心装药中诱发剂含量对FAE燃料一次起爆过程的影响,利用不同诱发剂含量的中心装药对自行研制的新型复合燃料进行了一次起爆实验研究,CCD像机现场拍摄记录及压力测试结果表明,中心装药中的诱发剂含量会直接影响FAE燃料抛撒、延迟点火时间、爆炸波超压大小以及爆炸作用效果,诱发剂含量存在一个最优值,中心装药中加入适量诱发剂会增强FAE的一次起爆效果。

强氧化剂对FAE诱导作用的实验研究

就强氧化剂KClO4、NH4ClO4对一次起爆型燃料空气炸药(FAE)的诱导作用进行了实验研究,结果表明,一次起爆型FAE的云雾覆盖区内的氧含量充足,但对于原复合燃料,空气中氧气的利用率不高,致使燃料的潜能不能充分激发。在FAE总质量不变的情况下,用15%的NH4ClO4作强氧化剂和爆轰反应的诱导剂取代部分复合燃料,可有效提高一次起爆型FAE的爆轰威力和爆轰稳定性。

一次起爆型FAE装药发射安全性实验研究

为了一次起爆型FAE药剂在高过载条件下的应用,文中采用落锤撞击模拟实验装置,利用炸药感度实验中的"上下法"模拟弹丸发射时FAE装药所受的轴向应力,对不同的装药工艺、装药密度、药剂配方进行了模拟实验。通过对一次起爆型FAE装药发射安全性的实验结果分析,得出影响FAE装药发射安全性的主要因素是其药剂配方和装药密度。因此,一定要严格遵照药剂配方进行战斗部装药,并保持适当的装药压力和一定的装药量。