TATB对熔铸炸药烤燃过程传热及响应特性的影响研究

为提高弹药安全性,研究TATB组分含量对熔铸炸药烤燃过程传热及响应特性的影响规律。采用3D-Fluent软件对熔铸炸药烤燃过程开展仿真计算,预测不同TATB含量熔铸炸药烤燃过程的响应时间及温度,结合烤燃试验验证仿真预测炸药反应的准确性。结果表明,烤燃过程中炸药内部梯度化温度及应特性与介质的传热系数密切相关。TATB含量的增大能够通过改变烤燃条件下的响应温度和时间来提高炸药的热安全性,且通过仿真计算方法预测炸药响应温度和时间可靠性较好。

顺序凝固工艺参数对熔铸装药影响的模拟研究

顺序凝固工艺在熔铸装药中具有较大的应用需要。为探讨顺序凝固工艺参数对装药的影响,研究基于移动边界的建模方法,选用梯恩梯/黑索今(TNT/RDX,33.8/65)炸药,建立了模具入水顺序凝固过程模型,模拟研究了入水速度(0.15,0.20,0.25 mm·s^(-1))、水浴温度(30,40,50℃)、模具预热温度(60,70,80℃)3个主要参数对凝固过程温度场以及缩孔缺陷的影响,并基于这3个参数设计了三因素正交试验,对模拟所得缩孔体积以及其均值和极差进行了研究,得到了最优的工艺参数:模具入水速度为0.15 mm·s^(-1),水温50℃,模具预热温度60℃。模拟结果显示,入水速度对装药质量影响最大,其次是水浴温度和模具预热温度。相较于试验方案(模具入水速度为0.15 mm·s^(-1),水温50℃,模具预热温度70℃),正交设计的模拟优选方案可将缩孔体积减少74%,表明了相互匹配的工艺参数是提高装药质量的有效方法。

大长径比小口径战斗部熔铸装药工艺研究

针对大长径比小口径战斗部熔铸装药容易出现缩孔的问题,开展装药工艺研究。采用大长径比的圆筒对大长径比小口径战斗部进行等效,提出一种自下而上顺序凝固的熔铸装药工艺方法,并进行仿真计算及装填验证。验证结果表明,该方法能够有效避免装药内部出现缩孔。

两种新型炸药的准静态力学性能

为推动炸药在侵爆战斗部中的应用,采用万能材料试验机对HMX基压装高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)和DNAN基熔铸炸药的准静态力学性能进行研究。获得2种炸药在2.0×10-5 s-1~1.0×10-3 s-1应变率范围内的应力应变试验数据。结果表明:2种炸药的力学性能均具有明显的应变率效应,但前者失效应变约为后者的6倍,呈现出较大区别。基于唯象方法,建立描述2种炸药1维准静态压缩力学行为的幂指数硬化本构模型,并拟合得到本构模型参数。通过与试验结果对比表明,模型计算结果与试验结果误差小于3%,吻合较好。该研究结果可为描述2种炸药的力学行为提供参考。

基于新型聚氨酯弹性体材料在PBX炸药载体中的应用

为提高高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)炸药载体的力学强度,在炸药的粘结剂体系中引入聚氨酯弹性材料进行聚醚/聚酯粘结剂高强度载体设计。通过调控聚氨酯弹性体制备过程中多元醇的比例和分子量、固化剂的种类,利用旋转流变仪和多功能万能材料试验机开展材料固化速率性能分析和固化后聚氨酯弹性体对端羟基聚丁二烯(hydroxyl-terminatedpolybutadiene,HTPB)粘结剂体系力学强度影响规律分析。结果表明:PCL_PTMG聚氨酯弹性体拉伸强度的大小与固化剂的固化速率相关;改变聚酯聚醚分子量对弹性体抗拉强度的影响不大;当聚酯聚醚的比例为4:1时,弹性体抗拉力学强度最优;聚氨酯弹性体增大了HTPB粘结剂体系强度。

DNP炸药冲击Hugoniot关系实验研究

新型高能熔铸基体炸药3,4⁃二硝基吡唑(DNP)的冲击Hugoniot关系,是探讨其冲击起爆特性的基础,采用压力对比法,经平面波发生器加载,用锰铜压阻计测量了压力为3.7~14.4 GPa范围内九组不同冲击波压力下DNP炸药和LY12铝样品的冲击波波后压力,计算得到不同压力下的冲击波波速D和粒子速度u,拟合得到了压力为3.7~14.4 GPa范围内DNP炸药的D⁃u关系。结果表明,DNP炸药压力为3.7~14.4 GPa范围内的冲击Hugoniot关系可近似为一条在D⁃u平面内的直线,确定了DNP炸药冲击波作用下的波后状态。分析了用聚四氟乙烯封装锰铜压阻计对实验测试结果的影响,通过对测试信号的理论分析和合理判读有效消除了封装带来的系统误差。

HTPB基浇注PBX炸药固化反应动力学研究

为研究端羟基聚丁二烯(hydroxyl-terminated polybutadiene,HTPB)基浇注PBX炸药的固化反应特性确定其固化工艺参数,采用非等温DSC法研究HTPB基浇注PBX炸药粘接剂体系固化反应动力学。分别测试升温速率为5、10、15、20 K/min时的DSC数据,得出固化反应动力学方程,计算不同温度下的反应速率常数,绘制固化速率(dα/dt)~固化度(α)关系曲线,并给出常用HTPB基浇注固化炸药的固化温度范围。结果表明:相同固化度条件下,升温速率越大,固化反应速率越大,当固化度达到0.5时,固化反应速率达到最大值,此后逐渐降低,直至为零。

简易被帽结构弹丸的穿甲性能研究

针对穿甲弹侵彻时的性能问题,给出一种简易被帽设计方法。描述低速穿甲跳弹的基本因素,阐述简易被帽结构的设计原理,介绍对倾斜穿甲性能的影响,通过合理设置预分离截面大小,从而增大倾斜穿甲角度。采用数值分析和飞行试验进行验证,结果表明:该方法可避免倾斜穿甲时弹丸跳弹和保护弹体主体侵彻结构在碰击目标时不破碎,提升了弹丸约10%的穿甲能力。

基于爆炸冲击波的战斗部炸点位置预测

为解决侵彻战斗部在建筑物等目标内部爆炸后的爆炸位置难以测定的问题,提出一种基于爆炸冲击波超压测试数据的炸点预测方法。基于爆炸冲击波传播速度与冲击波超压衰减规律,构建冲击波到达时间与传播距离的数学模型,将超定非线性方程组的最小二乘解转换为无约束多元非线性函数的极值求解,应用MATLAB软件的fminsearch函数计算获取炸点坐标,并应用实爆试验数据对比分析计算结果与实测结果。结果表明:该方法具有可行性,用于末端动态速度小于476.42 m/s,战斗部炸点预测的偏差在1.5 m以内。

基于物理杀伤面积的杀爆战斗部最佳炸高计算模型

为解决地面目标的多样性和随机性导致平均效率面积难以准确计算的问题,提出基于物理杀伤面积的杀爆战斗部杀伤威力评定方法,并以此作为确定杀爆战斗部最佳炸高的依据。由给定的末端弹道参数及杀爆战斗部破片参数,建立物理杀伤面积的计算模型,编制计算程序并以物理杀伤面积最大作为确定炸高的条件。计算结果表明:导弹落速及导弹落角对杀爆战斗部最佳炸高均有较大影响。该方法可作为杀爆战斗部最佳炸高确立以及破片参数优化的依据。

基于BP神经网络的破片聚焦曲线优化

为解决战斗部预制破片的飞散方向控制这个复杂的非线性问题,基于大量试验和仿真数据,应用BP神经网络技术对破片飞散方向修正设计量进行预测,建立破片聚焦曲线优化设计系统,可对传统解析模型设计的破片聚焦曲线进行自动优化。试验结果表明:优化后的聚焦曲线具有较高的破片聚焦效率,可有效减少破片聚焦曲线迭代的试验次数。

含铝炸药装药杀爆战斗部爆炸威力评估

为科学评价含铝炸药装药杀爆战斗部爆炸后的能量释放与转换效率,提出含铝炸药爆炸威力的等装药体积和等装药质量评估方法。以破片加速能力、冲击波超压和比冲量为评价参量,采用等装药体积评估法和等装药质量评估法,对铝粉含量0%〜25%的含铝炸药标准试验弹试验结果进行分析与评估。结果表明:铝粉含量对爆炸威力有重要影响,密度效应是等装药体积评估结果增大的主要原因,该方法具有一定的工程应用价值。

一种利用空气测量容积的方法

针对使用水对壳体容积进行检测时存在操作过程复杂、壳体干燥时间长、不利于自动化生产等弊端,建立一种直接利用空气测量壳体容积的快速检测方法。论述空气测量壳体容积的工作原理及实现模式,对实现模式进行系统分析,分析定体积测量系统的测量范围。结果表明:在保证壳体容积相对测量误差或测量精度的情况下,可以利用定体积的活塞缸对一定范围内的容积进行快速检测。

数字孪生技术在导弹战斗部领域的应用与展望

数字孪生技术作为当前热门的高新技术之一,正在受到越来越多专家学者的关注和重视,从数字孪生技术的概念和应用案例出发,阐述了当前数字孪生技术在智慧工程、智慧城市、智能制造等领域广泛的应用背景。进一步分析了目前导弹战斗部在研制过程中遇到的问题和实际导弹战斗部全生命周期中面临的多种事件。并在此基础上探讨思考了数字孪生技术在包括导弹战斗部在内的武器系统装备的研制、更新换代等领域应用的可能性、数字孪生技术可为导弹战斗部研制和全周期管理带来的优势和便利以及数字孪生导弹战斗部大规模系统化实际应用面临的问题,以期达到在数字孪生技术的帮助下,结合建立数字导弹战斗部模型和仿真计算,达到提升导弹战斗部武器系统的研制水平和规范管理的目的。