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。     

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。     

激光驱动飞片中Al2O3隔热层的制备研究

为了在飞片靶中加入氧化铝隔热层,以提高飞片速度,增大飞片冲击炸药的压力,确保炸药的可靠起爆,利用真空射频磁控溅射法制备了激光驱动复合多层飞片靶中的Al2O3隔热层,在溅射功率238W、溅射气压0.4Pa、Ar气流量30sccm、靶基距11cm条件下,得到Al2O3薄膜的沉积速率为125nm/h,制备的Al2O3薄膜为非晶结构,其表面均匀、致密,没有孔洞等缺陷,为后续复合多层飞片靶的制备提供支持.     

爆炸箔尺寸对飞片速度的影响

爆炸箔是冲击片雷管的关键部件,为了获得爆炸箔的厚度和桥区尺寸对冲击片雷管飞片速度的影响,通过光纤台阶法测试了不同厚度和桥区尺寸的爆炸箔驱动飞片的情况。结果表明:在电压3.4 kV、电流3.5 kA的起爆条件下,最佳的爆炸箔厚度为3.67μm,可以驱动飞片产生2 307 m/s的速度;随着爆炸箔桥区尺寸的减小,飞片速度逐渐提高。因此,可以看出在一定的起爆能量下,驱动飞片达到最大速度的爆炸箔存在一个最佳厚度值;在爆炸箔厚度一定的情况下,减小爆炸箔的桥区尺寸,可以提高爆炸箔驱动飞片的能力,从而可以达到降低冲击片雷管起爆能量阈值的目的。     

Al/Ni爆炸箔电爆特性及驱动飞片能力研究

利用传统的MEMs工艺成功制备出Al/Ni复合爆炸箔,在4k V的充电电压下研究其电爆性能。研究表明,相比于传统的铜爆炸箔,复合爆炸箔的能量利用高,可达18%,而且爆发提前,所需能量较小,爆发能量集中。飞片速度研究表明,爆炸箔的厚度和充电电压会影响飞片的最终速度,飞片的速度随爆炸箔的厚度和电压升高而增大。当爆炸箔的厚度为3μm、充电电压为5k V时,飞片的速度可达3 100m/s。     

微尺寸叠氮化铅驱动飞片重要结构参数与飞片速度和能量的关系

为获得微尺寸叠氮化铅驱动飞片的重要结构参数与飞片速度和能量的关系,进行微装药驱动飞片的仿真研究。根据叠氮化铅的爆速与密度关系,拟合出基于γ律方程的叠氮化铅Jones-Wilkins-Lee状态方程参数;利用有限元分析软件AUTODYN建立叠氮化铅驱动飞片的仿真模型,并使用光子多普勒测速系统测得飞片速度-位移关系曲线,仿真与试验曲线的一致性好。使用建立的仿真模型分析装药直径、装药高度、加速膛孔径、飞片厚度与飞片速度和能量的关系。结果表明：随着装药直径和高度的增加,飞片速度、能量增长速率减小,装药直径变化对飞片速度、能量的影响更显著;随着飞片厚度增大,飞片速度呈指数下降,飞片能量先增后减,存在着使飞片能量最大的飞片厚度;加速膛孔径小于装药直径时,飞片速度、能量略有下降;加速膛孔径大于装药直径时,飞片速度、能量急剧下降。     

一种原位集成冲击片组件的制备及飞片驱动性能

为研究冲击片集成组件制造方法及其性能,采用化学气相沉积法(CVD)在爆炸箔基底上沉积制备了聚氯代对二甲苯(PC)飞片层,并且利用光刻方法原位集成了Su8-2150光刻胶加速膛,获得的加速膛厚度大于300μm且壁面垂直度良好。利用光子多普勒速度(PDV)测量技术获得了该冲击片组件电爆炸驱动飞片的加速历程。对比了常规方法制造的冲击片组件(聚酰亚胺飞片)与相同参数集成冲击片组件的飞片加速历程。结果表明,两组加速历程基本一致。聚酰亚胺飞片与PC飞片在前80 ns内分别达到了最大速度的77%与80%,加速膛出口处飞片速度分别为3970 m·s~(-1)和3906 m·s~(-1),两种冲击片组件驱动性能接近,飞片和加速膛的材料的改变对电爆炸驱动飞片过程未产生明显影响。     

飞片式无起爆药雷管飞片材料与加速膛匹配关系研究

基于一种新型飞片激发装置的无起爆药雷管,通过实验研究了铝、钛、钢和铜4种飞片材料在不同加速膛直径和高度下对雷管爆轰性能的影响。研究结果表明:铝、钛、钢和铜飞片经不同高度加速膛加速后,具有不同的起爆能力;铝和钛飞片的起爆能力相近,钢和铜飞片的起爆能力接近;加速膛过长或过短、第2装药密度过高或过低都不利于雷管爆轰,而飞片直径的变化对飞片起爆能力影响不大。     

RDX驱动台阶式飞片的速度试验研究

为提高RDX驱动台阶式飞片的可靠性，基于光子多普勒测速技术(Photonic Doppler Velocimetry,PDV)搭建了激光点火RDX驱动台阶式钛合金飞片的速度测试系统，试验研究了RDX装药量、飞片剪切厚度及飞片厚度对飞片速度的影响。结果表明：当装药量从40 mg增加至85 mg，飞片峰值速度由494.46 m·s^-1线性增加至591.86 m·s^-1；当飞片剪切厚度从0.2 mm增加至0.8 mm，飞片峰值速度由508.98 m·s^-1线性增加至557.53 m·s^-1；当飞片厚度从1.0 mm增加至2.5 mm，飞片峰值速度由561.32 m·s^-1指数衰减至397.34 m·s^-1，同时飞片动能由1.347J线性增加至1.688 J。因此，通过增加RDX装药量、飞片剪切厚度或飞片厚度可以提高RDX驱动飞片冲击起爆的可靠性。     

飞片参数及冲击角度对能量激发的影响研究

为研究飞片参数及冲击角度对冲击片雷管作用性能的影响,采用Solidworks和LS-DYNA软件对飞片剪切过程和不同角度冲击炸药的起爆效果进行了仿真,并通过仿真和试验验证飞片厚度和直径对其冲击速度的影响。结果表明：加速膛硬度越高,飞片成形状况越好;飞片最大速度与飞片直径、厚度呈负相关,但飞片厚度过小时易发生破碎现象;入射角度为0,30,60,90°的飞片冲击HNS药柱均能达到稳定爆轰,以0°入射角冲击时爆轰效果最佳。     

激光驱动飞片飞行特征研究进展

激光驱动飞片是高效的冲击加载方法,作为激光起爆炸药的一种方式,具有本质安全性。激光驱动飞片起爆炸药的可靠度与飞片的飞行特性密切相关,飞片的飞行速度和表观形貌(平面度和完整性)是成功起爆的两个重要参数。因此,从飞片的飞行特性的表征手段与影响因素两方面出发,综述了激光驱动飞片技术的研究进展。针对单层飞片,介绍了观测、表征和接收方法,分析讨论了飞片性能影响因素作用规律的近年研究成果,梳理归纳了现有研究中存在的不足,指出了今后的发展方向,包括激光驱动飞片飞行过程的系统物理模型和激光驱动飞片的平面度和完整性定量参数。     

冲击片雷管研究与发展

简要叙述了冲击片雷管的发展与应用,描述了其设计原理和简要结构,详细介绍了影响冲击片雷管性能的主要参数,如各主要元件的功能、材料、几何尺寸以及选取原则等,并指出了冲击片雷管研制中急需解决的一些问题.     

电爆炸箔加速塑料片速度分析

本文分析了强电流脉冲引爆金属箔加速塑料飞片（冲击片）的物理过程，同了近似计算飞片速度的几种方法，并与实测速度的进行了比较。     

电爆炸箔加速飞片的数值模拟研究

通过分析电爆炸箔系统的物理作用机制与运动过程 ,提出了合理的物理简化假设 ,建立了相应的数学模型 ,编制了一维不定常可压缩流体力学计算程序 ,通过对若干典型算例的计算并与某些实验和其它计算结果的比较 ,验证了程序的可靠性 ,结果令人满意。本文为深入研究和优化设计电爆炸箔系统提供了一种可靠的手段     

电爆炸导体驱动小飞片起爆技术研究

利用电爆炸导体爆炸时产生的动态高压驱动小飞片的技术，通过对装置中关键部件的分析研究，建立了一套新型的起爆钝感炸药试验装置。对细化PETN以及HNS—Ⅱ进行试验的结果表明飞片的厚度对炸药起爆能量有着重要的影响，同时表明本试验装置与方法用于炸药的起爆合理可行。     

电焊炸箔加速飞片的数值模拟研究

通过分析电爆炸箔系统的物理作用机制与运动过程，提出了合理的物理简化假设，建立了相应的数学模型，编制了一维不定常可压缩流体力学计算程序，通过对若干典型算例的计算并与某些实验和其它计算结果的比较，验证了程序的可靠性，结果令人满意。本文为深 入研究和优化设计电爆炸箔系统提供了一种可靠的手段。     

JO-9C小尺寸传爆药驱动飞片影响因素模拟仿真研究

为优化传爆序列中传爆药驱动飞片性能,建立小尺寸传爆药驱动飞片作动的仿真模型,提出了一种获取传爆药爆轰产物JWL状态方程参数的计算方法。设计了典型传爆药JO-9C驱动飞片试验,验证了仿真模型和计算方法的准确性。提出了采用飞片速度和动能共同作为其效能评价的参量,研究装药结构、加速膛直径和飞片厚度等因素对飞片效能的影响规律。结果表明：装药长径比为1.5时可兼顾飞片速度与装药量;加速膛直径应不大于装药直径,可获得良好飞片形貌及较高飞行速度;飞片厚度过薄可能会出现断裂。以5 mm直径JO-9C装药结构为例,最优设计为：装药长径比为1.5,即装药高度为7.5 mm,加速膛直径为5 mm,飞片厚度为0.3 mm,此时飞片速度为1 663 m/s,动能为51.79 J.     

Study of simple plane wave generator with an air-metal barrier

Plane wave generators （PWGs） are used to accelerate flyer plates to high velocities with their generated plane waves, which are widely used in the test of dynamic properties of materials. The traditional PWG is composed of two explosives with different detonation velocities. It is difficult to implement the related fabrication processes and control the generated waves due to its complicated structures. A simple plane wave generator is presented in this paper, which is composed of two identical cylindrical high explosive （HE） charges and an air-metal barrier. A theoretical model was established based on two different paths of the propagation of detonation waves, based on which the size of air-metal barrier was calculated for a given charge. The corresponding numerical simulations were also carried out by AUTODYN-2D based on the calculated results, which were used to compare with the theoretical calculations. A detonation wave with a flatness of 0.039 μs within the range of 70-percent diameter of the main charge was obtained through the simulations.