CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟（英文）

为了研究含铝粉与不含铝粉的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‐20)基高聚物粘结炸药(PBXs)的水下爆炸过程,制备了含铝量分别为0和15%的两种炸药,设计了一个水下爆炸实验装置,得到了炸药的冲击波压力历程、气泡周期和气泡脉动图。计算了两种炸药的冲击波能量、气泡能量和水下爆炸总能量。采用AUTODYN软件模拟了水下爆炸过程。结果表明,当铝含量从0增大到15%时,水下爆炸总能量由1.4倍TNT当量增加到1.7倍TNT当量。气泡脉动过程中,时间从49.5 ms到49.8 ms时,含铝炸药气泡内产生火光。含铝炸药与非含铝炸药超压分别为15.16 MPa与15.51 MPa,气泡二次压力分别为2.25 MPa与2.35 MPa,气泡周期分别为50.20 ms与46.76 ms,气泡最大半径分别为67.87 cm与60.27 cm;仿真得到含铝炸药与非含铝炸药参数超压分别为14.90 MPa与15.14 MPa,气泡二次压力分别为2.16 MPa与2.27 MPa,气泡周期分别为49.32 ms与45.90 ms,气泡最大半径分别为66.32 cm与58.89 cm。实验与仿真结果吻合良好。     

黑索今基含铝炸药水下爆炸性能的实验研究

为研究黑索今（RDX）基含铝炸药水下爆炸性能,在户外水池中开展了不同药量和含铝量的RDX基炸药水下爆炸实验。采用水下高速摄影技术拍摄水下爆炸气泡脉动全过程,通过压力传感器对水中压力进行实时测量。在该实验条件下,首次拍摄到RDX基含铝炸药水下爆炸过程中二次反应现象,证明铝粉的二次反应是毫秒量级的。根据实验数据,对比分析了不同含铝量下RDX基含铝炸药水下爆炸过程中气泡脉动特性和水流场压力特性。实验结果表明：在气泡膨胀初期和收缩末期都发生了铝粉的二次反应;铝粉的二次反应显著增大了RDX基含铝炸药气泡的脉动能力;铝粉的二次反应对冲击波峰值的影响很小,对气泡脉动压力峰值的影响很大;铝粉的二次反应明显影响了水下爆炸的能量结构分布。     

深水条件下TNT炸药的爆炸特性

炸药在水下爆炸过程中,炸药能量主要以冲击波能和气泡能的形式释放,炸药种类及爆炸工况不同,炸药的爆炸特性也会发生变化。用AUTODYN数值模拟软件对水深100~2 000 m范围内50 g TNT球形药包的爆炸过程进行计算,获得了水下爆炸冲击波压力衰减过程和气泡脉动过程。分析结果表明:深水爆炸气泡最大半径和脉动周期均变小,符合经验公式描述。在计算深水爆炸冲击波能量时,对已有的公式进行了修正,得到了稳定的爆炸总能量。计算结果表明,随着药包入水深度的增加,冲击波能减少,气泡能增加。     

几种炸药水下爆炸能量损失特性分析研究

针对炸药水中爆炸能量损失特性,通过水下爆炸试验,测定了TNT、RS211、RBUL、GUHL和RS3-4水下爆炸时的超压、冲击波能、气泡能等冲击波性能参数。对试验结果进行分析,得到了超压以及冲击波能的衰减规律,同时分析了装药水下爆炸的能量输出结构及其能量损失特性。结果表明,RS211和RS3-4具有较高冲击波超压峰值,而RBUL、GUHL衰减较缓慢,RBUL、GUHL水下爆炸能量可到达约1.8倍TNT当量。5 kg炸药水下爆炸时,在0~3 m处总能量损失呈现抛物线形式的增长;在3 m之后呈现线性增长;在5 m之后为理想冲击波状态。     

含储氢材料的RDX基混合炸药能量输出特性

为了研究含Mg基储氢材料、含Ti基储氢材料、含ZrH2储氢材料等三种混合炸药的能量输出特性,采用恒温式爆热量热仪和水下爆炸系统分别研究了3种含储氢材料混合炸药的爆热和水下能量特征.结果表明:在RDX/储氢材料/AP/others温压配方体系中,3种含储氢材料炸药爆热的关系为含Mg基>含Ti基?含ZrH2,爆热值分别为7587.0606,6416.4741,3950.6279 kJ·kg-1,表明含储氢材料炸药的爆热与储氢材料的化学潜能呈正相关.水下爆炸中,含储氢材料混合炸药的冲击波峰值压力、冲量、能流密度、冲击波能的大小关系保持一致,从大到小依次为含Mg基、含Ti基、含ZrH2储氢材料混合炸药,冲击波能依次分别为1.41倍、1.26倍、0.97倍TNT当量,表明活性高、潜能大的储氢材料对水下爆炸冲击波的推动作用更大.储氢材料在水下爆炸能量中主要贡献在气泡脉动上,含Mg基、含Ti基、含ZrH2储氢材料混合炸药的气泡能分别为2.17倍、1.78倍、0.86倍TNT当量,表明Mg基储氢材料在二次反应能量释放程度上最优,其次是Ti基储氢材料,ZrH2的反应程度最低.3种含储氢材料混合炸药的水下爆炸能量和爆热的大小趋势保持一致,总体能量水平依次是含Mg基>含Ti基?含ZrH2.含Mg储氢材料炸药的水下爆炸能量最大,达到2.02倍TNT当量.ZrH2在温压体系配方中的适用性不强,爆热和水下爆炸能量均低于TNT.     

含纳米铝炸药水下爆炸试验研究

为了得到含纳米铝炸药水下爆轰性能规律,对含纳米铝和微米铝炸药进行了水下爆炸测试,对比分析了它们在水下爆炸的冲击波超压、冲击波能、气泡能。试验结果表明:在试验测试的范围内,含纳米铝炸药水下爆炸能量输出结构不同于含微米铝炸药,纳米铝含量20%时冲击波压力最大;纳米铝和微米铝的颗粒级配有利于冲击波压力的提高;同时,含纳米铝炸药的冲击波能和气泡能始终较低。     

含能快递

北京理工大学研究了铝粒径、固含量和铝氧比对RDX基含铝炸药的水下爆炸性能为了研究铝粒径、固含量和铝氧比对RDX基含铝炸药的水下爆炸性能,作者制备了几种不同铝粉粒径、固含量的含铝炸药,通过水下爆炸实验测试了含铝炸药的水下爆炸性能,包括气泡能和冲击波能。结果表明,铝氧比是影响RDX基含铝炸药的冲击波能和气泡能的主要因素。当Al/O为0.44时,RDX基含铝炸药的水下爆炸总能量达到最大值。研究发现,炸药配方中固含量(AP、Al和RDX)增加可以有效提高炸药的总能量。     

铝粉粒度对奥克托今基空爆温压炸药能量释放的影响

为了研究含铝空爆温压炸药(TBX)的能量释放规律及铝粉粒度对其的影响,以野外近地实测与有限元分析软件Autodyn数值计算相结合,获得了TBX的冲击波超压场。对梯恩梯（TNT）在空爆情况下的超压场进行实验及其分析,基于TNT实验结果分析了TBX的能量水平以及铝的后燃烧效应对爆热的贡献。结果表明：含铝TBX的能量释放率呈现先降低、后逐渐升高的趋势,TBX在3 m近场处的超压主要由高能炸药及氧化剂贡献;而5 m处铝粉吸热,出现削弱冲击波的现象;由于铝粉的后燃烧效应,远场处的能量释放率较高,5 kg TBX在13 m处可达到1.93倍TNT当量。铝粉粒度对TBX的影响主要体现在氧化铝对总能量的衰减作用和细铝粉对远场的超压贡献不足两个方面。采用5 kg TBX实测数据对Autodyn模拟结果进行校正,通过校正过的约束条件计算质量为1 000 kg的TBX,计算得到颗粒级配铝粉的TBX有效毁伤半径可达72 m,较TNT增加了50%.     

2种非TNT基熔铸炸药水下爆炸特性

为选择水下炸药中的主炸药,分析RDX与HMX在水下爆炸的能量输出特性差异,分别以RDX和HMX为主炸药,制备了2种非TNT基熔铸炸药R-RDX与R-HMX,并在直径为85 m的水池中进行水下爆炸试验,测试水下爆炸压力及脉动周期,计算冲击波能及气泡能.试验结果表明:在4~6 m范围内,R-RDX炸药的冲击波能为1.18 MJ/kg,气泡能为4.00 MJ/kg;R-HMX炸药的冲击波能为1.19 MJ/kg,气泡能为4.01 MJ/kg;对于非TNT基熔铸炸药,HMX作为主炸药同RDX相比,在水下爆炸时并无能量优势.     

含双芳-3发射药的灌注炸药爆轰性能

采用灌注成型工艺,将含敏化剂的含能灌注液填充于废弃的双芳-3发射药颗粒的空隙中,制备出灌注炸药。通过见证板试验、高速摄影、空中爆炸及水下爆炸试验分别研究了其爆轰性能、冲击波超压及能量输出特性。结果表明,采用灌注工艺,可制备性能优良的灌注炸药;随着敏化剂含量的增加,炸药的爆轰感度显著提高,但其爆速、冲击波超压及水下爆炸能量输出变化较小;该炸药的密度可达1.52 g·cm-3,爆速6600 m·s-1(Φ60 mm),比例距离为1.65～4.50 m·kg-1/3时TNT当量系数略大于1,比冲击波能及总能量分别为1.57,4.16 MJ·kg-1,高于常用的工业炸药,略低于TNT。     

炸药水中爆炸能量输出结构的数值模拟

介绍了理想炸药和含铝炸药水中爆炸的能量输出模型,并采用AUTODYN软件,对TNT和PBXW-115水中爆炸远场的冲击波形进行了求解.计算出了冲击波峰值压力、衰减时间常数、冲量、能流密度和冲击波能等参数,并将计算结果与实验数据进行了对比.在不可压缩流体理论的假设下,推导出了水中爆炸一维气泡脉动方程.把脉动方程同爆轰产物的状态方程相结合,计算出1 kg TNT和PBXW-115水中爆炸气泡脉动周期分别为0.213 s和0.283 s,二者的气泡能分别为1.88 MJ·kg-1和4.41 MJ·kg-1,与实验结果吻合较好.     

铝氧比对CL-20 基含铝炸药水下能量输出结构的影响

为增强摧毁舰艇的能力,对CL-20 基含铝炸药的铝氧比(Al/O)对水下能量输出结构的影响进行研究。设 计不同Al/O 的CL-20 基含铝炸药配方,采用水下爆炸威力实验,对几种混合炸药配方的水下能量输出结构进行分 析,剖析了Al/O 对CL-20 基含铝炸药的水下冲击波能、水下气泡能以及水下能量输出结构的影响规律。实验结果 表明：CL-20 基含铝炸药水下的冲击波能、气泡能和总能量随Al/O 的增加呈现先增加后减少,且水下爆炸总能量在 Al/O 为0.75 左右时有一个最大值,约为6.43 MJ/kg。     

黑索今基含铝炸药的铝氧比对爆轰性能及其水下爆炸性能的影响

为了分析铝氧比对爆压和爆速的影响规律,采用试验方法测定了黑索今（RDX）基含铝炸药的爆轰参数,应用KHT程序计算分析了试验测试结果;针对RDX基含铝炸药,进行了1kg柱形装药水下4.7 m爆炸试验,测量了距爆心1～3m处的冲击波压力峰值与气泡脉动周期,拟合得到了冲击波压力峰值与衰减时间常数的相似律系数。研究结果表明：RDX基含铝炸药的爆压和爆速随铝氧比的增加呈现线性减小变化,爆热在铝氧比为0.997时达到最大值;当铝氧比为0.366时,冲击波压力峰值与冲击波能达到最大值;当铝氧比为0.633时,冲击波冲量与冲击波能量密度达到最大值;当铝氧比为0.997时,气泡第一次脉动周期与半径达到最大值。     

不同铝氧比六硝基六氮杂异伍兹烷基含铝炸药水下爆炸实验研究

为研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基浇注含铝炸药水下爆炸输出特性,对1.2 kg左右不同铝氧比的5种炸药配方进行水下爆炸实验。通过实验数据对冲击波超压和能量输出进行了分析。实验结果表明:配方1的冲击波峰值压力在不同距离下均最大,满足相似律关系;随着铝氧比的增加,衰减速率不断增加,而时间常数、冲击波能不满足相似律关系;在不同距离处同一配方的气泡能几乎没有变化,冲击波能和总能量在3~4 m处基本相同(4 m处最大),随后随距离增加逐渐减少;铝氧比在0.23~1.31时,冲击波能随着铝氧比增加逐渐减少,气泡能先增加后减少,在铝氧比为0.94时达到最大,总能量先增加后减少,在铝氧比为0.47时达到最大,且铝氧比在0.47~0.58时总能量维持平台值。在保证总能量最大的情况下调节铝氧比,可在一定程度上改变含铝炸药的能量输出结构,这对水下武器弹药的炸药配方设计有重要意义。     

温压炸药爆炸能量输出的实验研究

为了指导温压炸药配方设计,研究温压炸药能量输出与组分及实验气氛关系,采用水下爆炸的方法,通过冲击波能、气泡能和总能量分析其能量输出特性。结果表明:在实验条件下,冲击波能和总能量在铝粉含量为40%时最大,分别为338.27 k J和2549.84 k J。气泡能在铝粉含量为50%时最大,为16.08 k J·g-1。含氧量是影响温压炸药能量输出的重要因素。     

不同粘结体系对PBX炸药能量输出特性的影响

粘结剂作为PBX炸药中重要的添加剂,对炸药的力学性能、能量特性等都有很大的影响.为研究不同粘结体系对PBX炸药水下爆炸能量特性的影响,首先对不同粘结体系炸药配方进行优化设计,然后进行不同粘结体系PBX炸药的水下爆炸试验.试验结果表明:与HTPB惰性粘结体系炸药相比,含能粘结体系应用于PBX炸药后,比冲击波能提高了12%~23%;但是由于含能粘结体系力学和工艺性能的限制,使得炸药固含量降低,降低了炸药的气泡能.总的来看,TEGDN、GAP、HTPB粘结体系的PBX炸药总能量分别达到了2.01、1.99、2.15倍TNT当量.     

端羟基聚叠氮缩水甘油醚与六硝基六氮杂异伍兹烷基四元混合炸药能量释放研究

为研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的能量潜力,结合含能粘合剂端羟基聚叠氮缩水甘油醚(GAP),计算了GAP、CL-20、氧化剂、可燃剂四元混合炸药的爆炸能量。计算结果表明,使用高氯酸锂作氧化剂可显著提高体系的能量密度,但将其在浇注混合炸药中得到应用需要进一步改性研究。制备了GAP、CL-20、高氯酸铵、铝粉四元混合炸药样品,利用水下爆炸测试方法,测试并估算了其水下爆炸能量。试验结果表明：在该四元体系中,CL-20含量为15%~20%时,体系能量密度可得到最大值;在CL-20含量为20%条件下,铝氧比为0.50时冲击波能可取得最大值,铝氧比为0.51~0.71时CL-20混合炸药能量密度可达到最大,通过水下爆炸试验数据估算其能量密度可达到2.88倍TNT当量。     

水下爆炸法测量含铝炸药后燃效应

为了研究含铝炸药的后燃效应,以钝黑铝(AⅨ-Ⅱ)、某含铝炸药(JAL)两种炸药为研究对象,设计使用了一种用于增强贫氧炸药后燃效应、可充填不同气体的双层试验装置。采用水下爆炸测试方法,对试验装置中的装药分别在不同压力(0.1,0.6,4.6 MPa)氧气、空气和氮气条件下的爆炸能量输出进行了研究,计算得到了冲击波能、气泡能和总能量,并给出一种计算炸药后燃效应能量的方法。结果表明,实验数据平行性较好,距爆心同一距离、同一水平但不同方位处的水下爆炸测试参数一致,在测试范围内冲击波压力峰值符合爆炸相似律;该试验装置可有效地增强含铝炸药后燃效应,在实验研究范围内,后燃效应释放的能量最高值达到了爆热的78%。使用水下爆炸的方法,结合设计的试验装置,可以对含铝炸药的后燃效应进行测量。     

一种预估无限水域爆炸气泡脉动周期方法

为真实评估水中爆炸气泡能、准确计算气泡脉动周期,根据水中爆炸已有研究成果和相似理论提出了水中爆炸气泡脉动周期的预估方法。通过3次TNT海中爆炸标定试验,得到TNT炸药气泡脉动周期预估公式,用该公式算得水中TNT爆炸的气泡脉动周期值与实测值的误差为小于1.34%;通过3次Al/RDX/TNT海中爆炸标定试验,得到Al/RDX/TNT炸药气泡脉动周期预估公式,用该公式算得水中Al/RDX/TNT炸药的气泡脉动周期值与实测值的误差为小于1.45%。气泡脉动周期与炸药当量1/3次方成正比,与大气压力折算深度及爆炸深度之和的5/6次方成反比;气泡脉动周期受炸药种类严重影响。炸药的化学特征与脉动周期计算公式具有强关联。采用海中标定的方法,能够精确预估水中爆炸气泡脉动周期,预估值与实测值的误差为小于2.54%,适用于炸药水中爆炸的气泡脉动周期估算。     

温压炸药内爆炸压力特性及威力试验研究

为研究温压炸药内爆炸压力特性和威力,基于爆炸相似律与理想气体状态方程分析建立了冲击波超压及准静态压力计算模型,并利用爆炸罐开展了温压炸药和梯恩梯（TNT）炸药裸药柱内爆炸试验。结果表明：内爆炸压力效应包括冲击波压力和准静态压力,准静态压力上升伴随着冲击波的多次反射,反射结束后准静态压力上升到峰值并维持较长时间;温压炸药内爆炸冲击波超压峰值和准静态压力峰值较TNT炸药分别提高了18.0%和62.9%,基于内爆炸冲击波超压和准静态压力计算得到的温压炸药TNT当量分别为1.18和1.63.