爆轰驱动金属圆筒的能量转换与破片初速模型

基于爆轰产物的JWL状态方程和Taylor破裂判据,从能量守恒出发推导了一种考虑膨胀细节的爆轰驱动金属圆筒能量转换与破片初速模型。选用无氧铜、45^#钢和6061铝合金3种材料进行压装TNT炸药驱动的圆筒试验。对比试验的膨胀轨迹与膨胀速度和模型计算结果,表明所建立的爆轰驱动模型综合考虑了炸药-金属系统驱动的膨胀过程和力学性能因素,相比格尼公式只单一考虑炸药爆轰参数的驱动能力,更全面地考虑爆轰驱动影响因素,计算结果更具有针对性和适用性。     

基于Jones-Wilkins-Lee状态方程的爆轰波相互作用参数理论分析

基于Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,利用三波理论和Whitham方法对凝聚炸药爆轰波相互作用后发生的正规斜反射和马赫反射进行了理论分析。推导了基于JWL状态方程的爆轰波正规斜反射和马赫反射压力及马赫杆高度的计算模型;提出了改进Whitham方法中的慢变函数k(ξ) 的理论计算方法。使用PBX 9501炸药和JH-2炸药的试验结果对计算模型进行验证,理论计算结果与试验结果吻合较好。试验结果表明,基于JWL状态方程建立的理论计算模型,对于凝聚炸药爆轰波相互作用后发生的正规斜反射和马赫反射,能够较准确地描述其爆轰参数分布和传播规律。     

PBX-9502炸药超压爆轰条件下的状态方程

分别使用标准JWL和Davis状态方程对炸药PBX-9502超压驱动飞片和球形聚心爆轰问题进行了数值模拟。对超压驱动飞片问题的模拟结果显示,采用标准JWL状态方程计算出的超压段压力、速度结果偏低,而采用Davis状态方程给出的计算结果与实验符合较好。在球形聚心爆轰波的数值模拟中,分别使用Davis状态方程和JWL状态方程计算了LiF飞层的自由表面位移历史,发现在相同时间间隔(1.5μs)内,用前者计算出的位移大于后者(约0.4 mm)。     

改性B炸药的做功能力研究

为了解添加剂对B炸药做功能力的影响,分别添加VP-501、123树脂/DES和HTPB/MDI制备了4个改性配方（B-2、B-3、B-4和B-6）。用电探针和锰铜压力计分别测定改性B炸药的爆速和爆压,同时用VLW程序计算爆轰性能参数;应用有限元动力学程序LS-DYNA对改性B炸药的标准圆筒试验进行数值模拟,获得爆轰产物的JWL状态方程参数和铜管外壁径向膨胀距离与比动能曲线,分析了提高熔铸炸药能量的途径和方法。结果表明,改性B炸药的爆速和爆压理论计算值和实验值比较接近,获得了较好结果;B炸药中加入添加剂后,密度减小,爆速和爆压、壁速和比动能降低,而且添加数量越多,爆速和爆压、壁速和比动能降低越大。添加HMX和Al粉能提高熔铸炸药的做功能力。     

一种CL-20基压装混合炸药JWL状态方程参数研究

对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基压装混合炸药爆轰产物JWL状态方程参数进行了研究。采用直径25mm标准圆筒试验研究了CL-20基压装炸药(C-1,CL-20/钝感粘结剂(质量比)=94.5/5.5)的驱动做功能力,获得了圆筒壁膨胀速度、位移与时间的关系;应用考虑与爆轰参数封闭的炸药JWL状态方程参数数据处理方法得到该炸药的JWL状态方程参数,应用参数进行圆筒模型数值模拟,与试验结果对比,发现速度误差低于2%,位移误差低于1%;对比了本研究参数与国外类似炸药参数在做功能力上的差异,结果表明,LX-19和PBXC-19的格尼速度比C-1炸药分别高2.02%和2.20%。     

HNS-Ⅳ炸药JWL状态方程研究

为了研究HNS-Ⅳ炸药在小尺寸下爆轰产物状态方程,采用Φ10mm直径小圆筒试验研究了HNS-Ⅳ炸药的做功能力,获得了圆筒壁膨胀位移、速度与时间的关系;利用非线性有限元动力学程序Ansys/Ls-Dyna,对圆筒试验进行了数值模拟;通过与试验结果相比较,得到了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物JWL状态方程参数;采用双灵敏度激光速度干涉仪(VISAR)测量了HNS-Ⅳ炸药的平面一维爆轰驱动飞片的速度历程,并进行了数值模拟计算,从而验证了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物状态方程的有效性。     

探针式圆筒试验方法及TNT炸药爆轰产物JWL状态方程参数标定

圆筒试验是目前标定炸药爆轰产物状态方程参数最常用的试验之一,为了确定炸药爆轰产物JWL状态方程参数,设计并搭建了探针式圆筒试验平台。采用一组具有径向位移差的镀金探针和20 ns高精度脉冲测时仪记录圆筒膨胀过程中的多个离散点,当圆筒在爆轰产物驱动下膨胀到探针头部形成回路时,脉冲测时仪记录下时间,据此可获得圆筒壁的位移时程曲线。研究开展了两组TNT炸药的探针式圆筒试验,得到了圆筒膨胀位移离散点,试验结果显示两组试验曲线相差较小,表明探针式圆筒试验具有较好的重复性。采用BP-GA算法确定了TNT炸药的爆轰产物JWL状态方程参数,将确定的JWL参数代入有限元软件进行数值检验,结果显示仿真得到的位移曲线相对试验曲线的决定系数R2为0.9997,表明JWL参数具有较高的精度。     

燃料空气炸药爆轰产物JWL状态方程参数计算

炸药爆轰产物的Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程参数一般由圆筒试验确定,但圆筒试验并不适用于宏观上呈云雾状态的燃料空气炸药(FAE)。为确定FAE爆轰产物的JWL状态方程参数,基于外场FAE爆轰试验数据,引入反向传播神经网络联合遗传算法(BPNN-GA),建立适用于FAE的状态方程参数计算方法,并与单爆源和多爆源的外场试验结果对比。研究结果表明：引入BPNN-GA可以简化状态方程参数优化过程,提高了寻优速度和精度;基于FAE爆轰产物JWL状态方程参数,建立单爆源与多爆源的FAE云雾爆轰模型,数值仿真所得的冲击波轮廓与实际爆轰冲击波形貌一致,单爆源与多爆源50 m测点处地面峰值超压仿真值与试验值的最大偏差分别为9.0%和11.1%.     

CL-20基炸药爆轰产物JWL状态方程实验标定方法研究

CL-20炸药能量较高,其爆轰性能是倍受关注的核心问题之一,获得CL-20炸药爆轰产物的状态方程参数可以进一步研究CL-20炸药的做功能力和能量释放规律。设计了有约束炸药驱动金属平板实验装置,用激光位移干涉仪测量了C-1炸药(CL-20/Binder/96/4)驱动下金属平板的运动速度。对炸药驱动金属平板实验进行数值模拟计算,标定了C-1炸药爆轰产物JWL状态方程参数。通过炸药标准圆筒实验及炸药与窗口界面粒子速度实验验证了方程参数的准确性。设计的有约束炸药驱动金属平板实验为标定高能炸药的爆轰产物状态方程参数提供了新方法。     

钝感炸药散心爆轰驱动平板飞片研究

散心爆轰和滑移爆轰驱动规律研究可以获得钝感炸药的反应区和反应产物状态方程的信息.根据特定结构的大板试验研究TATB基钝感炸药和HMX基高聚物粘结炸药散心爆轰驱动平板飞片的运动规律,结合试验数据通过理论分析和数值计算,研究了爆轰产物的JWL状态方程参数.结果表明,随着测点半径的增加,飞层的有效药量则有所加大,表现为测点半...     

两种含铝炸药作功能力与JWL状态方程研究

采用圆筒试验方法研究了ROTL-905、TRAL含铝炸药的作功能力，并将试验结果与JOB-9003、TATB炸药进行了比较。利用圆筒试验数据计算了含铝炸药JWL状态方程参数。研究结果表明：与JOB-9003、以TATB为基的PBX炸药相比，ROTL-905、TRAL含铝炸药由于含有铝粉等慢反应成分，初始加速度小、衰减慢、后续作功能力强，圆筒膨胀到距离为6．5mm和9．9mm时，其加速能力已超过JOB-9003炸药。     

爆炸近区流场的数值模拟方法研究

提出了一种用于模拟爆炸近区炸药、爆轰产物、空气等相互作用流场的数值方法。在欧拉型方法中引入了一种炸药、爆轰产物、空气3种组分的混合模型,该模型中炸药及爆轰产物采用Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,空气采用理想气体状态方程,在固相与气相间满足等压假设和体积可加性,气相组分间满足等温假设和分压定理。该模型无需迭代求解,计算效率较高。化学反应率采用“点火—生长”模型,采用AUSM₊-up格式计算通量。计算了空气中球形TNT装药的爆炸问题,可以清晰地看到爆轰波在流体界面上发生的透射、反射等一系列复杂作用过程。计算得到的超压峰值在直至距药球表面5 cm的位置都与实验结果符合良好,冲击波到达时间、超压比冲量等与现有实验结果也符合较好,验证了本方法的有效性和准确度。     

拉拔成型无氧铜管在爆轰加载下的膨胀及断裂特性研究

为了探索拉拔成型无氧铜管是否满足标准圆筒试验的延展性要求,采用未经二次锻造的粗晶软态无氧铜,通过拉拔成型工艺加工成25 mm圆筒试验用的标准铜管。采用超高速分幅相机及扫描相机分别观测装填TNT炸药及JO-159炸药条件下的铜管膨胀及断裂过程,对比典型高应变率范围内铜管的断裂应变、裂纹扩展方向等差异,并分析铜管应变能对炸药驱动性能表征参数的影响。结果表明：TNT炸药爆轰加载下,铜管裂纹主要沿母线形成及扩展,其破片主要呈条状;而JO-159炸药爆轰加载下,铜管环向应变率及轴向应变率分别约为TNT炸药加载工况的1.34倍和2倍, 其断裂带易出现较为复杂的交错状态,形成密集小破片;这两种炸药爆轰下,该铜管的断裂直径均达到了初始直径的3倍,且表征炸药驱动性能的格尼速度未发生明显变化,因此可以满足一般高能炸药圆筒试验的要求。     

TNT和TATB炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解TNT和TATB炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算爆轰产物中碳的Gibbs自由能,用Ree修正的WCA状态方程和Ross软球修正的硬球微扰理论,对TNT和TATB炸药爆轰参数进行数值模拟计算,爆轰CJ点的爆速和爆压的计算结果与实验值吻合得很好。     

DNTF基同轴双元装药的爆轰波形及驱动性能

采用两种不同含铝量的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基炸药制备了一种同轴双元组合装药,其内层装药的含铝量为20%,外层装药的含铝量为5%,通过高速扫描法研究了该组合装药的爆轰波形特征;采用含铝量为12.5%的DNTF基炸药制备了同尺寸的单一装药,并通过圆筒实验,对比了组合装药与单一装药驱动性能的差异。结果表明,外层装药爆速较高时,内层装药的爆轰波形将产生汇聚效应,同时也加剧了外层装药的侧向干扰,使其波形呈现明显的散心特征;该组合装药的复杂波形不仅影响内外层装药的爆轰反应区宽度,还使圆筒比动能及爆轰产物压力在初期均明显低于单一装药;随着爆轰产物的膨胀,组合装药与单一装药的圆筒比动能逐渐接近,且爆轰产物相对比容增至2.69后,组合装药爆轰产物的压力便明显超过单一装药。     

浇注六硝基六氮杂异伍兹烷基混合炸药驱动性能

为研究浇注六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基混合炸药的金属驱动特性,制备了CL-20∶端羟基聚丁二烯（HTPB)∶Al-Zn配比为84∶11∶5的浇注CL-20基炸药试样GWL. 测试GWL密度、爆速、爆压、机械感度以及快速烤燃、慢速烤燃和枪弹撞击3项不敏感特性,发现其炸药密度为1.78 g/cm³、爆速为8 750 m/s、爆压为33.21 GPa,不敏感试验反应等级均为燃烧,机械感度也符合炸药使用要求。采用50 mm标准圆筒试验测试了GWL炸药试样的做功能力,发现GWL炸药试样驱动圆筒在41 mm特征点上的速度为1 730 m/s. 应用有限元分析软件Autodyn时圆筒试验过程进行数值模拟计算,通过对比试验结果与数值模拟结果,得到GWL炸药的JWL状态方程;设计CL-20∶HTPB配比为89∶11的无金属粉炸药试样GC,在相同试验条件下测试了GC的机械感度与爆炸驱动能力,结果表明GC与GWL两种炸药试样驱动能力相当,但是GC炸药的机械感度高于GWL炸药。采用Autodyn软件建模对比研究了GWL炸药与C-1炸药和LX-14炸药的驱动能力,结果显示：GWL炸药驱动破片的终速比LX-14炸药高2.6%;其驱动性能优良,是一种高能低感度的新型CL-20基浇注炸药。