钝感HNS-IV 炸药飞片冲击起爆数值仿真

为获得HNS-IV在飞片冲击下的窄脉冲宽度的起爆特性,使用Lee-Tarver点火增长模型和有限元分析软件,对不同直径、厚度的聚酰亚胺飞片撞击HNS-IV炸药过程进行数值模拟.按照试验装置的设计方案,建立数值模拟模型,对不同直径、厚度飞片冲击起爆HNS-IV炸药的机理及影响规律进行分析.仿真结果表明:在飞片厚度一定的条件下,飞片直径增大相应的引爆阈值压力和引爆阈值速度减小;在飞片直径一定的条件下,随着飞片厚度的增加,炸药的引爆阈值压力和引爆阈值速度减小;随着炸药密度的降低,炸药阈值引爆的飞片速度也随之减小.对于HNS-IV炸药,计算所得引爆阈值压力和脉冲持续时间经拟合后所得曲线满足constnpτ=的判据,确定其临界起爆能量.     

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。     

柱形破片冲击带壳装药起爆判据研究

为得到柱形破片撞击带壳装药的临界起爆判据,在一维脉冲冲击起爆判据及长杆判据的基础上,构建一种破片撞击起爆带薄壳炸药的等效模型。将破片撞击带壳装药的过程等效为破片撞击裸装药,导出包含破片长度、直径以及炸药壳体厚度等参量的临界起爆判据,并利用仿真软件对所得结论进行模拟验证。仿真结果表明：当壳体厚度较薄时,冲击波冲击起爆是炸药发生爆轰的主控机制,数值模拟与理论计算结果基本一致,该起爆判据适用,且破片长径比存在临界值,当破片长径大于该临界值时,破片长径比的变化对临界起爆速度影响很小。     

HNS-Ⅳ炸药一维冲击起爆判据的研究

为了探究p-τ判据、James判据和Π-τ判据对六硝基茋(HNS-Ⅳ)炸药一维冲击起爆判据的适用性,以及利用飞片冲击起爆模型研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆的可行性,结合已报道实验数据对三种判据进行了拟合,得到了最佳判据方程。通过AUTODYN软件模拟了不同厚度聚酰亚胺飞片对HNS-Ⅳ速度阈值的影响,基于模拟结果进行判据曲线的拟合,探究了利用飞片冲击起爆模型研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆的可行性。模拟结果表明,速度阈值的模拟结果与实验结果存在偏差,这是由飞片驱动过程中形态和厚度变化所引起。拟合结果中p-τ判据、James判据和Π-τ判据的R2分别为0.9813,0.8715和0.9940,其中Π-τ判据拟合效果最佳,模拟结果与文献结果一致。根据Π-τ判据,文献数据和模拟数据得到的最佳判据方程分别为Π=0.156+0.013/τ和Π=0.175+0.012/τ,二者曲线基本重合,说明通过数值模拟研究HNS-Ⅳ一维冲击起爆是可行的。     

HNS-Ⅳ炸药驱动飞片速度及形态的数值模拟

为指导基于冲击片雷管驱动飞片的起爆传爆序列设计,采用数值模拟方法计算获得了六硝基茋(HNS-Ⅳ)炸药驱动不同材料(不锈钢、钛合金、铝),不同厚度(0.1～0.5 mm)和不同直径(3,4,5 mm)飞片速度与形态。计算结果表明:在同一厚度下,铝飞片的速度最高,钛合金飞片其次,不锈钢飞片最低,这与其密度关系相对应;对于同种材料,随着飞片厚度的增加,飞片速度逐渐减小,并趋于一个极值;不同直径飞片被爆轰剪切后,其有效直径均有所减小,其中,Φ4 mm和Φ5 mm飞片的有效直径相当,分别为3.6 mm和3.4 mm,Φ3 mm飞片最小,仅为2.8 mm。在爆轰波作用下,HNS-Ⅳ炸药驱动不同直径、0.10 mm厚度钛合金飞片,Φ4 mm和Φ5 mm飞片略呈球面状,而Φ3 mm飞片形态较为平整,分析认为冲击波反射驱动是其形态平整的主要原因。     

不同炸高下的EFP 对盖板炸药的撞击起爆研究

为了研究不同状态下的爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)对盖板炸药的冲击起爆影响,采 用Ls-Dyna 仿真软件,建立EFP 撞击起爆带壳炸药的数值仿真模型。利用EFP 成型过程的不同阶段其头部速度不同, 对不同厚度盖板的CompB 炸药进行撞击起爆数值仿真,分析了各个阶段的比动能、头部速度与盖板厚度的关系,以 及盖板厚度与起爆时刻、位置的变化规律。仿真结果表明：在0.5～1 倍装药直径之间,可以得出临界盖板厚度与头 部速度、EFP 沿飞行方向的投影面积成正比,并且EFP 在侵彻大于2.5 倍装药直径的盖板过程时,不会形成剪切块; 笔者设计的口径40 mm EFP 完全成型后,其比动能为61.81 MJ/m2,可以起爆最大盖板厚度为10 mm 的CompB 炸药; 在一定盖板厚度范围内,冲击起爆时间和冲击起爆位置都随着盖板厚度增加而增加;EFP 飞行至0.5 倍装药直径处, 所能撞击起爆的临界盖板厚度是EFP 成型后的2 倍。该研究对于防空防导的战斗部EFP 设计具有一定的参考价值。     

射弹冲击带盖板Comp B装药起爆过程数值模拟

分析并验证了圆柱形平头铜射弹冲击起爆带盖板Comp B装药,利用LS-DYNA模拟了圆柱形平头和圆头钨射弹冲击带不同厚度钢盖板的Comp B装药起爆过程,定量地分析了起爆临界速度随盖板厚度的变化规律,讨论了发生延迟起爆(XDT)现象的原因和机理。结果表明,直接冲击起爆计算结果能够较好地符合Jacobs判据,圆头与平头钨射弹冲击带盖板Comp B装药临界起爆速度满足关系式Vround≈1.15Vflat,发生XDT现象是因为炸药被破坏及反射冲击共同作用所致,且XDT现象产生位置均在邻近底板的炸药界面处。     

飞片式无起爆药雷管结构研究

设计了一种新型飞片激发装置的无起爆药雷管,通过铅板穿孔试验研究了飞片直径、厚度和中间装药条件对雷管爆轰性能的影响。研究结果表明:当飞片厚度在0.1~0.3mm范围内时,随着厚度增加,飞片起爆能力增强;直径相同时,厚度为0.2mm、0.3 mm的飞片能够可靠起爆雷管底部装药,飞片厚度0.1 mm时,雷管发生半爆。中间装药密度过大或高度过低都会导致雷管发生半爆,合适的装药密度范围为0.86~1.41 g·cm~(-3),装药高度应不低于2mm。     

多点起爆驱动飞片的数值模拟研究

为了给高速大尺寸加载装置设计提供参考,基于流固耦合算法对炸药驱动飞片的过程进行了数值模拟,分析了不同起爆网络和装药高度对飞片平面范围和速度的影响。结果表明：保持装药高度相同,飞片平面范围主要受起爆网络排布的影响,三角形点阵网络作用下的飞片平面范围优于四边形点阵网络;各多点起爆网络作用下飞片的速度无明显区别,但相对于单点起爆均有明显提升,85mm装药高度27点起爆网络作用下飞片速度提升24.6%;保持起爆网络相同,飞片平面范围随装药高度增加而减小,飞片速度随装药高度增加而增加。     

引信飞片起爆多方案动态特性仿真对比

针对引信传爆管输出飞片远距离引爆弹丸主装药优化设计问题,应用ANSYS/LS-DYNA软件研究了12种飞片起爆方案,模拟出炸药驱动飞片起爆过程,并得出不同形状、不同厚度飞片冲击起爆炸药时炸药端面爆轰压力与时间的曲线。结果表明:在飞片厚度设计经验范围内,平板型飞片冲击炸药的爆轰压力随飞片厚度增加而增大;碟型飞片冲击炸药的爆轰压力随飞片厚度增加而减小;锥型飞片越厚越不易引爆炸药,而球缺型飞片越薄越不易引爆炸药,并且对飞片厚度极为敏感。     

碎片冲击起爆带壳装药的数值模拟

利用非线性软件AUTODYN-2D模拟碎片冲击起爆带铝壳装药,其中装药为PBX炸药。采用Lee-Tarver点火模型,通过数值模拟碎片冲击带壳装药和冲击铝板对比验证了带壳装药作为防护结构的有效性和优越性,同时分析了起爆机理及碎片的尺寸和冲击速度对炸药起爆特性的影响规律。计算结果表明,随着碎片冲击速度的增大,容易形成稳定的爆轰;碎片直径的变化会影响临界冲击起爆速度。另外,考虑带壳装药本身,得到带壳装药中铝壳厚度变化对其冲击起爆的影响规律。     

飞片冲击起爆系统设计与数值模拟

为调整炸药装药中的爆轰波波形,设计了一种飞片冲击起爆系统,通过理论分析和计算确定飞片的形状及材料选择原则、飞片的倾斜角、飞片与主装药的间距,采用数值模拟软件LS-DYNA对设计的飞片冲击起爆系统进行了数值仿真计算。结果表明飞片冲击起爆系统能可靠起爆炸药装药并调整炸药装药内部爆轰波波形,可为端部预制破片或多EFP战斗部的驱动提供参考。     

破片冲击起爆屏蔽装药的临界判据

为研究破片对带盖板屏蔽装药的冲击起爆问题,通过理论计算得到等效破片的直径与速度,结合Held 判 据得到破片冲击起爆屏蔽装药临界判据。用已有的实验数据验证了判据的正确性,并利用AUTODYN 软件进行仿真 比较,得到不同材料破片的临界起爆速度。仿真结果表明：通过该临界判据计算出的屏蔽炸药临界起爆速度和数值 模拟所得结果误差均小于2%,计算结果与实验数据计算结果基本一致。     

高压短脉冲作用下HNS-Ⅳ型炸药的全发火冲击起爆判据

为了确定Hexanitrostilbene-Ⅳ(HNS-Ⅳ)炸药在高压短脉冲作用下的全发火冲击起爆判据参数,采用Exploding Foil Initiation system(EFIs,爆炸箔起爆系统)驱动三种厚度的聚酰亚胺飞片(12.5,40μm和50μm)撞击HNS-Ⅳ炸药柱,用升降法进行发火试验,获得了三种厚度飞片对应的最小全发火充电电压,Photon Doppler Velocimetry(PDV)方法获得最小全发火充电电压下飞片的撞击速度分别为3400,3100 m·s~(-1)和2930 m·s~(-1)。基于冲击波理论和动力学仿真,分别获得三种厚度飞片在该撞击速度下撞击HNS-Ⅳ型炸药的界面压力p、界面粒子速度u和持续时间τ,通过数据拟合确定HNS-Ⅳ型炸药在高压短脉冲作用下的全发火冲击起爆判据参数。研究结果表明,对于装药密度为1.56 g·cm~(-3)的HNS-Ⅳ装药,在撞击界面压力为10～13 GPa和持续时间为4.0～8.7 ns的范围内,全发火p~nt判据为:p~(2.88)τ≥7.21。     

微起爆序列设计及传爆与隔爆性能

为满足引信微小型化发展的需求,基于微机电系统（MEMS）工艺技术设计了由微起爆器、飞片、MEMS安全保险机构等构成的微起爆序列。依照国家军用标准GJB 5309.17—2004(K)火工品试验方法：轴向输出测定铝块凹痕法,对微起爆器装药、安全保险机构传爆空腔等参数不同时内置MEMS安全保险机构起爆序列的传爆性能进行测试,获得微起爆序列理想的设计参数,即微起爆器装药密度为1.67 g/cm³、装药直径为2.0 mm、装药高度为1.5 mm,安全保险机构传爆空腔直径为1.0~2.0 mm、高度为0.65~1.50 mm. 在序列优化设计基础上对微起爆序列隔爆性能及解除保险功能进行测试,发现当滑块厚度≮0.3 mm时序列正常隔爆,发射过载21 000 g、转速6 000 r/min条件下序列正常解除保险。结果表明,利用安全保险机构传爆空腔作为加速膛,采用微起爆器驱动飞片冲击起爆下一级装药的爆轰能量放大方式,实现了序列传爆、隔爆、解除保险功能,有效减少了起爆序列初级装药量和轴向尺寸。     

破片对复合壳体装药冲击起爆判据的研究

为了研究破片对复合壳体装药的抗破片冲击起爆问题,在破片冲击起爆单层壳体的James临界能量判据的基础上,提出了多层复合壳体结构的冲击起爆临界能量判据。通过仿真对装药为B炸药、厚度为6~12 mm的不同壳体层进行了破片的冲击起爆研究,并将仿真结果与理论结果相比较,表明仿真结果和理论结果吻合较好。所提出的多层复合壳体装药冲击起爆临界判据具有较好的预测性,采用硬-软-硬的波阻抗匹配复合壳体结构能够显著提高带壳装药冲击起爆的临界速度。     

钨球对柱面带壳装药的冲击起爆数值模拟研究

采用AUTODYN-3D数值软件,开展了钨球与不同曲率半径柱面带钢壳Comp B炸药作用过程的数值模拟。分析了钨球撞击位置对炸药冲击起爆特性的影响,采用升降法获得柱面带壳装药的临界冲击起爆速度。结果表明：柱面带壳装药冲击起爆过程与平面带壳装药相一致,炸药起爆点发生在离炸药和壳体界面一定距离处,且随着速增加而越靠近交界面;相同条件下柱壳装药更易于起爆,其临界起爆速度随装药曲率半径r增加呈现非线性增大,碰撞点偏移量δ=0时,r=∞的临界起爆速度较r=40 mm时增加3.2%;随偏移量δ的增大呈现指数增加,r=40 mm时,δ=0.94r的临界起爆速度较δ=0时增加35.6%,较平面带壳装药增加31.5%.     

破片对屏蔽炸药冲击起爆的数值模拟和分析

分别对钢、铜、钨破片撞击不同厚度屏蔽装药进行了数值仿真并用已有实验结果验证了仿真结果的正确性，分析了起爆过程。采用“升一降”法研究了装药的起爆临界速度，采用最小二乘法得到了临界理论起爆判据的参数孢、忌，并验证了理论判据的正确性。理论判据的给出可以很好的描述屏蔽炸药的起爆特性，为冲击起爆实验研究和后续的可靠性研究提供很好的理论参考。     

某新型炸药冲击起爆试验与临界起爆特性研究

采用平面波发生器爆炸驱动不同厚度的飞片撞击带隔板装药,获得了某新型炸药与THAL,炸药的冲击波起爆临界隔板厚度.基于一维冲击波传播理论,建立了炸药临界起爆特性参数分析模型,并利用所测的两种炸药冲击波起爆临界隔板厚度,结合炸药及隔板材料的冲击Hugoniot参数测试结果,计算得到了两种炸药的冲击波临界起爆压力和起爆能量常数.     

超细HNS-Ⅳ炸药的窄脉冲起爆判据研究

为获得超细HNS-Ⅳ炸药的窄脉冲起爆判据,分析了冲击片起爆判据的计算过程,通过拟合冲击片起爆超细HNS-Ⅳ炸药的试验数据,得到了装药密度为1.57g/cm3的超细HNS-Ⅳ炸药的窄脉冲经验起爆判据,用其计算的冲击片起爆阈值电压与感度试验结果基本符合.