含铝炸药爆炸空气冲击波超压理论计算方法

为了评估含铝炸药等非理想炸药的爆炸冲击波威力,通过研究其在空气中爆炸形成的初始冲击波,重新确定了影响远场冲击波超压的因素。对含铝炸药的爆炸空气冲击波超压峰值进行量纲分析,并由理想炸药的爆炸冲击波超压计算公式扩展推导出含铝炸药等非理想炸药的冲击波超压理论计算方法。研究结果显示,该计算方法可以很好地描述含铝炸药爆炸空气冲击波超压衰减慢、不服从相似律等实验现象,为评估含铝炸药等非理想炸药的冲击波威力提供了理论支持。     

炸药在空气中爆炸冲击波的地面反射超压实验研究

为进一步研究炸药在空气中爆炸的冲击波参数,对梯恩梯（TNT）、HL0（黑索今（RDX）95%+石蜡（Wax）5%）和HL15（RDX 80%+Wax 5%+Al 15%）3种炸药不同距离处的冲击波反射超压进行了测试。实验结果表明：相比HL0和TNT,HL15在距爆炸中心3 m、4 m和5 m处的峰值超压最大;随着距离的增加,在7 m、9 m和12 m处,3种炸药的冲击波峰值超压越来越接近。采用幂指数公式对3种炸药的冲击波超压与对比距离之间的关系进行拟合后发现：在距离R≤2.6 m时,3种炸药的峰值超压大小顺序为HL0≥HL15>TNT;当2.6 m HL0 >TNT;对于指前因子k值,HL0>HL15>TNT;对于衰减系数α值,HL0> TNT>HL15;k值和α值共同决定着冲击波反射超压大小;幂指数拟合公式在取对数后为线性关系,在外推时得到的数据更接近实验值,因此可以作为研究炸药在空气中爆炸的地面反射超压经验公式。     

一次引爆型燃料-空气炸药的爆炸超压场及TNT比当量

介绍了爆炸超压场的测试方法,给出了几种一次引爆型燃料-空气炸药和对应高能炸药爆炸超压场超压峰值的试验结果并进行了比较;进一步计算了一次引爆型燃料-空气炸药的TNT比当量.     

NEPE高能推进剂爆炸计算研究

为评估NEPE高能推进剂(硝酸酯增塑的聚醚高能推进剂)的安全性能,进行了NEPE高能推进剂和TNT炸药爆炸试验.在试验的基础上,拟合出超压公式,在超压公式基础上计算出NEPE高能推进剂的TNT当量值,对比距离在2.3～33m/kg1/3时,TNT当量值在1～1.52之间.根据玻璃破坏冲击波超压值,计算出10kg高能推进剂爆炸对43m以外建筑无损害.     

炸药的水下爆炸冲击波性能

介绍了炸药水下爆炸过程的特点及水下冲击波性能的测试方法。研究了水下爆炸冲击波性能和炸药的爆速、爆压的关系及几种炸药的冲击波超压峰值与药量及距离的关系，提供了几种炸药的水中冲击波能的测试结果。     

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。     

炸药水下爆炸能量输出特性研究

通过典型炸药爆炸的性能参数,分析、计算了不同类型水中兵器用混合炸药水下爆炸的 冲击波能、气泡能、冲击波超压方程中的系数k和a以及水中爆炸冲击波超压,计算结果与实测值 能较好地吻合。首次提出了冲击波超压方程中系数a的计算公式,从而为冰下兵器用炸荀配方设 计、性能评估以及战斗部设计提供科学依据。     

炸药周围水层对空气冲击波反射超压影响的实验研究

通过在容器内用适量水包裹炸药进行水消减冲击波的爆炸实验,研究水与炸药的质量比值、比例距离对冲击波反射超压的影响,并对水消减冲击波的规律进行了分析。研究结果表明：相比于无水爆炸,置水后冲击波反射超压随比例距离增大呈先增后减趋势,在比例距离为0.255 m/kg¹³时,置水后的反射超压峰值均大于无水时的结果,且随着水药比的增大而增大, 水药比为6时的压力峰值可达无水时的8倍;当比例距离增大至1.21 m/kg¹³时,水可以显著降低反射超压峰值,相比无水爆炸降幅可达60%.     

含铝炸药与一次引爆FAE威力特性对比研究

为比较含铝炸药与一次引爆燃料空气炸药（FAE）威力特性，对JHL-2含铝炸药与一次引爆某燃料空气炸药公斤级爆炸冲击波参数进行了测试。结果表明，在相同装药体积情况下，距爆源水平距离为3m、5m和7m处，JHL-2冲击波峰值超压比一次引爆某燃料空气炸药分别提高了13．5％、39．0％和18．5％，正压区冲量提高了21．5％、22．7％和16．5％，正压作用时间略有下降，说明含铝炸药爆炸威力可以达到甚至超过一次引爆FAE。     

复杂坑道内温压炸药冲击波效应试验研究

通过在复杂坑道中进行温压炸药和TNT炸药爆炸试验,分别获得了冲击波峰值压力、冲击波冲量和热响应温度曲线。研究了温压炸药爆炸冲击波在复杂坑道环境内的传播规律,并对比分析了温压炸药和TNT炸药爆炸效应参数的特性。研究结果表明:复杂坑道冲击波超压曲线出现几个峰值,随着爆心距的增加,首峰不再是最大峰值;弯道不但能显著减小炸药爆炸冲击波峰值压力,而且还能增大冲击波冲量;温压炸药试样在坑道中的冲击波超压峰值、冲击波冲量及热响应温度普遍大于TNT炸药,并且出现了明显的二次燃烧现象。     

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.     

静爆冲击波在空气中的传播规律

通过对爆炸冲击波在空气中传播的已有研究成果进行了对比分析,提出了一个能较好描述冲击波超压峰值与当量比例距离关系的解析式。通过静止装药爆炸试验,测得距爆心不同距离处的超压-时间曲线,实测值与理论值能较好吻合,但是在距离爆心较近处仍存在一定偏差,并且实测曲线受到反射波影响较大。     

温压炸药爆炸冲击波在爆炸堡内的传播规律

为研究温压炸药爆炸冲击波在有限空间的传播特征,在爆炸堡中进行400 g RDX/Al/AP(高氯酸铵)/HTPB(端羟基聚丁二烯)温压炸药的爆炸实验,通过压力测试系统得到冲击波在地面和空中的超压时程曲线,以JWL-Miller方程作为爆炸产物状态方程,采用AUTODYN软件对爆炸过程进行了数值模拟,并用数值模拟结果研究冲击波在爆炸堡内发生正反射和斜反射。结果表明,数值模拟得到的冲击波形态、峰值及作用时间与实验测试结果吻合较好,Miller余项能够较为合理地描述含铝温压炸药的后燃特征。正反射发生在装药的地面投影点,反射波峰值达到入射波峰值的3.3倍;斜反射包括规则反射和马赫反射,冲击波入射角小于40°时,在地面形成规则反射,反射波峰值约为入射波峰值的2.5倍;冲击波入射角大于40°时形成马赫反射,马赫波峰值约为入射波峰值的1.2~1.6倍;在侧壁及穹顶发生规则反射。在几何对称轴上发生聚焦现象,聚焦点冲击波超压高于2200 k Pa,达到该点入射冲击波超压的4.3倍,增强了爆炸堡内冲击波,提高了温压炸药的毁伤能力。     

爆炸冲击波作用下混凝土板的载荷等效方法

基于动力响应一致的原则,提出了将混凝土板所遭受的爆炸载荷等效为无升压时间的 三角形均布载荷的方法。采用量纲分析将混凝土板的最大动量及其达到时间作为等效参数,得到 了其在爆炸作用下的等效载荷超压峰值和持续时间与炸药当量和爆距之间的无量纲经验关系式。 通过对一定无量纲范围内不同工况计算结果的拟合,确定了经验表达式中的常数。最后,采用数值 方法对等效载荷和实际爆炸作用下混凝土板的动力响应数值分析结果进行比较,验证了该等效方 法的有效性。     

灰色关联分析在温压炸药配方设计中的应用

为研究固体温压炸药主体组分及配比对爆炸性能的影响规律,在1 kg量级装置静爆试验的基础上采用灰色关联方法分析5种组分原材料对冲击波超压的关联程度。结果表明,与距爆心3 m处冲击波超压正相关的因素依次为:高能炸药(RDX)、超细AP(3μm);而与距爆心9 m处冲击波超压则为:特细铝粉Ⅱ(6μm)、特细铝粉Ⅰ(25μm)、工业AP(120μm)。说明,高能炸药、超细AP对较近距离冲击波超压具有主要贡献,而对较远距离冲击波超压贡献作用较小;两种粒度的特细铝粉和工业AP对不同距离处冲击波强度的作用则与之相反。     

基于ALE算法的爆破战斗部爆炸效应数值模拟研究

采用Arib itrary Lagrange-Eu ler(ALE)算法对爆破战斗部在空气中的爆炸效应进行了数值模拟研究。在建模过程中,炸药采用ALE单元,壳体采用Lagrange单元,空气采用Eu ler单元,同时建立炸药产物在其中流动的ALE初始空间网格,炸药和初始空间网格之间采用共用节点连接,炸药、壳体与空气网格之间定义耦合。计算得到了爆炸产物的飞散特性、压力场的分布规律和距爆心不同距离处的爆炸超压值。进行了地面试验验证,通过对比分析表明,模拟结果与试验结果之间的相对误差小于10%。     

CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟（英）

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。     

船舱内静止装药和运动装药爆炸的毁伤效果仿真

采用数值仿真方法对不同质量的静止装药和运动装药在船舱内爆炸的过程进行了研究,分析了装药的运动速度对船舱的毁伤效果和船舱内流场分布的影响。计算结果表明,运动装药在船舱内爆炸对运动正方向舱壁的毁伤效果大于静止装药,且随着装药速度的增大而增加;而对运动反方向舱壁的毁伤效果小于静止装药,且随着装药速度的增加而减小。由于运动装药易使运动正方向舱壁出现破口,使得船舱泄压,导致对运动反方向舱壁的毁伤效果比静止装药爆炸时要小,不利于从整体上毁伤船舱。运动装药在船舱内爆炸时在运动正方向舱壁上产生的超压峰值明显大于静止装药,且随着装药速度的增大而增大,而在运动反方向舱壁上产生的超压峰值要低于静止装药,且随着装药速度的增大而降低。     

PBT/A3 基RDX 含铝炸药爆炸能量特性研究

为掌握PBT/A3 粘结剂体系对含铝炸药爆炸能量的影响特性,以PBT/A3 粘结剂体系为研究对象,复合 RDX 和Al 粉设计PBT/A3 基RDX 含铝炸药配方。测试炸药复合体系密度、爆速、爆热等性能,并与相同条件HTPB 基RDX 含铝炸药进行对比,探讨PBT/A3 粘结剂对炸药密度及爆炸本征能量爆速和爆热影响;开展PBT/A3 基含铝 炸药冲击波超压性能测试,对其近/远场冲击波能量释放特性进行分析和讨论。研究结果表明：较于HTPB 基RDX 含铝炸药,PBT/A3 粘结剂对复合体系装药密度提升9.1%,爆速和爆热分别提升1.45%和11.47%,能量密度提升较 为明显;PBT/A3 基炸药近场超压当量为1.6 倍,远场超压当量为1.69 倍,PBT/A3 含能粘结剂体系的引入改善了复 合体系氧平衡,有利于Al 粉充分燃烧提高其远场能量释放。