强约束固体炸药燃烧裂纹网络反应演化模型

为表征受约束装药非冲击点火后的反应演化行为,建立了燃烧裂纹网络反应演化理论模型。该模型量化了反应烈度,通过与实验结果对比验证了模型的适应性。结果表明：壳体约束越强,高温产物气体自增强燃烧越迅速,装药反应越剧烈,壳体破坏时装药反应度越大;装药结构尺寸越大,炸药反应初期高温产物气体流动和表面燃烧导致裂纹增压扩展过程的时间越长,但后期反应越剧烈,壳体破坏时装药反应度越大;点火阈值压力对装药最终的反应烈度影响不明显。炸药燃烧裂纹网络反应演化模型可较好地反映炸药本征燃烧速率、约束强度、装药结构尺寸等对反应演化的影响规律,为弹药在意外刺激下的安全性设计和烈度量化评估提供了理论基础。     

不同机械约束下压装PBX炸药反应演化行为

为研究机械约束下炸药反应演化行为,加深对武器装药意外点火后反应烈度演化影响因素及机制的认识,对压装PBX炸药反应演化过程进行实验研究。设计一种机械约束装药点火实验装置,采用激光干涉仪和压力传感器分别测量壳体膨胀速度和内部压力,分析不同约束下两种HMX基压装PBX炸药装药的反应演化行为;结合空气冲击波超压测试结果和装置、炸药残骸回收分析,表征装药的反应烈度。研究结果表明：2 MPa机械约束下,PBX-1和PBX-2装药反应最高压力不超过200 MPa,壳体膨胀速度在70 m/s左右,装药反应烈度为爆燃;50 MPa机械约束下,PBX-1和PBX-2装药在百微秒甚至几十微秒内压力超过1 GPa,壳体膨胀速度达到500 m/s,装药发生爆炸反应;不同炸药的力学性能会造成装药反应演化过程存在一定差异,但机械约束影响更明显,新装置2 MPa和50 MPa机械约束装药反应压力和约束壳体速度相差接近1个数量级。     

爆炸冲击波作用下黑索今基含铝炸药的冲击点火反应速率模型

为分析黑索今（RDX）基含铝炸药中铝粉的颗粒尺寸对炸药冲击点火的影响,以及建立该含铝炸药冲击点火的细观反应速率模型,开展了含铝炸药冲击起爆的实验和数值模拟研究。设计5 μm、 16 μm、40 μm和100 μm不同铝粉粒径,具有相同组分配比和RDX颗粒尺寸的4种炸药配方,对4种RDX基含铝炸药进行了冲击点火起爆实验;通过合理假设,提出RDX基含铝炸药的细观点火模型,并在考虑点火增长的基础上,完善细观反应速率模型,利用细观反应速率模型和含铝炸药的I&G模型对上述实验进行了数值模拟。实验和数值模拟结果表明：对于100 μm、 40 μm、 16 μm和 5 μm粒径铝粉含铝炸药,铝粉在CJ面前的反应度分别为0.80%、2.45%、3.20%和4.15%;随着RDX基含铝炸药中的铝粉尺寸减小,铝粉在CJ面前的反应速率增快,炸药中的前导冲击波传播速度变快且压力峰值增高,压力峰值的出现时间与前导冲击波到达时间的间隔减短,炸药的冲击感度提高;与I&G模型相比,细观反应速率模型计算的压力历史与实验结果更为吻合;细观模型能较好地模拟较大尺寸颗粒铝粉（铝粉尺寸大于炸药颗粒尺寸的1/10）的反应特征,对于100 μm和40 μm铝粉粒径含铝炸药,模拟计算每个拉格朗日位置的前导冲击波到达时间、压力峰值时间和压力峰值等参量与实验结果相差不超过10%。     

乳化炸药局部引燃实验研究

为了研究乳化炸药局部燃烧特性,根据法国燃烧转爆轰试验方法和美国燃烧转爆轰试验方法,在钢管中,对膨胀珍珠岩敏化的乳化炸药进行局部引燃试验,试验结果发现药温对于乳化炸药的燃烧有着重要的影响。无论是黑火药还是电热丝引燃,乳化炸药都没有实现燃烧波的传播。结果表明,在常压下乳化炸药局部燃烧不能实现燃烧波的传播,乳化炸药的燃烧存在最小临界燃烧压力。     

点火增长反应速率方程在LS-DYNA软件中嵌入及应用

为了得到能够正确描述炸药的冲击起爆过程且易于标定的反应速率方程,将一种点火增长反应速率方程嵌入LS-DYNA软件,并模拟DNAN基熔注炸药的冲击起爆过程。通过对比计算压力曲线和实验压力曲线标定这种点火增长反应速率方程参数,进一步分析在LS-DYNA软件中嵌入点火增长反应速率方程的优点。结果表明：这种点火增长反应速率方程参数较少、易于标定;计算得到的4个传感器位置处冲击波到达时间与实验值相差不超过0.2 μs,该反应速率方程能够正确描述炸药的冲击起爆过程;反应速率方程嵌入LS-DYNA软件所采用的算法效率高,计算中每个网格的迭代次数不超过3次。     

旋转爆轰自持机理的数值研究

为研究旋转爆轰的自持机理,基于带化学反应的二维Euler方程,对2H2/O2/Ar系统在圆环管内爆轰的传播进行了数值模拟.用二阶附加半隐的Runge-Kutta法和五阶WENO格式分别离散欧拉方程的时间和空间导数项,采用基元反应简化模型描述爆轰化学反应过程.得到了旋转爆轰流场温度、压力、典型组元OH质量分数的分布及数值...     

火药用单质炸药的分子结构与火药燃速压强指数的相关性

本文根据火药燃速预估研究的初步成果和经验,分析了火药组分中某些单质炸药分子结构与火药燃速、燃速压强指数的相关性。通过对比和归纳,发现低压强指数和高压强指数火药选用的含能添加剂组分的分子结构特征有明显的差异,并显示出明显的规律性,如果将这些规律性和新概念作为火药用原材料分子结构设计或选择的指导原则的一种依据,将有利于实现由化学键特征预估火药的燃烧特性。这对火药基本配方的设计、燃速设计和调节更有指导意义。     

再生式液体炮压力振荡研究

压力振荡抑制技术是再生式液体发射药火炮(RLPG)的关键技术之一.在23 mm RLPG试验装置上,研究了点火、喷雾质量对RLPG压力振荡强弱的影响.观测到RLPG压力振荡的主要激励机制,是再生喷射系统的机械振动与燃烧不稳定性引起的压力波动及声腔振荡的耦合效应.提出采用弹性减振、吸振以及改变燃烧室形状的方法来抑制压力振荡的幅值.实验结果表明,该方法可有效提高RLPG燃烧稳定性.     

HMX基含铝炸药装药慢烤缓释结构设计及验证

为了探索可满足战斗部装药慢烤泄压缓释要求的密封结构设计方法,设计了可调整连接强度及预制泄压孔面积的小型烤燃弹,通过实验获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药不发生比燃烧更剧烈反应的条件,包括烤燃弹壳体强度阈值、泄压通道面积阈值等参数。据此提出了既能满足端盖具有较高连接强度又能可靠泄压的两级密封缓释结构设计方法,并在具有公斤级装药的烤燃弹中进行了试验验证。结果表明,烤燃弹采用两级密封设计时,若泄压通道与装药截面的面积比不小于30%,且慢烤过程中,气体产物的压力未达到96.5 MPa时便可打通泄压通道,避免了装药反应的进一步增长,使其仅发生燃烧,并保持壳体结构的完整性。     

火灾环境下含炸药结构传热问题的数值模拟

为了解火灾环境下含炸药结构的热响应行为,针对其涉及的主要传热学问题,建立了池火灾火焰温升数值模型,碳/酚醛烧蚀层高温热解吸热数值模型,空气夹层复合传热数值模型,以及炸药受热分解放热数值模型。用所建数值模型,计算并获得了含炸药结构在不同温升条件下(恒定值1073 K、1273 K及本研究所提的火焰实测温升曲线)、不同火焰辐射率(0.1~0.9)和不同空气夹层间壳体表面辐射率(0.1~0.9)下的温度响应和热点火延滞时间。结果表明:火烧30 min情况下,火焰温度为1273 K时,内部炸药在28.92 min已经发生热点火现象。火焰温度为1073 K和实测温升曲线时,内部炸药最高温度分别为448 K和535 K。火焰辐射率从0.9降低到0.1时,内部炸药最高温度由535.4 K降低到344.6 K,热点火延滞时间由1917 s增加到3520 s。空气夹层间壳体表面辐射率由0.9降低到0.1时,内部炸药最高温度由535.4 K降低到329.0 K,热点火延滞时间由1917 s增加到3739 s。     

制备梯度结构来提高HMX/Al复合材料的燃烧和压力输出性能（英）

含铝炸药因其高能量密度和压力输出而被广泛应用。为了调控和提高含铝炸药的二次燃烧反应和压力输出,以竹子的微观结构为灵感设计了具有分级结构的HMX/Al径向梯度药柱,使用3D打印技术制备了不同铝含量和不同铝颗粒尺寸的HMX/Al径向梯度结构药柱,研究了Al含量和粒径分布对HMX/Al梯度结构燃烧性能和压力输出的影响。结果表明,当HMX/n-Al（160 nm）径向梯度结构按照从中心层向外层Al的质量分数分别为10%、20%和30%分布时,内层的燃烧反应和火焰传播速度比外层更快;其密闭空间内由于气体释放而获得的压力（2337.61 kPa）高于反向分布的梯度结构药柱。当HMX/Al径向梯度结构按照从中心层向外层Al粒径依次为10 μm-Al,5 μm-Al和n-Al分布时,梯度结构药柱的燃烧过程比较缓慢,可以看到单独铝颗粒的燃烧现象。当中间层为n-Al时,HMX/Al径向梯度结构具有最大的压力输出（1512.65 kPa）,高于均相的HMX/Al药柱;当中间层为10 μm-Al时,获得了具有双重峰的压力输出。     

超声速和高超声速燃烧的数值研究

为了研究HLLC黎曼求解器在超声速和高超声速燃烧问题中的适用性,对4个典型算例进行了数值模拟。基于多组分方程的完全N-S方程,对时间项和空间项离散分别采用2阶Runge-kutta方法和HLLC格式,考虑了H_2/Air燃烧的详细化学反应机理,用有限速率化学反应模型模拟燃烧现象。对Sod激波管问题和高超声速钝体绕流进行数值模拟,分析了流场内密度、压力和激波位置;对超声速燃烧和高超声速钝体激波诱导燃烧进行数值模拟,分析了流场内组分特性。数值模拟结果与实验结果或相关文献的计算结果吻合良好,表明了HLLC黎曼求解器在模拟复杂化学非平衡流场中能够准确地分析复杂的物理现象且具有较广的应用范围。