带壳JH-14C传爆药烤燃实验及响应特性数值模拟

为了探究受外部不同温度影响下带壳JH-14C传爆药的响应特性,设计了一套慢速烤燃下可测量JH-14C传爆药温度变化和壳体应变的实验装置,获取了不同升温速率下弹体内部温度随时间变化曲线、慢烤响应过程中装药壳体径向应变历程曲线,揭示了带壳JH-14C传爆药的慢速烤燃响应特性,将烤燃实验中弹体径向应变测试结果和炸药反应烈度相关联,提出了一种弹药烤燃实验反应等级的判定方法;基于热力学和装药化学反应,建立了带壳装药烤燃热传导模型和Arrhenius模型,采用BP神经网络反演了JH-14C传爆药热的热反应参数,对不同升温速率下弹体内部的温度场进行了研究。结果表明：升温速率越低,装药的响应温度越高,响应越剧烈;随着升温速率的降低,炸药的点火区域从炸药两端外缘逐渐向炸药内部转移。     

不同升温速率下AP/HTPB底排装置慢速烤燃的数值模拟

为研究在不同升温速率下高氯酸铵(ammonium perchlorate, AP)/端羟基聚丁二烯(tydroxyl-terminated polybutadiene, HTPB)底排装置的慢速烤燃特性,建立AP/HTPB底排推进剂二维轴对称非稳态传热模型和两步化学动力学反应模型。在不同升温速率下,分析底排装置的慢速烤燃响应特性。计算结果表明:在慢速烤燃的条件下,烤燃响应点发生在底排药柱与空气腔的接触面左侧,升温速率对底排药柱的着火延迟时间和烤燃响应点位置有较大影响。随着升温速率的提高,着火延迟时间变短,烤燃响应点向中心侧移动。升温速率对烤燃响应点的着火温度影响较小。     

考虑自然对流的某固体火箭发动机慢速烤燃特性数值分析

针对某高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)推进剂固体火箭发动机,采用两步总包反应描述AP/HTPB 的烤燃过程,建立了考虑发动机空腔自然对流的二维轴对称烤燃模型,对加热速率分别为 3.6、7.2 和10.8 K/h 时火箭发动机的慢速烤燃行为进行了数值预测,研究了该火箭发动机的热安全性问题。结果表明,固体火箭发动机空腔内的自然对流对 AP/HTPB 推进剂的着火温度、着火延迟期和着火位置有一定影响,在热安全性精确分析中不可忽略。3种加热速率下,AP/HTPB 推进剂的最初着火位置均出现在药柱肩部的环形区域内,3种加热速率对应的着火延迟期、着火温度及着火时壳体温度分别为30.71、20.06、18.68 h,526.52、528.10、530.64 K,和479.56、496.82、508.77 K。随着加热速率的增大,烤燃响应区域向推进剂与绝热层交界处移动,着火位置的二维截面由椭圆形变为半椭圆形。     

装药孔隙率对炸药烤燃响应的影响

为了探讨炸药装药的孔隙率对其烤燃响应特性的影响,利用自行研制的炸药烤燃试验系统,选用TNT和JB-B两种炸药进行试验。得出结论:随着装药孔隙率的增大,炸药从开始发生自加速分解反应到发生烤燃反应的延滞时间会增长,相应的烤燃反应温度也会提高;同时孔隙率的增大也会导致炸药发生烤燃反应剧烈性的增大。     

炸药装药尺寸对慢速烤燃响应的研究

利用自行研制的烤燃实验装置,选用JB-B、TNT、R852三种炸药,研究探讨了炸药装药尺寸对慢速烤燃响应特性的影响,得出了随着炸药装药尺寸的增大炸药慢速烤燃反应的环境温度和发生反应的剧烈程度都会增大的规律,并对结果进行了分析和讨论。     

炸药装药密度对慢速烤燃响应特性的影响

为研究炸药装药密度对烤燃响应剧烈程度的影响,采用以RDX为主的高能炸药压制7种密度水 平的试样,采用长径比为1.26的烤燃弹,以(10.2)℃/min的升温速率作了慢速燃实验。实验结果表明, 当装药密度为理论最大密度的94%时出现压力胀裂,装药密度为理论最大密度的70%时产生爆燃,而在理论 最大密度的80%左右时出现燃烧转爆轰现象,响应最剧烈。     

基于UCM模型的B炸药慢烤泄压结构的作用分析

为了探究热刺激作用下泄压结构对熔铸炸药点火时间及点火前内部物理场变化的影响,设计了有/无泄压结构烤燃弹的内部多点测温慢烤对比试验。基于炸药通用烤燃模型（universal cookoff model, UCM）,建立了炸药熔化后受浮升力驱动流动,反应速率随压力、反应进程等变化的B炸药烤燃计算模型,对有/无泄压结构烤燃弹的炸药在升温过程中的温度场及内部压力变化等情况进行了数值模拟,并与试验结果进行比较。结果表明:慢烤条件下,烤燃弹内部压力呈先缓后急上升趋势;有泄压结构烤燃弹在结构作用前的压力变化趋势与无泄压结构的一致,泄压结构的作用会使炸药自热反应速率骤然降低,炸药内部温度下降,自热反应速率降低和产物气泡驱动的对流共同导致了点火时间的延后;由于对流的作用,炸药点火点都在弹体顶部区域。     

不同升温速率下复合药柱烤燃实验与数值模拟研究

为了研究不同升温速率下复合炸药JO-9159/JB-9014烤燃实验的热反应规律,建立了复合炸药的烤燃模型,利用有限元程序LS-DYNA3D对不同结构的复合药柱在烤燃过程中的热响应情况进行了数值模拟,并利用实验进行了验证,结果显示模拟结果可信。利用已建立的模型对5 K/h、3 K/min和10 K/min等3种不同升温速率下复合药柱烤燃过程进行了数值模拟,结果表明:升温速率和装药结构的不同对复合药柱的点火时间和位置有较大影响,随着升温速率的增大,点火时间变短,点火位置由药柱的中心处逐渐移至药柱的两端边缘,升温速率较小时,复合药柱的热安定性取决于内部高能炸药的特性,升温速率较大时,复合药柱的热安定性与单一钝感药柱性能近似。因此,只有在较大的升温速率下,钝感炸药内部嵌入高能炸药才能既提高整体药柱的威力,又保证其具有较好的热安定性。     

药量和升温速率对DNAN基熔铸炸药烤燃特性的影响

为了研究不同药量和升温速率条件下DNAN基熔铸炸药的慢速烤燃特性,自行设计了烤燃实验装置,采用多点测温烤燃实验方法,分别在1和0.055℃/min两种升温速率下进行了不同状态装药量的烤燃实验,分析了熔铸混合炸药的热反应特征。结果表明,装药量和升温速率共同影响烤燃弹的响应特性。相同烤燃弹在0.055℃/min升温速率下比在1℃/min升温速率下加热响应会更剧烈;烤燃弹的放置姿态及端盖厚度会影响烤燃弹的响应剧烈程度。     

高温下带金属壳PBX炸药低速撞击敏感性数值模拟

炸药撞击感度和热安全性是评价炸药安全性能的重要指标。为了对高温下炸药撞击敏感性变化规律进行可靠预测,本文中通过数值模拟,研究不同预加热温度下带壳PBX炸药装药在小弹丸低速撞击下的热力学响应,得到炸药点火前至点火阶段局部高温区的位置、形态、温度和应变随时间在炸药中分布的变化。结果显示,炸药发生点火的撞击阈值速度与烤燃温度的关系并非单一随温度升高而降低,而是在加热至348.15 K时达到最高;根据温度和应力应变云图分析可得,随着烤燃温度的提高,炸药强度下降,PBX炸药装药局部高温区快速升温的主导因素由局部剪切变为压缩。热软化对炸药的撞击敏感性起重要作用。     

烤燃条件下HMX/TATB基混合炸药多步热分解反应计算

采用多步热分解反应动力学模型,描述单质炸药热分解反应,提出了多组分网格单元计算方法,对以HMX/TATB为基的多元混合炸药在烤燃条件下的热反应过程进行了计算。通过炸药烤燃实验测量了炸药内部温度,获得了炸药点火时间,验证了计算的准确性。分析了混合炸药组成比例的变化对炸药热反应性能的影响。在HMX/TATB混合炸药热反应阶段,主要是HMX发生分解反应释放热量,TATB的反应量很少,随着混合炸药中TATB含量的增多,炸药的点火时间逐渐增长,点火温度逐渐增高,炸药热安全性增强。     

B炸药慢速烤燃过程的流变特性

为进一步探究熔铸炸药在烤燃过程中内部各物理场的变化情况,以B炸药为研究对象,完整地建立了基于Bingham流体模型的B炸药黏度计算模型并应用于慢速烤燃的数值模拟。通过数值模拟得到了B炸药在整个升温过程中上中下3个内部测点处的温度变化曲线并以烤燃试验加以验证,观察了弹体内部温度场与对流场的变化特点。结果表明:升温速率为1 ℃/min时,B炸药相变后逐渐开始流动,内部的温度场分布也随之改变,炸药出现自热反应与最终响应的区域都在弹体上部;升温速率为0.055 ℃/min时,炸药相变后内部很长时间内仍表现出类固相温度场的分布特点,当炸药出现自热反应后,才逐渐开始流动,温度场也逐渐转变为典型的液相温度场,炸药最终响应点在弹体上部,但最早出现自热反应的区域在弹体中心。     

Radical species in the cool-flame regime of diesel combustion: a comparative numerical and experimental study

Multidimensional modelling and experimental measurements are performed to study the early stages of diesel combustion. Numerical simulation is realised by means of a customised version of the KIVA 3 code, including the Shell model for auto-ignition. Experimentally, a spectroscopic analysis of the burning mixture is carried out under real operating conditions on a diesel engine equipped with an optically accessible combustion chamber. Changing the fuel injection law makes for auto-ignition to occur in environments characterised by different values of mixture pressure and temperature. Dependence of the ignition delay time upon this last variable is shown to follow a law with a negative temperature coefficient in the middle range of values. By means of natural chemiluminescence spectra, OH, CH and HCO radicals are detected as products of the reactions of thermal decomposition of the hydrocarbon molecules preceding auto-ignition. Distribution of the radicals emission intensity within the combustion chamber permits the localisation of auto-ignition sites. These are found to be in good agreement with the points of high energetic chemical activity, individuated numerically, under all the considered operating conditions. Experimentally identified radicals and fictitious species entering the reduced kinetic scheme employed within the numerical simulation are shown to exhibit an analogous behaviour regarding the trend with respect to time of the total amount of concentration, and, in a spatial sense, their distribution within the combustion chamber at the time of auto-ignition.     

Ignition of solid propellants

At present, the study of solid-propellant ignition is of particular interest owing to the adoption of hybrid motors [1–3]. The status of experimental and theoretical research in this field can be evaluated on the basis of the rather extensive survey of American papers in [2]. It is noteworthy that a common deficiency in available references is the absence of exact ignition criteria; in most cases the propellant is assumed to have ignited when its surface temperature reaches a prescribed level (gasification temperature), or when the rate at which the temperature increases with time at the propellant surface is sufficiently high. Exact criteria for this rate, however, are not given. In this article, we present ignition criteria for solid propellants and these are based on a diffusion-burning model. It is shown that for a diffusion flame to exist above the propellant surface, two conditions must be satisfied simultaneously: 1) the propellant surface temperature must equal the gasification temperature for that propellant and 2) the temperature gradient at the surface must be smaller than some value which depends on the kinetics of the chemical reaction in the diffusion flame and on the rate of oxidizer input to the propellant surface during burning.Two ignition techniques are examined as examples: ignition by hot gases or radiant heat flow and ignition by means of an active film which reacts with a cold oxidizer; the film is applied to the propellant surface prior to ignition.