三点起爆控制参数对尾翼爆炸成型弹丸成型的影响

针对三点起爆控制参数（起爆直径、起爆同步误差）对尾翼爆炸成型弹丸（explosively formed projectile,EFP）成型的影响问题,理论分析了三点起爆条件下爆轰波的马赫碰撞,计算获得了不同起爆直径下马赫波的相关参数,利用LS-DYNA有限元软件通过数值模拟研究了不同起爆直径下三点起爆同步误差对EFP尾翼成型及飞行速度的影响规律。结果表明,起爆直径越大,马赫波在药型罩上的作用面积越小,马赫超压越大,形成的EFP长径比和速度越大;起爆直径为30、40、50 mm三点起爆成型装药形成较佳尾翼EFP应满足的最大起爆同步误差分别为50、100、150 ns;此外,尽量使中间起爆点起爆同步误差约为最大同步误差的一半,有利于降低尾翼EFP的侧向分速度,提高飞行稳定性。     

圆柱形爆轰波的二维数值模拟

基于带化学反应的二维Euler方程,对圆柱形爆轰波的直接起爆和传播过程进行了二维数值模拟研究,拟分析起爆条件和初始压强对圆柱形爆轰波形成和传播的影响。研究发现,圆柱形爆轰波起爆成功向外传播的过程中,新的三波结构的生成标志着爆轰波进入稳定传播阶段。在起爆能量足够的情况下,起爆半径(曲率)的大小决定着三波结构初始形成时的数目和传播半径,起爆压强对其基本不产生影响;起爆半径大(曲率小)时,三波结构初始形成时的传播半径大、数目多,圆柱形爆轰波进入稳定传播阶段的传播距离长;数值模拟中,初始压强的提高,有助于圆柱形爆轰在较短的传播距离内进入稳定传播阶段。     

带尾翼的爆炸成形弹丸三维数值模拟

利用LS-DYNA三维动力有限元程序对三点起爆的翻转型EFP形成过程及三个尾翼进行了数值模拟，结果表明：数值计算结果和实验结果吻合得较好，可为弹丸设计的改进和优化提供重要的参考依据。分别选择Johnson-Cook和Steinberg两种本构模型对药型罩材料进行了数值模拟对比，结果表明：药型罩材料的本构模型选取对形成的尾翼效果有一定的影响，Steinberg本构模型与试验结果符合得更好。     

单点起爆形成多模式EFP的可行性研究

针对同一成型装药形成多模毁伤元问题,利用LS-DYNA 程序,研究了单点起爆位置对爆炸成型 侵彻体(explosivelyformedpenetrator,EFP)成型的影响规律。当起爆点距离药型罩的轴向距离从0倍装药 口径增加到0.72倍装药口径,EFP速度提高了37.8%,长径比增加了1倍多;优化设计成型装药结构,分析 了主装药端面中心点起爆和药型罩顶点起爆爆轰波传播规律,实现了杆式EFP、EFP2种模态的转换。通过 X光成像实验进行了验证,实验结果与数值模拟结果吻合较好。     

带尾翼翻转型爆炸成形弹丸试验研究

采用多点起爆方式,设计了带尾翼翻转型爆炸成形弹丸(EFP)试验装置。用X光和SVR数字相机拍摄了EFP的外形和速度;用多层纸靶测试了EFP在不同飞行距离时的飞行姿态;进行了EFP穿靶能力的检验;并利用泡沫和锯末进行了EFP的软回收。由试验结果知,EFP速度为1.56～1.72km/s,长径比最大达到了3.69,由药型罩转变为EFP的质量转换率达到了98%,EFP具有较好的尾翼结构和气动稳定外形。该EFP能穿透厚度为50mm的厚钢靶或厚度为6mm、间距各为1m的5层薄钢靶。     

气相爆轰波传播过程中的自点火效应

基于基元反应模型和单步反应模型,对直管道中H₂-air混合气体中爆轰波的传播过程进行了数值模拟,揭示了气相爆轰波传播过程中的自点火效应。利用数值模拟方法计算了不同爆轰模型的点火延迟时间,并得到了爆轰波三波点的传播过程以及所形成胞格结构的尺寸。结果表明,胞格宽度与点火延迟时间成正比;爆轰波诱导区内气体的点火延迟时间与三波点的运动周期基本一致。进一步对结果分析可知,爆轰波的自维持传播取决于点火延迟时间(表征化学反应的特征时间)和三波点的运动周期(表征流动的特征时间)的匹配;当二者相匹配时,经过前导激波压缩后形成的高温高压爆轰气体,在短时间内实现了自点火,同时释放出大量的能量推动了爆轰波的前进,即爆轰波的稳定自维持传播依靠其自点火机制。     

用环形激波聚焦实现爆轰波直接起爆的数值模拟

利用基元反应模型和有限体积法对环形激波在可燃气体中聚焦实现爆轰波直接起爆进行了数值模拟。研究结果表明，标准状态下的氢气-空气混合气体在马赫数为3.1以上的环形激波聚焦产生的高温高压区作用下会诱发可燃气体的直接起爆形成爆轰波，爆轰波与激波和接触间断相互作用产生了复杂的波系结构；爆轰波爆点位置在对称轴上并不是固定的点，而是随着初始激波马赫数的变化而发生移动；可燃气体初始温度和压力对起爆临界马赫数都有影响，但是初始温度的影响大得多。     

炸药多点起爆超高速光电分幅摄影技术研究

为获得炸药多点起爆的爆轰波传播过程精细细节,研究相适应的超高速光电分幅摄影技术,采用自主研制的超高速光电分幅相机,结合有机玻璃光快门,拍摄到以HMX和以TATB为基的塑料粘结炸药在三点同步起爆条件下纳秒时间分辨爆轰波发展高清晰序列图像,成功观察到爆轰波的整个传播及相互作用过程,捕获到内聚相互作用、马赫杆等波形细节结构。实验结果表明:超高速光电分幅摄影技术基于独立曝光模式,且具有曝光时间短、幅间隔连续可调、空间分辨高等优势,可精细观察到爆轰波传播、相互作用细节信息,该实验方法及其结果对于爆轰波相互作用及爆轰波马赫反射等问题研究具有一定的参考价值。     

用SVR相机进行多点起爆实验研究

利用SVR电子相机记录多点起爆实验爆轰波出炸药端面的波形 ,得到了一些有意义的实验结果 ,并对所得到的实验结果进行了初步处理和分析。     

圆柱壳体装药偏心多点起爆下破片速度的分布

针对偏心起爆战斗部破片速度增益的问题,提出爆轰波碰撞形成马赫超压是引起破片速度增加的原因。利用AUTODYN软件,模拟偏心起爆战斗部从壳体径向膨胀、表面产生裂纹到最后形成破片的整个过程,并将模拟得到的破片速度与实验数据对比,两者吻合较好;简化Whitham方法并结合Gurney速度公式得到偏心起爆战斗部定向破片速度和定向区域的计算方法,同时在保证破片初速的前提下,研究偏心多点起爆下起爆点数的选择标准。研究结果表明:偏心多点起爆下定向破片初速增益约34%,定向区域范围约30°,起爆点数的选择与壳体长度和装药口径相关。     

含偏心起爆对EFP战斗部飞行特性的影响

为研究起爆不对称性对EFP战斗部飞行特性的影响, 对不同偏心量下?60 mm弧锥结合罩EFP战斗部进行飞行弹道实验。实验结果表明:偏心起爆条件下, 当相对偏心量小于3.3%时, EFP在网靶穿孔接近圆形, 弹丸飞行稳定; 起爆相对偏心量达到6.7%时, 弹丸飞行过程中摆动幅值增大, 降低了对目标的打击精度和毁伤效果。利用LS-DYNA及CFX非线性动力学有限元程序对不同起爆偏心量下成型EFP的空气动力学特性进行数值模拟, 描述了偏心起爆影响EFP成型对称性, 改变弹丸在飞行过程中流场的分布特征, 从而导致弹丸飞行过程中无规则运动的全过程。     

多障碍物通道中激波诱导气相爆轰的数值研究

应用数值模拟方法，研究了直通道中激波经过多块矩形障碍物时诱导 H2/O2混合气体起爆的物理机制. 研究表明：在前导激波强度不足以诱导波后气 体直接起爆的条件下，经过激波压缩的可燃气体也可能在远离激波的障碍物之间的凹槽部位 起爆；障碍物表面产生的压缩波、膨胀波和气流滑移面对可燃气体的起爆、爆轰波的形成和 传播过程有重要的影响；添加不同稀释比的氮气可以影响爆轰波后流场的温度分布；增加障 碍物的间距可以改变可燃气起爆位置.     

锥形长药柱水下爆炸冲击波参数计算方法

为了计算锥形长药柱水下爆炸冲击波压力,以及研究长脉宽冲击波的传输特性,基于叠加原理建立了冲击波压力-时间曲线的计算方法,通过实验验证了该方法的有效性,在此基础上分析了锥形长药柱不同方位冲击波压力的分布规律。研究结果表明:锥形长药柱产生的冲击波压力具有各向异性,在起爆端一侧形成的是具有厚波头特征的低幅值长脉宽冲击波,在装药径向形成的是接近指数衰减的高幅值冲击波,而在远离起爆端的冲击波压力幅值和脉宽则介于前两者之间。锥形长药柱与球形装药冲击波分布的差异是由于装药形状和起爆方式的改变所导致的,由于装药不同部位起爆的时间差,导致水下爆炸冲击波在不同位置的叠加效果存在明显差异,药柱周围流场中形成的冲击波压力具有方向性。利用提出的计算方法得到的计算结果与实验结果和数值模拟结果吻合较好,研究结果可为锥形长药柱水下爆炸冲击波威力场和毁伤评估提供参考和依据。     

Effect of reflection type on detonation initiation at shock-wave focusing

Abstract. From practical and theoretical standpoints, the initiation of combustion in gaseous media due to the shock waves focusing process at various reflectors is a subject of much current interest. The complex gas flowfield coupled with chemical kinetics provides a wide spectrum of possible regimes of combustion, such as fast flames, deflagration, detonation etc. Shock wave reflection at concave surfaces or wedges causes converging of the flow and produces local zones with extremely high pressures and temperatures. The present work deals with the initiation of detonation due to shock waves focusing at parabolic and wedge reflectors. Particular attention has been given to the determination of the critical values of the incident shock wave (ISW) Mach number, parameters of the combustible mixture, and geometrical sizes of reflector at which different combustion regimes could be generated. Received 30 August 1999 / Accepted 23 February 2000     

CL-20基混合炸药的冲击起爆特征

为了研究CL-20基混合炸药的冲击起爆特征,深入分析冲击波作用下CL-20基混合炸药的爆轰成长规律,采用炸药驱动飞片冲击起爆实验方法,对CL-20、CL-20/NTO和CL-20/FOX-7三种压装混合炸药进行了冲击起爆实验,通过嵌入在炸药内部不同位置处的锰铜压力传感器,获得了炸药内部压力的变化历程。依据实验结果标定了混合炸药的点火增长模型参数,其中,利用反应速率方程中的两个增长项,分别模拟CL-20/NTO和CL-20/FOX-7混合炸药中两种组分的反应增长过程,得到这两种混合炸药的反应速率方程参数。并通过数值模拟的方法得到了三种炸药的临界起爆阈值和POP关系。研究结果表明:三种CL-20基混合炸药中,CL-20/NTO混合炸药具有更高的临界起爆阈值,而CL-20/FOX-7混合炸药具有更长的爆轰成长距离;此外,利用此套拟合双组分混合炸药反应速率方程的方法,可以对新型配方炸药的冲击起爆过程进行预测性计算     

超音速来流中爆轰波衍射和二次起爆过程研究

预爆管技术被广泛地应用在爆轰波发动机的起爆过程中，但是在超音速来流中基于预爆管技术起始爆轰波的研究并未被广泛地开展。基于此，本文中数值研究了横向超音速来流对半自由空间内爆轰波的衍射和自发二次起爆、及管道内的衍射和壁面反射二次起爆两种现象的影响。数值模拟的控制方程为二维欧拉方程，空间上使用五阶WENO格式进行数值离散，采用带有诱导步的两步链分支化学反应模型。所模拟的爆轰波具有规则的胞格结构，对应于用惰性气体高度稀释过的可爆混合物中形成的爆轰波。结果表明:在半自由空间内，在本文所模拟的几何尺寸下，爆轰波并未成功发生二次起爆现象，但是爆轰波的自持传播距离随着横向超音速来流强度的增强而增加。在核心的三角形流动区域外，波面诱导产生了更多的横波结构；在管道内，横向的超音速来流在逆流侧对出口气流产生了压缩作用，能有效提高波面压力，因此反射后的激波压力也比较高。在同样的几何尺寸下，爆轰波在静止和超音速(Ma=2.0)气流中分别出现了二次起爆失败和成功两种现象，这是由于在超音速来流中化学反应面的褶皱诱导产生了横波结构，横波与管壁以及其他横波之间的碰撞提高了前导激波的强度，并最终促进了爆轰波在超声速流主管道内的成功起始。     

一种形成尾翼型聚能侵彻体新方法的实验研究

尾翼可以提高聚能侵彻体的飞行稳定性,如何形成有一定规律性的尾翼在聚能侵彻体的研究中具有重要意义。在药型罩上粘附隔板,利用隔板改变爆轰波波阵面的结构形状,使药型罩上的爆轰压力发生规律变化,从而发生规律性的变形,最终形成带有尾翼的聚能侵彻体,这是一种新的形成尾翼的方法。从药型罩微元压垮速度变化和药型罩表面爆轰压力变化的角度出发,对新方法形成尾翼的机理进行了初步探讨。通过合理设计隔板的几何尺寸对该方法形成尾翼型聚能侵彻体进行试验,试验回收到了带有尾翼的聚能侵彻体,说明新方法形成尾翼具有一定的可行性。