碰撞和衝擊作用下炸藥顆粒燃燒反應特性研究

《碰撞和衝擊作用下炸藥顆粒燃燒反應特性研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由趙鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碰撞和衝擊作用下炸藥顆粒燃燒反應特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙鋒
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

顆粒尺度下炸藥熱點的形成、長大以及燃燒反應過程是理解非均質炸藥衝擊起爆的關鍵，對這一問題深入細緻的研究可以加深人們從顆粒尺度對炸藥衝擊起爆規律的認識，為構建更符合實際過程的巨觀起爆模型提供依據，對炸藥安全評估和實際套用也具有重要的科學意義。本項目擬同時採用離散元數值方法和實驗方法（飛片撞擊和落錘實驗）對顆粒炸藥在碰撞和衝擊作用下的燃燒和反應過程進行較為系統的研究。首先建立和完善氣-固兩相流耦合反應流動計算的離散元模擬方法，然後模擬研究炸藥晶體品質、炸藥顆粒尺寸和幾何形狀、載入條件等因素對燃燒反應結果的影響並與實驗結果進行對比。

結題摘要

本項目在離散元方法中增加了內聚力斷裂模型和熱傳導模型，並建立了氣—固兩相流耦合的離散元模擬方法，結合Arrhenius反應速率模型對衝擊作用下HMX顆粒炸藥的燃燒反應特性進行了數值模擬，分別研究了衝擊波強度、顆粒尺寸和粘結劑的影響，結果表明：衝擊波強度越高，炸藥的燃燒反應越劇烈；顆粒尺寸越小其回響行為越接近均質炸藥，較大的顆粒尺寸能夠造成局部劇烈的燃燒反應；粘結劑具有緩衝作用，導致PBX炸藥受到同樣強度的衝擊載入時，溫升低於HMX顆粒炸藥，反應質量分數也明顯小於HMX顆粒炸藥。用改進的落錘實驗裝置研究了落錘下落高度、顆粒尺寸和顆粒堆積程度對HMX晶體顆粒低速撞擊回響過程的影響，結果表明：隨落錘下落高度增加，顆粒炸藥更容易發生點火燃燒；其他實驗條件相同的情況下，顆粒尺寸越大越容易發生點火反應；顆粒堆積越緊密，塑性變形時間越長，反應持續時間越短。對HMX為基的粘結炸藥（PBX）開展了落錘撞擊實驗，結果再次揭示了這樣一個規律，即：非均勻炸藥在低壓長脈衝載入下基本都要經歷壓實——塑性擴展——顆粒破碎——形成熱點——點火——燃燒——熄滅的典型非衝擊點火過程。但無論是顆粒炸藥還是高聚物粘接炸藥，低速撞擊下其點火發生的位置都偏離樣品中心一定距離。本項目的研究結果能夠加深對非均質炸藥非衝擊點火過程的認識，對武器裝藥安全評估和實際套用也具有重要的科學意義。