《雷射熱引爆金屬/炸藥密封裝置的機理研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由張震宇擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：雷射熱引爆金屬/炸藥密封裝置的機理研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：張震宇
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
為揭示雷射熱引爆金屬/炸藥裝置的物理機制和規律，本項目提出採用理論分析、數值模擬和實驗驗證相結合的方法，研究金屬/炸藥密封裝置的傳熱規律，建立金屬/炸藥之間非理想傳熱的理論模型；研究炸藥熔化、蒸發、分解直至點火全過程的物理化學變化，基於詳細化學反應動力學機制，建立凝聚炸藥熱回響的物理和化學反應模型；研究多相、多組分系統的流體動力學過程，建立相應的流體動力學模型。在此基礎上，建立一個能夠準確描述雷射熱引爆金屬/炸藥密封裝置從惰性加熱到炸藥熱分解直至點火全過程的物理和數學模型。採用有限差分和相應的計算方法，編制熱學/化學/流體動力學相互耦合的程式代碼，對不同條件下熱引爆金屬/炸藥密封裝置的全過程進行數值模擬，得到具有實際指導意義的理論結果。本項目的研究成果可以為雷射與物質相互作用、熱爆炸理論和戰術雷射反導武器的研究和效能評估提供硬殺傷理論基礎和基本數據。
結題摘要
含能材料在雷射輻照下的快烤燃研究是熱點火和熱爆炸研究的熱點課題之一，是含能材料熱安全性研究的重要內容。其研究成果可以為雷射反導武器的研究和效能評估及戰鬥部防護設計提供理論基礎。黑索今（RDX）是硝胺類含能材料的一種，廣泛用於固體推進劑和高能炸藥裝藥。本項目以RDX為研究對象，對RDX在雷射輻照下的快烤燃特性進行了較系統的研究。 開展了雷射輻照下含能材料快烤燃的實驗研究，測量了裝置內部的壓力和溫度發展歷程以及殼體破裂時間。通過對實驗結果的分析指出，雷射輻照殼體後，殼體溫度不斷升高並向內部傳播，經過一段時間的熱傳導，殼體內表面溫度開始升高，熱量不斷經由殼體傳遞給內部炸藥，使炸藥溫度不斷升高，直至熔化、分解、發生劇烈的化學反應；炸藥發生的化學反應並不是爆轟，而是燃燒，燃燒生成大量的氣體產物，同時溫度急劇升高，由於殼體的約束作用，內部壓力不斷升高，最終使殼體破裂；裝置內部的壓力在較長時間內是緩慢升高的，直至點火點附近急劇升高。 在實驗研究和文獻調研的基礎上，建立了RDX快烤燃的一維模型。模型包括凝聚相炸藥、氣隙和殼體三部分。凝聚相的主要組分為固相RDX和液相RDX以及少量的分解產物，主要的物理化學過程包括熱傳導、熔化、分解和蒸發，控制方程為能量守恆方程和組分連續性方程。氣隙是初始裝藥時存在或者熱膨脹過程中產生的，主要組分是RDX蒸汽和化學反應產物，主要的物理化學過程包括熱傳導、對流、擴散和化學反應，控制方程為質量守恆方程、動量守恆方程、能量守恆方程和組分連續性方程。殼體的物理過程為熱傳導，並可能發生熔化，控制方程為惰性熱傳導方程。 根據建立的物理和數學模型，採用有限差分方法對控制方程進行離散化，利用FORTRAN語言編制了RDX快烤燃的計算程式。採用變物性參數，基於整體氣相反應機制，對雷射輻照下RDX的快烤燃過程進行了數值模擬研究，得到了快烤燃過程中的溫度、主要組分的分布及其發展變化歷程以及氣隙中的壓力發展歷程，並由此得到了快烤燃過程的點火延遲時間。結果表明，RDX的快烤燃過程可以分為三個階段：惰性熱傳導階段、初始熱分解階段和點火燃燒階段。最後定量研究了雷射功率密度和殼體厚度對快烤燃過程的影響。
