非理想炸藥水下爆炸產物膨脹規律與滯後流場研究

《非理想炸藥水下爆炸產物膨脹規律與滯後流場研究》是依託北京理工大學，由榮吉利擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：非理想炸藥水下爆炸產物膨脹規律與滯後流場研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：榮吉利
• 項目類別：聯合基金項目

項目摘要

非理想炸藥的爆轟過程不符合CJ爆轟理論，存在著非理想成分的二次燃燒放熱現象，相對於理想炸藥而言，非理想炸藥的水下爆炸特性存在著明顯的不同，因此，非常有必要針對非理想炸藥的水下爆炸產物的膨脹規律與滯後流場的特性開展研究。本項目通過對非理想炸藥二次放熱特點的分析，建立可描述非理想炸藥水下爆炸產物的狀態方程；搭建水下高速攝影測試系統，針對非理想炸藥，進行室外水池實爆實驗，觀測並研究非理想炸藥水下爆炸產物的水下膨脹收縮規律，測量和研究不同位置處的衝擊波壓力時程；分析二次放熱對爆炸產物膨脹特性的影響，研究爆炸產物與流場結構之間的耦合機制。最終明確非理想炸藥水下爆炸產物的動力學特性並揭示滯後流場形成機制，為非理想炸藥的水下戰鬥部裝藥設計提供理論依據。

結題摘要

以含鋁炸藥為代表的非理想炸藥廣泛運用於水中兵器的戰鬥部裝藥，相對於理想炸藥，非理想炸藥的水下爆炸特性存在明顯的不同，因此開展非理想炸藥水下爆炸產物膨脹規律與滯後流場研究極為有必要。 基於爆轟理論及熱力學理論，分別考慮主體炸藥貢獻的內能與鋁粉二次反應貢獻的內能，在JWL狀態方程的基礎上增加一個能量補充項，完成顯含二次放熱的JWL狀態方程模型的建立。根據顯含化學反應的KHT狀態方程編制的KHT程式，對非理想炸藥的爆轟產物的狀態方程參數進行了預測。 設計並搭建了非理想炸藥水下爆炸實驗與測試系統，採用高速攝影技術拍攝非理想炸藥水下爆炸產物的脈動過程。運用AUTODYN軟體對水下爆炸過程進行數值仿真，結合水下爆炸的實驗數據驗證了模型的準確性和有效性。 實驗結合仿真分析了非理想炸藥水下爆炸的氣泡脈動特性、水流場壓力特性和滯後流場問題。研究表明，RDX基含鋁炸藥的二次反應是毫秒量級的。鋁粉的二次反應明顯增大了氣泡的脈動能力。鋁粉的二次反應對衝擊波峰值的影響很小，對脈動壓力的影響很大。根據流體動力學理論分析得出水質點的流速是由瞬時流和滯後流共同引起的。其中瞬時流是衝擊波引起的，滯後流是氣泡的脈動引起的。水質點的位移主要是滯後流造成的。滯後流場中最大擴張速度大於最大回流速度。RDX基含鋁炸藥的二次反應增大了氣泡的脈動能力，使得滯後流場的速度增大，含鋁量的不同也會對滯後流速度產生影響。滯後流場中水質點的位移與氣泡脈動半徑和水質點與氣泡中心的距離有關。滯後流場中水質點的速度與氣泡脈動的半徑和速度以及水質點與氣泡中心的距離有關。建立了滯後流場運動規律的理論分析模型，滯後流場的範圍與氣泡脈動的最大半徑和衰減比值有關。RDX基含鋁炸藥的二次反應使得滯後流場的範圍增大。不同藥量對比發現，隨著藥量的增大，滯後流場的範圍在迅速的增大。 本項目的研究對非理想炸藥水下爆炸特性有了更加深入的了解，對非理想炸藥水下爆炸威力評估和水中兵器的高效毀傷提供了科學依據。