温压炸药能量参数计算与释能规律研究

摘要

为指导温压炸药配方设计及其能量的合理分配和利用，本文通过理论分析、数值模拟和实验测试相结合的方法，对温压炸药的能量参数以及爆炸后能量的表现形式及分配进行了系统性研究，主要研究成果如下:
　　1.能量参数的表征与计算研究。分析了温压炸药的释能特点与作用特征，并对温压炸药的概念进行了界定，提出了温压炸药的3个反应阶段以及表征其反应过程能量特性的4种参数，即爆轰热、爆破热、后燃热与燃烧热。针对提出的4种能量参数分别进行相应的计算研究。为减少爆轰热与爆破热的计算误差，研究中分别构建了新的经验计算方法，并对十余种温压及含铝炸药配方进行实验验证，新方法计算值与实验值吻合较好，比传统方法精度更高。利用铝颗粒蒸汽相扩散燃烧模型与复杂化学平衡法，分别建立了温压炸药后燃热及产物的求解方法，并对影响后燃的几种因素进行了分析。
　　2.设计并编制一套温压炸药能量计算软件，并通过该软件对温压炸药的主体组分对后燃性能影响的规律进行了深入研究，提出了基于能量角度的配方设计优化方法。针对含铝量为20％～60％的RDX-AP-Al三组分温压炸药的配方进行优化设计研究，结果表明含铝量为20～30％时，RDX/(AP+RDX)比值在0.55～0.70较为适宜;含铝量40～50％时，RDX/(AP+RDX)值在0.65～0.8较为适宜;含铝量60％时，RDX/(AP+RDX)值在0.75～0.9较为适宜。最终设计了6种铝粉含量为20％～60％的TBE系列的温压炸药。
　　3.通过敞开空间静爆试验，测定了TBE系列温压炸药爆炸冲击波超压、冲量以及火球参数，研究了不同铝粉含量与颗粒度情况下的释能规律。实验表明:低含铝量配方性能主要体现在爆炸场超压方面，而高含铝量配方性能则体现在冲量与火球参数，能产生较强的温压效应，当含铝量约为40％时，超压与冲量最大;不同铝粉颗粒度实验表明:不同粒径铝粉对冲击波加强的区域有影响，在近场处小颗粒铝粉配方对冲击波加强明显，而燃烧速率适中的大颗粒铝粉配方在远场效果较好，采用大小颗粒铝粉级配的配方威力效果最佳。通过软件对TBE系列配方进行能量计算，结果表明:含铝量为40％时炸药的后燃热最大，约为4.14MJ/kg，当含铝量超过40％之后，铝粉的反应度急剧下降，使得温压炸药的大量潜能无法得到释放。
　　4.通过有限空间试验，测定了TBE系列温压炸药爆炸冲击波超压、冲量，研究了不同含铝量TBE系列温压炸药的超压、冲量以及空间内的冲击波传播过程，实验表明:含铝量为30％的TBE-30配方超压与冲量均为最大。利用温压炸药能量计算软件，计算出含铝量为30％的TBE-30配方的JWL-Miller模型参数，并采用Autodyn软件进行数值模拟，模拟结果与实验结果吻合良好，超压与冲量结果误差分别小于10％与5％。
　　5.利用可充填气体的双层爆炸装置，通过水下爆炸法研究了不同含铝量、铝粉颗粒度、气体氛围与压力下的温压炸药的能量输出规律。研究表明:比冲击波能、比气泡能和总能量均随着铝粉含量增高先增大后减小，当含铝量为40％时，比冲击波能最大（1.702倍TNT当量），当含铝量为50％时，比气泡能（1.907倍TNT当量）与总能量（1.855倍TNT当量）最大;比冲击波能、比气泡能和总能量均随着罐体内的氧含量增高而增大;不同铝粉颗粒度对水下能量输出的影响不大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 军用混合炸药研究综述

1．2．2 含铝炸药与温压炸药研究综述

1．2．3 爆轰参数计算方法与程序

1．2．4 有限空间内爆炸研究现状

1．3 本文主要工作

2 温压炸药能量参数与作用特点研究

2．1 引言

2．2 温压炸药的能量参数

2．2．1 爆轰模型

2．2．2 温压炸药的释能阶段

2．2．3 温压炸药的四个能量参数

2．3 温压炸药的作用特点与界定

2．3．1 温压炸药的作用方式

2．3．2 温压炸药在空气中释能特点

2．3．3 温压炸药的界定

2．4 本章小结

3 温压炸药能量参数的计算方法

3．1 引言

3．2 爆轰热(QD)

3．2．1 绝热指数计算

3．2．2 温压炸药爆轰产物计算

3．2．3 含铝炸药爆速计算方法

3．3 爆破热(QV)

3．3．1 爆热的理论计算

3．3．2 爆热经验计算方法

3．3．3 含铝炸药爆热计算方法

3．4 后燃热(QA)

3．4．1 温压炸药的后燃反应

3．4．2 基于铝粉燃烧模型的计算方法

3．4．3 基于化学平衡模型的计算方法

3．5 燃烧热(QC)

3．6 本章小结

4 温压炸药能量计算软件与配方设计优化研究

4．1 引言

4．2 温压炸药能量计算软件的构建

4．2．1 爆轰参数计算部分

4．2．2 能量计算部分

4．2．3 计算举例

4．3 能量参数的计算研究

4．3．1 铝粉含量对后燃的影响

4．3．2 AP对后燃的影响

4．3．3 讨论

4．4 配方设计研究

4．4．1 基于能量的配方设计方法

4．4．2 配方设计优化

4．5 本章小结

5 温压炸药敞开空间爆炸能量释放规律研究

5．1 引言

5．2 敞开空间内爆炸冲击波参数计算方法

5．2．1 冲击波参数相似规律

5．2．2 空气冲击波对目标的作用

5．3 敞开空间静爆试验

5．3．1 测试系统简介

5．3．2 试验条件及场地布置

5．3．3 试验结果

5．4 敞开空间内爆炸能量输出特征

5．4．1 爆炸参数TNT当量分析

5．4．2 含铝量对冲击波参数与火球参数的影响

5．4．3 颗粒度对冲击波参数与火球参数的影响

5．4．4 温压炸药释能软件分析应用

5．5 本章小节

6 温压炸药有限空间能量释放规律研究

6．1 引言

6．2 有限空间静爆试验

6．2．1 测试系统与场地布置

6．2．2 试验结果

6．3 有限空间内爆炸能量输出特征

6．3．1 有限空间内冲击波作用A、B时段

6．3．2 含铝量对冲击波冲量的影响

6．3．3 含铝量对冲击波超压的影响

6．3．4 综合分析

6．4 有限空间温压炸药作用过程模拟

6．4．1 AUTODYN简介

6．4．2 状态方程

6．4．3 有限空间内静爆数值模拟

6．5 本章小节

7 温压炸药能量输出影响因素及规律研究

7．1 引言

7．2 双层反应容器的爆炸释能特征研究

7．2．1 水下爆炸的基本理论

7．2．2 双层反应容器试验装置

7．2．3 试验装置能量输出特征试验

7．2．4 试验装置能量输出参数分析

7．3 温压炸药能量输出试验

7．3．1 试验条件

7．3．2 含铝量对能量输出的影响

7．3．3 氛围压力对能量输出的影响

7．3．4 气体氛围对能量输出的影响

7．3．5 铝粉粒度对能量输出的影响

7．4 本章小结

8 结论

8．1 本文工作总结

8．2 技术进步或创新

8．3 工作展望

致谢

参考文献

作者在攻博期间发表论文情况(第一作者)