冲击波物理与爆轰物理研究进展(2)

2暋 爆轰物理研究进展 针对新态势下强调的优化、完善已有爆轰模型, 探索深层次引爆机制并且保证装备安全性研究方面 的要求,实验室从多个方面推进了钝感高能爆 轰波传播规律和驱动飞片能力的研究,起爆传爆性 能及起爆器件设计的研究并且高能起爆性能与 热点形成机制的研究 3。2。1暋爆轰波传播规律与驱动飞层研究 爆轰波传播规律与驱动飞层性能是近年来爆轰 物理重点研究的基本难题 我们首先对钝感的反应区及爆轰波传播规律作了深入的探究,研究了 爆轰波后产物粒子速率剖面,密度,颗粒度,爆 轰波曲率半径,装药规格,边界约束和频率对爆轰波 传播性能的影响,实验检测的爆轰波阵面见图 立了表述钝感非理想爆轰传播行为的建模,标定了推导模型中的参数 我们还设计了新型爆轰传递序列,其环境适应性优越,可靠性高,达到了国际 先进水准,在工程设计中有重要的应用前 图6暋实验检测爆轰波阵面及其边界在散心爆轰驱动方面,针对两种典型高能, 进行了多种点爆驱动的半球试验和大板试验并且平 面驱动试验,测量了从散心爆轰驱动过渡到滑移爆 轰驱动时飞片的运动规律 中国工程物理研究院建院50 周年 http 飋飋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋物理 38 较,发现即使采取圆筒试验方式对爆轰产物物态方程定标,存在起始点不知道的弊端,而平板试验恰好 可以填补这个弊端 将平板和圆筒试验结合,二者互相补足,获得了更优的爆轰产物物态方程参 3。

2。2暋高能起爆性能与热点形成机制研究 的安全性和动作可靠性是在实际应用 中的两个方面,在实际应用中我们要求安全钝 感,但是既需要有良好的起爆和爆轰性能 利用单色谱仪技术、ICCD 瞬态光谱科技、 光衍射谱等技术在爆炸激波管中研究了纳米铝粉、纳米铜粉、纳米锌粉、铁粉添加到 硝基甲烷、环氧丙烷、 RDX 粉等含可材料的催 化微观机制 研究证实:纳米金属粉可以显著加快含可材料的迅速反应,纳米铝粉可以让环氧丙烷的点 火延迟时间增加 70% ;纳米铜粉、纳米锌粉可以让 硝基甲烷、 RDX 粉的点火延迟时间增加 30% 纳米铁粉可以让硝基甲烷、RDX 粉的点火延迟 时间增加 20%。 研究了硝酸丙酯、铝粉、戊二烯、苯、 环氧丙烷复合燃料迅速反应点火的微观机制 提出了一种从理论上确认最容易断裂键及或许较早发生 的后面产物,实验上运用多种光谱科技确定复合燃 料冲击点火延迟时间跟临界条件 研究证实:环氧丙烷复合燃料受冲击后,最先点火的燃料是环氧丙烷, 其次是硝酸丙酯,最后为铝粉 只有当这种有机物剥离、反应完后,汽化形成的铝原子能够跟氧原子反 应,为新型含铝的研发提供了支撑 [49—52] 非均匀体系的计算方式是当前多个学科探究的前沿 在细观层次,塑料粘结是典型的非均匀体系,如何模拟其在外载荷作用下的响应尚无统一的 方法 我们构建了一种有限元与离散元的结合方式,解决了两种途径的界面耦合问题,可有效的应用于 均匀材料与非均匀材料冲击作用下细观变形特征模 所示,计算了冲击波作用下不规则多面体晶体与粘结剂细观变形、脱粘及粘结剂断裂的 现象及热点生成过程 加深了对起爆热点模式的理解,对深入推进细观层次的动态响应特征、 反应临界条件,设计具备新型微结构配方的塑 料粘结研究具备重要意义 [53] 此外,还加强了复合分子的第一性原理和分子动力学计算研 究,揭示了其化学跟化学性质 3。

2。3暋复合分子的第一性原理和分子动力学 计算研究 采用第一性原理和分子动力学方法对、粘 图7暋离散元计算的冲击波后颗粒材料的浓度差异暋 )塑料涂覆计算模型;( )冲击波后橡胶粘结温度分布图结剂、钝感剂多组份体系的构架和性能进行了模拟 研究 计算了各组份对主体弹性性能、钝化反应、爆轰性能的功效 结果说明[54,55] ,各金属粘结炸 药的韧性较纯 HMX 有所改善,以粘结剂组分对主 体的物理性能影响最大;各组分的加入均或多 或少地减少主体的爆热跟爆速 研究结果和推断为现在这些新配方的起爆和爆轰性能研究提 供了带有参考价值的信息 展望现有的探究表明,在武器物理所涉及的高温高 压条件下材料电子构架的差异、在原子尺度缺陷和 细观尺度的非均匀性对其动力学过程的物理力学现 象跟规律都直接相关,仅仅根据现象学的宏观研究 方式尚未不能满足对武器动作过程跟涉及的现象进 中国工程物理研究院建院50 周年 物理38 飋飋行精密分析的需求 结合禁核试条约后装备物理发展的需求,冲击波物理与爆轰物理学科发展将由过 去单一宏观尺度研究拓宽到宏观、细观、微观尺度的 多尺度研究,逐渐由现象规律性研究深入到生物本 质的体系研究,实现针对内爆过程涉及的重 要物理力学现象的精密和定量阐释 同时,冲击波物理与爆轰物理学科的演进离不开其他学科的发展 因此,它的研究成果也将会加强原子分子生物、地球物理、天体力学等基础学科,以 及材料科学与工程、航空宇航科技、新能源等应用科 学与科技的进一步发展 本文的撰写工作受到了冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室领导和教授的直接指导和给 助,特在此表示由衷的谢谢! 参考文献 暋刘文翰。

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