隨著煙火光電對抗技術在軍事上迅猛發(fā)展,各種煙火藥及其制品不斷推陳出新,煙火藥光輻射效應作為閃光彈、曳光彈、紅外誘餌彈等光效應彈藥的理論基礎,已經(jīng)成為世界各國煙火工作者研究的熱點。因此,積極開展煙火藥光輻射效應的仿真與實驗研究至關重要。為此,本文以煙火藥爆燃輻射為研究對象,使用MATLAB軟件編寫煙火藥爆燃輻射強度仿真計算程序,對光效應煙火藥及新配方煙火藥爆燃輻射強度進行仿真計算研究,并結合新配方煙火藥爆燃輻射強度實驗研究,探索出一種小劑量裝藥、開放燃燒實現(xiàn)煙火藥爆燃的新途徑,為煙火藥爆燃輻射強度測試提供一種新思路。主要研究內容如下:(1)基于煙火藥燃燒輻射機理,針對煙火藥爆燃輻射現(xiàn)象,通過合理的簡化假設,建立煙火藥爆燃輻射模型,結合熱輻射基本定律建立煙火藥爆燃輻射強度數(shù)學模型,編寫煙火藥爆燃輻射強度仿真計算程序,結合REAL計算程序對配比為40/60、50/50、60/40的Al/KClO4二元光效應煙火藥爆燃輻射強度進行仿真計算研究。仿真結果表明:在可見光波段各配方煙火藥爆燃輻射強度均隨波長的增大而增大,三種配比的Al/KC104煙火藥爆燃輻射強度計算值分別為4.1357×108cd、4.7501×108cd、3.1160×108cd。與實驗測試數(shù)據(jù)對比,相對誤差均小于1%,仿真與實驗吻合良好,驗證了仿真程序及結果的正確性。(2)結合MATLAB軟件、REAL計算程序對不同配比的Al/KClO4/蟲膠/TNT、Al/KClO4/蟲膠/RDX兩種新配方煙火藥爆燃輻射強度進行仿真計算研究,仿真結果表明:不同配比的新配方煙火藥在可見光波段爆燃輻射強度均隨波長的增大而增大;對于同一配比的Al/KC104/蟲膠基本配方,隨著TNT或RDX含量的增加,其爆燃輻射強度逐漸減小;對于TNT或RDX含量相同的不同配方,隨著Al粉含量的增加,其爆燃輻射強度逐漸增大。(3)通過對新配方煙火藥爆燃輻射強度的實驗研究,探索出一種小劑量裝藥、開放燃燒實現(xiàn)爆燃的新途徑,實驗研究發(fā)現(xiàn):通過采用自制模具對1g不同配比的新配方煙火藥爆燃輻射強度測試,各配方均達到爆燃效果,各配方爆燃輻射強度測試曲線基本符合大劑量殼體裝藥、密閉燃燒時煙火藥爆燃輻射強度變化規(guī)律。(4)對不同配比的新配方煙火藥的爆燃光譜進行測試,并將光譜曲線積分值與仿真計算值進行比較,結果表明:由于實驗測試時無法測得煙火藥爆燃輻射強度達到最大那一時刻的光譜曲線,只能粗略觀察到在400nm～700nm的可見光波段光譜曲線走勢與仿真曲線走勢基本一致,輻射強度均隨波長的增大而增大;而光譜曲線積分值與仿真計算值存在很大偏差,但數(shù)量級相同,初步驗證了仿真曲線及結果的正確性。(5)結合新配方煙火藥爆燃輻射強度仿真計算數(shù)據(jù)及實驗測試數(shù)據(jù),對新配方煙火藥的理論發(fā)光效率和實測發(fā)光效率進行計算分析,結果發(fā)現(xiàn):由于在建立煙火藥爆燃輻射模型時忽略了氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)生的輻射效應,造成同一種煙火藥配方實測發(fā)光效率高于理論發(fā)光效率;對于同一配比的基本配方,隨著TNT或RDX含量的增加,其理論發(fā)光效率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,而實測發(fā)光效率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,且當TNT或RDX含量為10%,實測發(fā)光效率最大,造成此情況的出現(xiàn)是仿真時引入的氧氣量過多,而實際煙火藥爆燃時并未與足夠的氧氣反應。從總體上看,加入RDX的新配方煙火藥發(fā)光效率優(yōu)于加入TNT的新配方煙火藥的發(fā)光效率。
【學位單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.9;TQ560.1
【部分圖文】：

本章基于熱輻射基本定律，針對煙火藥爆燃假設，建立煙火藥爆燃輻射模型，進而對煙火藥爆燃輻基本物理量逡逑輻射度學中十分重要的概念，是指輻射能向空間發(fā)射、會聚或發(fā)散的角度，如圖２．１所示。其具體定義為．？以錐表面，錐體在球表面上所截部分表面積也和球半徑ａ？平ｄＱＪｊ＿Ｊ＾ｄｄ＾．＾ｍｅｄｅｄ（ｐｒ邐Ｋ逡逑角；ｐ為方位角；為其增量。立體角的單位為球面

其爆燃閃光輻射現(xiàn)象產(chǎn)生歷程為：煙火藥點燃后、由于受到殼體的約束作用迅速逡逑燃燒，此時殼內壓力急劇增大。當殼內壓力達到殼體的破殼壓力時，殼體破裂并逡逑在炸點周圍形成由高溫、高壓發(fā)光氣團和凝聚相發(fā)光體組成的發(fā)光火球，如圖２．４逡逑所示。逡逑．．．．逡逑圖２．４煙火藥爆燃發(fā)光火球逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｌｕｍｉｎｏｕｓ邋ｆｉｒｅｂａｌｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃ邋ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ逡逑破殼初期，周圍空氣受到爆炸產(chǎn)物的強烈壓縮，使得發(fā)光火球在空氣中迅速逡逑膨脹，隨著爆炸產(chǎn)物膨脹速度的逐漸衰減，對臨層空氣的壓力也隨之減小，當爆逡逑炸產(chǎn)物膨脹到極限體積時，臨層空氣壓強也相應降至標準大氣壓，此時火球體積逡逑并沒有達到最大體積，爆炸產(chǎn)物中的凝聚相組分由于受到慣性力的作用繼續(xù)發(fā)生逡逑過度膨脹，直至慣性力消失時，爆炸產(chǎn)物的膨脹體積最大。在膨脹過程中，火球逡逑溫度不斷降低，當火球溫度降至某臨界溫度時，火焰熄滅，發(fā)光過程結束。發(fā)光逡逑火球在整個過程中變化趨勢是從小到大，達到最大后再逐漸減小，最后熄滅ｔｗ。逡逑２．４煙火藥爆燃閃光輻射模型逡逑煙火藥在高溫、高壓下爆燃時產(chǎn)生由高溫高壓發(fā)光氣團和凝聚相發(fā)光體組成逡逑－１３－逡逑

圖４．３配方１３的ＲＥＡＬ計?

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本文編號：2824471