【摘要】：水中用兵器的毀傷效果是基于內(nèi)部裝填炸藥以及炸藥的能量輸出方式?jīng)Q定的,黑索金含鋁炸藥是目前廣泛配備于海軍武器并大幅提高水下爆炸威力的炸藥品種之一。本文通過試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論推導(dǎo)的方法研究了黑索金基含鋁(RDX/Al)炸藥的能量輸出規(guī)律,從大型室內(nèi)含鋁炸藥的水罐實(shí)驗(yàn)、含鋁炸藥中二次反應(yīng)行為和水下典型結(jié)構(gòu)對含鋁炸藥的動態(tài)響應(yīng)三個方面對含鋁炸藥的水下爆炸的能量輸出效應(yīng)進(jìn)行研究,主要研究內(nèi)容包括以下三個部分:(1)對鋁氧比為0、0.24和0.63的RDX/Al炸藥進(jìn)行了水罐爆炸試驗(yàn)。對于含鋁炸藥,第一次在水下爆炸實(shí)驗(yàn)中捕捉到了氣泡脈動的一個完整周期,基于水下爆炸氣泡脈動方程和試驗(yàn)測試結(jié)果,提出了適應(yīng)于含鋁炸藥的三組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)用于擬合氣泡邊界點(diǎn)的位移和速度隨時間的變化以及氣泡內(nèi)部壓力的變化過程。用該組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)對同配方大藥量含鋁炸藥的氣泡脈動過程進(jìn)行計(jì)算,驗(yàn)證了參數(shù)的精確性。研究該類炸藥的尺寸效應(yīng),比較相同配方不同質(zhì)量炸藥的能量輸出并得出如下結(jié)論:在1 kg以下的質(zhì)量范圍內(nèi),RDX/Al炸藥的能量釋放并沒有表現(xiàn)出不可忽略的尺寸效應(yīng),小尺寸炸藥輸出的爆炸能量可以準(zhǔn)確反應(yīng)大藥量含鋁炸藥的做功能力。(2)對RDX/Al/LiF炸藥配方體系進(jìn)行一系列爆熱測量試驗(yàn)和水下爆炸試驗(yàn)。為了達(dá)到控制單一變量為鋁氧比的目的,用氟化鋰作為鋁的惰性替代物,研究鋁粉二次反應(yīng)的能量釋放。本文采用恒溫式量熱計(jì)實(shí)驗(yàn)來確定鋁氧比對爆熱的影響,使用EXPLO5程序?qū)ΡZ產(chǎn)物中的含氧物質(zhì)(CO_2、CO和H_2O)進(jìn)行預(yù)測。研究結(jié)果表明,含鋁炸藥中,無論鋁粉含量為多少,鋁都不能完全與爆炸產(chǎn)物中的氧元素結(jié)合,隨著鋁粉含量的增加,鋁的反應(yīng)度降低,這是因?yàn)楹谒鹘鸷恳欢〞r,產(chǎn)物中的氧元素有限,大量的鋁粉在爆炸反應(yīng)過程中作為惰性物質(zhì)存在。同時鋁的能量釋放率增高,由于鋁氧比提高后,鋁粉與爆轟產(chǎn)物反應(yīng)的初溫提高,使得鋁粉與爆轟產(chǎn)物結(jié)合更充分。水下爆炸試驗(yàn)研究了炸藥配方與水下爆炸能量釋放、沖擊波壓力和沖量信號之間的關(guān)系。水下實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),沖擊波能、氣泡能和總能量隨鋁氧比單調(diào)增加。(3)對不同鋁氧比的黑索金含鋁炸藥的水下爆炸毀傷效果進(jìn)行模擬,對水下爆炸兩個經(jīng)典工況(加筋板和艦船結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)做了詳細(xì)分析。模擬結(jié)果表明,鋁粉的加入對艦船結(jié)構(gòu)沖擊的影響與艦船和炸藥之間的距離有關(guān)。與常規(guī)理想炸藥相比,RDX/Al炸藥可以產(chǎn)生更高的能量密度,從不同程度上增加水下爆炸的沖擊波能和氣泡能。此外,數(shù)值模擬結(jié)果表明,炸藥在不同攻擊距離處的破壞效果和鋁粉含量有關(guān)。從結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)來看,水中結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)排名依次為:JHL20(Al/O=0.36)JHL30(Al/O=0.63)JHL10(Al/O=0.16)JHL0(Al/O=0)。這與沖擊波能隨鋁氧比的變化相同,由此可知,在近場范圍內(nèi),含鋁炸藥的沖擊波能越大,加筋板的最大撕裂面積,加筋板上各測點(diǎn)的最大位移、最大速度、最大應(yīng)力和最大應(yīng)變越大。本文通過對高能黑索金含鋁炸藥能量釋放規(guī)律及其毀傷效應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)測試、理論分析和數(shù)值模擬。對含鋁炸藥中鋁粉的二次反應(yīng)進(jìn)行了多方面的研究,對于優(yōu)化含鋁炸藥配方,改善含鋁炸藥水下爆炸能量輸出結(jié)構(gòu),提高炸藥威力具有重要意義。本文第四章研究也為近距離水中結(jié)構(gòu)毀傷提供了理論依據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果參考。
【圖文】：

北京理工大學(xué)博士論文先氣化后燃燒。1999 年，為了探究鋁粉燃燒過程中的用掃描電鏡(SEM)和光電相機(jī)對 210 μm 的鋁顆粒燃燒過程，得到了鋁粉燃燒的不同階段的火焰形狀。如圖 1.1 所示，六倍鋁顆粒直徑的表面處，約為 3800 K，在顆粒表面的最ucher 對鋁顆粒在 CO 環(huán)境下的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)固相鋁元素，作者認(rèn)為可能是鋁和碳的化合物。

炸藥水中爆炸形成初始沖擊波，同時爆轟產(chǎn)物形成氣泡，用爆炸水罐系統(tǒng)和水中近場沖擊波壓力采集系統(tǒng)同時收集沖擊波輸出的P-t曲線和氣泡脈動過程，，構(gòu)建水中小藥量爆炸氣泡膨脹運(yùn)動過程與近場壓力歷程的測試體系，如圖2.1所示。獲得氣泡脈動過程詳細(xì)圖像，是開展炸藥水中爆炸氣泡動力學(xué)研究的基礎(chǔ)。根據(jù)氣泡脈動規(guī)律及其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)炸藥威力性能水罐測試系統(tǒng)，并采用光學(xué)測量的方法獲得氣泡脈動全過程的清晰圖像。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ560.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2706349