两级爆炸驱动飞片的冲击起爆技术研究

作     者：刘增军 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈瑞琪

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 082603[工学-火炮、自动武器与弹药工程] 0826[工学-兵器科学与技术] 

主      题：金属飞片 小尺寸 爆炸驱动 冲击起爆 数值模拟 

摘      要：钝感炸药是一类安全性很高的炸药,也是不敏感弹药的主装药。钝感炸药的起爆能量阈值比普通炸药高,用传统的起爆装置起爆十分困难。为了解决钝感炸药的可靠起爆问题,本文对两级爆炸驱动的飞片技术开展了研究,通过两级飞片爆炸加速提高起爆装置的起爆能力。该项课题的选取不仅能够为钝感弹药提供实现小尺寸下的大起爆能力的技术,也解决新型两级飞片的能量传递和匹配的应用基础问题,研究具有重要的意义和价值。本文设计了叠氮化铅爆炸驱动一级金属飞片和HNS-Ⅳ炸药驱动二级金属飞片的两级飞片传爆序列,通过实验测试和数值模拟分析研究了传爆序列的能量传递和界面匹配规律,获得了两级飞片能量传递和匹配规律,取得的主要研究成果如下。(1)叠氮化铅装药爆炸驱动不同材料和尺寸的飞片的实验研究结果表明在同等条件下,不锈钢飞片的速度大于钛飞片速度;飞片速度与飞片厚度、飞片直径存在相关关系,当飞片直径一定时,飞片厚度由100μm增加到150μm时飞片速度增加,飞片厚度增加到200μm时飞片速度明显下降;当飞片厚度一定时,飞片直径由2mm增加至3mm,飞片速度提高。研究获得了氮化铅((?)3mm×2mm)驱动飞片直径为3mm、厚度150μm和加速距离3mm的一级爆炸飞片最佳设计条件,叠氮化铅装药的爆轰输出压力达到9.72GPa,飞片速度达到1841m/s。(2)叠氮化铅爆炸驱动飞片过程的数值模拟研究结果表明,受到爆轰产物驱动时飞片中心处最先开始加速;材料不同的飞片剪切难易程度不同,铝飞片最容易剪切,不锈钢飞片次之,钛飞片最难剪切,铝飞片最大速度值远大于不锈钢飞片和钛飞片,但是铝飞片在飞行中易破碎,不锈钢飞片在飞行中仍能保证完整性,在3种飞片材料中不锈钢飞片效果最佳。理论计算结果与实验结果相一致。(3)飞片冲击起爆HNS-Ⅳ装药过程的数值模拟研究获得了冲击起爆HNS-Ⅳ的起爆过程和起爆临界速度。飞片撞击到炸药表面时炸药中心轴线上压力快速上升至一极大值,之后逐渐降低至一稳定值。不锈钢飞片冲击起爆效果比钛飞片冲击起爆效果好,不锈钢飞片起爆HNS-Ⅳ装药的临界速度为980m/s。在有药环约束情况下,炸药中心轴线上压力变化显著加快,并出现反射波,反射波峰值随飞片厚度增加而增大,随飞片直径增加而减小。(4)HNS-Ⅳ装药爆炸驱动不同材料和厚度飞片的实验研究获得了HNS-Ⅳ驱动金属飞片的基础数据和规律。在同等条件下,不锈钢飞片的速度大于钛飞片速度。HNS-Ⅳ炸药装药((?)4mm×4mm)爆轰输出压力17.85GPa,能够在加速距离为3.2mm处,将直径3mm,厚度200μm的不锈钢飞片加速至2452m/s。