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水雷不敏感引信泄压结构研究

水雷不敏感引信泄压结构研究

作者：王鹏中北大学

学位级别：硕士

本文旨在能对我国水雷不敏感引信技术以及不敏感弹药的发展应用提供理论参考,以水雷不敏感引信聚能传爆管热安全性为背景,对水雷聚能传爆管的泄压孔进行设计研究。论文首先介绍了国内外烤燃的研究现状以及泄压孔设计的研究现状。通过分... 详细信息

本文旨在能对我国水雷不敏感引信技术以及不敏感弹药的发展应用提供理论参考,以水雷不敏感引信聚能传爆管热安全性为背景,对水雷聚能传爆管的泄压孔进行设计研究。论文首先介绍了国内外烤燃的研究现状以及泄压孔设计的研究现状。通过分析对比及结合研究对象,对于装药为JH14炸药的水雷引信聚能传爆管,以炸药在点燃瞬间的压力均衡为前提条件,计算装药为JH14的聚能传爆管点火后只产生燃烧反应的最小泄压孔面积,以此为基础,进而设计不同大小、不同位置、不同数量的泄压孔;采用数值仿真与试验相结合的方法,对含不同尺寸泄压结构的聚能传爆管在慢速烤燃和快速烤燃环境下的响应特性进行分析,通过编写用户自定义函数来描述炸药热反应方程和升温速率模型,在建立三维轴对称烤燃计算模型的基础上,采用Fluent对不同大小、不同位置、不同数量的泄压孔的慢速和快速烤燃响应特性进行数值模拟,并分析在不同慢烤升温速率及不同快烤温升模型下对聚能传爆管的慢速烤燃响应特性及快速烤燃响应特性的影响;以数值仿真为依据,开展了含泄压孔聚能传爆管的起爆验证试验,对含不同尺寸泄压结构的聚能传爆管的有效性及含泄压孔聚能传爆管能够点燃主装药的可靠性进行试验验证,利用见证板对比是否含泄压孔聚能传爆管在起爆时的穿孔情况。仿真结果表明:在慢速烤燃条件下,随着泄压孔尺寸增大,聚能传爆管的响应时间明显延长;在侧壁上部位置的效果明显优于中部位置与侧壁下部位置,这是由于炸药在慢速烤燃时聚能传爆管点火点位于实心药柱上端两侧,泄压孔在侧壁上部时能够及时泄放压力;当泄压孔的面积相同,数量增加时,其响应时间延长,这是由于炸药燃烧时能同时使壁面两侧的升温速率一致,温度受热均匀,两侧泄压孔能够及时排放炸药自反应生成的气体,从而延长了弹药的响应时间;随着升温速率的增大,聚能传爆管的响应时间明显缩短,而升温速率对点火温度影响较小。在快速烤燃条件下,不同火焰温升模型对引信的烤燃响应时间有较大的影响,火焰温度越高,响应时间越短,而点火位置始终位于聚能传爆管底部。试验结果表明:聚能传爆管的起爆威力随着泄压孔增大有下降趋势,所设计的泄压孔在试验中均能达到点燃主装药的条件。综合仿真及试验结果及影响因素考虑,该型聚能传爆管的泄压孔设计单孔直径7mm为最优,位置位于聚能传爆管侧壁中部,其研究结果对水雷不敏感引信的热安全性及泄压结构设计有一定的指导意义。

关键词：泄压结构 JH14 慢速烤燃快速烤燃数值模拟聚能传爆管起爆试验

基于UCM模型的B炸药慢烤泄压结构的作用分析

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爆炸与冲击 2022年第4期42卷 61-69页

作者：王琦智小琦肖游郝春杰中北大学机电工程学院山西太原030051 晋西工业集团有限责任公司山西太原030051

为了探究热刺激作用下泄压结构对熔铸炸药点火时间及点火前内部物理场变化的影响,设计了有/无泄压结构烤燃弹的内部多点测温慢烤对比试验。基于炸药通用烤燃模型(universal cookoff model,UCM),建立了炸药熔化后受浮升力驱动流动,反应... 详细信息

为了探究热刺激作用下泄压结构对熔铸炸药点火时间及点火前内部物理场变化的影响,设计了有/无泄压结构烤燃弹的内部多点测温慢烤对比试验。基于炸药通用烤燃模型(universal cookoff model,UCM),建立了炸药熔化后受浮升力驱动流动,反应速率随压力、反应进程等变化的B炸药烤燃计算模型,对有/无泄压结构烤燃弹的炸药在升温过程中的温度场及内部压力变化等情况进行了数值模拟,并与试验结果进行比较。结果表明:慢烤条件下,烤燃弹内部压力呈先缓后急上升趋势;有泄压结构烤燃弹在结构作用前的压力变化趋势与无泄压结构的一致,泄压结构的作用会使炸药自热反应速率骤然降低,炸药内部温度下降,自热反应速率降低和产物气泡驱动的对流共同导致了点火时间的延后;由于对流的作用,炸药点火点都在弹体顶部区域。

关键词：慢烤 B炸药泄压结构通用烤燃模型

热刺激约束DNAN基不敏感熔铸炸药装药点火后反应演化调控模型

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含能材料 2023年第10期31卷 1004-1012页

作者：白志玲段卓平李治许礼吉张连生黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

针对热刺激下熔铸炸药点火时基体炸药已处于熔融液化状态,反应产生的高温气体以气泡云形式在液态炸药中扩展和反应的物理特性,考虑燃烧气泡云尺度分布和激活发展机制,建立了熔铸炸药点火后燃烧气泡云反应演化调控模型,可较好地反映炸药... 详细信息

针对热刺激下熔铸炸药点火时基体炸药已处于熔融液化状态,反应产生的高温气体以气泡云形式在液态炸药中扩展和反应的物理特性,考虑燃烧气泡云尺度分布和激活发展机制,建立了熔铸炸药点火后燃烧气泡云反应演化调控模型,可较好地反映炸药本征燃烧速率、壳体约束强度、装药结构尺寸、预留空气隙体积、泄压孔面积等对装药反应演化过程和终态反应度的影响规律,并通过与实验结果对比验证了模型的适应性。结果表明:随着壳体约束强度和装药尺寸增加,装药自增强燃烧速度增长越快,装药反应烈度增大;通过泄压孔结构冲开阈值和泄压孔面积的匹配设计,实现装药反应烈度控制,在本研究装药条件下,泄压孔面积占壳体总面积达8.6‰时可控制装药反应烈度为燃烧,为装药热安全性设计和烈度评估提供理论依据。

关键词：熔铸炸药非冲击点火自持增强燃烧燃烧气泡云反应演化模型泄压结构反应烈度

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约束对熔铸炸药慢烤响应特性的研究

约束对熔铸炸药慢烤响应特性的研究

作者：黄云伟中北大学

学位级别：硕士

慢速烤燃条件下弹药的响应特性是弹药热安全性研究的热点问题,但目前的研究主要集中在点火前阶段,对后点火阶段弹药响应特性的研究则少有论及。为探究不同约束条件对弹药慢速烤燃响应特性的影响,以装填熔铸B炸药的烤燃弹为研究对象,设... 详细信息

慢速烤燃条件下弹药的响应特性是弹药热安全性研究的热点问题,但目前的研究主要集中在点火前阶段,对后点火阶段弹药响应特性的研究则少有论及。为探究不同约束条件对弹药慢速烤燃响应特性的影响,以装填熔铸B炸药的烤燃弹为研究对象,设计了四种不同泄压面积的烤燃弹,泄压面积分别为装药总表面积的0%(全约束)、2.0%、2.5%和3.5%。采用一次性电加热装置,在3.3°C/h的升温速率下对尺寸为?35mm?116 mm的烤燃弹进行不同约束条件下的烤燃试验。试验结果表明,泄压结构在临近点火时刻均能被顺利激活,并形成泄压通道;与全约束条件下相比,泄压面积占比为2.0%、2.5%和3.5%的烤燃弹响应时间分别延长了2.5 h、3.6 h和4.5 h;泄压面积占比较小时,烤燃弹的响应烈度并没有明显变化,但当泄压面积占比大于2.5%时,弹药烤燃的响应烈度等级可降低至“燃烧反应”。在试验研究的基础上,使用Fluent软件对慢速烤燃过程中炸药点火前阶段进行了仿真分析,探究了泄压结构对烤燃过程中热量传递的影响及泄压结构的作用机理。对于全约束烤燃弹,熔化后的炸药流动性弱,可用UCM模型进行数值模拟。对于含有泄压结构的烤燃弹,在泄压结构被激活前,整体可看作是密闭的全约束结构,亦可使用UCM模型进行模拟;而在泄压结构被激活后,炸药流动性增强,用多相流模型进行模拟更切合实际情况。数值模拟的结果表明,泄压结构的存在会对慢速烤燃条件下炸药内部的传热特征产生影响;由于金属壳体的导热性更强,设计有泄压结构的烤燃弹比全约束烤燃弹在相同时间内从外界获得的热量更少;临近点火时刻泄压结构被激活与炸药自热反应速率加快引起的弹内压力积聚有关。基于质量守恒定律和气体状态方程,建立了考虑炸药点火时刻状态和泄压孔排气影响的后点火期烤燃弹内气体压强增长模型,并使用Simulink平台搭建仿真计算模型,研究了泄压结构特性对后点火期弹内压强增长的影响。计算结果表明,泄压面积占比为2.0%、2.5%和3.5%的烤燃弹峰值压强分别为151.11MPa、99.71MPa和31.53MPa,而烤燃弹壳体能承受的最大内部压强不高于120.77MPa,故在慢速烤燃条件下,对于装填熔铸B炸药的烤燃弹,当设计的泄压面积占比大于2.5%时壳体不发生破坏,且泄压面积占比越大,弹药越安全。上述研究结论对熔铸炸药的烤燃机理分析及新型安全弹药的泄压结构的设计均具有一定的参考价值。

关键词：烤燃泄压结构数值模拟 UCM模型多相流 Simulink 响应烈度

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缓释结构对B炸药烤燃响应烈度的影响

高压物理学报 2021年第3期35卷 147-155页

作者：徐瑞智小琦王帅中北大学机电工程学院山西太原030051 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441000

为了研究装药在缓释结构作用下的响应特性,设计了弹药烤燃系统及弹体泄压装置,分析了B炸药在热刺激作用下泄压装置对响应烈度的影响,得到了B炸药在泄压结构作用下的升温曲线与响应结果。结果表明,无泄压孔时,装药的响应等级为爆轰反应,... 详细信息

为了研究装药在缓释结构作用下的响应特性,设计了弹药烤燃系统及弹体泄压装置,分析了B炸药在热刺激作用下泄压装置对响应烈度的影响,得到了B炸药在泄压结构作用下的升温曲线与响应结果。结果表明,无泄压孔时,装药的响应等级为爆轰反应,装药的响应温度较低,响应时间较短。泄压孔面积为装药面积的2.0%时,装药的响应等级为爆轰反应;泄压孔面积为装药面积的2.5%和3.5%时,装药的响应等级均为燃烧。弹药临近响应时刻冲开泄压孔,降低了炸药内部温度,延长了响应时间。通过数值模拟得到了装药内部温度的分布情况,响应时刻炸药温度呈层状分布,炸药响应点位于炸药顶部。RDX的分解放热是B炸药点火的主要原因。弹药泄压结构可以有效降低弹药响应的剧烈程度,提高装药的热安全性。

关键词：慢速烤燃泄压结构 B炸药响应特性

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热刺激下不同结构引信的响应机理

高压物理学报 2021年第5期35卷 125-135页

作者：徐瑞智小琦于永利高峰中北大学机电工程学院山西太原030051 吉林江机特种工业有限公司吉林吉林132021 内蒙古北方重工业集团有限公司内蒙古包头014033

为了掌握引信在泄压结构作用下的响应特性,通过自行设计的引信泄压装置,开展了烤燃条件下泄压装置对引信响应剧烈程度的影响研究。试验结果表明,慢速烤燃和快速烤燃条件下,泄压结构均可以有效降低引信响应时刻的内部压力,降低引信在烤... 详细信息

为了掌握引信在泄压结构作用下的响应特性,通过自行设计的引信泄压装置,开展了烤燃条件下泄压装置对引信响应剧烈程度的影响研究。试验结果表明,慢速烤燃和快速烤燃条件下,泄压结构均可以有效降低引信响应时刻的内部压力,降低引信在烤燃条件下的响应烈度,但是引信在慢速烤燃和快速烤燃条件下的响应情况存在一定差异。通过数值模拟对引信的响应情况进一步分析,结果表明:慢速烤燃条件下,引信点火点位于传爆药柱中心;快速烤燃条件下,引信点火点位于传爆药底部。点火位置不同使得传爆药的压力释放过程不同,慢速烤燃通过中心点火形成从中心至泄压孔的排气通道来释放内部压力,快速烤燃泄压孔释放部分压力后,剩余压力导致底部端盖被冲破。

关键词：热刺激引信泄压结构点火烤燃试验