烟火药爆燃辐射强度仿真计算及实验研究

发布时间：2020-09-22 13:46

　　 随着烟火光电对抗技术在军事上迅猛发展,各种烟火药及其制品不断推陈出新,烟火药光辐射效应作为闪光弹、曳光弹、红外诱饵弹等光效应弹药的理论基础,已经成为世界各国烟火工作者研究的热点。因此,积极开展烟火药光辐射效应的仿真与实验研究至关重要。为此,本文以烟火药爆燃辐射为研究对象,使用MATLAB软件编写烟火药爆燃辐射强度仿真计算程序,对光效应烟火药及新配方烟火药爆燃辐射强度进行仿真计算研究,并结合新配方烟火药爆燃辐射强度实验研究,探索出一种小剂量装药、开放燃烧实现烟火药爆燃的新途径,为烟火药爆燃辐射强度测试提供一种新思路。主要研究内容如下:(1)基于烟火药燃烧辐射机理,针对烟火药爆燃辐射现象,通过合理的简化假设,建立烟火药爆燃辐射模型,结合热辐射基本定律建立烟火药爆燃辐射强度数学模型,编写烟火药爆燃辐射强度仿真计算程序,结合REAL计算程序对配比为40/60、50/50、60/40的Al/KClO4二元光效应烟火药爆燃辐射强度进行仿真计算研究。仿真结果表明:在可见光波段各配方烟火药爆燃辐射强度均随波长的增大而增大,三种配比的Al/KC104烟火药爆燃辐射强度计算值分别为4.1357×108cd、4.7501×108cd、3.1160×108cd。与实验测试数据对比,相对误差均小于1%,仿真与实验吻合良好,验证了仿真程序及结果的正确性。(2)结合MATLAB软件、REAL计算程序对不同配比的Al/KClO4/虫胶/TNT、Al/KClO4/虫胶/RDX两种新配方烟火药爆燃辐射强度进行仿真计算研究,仿真结果表明:不同配比的新配方烟火药在可见光波段爆燃辐射强度均随波长的增大而增大;对于同一配比的Al/KC104/虫胶基本配方,随着TNT或RDX含量的增加,其爆燃辐射强度逐渐减小;对于TNT或RDX含量相同的不同配方,随着Al粉含量的增加,其爆燃辐射强度逐渐增大。(3)通过对新配方烟火药爆燃辐射强度的实验研究,探索出一种小剂量装药、开放燃烧实现爆燃的新途径,实验研究发现:通过采用自制模具对1g不同配比的新配方烟火药爆燃辐射强度测试,各配方均达到爆燃效果,各配方爆燃辐射强度测试曲线基本符合大剂量壳体装药、密闭燃烧时烟火药爆燃辐射强度变化规律。(4)对不同配比的新配方烟火药的爆燃光谱进行测试,并将光谱曲线积分值与仿真计算值进行比较,结果表明:由于实验测试时无法测得烟火药爆燃辐射强度达到最大那一时刻的光谱曲线,只能粗略观察到在400nm～700nm的可见光波段光谱曲线走势与仿真曲线走势基本一致,辐射强度均随波长的增大而增大;而光谱曲线积分值与仿真计算值存在很大偏差,但数量级相同,初步验证了仿真曲线及结果的正确性。(5)结合新配方烟火药爆燃辐射强度仿真计算数据及实验测试数据,对新配方烟火药的理论发光效率和实测发光效率进行计算分析,结果发现:由于在建立烟火药爆燃辐射模型时忽略了气态产物产生的辐射效应,造成同一种烟火药配方实测发光效率高于理论发光效率;对于同一配比的基本配方,随着TNT或RDX含量的增加,其理论发光效率呈现逐渐下降的趋势,而实测发光效率呈现先上升后下降的趋势,且当TNT或RDX含量为10%,实测发光效率最大,造成此情况的出现是仿真时引入的氧气量过多,而实际烟火药爆燃时并未与足够的氧气反应。从总体上看,加入RDX的新配方烟火药发光效率优于加入TNT的新配方烟火药的发光效率。
【学位单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.9;TQ560.1
【部分图文】：

本章基于热辐射基本定律，针对烟火药爆燃假设，建立烟火药爆燃辐射模型，进而对烟火药爆燃辐基本物理量逡逑辐射度学中十分重要的概念，是指辐射能向空间发射、会聚或发散的角度，如图２．１所示。其具体定义为．？以锥表面，锥体在球表面上所截部分表面积也和球半径ａ？平ｄＱＪｊ＿Ｊ＾ｄｄ＾．＾ｍｅｄｅｄ（ｐｒ逦Ｋ逡逑角；ｐ为方位角；为其增量。立体角的单位为球面

其爆燃闪光辐射现象产生历程为：烟火药点燃后、由于受到壳体的约束作用迅速逡逑燃烧，此时壳内压力急剧增大。当壳内压力达到壳体的破壳压力时，壳体破裂并逡逑在炸点周围形成由高温、高压发光气团和凝聚相发光体组成的发光火球，如图２．４逡逑所示。逡逑．．．．逡逑图２．４烟火药爆燃发光火球逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｌｕｍｉｎｏｕｓ邋ｆｉｒｅｂａｌｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃ邋ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ逡逑破壳初期，周围空气受到爆炸产物的强烈压缩，使得发光火球在空气中迅速逡逑膨胀，随着爆炸产物膨胀速度的逐渐衰减，对临层空气的压力也随之减小，当爆逡逑炸产物膨胀到极限体积时，临层空气压强也相应降至标准大气压，此时火球体积逡逑并没有达到最大体积，爆炸产物中的凝聚相组分由于受到惯性力的作用继续发生逡逑过度膨胀，直至惯性力消失时，爆炸产物的膨胀体积最大。在膨胀过程中，火球逡逑温度不断降低，当火球温度降至某临界温度时，火焰熄灭，发光过程结束。发光逡逑火球在整个过程中变化趋势是从小到大，达到最大后再逐渐减小，最后熄灭ｔｗ。逡逑２．４烟火药爆燃闪光辐射模型逡逑烟火药在高温、高压下爆燃时产生由高温高压发光气团和凝聚相发光体组成逡逑－１３－逡逑

图４．３配方１３的ＲＥＡＬ计?

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本文编号：2824471