激光辐照下约束炸药热爆炸机理研究
发布时间：2020-12-03 18:12
在国民经济和国防工业众多领域,激光技术发挥着越来越重要的作用。应用激光来辐照炸药装置,能使固体炸药发生化学反应,并在密闭空间内部形成热点,发生点火和爆炸行为。激光引爆炸药装置的这种方法,可用于远距离、非接触式的排除地雷或者未爆弹药,降低人工排雷的危险性,具有重要的工程应用前景。同时,激光辐照提供了精确可测的辐射外热流,能使炸药装置在秒级时间内发生爆炸,为快加热条件下约束炸药的点火和爆炸机理研究提供了新型试验手段。本文围绕激光辐照下约束炸药的热爆炸机理展开工作,进行了理论、试验和数值模拟研究,目的是揭示激光引爆约束炸药的机理,建立预测快加热条件下约束炸药点火过程的模型和方法。论文主要完成了以下工作:1、将炸药装置简化为壳体/炸药双层结构,考虑壳体和炸药界面之间的接触热阻,建立了激光引爆约束炸药的理论模型。基于积分变换数理方法,获得了激光辐照下壳体和炸药的瞬态温度场计算公式,讨论了激光热流、壳体/炸药界面热阻和外部气流对激光加热炸药效应的影响。将炸药能量方程的热源项进行Frank-Kamenetskii近似处理,基于热爆炸理论提出了激光辐照下约束炸药点火时刻的近似估算公式。2、试验研究了激...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１快烤燃试验场景和试验结果１３（１１??￣
通过丙酮燃烧对炸药装置进行加热，采用热电偶测试壳体外部、壳体内部以及炸??药表面的温度历程，研究不同约束状态下炸药装置的快烤燃行为。火烧快烤燃试验温度??结果如图１．２所示。Ｃｉｒｏ发现，火烧快烤燃试验的最大问题是钢壳温度测试值的不确定??度太大，难以准确估算钢壳表面的热流大小。为了提高试验边界精度，Ｃｉｒｏ又采用了电??加热方式，即在壳体外表包裹电加热带，通过焦耳热来加热。电加热快烤燃试验的温度??结果如图１．３所示，可见电加热方式显著减小了壳体温度的抖动，更容易获得准确的点??火时刻与热流密度关系。但是，电加热方式能够提供的热流密度较低，钢壳表面热流密??度通常在０．１？１．０?Ｗ／ｃｍ２量级，要研究更高加热速率下的烤燃行为比较困难。??ＩＳ?Ｂ??图１．１快烤燃试验场景和试验结果１３（１１??ｙｇＱ?．?Ａ?Ｓｔｅｅｌ．Ｔｏｐ￣??Ｂｔａ?Ｉ?■?１?？?１?■?１?＊?－？?■?１?？?１?＾?■?１?■?１?■－???Ｓｔｅｅｌ．?Ｓｉｄｅ?Ａ?Ｓｔｅｅｌ．?Ｔｔ＾??１１０Ｑ＿?Ａ?Ｓｔｅｅｌ．?Ｂｏｔｔｏｍ?．??ＳｔｔｅＬＳｒｔｆｅ?＾??Ｖ?ＰＢＸ．Ｔｏｐ?ａ?Ｓｔｅｅｌ．?Ｂｏｍｃｍ?＾??１０ＣＱ－?－－－ＰＢＸ．Ｓｉｄｅ?／ｖＡ?－?？?ＰＢＸ．Ｔｏｐ??口?ＰＢＸ．?Ｂｏｔｔｏｍ?，厂＼?，?＿丨、‘：?父?＿?——ＰＢＸ．?Ｓｉｄｅ?＾??Ｉ：：?ｒ?ｉ＾．??咖??．｝?＾?Ｊ￣＇?５?＇￣Ｚ〇?Ｄ?２Ｄ?４０?６０?８０?１Ｍ?１２０?１４０?１６０?１８０?２００??Ｔｉｍｅ，?ｓ?Ｔｉｍｅ
２００７年，Ｓａｎｄｉａ国家实验室Ｃｏｏｐｅｒ等［３１’３２］应用辐射加热来实现快烤燃（Ｒａｄｉａｎｔ?Ｈｅａｔ?Ｆａｓｔ??Ｃｏｏｋｏｆｆ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ），研究目标是回答慢烤燃反应模型能否精确预测快烤燃行为。试验??装置和试验结果如图１．４所示，将石英灯作为辐射加载装置，辐射热流通过玻璃窗口作??用在炸药表面。试验获得了不同热流条件下炸药的点火时刻（或者称为点火延迟时间），??热流测试精度获得了大幅提高。??ＨＭＨＪｊｍｎｉｉ?／Ｕ?ａ?薦＇ｍｍ??ｆｊｐ?星??（ａ）试验装置?（ｂ）试验结果??图１．４辐射加热试验装置和试验结果１３１１??Ｌｏｓ?Ａｌａｍｏｓ国家试验室的Ａｓａｙ?［｜７］认为同温度条件下炸药装置热爆炸的点火时刻量??级可以通过简单公式来估算。Ａｓａｙ总结了不同工况下ＨＭＸ基炸药的点火时刻试验数据，??包括热爆炸、激光点火、低速碰撞点火、以及冲击起爆等，发现点火时刻自然对数与温??度倒数成线性关系，如图１．５所示。试验结果意味着炸药点火时刻只与温度相关，与冲??击、碰撞和辐照等这些具体加热方式无关。基于上述结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高固含量HMX基浇注PBX的烤燃试验研究[J]. 殷明,罗观,代晓淦,张攀军,汤滢. 火炸药学报. 2014(01)
[2]烤燃条件下HMX/TATB基混合炸药多步热分解反应计算[J]. 马欣,陈朗,鲁峰,伍俊英. 爆炸与冲击. 2014(01)
[3]RDX的一维快烤燃模型及计算[J]. 田占东,张震宇,卢芳云,赵剑衡,谭福利. 高压物理学报. 2013(03)
[4]炸药多点测温烤燃实验和数值模拟[J]. 陈朗,马欣,黄毅民,伍俊英,常雪梅. 兵工学报. 2011(10)
[5]RDX激光点火的一维气相模型[J]. 田占东,张震宇,卢芳云,谭福利. 高压物理学报. 2011(02)
[6]TATB基PBX的快速烤燃实验与数值模拟[J]. 张旭,谷岩,张远平,李强,龚晏青,孙永强. 含能材料. 2010(05)
[7]考虑相变的炸药烤燃数值模拟计算[J]. 陈朗,王沛,冯长根. 含能材料. 2009(05)
[8]不同升温速率下炸药烤燃模拟计算分析[J]. 王沛,陈朗,冯长根. 含能材料. 2009(01)
[9]大气环境下重复频率激光辐照45~#钢反射率变化分析[J]. 王贵兵,罗飞,刘仓理. 强激光与粒子束. 2006(02)
[10]圆头钢弹对PBX-9404炸药撞击起爆的数值模拟[J]. 郑平刚,赵锋,张振宇. 高压物理学报. 2002(01)
博士论文
[1]连续波激光对液体贮箱的辐照效应研究[D]. 焦路光.国防科学技术大学 2013
[2]切向气流作用下激光对纤维增强树脂基复合材料的辐照效应研究[D]. 陈敏孙.国防科学技术大学 2012
[3]强激光与飞行靶相互作用的数值模拟研究[D]. 马厉克.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]激光对金属/炸药结构的辐照效应[D]. 焦路光.国防科学技术大学 2008
[2]凝聚炸药烤燃机理研究及二维数值模拟[D]. 荆松吉.国防科学技术大学 2004
[3]连续激光与芳纶纤维树脂基体复合材料相互作用规律研究[D]. 王贵兵.中国工程物理研究院北京研究生部 2002
本文编号：2896470
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１快烤燃试验场景和试验结果１３（１１??￣
通过丙酮燃烧对炸药装置进行加热，采用热电偶测试壳体外部、壳体内部以及炸??药表面的温度历程，研究不同约束状态下炸药装置的快烤燃行为。火烧快烤燃试验温度??结果如图１．２所示。Ｃｉｒｏ发现，火烧快烤燃试验的最大问题是钢壳温度测试值的不确定??度太大，难以准确估算钢壳表面的热流大小。为了提高试验边界精度，Ｃｉｒｏ又采用了电??加热方式，即在壳体外表包裹电加热带，通过焦耳热来加热。电加热快烤燃试验的温度??结果如图１．３所示，可见电加热方式显著减小了壳体温度的抖动，更容易获得准确的点??火时刻与热流密度关系。但是，电加热方式能够提供的热流密度较低，钢壳表面热流密??度通常在０．１？１．０?Ｗ／ｃｍ２量级，要研究更高加热速率下的烤燃行为比较困难。??ＩＳ?Ｂ??图１．１快烤燃试验场景和试验结果１３（１１??ｙｇＱ?．?Ａ?Ｓｔｅｅｌ．Ｔｏｐ￣??Ｂｔａ?Ｉ?■?１?？?１?■?１?＊?－？?■?１?？?１?＾?■?１?■?１?■－???Ｓｔｅｅｌ．?Ｓｉｄｅ?Ａ?Ｓｔｅｅｌ．?Ｔｔ＾??１１０Ｑ＿?Ａ?Ｓｔｅｅｌ．?Ｂｏｔｔｏｍ?．??ＳｔｔｅＬＳｒｔｆｅ?＾??Ｖ?ＰＢＸ．Ｔｏｐ?ａ?Ｓｔｅｅｌ．?Ｂｏｍｃｍ?＾??１０ＣＱ－?－－－ＰＢＸ．Ｓｉｄｅ?／ｖＡ?－?？?ＰＢＸ．Ｔｏｐ??口?ＰＢＸ．?Ｂｏｔｔｏｍ?，厂＼?，?＿丨、‘：?父?＿?——ＰＢＸ．?Ｓｉｄｅ?＾??Ｉ：：?ｒ?ｉ＾．??咖??．｝?＾?Ｊ￣＇?５?＇￣Ｚ〇?Ｄ?２Ｄ?４０?６０?８０?１Ｍ?１２０?１４０?１６０?１８０?２００??Ｔｉｍｅ，?ｓ?Ｔｉｍｅ
２００７年，Ｓａｎｄｉａ国家实验室Ｃｏｏｐｅｒ等［３１’３２］应用辐射加热来实现快烤燃（Ｒａｄｉａｎｔ?Ｈｅａｔ?Ｆａｓｔ??Ｃｏｏｋｏｆｆ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ），研究目标是回答慢烤燃反应模型能否精确预测快烤燃行为。试验??装置和试验结果如图１．４所示，将石英灯作为辐射加载装置，辐射热流通过玻璃窗口作??用在炸药表面。试验获得了不同热流条件下炸药的点火时刻（或者称为点火延迟时间），??热流测试精度获得了大幅提高。??ＨＭＨＪｊｍｎｉｉ?／Ｕ?ａ?薦＇ｍｍ??ｆｊｐ?星??（ａ）试验装置?（ｂ）试验结果??图１．４辐射加热试验装置和试验结果１３１１??Ｌｏｓ?Ａｌａｍｏｓ国家试验室的Ａｓａｙ?［｜７］认为同温度条件下炸药装置热爆炸的点火时刻量??级可以通过简单公式来估算。Ａｓａｙ总结了不同工况下ＨＭＸ基炸药的点火时刻试验数据，??包括热爆炸、激光点火、低速碰撞点火、以及冲击起爆等，发现点火时刻自然对数与温??度倒数成线性关系，如图１．５所示。试验结果意味着炸药点火时刻只与温度相关，与冲??击、碰撞和辐照等这些具体加热方式无关。基于上述结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高固含量HMX基浇注PBX的烤燃试验研究[J]. 殷明,罗观,代晓淦,张攀军,汤滢. 火炸药学报. 2014(01)
[2]烤燃条件下HMX/TATB基混合炸药多步热分解反应计算[J]. 马欣,陈朗,鲁峰,伍俊英. 爆炸与冲击. 2014(01)
[3]RDX的一维快烤燃模型及计算[J]. 田占东,张震宇,卢芳云,赵剑衡,谭福利. 高压物理学报. 2013(03)
[4]炸药多点测温烤燃实验和数值模拟[J]. 陈朗,马欣,黄毅民,伍俊英,常雪梅. 兵工学报. 2011(10)
[5]RDX激光点火的一维气相模型[J]. 田占东,张震宇,卢芳云,谭福利. 高压物理学报. 2011(02)
[6]TATB基PBX的快速烤燃实验与数值模拟[J]. 张旭,谷岩,张远平,李强,龚晏青,孙永强. 含能材料. 2010(05)
[7]考虑相变的炸药烤燃数值模拟计算[J]. 陈朗,王沛,冯长根. 含能材料. 2009(05)
[8]不同升温速率下炸药烤燃模拟计算分析[J]. 王沛,陈朗,冯长根. 含能材料. 2009(01)
[9]大气环境下重复频率激光辐照45~#钢反射率变化分析[J]. 王贵兵,罗飞,刘仓理. 强激光与粒子束. 2006(02)
[10]圆头钢弹对PBX-9404炸药撞击起爆的数值模拟[J]. 郑平刚,赵锋,张振宇. 高压物理学报. 2002(01)
博士论文
[1]连续波激光对液体贮箱的辐照效应研究[D]. 焦路光.国防科学技术大学 2013
[2]切向气流作用下激光对纤维增强树脂基复合材料的辐照效应研究[D]. 陈敏孙.国防科学技术大学 2012
[3]强激光与飞行靶相互作用的数值模拟研究[D]. 马厉克.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]激光对金属/炸药结构的辐照效应[D]. 焦路光.国防科学技术大学 2008
[2]凝聚炸药烤燃机理研究及二维数值模拟[D]. 荆松吉.国防科学技术大学 2004
[3]连续激光与芳纶纤维树脂基体复合材料相互作用规律研究[D]. 王贵兵.中国工程物理研究院北京研究生部 2002
本文编号：2896470
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/2896470.html
