激光烧蚀下含能材料的反应行为和流动行为研究
发布时间：2022-01-04 12:28
含能材料爆炸伴随的巨大破坏效应不利于人们对实验现象和反应行为的深入研究。脉冲激光烧蚀是实现炸药快速反应和燃烧的重要微细观实验手段之一,兼具安全、实验效率高、资源消耗少、定向激发等优点,被认为是研究含能材料反应行为行之有效的手段之一。本文基于激光烧蚀手段,结合自发光成像、发射光谱、阴影成像等动态实验测量手段,对RDX基含铝炸药的持续性反应行为及液体含能材料硝基甲烷的流动扩散进行了研究。论文的主要研究结果如下:1、设计和完善了激光烧蚀实验系统,研究了黑索今（RDX）单质炸药与RDX基含铝炸药在激光烧蚀下的反应行为特征。实验结果表明,激光烧蚀作用于RDX单质粉末主要引起其局部的等离子体化,并未在RDX单质粉末中激发持续性的反应行为;含铝炸药在激光烧蚀下的反应行为具有典型的二次反应特征,相比单质炸药表现出明显的持续燃烧特征。铝粉参与的氧化反应是导致二次反应发生和持续反应的主要原因,AIO分子是氧化反应重要的中间产物。2、为了对激光烧蚀作用过程有更清晰的认识,同时评估空气对反应发展不同阶段的影响,我们尝试改变激光聚焦点到材料表面的距离,研究不同的激光能量沉积模式对反应发展的影响。研究发现,不同的...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１激光烧蚀下发射光谱和ＣＮ基团的荧光光谱分布图??
Ｙｅｈｕｄａ?Ｈａａｓ等人还采用发射光谱和激光诱导荧光光谱技术对激光烧蚀后分解产生??的气态产物进行了实时监测１２。获得的谱学信息以ＣＮ分子基团的发射光谱和荧光光谱??为主（见图１．?１），研究发现ＣＮ分子基团发射光谱的强度变化规律和冲击波强度变化规??律类似，开始都随着ＧＡＰ比例的增加而单调增强，但当ＧＡＰ比例接近７０？８０％时，两??者的强度又随着比例的增加而变弱。??一?．＿?Ｐ⑴￣￣＇￣￣＇￣＇?Ｘ（ｖ－Ｏ）?—＾Ｂ（ｖ－Ｏ）＇?１?￣?Ｒ（Ｊ）－??？?▲?〇Ｈ（Ａ－Ｘ）?？?２?丨＾?＾?＾?ｔ?Ｓ?Ｗ?＇—－１！〇?２＾??＾?■?〇?Ｃ，（Ｃ－Ａ）?？?＞??ｃ?？?＾（ｄ－ａｔＳｗａｎ）?＇Ｚｎ??§?■?，?ＣＨ?＜Ｃ－Ｘ）?？?Ｓ??＾?ｃ?ＣＨ（Ａ－Ｘ）?？?５?－??ｏ?？?ＣＮ?（Ｂ－Ｘ）?ｖ?ｕ??Ｓ?ｏ?ＮＨ?（Ａ－Ｘ）?。?？?Ｈ??＼?｜?ｌ！｜?Ｉ?Ｉ?Ｉ?：??Ｓｉ??３００?３５０?４００?４５０?ｒ?．一￣一＾＾??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（細）?Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ?（ｃｍ１）??图１．?１激光烧蚀下发射光谱和ＣＮ基团的荧光光谱分布图??Ｌｉｐｐｅｒｔ等人通过一系列系统的研究工作也发现同等能量的激光烧蚀下，含能聚合物??ＧＡＰ拥有比惰性聚合物更强的驱动能力１３。Ｌｉｐｐｅｒｔ等人进一步采用阴影成像方法研究了??激光烧蚀后的流动行为。结果表明，在固定的激光功率下，随着波长的增长，冲击波传??播速度下降；同时，波长越短，激光烧蚀后产生的固态碎片越少、气态产物越多；而较??大体积的碎片的运动一般不受冲击波运动的影响
激光烧蚀下含能材料的反应和流动行为研究??在产物成分中占优势地位。??Ｓｕｋｅｓｈ?Ｒｏｙ等人观测了激光烧蚀掺杂ＡＩ纳米颗粒的硝酸铵与氧化剂混合物后击波传播的图像?＇并基于相干反斯托克斯拉曼散射（ＣＡＲＳ）对波后温度瞬态间中的分布情况进行了测量。图１．３左侧是冲击波传播的阴影图像，右侧为基读得到的冲击波运动位置和冲击波能量随时间变化的关系。图１．?４为ＣＡＲＳ测图，右侧为激光烧蚀后１．３叫附近几个空间位置点中温度分布情况。图１．５左同位置处理论温度值和实测温度值的比较，理论温度值基于实测的冲击波速度程计算得到。由图可知，离冲击波波阵面越近，实测温度值和理论值越接近，认为这是由于理论计算没有考虑冲击波波阵面后纳米颗粒与硝酸铵及氧化剂放热的累积效应。Ｒｏｙ等人还给出了?１．３?附近不同尺寸的ＡＩ颗粒混合物烧度分布情况，实验测得温度均高于铝的熔化温度（９３３?Ｋ），最高温度约为３６００±对应的铝粉颗粒尺寸为５０?ｎｍ）。???＿?ｉ．ｌ?｜?ｊ］?ｊｉｊ?｜?＇?＇?＾?Ｐｉｌｌ＇．＇?＇〇?！ｌ！?Ｉ?－??＇ｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]管道风流PIV实验中示踪粒子特性[J]. 刘剑,李雪冰,白崇国,刘明浩,张明旭. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2016(10)
[2]Al粉对炸药爆炸加速能力的影响[J]. 冯晓军,王晓峰,徐洪涛,高立龙. 火炸药学报. 2014(05)
[3]铝含量对RDX基含铝炸药驱动能力的影响[J]. 沈飞,王辉,袁建飞,杨凯. 火炸药学报. 2013(03)
[4]炸药水中爆炸能量输出结构的数值模拟[J]. 史锐,徐更光,徐军培,刘科种. 含能材料. 2009(02)
[5]光谱法遥感测定温压炸药爆炸温度的研究[J]. 李秀丽,惠君明,张琳. 弹道学报. 2008(02)
[6]以RDX为基的含铝炸药中铝粉粒度和氧化剂形态对加速金属能力的影响[J]. 黄辉,黄亨建,黄勇,王晓川. 爆炸与冲击. 2006(01)
[7]示踪粒子跟随性讨论[J]. 严敬,杨小林,邓万权,刘忠,季全凯,万毅. 农业机械学报. 2005(06)
[8]激光等离子体和烧蚀对含能材料的激光点火过程的影响[J]. 沈瑞琪,叶迎华,涂建. 中国激光. 2004(11)
[9]炸药爆轰瞬态温度的光谱法测定[J]. 周新利,李燕,刘祖亮,吕春绪,王俊德,曹阳. 光谱学与光谱分析. 2003(05)
[10]CARS光谱技术在炸药测温领域中的应用[J]. 闫军,徐更光. 火炸药学报. 2000(03)
本文编号：3568339
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１激光烧蚀下发射光谱和ＣＮ基团的荧光光谱分布图??
Ｙｅｈｕｄａ?Ｈａａｓ等人还采用发射光谱和激光诱导荧光光谱技术对激光烧蚀后分解产生??的气态产物进行了实时监测１２。获得的谱学信息以ＣＮ分子基团的发射光谱和荧光光谱??为主（见图１．?１），研究发现ＣＮ分子基团发射光谱的强度变化规律和冲击波强度变化规??律类似，开始都随着ＧＡＰ比例的增加而单调增强，但当ＧＡＰ比例接近７０？８０％时，两??者的强度又随着比例的增加而变弱。??一?．＿?Ｐ⑴￣￣＇￣￣＇￣＇?Ｘ（ｖ－Ｏ）?—＾Ｂ（ｖ－Ｏ）＇?１?￣?Ｒ（Ｊ）－??？?▲?〇Ｈ（Ａ－Ｘ）?？?２?丨＾?＾?＾?ｔ?Ｓ?Ｗ?＇—－１！〇?２＾??＾?■?〇?Ｃ，（Ｃ－Ａ）?？?＞??ｃ?？?＾（ｄ－ａｔＳｗａｎ）?＇Ｚｎ??§?■?，?ＣＨ?＜Ｃ－Ｘ）?？?Ｓ??＾?ｃ?ＣＨ（Ａ－Ｘ）?？?５?－??ｏ?？?ＣＮ?（Ｂ－Ｘ）?ｖ?ｕ??Ｓ?ｏ?ＮＨ?（Ａ－Ｘ）?。?？?Ｈ??＼?｜?ｌ！｜?Ｉ?Ｉ?Ｉ?：??Ｓｉ??３００?３５０?４００?４５０?ｒ?．一￣一＾＾??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（細）?Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ?（ｃｍ１）??图１．?１激光烧蚀下发射光谱和ＣＮ基团的荧光光谱分布图??Ｌｉｐｐｅｒｔ等人通过一系列系统的研究工作也发现同等能量的激光烧蚀下，含能聚合物??ＧＡＰ拥有比惰性聚合物更强的驱动能力１３。Ｌｉｐｐｅｒｔ等人进一步采用阴影成像方法研究了??激光烧蚀后的流动行为。结果表明，在固定的激光功率下，随着波长的增长，冲击波传??播速度下降；同时，波长越短，激光烧蚀后产生的固态碎片越少、气态产物越多；而较??大体积的碎片的运动一般不受冲击波运动的影响
激光烧蚀下含能材料的反应和流动行为研究??在产物成分中占优势地位。??Ｓｕｋｅｓｈ?Ｒｏｙ等人观测了激光烧蚀掺杂ＡＩ纳米颗粒的硝酸铵与氧化剂混合物后击波传播的图像?＇并基于相干反斯托克斯拉曼散射（ＣＡＲＳ）对波后温度瞬态间中的分布情况进行了测量。图１．３左侧是冲击波传播的阴影图像，右侧为基读得到的冲击波运动位置和冲击波能量随时间变化的关系。图１．?４为ＣＡＲＳ测图，右侧为激光烧蚀后１．３叫附近几个空间位置点中温度分布情况。图１．５左同位置处理论温度值和实测温度值的比较，理论温度值基于实测的冲击波速度程计算得到。由图可知，离冲击波波阵面越近，实测温度值和理论值越接近，认为这是由于理论计算没有考虑冲击波波阵面后纳米颗粒与硝酸铵及氧化剂放热的累积效应。Ｒｏｙ等人还给出了?１．３?附近不同尺寸的ＡＩ颗粒混合物烧度分布情况，实验测得温度均高于铝的熔化温度（９３３?Ｋ），最高温度约为３６００±对应的铝粉颗粒尺寸为５０?ｎｍ）。???＿?ｉ．ｌ?｜?ｊ］?ｊｉｊ?｜?＇?＇?＾?Ｐｉｌｌ＇．＇?＇〇?！ｌ！?Ｉ?－??＇ｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]管道风流PIV实验中示踪粒子特性[J]. 刘剑,李雪冰,白崇国,刘明浩,张明旭. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2016(10)
[2]Al粉对炸药爆炸加速能力的影响[J]. 冯晓军,王晓峰,徐洪涛,高立龙. 火炸药学报. 2014(05)
[3]铝含量对RDX基含铝炸药驱动能力的影响[J]. 沈飞,王辉,袁建飞,杨凯. 火炸药学报. 2013(03)
[4]炸药水中爆炸能量输出结构的数值模拟[J]. 史锐,徐更光,徐军培,刘科种. 含能材料. 2009(02)
[5]光谱法遥感测定温压炸药爆炸温度的研究[J]. 李秀丽,惠君明,张琳. 弹道学报. 2008(02)
[6]以RDX为基的含铝炸药中铝粉粒度和氧化剂形态对加速金属能力的影响[J]. 黄辉,黄亨建,黄勇,王晓川. 爆炸与冲击. 2006(01)
[7]示踪粒子跟随性讨论[J]. 严敬,杨小林,邓万权,刘忠,季全凯,万毅. 农业机械学报. 2005(06)
[8]激光等离子体和烧蚀对含能材料的激光点火过程的影响[J]. 沈瑞琪,叶迎华,涂建. 中国激光. 2004(11)
[9]炸药爆轰瞬态温度的光谱法测定[J]. 周新利,李燕,刘祖亮,吕春绪,王俊德,曹阳. 光谱学与光谱分析. 2003(05)
[10]CARS光谱技术在炸药测温领域中的应用[J]. 闫军,徐更光. 火炸药学报. 2000(03)
本文编号：3568339
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