激光輻照下約束炸藥熱爆炸機理研究
發(fā)布時間：2020-12-03 18:12
在國民經(jīng)濟和國防工業(yè)眾多領(lǐng)域,激光技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。應用激光來輻照炸藥裝置,能使固體炸藥發(fā)生化學反應,并在密閉空間內(nèi)部形成熱點,發(fā)生點火和爆炸行為。激光引爆炸藥裝置的這種方法,可用于遠距離、非接觸式的排除地雷或者未爆彈藥,降低人工排雷的危險性,具有重要的工程應用前景。同時,激光輻照提供了精確可測的輻射外熱流,能使炸藥裝置在秒級時間內(nèi)發(fā)生爆炸,為快加熱條件下約束炸藥的點火和爆炸機理研究提供了新型試驗手段。本文圍繞激光輻照下約束炸藥的熱爆炸機理展開工作,進行了理論、試驗和數(shù)值模擬研究,目的是揭示激光引爆約束炸藥的機理,建立預測快加熱條件下約束炸藥點火過程的模型和方法。論文主要完成了以下工作:1、將炸藥裝置簡化為殼體/炸藥雙層結(jié)構(gòu),考慮殼體和炸藥界面之間的接觸熱阻,建立了激光引爆約束炸藥的理論模型�；诜e分變換數(shù)理方法,獲得了激光輻照下殼體和炸藥的瞬態(tài)溫度場計算公式,討論了激光熱流、殼體/炸藥界面熱阻和外部氣流對激光加熱炸藥效應的影響。將炸藥能量方程的熱源項進行Frank-Kamenetskii近似處理,基于熱爆炸理論提出了激光輻照下約束炸藥點火時刻的近似估算公式。2、試驗研究了激...
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：176 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１快烤燃試驗場景和試驗結(jié)果１３（１１??￣
通過丙酮燃燒對炸藥裝置進行加熱，采用熱電偶測試殼體外部、殼體內(nèi)部以及炸??藥表面的溫度歷程，研究不同約束狀態(tài)下炸藥裝置的快烤燃行為。火燒快烤燃試驗溫度??結(jié)果如圖１．２所示。Ｃｉｒｏ發(fā)現(xiàn)，火燒快烤燃試驗的最大問題是鋼殼溫度測試值的不確定??度太大，難以準確估算鋼殼表面的熱流大小。為了提高試驗邊界精度，Ｃｉｒｏ又采用了電??加熱方式，即在殼體外表包裹電加熱帶，通過焦耳熱來加熱。電加熱快烤燃試驗的溫度??結(jié)果如圖１．３所示，可見電加熱方式顯著減小了殼體溫度的抖動，更容易獲得準確的點??火時刻與熱流密度關(guān)系。但是，電加熱方式能夠提供的熱流密度較低，鋼殼表面熱流密??度通常在０．１？１．０?Ｗ／ｃｍ２量級，要研究更高加熱速率下的烤燃行為比較困難。??ＩＳ?Ｂ??圖１．１快烤燃試驗場景和試驗結(jié)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?，廠＼?，?＿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國家實驗室Ｃｏｏｐｅｒ等［３１’３２］應用輻射加熱來實現(xiàn)快烤燃（Ｒａｄｉａｎｔ?Ｈｅａｔ?Ｆａｓｔ??Ｃｏｏｋｏｆｆ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ），研究目標是回答慢烤燃反應模型能否精確預測快烤燃行為。試驗??裝置和試驗結(jié)果如圖１．４所示，將石英燈作為輻射加載裝置，輻射熱流通過玻璃窗口作??用在炸藥表面。試驗獲得了不同熱流條件下炸藥的點火時刻（或者稱為點火延遲時間），??熱流測試精度獲得了大幅提高。??ＨＭＨＪｊｍｎｉｉ?／Ｕ?ａ?薦＇ｍｍ??ｆｊｐ?星??（ａ）試驗裝置?（ｂ）試驗結(jié)果??圖１．４輻射加熱試驗裝置和試驗結(jié)果１３１１??Ｌｏｓ?Ａｌａｍｏｓ國家試驗室的Ａｓａｙ?［｜７］認為同溫度條件下炸藥裝置熱爆炸的點火時刻量??級可以通過簡單公式來估算。Ａｓａｙ總結(jié)了不同工況下ＨＭＸ基炸藥的點火時刻試驗數(shù)據(jù)，??包括熱爆炸、激光點火、低速碰撞點火、以及沖擊起爆等，發(fā)現(xiàn)點火時刻自然對數(shù)與溫??度倒數(shù)成線性關(guān)系，如圖１．５所示。試驗結(jié)果意味著炸藥點火時刻只與溫度相關(guān)，與沖??擊、碰撞和輻照等這些具體加熱方式無關(guān)。基于上述結(jié)果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高固含量HMX基澆注PBX的烤燃試驗研究[J]. 殷明,羅觀,代曉淦,張攀軍,湯瀅. 火炸藥學報. 2014(01)
[2]烤燃條件下HMX/TATB基混合炸藥多步熱分解反應計算[J]. 馬欣,陳朗,魯峰,伍俊英. 爆炸與沖擊. 2014(01)
[3]RDX的一維快烤燃模型及計算[J]. 田占東,張震宇,盧芳云,趙劍衡,譚福利. 高壓物理學報. 2013(03)
[4]炸藥多點測溫烤燃實驗和數(shù)值模擬[J]. 陳朗,馬欣,黃毅民,伍俊英,常雪梅. 兵工學報. 2011(10)
[5]RDX激光點火的一維氣相模型[J]. 田占東,張震宇,盧芳云,譚福利. 高壓物理學報. 2011(02)
[6]TATB基PBX的快速烤燃實驗與數(shù)值模擬[J]. 張旭,谷巖,張遠平,李強,龔晏青,孫永強. 含能材料. 2010(05)
[7]考慮相變的炸藥烤燃數(shù)值模擬計算[J]. 陳朗,王沛,馮長根. 含能材料. 2009(05)
[8]不同升溫速率下炸藥烤燃模擬計算分析[J]. 王沛,陳朗,馮長根. 含能材料. 2009(01)
[9]大氣環(huán)境下重復頻率激光輻照45~#鋼反射率變化分析[J]. 王貴兵,羅飛,劉倉理. 強激光與粒子束. 2006(02)
[10]圓頭鋼彈對PBX-9404炸藥撞擊起爆的數(shù)值模擬[J]. 鄭平剛,趙鋒,張振宇. 高壓物理學報. 2002(01)
博士論文
[1]連續(xù)波激光對液體貯箱的輻照效應研究[D]. 焦路光.國防科學技術(shù)大學 2013
[2]切向氣流作用下激光對纖維增強樹脂基復合材料的輻照效應研究[D]. 陳敏孫.國防科學技術(shù)大學 2012
[3]強激光與飛行靶相互作用的數(shù)值模擬研究[D]. 馬厲克.國防科學技術(shù)大學 2006
碩士論文
[1]激光對金屬/炸藥結(jié)構(gòu)的輻照效應[D]. 焦路光.國防科學技術(shù)大學 2008
[2]凝聚炸藥烤燃機理研究及二維數(shù)值模擬[D]. 荊松吉.國防科學技術(shù)大學 2004
[3]連續(xù)激光與芳綸纖維樹脂基體復合材料相互作用規(guī)律研究[D]. 王貴兵.中國工程物理研究院北京研究生部 2002
本文編號：2896470
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：176 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１快烤燃試驗場景和試驗結(jié)果１３（１１??￣
通過丙酮燃燒對炸藥裝置進行加熱，采用熱電偶測試殼體外部、殼體內(nèi)部以及炸??藥表面的溫度歷程，研究不同約束狀態(tài)下炸藥裝置的快烤燃行為。火燒快烤燃試驗溫度??結(jié)果如圖１．２所示。Ｃｉｒｏ發(fā)現(xiàn)，火燒快烤燃試驗的最大問題是鋼殼溫度測試值的不確定??度太大，難以準確估算鋼殼表面的熱流大小。為了提高試驗邊界精度，Ｃｉｒｏ又采用了電??加熱方式，即在殼體外表包裹電加熱帶，通過焦耳熱來加熱。電加熱快烤燃試驗的溫度??結(jié)果如圖１．３所示，可見電加熱方式顯著減小了殼體溫度的抖動，更容易獲得準確的點??火時刻與熱流密度關(guān)系。但是，電加熱方式能夠提供的熱流密度較低，鋼殼表面熱流密??度通常在０．１？１．０?Ｗ／ｃｍ２量級，要研究更高加熱速率下的烤燃行為比較困難。??ＩＳ?Ｂ??圖１．１快烤燃試驗場景和試驗結(jié)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?，廠＼?，?＿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國家實驗室Ｃｏｏｐｅｒ等［３１’３２］應用輻射加熱來實現(xiàn)快烤燃（Ｒａｄｉａｎｔ?Ｈｅａｔ?Ｆａｓｔ??Ｃｏｏｋｏｆｆ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ），研究目標是回答慢烤燃反應模型能否精確預測快烤燃行為。試驗??裝置和試驗結(jié)果如圖１．４所示，將石英燈作為輻射加載裝置，輻射熱流通過玻璃窗口作??用在炸藥表面。試驗獲得了不同熱流條件下炸藥的點火時刻（或者稱為點火延遲時間），??熱流測試精度獲得了大幅提高。??ＨＭＨＪｊｍｎｉｉ?／Ｕ?ａ?薦＇ｍｍ??ｆｊｐ?星??（ａ）試驗裝置?（ｂ）試驗結(jié)果??圖１．４輻射加熱試驗裝置和試驗結(jié)果１３１１??Ｌｏｓ?Ａｌａｍｏｓ國家試驗室的Ａｓａｙ?［｜７］認為同溫度條件下炸藥裝置熱爆炸的點火時刻量??級可以通過簡單公式來估算。Ａｓａｙ總結(jié)了不同工況下ＨＭＸ基炸藥的點火時刻試驗數(shù)據(jù)，??包括熱爆炸、激光點火、低速碰撞點火、以及沖擊起爆等，發(fā)現(xiàn)點火時刻自然對數(shù)與溫??度倒數(shù)成線性關(guān)系，如圖１．５所示。試驗結(jié)果意味著炸藥點火時刻只與溫度相關(guān)，與沖??擊、碰撞和輻照等這些具體加熱方式無關(guān)。基于上述結(jié)果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高固含量HMX基澆注PBX的烤燃試驗研究[J]. 殷明,羅觀,代曉淦,張攀軍,湯瀅. 火炸藥學報. 2014(01)
[2]烤燃條件下HMX/TATB基混合炸藥多步熱分解反應計算[J]. 馬欣,陳朗,魯峰,伍俊英. 爆炸與沖擊. 2014(01)
[3]RDX的一維快烤燃模型及計算[J]. 田占東,張震宇,盧芳云,趙劍衡,譚福利. 高壓物理學報. 2013(03)
[4]炸藥多點測溫烤燃實驗和數(shù)值模擬[J]. 陳朗,馬欣,黃毅民,伍俊英,常雪梅. 兵工學報. 2011(10)
[5]RDX激光點火的一維氣相模型[J]. 田占東,張震宇,盧芳云,譚福利. 高壓物理學報. 2011(02)
[6]TATB基PBX的快速烤燃實驗與數(shù)值模擬[J]. 張旭,谷巖,張遠平,李強,龔晏青,孫永強. 含能材料. 2010(05)
[7]考慮相變的炸藥烤燃數(shù)值模擬計算[J]. 陳朗,王沛,馮長根. 含能材料. 2009(05)
[8]不同升溫速率下炸藥烤燃模擬計算分析[J]. 王沛,陳朗,馮長根. 含能材料. 2009(01)
[9]大氣環(huán)境下重復頻率激光輻照45~#鋼反射率變化分析[J]. 王貴兵,羅飛,劉倉理. 強激光與粒子束. 2006(02)
[10]圓頭鋼彈對PBX-9404炸藥撞擊起爆的數(shù)值模擬[J]. 鄭平剛,趙鋒,張振宇. 高壓物理學報. 2002(01)
博士論文
[1]連續(xù)波激光對液體貯箱的輻照效應研究[D]. 焦路光.國防科學技術(shù)大學 2013
[2]切向氣流作用下激光對纖維增強樹脂基復合材料的輻照效應研究[D]. 陳敏孫.國防科學技術(shù)大學 2012
[3]強激光與飛行靶相互作用的數(shù)值模擬研究[D]. 馬厲克.國防科學技術(shù)大學 2006
碩士論文
[1]激光對金屬/炸藥結(jié)構(gòu)的輻照效應[D]. 焦路光.國防科學技術(shù)大學 2008
[2]凝聚炸藥烤燃機理研究及二維數(shù)值模擬[D]. 荊松吉.國防科學技術(shù)大學 2004
[3]連續(xù)激光與芳綸纖維樹脂基體復合材料相互作用規(guī)律研究[D]. 王貴兵.中國工程物理研究院北京研究生部 2002
本文編號：2896470
本文鏈接：http://www.lk138.cn/kejilunwen/jingguansheji/2896470.html
教材專著
