基于燃烧和爆炸效应的温压药剂相关技术研究

论文摘要

本文从理论和实验两方面研究了温压药剂的作用原理、设计方法、爆炸场性能及其在野外和有限空间内的毁伤效应。在现有文献资料和研究成果的基础上,提出了温压药剂的配方设计原则、性能参数预报方法和固体化技术。研制的固体温压药剂以高能炸药、金属粉和固体活化剂为主体组成,综合性能良好。对瞬态高温测试方法进行分析和比较,结合温压药剂特点,提出原子发射光谱双谱线法和红外热成像仪两种方法进行温压药剂温度场的研究,并根据实验结果对药剂的反应过程进行分析。结果表明:温压药剂在爆炸后1ms内出现2个温度峰值（2300K和2050K）,分别对应其爆炸反应的第一、第二阶段;第三阶段为药剂的后续燃烧反应,具有较高的爆炸火球温度,不同高温段持续时间是TNT的2～5倍,高温云团体积可达TNT的2～10倍。由于后续燃烧对冲击波的增强作用,使药剂具有较高的爆炸威力。能量分析表明:参试药剂的能量利用率约为42%,具备进一步提高的潜力。对含化学活性材料温压药剂M-TBE的实验表明:其冲击波曲线有两个规律的正压作用区;二次冲击波在火球区外形成,火球区内是后续燃烧反应对爆炸波增强而引起的压缩波积累压力平台;二次冲击波峰值压力不小于第一个冲击波的40%,二次冲量占总冲量的12.5%～43.7%,其对爆炸/冲击波威力的贡献不可忽略;化学活性材料对温压药剂的后续燃烧反应有增强作用,有利于二次冲击波的形成和传播。由空旷静爆实验得到温压药剂爆炸冲击波超压、正压作用时间和冲量的特征方程,分析认为:超压—冲量准则（ΔP-I准则）和失去战斗力比率伤亡准则（CI准则）是两种适于温压药剂冲击波毁伤评判的准则,根据实验结果得到30kg温压装药造成人员50%伤亡的毁伤半径约为6.38m。以火球热辐射动态模型为基础,根据红外热成像测试数据,建立了具有时间属性的温压药剂热辐射效应动态计算方法,计算得到30kg温压装药的热辐射效应,其辐射热剂量可达TNT的3.6～5.2倍。有限空间内的爆炸效应实验结果表明:爆炸反应的完全和约束效应使得温压药剂在室内的毁伤作用明显增强,室内总正冲量可达室外的5～10倍;墙面测点由于冲击波的正规反射而使压力和冲量大幅增加,反射波超压是入射波的3.5倍,反射波冲量是入射波的1.9倍;在具有泄压作用的半密闭空间内,室内负压的毁伤作用不可忽略。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 起爆技术和反应机理研究现状
• 1.2.2 温压弹药和药剂的研究概况
• 1.2.3 药剂毁伤效应及其评估方法研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 2 温压药剂作用原理和设计方法探讨
• 2.1 引言
• 2.2 温压药剂作用原理
• 2.2.1 活性外壳型
• 2.2.2 复合相爆炸混合物型
• 2.3 温压药剂性能参数预报方法
• 2.3.1 爆速计算
• 2.3.2 爆压计算
• 2.3.3 爆炸能量计算
• 2.3.4 算例
• 2.4 温压药剂设计方法探讨
• 2.4.1 设计原则
• 2.4.2 能量设计
• 2.4.3 反应过程控制
• 2.4.4 组分选择
• 2.4.5 配方设计
• 2.5 温压药剂固体化技术
• 2.5.1 问题的提出
• 2.5.2 固体化的实现
• 2.5.3 颗粒级配的应用
• 2.5.4 药剂的主要特点
• 2.6 本章小结
• 3 温压药剂爆炸场参数测试方法
• 3.1 引言
• 3.2 温度场参数测试方法
• 3.2.1 特定原子检出光谱法
• 3.2.2 红外辐射测温法
• 3.2.3 激光光谱测温技术
• 3.3 本文测温方法选择
• 3.3.1 原子发射光谱双谱线法测温
• 3.3.2 红外热成像仪测温
• 3.4 冲击波参数测试方法
• 3.4.1 压力测试系统
• 3.4.2 相关问题说明
• 3.5 本章小结
• 4 温压药剂反应过程的初步分析
• 4.1 引言
• 4.2 实验方案
• 4.3 爆炸前期反应过程分析
• 4.3.1 实验结果
• 4.3.2 分析与讨论
• 4.4 爆炸后期反应过程分析
• 4.4.1 实验结果
• 4.4.2 分析与讨论
• 4.5 反应过程中的能量分析
• 4.5.1 冲击波参数测试结果
• 4.5.2 TNT当量计算
• 4.5.3 能量分析
• 4.6 本章小结
• 5 温压药剂组成对爆炸场参数的影响
• 5.1 引言
• 5.2 含有化学活性材料的温压药剂研究
• 5.2.1 实验条件
• 5.2.2 化学活性材料对温度场参数的影响
• 5.2.3 化学活性材料对冲击波参数的影响
• 5.3 固体温压药剂的爆炸场参数研究
• 5.3.1 实验条件
• 5.3.2 实验结果
• 5.3.3 结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 温压药剂毁伤效应研究
• 6.1 引言
• 6.2 旷野空爆毁伤效应研究
• 6.2.1 冲击波毁伤研究
• 6.2.2 热辐射效应研究
• 6.2.3 冲击波和热辐射毁伤范围比较
• 6.3 有限空间作用效果研究
• 6.3.1 冲击波模型
• 6.3.2 模拟爆炸室结构
• 6.3.3 小药量实验
• 6.3.4 中等药量实验
• 6.3.5 不同药量的作用效果对比
• 6.4 本章小结
• 7 结束语
• 7.1 结论
• 7.2 技术进步或创新
• 致谢
• 参考文献
• 附录