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高过载下装药及爆轰点传火技术试验与理论研究

张丁山  
【摘要】:本文对点火时间为微秒级的爆轰点火方式进行了研究,通过机理试验、理论分析和数值模拟,分析了爆轰点火方式的点火规律。设计了抗高过载装药结构,实弹射击试验表明该装药结构在高过载下具有极强的安定性;通过二维两相流数值分析,对该装药结构在爆轰点火方式下的点传火特性进行了研究。主要研究工作如下: 1.设计了直列式爆轰点火结构。通过静态点火机理试验、理论分析和数值模拟,得出了应用爆轰点火方式可实现快速点火,其点火响应时间为微秒级,且点火时间精度较高的结论。 2.设计了抗高过载特性的分层装药结构。基本的强度分析和火炮发射模拟弹试验,验证了采用分层装药结构装填的火药能承受高过载的可行性,得出分层装药结构可以确保小颗粒火药在过载为20000g~40000g且持续时间为10ms~20ms的条件下,火药仍能保持良好的安定性和良好的完整性。 3.采用静态爆轰点火试验,对分层装药结构的点传火特性进行了试验研究,得出应用爆轰点火的分层装药结构可以在300μs内引燃主装药,具有极短的点火过程。火药燃烧后气体流动迅速、压力上升迅速,振荡弱,具有良好的传火特性。 4.在静态试验的基础上,依据试验装置结构,结合爆炸力学、燃烧学、爆轰气体动力学等建立起爆轰点火的计算模型,应用四阶龙格库塔法编程计算得出一典型装药结构下爆轰点火过程各物理参数的变化规律,为工程上应用爆轰点火以实现快速点火时,点火系统的结构设计、装药结构设计、加快爆轰波的强度衰减等提供参考价值。同时结合爆轰波的相关知识与火药燃烧理论,揭示了爆轰可实现快速点火的机理,明确了爆轰波在爆轰点火过程中所起的作用,加深了对爆轰点火过程特性的认识。 5.在内弹道两相流理论的基础上,建立了分层装药结构下采用爆轰点火的轴对称二维两相流计算模型;通过编程计算,研究了点火过程中各物性参数的变化情况,依据计算结果列出了部分典型时刻的参数图表。通过对计算结果的分析,探讨了爆轰点火过程的点传火特性,得出分层装药结构采用爆轰点火的过程可控、可行,可以满足工程应用的需求。 6.计算和分析了当传火孔径发生变化时对分层装药结构下传火特性的影响,探讨了当传火孔径在一定范围内变化时,对整个点传火过程所需时间及装药内压力波的影响,通过优化性分析,验证了试验过程中采用的传火结构设计方案的合理性。


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