非理想炸药水下爆炸产物膨胀规律与滞后流场研究

The detonation process of non-ideal explosives is not in agreement with the CJ detonation theory because of a secondary combustion exothermic phenomenon of non-ideal compositions . Underwater explosion (UNDEX) characteristics of non-ideal explosives are obvious different from that of ideal explosives. Therefore, it is important to investigate expansion rules of the underwater explosion products and the characteristics of hysteresis flow field for non-ideal explosives. In this project, through the analysis of the characteristics of secondary exothermic, equations of state will be set up to describe the non-ideal explosive underwater explosion products. Underwater high-speed photography test system will be designed and outdoor pool real blasting experiments will be performed for the non-ideal explosives. By shooting photographs of UNDEX products and measuring the shock wave pressure history at different locations, the rules of expansion and contraction of underwater explosion product for non-ideal explosives will be studied. The secondary exothermic effect on explosion product expansion characteristics and the coupling mechanism between the UNDEX product and flow field will be analyzed. Then the dynamics characteristics of the explosion product of non-ideal explosives will be understood and the formation mechanism of hysteresis flow will be revealed. The research will provide theoretical basis for the design of underwater warhead charge using non-ideal explosives.

非理想炸药的爆轰过程不符合CJ爆轰理论，存在着非理想成分的二次燃烧放热现象，相对于理想炸药而言，非理想炸药的水下爆炸特性存在着明显的不同，因此，非常有必要针对非理想炸药的水下爆炸产物的膨胀规律与滞后流场的特性开展研究。本项目通过对非理想炸药二次放热特点的分析，建立可描述非理想炸药水下爆炸产物的状态方程；搭建水下高速摄影测试系统，针对非理想炸药，进行室外水池实爆实验，观测并研究非理想炸药水下爆炸产物的水下膨胀收缩规律，测量和研究不同位置处的冲击波压力时程；分析二次放热对爆炸产物膨胀特性的影响，研究爆炸产物与流场结构之间的耦合机制。最终明确非理想炸药水下爆炸产物的动力学特性并揭示滞后流场形成机制，为非理想炸药的水下战斗部装药设计提供理论依据。

以含铝炸药为代表的非理想炸药广泛运用于水中兵器的战斗部装药，相对于理想炸药，非理想炸药的水下爆炸特性存在明显的不同，因此开展非理想炸药水下爆炸产物膨胀规律与滞后流场研究极为有必要。.基于爆轰理论及热力学理论，分别考虑主体炸药贡献的内能与铝粉二次反应贡献的内能，在JWL状态方程的基础上增加一个能量补充项，完成显含二次放热的JWL状态方程模型的建立。根据显含化学反应的KHT状态方程编制的KHT程序，对非理想炸药的爆轰产物的状态方程参数进行了预测。.设计并搭建了非理想炸药水下爆炸实验与测试系统，采用高速摄影技术拍摄非理想炸药水下爆炸产物的脉动过程。运用AUTODYN软件对水下爆炸过程进行数值仿真，结合水下爆炸的实验数据验证了模型的准确性和有效性。.实验结合仿真分析了非理想炸药水下爆炸的气泡脉动特性、水流场压力特性和滞后流场问题。研究表明，RDX基含铝炸药的二次反应是毫秒量级的。铝粉的二次反应明显增大了气泡的脉动能力。铝粉的二次反应对冲击波峰值的影响很小，对脉动压力的影响很大。根据流体动力学理论分析得出水质点的流速是由瞬时流和滞后流共同引起的。其中瞬时流是冲击波引起的，滞后流是气泡的脉动引起的。水质点的位移主要是滞后流造成的。滞后流场中最大扩张速度大于最大回流速度。RDX基含铝炸药的二次反应增大了气泡的脉动能力，使得滞后流场的速度增大，含铝量的不同也会对滞后流速度产生影响。滞后流场中水质点的位移与气泡脉动半径和水质点与气泡中心的距离有关。滞后流场中水质点的速度与气泡脉动的半径和速度以及水质点与气泡中心的距离有关。建立了滞后流场运动规律的理论分析模型，滞后流场的范围与气泡脉动的最大半径和衰减比值有关。RDX基含铝炸药的二次反应使得滞后流场的范围增大。不同药量对比发现，随着药量的增大，滞后流场的范围在迅速的增大。.本项目的研究对非理想炸药水下爆炸特性有了更加深入的了解，对非理想炸药水下爆炸威力评估和水中兵器的高效毁伤提供了科学依据。