DDT实验装置和测试方法炸药燃烧转爆轰过程测试通常采用DDT管,常用的DDT试验管分为强约束的金属管和弱约束的有机玻璃或塑料管。硬度较大的金属管中容易发生燃烧转爆轰,有机玻璃或塑料管不利于燃烧转爆轰的发生,但利用其较好的透光性,可以通过高速摄影技术观察整个DDT过程中火焰波的传播规律。73514

DDT过程的测试方式主要有高速条纹法和分幅式摄影技术两种。其中高速条纹法是通过对炸药DDT过程中进行高速摄影,对照片上记录的条纹进行分析,推断出各个波阵面的传播速度和诱导爆轰长度等重要参数;而后者通过离子探针或光纤探针跟踪燃烧火焰阵面和爆轰波阵面,获得DDT管内的相关参数,用压力测试片测定反应中的压力应变,判断波阵面的传播方向。随着国内外DDT技术的成熟,测试方法也变得越来越多[10-11]。

2  DDT数学模型及应用

影响燃烧转爆轰的因素很多,能量转化、相变、冲击波形成和叠加等复杂过程增加了DDT数值模拟的难度[5, 12-13]。目前,主要采用两相流理论模型对含能材料DDT过程进行数值模拟。国内秦根成等[14]利用一维两相流模型,采用Mac-Cormack差分格式进行分析NEPE推进剂燃烧转爆轰的内在原因。实验结果表明NEPE推进剂的燃烧转爆轰是由药粒床中燃烧波与压缩波相互作用导致的。

在二维模拟方面,Krier和Samuelson[15]对求解炸药床的燃烧转爆轰问题方面进行了相关的实验,实验发现非粘性流体的控制方程可以采用Leapfrog法来求解,但由于在物理量突变区会产生严重的数值振荡,导致Leapfrog法不适合用于含有粘性二阶偏导数方程组的求解,Spalding等[16]提出SIMPLE型数值计算方法可以较好的克服数值振荡问题 [17] 。

气液两相燃烧转爆轰过程的数值模拟,通常采用Lax-wendrof格式[18]和Ma Corynack格式[19]进行。实验不能处理激波间断问题,采用CE/SE算法[20]可以解决燃烧转爆轰过程中激波间断的数值计算。 论文网

3  DDT过程的影响因素

装药密度、约束条件、点火方式和炸药的物化性质等都会对DDT过程产生影响。研究表明,装药密度存在一个最容易实现燃烧转爆轰转变的临界值,称为临界装药密度。研究装药密度对燃烧转爆轰的影响问题时,发现对同一种炸药来说,装填密度与爆轰长度之间呈“U”型曲线变化关系,装药密度低于临界密度时,诱导爆轰长度与装药密度成反比关系,而装药密度超过临界密度时,诱导爆轰长度随密度的增加而逐渐增加,装药密度超过一定值时,不会发生燃烧转爆轰,如图1。2所示。DDT在单质炸药和混合炸药中对密度要求是不一样的,其中单质炸药密度越高则越难实现DDT过程,而混合炸药中密度越低越不利于DDT过程[21-22]。

装填密度与诱导爆轰距离的关系

图1。2  装填密度与诱导爆轰距离的关系

约束条件对DDT过程有较大的影响。DDT管的材料为钢的时候,DDT反应过程为突变模式; DDT管的材料为铝的时候,DDT过程为连续转变模式。DDT管越薄,则越难形成爆轰,这是由于弱约束产生的稀疏波对压力梯度的影响,导致了燃烧转爆轰的推迟。但在DDT过程中,一旦形成了爆轰,爆轰波将不再受约束的影响[23]。

点火强度也对DDT过程产生影响,弱点火需要的点火时间较长,点火时间增长会导致气体进入药床,使DDT过程的热点滞后。点火强度较大时,药床初始位置会产生压缩波,使药床起始端的密度增大,对前期的对流燃烧造成一定的影响,初始装填密度越小,装药越松散,这种影响就越大。因此,要尽可能选用输出火焰面为平面的点火器具[24]。荣光富、黄寅生等[25]研究了高能点火药对太安燃烧转爆轰的影响,发现改性后的硼系高能点火药使太安更容易发生燃烧转爆轰。

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