炸药爆轰模型国内外研究现状综述

菜单

按照经典的CJ爆轰模型通常可以把炸药爆轰现象分为理想爆轰和非理想爆轰。含铝炸药是一种典型的非理想炸药,其爆轰行为呈现显著的非理想爆轰特征。非理想炸药爆轰与理想炸药爆轰的主要区别是有较宽的爆轰反应区,偏离CJ爆轰理论中反应在CJ面上完成的假设[5]。63635

目前对含铝炸药的爆轰行为还没有一个系统完整的理论,但比较公认的爆轰反应机理可归纳为:二次反应理论、惰性热稀释理论及化学热稀释理论。美国学者Cook M.A提出了二次反应理论[6]。他认为含铝炸药爆轰时在C一J面之前并没有参加化学反应,即使参加了化学反应,但在达到C一J面时也远远没有反应完全，铝粉的反应是在C一J面之后的爆轰产物膨胀过程中完成并释放能量,因而对爆轰参数的贡献不大,但可以提高做功能力。二次反应理论成功的解释了含铝炸药高爆热、高威力以及爆速、猛度并不太高的特点。这种理论解释高能炸药与铝粉组成的混合物爆炸时较为合适,但是当用这种理论解释有硝酸铅等低能炸药与铝粉组成的混合物时,与实际情况相差较大。

为了更有效地使用含铝炸药和研制性能优良的含铝炸药,人们从实验、理论和数值模拟方面对含铝炸药的能量释放规律和能量输出特性、对外做功能力进行了研究。Finger等人[7]研究了铝粉对高聚物粘结炸药加速金属能力的影响,用标准金属圆筒实验测量了含铝炸药,实验结果表明铝能够有效提高炸药驱动金属能力。Bjarnholt G等人[8]进行了含铝15%的compB和RDX/TNT炸药的标准圆筒实验。在实验中发现了在爆轰4us后由于铝反应使得压力增加的证据。丁刚毅和徐更光等人[9]利用二维非线性有限元程序对HexAIPw30含铝炸药的拉氏实验进行了研究,对以石墨代替铝的配方进行了实验,以考察铝粉在爆轰区内是否参加反应。通过圆筒实验和数值模拟确定了爆轰产物的JWL状态方程。他们认为铝粉在爆轰区内可能参加了反应,在爆轰区外继续反应,该含铝炸药具有较强的驱动作功能力。黄辉等人[10]利用激光速度干涉仪研究了含微米铝粉和纳米铝粉复合炸药加速金属平板的能力,结果表明纳米铝粉的引入能够获得更大的金属平板自由面速度。Tao WC等人[11]对不同配方炸药中金属添加剂铝的反应率进行了系统研究。进行炸药驱动金属板实验。用Fabry一Perot速度干涉仪测量炸药和窗口界面的粒子速度和炸药驱动金属板的自由面速度,目的是发展一种考虑铝颗粒尺寸、金属同氧的比例和其它与能量释放值有关参数的通用爆轰模型"。陈朗、李泽仁等人[12]将激光干涉仪(VISAR)技术运用于标准圆筒实验,通过对含铝炸药等非理想炸药的研究表明,由于含铝炸药反应时间较长,对金属有较长时间的加速作用,采用激光速度干涉仪能够有效地记录其驱动过程。陈朗和张寿齐等人[13]运用VISAR测量了不同粒径的含铝炸药RDX/AL和RDX/LIF加速金属平板的实验,实验结果表明在相同的装药条件下铝粉尺寸大小对含铝炸药的爆轰性能有影响。

铝粉作为炸药和推进剂的添加剂被广泛使用。在铝粉的生产过程中，极易产生粉尘爆炸。另外作为燃料空气炸弹的首选燃料，需要了解铝粉尘的爆轰性能。因此对铝粉尘的爆轰进行理论研究是非常重要的。8O年代Wolanski，Denz和Sichel[14]用两相流模型研究定常的粉尘爆轰波结构。模型中考虑粒子与气体的作用引起的加速、粒子与气流之间的热传导，可以得到粒子的速度和温度变化过程，在爆轰波前导激波过后，经一定点火延时，颗粒开始燃烧释放能量。Veyssiere和Khasainov[15]用两相流体力学模型研究在碳氢气体与空气混合气体中散布着悬浮铝颗粒的爆轰波结构。Fedorov-3[16]用两相流体力学模型研究铝粉尘与氧形成的两相系统的定常爆轰波，研究了铝粉尘爆轰波定常解的存在问题。洪滔,秦承森用两相流模型研究空气中悬浮铝粉尘的爆轰波问题。数值模拟得到铝粉尘中爆轰波的变化和发展，得到不同浓度的铝粉尘的爆轰波参数及爆轰极限的下限值[17]。用两相流模型研究爆轰波管中的一维非定常的铝粉尘爆轰波问题。用新判据来研究铝粉尘的爆轰，得到铝粉尘中爆轰波的变化和发展，爆轰波的结构和参数，考虑了铝颗粒表面粗糙引起表面积增加对铝颗粒点火及爆轰波参数的影响[18]。论文网