炸药爆电耦合效应研究

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炸药是一种在一定外界能量作用下,能够迅速发生化学反应,释放大量热量并生成气态产物,同时在周围介质中形成高压的物质。炸药的反应过程和速度可控、质量体积小、生产简单,故其在军事、工业、民用等领域均有着广泛应用。近年来,军民领域对炸药的性能提出了更高的要求,众多学者进行了提高炸药能量密度的探索。其一是对炸药的自身性质进行研究,包括炸药微纳米化、复合炸药研究、制备全氮化合物和金属氢等。其二是将外界能量与炸药自身爆炸进行耦合,以提高炸药输出性能,爆电耦合即属于此途径。爆电耦合的本质是在炸药两端放置通电电极,利用炸药爆炸产生的等离子体作为导电媒介,将电能与炸药爆炸的能量进行耦合,以达到提升炸药爆速、爆压等重要参量的目的。国外对爆电耦合的研究起步较早,已经得到了初步的探索结果,但是大部分研究均未能达到很好的增益效果,一些关键问题未能得到解决,试验方式与表征手段也需要进行改进。国内则尚未有直接关于爆电耦合对炸药爆速爆压等参数增益的研究。本文设计、组建了一套完整的高能量脉冲功率电源系统,能够提供最高90k J的能量,在充电电压为3000V时,峰值电流达到了29.01k A。选取典型的TNT炸药、8701炸药、含Al炸药和塑性炸药为研究对象,设计了平板装药与圆柱装药两种不同的装药形式,以爆速仪测量的爆速和光子多普勒测速技术测量的爆压作为爆电耦合增益的主要表征参量,来研究爆电耦合对不同炸药、不同装药形式的影响。对雷管发火时间、脉冲电源放电时间、测试系统采集时间进行了大量的实验探索,通过延迟触发器将三者的时间进行匹配。建立了爆电耦合理论计算模型,计算得到爆电耦合爆速增益误差低于6%。研究结果表明,爆电耦合对选取的四种炸药的爆速爆压均有提升。其中,与其它三种炸药相比,爆电耦合对TNT炸药爆速的增益最大,达到了13.33%。同种炸药平板装药爆速增益优于圆柱装药。爆压方面,平板装药TNT的C-J压力提升了13.12%,圆柱装药含Al炸药的VN峰值压力提高了10.24%,且同样平板装药爆压增益胜于圆柱装药。本文通过对爆电耦合的理论和试验研究,提出了一种炸药增强输出方式,对未来炸药性能提升的研究具有一定的理论价值和指导意义。
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