简易平面波发生器及飞片冲击实验(3)

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1.3 本课题的研究目的、手段和主要内容

国内虽然对简易平面波发生器有相应的研究，但对于理论研究不够深入。本课题的研究重点是建立平面波发生器作用原理的工程模型，并利用AUTODYN数值仿真方法，在给定的装药条件下通过调整铝环的尺寸优选得到最佳尺寸，从而得到高精度的平面波。同时，开展了简易平面波发生器驱动飞片的试验，给出了测定冲击波平面度的实验方法。本课题可为此种结构的简易平面波发生器的设计具有指导和借鉴意义，同时也可为冲击压缩下的材料的动力学行为研究的平面波发生装置提供参考依据。

本课题的主要研究手段由理论分析、数值模拟和实验验证三部分组成。本文主要研究内容为：

第一章为绪论。介绍了本课题的研究背景与意义，总结了平面波发生器和飞片试验的国内外研究现状，介绍了简易平面波发生器的结构。并分析了本论文的研究目的、方法和主要内容。

第二章为简易平面波发生器作用原理的工程模型研究。阐述了简易平面波发生器的设计原理，并分别从爆轰波经过铝环路径和经过空气路径两方面着手分析，其中涉及到爆轰波斜透射、冲击波在介质材料中衰减、强冲击波引爆炸药、爆轰产物膨胀以及爆轰产物冲击引爆炸药这几个过程，最终建立了描述简易平面波发生器作用原理的工程模型。

第三章为基于AUTODYN数值仿真的简易平面波发生器的结构参数的确定。对于给定Φ35×35 mm的B炸药，用AUTODYN进行数值仿真，以确定得到最佳平面度的平面波所需要的铝环尺寸。首先，建立炸药平面起爆的参考模型，确定评定平面度的方法；其次设置铝环尺寸，经过一系列的调整过程，得到调整效果较好的铝环尺寸；在此基础上，用简易平面波发生器驱动飞片，对飞片飞行过程的平面度进行评估，进一步确定了简易平面波发生器驱动飞片所需的最佳尺寸。此外，将数值仿真结果与工程模型计算结果比较分析，对工程模型进行了完善。

第四章为简易平面波发生器驱动飞片实验的方案设计。设计了一组利用简易平面波发生器驱动飞片的实验方案，并将实验结果与数值仿真结果进行比较，确定了实验方案的可靠性。

2 简易平面波发生器作用原理研究

2.1 引言

目前，国内外关于简易平面波发生器的研究仅限于数值仿真和实验验证上，而对于其作用原理的工程模型计算方面的研究甚少。国内学者[4, 6, 8]通常将其原理描述为：当爆轰波传到药柱末端时，向介质中传入冲击波，介质中冲击波压力PS=ρ0USUP。由于铝的密度约为空气密度的103倍，且两种材料中的冲击波速度US和波后质点速度UP为同一数量级，可判断环的输出压力约为空气柱的103倍。再根据炸药的冲击波引爆判据PUτ=常数[18]，故环输出的冲击波的引爆延迟时间τ1远小于空气冲击波的引爆延迟时间τ2。同时，由于和的预压缩作用比和的稍大，以及中部爆轰产物作用等因素，可通过调整铝环尺寸改变波在不同介质中的传播距离，从而使波的传播保持为平面。

基于以上分析，本课题对该简易平面波发生器的作用过程进行了深入研究。研究发现爆轰波传播到炸药——空气界面后，由于空气隙厚度比较小，尚未形成空气冲击波，主要是膨胀后的爆轰产物对主药柱进行冲击压缩。针对上述不足之处，本课题对简易平面波发生器的作用原理重新进行了分析。

如图2.1所示，爆轰波沿d→o传至炸药——铝分界面，发生反射和透射。由于铝的阻抗高于炸药，反射的是冲击波，透射冲击波的压力高于爆轰波，透射波的压力随传播距离呈指数衰减[19~21]。此外，当爆轰波传至炸药——空气界面时，爆轰产物发生等熵膨胀，其压力急剧下降。由于铝中传播的冲击波的速度比爆轰产物的质点速度快(如图2.2所示)，使经过铝介质的整个爆轰过程d→o→f追上经过空气的整个过程d→a→e，从而实现将球面爆轰波调整为平面波。