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密度分布特性的特点和分析

【摘要】:密度分布是活性射流的重要特征参数之一,直接决定活性射流成形特性和侵彻能力。2倍炸高处,活性射流与铜射流密度分布对比如图2.9所示。活性药型罩中部微元密度的变化与图2.11中顶部密度的变化类似,均出现两个波峰,且波峰处活性射流密度值接近。图2.12活性药型罩中部密度随时间的变化图2.13活性药型罩底部密度随时间的变化活性药型罩顶部、中部、底部微元密度随时间变化的规律差异明显。

密度分布是活性射流的重要特征参数之一,直接决定活性射流成形特性和侵彻能力。活性射流典型成形过程如图2.7所示,从图中可以看出,在t=4 μs时,爆轰波到达活性药型罩顶部,顶部密度受爆轰波加载作用快速上升。t=10 μs时,活性射流头部初步形成,活性射流头部和活性药型罩外壁面发生了较为明显的膨胀,造成活性射流头部和活性药型罩外壁面密度低于初始密度。与此同时,活性药型罩内壁面密度有所上升,活性射流与杵体交界处活性材料具有最大密度。随着活性药型罩继续运动,活性射流膨胀效应越发明显,t=16 μs时,活性射流完全成形,且大部分发生了膨胀,造成密度明显下降。t=22 μs时,活性射流头部膨胀效应加剧,粒子特性更加明显,且活性射流整体密度开始下降,活性射流各部分密度差逐渐减小。

图2.7 活性射流典型成形过程

典型铜射流成形过程如图2.8所示。对比图2.7可知,在聚能装药结构相同、药型罩质量相同的条件下,活性射流形态与铜射流形态有明显差异。随着成形时间的增加,活性射流头部不断发散,直径不断增加,出现膨胀效应,表现为不凝聚特性。然而,铜射流在成形过程中不断拉长变细,t=21 μs时,铜射流头部到达2倍炸高处,依然具有良好的凝聚性。其主要原因在于,氟聚物基活性材料本质上是一种非金属复合材料,声速一般低于2 000 m/s,在聚能装药爆炸驱动作用下,罩壁流动速度超过声速时,在碰撞点会产生脱体冲击波,波后活性射流以亚声速流动,导致活性射流沿径向发散,产生不凝聚效应。

图2.8 典型铜射流成形过程

由于活性射流和铜射流凝聚性差异较大,因此射流密度差异显著。2倍炸高处,活性射流与铜射流密度分布对比如图2.9所示。可以看出,对于活性射流,在炸高增加的条件下,射流发散,导致射流整体密度明显降低,射流头部到达2倍炸高处时,活性射流整体密度均降至2.0 g/cm3以下,头部轴线处密度甚至降至1.6 g/cm3左右。然而对于铜射流,由于成形过程中保持了较好的凝聚性,射流头部、杵体等不同位置处密度均在8.0 g/cm3以上。

图2.9 活性射流与铜射流密度分布对比

为了进一步分析成形过程中射流密度的变化,在活性药型罩不同位置处分别设置若干观测点,如图2.10所示,其中观测点1~6位于活性药型罩顶部,观测点7~13位于活性药型罩中部,观测点14~20位于活性药型罩底部。

图2.10 观测点设置

活性药型罩顶部密度随时间的变化如图2.11所示。炸药起爆后,爆轰波首先传递至活性药型罩顶部,药型罩顶部受爆轰压力作用而密度迅速增加,并形成第一个密度峰值。随着活性药型罩向轴线位置压垮变形,活性药型罩顶部微元在轴线位置剧烈碰撞,形成第二个密度峰值。随着活性射流头部形成,并沿装药轴线方向运动,活性射流密度迅速下降。而在活性药型罩厚度方向上,活性药型罩内、外层微元密度相较于中间层下降更为显著。

图2.11 活性药型罩顶部密度随时间的变化

活性药型罩中部及底部密度随时间的变化分别如图2.12和图2.13所示。活性药型罩中部微元密度的变化与图2.11中顶部密度的变化类似,均出现两个波峰,且波峰处活性射流密度值接近。随着活性射流成形,各观测点处微元密度在1.6~1.8 g/cm3范围内,但观测点6和观测点13处微元密度较低,主要原因在于两个微元均位于活性药型罩内壁,活性射流成形过程中两个微元均位于活性射流头部,由于活性射流头部出现膨胀,因此密度较低。

图2.12 活性药型罩中部密度随时间的变化

图2.13 活性药型罩底部密度随时间的变化

活性药型罩顶部、中部、底部微元密度随时间变化的规律差异明显。活性药型罩底部微元在压垮变形和形成活性射流的过程中,仅在爆轰波作用于活性药型罩底部时出现一次波峰,原因在于活性射流成形过程中,活性药型罩底部微元无法彻底向轴线方向压垮闭合,主要形成杵体的侧翼部分,形成活性射流时活性药型罩底部外层比内层微元的密度要低,体现出与图2.13中一致的规律。