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2025-09-29
化学能的分布式释放效应
【摘要】：在上升段，超压曲线近似线性，罐体内压力均在10 ms内由环境压力升至峰值压力，这表明活性聚能侵彻体在罐体内发生了剧烈爆燃反应，释放了大量热量并产生了强烈内爆效应。活性药型罩壁厚对罐体内活性聚能侵彻体爆燃正压持续作用时间有显著影响，正压持续作用时间随着活性药型罩壁厚增加逐渐增大，3种壁厚下正压持续作用时间平均值分别为41.93 ms、46.00 ms和62.98 ms。
口径为48 mm，壁厚分别为0.04 CD、0.08 CD和0.12 CD的活性药型罩聚能装药超压时程曲线如图3.9所示。不同壁厚的活性药型罩所形成的活性聚能侵彻体在罐内形成的爆燃超压具有类似的变化趋势，超压时程曲线整体上均由上升段与下降段组成。在上升段，超压曲线近似线性，罐体内压力均在10 ms内由环境压力升至峰值压力，这表明活性聚能侵彻体在罐体内发生了剧烈爆燃反应，释放了大量热量并产生了强烈内爆效应。但由于活性药型罩壁厚不同，最大压力值存在差异。在下降段，随着活性聚能侵彻体不断反应消耗，爆燃超压开始逐渐下降，超压时程曲线呈现近似指数衰减特性，且正压持续时间可达几十毫秒。
活性聚能侵彻体在测试罐内的爆燃反应程度可通过超压峰值体现，在不同壁厚条件下，超压峰值对比如图3.10所示。可以看出，活性药型罩壁厚分别为0.04 CD、0.08 CD和0.12 CD时，平均峰值超压分别为2.115 MPa、1.995 MPa和2.068 MPa，这表明活性药型罩壁厚对活性聚能侵彻体爆燃超压峰值影响较小，进入罐体后，活性材料发生类爆轰，达到了类爆轰反应压力。
此外，从图3.10还可以看出，不同测压通道所测的超压峰值有显著差别，在3种壁厚条件下，活性聚能侵彻体在罐体内爆燃形成的压力曲线中，4通道所测超压峰值均最大，其余3个通道所测的超压峰值均差别较小。从机理上分析，活性药型罩在爆炸载荷作用下形成活性聚能侵彻体的过程中，随着侵彻体拉伸，杵体段依然较密实，但侵彻体头部逐渐膨胀，发散为大量颗粒状活性材料，导致爆燃反应较为剧烈，在4通道位置产生的超压效应显著。
图3.9 不同壁厚的活性药型罩聚能装药超压时程曲线
图3.10 活性药型罩壁厚对超压峰值的影响(https://www.chuimin.cn)
活性聚能侵彻体爆燃反应压力具有“低峰长时”的显著特性，除爆燃超压峰值外，罐体内超压作用时间对活性侵彻体能量输出结构也有重要影响。在不同活性药型罩壁厚条件下，爆燃反应造成的超压上升时间和正压持续作用时间分别如图3.11和图3.12所示。3种壁厚条件下的侵彻体爆燃超压上升时间平均值分别为3.65 ms、3.78 ms和3.96 ms，即罐体内压力上升时间随活性药型罩壁厚的增加而逐渐增大，这主要是由于活性药型罩壁厚越大，罐体内发生反应的活性材料质量越大，活性材料完全反应所需要的时间越长。
图3.11 活性药型罩壁厚对超压上升时间的影响
图3.12 活性药型罩壁厚对正压持续作用时间的影响
与其他测压通道相比，2通道所测超压上升时间均较长，且随活性药型罩壁厚的增加逐渐增大。从活性聚能侵彻体成形特性的角度分析，一方面，活性药型罩壁厚对侵彻体头部影响不大，而主要影响杵体形的貌和质量，随着活性药型罩壁厚的增加，杵体直径变大，质量增大；另一方面，与侵彻体头部相比，杵体部分的温度与速度较低，密度较大，密实程度较高，这两方面原因共同导致杵体段活性材料整体爆燃反应速率下降，超压上升时间增长。
活性药型罩壁厚对罐体内活性聚能侵彻体爆燃正压持续作用时间有显著影响，正压持续作用时间随着活性药型罩壁厚增加逐渐增大，3种壁厚下正压持续作用时间平均值分别为41.93 ms、46.00 ms和62.98 ms。这主要是因为，随着活性药型罩壁厚从0.04 CD增加至0.12 CD，进入罐体内的活性材料质量从18.4 g逐渐增加到55.5 g，导致活性材料完全爆燃和泄压阶段所需时间大幅增加。尤其是活性药型罩壁厚为0.12 CD时，在爆炸载荷作用下，活性药型罩各微元未完全激活，尤其是侵彻体杵体部分密实度很高，激活更不充分。侵彻体头部反应一段时间后，罐体内温度进一步升高，杵体部分材料可能才开始发生爆燃反应，从而最终导致4通道正压持续作用时间较长。
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