FAE燃料抛撒近场分析.docVIP

燃料空气炸药中，燃料被抛撒与空气混合后才被引爆。混合的广度依赖于燃料的抛撒条件，它直接影响FAE的爆炸过程。这个问题一直是大家的研究热点。文献【1】介绍了不同几种初始条件下抛撒的数字模型。文献【2】介绍了用KODAK EKTAPROEM法测量燃料抛撒过程。但是针对燃料抛撒过程的问题还没有完全解决。燃料抛撒的近场阶段是一个基本问题，解决了这个问题，基于它之上的上述所有问题都能有效解决。本文从试验和理论两方面研究了燃料抛撒的近场阶段。 当猛炸药在弹体中心管内爆炸后，爆轰波从中心管内延燃料介质传播，把燃料介质往各个方向压缩，依赖于燃料的装药壳体。燃料介质被压缩后密度增加。燃料和壳体开始分离直至壳体破碎。在爆轰气体产物的作用下，燃料不断加速。最前端的燃料开始抛撒，并从母体脱离。由于空气阻力，燃料迅速减速。当燃料母体处于加速阶段时，燃料颗粒又与燃料母体结合为一体。其余的可以依此类推。抛撒前端的燃料在这个循环中周而复始的运动直至爆轰波在FAE弹体前端消失。因此，在处理燃料近场运动时可以把燃料抛撒体看成一个整体。当燃料抛撒运动时，爆轰气体产物持续向外运动，压力逐渐下降，最后形成一个空洞。当燃料抛撒抛撒分散速度高于爆轰气体产物运动速度时，燃料会与爆轰气体产物分离。此时，燃料抛撒速度达到一个最大值。此后，燃料抛撒运动只依赖于惯性而且需要克服多种阻力。因此，这个时刻是燃料从初期的中心抛撒运动与后期分散的分界点。这个燃料分界线是燃料从初期的中心抛撒运动到后期分散的分界线。从初期的中心到远距离分散依赖于燃料的近场抛撒。这两种机械运动过程是迥然不同的。 1 实验结果 燃料充满一个内径88mm、外径90mm、长度371mm的塑料管体，中间有一个长300mm、内径28mm、外径32mm的钢管。放在中心管中的猛炸药是8701，炸药的直径是26mm，高度是220mm。通过KODAK EKTAPRO EM 运动方法测量的燃料的抛撒运动过程如图1。 图1 燃料抛撒过程 燃料抛撒运动速度随时间变化如表1。 t/ms 2 3 4 6 8 12 16 20 24 28 v/(m s-1) 0 375.0 1012.5 712.5 375.0 187.5 94.0 47.0 23.0 0 从中可以看出燃料在抛撒初期有一个明显的加速阶段，持续时间约为2ms。燃料沿直径方向的膨胀主要在加速阶段。这个阶段没有燃料抛撒中后期所出现的急速湍流现象。 2 燃料抛撒加速阶段的机械模型 FAE弹体和处于中心管的猛炸药都是圆柱型的。燃料抛撒运动的初期阶段被认为是轴对称的。轴向的运动损耗可以被忽略。在抛撒过程中，假设爆轰气体产物瞬间很好的分散，认为爆轰气体产物的运动条件只取决于假想中的径向坐标。 爆炸气体产物的等熵方程： （1） 此时A是常数；和分别是爆轰气体产物的压力和密度；是爆轰气体等熵系数，它和爆轰气体压力有关。 因为是轴对称问题，运动方程为： （2） 此时u是爆轰气体运动速度；r和t分别是爆轰气体产物运动的径向坐标和时间。 对于声速： （3） 此时c是声速；表示等熵状态。 从方程（3）（1）得 （4） 从方程（4）（1）得 （5） 从方程（5）（2）得 从这个假设，我们得到 当燃料和爆轰气体分离时，在爆轰气体流中产生一个瞬时真空。因此，从方程（7）（8）（6），在此时， 此时是爆轰气体产物在加速停止时的径向流速度；是当燃料与爆轰气体分离时，爆轰气体介质中的声速。 从方程（9）得 此时，当，方程（10）变成 从方程（3）（11）得 爆轰气体产物的瞬时密度取决于它的初始密度。我们可得 是猛炸药在管子中的初始半径，是瞬时爆轰气体产物空洞的半径。 瞬时压力是 此时；分别是猛炸药在中心管中的密度和瞬时速度。从方程（12）（13）（15），得 此时。 从本质上讲，在抛撒的初始阶段，燃料作为一个整体在变形和运动。抛撒是轴对称的。因为爆轰气体产物作用于抛撒体上，得 此时，是FAE装置的半径；p是方程(14)或方程（15）中出现的；是燃料分撒速度， 爆轰气体产物压力不断削弱，从方程（17）（18）得 此时是燃料抛撒的瞬时速度，当爆轰气体产物径向瞬时速度。 从方程（19）（20），得 当抛撒燃料和爆轰气体产物分离时，速度为，r是爆轰气体产物空洞的瞬时半径。因此，从方程（16）（21），得 从方程（22）可得，从（21）可得。 3 算例 计算实验中测得的抛撒加速过程中的数据。参数。从数值计算得。在实验中，测量得燃料最大抛撒速度是1012.5m/s，与计算模拟值非常吻合。由于在实验中猛炸药与中心管耦合，计算速度大于实测速度。而且，有些猛炸药的能量从管子两端流失，这