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探究化学反应释放的超压效应

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:或者说,活性毁伤材料化学能释放超压效应显著依赖于弹靶碰撞条件,碰撞引发碎裂程度越高,碎片平均尺寸越小,化学能释放效率越高,爆燃反应越剧烈,超压效应越强。图1.17碰撞速度对活性毁伤材料能量释放率的影响活性毁伤材料这种独特的非自持化学能释放行为,对爆燃超压和毁伤效应测试表征造成了相当大的困难。

探究化学反应释放的超压效应

活性毁伤材料显著不同于高能炸药、火药等传统含能材料的是,一经起爆便以稳定爆速传播的方式自持释放出所有的化学能。活性毁伤材料受力学强度的制约,一般无法通过传统起爆方式实现化学能的自持释放,只有在高速碰撞、爆炸等强冲击作用下,通过产生高应变率塑性变形和碎裂才能被激活,并以非自持爆燃方式部分或全部释放出化学能。或者说,活性毁伤材料化学能释放超压效应显著依赖于弹靶碰撞条件,碰撞引发碎裂程度越高,碎片平均尺寸越小,化学能释放效率越高,爆燃反应越剧烈,超压效应越强。当靶板材料及厚度一定时,碎裂程度随碰撞速度增大而提高;当着靶速度一定时,碎裂程度随靶厚减小而下降;当活性毁伤材料质量一定时,碎裂程度随弹丸长径比增大而下降。

图1.17所示为几种典型活性毁伤材料在不同碰撞速度下能量释放率的情况。可以看出,一是活性毁伤材料能量释放率明显依赖于碰撞速度,随碰撞速度提高,能量释放率显著提高,但即便是在2.4 km/s的高速碰撞条件下,最高能量释放率也仅为80%左右;二是不同组分体系的活性毁伤材料能量释放率差异显著,相比而言,低速碰撞条件下,铪系能量释放率最高,钽系最低,铝系和锆系处于中间水平且能量释放率相当。从武器化应用角度看,除了聚能射流和反导动能拦截器外,其他毁伤元(破片、穿甲杆、成型弹丸等)与目标遭遇的速度一般都不会超过1.5 km/s,因此,如何提高活性毁伤材料爆燃化学能释放效率,成为武器化应用和弹药战斗部威力大幅提升的关键

图1.17 碰撞速度对活性毁伤材料能量释放率的影响(www.xing528.com)

活性毁伤材料这种独特的非自持化学能释放行为,对爆燃超压和毁伤效应测试表征造成了相当大的困难。目前,国内外普遍采用弹道碰撞的方法进行测试,即通过弹道发射使活性毁伤材料弹丸以一定的速度碰撞初始封闭的内爆超压测试罐,弹丸在贯穿测试罐一端的薄铝靶后,与设置在罐体内的钢靶二次碰撞,由罐壁压力传感器测得内爆超压,实验测试系统如图1.18(a)所示,图1.18(b)和(c)所示为典型内爆化学能释放行为和超压效应。可以看出,在初始几微秒内,活性毁伤材料呈现为类爆轰行为,形成较高的爆炸冲击波超压峰,随后超压迅速下降转入类爆燃反应过程,超压逐渐增大,达到最大后,在较长一段时间内(几百毫秒)以准静态超压方式逐渐下降,直至达到平衡状态。由此可见,与炸药、火药等传统含能材料相比,活性毁伤材料爆燃超压虽不高,但超压和高温等效应持续时间长、冲量大,从而可以显著发挥毁伤作用。

图1.18 活性毁伤材料化学能释放测试方法及典型内爆超压效应

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