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激光驱动飞片起爆系统能量利用率的研究

作　者: 王猛
导　师: 何碧
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 激光驱动起爆能量解析法复合飞片 PDV
分类号: TJ450.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 27次
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内容摘要

激光驱动高速飞片起爆炸药,是近年先进火工品应用研究的主要方向之一。采用激光作为起爆能源,可以避免电起爆中通过电缆传输能源时产生的电磁信号。应用激光驱动飞片起爆系统,可提高武器系统本质安全性。飞片作为激光驱动飞片起爆系统的换能元部分,将激光能量转化为飞片动能,实现高速冲击炸药。当前,受限于起爆系统较低的能量利用率,激光驱动飞片起爆系统实际应用较少,改进飞片结构是提升能量利用率的关键之一。本文采用理论与实验相结合的方式,对激光驱动飞片起爆系统中的飞片展开探讨,应用复合飞片提高了飞片速度和冲击压力,有效提升了起爆系统的能量利用率。(1)通过激光驱动飞片各过程损失能量的计算,提出飞片速度的能量解析法。应用该方法分析了复合飞片提升起爆系统能量利用率的可行性,对复合飞片中吸收层、隔热层的影响展开了探讨。通过p2τ判据,推算出飞片冲击起爆1.60g·cm-3PETN的临界值。利用LS-DYNA程序对激光驱动飞片起爆1.60g·cm-3PETN的效果展开了模拟分析。理论分析的结果为小尺寸飞片结构的改进设计提供了指导,为激光驱动复合飞片的速度模拟、能量利用率分析提供了新的思路。(2)在理论分析的基础上,利用扫描电镜(SEM)、光电混合平均速度测试系统、PVDF压力计、PDV高速测试系统等对飞片的相关性能展开了研究。采用离子束蒸镀和磁控溅射两种方法制备了复合飞片,初步探讨了两种制备方法对复合飞片性能的影响,分析了激光通过透镜聚焦后的能量传输规律,得到了复合飞片各层参数对平均速度和冲击压力的影响；利用PDV高速测试系统,分析了不同参数飞片的加速历程,解决了小飞片性能测试的难题。(3)激光驱动飞片起爆系统能量率受到激光能量、传输光路、飞片参数等的共同影响。通过能量解析法的理论分析和实验测试结果,发现增加了吸收层、隔热层的复合飞片,能够有效减少过程中材料表面反射、辐射损耗及等离子体扩散损耗的激光能量,从而达到提升飞片速度的目的。论文设计的0.05/0.7/0.7/20.0μm厚度、1.0mm直径复合飞片,在较低激光输出能量下,能够达到的最大速度为2301m·s-1,系统能量利用率、冲击压力得到有效提升。论文设计的复合飞片最大速度,能够满足理论分析起爆1.60g·cm-3PETN的临界值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 激光驱动飞片起爆技术  9-10
    1.2.2 激光驱动飞片数值模拟  10-11
    1.2.3 飞片结构的改进和制备  11-13
    1.2.4 小尺寸飞片的形态表征  13-14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
第二章激光驱动飞片的数值分析  16-33
  2.1 激光驱动飞片速度的分析  16-25
    2.1.1 能量解析法  16-21
    2.1.2 飞片结构的改进设计  21-22
    2.1.3 计算结果与讨论  22-25
  2.2 激光驱动飞片起爆猛炸药临界值的分析  25-26
  2.3 激光驱动飞片起爆猛炸药的效果模拟  26-32
    2.3.1 数值模拟建模  27-30
    2.3.2 数值模拟结果及分析  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章激光驱动飞片的实验研究  33-60
  3.1 引言  33
  3.2 复合飞片制备与表征  33-38
    3.2.1 镀膜技术  33-34
    3.2.2 飞片制备工艺  34-36
    3.2.3 飞片表面表征  36-38
  3.3 激光驱动飞片平均速度特性测试  38-45
    3.3.1 测试原理及装置  38-39
    3.3.2 平均速度测试结果及讨论  39-45
  3.4 激光驱动复合飞片冲击压力特性测试  45-52
    3.4.1 实验原理  45-46
    3.4.2 PVDF压力计的标定  46-48
    3.4.3 实验装置  48
    3.4.4 冲击压力测试结果及讨论  48-52
    3.4.5 飞片冲击压力测试中的注意事项  52
  3.5 激光驱动飞片加速历程测试  52-57
    3.5.1 光子多普勒测速系统(PDV)测试原理  53
    3.5.2 实验装置  53-55
    3.5.3 实验结果及讨论  55-57
  3.6 不同参数飞片特性分析  57-59
  3.7 本章小结  59-60
第四章激光驱动飞片起爆系统能量利用率的分析  60-68
  4.1 引言  60
  4.2 激光驱动飞片起爆系统能量利用率的影响因素  60-66
    4.2.1 传输光路对激光传输效率的影响  60-61
    4.2.2 能量解析法对动能親合效率的分析  61-66
    4.2.3 起爆系统能量利用率的分析  66
  4.3 本章小结  66-68
第五章结论与展望  68-71
  5.1 主要研究结论  68-69
  5.2 本文创新点  69
  5.3 研究展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士期间发表的论文  76

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