兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 240463-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0463
娄文忠1, 阚文星1, 冯恒振1,*(), 范晨阳2, 吕斯宁1, 卢奕1
收稿日期:
2024-06-17
上线日期:
2025-06-28
通讯作者:
基金资助:
LOU Wenzhong1, KAN Wenxing1, FENG Hengzhen1,*(), FAN Chenyang2, LU Sining1, LU Yi1
Received:
2024-06-17
Online:
2025-06-28
摘要:
引信热防护技术与等效试验技术是提升引信快速烤燃安全性与热防护多轮优化设计效率的关键。根据引信一维热传导模型,构建炸药及引信壳体径向温度分布方程,建立基于铝-硅气凝胶的航空炸弹引信热防护模型,通过引信快速烤燃仿真模拟研究,获得引信内部炸药经历20min 800℃烤燃环境的温度变化曲线。隔铝-硅气凝胶的临界厚度为3mm,炸药最终温度比其5s爆发点(280℃)低87.8℃,可以保证引信的热安全性。以铝-硅气凝胶包覆的引信为验证主体,结合快速烤燃标准试验方法建立基于仿真分析-高温火焰喷射试验平台的引信快速烤燃等效试验方法。试验结果表明,标准试验的引信易损点测温数据与仿真数据对比,精度优于91%;等效试验下引信易损点测量温度与标准试验测量结果对比,精度优于95%。试验结果表明,标准试验的引信易损点测温数据与仿真数据对比,标准试验精度优于91%;等效试验下引信易损点测量温度与标准试验测量结果对比,等效试验精度优于95%。
中图分类号:
娄文忠, 阚文星, 冯恒振, 范晨阳, 吕斯宁, 卢奕. 快速烤燃引信安全性分析与等效试验方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(6): 240463-.
LOU Wenzhong, KAN Wenxing, FENG Hengzhen, FAN Chenyang, LU Sining, LU Yi. Safety Analysis and Equivalent Test Method for Fuzes during Fast Cook-off[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(6): 240463-.
材料 | 密度/ (kg·m-3) | 导热系数/ (W·m-1·℃-1) | 比热容/ (J·kg-1·℃-1) |
---|---|---|---|
等效件 | 4900 | 4.5 | 800 |
引信壳体 | 7800 | 45 | 460 |
JO-9C | 1700 | 0.327 | 1049.5 |
铝-硅气凝胶 | 180 | 0.02 | 528 |
表1 仿真用材料参数
Table 1 Material parameters for simulation
材料 | 密度/ (kg·m-3) | 导热系数/ (W·m-1·℃-1) | 比热容/ (J·kg-1·℃-1) |
---|---|---|---|
等效件 | 4900 | 4.5 | 800 |
引信壳体 | 7800 | 45 | 460 |
JO-9C | 1700 | 0.327 | 1049.5 |
铝-硅气凝胶 | 180 | 0.02 | 528 |
提前因子/s-1 | 活化能/(J·mol-1) | 反应热/(J·kg-1) |
---|---|---|
2.1×1015 | 1.69×105 | 3.2×103 |
表2 JO-9C热分解动力学参数[15]
Table 2 Thermal decomposition kinetics parameters of JO-9C[15]
提前因子/s-1 | 活化能/(J·mol-1) | 反应热/(J·kg-1) |
---|---|---|
2.1×1015 | 1.69×105 | 3.2×103 |
图8 标准试验火焰燃烧状态(左为火焰燃烧30s状态,右为火焰燃烧1200s状态)
Fig.8 Flame burning state of standard test(the left :flame burning for 30s,and the right :flame burning for 1200s)
铝-硅气凝 胶厚度/mm | 试验数 据/℃ | 仿真数 据/℃ | 相对误 差/℃ | 误差百 分比/% |
---|---|---|---|---|
2 | 294.2 | 319.58 | 25.38 | 8.63 |
4 | 215.7 | 202.86 | 12.84 | 5.95 |
表3 快速烤燃标准试验与仿真分析的温度数据对比
Table 3 Comparison of temperature data of standard fast cook-off test and simulation analysis
铝-硅气凝 胶厚度/mm | 试验数 据/℃ | 仿真数 据/℃ | 相对误 差/℃ | 误差百 分比/% |
---|---|---|---|---|
2 | 294.2 | 319.58 | 25.38 | 8.63 |
4 | 215.7 | 202.86 | 12.84 | 5.95 |
图13 快速烤燃等效试验平台实物图(左为正视图,右为侧视图)
Fig.13 Physical diagram of the fast cook-off equivalent test platform(the left is the front view,and the right is the side view)
火焰温度及不同 厚度气凝胶 | 试验数 据/℃ | 仿真数 据/℃ | 相对误 差/℃ | 精度/% |
---|---|---|---|---|
火焰温度 | 803.6 | 800 | 3.6 | 99.55 |
3mm铝-硅气凝胶 | 189.8 | 192.2 | 2.4 | 98.75 |
4mm铝-硅气凝胶 | 152.3 | 158.42 | 6.12 | 96.14 |
表4 快速烤燃等效试验与仿真分析的温度数据对比
Table 4 Comparison of temperature data of fast cook-off equivalent test and simulation analysis
火焰温度及不同 厚度气凝胶 | 试验数 据/℃ | 仿真数 据/℃ | 相对误 差/℃ | 精度/% |
---|---|---|---|---|
火焰温度 | 803.6 | 800 | 3.6 | 99.55 |
3mm铝-硅气凝胶 | 189.8 | 192.2 | 2.4 | 98.75 |
4mm铝-硅气凝胶 | 152.3 | 158.42 | 6.12 | 96.14 |
温度 | 标准试验 数据/℃ | 等效试验 数据/℃ | 相对误差/ ℃ | 精度/ % |
---|---|---|---|---|
火焰温度 | 873.99 | 888.41 | 14.42 | 98.35 |
引信传爆管温度 | 215.7 | 205.91 | 9.79 | 95.46 |
表5 标准试验与等效试验结果对比
Table 5 Comparison of standard test and equivalent test results
温度 | 标准试验 数据/℃ | 等效试验 数据/℃ | 相对误差/ ℃ | 精度/ % |
---|---|---|---|---|
火焰温度 | 873.99 | 888.41 | 14.42 | 98.35 |
引信传爆管温度 | 215.7 | 205.91 | 9.79 | 95.46 |
试验与仿真 | 最终温度 ℃ | 精度/% | 升温速率/ (℃·min-1) | 精度/% |
---|---|---|---|---|
标准试验 | 215.7 | 9.685 | ||
仿真分析 | 202.86 | 94.05 | 9.043 | 93.37 |
等效试验 | 205.91 | 95.46 | 9.196 | 94.95 |
表6 仿真分析-等效试验与标准试验关键参数对比
Table 6 Comparison of key parameters of simulation analysis-equivalent test and standard test
试验与仿真 | 最终温度 ℃ | 精度/% | 升温速率/ (℃·min-1) | 精度/% |
---|---|---|---|---|
标准试验 | 215.7 | 9.685 | ||
仿真分析 | 202.86 | 94.05 | 9.043 | 93.37 |
等效试验 | 205.91 | 95.46 | 9.196 | 94.95 |
防护手段、防护 效果及验证方法 | 文献[ | 文献[ | 文献[ | 文献[ | 本文 |
---|---|---|---|---|---|
热防护手段 | ①方式:降低战斗部外壳包覆及内部包覆层导热系数 ②材料:3mm高分子复合涂层 | ①方式:战斗部壳体涂覆隔热材料 ②材料:0.5mm低密度高效隔热材料 | ①方式:装药壳体内表面涂覆隔热材料,外表面涂覆外阻燃材料 ②材料:2mm阻燃材料+隔热材料 | 方式:引信外壳包覆低导热率隔热材料 | ①方式:引信壳体外部包覆低导热率材料 ②材料:4mm铝-硅气凝胶 |
热防护效果 | 炸药装药稳定燃烧 | 与无防护试验件相比,炸药受热后的开始反应时间从58s延长到16min | 相比无涂层,点火时间延迟614.2%,反应结果为爆燃 | 尚无公开资料 | 引信内导/传爆药无反应 |
验证方法 | 快速烤燃标准试验 | 快速烤燃标准试验 | 数值仿真+快速烤燃标准试验 | 数值仿真 | 数值仿真+快速烤燃等效试验 |
表7 不敏感弹药快速烤燃环境热防护及试验方法技术研究现状分析
Table 7 Analysis on the research status of thermal protection and test technology for fast cook-off environment of insensitive ammunition
防护手段、防护 效果及验证方法 | 文献[ | 文献[ | 文献[ | 文献[ | 本文 |
---|---|---|---|---|---|
热防护手段 | ①方式:降低战斗部外壳包覆及内部包覆层导热系数 ②材料:3mm高分子复合涂层 | ①方式:战斗部壳体涂覆隔热材料 ②材料:0.5mm低密度高效隔热材料 | ①方式:装药壳体内表面涂覆隔热材料,外表面涂覆外阻燃材料 ②材料:2mm阻燃材料+隔热材料 | 方式:引信外壳包覆低导热率隔热材料 | ①方式:引信壳体外部包覆低导热率材料 ②材料:4mm铝-硅气凝胶 |
热防护效果 | 炸药装药稳定燃烧 | 与无防护试验件相比,炸药受热后的开始反应时间从58s延长到16min | 相比无涂层,点火时间延迟614.2%,反应结果为爆燃 | 尚无公开资料 | 引信内导/传爆药无反应 |
验证方法 | 快速烤燃标准试验 | 快速烤燃标准试验 | 数值仿真+快速烤燃标准试验 | 数值仿真 | 数值仿真+快速烤燃等效试验 |
[1] |
黄辉, 黄亨建, 王杰, 等. 安全弹药的发展思路与技术途径[J]. 含能材料, 2023, 31(10):1079-1087.
|
|
|
[2] |
邹金龙, 雷雅茹. 不敏感弹药对引信技术的要求内涵[J]. 探测与控制学报, 2016, 38(1):1-6.
|
|
|
[3] |
李亮亮, 沈飞, 王胜强, 等. 外部涂层及包覆层对HAE装药快速烤燃实验的影响[J]. 火炸药学报, 2019, 42(2):202-206.
doi: 10.14077/j.issn.1007-7812.2019.02.017 |
|
|
[4] |
孙晓乐, 刘海青, 万力伦, 等. 高效隔热材料在战斗部中的热防护性能研究[J]. 兵工自动化, 2022, 41(12):122-124,128.
|
|
|
[5] |
潘玥, 李定华, 杨荣杰, 等. 烤燃环境下引信及其包装材料的热防护涂层性能[J]. 兵工学报, 2021, 42(6):1169-1177.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.006 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.006 |
|
[6] |
白孟璟, 段卓平, 白志玲, 等. 内/外隔热复合结构炸药装药快速烤燃热防护效应[J]. 兵工学报, 2024, 45(5):1555-1563.
doi: 10.12382/bgxb.2023.0065 |
doi: 10.12382/bgxb.2023.0065 |
|
[7] |
吴琴钟, 王炅, 陆静, 等. 升温速率对引信烤燃响应特性的影响[J]. 探测与控制学报, 2020, 42(4):1-6.
|
|
|
[8] |
吴琴钟. 不敏感装药引信烤燃响应特性研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2021.
|
|
|
[9] |
马晗晔. 某舰炮引信不敏感化改造技术研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2020.
|
|
|
[10] |
闫丽. 某引信直列装药烤燃仿真研究及其钝感化改造[D] 南京: 南京理工大学, 2017.
|
|
|
[11] |
肖游, 智小琦, 王琦. 基于FDS与CFD组合的快速烤燃数值模拟[J]. 火炸药学报, 2022, 45(4):536-543.
doi: 10.14077/j.issn.1007-7812.202201012 |
|
|
[12] |
doi: 10.1016/j.dt.2020.08.001 |
[13] |
|
[14] |
冯昌林, 袁德. 航空炸弹装药热安全性的数值模拟及实验验证[J]. 火炸药学报, 2022, 45(3):432-438.
doi: 10.14077/j.issn.1007-7812.202203012 |
|
|
[15] |
唐鑫, 袁俊明, 刘玉存, 等. 聚奥-9C 装药的引信传爆管快速烤燃实验及数值模拟[J]. 装甲兵工程学院学报, 2017, 31(1):61-65.
|
|
|
[16] |
MIL-STD-2105D. Safety assessment test of Non-nuclear ammunition[S]. US: Department of Defense Test Method Standard, 2011.
|
[17] |
Guidance on the development,assessment and testing of insensitive munitions AOP-39[M].3rd edition. Brussels,Belgium: NATO Standardization Agency, 2010.
|
[18] |
NATO STANAG 4439. Policy for introduction and assessment of insensitive munitions[S]. US: NATO Standardization Agreement, 2010.
|
[19] |
陈科全, 黄亨建, 路中华, 等. 基于ABAQUS的PBX炸药烤燃试验数值计算[J]. 火炸药学报, 2014, 37(2):31-36.
|
|
|
[20] |
刘磊. 泄压条件对JO-9C传爆药烤燃特性影响的研究[D]. 太原: 中北大学, 2018.
|
|
|
[21] |
蒋超, 闻泉, 王雨时, 等. 不敏感弹药烤燃试验技术综述[J]. 探测与控制学报, 2019, 41(2):1-9.
|
|
|
[22] |
王晓峰. 关于不敏感弹药的几点认识[J]. 火炸药学报, 2022, 45(3):285-289.
doi: 10.14077/j.issn.1007-7812.202112003 |
|
[1] | 查继鹏, 张祥金, 华抟, 沈娜, 康杨. 高速飞行条件下激波对激光引信探测性能的影响分析[J]. 兵工学报, 2025, 46(6): 241131-. |
[2] | 韩燕文, 闫晓鹏, 高晓峰, 伊光华, 代健. 基于运动阵列微波成像与多尺度可变形卷积网络的引信目标识别方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 240282-. |
[3] | 查冰婷, 徐光博, 秦建新, 张合. 基于PSAF-LMS算法的多象限周视激光引信抗云雾干扰方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240264-. |
[4] | 杨秋燕, 陈齐乐, 郝新红. 连续波调频引信分数域匹配阶抗扫频干扰方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231188-. |
[5] | 阚文星, 冯恒振, 娄文忠, 田中旺, 范晨阳, 史永慧. 飞片式引信微爆炸序列传爆/隔爆性能仿真[J]. 兵工学报, 2024, 45(S1): 10-19. |
[6] | 杨兵, 武凯玮, 梁彦斌, 郝世钧, 黄忠华. 基于蒙特卡洛的大到暴雨条件下毫米波引信回波特性研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(S1): 252-261. |
[7] | 史博, 陈曦, 李鹏斐, 韩若愚, 秦泗超, 贺中正, 孙颢洋. 基于弹丸旋转规律的弹道终点辨识和引信全弹道安全控制方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3105-3113. |
[8] | 原红伟, 李豪杰, 戴可人, 陈荷娟, 张合. 基于哈里斯鹰优化算法的引信装定系统参数优化方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2594-2606. |
[9] | 周文, 郝新红, 杨瑾, 段乐帆. 密集扫频干扰下调频连续波引信响应特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2251-2259. |
[10] | 张安, 李长生, 张合, 马少杰, 杨本强. 仿竹型侵彻引信防护微结构缓冲吸能试验研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2260-2269. |
[11] | 刘波, 程祥利, 杨荷, 赵慧, 吴学星, 刘涛. 基于弹-靶参数匹配的侵彻多层目标引信载荷特性分析[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2240-2250. |
[12] | 陈志鹏, 李豪杰, 严秉谦, 张传昊, 乔诗翔, 张合. 基于数据装定的坦克炮毫米波近炸引信炸高控制方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(6): 2034-2043. |
[13] | 杨瑾, 郝新红, 乔彩霞, 陈齐乐. 基于稀疏恢复的调频引信抗扫频干扰方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(6): 2044-2053. |
[14] | 白孟璟, 段卓平, 白志玲, 张玉龙, 刘瑞峰, 张连生, 黄风雷. 内/外隔热复合结构炸药装药快速烤燃热防护效应[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1555-1563. |
[15] | 王益利, 李长生, 王鑫, 张合, 王晓锋. 基于磁异探测的侵彻引信计层方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 695-704. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||