[發明專利]基于反應演化模型的帶泄壓結構彈藥的反應烈度評估方法

有效

• 申請號: 202110180237.2
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112800623B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 白志玲;段卓平;黃風雷
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C20/10
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允

本發明公開了基于反應演化模型的帶泄壓結構彈藥的反應烈度評估方法，涉及彈藥技術領域，針對帶泄壓通道彈藥裝藥意外點火后燃燒反應增長演化計算問題，解決彈藥在高溫、火燒等意外刺激下反應烈度控制和量化評估難題。本發明通過對帶泄壓通道及泄壓孔的彈藥裝藥點火后的燃燒反應增長演化過程進行建模，定量地給出了貼近實際狀態的彈體內部壓力和反應度等增長歷史，即得到殼體內壓力模型、裝藥基體的反應度模型，最終得到彈藥的反應烈度，實現對彈藥裝藥點火后的反應增長演化行為的客觀描述，為帶泄壓通道及泄壓孔的彈藥設計與反應烈度控制和量化評估提供理論依據，解決彈藥在高溫、火燒等意外刺激下反應烈度控制和量化評估難題。

技術領域

本發明涉及彈藥技術領域，具體涉及基于反應演化模型的帶泄壓結構彈藥的反應烈度評估方法。

背景技術

彈藥在存儲、運輸或服役等全壽命過程中，不免會遭遇跌落、撞擊、火燒或長期暴露在高溫環境等意外熱/機械刺激，引發彈藥裝藥點火燃燒，直至爆炸甚至轉為爆轟等典型非沖擊點火事故反應，造成災難性后果。這種非沖擊點火事故反應演化過程非常復雜，受約束結構強度、慣性約束能力、炸藥固有本征燃燒特性和裂紋發展演化等多種因素影響，涉及炸藥結構中動態損傷裂紋萌生、擴展及分叉和產物氣體與裂紋的氣-固耦合、流-固耦合作用等問題，屬于典型的多物理、多因素和多過程關聯的反應行為。為了有效控制彈藥點火后反應增長，防止彈藥裝藥點火后燃燒向爆炸甚至爆轟等高烈度反應發展，避免災難性事故的發生，除采用低燃燒增長速率炸藥外，在彈體上設計泄壓通道和泄壓孔結構是目前國際上通用的技術途徑。由于缺少彈藥裝藥點火后燃燒反應演化，特別是泄壓結構的泄壓效應與燃燒增長反應耦合計算方法(模型)，目前的不敏感彈藥泄壓結構設計往往憑靠經驗，再通過試驗驗證，設計方案確定周期長，成本高，制約了當前不敏感彈藥技術的發展。

目前，帶泄壓結構的彈藥裝藥點火反應演化理論計算模型尚屬空白，唯一和本發明方法最接近的是Hill在2006年的提出裂紋網絡燃燒模型(參見“Hill L.G.BurningCrack Networks and Combustion Bootstrapping in Cookoff Explosions[J].AIPConference Proceedings,845,531(2006).”)，該裂紋網絡燃燒模型只考慮了殼體的約束強度和高壓火焰對微裂紋的滲透效應，并與彈藥裝藥實際狀態的演化過程差異較大，沒有考慮泄壓效應，無法給出反應演化的終止狀態，因此無法應用于不敏感彈藥泄壓結構的工程設計和反應烈度控制技術方案設計。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了基于反應演化模型的帶泄壓結構彈藥的反應烈度評估方法，針對帶泄壓通道及泄壓孔的彈藥裝藥意外點火后燃燒反應增長演化計算問題，解決彈藥在高溫、火燒等意外刺激下反應烈度控制和量化評估難題。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：帶泄壓通道及泄壓孔的彈藥由殼體和位于殼體內部的裝藥體系組成，殼體為規則形狀的惰性殼體，殼體表面設有泄壓孔，泄壓孔面積為A；裝藥體系與殼體間預留有空氣隙，空氣隙與泄壓孔之間形成泄壓通道。

裝藥體系的總體積V包括炸藥基體體積V_e、裂紋體積V_c和空氣隙體積V_a，即：V＝V_e+V_c+V_a；裂紋處理為類裂縫空間，即：V_c＝Sδ；式中，S為裂紋網絡總表面積；δ為裂紋寬度。

在裝藥體系的中心位置發生點火后，產生裂紋，燃燒在裂紋中擴展的同時驅動裂紋進一步增長，其中按照時間推進構建如下燃燒網絡反應演化過程：