煙火藥在定容條件下的爆燃p-t 曲線仿真

趙象潤，嚴 楠，李朝振，閆利偉，趙變玲，王德君

（1.北京理工大學 爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京100081；2.遼寧北方華豐特種化工有限公司研發(fā)中心，遼寧 撫順113003）

1 引言

隨著數(shù)值仿真技術的發(fā)展，采用非線性顯式動力學軟件對煙火藥作用過程的可視化建模及分析提供了必要手段［1］。目前常用的非線性顯式動力學仿真軟件（如LS-DYNA，Autodyn，ABAQUS 等）中內置的與藥劑有關的狀態(tài)方程諸如JWL 狀態(tài)方程、γ 律狀態(tài)方程（Gamma Law Equation of State）、點火增長模型（Ignition and Growth Explosive Material Model）等都是描述炸藥高速爆轟的作功過程［2-4］。這些模型并不適合描述煙火藥爆燃的作功過程，因此現(xiàn)階段對于煙火藥爆燃過程的模擬大多采用基于經典內彈道方程組的理論體系，利用MATLAB 進行數(shù)值計算，獲得燃燒室內的壓力時間歷程（p-t 曲線）［5-7］。在進行以煙火藥為驅動能源的作動裝置（如分離螺母）作用過程的動力學仿真時，將此p-t 曲線作為動力學仿真的輸入條件，代替藥劑的作用過程［8-10］。這種方法涉及兩個不同軟件的聯(lián)合仿真，過程較為繁瑣，而且這種方法不能獲得壓力在燃燒室內的空間分布。

采用非線性顯式動力學軟件MSC.Dytran 新開發(fā)的爆燃狀態(tài)方程（Deflagration equation of state）可直接用來模擬煙火藥作功過程。本研究中采用燃速較慢熱穩(wěn)定性良好的炭黑/硝酸鉀（C/KNO3）和燃速較快的鋁/高氯酸鉀（Al/KClO4）兩種煙火藥，利用爆燃狀態(tài)方程模擬定容條件下的p-t 曲線［11-13］。并對比了仿真結果與密閉爆發(fā)器試驗結果，驗證仿真方法的準確性和適用性［14］。以期為煙火藥的內彈道仿真以及煙火藥驅動的分離裝置作功過程的動力學仿真提供一種新的方法。……