[发明专利]一种水下用高冲击波能炸药能量设计方法

说明书

一种水下用高冲击波能炸药能量设计方法，通过变化水下用炸药的组成组分，进而通过热力学计算和数值模拟方法获得水下用炸药冲击波能变化规律，从中优选高冲击波能的炸药设计。该发明采用数值方法对水下用炸药的冲击波能进行计算，能够为炸药能量设计提供有益技术，降低研究成本。

技术领域

本发明属于水下炸药能量设计研究领域，具体涉及一种水下用高冲击波能炸药能量设计方法。

背景技术

炸药爆轰释能是各种武器发挥作战效能的化学能量来源。炸药在水下爆炸时有其独特的科学规律。水下用炸药爆轰瞬间释放的化学能量使爆轰产物强烈压缩周围的水介质，形成冲击波。而由于水介质的声阻抗较大，冲击波传播到大约十倍装药半径处时就基本衰减到当地声速。冲击波传播的同时还伴随着气泡脉动的传播。

鱼雷是水下作战的主要武器之一。它是一类具有导引装置且高速运动的作战系统。当以鱼雷作为打击目标时，由于炸药水下爆炸产生的气泡脉动压力幅值相对较小，气泡能对目标的毁伤效果有限，因此对鱼雷进行打击时主要依靠的是炸药水下爆炸产生的冲击波能。对鱼雷目标的毁伤可以分为软毁伤和硬毁伤两种方式，软毁伤指的是依靠冲击波能使来袭鱼雷的电子元器件失灵而丧失作战能力，而硬毁伤指的是使鱼雷结构失效甚至发生殉爆而损坏。大量的试验结果表明，炸药水下爆炸时，当水深与装药半径的比值超过十倍以上时，爆炸冲击波的传播基本不会受到自由水面和水底反射的影响，一般认为冲击波能是装药质量及测点距离的某种函数关系。

在对水下用炸药进行能量设计时，采用数值计算与试验验证相结合的方法是一种低成本高效率的研究方法。进行水下用炸药冲击波能设计时可以采用数值计算的方法来优化筛选。对炸药能量进行数值计算时的核心在于建立爆轰过程的描述模型。炸药爆轰过程是一个包含复杂化学反应过程的流体力学问题。目前研究者们已经基于各种热力学状态方程建立起描述爆轰产物膨胀过程的一些物理模型，并取得了较好的成果，广泛应用于各类炸药能量设计与计算中。

中国专利CN 201310101503.3公开了一种含ADN的水下高能炸药及其制备方法，包括粘合剂体系、单质炸药、金属粉及氧化剂，但是该发明中所采用聚叠氮缩水甘油醚粘合剂与六硝基六氮杂异伍兹烷及太安等单质炸药在与ADN氧化剂共存过程中化学相容性存在明显问题，它们之间容易发生快速化学反应，造成严重后果。

因此有必要发明一种水下用高冲击波能炸药能量设计方法，对各种组分组成的水下用炸药进行冲击波能计算，从中优选高冲击波能的炸药设计。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种水下用高冲击波能炸药能量设计方法，用来为水下炸药能量设计和输出规律研究提供有益技术。

为了实现上述目标，本发明采取如下的技术方案：

本发明涉及一种水下用高冲击波能炸药能量设计方法，通过数值计算设计水下用炸药冲击波能，其特征在于，所述炸药能量设计方法包括以下步骤：

步骤1，筛选水下用炸药的组成组分，所设计的水下用炸药的组成组分包括铝粉、主体炸药和增塑剂，根据各组成组分的质量分数将水下用炸药配方换算成化学组成结构简式，使其中Al原子的摩尔数与O原子的摩尔数之比介于0.25～0.45之间；

步骤2，根据步骤1设计的水下用炸药组成组分，输入水下用炸药各组成组分的理论密度、标准摩尔生成焓、标准摩尔熵、标准摩尔生成吉布斯自由能和摩尔热容等热力学数据，采用Becker-Kistiakowsky-Wilson状态方程或者Kihara-Hikita-Tanaka状态方程对步骤1中设计的水下用炸药的爆轰产物组成进行热力学计算，获得爆轰产物在等熵条件下压力-比容结果曲线，采用Levenberg-Marquardt优化算法或者遗传优化算法对结果曲线进行非线性数据优化拟合，获得水下用炸药的Jones-Miller-Wilkins爆轰产物动力学状态方程中的各项参数；