[发明专利]基于反应演化模型的带泄压结构弹药的反应烈度评估方法

说明书

本发明公开了基于反应演化模型的带泄压结构弹药的反应烈度评估方法，涉及弹药技术领域，针对带泄压通道弹药装药意外点火后燃烧反应增长演化计算问题，解决弹药在高温、火烧等意外刺激下反应烈度控制和量化评估难题。本发明通过对带泄压通道及泄压孔的弹药装药点火后的燃烧反应增长演化过程进行建模，定量地给出了贴近实际状态的弹体内部压力和反应度等增长历史，即得到壳体内压力模型、装药基体的反应度模型，最终得到弹药的反应烈度，实现对弹药装药点火后的反应增长演化行为的客观描述，为带泄压通道及泄压孔的弹药设计与反应烈度控制和量化评估提供理论依据，解决弹药在高温、火烧等意外刺激下反应烈度控制和量化评估难题。

技术领域

本发明涉及弹药技术领域，具体涉及基于反应演化模型的带泄压结构弹药的反应烈度评估方法。

背景技术

弹药在存储、运输或服役等全寿命过程中，不免会遭遇跌落、撞击、火烧或长期暴露在高温环境等意外热/机械刺激，引发弹药装药点火燃烧，直至爆炸甚至转为爆轰等典型非冲击点火事故反应，造成灾难性后果。这种非冲击点火事故反应演化过程非常复杂，受约束结构强度、惯性约束能力、炸药固有本征燃烧特性和裂纹发展演化等多种因素影响，涉及炸药结构中动态损伤裂纹萌生、扩展及分叉和产物气体与裂纹的气-固耦合、流-固耦合作用等问题，属于典型的多物理、多因素和多过程关联的反应行为。为了有效控制弹药点火后反应增长，防止弹药装药点火后燃烧向爆炸甚至爆轰等高烈度反应发展，避免灾难性事故的发生，除采用低燃烧增长速率炸药外，在弹体上设计泄压通道和泄压孔结构是目前国际上通用的技术途径。由于缺少弹药装药点火后燃烧反应演化，特别是泄压结构的泄压效应与燃烧增长反应耦合计算方法(模型)，目前的不敏感弹药泄压结构设计往往凭靠经验，再通过试验验证，设计方案确定周期长，成本高，制约了当前不敏感弹药技术的发展。

目前，带泄压结构的弹药装药点火反应演化理论计算模型尚属空白，唯一和本发明方法最接近的是Hill在2006年的提出裂纹网络燃烧模型(参见“Hill L.G.BurningCrack Networks and Combustion Bootstrapping in Cookoff Explosions[J].AIPConference Proceedings,845,531(2006).”)，该裂纹网络燃烧模型只考虑了壳体的约束强度和高压火焰对微裂纹的渗透效应，并与弹药装药实际状态的演化过程差异较大，没有考虑泄压效应，无法给出反应演化的终止状态，因此无法应用于不敏感弹药泄压结构的工程设计和反应烈度控制技术方案设计。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于反应演化模型的带泄压结构弹药的反应烈度评估方法，针对带泄压通道及泄压孔的弹药装药意外点火后燃烧反应增长演化计算问题，解决弹药在高温、火烧等意外刺激下反应烈度控制和量化评估难题。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：带泄压通道及泄压孔的弹药由壳体和位于壳体内部的装药体系组成，壳体为规则形状的惰性壳体，壳体表面设有泄压孔，泄压孔面积为A；装药体系与壳体间预留有空气隙，空气隙与泄压孔之间形成泄压通道。

装药体系的总体积V包括炸药基体体积V_e、裂纹体积V_c和空气隙体积V_a，即：V＝V_e+V_c+V_a；裂纹处理为类裂缝空间，即：V_c＝Sδ；式中，S为裂纹网络总表面积；δ为裂纹宽度。

在装药体系的中心位置发生点火后，产生裂纹，燃烧在裂纹中扩展的同时驱动裂纹进一步增长，其中按照时间推进构建如下燃烧网络反应演化过程：