炸药内爆驱动多层密绕螺线管的压缩稳定性

刘亿 李建明 周中玉 彭辉 宋振飞 谷卓伟

刘亿, 李建明, 周中玉, 彭辉, 宋振飞, 谷卓伟. 炸药内爆驱动多层密绕螺线管的压缩稳定性[J]. 高压物理学报, 2020, 34(6): 063301. doi: 10.11858/gywlxb.20200571
引用本文: 刘亿, 李建明, 周中玉, 彭辉, 宋振飞, 谷卓伟. 炸药内爆驱动多层密绕螺线管的压缩稳定性[J]. 高压物理学报, 2020, 34(6): 063301. doi: 10.11858/gywlxb.20200571
LIU Yi, LI Jianming, ZHOU Zhongyu, PENG Hui, SONG Zhenfei, GU Zhuowei. Compression Stability of Multi-Layer Composite Close-Wound Solenoid Driven by Explosive Implosion[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2020, 34(6): 063301. doi: 10.11858/gywlxb.20200571
Citation: LIU Yi, LI Jianming, ZHOU Zhongyu, PENG Hui, SONG Zhenfei, GU Zhuowei. Compression Stability of Multi-Layer Composite Close-Wound Solenoid Driven by Explosive Implosion[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2020, 34(6): 063301. doi: 10.11858/gywlxb.20200571

炸药内爆驱动多层密绕螺线管的压缩稳定性

doi: 10.11858/gywlxb.20200571
基金项目: 国家自然科学基金(11672276)
详细信息
    作者简介:

    刘 亿(1995-),男,硕士研究生,主要从事磁流体力学数值模拟研究. E-mail:liu_billion@foxmail.com

    通讯作者:

    谷卓伟(1969-),男,博士,研究员,主要从事工程力学研究. E-mail:guzhw1969@126.com

  • 中图分类号: O357

Compression Stability of Multi-Layer Composite Close-Wound Solenoid Driven by Explosive Implosion

  • 摘要: 多层密绕螺线管是炸药柱面内爆磁通量压缩多级MC-1装置的核心构件。设计了一套内爆磁通量压缩装置,初步开展了两级内爆压缩多层密绕螺线管实验,得到了较为清晰的高速摄影图像。密绕螺线管在炸药强爆轰驱动下的界面不稳定性发展是能否获取超高磁场和超高磁压力的关键因素。高速摄影实验结果显示,多层密绕螺线管在内爆过程中没有出现垮塌,套筒内界面仍保持对称性,外界面出现强爆轰导致的周期扰动。为此建立了考虑磁压力的二维有限元内爆数值计算模型,系统研究了密绕螺线管在炸药内爆驱动下的稳定性问题。计算结果表明,炸药网络板多点起爆方式对套筒冲击不稳定性的发展影响较大,网络起爆点数量的增加可以有效抑制套筒界面不稳定性的增长。相比于环氧缓冲层,在炸药与螺线管套筒之间添加1~2 mm的间隙可以更有效地衰减爆轰波引入的周期扰动。

     

  • 图  多级MC-1装置的工作原理

    Figure  1.  Working principle of the cascade MC-1 device

    图  密绕螺线管结构示意图

    Figure  2.  Schematic of the densely wound solenoid

    图  密绕螺线管主要工艺示意图

    Figure  3.  Schematic of the fabrication of the densely wound solenoid

    图  螺线管各部分电流密度分布示意图

    Figure  4.  Schematic of the current density distribution of the solenoid

    图  螺线管中螺旋层轴向各位置的电磁力分布

    Figure  5.  Electromagnetic force distribution of the solenoid along axial direction

    图  高速摄影测试布局

    Figure  6.  Layout of the high-speed photography

    图  套筒收缩过程的高速摄影图像

    Figure  7.  High speed photographs of sleeve shrinking process

    图  二级套筒内径及磁压力时程曲线

    Figure  8.  Time-history of the inner diameter and the magnetic pressure of the secondary sleeve

    图  内爆压缩过程数值模型

    Figure  9.  Numerical model of the implosion compression process

    图  10  炸药起爆过程

    Figure  10.  Explosive detonation process

    图  11  套筒收缩过程云图

    Figure  11.  Diagram of sleeve shrinking process

    图  12  套筒界面速度时程曲线

    Figure  12.  Time-history curves of sleeve interface speed

    图  13  起爆点数增加对套筒内表面界面速度分布的影响

    Figure  13.  Influence of increasing initiation points on the velocity distribution of the inner surface of the sleeve

    图  14  起爆点数不同时套筒界面速度方差时程曲线

    Figure  14.  Time-history curves of the velocity variance on the sleeve interface with various number of the initiating points

    图  15  起爆点数不同时炸药界面速度方差时程曲线

    Figure  15.  Time-history curves of the velocity variance on the explosive interface with various number of initiating points

    图  16  强度不同时套筒界面速度方差时程曲线

    Figure  16.  Time-history curves of velocity variance on sleeve interface with different strengths

    图  17  缓冲介质不同时套筒界面速度方差时程曲线

    Figure  17.  Time-history curves of velocity variance on sleeve interface with different buffer medium

    表  1  Comp B炸药的模型参数

    Table  1.   Model parameters of Comp B explosive

    $\;\rho $/(g·cm−3)D/(km·s−1)A/GPaB/GPaR1R2$\omega$E/MPapCJ/GPaV
    1.7177.98524.237.684.21.10.348529.51
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    表  2  环氧材料模型参数

    Table  2.   Model parameters of epoxy material

    $\;\rho $/(g·cm−3)G/GPa$\sigma$Y/GPaC/(km·s−1)S1S2S3${ {\gamma } }$0V
    1.1862.320.150.2571.624000.851
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    表  3  漆包铜线排布层模型参数

    Table  3.   Model parameters of enameled copper wire arrangement layer

    $\;\rho $/(g·cm−3)G/GPa$\sigma$Y/GPaC/(km·s−1)S1S2S3${ {\gamma } }$0V
    7.268240.020.3941.490002.021
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-18
  • 修回日期:  2020-11-11
  • 发布日期:  2020-11-25

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