Page 44 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019

激 光 驱 动 飞 片 飞 行 特 征 研 究 进 展 259

的情况下，离子束溅射得到的 Al 单层飞片剪切形貌清 能量，并产生显著拉伸与层裂效应，反而影响飞片的平
晰，粘贴的 Al 箔有显著的拉伸纹样，离子束溅射的多 面度与完整性；韧性过低则会导致等离子体生成过程
层飞片有清晰的剪切纹样，电子束蒸发的多层飞片则 中受到的约束不足，加速效果不够理想，同时飞片对于
有鼓包与拉伸纹样。牛锦超据此认为，飞片结构需要 冲击加载的承受能力不够，从而影响到飞片的平面度
适中的韧性：好的韧性能够保证飞片的平面度与完整 与完整性。
性，但韧性过高会导致飞片形成过程消耗过多的激光 工程应用中，通常在飞片靶材料后置一加速膛用
于限制飞片飞行轨迹和剪切形状，因而制备方法对飞
片质量的影响更为复杂。目前对于制备方法的影响尚
处于简单对比实验现象的阶段，未来的研究应当明确
并定量测量飞片结构的特征力学性能参数，并与飞片
的速度、平面度与完整性联系起来，探索其作用规律。

3 激光驱动飞片速度研究进展

a. single Al flyer prepared by ion beam sputtering 前文提到了飞片速度对冲击起爆的重要意义，文
献中对激光驱动飞片速度的研究主要包括：激光驱动
飞片速度的理论模型、影响速度因素的作用规律以及
速度测量技术。目前速度测量技术主要为光学方法，
瞬时速度测量以 PDV 与 VISAR 为典型代表，平均速度
测量以高速摄影为主。文献［9］较全面地综述了飞片
速度测量技术的研究现状，本文不再赘述。
3.1 激光驱动飞片速度理论计算方法
激光驱动飞片是多种因素综合作用的过程，因此
b. single Al flyer prepared by field‑assisted diffusion bonding
不同学者对于激光驱动飞片速度理论模型的建立有不
同的出发点，理论基础也不尽相同，文献报道中的推导
出发点主要包括：能量守恒定律、激光支持的爆轰波
（LSD）以及等离子体状态方程。
3.1.1 基于能量守恒定律
1943 年，R. W. Gurney ［34］ 提出了用于计算炸药驱
动破片运动速度的模型，Gurney 避开了复杂的爆轰物
理问题而仅利用能量守恒关系，并假设爆轰产物密度
c. Cr/Al flyer prepared by ion beam sputtering 恒定且速度呈一维线性分布、爆轰能量完全转换为破
片与爆轰产物动能并且不考虑冲击波作用，得到计算
公式的基本形式为：
a r
1 1 0 ( ) 2
EC = ∑ m v 0 2 + v 2 Sρ ∫ d r （1）
i
2 i 2 0 a
-1
式中，v 为破片的终速度，m·s ；S 为弹药壳体的表面
0
2
-3
积，m ；ρ 为爆轰产物的密度，kg·m ；r 为破片到爆炸
中心的距离，m；a 为爆轰产物的作用距离，m；m 为某
i
d. Cr/Al flyer prepared by electron beam evaporation 一 破 片 的 质 量 ，kg；C 为 装 药 的 质 量 ，kg；E 为 Gurney
-2
2
图 8 不同工艺制备飞片系统发射后的形貌 ［29］ 能，m ·s 。该式的物理意义为：爆轰能量等于破片动
Fig. 8 Morphologies of flyer systems prepared by different 能加上爆轰产物动能。此外，Gurney 在该报告中提
technologies after launching ［29］
到，根据弹药壳体的不同形状，能够化简得到不同的计
CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 3 期 （255-264）