Page 65 - 《含能材料》优秀论文（2019年）

新 型 亚 稳 态 合 金 材 料 冲 击 释 能 特 性 693

素，通过机械加工，得到直径 8 mm，高 10 mm 的圆柱 冲击波伴随碎片呈球形向外传播，如图 2c 与图 2d 所
体破片；实验器材为密封箱体、14.5 mm 弹道枪、测速 示；由于系统内外压力不平衡，高温高压气体及碎片从
靶、瞬时超压传感器、数采仪等，箱体的尺寸、结构、材 被贯穿的前板喷出，形成火舌，直至箱体内外压力相
料及传感器位置与文献［11］相同。 等，如图 2e 与图 2f 所示。

图 1 准密封箱测试布置概略图
Fig.1 Layout sketch diagram for quasi‑sealed chamber test
准密封箱冲击超压实验布置概略如图 1 所示，破
片及尼龙弹托由 14.5 mm 弹道枪发射，实验中，冲击
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速度 v 为 500~1500 m·s ，尼龙弹托刻有凹槽保证破
片飞行过程中弹托破碎分离。三块铝箔断通靶纸与计
时仪相连，可计算破片通过前后两个靶纸间隔的平均
速度，若测量结果的速度差小于平均值的 5%，则测试
结果有效，取后一速度作为破片冲击速度。圆柱密封
箱容积为 35.2 L，前板材料为低碳钢，厚度 0.5 mm，底
板为 30 mm 厚的硬质钢板，破片撞击底板后激发化学
反应。箱壁上的瞬时超压传感器连接测试仪，用于测
量箱内超压信号。由于瞬时超压信号测试过程中箱体
前板已被破片贯穿，故称为准密封箱冲击超压实验。
图 2 冲击速度 1152 m·s 时破片 SICR 过程高速摄影图像
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密封箱侧面有圆形窗口，可用高速摄影机观察破片的
Fig. 2 High‑speed photographic images of the SCIR process
SICR 过程，高速摄影频率设置为 10000 帧/s。
of fragment at a shock velocity of 1152 m‑s -1
3 结果与讨论 3.2 超压变化规律
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图 3 为冲击速度 834 m·s 时传感器测得的实测
3.1 材料 SICR 现象 压力曲线与准静态压力曲线，与氧平衡反应类、富氧反
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冲击速度 v=1152 m·s 时，高速摄影捕捉的材料 应类 MESM 不同，该亚稳态合金材料破碎并与空气充
SICR 现象较为清晰，如图 2 所示。假设破片进入画幅 分混合后才发生剧烈化学反应，因此实测压力曲线的
的第一帧时刻为 t=0 ms（图 2a），可以清楚地看到破片 初始冲击波不明显。为避免测试噪音对实验结果规律
冲击箱体前破片弹托已分离，破碎后的弹托弹道性能变 的 影 响 ，一 般 采 用 平 滑 所 得 准 静 态 压 力 曲 线 研 究
差，空气阻力增大，因此位于破片后方飞行。t=0.3 ms MESM 冲击反应规律，曲线平滑步长取 50 个数据点，
时，破片冲击前板，巨大的冲击压力导致破片部分破碎 如图 3 所示，准静态压力曲线与实测压力曲线走势吻
释能（图 2b）；在破片贯穿前板后，部分碎片与主破片 合。表 1 为破片试样在不同冲击速度下的超压峰值，
构成椭球状碎片云向底板飞行，该现象与文献［23］提 m 表示破片质量，超压峰值 Δp 表示材料 SICR 过程中
出理论模型所描述的碎片云分布规律相似（图 2c）；碎 超压时程曲线的最大值。
片云撞击底板导致材料内部压力、温度急剧升高，主破 图 4 为不同冲击速度下的 p‑t 曲线，材料受冲击并
片进一步破碎，高温碎片与空气混合并发生剧烈的化 激发释能反应后，箱体内压力迅速上升，表现为曲线第
学反应，导致箱体内局部空气温度、压力升高，并产生 一阶段较为陡峭，当压力达到峰值后，由于气体从被贯

CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 8 期 （692-697）