为研究破片撞击充液容器引起的液体喷溅特性,开展了液压水锤及液体瞬态喷溅试验,并利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对该过程进行数值模拟。验证仿真模型的正确性后,研究了液体喷溅特性及破片撞击速度对其的影响。结果表明:主喷溅阶段空泡溃灭所产生的压力远大于低频脉动阶段,而在低频脉动阶段,空泡会反复膨胀与收缩,故低频脉动阶段的压力脉冲持续时间长于主喷溅阶段;空泡溃灭是液体射流产生的直接原因。喷溅流量与侵彻孔处液体压力、侵彻孔附近的液体质量有关;液体射流初始喷溅速度不仅与侵彻孔处液体压力有关,还与侵彻孔附近液体的运动速度有关。

为研究液压水锤效应引起的液体喷溅特性及其影响因素,进行了高速破片撞击充液容器的试验,测试了液体内的空腔振荡特性、压力分布特性和容器外的液体喷溅特性。试验结果表明:液压水锤效应引起的液体喷溅有两个不同的阶段。第一个阶段发生在空腔生长到最大体积后的400~700μs内,喷溅液体的头部呈箭状;在第二个阶段出现多次形状相似的脉动喷溅,且单次脉动均发生在每次空腔溃灭之后,喷溅液体具有伞状头部与线状尾部。液体内的压力和侵彻孔的形态共同影响液体的喷溅速度,相对喷溅速度与破片的撞击速度成反比。喷溅液体在运动过程中存在速度波动,且随着喷溅次数的增加,液体喷溅速度逐渐下降,速度拐点出现的位置逐渐接近侵彻孔。

为研究Zr基非晶合金破片撞击充液容器形成的液压水锤效应,本文开展了Zr基非晶合金和45钢破片撞击对比试验,并通过高速摄像和压力传感器对撞击过程及压力变化进行捕捉。试验结果表明:Zr基非晶合金破片在穿透过程中发生破碎,在液体中形成碎片云,造成的液压水锤效应同样具有传统惰性破片的典型阶段;同45钢破片相比,非晶合金破片形成的空腔径向尺寸更大,轴向尺寸更短,空腔振荡阶段更剧烈;液压水锤冲击及阻滞阶段,Zr基非晶合金破片撞击容器产生的近端压力峰值更大。