Page 171 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 伍俊英，等： 金属桥箔电爆炸驱动飞片过程流场瞬态观测与数值模拟 第 1 期

grid model. The calculated flow field density distribution closely matches the experimental results, and the maximum errors in
flyer motion distance and velocity are 6.1% and 8.1%, respectively, validating the accuracy of the calculation model and
calculation method. The research results indicate that when the capacitance is 0.33 μF and the initiation voltage is 2 800 V,
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within the research range, the maximum pressure in the flow field remains approximately 1×10 Pa; the temperature in the flow
field gradually decreases from 9 950 K at 516 ns to 3 100 K at 2 310 ns; and the plasma phase distribution in the flow field
gradually evolves from a flat shape to a long strip shape, with the maximum diffusion distance of plasma in the direction
perpendicular to the motion of the flyer being 0.8 mm. At 1 360 ns, upon th flyer's breakthrough of the shock-wave front, a
distinct bulge-shaped profile emerges in the leading edge of both pressure and temperature distributions within the flow field.
Keywords: metal foil; electric explosion; flyer; flow field

战场环境的愈发复杂恶劣以及现代武器系统的快速发展，对武器弹药系统的安全性提出了更严苛
的要求。给金属桥箔施加脉冲大电流，可以使其迅速发生电爆炸，产生高温高压的等离子体，以该等离
子体驱动绝缘飞片为基础的冲击起爆与点火技术，具有较高的安全性，在武器弹药的起爆与点火系统中
被广泛应用 [1-2] 。然而，当前对飞片运动过程中流场演化特征的研究还比较缺乏，影响了该技术向能量高
效利用及小型化等方面的进一步发展。因此，发展更完善的计算方法和测量手段，有利于更深入地研究
飞片运动过程中的流场演化特性，具有重要的理论和工程应用价值。目前，学者们已经从实验与数值模
拟两方面对金属桥箔电爆炸驱动飞片的过程进行了诸多研究。实验方面：Murphy 等 [3] 搭建了激光纹影
系统，对桥箔电爆炸驱动飞片过程的流场分布进行了瞬态观测，得到了飞片运动过程中等离子体、冲击
波以及飞片的纹影图像。Willey 等 [4] 为研究飞片形态的变化规律，通过 X 射线成像和 3D 重建技术表征
了飞片的形态，研究结果表明，在飞片产生的初期，其平面性以及完整性比较好，随着时间的推进，飞片
逐渐弯曲甚至破裂。Wang 等 [5] 研究了桥箔宽度与加速膛直径的相对尺寸对飞片形态的影响，研究结果
表明：当桥箔宽度大于或等于加速膛直径时，飞片的完整性较好；当桥箔宽度小于加速膛直径时，飞片由
于剪切不受控制导致其完整性较差。在数值模拟方面：Hrousis 等 [6] 建立了三维磁流体力学计算模型以
及计算方法，计算并分析了飞片在运动过程中，其速度、形态以及冲击压力的变化规律，Saxena 等 [7] 采用
类似的方法，获得了飞片速度随时间的变化曲线。程立 [8] 采用 AUTODYN 有限元非线性计算软件分析
了飞片速度随爆炸箔尺寸以及充电电压大小变化的规律，发现爆炸箔长度和厚度越大，飞片速度越低，
充电电压越大，飞片速度越高，飞片的完整性随爆炸箔长度的增大以及充电电压的增大而变好。钱石川等 [9]
采用 AUTODYN 计算软件研究了加速膛材料的特性对飞片速度的影响，发现当加速膛材料的硬度较大
时，其在剪切飞片时发生的形变较小，不会对飞片的加速过程产生较大的影响，从而使飞片的速度较
大。Xu 等 [10] 利用 AUTODYN 软件研究了表面覆盖一层铜膜对聚氯代对二甲苯飞片性能的影响，发现表
面覆盖铜膜会降低飞片的速度、提高飞片的冲击压力。
在桥箔电爆炸驱动飞片运动过程的数值模拟方面，大多采用 AUTODYN 等非线性显式动力学软件，
采用该软件对飞片的剪切环节以及加速膛内的加速环节的模拟效果较好，与实际结果比较贴合，但对飞
片运动过程中流场行为的描述却存在着不足与欠缺，没有获得流场温度、压强等参数的时空演化规律以
及高温高压等离子体的膨胀扩散过程。为弥补上述缺陷，伍俊英等 [11] 建立了桥箔电爆炸驱动飞片运动
过程的流体动力学计算模型与计算方法，较准确地获得了加速膛内流场的压力分布及飞片不同位置处
的温度分布，较好地描述了加速膛内部的流场行为，但该研究未考虑加速膛外部的流场变化，没有获得
飞片运动过程中加速膛外部流场分布的演化规律。
基于上述研究，本文中通过建立金属桥箔电爆炸驱动飞片运动过程的二维轴对称流体动力学计算
模型和计算方法进行相应的数值模拟，计算充分考虑加速膛内外流场的演化规律，以获得桥箔电爆炸驱
动飞片运动过程中流场压强、温度与等离子体相分布的时空演化规律。为验证计算模型与计算方法的
准确性，采用双脉冲激光纹影瞬态观测系统，对飞片运动过程的流场分布进行瞬态观测，通过对比计算
与实验获得的流场密度分布、飞片运动距离与速度，来验证计算模型以及计算方法的准确性。

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