装药动爆冲击波特性研究

导弹、炮弹等战斗部爆炸时具有一定的速度,较大的运动速度会使爆炸冲击波场分布发生变化,进而对弹药的毁伤威力产生影响。本文中采用AUTODYN软件对速度分别为0、272、340、680、1 020和1 700 m/s的TNT球形裸装药在空气中爆炸的冲击波场进行了仿真计算,定量研究装药在动爆条件下的峰值超压、比冲量和正压作用时间等威力参数特性。结果表明,方位角小于90°时装药速度与冲击波超压、比冲量成正相关,与正压作用时间成负相关;方位角大于90°时装药速度与冲击波超压、比冲量成负相关,与正压作用时间成正相关。超压峰值大小沿方位角成正弦变化。最后,分析了冲击波峰值超压数据,建立了动爆冲击波超压的计算模型,该模型计算结果与仿真和实验结果吻合较好。

     

聚醚醚酮壳体战斗部爆破威力试验

为了验证聚醚醚酮（polyether ether ketone, PEEK）作为低附带毁伤战斗部壳体材料的可行性,设计了等厚度聚醚醚酮壳体和2A12铝制壳体作为爆破战斗部外壳。通过静爆威力对比试验,并结合峰值超压测试及高速摄影技术,对超压、比冲量及破片情况进行综合分析。试验结果表明,相同壳体厚度的聚醚醚酮壳体战斗部较2A12铝壳体战斗部质量减轻了一半以上,对人员超压毁伤半径几乎一致,聚醚醚酮壳体战斗部爆轰能量更多转化为冲击波能,且随着比例距离增加,比冲量高于2A12铝;聚醚醚酮壳体在爆炸载荷作用下破碎形成小破片,试验后仅回收到一枚边缘烧蚀的破片。可认为破片飞散时在爆轰产物高温高压作用下全部燃烧,聚醚醚酮壳体不产生杀伤破片,破片附带损伤小。战斗部壳体可采用聚醚醚酮材料,有效控制毁伤范围,满足城市作战中低附带毁伤效果需求。     

舰用动爆冲击波记录系统的设计与应用

利用抗恶劣环境的存储测试技术,以单片机和CPLD为主控芯片,设计了一种舰用动爆冲击波记录系统。系统具备内、外触发功能,采用光纤传输触发信号,提高触发电路的抗干扰能力,确保系统具有同一时间基准和可靠触发。通过激波管校准实验和舰船实验,系统成功记录了冲击波信号,证明了该系统具有良好的实用性和可靠性。     

化爆冲击波和炮口冲击波对生物致伤效应的对比研究

通过TNT化爆和火炮现场试验,探讨了化爆冲击波和炮口冲击波的异同点,结果发现两者的频谱大致相似。但化爆冲击波只有一次激波,而炮口冲击波有两次激波,有时甚至可见到三次激波。生物效应致伤的靶器官也有所不同,化爆冲击波以肺损伤较为多见,而炮口冲击波似乎以上呼吸道更为敏感,结果提示化爆可以模拟炮口冲击波,但又不完全等同于炮口冲击波,必要的火炮现场试验是必不可少的。     

大断面隧道钻爆冲击波的衰减规律

隧道开挖爆破产生的空气冲击波的破坏效应,将会对人员、机具设备与周围环境造成危害。隧道钻孔爆破冲击波的影响因素比裸露药包爆炸更多、更复杂,研究其衰减规律对采取合适的防护措施意义重大。本文中开展了时速350 km双线铁路大断面隧道钻孔爆破空气冲击波的现场测试,分析了不同工况下冲击波传播规律及影响因素。结果表明：钻爆冲击波超压时程曲线存在多个不同幅值的超压波峰,波峰之间具有明显微差延时的短间隔性,传播至远场未形成稳定的单一平面波,与单一药包爆炸冲击波的传播规律存在差异;钻爆冲击波超压信号由多段与微差延时相对应的子信号叠加而成,子信号数量与毫秒延期雷管段数相同,呈现出典型的时域特征;相同爆破条件下,大断面隧道钻爆时的乳化炸药冲击波转化因数小于小断面巷道工况下的;相较于总药量及最大段药量,按掏槽药量计算的超压峰值与实测超压峰值之间的相关性最强,钻爆冲击波最大超压峰值宜按掏槽段炸药TNT当量确定;隧道内大型机械设备等障碍物改变了钻爆冲击波流场的传播规律,呈现较明显的叠加放大效应。

     

柱形杀爆战斗部的破片初速分布

针对有限长柱形杀爆战斗部装药两端的稀疏波效应而提供了比较符合实况的有效装药模型，并由此求得适用于估算柱形杀爆战斗部破片初速的修正型格尼公式，用它计算的破片初速分布与实验结果极为相符。     

壳体外表面刻槽对杀爆战斗部破片速度的影响

在所述试验装置条件下，试验结果表明：槽深临界值Ｐｃ不小于１／２壳体壁厚，只要满足槽深值Ｐ〈Ｐｃ，则破片速度将随Ｐ值增加而呈上升趋势，且与刻槽网格元和槽口形状无关；战斗部壳体外表面的合理刻槽不但可有效控制破片形状和大小，而且不会降低破片速度和炸药能量利用率。     

FAE战斗部毁伤威力评价的试验研究

利用基于靶板毁伤效应和超压-冲量准则的FAE战斗部毁伤威力评价方法,分别对三种不同起爆方式和燃料配方的FAE战斗部进行了毁伤威力评价的试验,并计算得到了相应的TNT威力当量值。结果表明,1#云爆弹在炸距3.8 m之后靶板的变形挠度大于同药量的RDX/TNT装药,在炸距3.8～4.2 m之间的TNT当量约为2.0;在炸距13～18 m之间,采用新型固液混合燃料的2#云爆弹的靶板变形挠度约为传统环氧丙烷燃料的3#云爆弹的1.4倍,TNT当量分别为3.75和2.96。     

爆炸冲击波的动态破岩特性研究

运用爆炸冲击波理论,讨论了炮孔柱状装药爆破时的岩石粉碎区及其形成时间、爆腔半径及其扩胀规律。通过分析表明：影响粉碎区半径和爆腔半径的主要因素是冲击波的强度、岩石的性质和炮孔尺寸等。     

黏土中爆炸成坑地冲击耦合效应实验研究

为获得黏土中爆炸成坑体积与耦合地冲击能量的关系,采用10.5 g TNT厘米级球形炸药球作为爆炸源,在$varnothing $1500 mm×1490 mm分层式爆炸装置中开展了变埋深条件下的爆炸实验,利用3D扫描设备记录不同埋深下弹坑的真实体积,并通过动态土压力传感器测得地冲击传播衰减规律。实验结果表明：随埋深增大,耦合至黏土中的有效地冲击能量急剧增大,装药中心下方的有效弹坑体积与耦合至黏土中的有效地冲击能量基本呈正比关系,当装药比例埋深与封闭爆炸条件下爆炸空腔半径相当时,耦合至黏土中的有效地冲击能量基本达到饱和。结合实验结果给出了黏土中爆炸耦合地冲击能量分配随装药比例埋深的变化规律,建立了地下爆炸等效封闭当量计算方法,为地下工程抗爆设计提供了理论依据。

     

柔性障碍物对甲烷空气爆炸波激励作用的实验研究

为研究柔性障碍物对甲烷空气爆炸波的激励效应,采用双向拉伸聚丙烯（biaxially oriented polypropylene, BOPP）薄膜作为柔性障碍物将管道内甲烷空气预混气体与空气隔开,对比障碍物前后火焰、激波变化,分析膜状柔性障碍物激励效应的机理。实验结果表明:这种具有一定承压能力的柔性障碍物对甲烷爆炸波产生的激励效应不可忽视,在膜片破裂前产生多次激波反射过程,可诱导湍流火焰形成,促使膜前爆炸压力提高,膜片破裂后,火焰在伴流作用下传播速度突增,并加速逐渐逼近前驱冲击波,致使膜后爆炸压力大幅提高;激励效应可使膜片前后最大爆炸压力相差5倍,火焰速度相差7倍;另外在膜片位置2.5 m后增设一道膜片,可增强这种激励效应,而增加膜片的实质是使激波火焰相互作用的次数增加。     

基于DIC技术的爆炸应力波过异质界面应变场演化规律实验研究

采用氯仿粘结聚碳酸酯（polycarbonate, PC）板和聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA）板模拟含异质界面模型;在PC介质中布置柱状炮孔并与界面呈一定角度,根据炮孔端部与界面相对位置,分别于柱状炮孔两个端部设置起爆点,起爆点远离界面端部时定义为孔口起爆,靠近界面端部时定义为孔底起爆;借助数字图像相关实验系统,研究爆炸应力波通过异质界面后PMMA介质应变场演化过程及炮孔底部区域拉、压应变变化规律。实验结果表明,异质界面改变了爆炸应力波过界面后的传播形态。孔口起爆时,异质界面受爆破荷载作用后易形成应力集中区,界面处产生开裂,横向拉伸波作用是造成异质界面开裂的主要原因。起爆方式对过界面后介质PMMA的横/纵向拉、压应变场作用贡献不同,主要体现在应变场强度、拉/压应变场位置分布2个方面。在炮孔底部区域,起爆方式对应变场时程特性的影响主要体现在作用时效长短和应变强度2个方面。孔口起爆时,横/纵向应变体现出短时效、高强度的变化特征。就应变强度而言,起爆方式对横向压应变的影响显著强于其对纵向拉应变的影响。对空间分布特性影响主要体现在衰减程度,起爆方式对纵向应变衰减程度影响较大。无论采用何种起爆方式,爆炸应变场在PC介质中衰减速度较快,进入PMMA介质后衰减速度显著降低。

     

Experimental investigation of door dynamic opening caused by impinging shock wave

To prevent damage caused by accidental overpressure inside a closed duct (e.g. jet engine) safety valves are introduced. The present study experimentally investigates the dynamic opening of such valves by employing a door at the end of a shock tube driven section. The door is hung on an axis and is free to rotate, thereby opening the tube. The evolved flow and wave pattern due to a collision of an incident shock wave with the door, causing the door opening, is studied by employing a high speed schlieren system and recording pressures at different places inside the tube as well as on the rotating door. Analyzing this data sheds light on the air flow evolution and the behavior of the opening door. In the present work, emphasis is given to understanding the complex, unsteady flow developed behind the transmitted shock wave as it diffracts over the opening door. It is shown that both the door inertia and the shock wave strength influence the opening dynamic evolution, but not in the proportions that might be expected.     

Modelling a shock wave source for seismic well survey

The shock wave seismic source has specific advantages for reservoir survey, particularly in the technique of vertical seismic profiling. This paper is concerned with the modelling of the characteristics of a shock wave device under conditions typical of its use as a surface seismic source. Such modelling necessitates numerical solution of the time-dependent conservation equations for axi-symmetric geometry under conditions where the fluid in the surface borehole may be air or water. A version of the piecewise parabolic method has been used to take account of the two-phase behaviour based on the formal properties of the well-known Tait equation of state for water. Results are presented which enable predictions to be made for use in the field of the pressure and velocity signatures of the shock wave source in terms of axial and radial profiles. Such information is significant in the assessment of the degrees of compressional- and shear-wave energies delivered by the source in vertical seismic profiling surveys of reservoirs. Received 6 November 1997 / Accepted 3 March 1998     

基于动态特性补偿的冲击波测试数据处理方法

利用激波管对传感器进行动态标定,采用特殊白化滤波器广义最小二乘迭代法建立冲击波测试传感器的数学模型并对其动态特性进行分析,提出采用基于零极点相消原理补偿法来对传感器动态特性进行补偿。实际试验的测试数据处理应用表明,基于动态特性补偿的数据处理方法能够提高传感器动态特性和冲击波测试数据的准确度。

     

Experimental study of toroidal shock wave focusing in a compact vertical annular diaphragmless shock tube

The paper reports results of experiments regarding toroidal shock wave focusing in a vertical shock tube as a part of a series of converging shock wave studies. This compact vertical shock tube was designed to achieve a high degree of reproducibility with minimum shock formation distance by adopting a diaphragmless operating system. The shock tube was manufactured in the Institute of Fluid Science, Tohoku University. An aspheric lens shaped cylindrical test section was connected at the open end of the shock tube to visualize the diffraction and focusing of the toroidal shock wave released from the ring shaped shock tube opening. Pressure transducers were flush mounted on the shock tube’s test section to measure pressure histories at the converging test section. Double exposure holographic interferometry was employed to quantitatively visualize the shock waves. The whole sequence of toroidal shock wave diffraction, focusing, and its reflection from the symmetrical axis were successfully studied. The transition of reflected shock waves was observed.     

浅层水中爆炸冲击波对混凝土墩斜碰撞作用试验研究

通过含铝炸药JHL-3的实爆试验,得到混凝土墩在单个装药浅层水中爆炸、两个装药浅层水中对称及不对称设置同步起爆爆炸作用下、混凝土墩迎爆面上的冲击波压力响应数据;获得了迎爆面中心反射压力峰值计算模型;分析了两个装药浅层水中爆炸冲击波对混凝土墩绕射及透射作用效应。