不同装药坑道内爆炸冲击波传播规律的试验研究

为了评估装药爆炸毁伤威力,研究了不同装药坑道内爆炸冲击波的传播规律,进行了坑道内的爆炸试验,并分析试验数据.结果表明:爆炸初始冲击波在坑道内传播到一定远的距离处,逐渐形成稳定的平面波,并且在一定距离内其比冲量越来越大;坑道中装药种类对近场爆炸冲击波峰值超压影响较大,对足够远处影响较小;温压炸药的特性决定了它在不同测点的冲击波正压持续时间都比TNT长.     

舱室内爆炸压力载荷测试方法研究

针对装药在密闭或准密闭舰船舱室内的爆炸实验,研究首次反射冲击波和准静态压力两种毁伤压力载荷测试方法。分析了舱室内装药爆炸形成的首次反射冲击波和准静态压力两种载荷的频率与幅值特性,阐明了采用不同频响传感器分别进行测量的必要性和合理性;提出了采用高频压电传感器测量首次反射冲击波和低频压阻传感器测量准静态压力的传感器选型方法;给出了专用工艺工装设计以及传感器布设方法,其中尼龙套筒工装可有效起到绝缘和衰减应力波的作用,其内腔传压管设计可有效消除爆炸产生的高频信号和光、热信号对压阻传感器的干扰,从而保证了测试精度。进行了模拟舱室内的装药爆炸实验,所得测试数据与经典公式计算结果一致性良好。研究结果表明：所提出的舱室内爆炸毁伤压力载荷并行测试方法以及工艺工装设计合理可行,能够在获取足够精度的反射冲击波数据基础上更加精确地获取准静态压力峰值及衰减规律;为了准确获取舱室内爆炸压力载荷数据,在合理预估待测信号幅值范围前提下,首次反射冲击波测试采样率应为兆赫兹量级,准静态压力测试采样率应为千赫兹量级;为了防止干扰信号对测试的影响,应采用尼龙套筒工装并采用过盈配合的安装方法。     

全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究

在内爆炸载荷作用下,舱室内部长时程准静态压力载荷会对结构极限变形产生重要影响,使得其结构响应与敞开环境空爆下的情况有较大区别。计算分析了方形薄板在内爆炸载荷作用下动态响应,基于薄板在冲击载荷作用下的变形规律,提出了用于评估结构在内爆炸载荷作用下极限变形的无量纲损伤数。该无量纲损伤数考虑了舱室体积、炸药能量、结构几何尺寸及屈服强度等因素对内爆炸载荷作用下结构变形响应特性的影响。薄板变形的分析结果表明,结构极限变形与板厚比和无量纲损伤数之间存在明显线性关系,可通过拟合获得舱内爆炸载荷作用下结构极限变形的快速预报经验公式。提出的无量纲损伤数考虑了板大变形响应过程中的中面膜力效应和板厚影响,更加适合于分析薄板在内爆炸载荷作用下的塑性大挠度变形值。     

温压炸药内爆炸压力特性及威力试验研究

为研究温压炸药内爆炸压力特性和威力,基于爆炸相似律与理想气体状态方程分析建立了冲击波超压及准静态压力计算模型,并利用爆炸罐开展了温压炸药和梯恩梯（TNT）炸药裸药柱内爆炸试验。结果表明：内爆炸压力效应包括冲击波压力和准静态压力,准静态压力上升伴随着冲击波的多次反射,反射结束后准静态压力上升到峰值并维持较长时间;温压炸药内爆炸冲击波超压峰值和准静态压力峰值较TNT炸药分别提高了18.0%和62.9%,基于内爆炸冲击波超压和准静态压力计算得到的温压炸药TNT当量分别为1.18和1.63.     

复合装药威力性能试验分析

为研究复合装药威力性能,设计由高爆速理想炸药和含铝炸药组成的内外复合装药结构.在分析复合装药作用原理的基础上,采用压力传感器法研究不同装药结构的冲击波超压性能,利用靶网测速法研究不同装药结构对破片初速的影响.试验结果表明:相对于单一含铝炸药,外层高爆速炸药、内层由含铝炸药组成的复合装药结构可显著提高冲击波超压值和破片初速.     

金属加速炸药/高爆热炸药复合装药爆炸特性研究

通过理论分析和仿真计算研究金属加速炸药/高爆热炸药复合装药的能量输出特性,以及对破片驱动和冲击波超压性能的影响;选择3种炸药组成复合装药结构,制备全预制破片战斗部样弹,采用试验方法验证复合装药的破片驱动能力和冲击波超压特性,并与金属加速炸药单一装药进行比较。结果表明,理论分析及仿真计算与试验结果吻合较好,复合装药的爆速及爆热值在组成复合装药的炸药的极限参数之间;通过复合装药配比调整可以达到破片与冲击波超压综合能量最佳匹配,可应用于杀爆战斗部优化设计。     

空中气压环境对爆炸冲击波的影响研究

为获取不同气压环境下的爆炸冲击波传播规律,实现对不同气压环境下的爆炸冲击波性能快速预估,采用非线性动力学软件AUTODYN进行数值模拟,对数据进行分析与拟合,并通过低气压环境冲击波传播试验对拟合公式进行精度验证。结果表明：在同一对比距离下,冲击波超压峰值随着大气压力降低显著下降,低气压环境不利于冲击波的正常传播;基于数值模拟结果拟合考虑大气压力和温度效应的计算模型,对比试验结果,拟合公式计算误差小于15.0%,平均误差小于±7.8%。     

舱室密闭空间中爆炸载荷燃烧增强效应试验研究

为研究梯恩梯(TNT)爆炸产物的燃烧释放能量对密闭空间中的爆炸载荷增强效应,开展7.50 g、11.25 g、15.00 g、22.50 g、30.00 g 5种不同质量的TNT分别在空气和氦气环境（抑制燃烧）密闭空间中的爆炸试验。通过压力、温度传感器及三维数字图像相关技术,得到爆炸载荷历程、准静态压力、封闭空间内气体温度、金属板试件的动态响应和最终变形等试验数据。对试验结果的分析和对比发现：TNT爆炸产物的燃烧效应对封闭舱室内的爆炸载荷与结构响应影响显著,5种不 同质量TNT在氦气环境中爆炸的准静态压力、温度峰值相较对应的空气工况中的降幅分别在38.81%~46.85%和57.53%~76.35%;试件最终变形较空气工况的降幅在19.1%~48.9%;建议在结构内爆响应的计算评估中应考虑爆炸载荷燃烧增强效应的影响。     

球形装药近距离爆炸正反射冲击波实验研究

对于大当量爆炸容器设计,准确的爆炸近区正反射冲击波压力和冲量数据至关重要。通过实验方法获得了比距离为0.098～0.5 m/kg1/3范围内球形装药爆炸正反射冲击波压力峰值、冲量和）中击波到时,并结合文献[1-2,4]中的数据,拟合得到了压力峰值、比冲量和比例时间与比距离的经验关系式。结果表明：压力峰值随比距离增大呈指数衰减;反射冲量与爆炸当量成正比,与距离的平方成反比。     

炸药周围水层对空气冲击波反射超压影响的实验研究

通过在容器内用适量水包裹炸药进行水消减冲击波的爆炸实验,研究水与炸药的质量比值、比例距离对冲击波反射超压的影响,并对水消减冲击波的规律进行了分析。研究结果表明：相比于无水爆炸,置水后冲击波反射超压随比例距离增大呈先增后减趋势,在比例距离为0.255 m/kg¹³时,置水后的反射超压峰值均大于无水时的结果,且随着水药比的增大而增大, 水药比为6时的压力峰值可达无水时的8倍;当比例距离增大至1.21 m/kg¹³时,水可以显著降低反射超压峰值,相比无水爆炸降幅可达60%.     

不同量级TNT爆炸冲击波参数相似律实验研究

为研究不同量级的TNT装药爆炸冲击波参数相似律,开展了四种药量TNT静爆实验,获取了不同爆距地面测点的压力-时间曲线,得到了峰值超压、正压作用时间和正压冲量等冲击波参数,并与文献值进行了对比分析.结果表明,冲击波参数均满足爆炸相似律,当比例距离小于3时,实验数据统计规律较差.通过拟合,得到了适用公斤级到百公斤级TNT爆炸的冲击波参数经验公式.     

高精度冲击波测试压电适配器的研究

针对当前冲击波测试数据峰值和比冲量不一致的问题,从传感器及其适配电路入手,研究了适配器电路的传递函数。由冲击波经验公式构造冲击波正压激励信号,分析了冲击波超压信号特征参数受压电适配器高低通截止频率的影响。结果表明,压电适配电路中高通截止频率f_H≤0.09 Hz,低通截止频率f_L≥150 kHz时,冲击波峰值误差、正压持续时间误差和比冲量误差均小于2%.按该参数设计的电路经信号发生器模拟冲击波信号测试验证了分析的正确性。分析结果为冲击波测试适配电路设计提供了依据。     

低压环境下膛口冲击波实验研究

为了解低压环境下膛口冲击波的传播特性,进行了低压环境下膛口冲击波的压力测试实验。通过低压舱配合抽真空装置实现低压环境,设计膛口冲击波压力测试系统,测得海拔12 km内7个高度对应压力下膛外多点处的压力曲线。实验结果表明：低压环境下冲击波场在膛口的分布规律与常压环境下一致;膛口冲击波强度随环境压力的降低近似呈线性减小,10 km高空的膛口冲击波强度仅为地面膛口冲击波强度的一半。研究结果对高空环境下膛口流场控制具有参考意义。     

聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究

为研究先进装甲目标内乘员部位冲击波毁伤效应,建立了典型装甲车辆乘员舱室模拟等效目标靶,开展了破甲弹静爆射流穿透装甲钢舱壁及炸药在舱内静爆条件下舱内冲击波试验。试验结果表明：聚能射流穿透装甲舱室后,在舱室内具有一定的冲击波毁伤效应;受射流穿透舱壁时舱体振动、测试位置、壁面反射、传感器安装方式等因素影响,测试波形差异较大;与裸装药在模拟装甲舱内爆炸的试验结果相比,聚能装药爆炸射流穿透舱壁作用下产生的冲击波波形更复杂;若采取无模拟舱底钢板的等效舱试验方法,更加有利于获取有效的超压测试波形。     

基于爆炸冲击波的战斗部炸点位置预测

为解决侵彻战斗部在建筑物等目标内部爆炸后的爆炸位置难以测定的问题,提出一种基于爆炸冲击波超压测试数据的炸点预测方法.基于爆炸冲击波传播速度与冲击波超压衰减规律,构建冲击波到达时间与传播距离的数学模型,将超定非线性方程组的最小二乘解转换为无约束多元非线性函数的极值求解,应用MATLAB软件的fminsearch函数计算获取炸点坐标,并应用实爆试验数据对比分析计算结果与实测结果.结果表明:该方法具有可行性,用于末端动态速度小于476.42 m/s,战斗部炸点预测的偏差在1.5 m以内.     

甲烷爆炸冲击波作用下密闭管道内动物损伤效应试验研究

通过观察管道内甲烷爆炸对大鼠的肺等组织损伤病理特征,分析损伤原因,为瓦斯爆炸伤的临床救治提供依据。采用甲烷-空气预混气体爆炸冲击波对密闭管道内大鼠的作用模型,观察冲击波对管道内不同位置大鼠的损伤程度,并从病理组织学角度分析冲击波作用下肺、肝、脾组织损伤效应及机理。结果表明：密闭管道内,甲烷爆炸后置于管道前端的大鼠灼伤程度比置于后端的大鼠严重,但后端大鼠的肺组织受到的冲击波损伤比前端大鼠更为显著,肺泡发生明显塌陷,Ⅰ型肺 细胞和Ⅱ型肺细胞连接断裂并消失,管道前端的5只大鼠死亡1只,管道后端的5只大鼠全部死亡;肝组织的损伤主要是肝细胞空泡样变性、血窦淤血、出血明显,汇管区有不同程度的淤血、出血、炎性细胞浸润及胆管上皮细胞坏死脱落;甲烷爆炸对大鼠的肺、肝、脾均造成损伤,但肺部损伤明显且形成致命损伤,肺显微结构和超微结构显示肺部对爆冲击波压力最为敏感,是冲击波作用的主要靶器官。     

爆炸冲击波作用下屏蔽装药模型起爆判据研究

为了研究屏蔽装药在爆炸冲击波加载下的临界起爆判据,基于侧壁影响可忽略和一维平面冲击波的假设,采用将冲击波作用下的战斗部简化为屏蔽装药模型,在简化主发炸药的爆轰波波形的基础上,将主发炸药的作用等效为破片冲击过程的方法,得到了战斗部简化模型的冲击起爆判据,此判据为不敏感弹药的研究提供了理论基础。     

炸药在空气中爆炸冲击波的地面反射超压实验研究

为进一步研究炸药在空气中爆炸的冲击波参数,对梯恩梯（TNT）、HL0（黑索今（RDX）95%+石蜡（Wax）5%）和HL15（RDX 80%+Wax 5%+Al 15%）3种炸药不同距离处的冲击波反射超压进行了测试。实验结果表明：相比HL0和TNT,HL15在距爆炸中心3 m、4 m和5 m处的峰值超压最大;随着距离的增加,在7 m、9 m和12 m处,3种炸药的冲击波峰值超压越来越接近。采用幂指数公式对3种炸药的冲击波超压与对比距离之间的关系进行拟合后发现：在距离R≤2.6 m时,3种炸药的峰值超压大小顺序为HL0≥HL15>TNT;当2.6 m HL0 >TNT;对于指前因子k值,HL0>HL15>TNT;对于衰减系数α值,HL0> TNT>HL15;k值和α值共同决定着冲击波反射超压大小;幂指数拟合公式在取对数后为线性关系,在外推时得到的数据更接近实验值,因此可以作为研究炸药在空气中爆炸的地面反射超压经验公式。