不同量級(jí)TNT爆炸沖擊波參數(shù)相似律實(shí)驗(yàn)研究*

張玉磊,王勝強(qiáng),袁建飛,李芝絨

(西安近代化學(xué)研究所,西安 710065)

不同量級(jí)TNT爆炸沖擊波參數(shù)相似律實(shí)驗(yàn)研究*

張玉磊,王勝強(qiáng),袁建飛,李芝絨

(西安近代化學(xué)研究所,西安 710065)

為研究不同量級(jí)的TNT裝藥爆炸沖擊波參數(shù)相似律,開展了四種藥量TNT靜爆實(shí)驗(yàn),獲取了不同爆距地面測(cè)點(diǎn)的壓力-時(shí)間曲線,得到了峰值超壓、正壓作用時(shí)間和正壓沖量等沖擊波參數(shù),并與文獻(xiàn)值進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,沖擊波參數(shù)均滿足爆炸相似律,當(dāng)比例距離小于3時(shí),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律較差。通過擬合,得到了適用公斤級(jí)到百公斤級(jí)TNT爆炸的沖擊波參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。

爆炸相似律;峰值超壓;正壓作用時(shí)間;正壓沖量;比例距離

0 引言

TNT作為目前使用最廣泛的軍用炸藥,其爆炸沖擊波參數(shù)常被用于和非TNT炸藥進(jìn)行對(duì)比。因此,TNT爆炸沖擊波參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算與獲取是威力評(píng)估的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)外已廣泛開展了TNT空中爆炸方面的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究,基于爆炸相似律擬合出了多種計(jì)算公式,可預(yù)估一定藥量的TNT爆炸沖擊波參數(shù)[1-6]。但這些文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)主要來自公斤級(jí)的小藥量實(shí)驗(yàn),一般不超過百公斤級(jí)。現(xiàn)役的TNT裝藥戰(zhàn)斗部,裝藥量范圍覆蓋了公斤級(jí)到百公斤級(jí),目前同時(shí)開展不同量級(jí)的TNT炸藥爆炸沖擊波參數(shù)相似律研究的并不多見。

文中的研究開展了從公斤級(jí)到百公斤級(jí)的四種裝藥量TNT爆炸實(shí)驗(yàn),測(cè)量獲得了超壓峰值、正壓作用時(shí)間、正沖量等沖擊波參數(shù),對(duì)比研究了不同裝藥量級(jí)TNT爆炸沖擊波參數(shù)隨比例距離的變化規(guī)律,擬合得到了適用于公斤級(jí)到百公斤級(jí)TNT爆炸的沖擊參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式,可滿足不同裝藥量TNT爆炸沖擊波參數(shù)的計(jì)算需求。

1 爆炸相似律

采用相似理論和量綱分析的方法,經(jīng)過一系列變化可以得到炸藥爆炸空中沖擊波爆炸相似律公式[7-9]:

(1)

(2)

式中:Δp為沖擊波峰值超壓(MPa);t+為沖擊波正壓作用時(shí)間(ms);m為以TNT為裝藥量(kg);r為爆心距離(m)。

正壓沖量可由超壓和持續(xù)時(shí)間確定,但計(jì)算過程比較復(fù)雜,可由相似理論通過實(shí)驗(yàn)求得其相似律公式如下[7-9]:

(3)

(4)

(5)

(6)

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 樣品及儀器

實(shí)驗(yàn)樣品為TNT熔鑄藥柱,質(zhì)量分別為2 kg、20 kg、60 kg、115 kg,外形均為長(zhǎng)徑比為1的圓柱體,密度不低于1.55 g/m3。壓力傳感器選用PCB公司113B系列壓電式石英傳感器,測(cè)試系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 沖擊波測(cè)試系統(tǒng)組成圖

2.2 測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)時(shí)炸高均大于0.35m1/3,在以爆心垂直投影點(diǎn)為起點(diǎn)相互垂直的兩條射線上布置壓力傳感器。起爆藥柱均為JH-14炸藥,起爆藥量小于TNT藥柱裝藥量的2%,實(shí)驗(yàn)時(shí)采用8#電雷管起爆。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

四種不同藥量的TNT裝藥爆炸沖擊波參數(shù)測(cè)試結(jié)果如表1～表4所示。

表1 2 kg TNT裝藥爆炸沖擊波參數(shù)表

表2 20 kg TNT裝藥爆炸沖擊波參數(shù)表

表3 60 kg TNT裝藥爆炸沖擊波參數(shù)表

表4 114 kg TNT裝藥爆炸沖擊波參數(shù)表

3.2 峰值超壓

圖2 沖擊波峰值超壓比例距離變化曲線

(7)

該式確定的曲線如圖2中“公式(7)”所示。可以看出,不同量級(jí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在該曲線上下小范圍內(nèi)波動(dòng),相比于式(4),該公式更接近試驗(yàn)值。

3.3 正壓作用時(shí)間

圖3 比例作用時(shí)間隨比例距離變化曲線

(8)

擬合公式確定的曲線如圖3中“公式(8)”所示。從圖中可以看出,該公式計(jì)算得到的不同量級(jí)TNT裝藥的爆炸沖擊波正壓作用時(shí)間t+值更接近測(cè)試結(jié)果。

3.4 正壓沖量

圖4 比例沖量隨比例距離變化曲線

(9)

擬合公式確定的曲線如圖4中“公式(9)”所示。從圖中可以看出,該公式計(jì)算得到的不同量級(jí)TNT裝藥的爆炸沖擊波正壓沖量值更符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

1)在一定比例距離條件下,公斤級(jí)到百公斤級(jí)的

TNT爆炸沖擊波參數(shù)值符合爆炸相似律,相似律公式系數(shù)需要通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

2)比例距離小于3 m/kg1/3時(shí),不同量級(jí)TNT沖擊波峰值超壓和比例沖量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大,爆炸近場(chǎng)“測(cè)不準(zhǔn)”可能是造成此現(xiàn)象的原因之一。

3)通過對(duì)不同量級(jí)TNT爆炸實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到了適用公斤級(jí)到百公斤級(jí)TNT近地爆炸的沖擊波參數(shù)公式,滿足大部分TNT裝藥戰(zhàn)斗部的爆炸沖擊波參數(shù)估算需求。

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Experimental Research on Similarity Law of Explosive Shock Wave Parameters with Different Orders of Magnitude TNT

ZHANG Yulei,WANG Shengqiang,YUAN Jianfei,LI Zhirong

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an 710065, China)

In order to study the similarity law of explosive shock wave parameters with different orders of magnitude TNT, four static explosion experiments were carried out. At different measure points on the ground, some pressure-time curves of shockwave were got. Meanwhile, some parameters of shockwave were obtained, like peak overpressure, positive pressure time and positive pressure impulse, which were also compared with the data in the literature. The result showed that shockwave’s parameters satisfied the explosion similarity law. However, when the scaled distance was less than 3, the statistical law of experimental data was poor. Through fitting quantities of experimental data, the empirical formulas of shockwave’s parameters were obtained, which could be applied to the explosion of TNT whose magnitudes vary from several kilogram to several hundred kilogram.

explosion similarity law; peak overpressure; positive pressure time; positive pressure impulse; scaled distance

2016-01-23

張玉磊(1987-),男,四川廣元人,工程師,研究方向:毀傷測(cè)試與評(píng)估技術(shù)。

TJ55;O383

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