不同量級TNT爆炸沖擊波參數相似律實驗研究*

張玉磊,王勝強,袁建飛,李芝絨

(西安近代化學研究所,西安 710065)

不同量級TNT爆炸沖擊波參數相似律實驗研究*

張玉磊,王勝強,袁建飛,李芝絨

(西安近代化學研究所,西安 710065)

為研究不同量級的TNT裝藥爆炸沖擊波參數相似律,開展了四種藥量TNT靜爆實驗,獲取了不同爆距地面測點的壓力-時間曲線,得到了峰值超壓、正壓作用時間和正壓沖量等沖擊波參數,并與文獻值進行了對比分析。結果表明,沖擊波參數均滿足爆炸相似律,當比例距離小于3時,實驗數據統計規律較差。通過擬合,得到了適用公斤級到百公斤級TNT爆炸的沖擊波參數經驗公式。

爆炸相似律;峰值超壓;正壓作用時間;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,其爆炸沖擊波參數常被用于和非TNT炸藥進行對比。因此,TNT爆炸沖擊波參數的準確計算與獲取是威力評估的基礎。目前國內外已廣泛開展了TNT空中爆炸方面的數值模擬及實驗研究,基于爆炸相似律擬合出了多種計算公式,可預估一定藥量的TNT爆炸沖擊波參數[1-6]。但這些文獻的數據主要來自公斤級的小藥量實驗,一般不超過百公斤級。現役的TNT裝藥戰斗部,裝藥量范圍覆蓋了公斤級到百公斤級,目前同時開展不同量級的TNT炸藥爆炸沖擊波參數相似律研究的并不多見。

文中的研究開展了從公斤級到百公斤級的四種裝藥量TNT爆炸實驗,測量獲得了超壓峰值、正壓作用時間、正沖量等沖擊波參數,對比研究了不同裝藥量級TNT爆炸沖擊波參數隨比例距離的變化規律,擬合得到了適用于公斤級到百公斤級TNT爆炸的沖擊參數經驗公式,可滿足不同裝藥量TNT爆炸沖擊波參數的計算需求。

1 爆炸相似律

采用相似理論和量綱分析的方法,經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時間確定,但計算過程比較復雜,可由相似理論通過實驗求得其相似律公式如下[7-9]:

(3)

(4)

(5)

(6)

2 實驗

2.1 樣品及儀器

實驗樣品為TNT熔鑄藥柱,質量分別為2 kg、20 kg、60 kg、115 kg,外形均為長徑比為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,測試系統組成如圖1所示。

圖1 沖擊波測試系統組成圖

2.2 測試方法

實驗時炸高均大于0.35m1/3,在以爆心垂直投影點為起點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%,實驗時采用8#電雷管起爆。

3 結果與分析

3.1 試驗結果

四種不同藥量的TNT裝藥爆炸沖擊波參數測試結果如表1～表4所示。

表1 2 kg TNT裝藥爆炸沖擊波參數表

表2 20 kg TNT裝藥爆炸沖擊波參數表

表3 60 kg TNT裝藥爆炸沖擊波參數表

表4 114 kg TNT裝藥爆炸沖擊波參數表

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,不同量級實驗數據均在該曲線上下小范圍內波動,相比于式(4),該公式更接近試驗值。

3.3 正壓作用時間

圖3 比例作用時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,該公式計算得到的不同量級TNT裝藥的爆炸沖擊波正壓作用時間t+值更接近測試結果。

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,該公式計算得到的不同量級TNT裝藥的爆炸沖擊波正壓沖量值更符合實驗數據。

4 結論

1)在一定比例距離條件下,公斤級到百公斤級的

TNT爆炸沖擊波參數值符合爆炸相似律,相似律公式系數需要通過實測數據進行擬合。

2)比例距離小于3 m/kg1/3時,不同量級TNT沖擊波峰值超壓和比例沖量實驗數據相差較大,爆炸近場“測不準”可能是造成此現象的原因之一。

3)通過對不同量級TNT爆炸實驗測試數據進行擬合,得到了適用公斤級到百公斤級TNT近地爆炸的沖擊波參數公式,滿足大部分TNT裝藥戰斗部的爆炸沖擊波參數估算需求。

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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:毀傷測試與評估技術。

TJ55;O383

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