艙內爆炸準靜態(tài)壓力形成機理的研究
發(fā)布時間：2022-02-15 06:23
艙內爆炸準靜態(tài)壓力載荷是反艦導彈半穿甲戰(zhàn)斗部最重要的破壞載荷之一�；谡ㄋ幈ㄟ^程中的化學反應過程和狀態(tài)方程開展了準靜態(tài)壓力的理論分析與預測,并通過模型試驗驗證預測公式的正確性,討論了在有無氧氣環(huán)境下的準靜態(tài)壓力。研究結果表明:（1）艙內爆炸與自由場爆炸有較大的不同,除了多次反射的沖擊波外,還存在準靜態(tài)壓力;（2）基于狀態(tài)方程提出的準靜態(tài)壓力計算方法具有一定的預測能力;（3）需要氧氣支撐的后續(xù)燃燒效應對準靜態(tài)壓力的形成至關重要。研究結果能為艙內爆炸作用下的艙室毀傷防護機理的揭示和防護設計提供有效支撐。
【文章來源】：中國造船. 2020,61(02)北大核心EICSCD
【文章頁數】：7 頁
【部分圖文】：
裝置示意圖圖2準靜態(tài)壓力測（a）
32中國造船學術論文表1續(xù)準靜態(tài)壓力測試數據序號W/gV/m3(W/V)/(kg/m3)pqs/MPa序號W/gV/m3(W/V)/(kg/m3)pqs/MPa111000.081.2501.78172000.0962.0832.96121000.0641.5632.23182000.082.5003.54131000.0482.0832.94192000.0643.1254.51141000.0323.1254.50202000.0484.1676.13152000.1441.3891.82212000.0326.2508.85162000.1121.7862.76—————將試驗數據與預測公式進行比對，如圖4所示�？梢钥闯隼碚摴骄哂休^高的預測能力，可應用于工程預測。圖4試驗結果與公式的比對2.3后續(xù)燃燒效應影響使用壓縮氮氣瓶向艙內充入氮氣，用這樣的方式排出艙內空氣中的氧氣。在有無氧氣時測得的準靜態(tài)壓力如表2所示。定義氧氣增益系數為空氣中的準靜態(tài)壓力與氮氣中準靜態(tài)壓力的比值。氧氣增益系數與炸藥質量-艙容比（W/V）的關系如圖5所示。隨著W/V的增大，氧氣增益系數逐漸減校這表明隨著炸藥量增大，艙室內空氣中的含氧量越來越不足。圖5氧氣增益系數與炸藥質量艙容比的關系00.511.522.533.544.5(W/V)/(kg/m3)2.62.42.221.81.61.41.21氧氣增益系數01234567(W/V)/(kg/m3)1086420準靜態(tài)壓力/MPa■試驗——公式（8）計算
ü?淌頭諾哪芰課?4.495MJ/kg。當氧氣充足時，將發(fā)生如下化學反應[16]75362222CHNO+5.25O1.5N+2.5HO+7CO（2）式（2）所示的化學反應過程中釋放的能量遠大于式（1），達到14.5MJ/kg。TNT炸藥在氧氣豐富時能釋放更多能量，即后續(xù)燃燒能。后續(xù)準靜態(tài)壓力的升高主要原因為：（1）爆轟過程及后續(xù)燃燒過程均會產生大量的氣體，封閉空間中的氣體總量增加了；（2）爆炸及后續(xù)燃燒持續(xù)放熱，使得封閉空間中的氣體溫度升高。在爆轟過程的時間尺度上，爆炸與后續(xù)燃燒有著量級的差異，如圖1所示。爆炸過程反應速度快，但作用時間較短；而后續(xù)燃燒反應速度較慢，但作用時間長。在空中自由場爆炸時，后續(xù)燃燒產生的能量緩慢地釋放到大氣中，對結構的作用較弱。但在艙內爆炸作用時，后續(xù)燃燒持續(xù)釋放大量氣體并對氣體加熱，形成艙內爆炸準靜態(tài)氣體壓力，作用于艙室結構。圖1炸藥總能量釋放過程[17]1.2基于狀態(tài)方程的分析TNT炸藥爆轟產物滿足JWL方程：V12121exp1expEpARBRRR（3）式中，VE為炸藥單位體積的初始內能，=10.35，A、B、1R和2R均為材料常數（分別為3770MPa、3747.1MPa、4.15和0.9），θ為體積比，定義為010-910-610-3100T/sDetonationrateEnergyAfterbunrateETotEdE
【參考文獻】：
期刊論文
[1]密閉空間內爆炸準靜態(tài)壓力理論計算研究[J]. 徐維錚,吳衛(wèi)國. 中國艦船研究. 2019(05)
[2]后燃燒效應對約束空間內爆炸載荷的影響規(guī)律[J]. 徐維錚,吳衛(wèi)國. 中國艦船研究. 2019(01)
[3]反艦導彈艙內爆炸作用下艦船結構毀傷機理研究進展[J]. 李營,張磊,杜志鵬,趙鵬鐸,周心桃,劉建湖,方岱寧. 中國造船. 2018(03)
[4]艙室結構在戰(zhàn)斗部艙內爆炸作用下毀傷特性的實驗研究[J]. 李營,張磊,杜志鵬,趙鵬鐸,任憲奔,方岱寧. 船舶力學. 2018(08)
[5]艙內爆炸載荷作用下加筋板動態(tài)響應試驗研究[J]. 鄭成,孔祥韶,徐維錚,吳衛(wèi)國. 中國造船. 2018(02)
[6]艦船艙內爆炸載荷特征與板架毀傷規(guī)律分析[J]. 姚熊亮,屈子悅,姜子飛,王志凱,王治. 中國艦船研究. 2018(03)
[7]水介質對艙內爆炸抑制作用的實驗研究[J]. 李營,任廣為,張瑋,趙鵬鐸,張磊,杜志鵬. 爆炸與沖擊. 2017(06)
[8]艦船抗反艦導彈技術研究進展與發(fā)展路徑[J]. 李營,張磊,趙鵬鐸,張瑋,杜志鵬,吳衛(wèi)國. 中國造船. 2016(04)
[9]有限空間內部爆炸研究進展[J]. 胡宏偉,宋浦,趙省向,馮海云. 含能材料. 2013(04)
[10]爆炸容器內準靜態(tài)氣壓實驗研究[J]. 王等旺,張德志,李焰,王長利,劉文祥,王惠. 兵工學報. 2012(12)
博士論文
[1]反艦導彈艙內爆炸作用下艙室結構毀傷與防護機理[D]. 李營.武漢理工大學 2017
[2]箱形結構內部爆炸等效縮比實驗方法及破壞特性研究[D]. 姚術健.國防科學技術大學 2016
本文編號：3626091
【文章來源】：中國造船. 2020,61(02)北大核心EICSCD
【文章頁數】：7 頁
【部分圖文】：
裝置示意圖圖2準靜態(tài)壓力測（a）
32中國造船學術論文表1續(xù)準靜態(tài)壓力測試數據序號W/gV/m3(W/V)/(kg/m3)pqs/MPa序號W/gV/m3(W/V)/(kg/m3)pqs/MPa111000.081.2501.78172000.0962.0832.96121000.0641.5632.23182000.082.5003.54131000.0482.0832.94192000.0643.1254.51141000.0323.1254.50202000.0484.1676.13152000.1441.3891.82212000.0326.2508.85162000.1121.7862.76—————將試驗數據與預測公式進行比對，如圖4所示�？梢钥闯隼碚摴骄哂休^高的預測能力，可應用于工程預測。圖4試驗結果與公式的比對2.3后續(xù)燃燒效應影響使用壓縮氮氣瓶向艙內充入氮氣，用這樣的方式排出艙內空氣中的氧氣。在有無氧氣時測得的準靜態(tài)壓力如表2所示。定義氧氣增益系數為空氣中的準靜態(tài)壓力與氮氣中準靜態(tài)壓力的比值。氧氣增益系數與炸藥質量-艙容比（W/V）的關系如圖5所示。隨著W/V的增大，氧氣增益系數逐漸減校這表明隨著炸藥量增大，艙室內空氣中的含氧量越來越不足。圖5氧氣增益系數與炸藥質量艙容比的關系00.511.522.533.544.5(W/V)/(kg/m3)2.62.42.221.81.61.41.21氧氣增益系數01234567(W/V)/(kg/m3)1086420準靜態(tài)壓力/MPa■試驗——公式（8）計算
ü?淌頭諾哪芰課?4.495MJ/kg。當氧氣充足時，將發(fā)生如下化學反應[16]75362222CHNO+5.25O1.5N+2.5HO+7CO（2）式（2）所示的化學反應過程中釋放的能量遠大于式（1），達到14.5MJ/kg。TNT炸藥在氧氣豐富時能釋放更多能量，即后續(xù)燃燒能。后續(xù)準靜態(tài)壓力的升高主要原因為：（1）爆轟過程及后續(xù)燃燒過程均會產生大量的氣體，封閉空間中的氣體總量增加了；（2）爆炸及后續(xù)燃燒持續(xù)放熱，使得封閉空間中的氣體溫度升高。在爆轟過程的時間尺度上，爆炸與后續(xù)燃燒有著量級的差異，如圖1所示。爆炸過程反應速度快，但作用時間較短；而后續(xù)燃燒反應速度較慢，但作用時間長。在空中自由場爆炸時，后續(xù)燃燒產生的能量緩慢地釋放到大氣中，對結構的作用較弱。但在艙內爆炸作用時，后續(xù)燃燒持續(xù)釋放大量氣體并對氣體加熱，形成艙內爆炸準靜態(tài)氣體壓力，作用于艙室結構。圖1炸藥總能量釋放過程[17]1.2基于狀態(tài)方程的分析TNT炸藥爆轟產物滿足JWL方程：V12121exp1expEpARBRRR（3）式中，VE為炸藥單位體積的初始內能，=10.35，A、B、1R和2R均為材料常數（分別為3770MPa、3747.1MPa、4.15和0.9），θ為體積比，定義為010-910-610-3100T/sDetonationrateEnergyAfterbunrateETotEdE
【參考文獻】：
期刊論文
[1]密閉空間內爆炸準靜態(tài)壓力理論計算研究[J]. 徐維錚,吳衛(wèi)國. 中國艦船研究. 2019(05)
[2]后燃燒效應對約束空間內爆炸載荷的影響規(guī)律[J]. 徐維錚,吳衛(wèi)國. 中國艦船研究. 2019(01)
[3]反艦導彈艙內爆炸作用下艦船結構毀傷機理研究進展[J]. 李營,張磊,杜志鵬,趙鵬鐸,周心桃,劉建湖,方岱寧. 中國造船. 2018(03)
[4]艙室結構在戰(zhàn)斗部艙內爆炸作用下毀傷特性的實驗研究[J]. 李營,張磊,杜志鵬,趙鵬鐸,任憲奔,方岱寧. 船舶力學. 2018(08)
[5]艙內爆炸載荷作用下加筋板動態(tài)響應試驗研究[J]. 鄭成,孔祥韶,徐維錚,吳衛(wèi)國. 中國造船. 2018(02)
[6]艦船艙內爆炸載荷特征與板架毀傷規(guī)律分析[J]. 姚熊亮,屈子悅,姜子飛,王志凱,王治. 中國艦船研究. 2018(03)
[7]水介質對艙內爆炸抑制作用的實驗研究[J]. 李營,任廣為,張瑋,趙鵬鐸,張磊,杜志鵬. 爆炸與沖擊. 2017(06)
[8]艦船抗反艦導彈技術研究進展與發(fā)展路徑[J]. 李營,張磊,趙鵬鐸,張瑋,杜志鵬,吳衛(wèi)國. 中國造船. 2016(04)
[9]有限空間內部爆炸研究進展[J]. 胡宏偉,宋浦,趙省向,馮海云. 含能材料. 2013(04)
[10]爆炸容器內準靜態(tài)氣壓實驗研究[J]. 王等旺,張德志,李焰,王長利,劉文祥,王惠. 兵工學報. 2012(12)
博士論文
[1]反艦導彈艙內爆炸作用下艙室結構毀傷與防護機理[D]. 李營.武漢理工大學 2017
[2]箱形結構內部爆炸等效縮比實驗方法及破壞特性研究[D]. 姚術健.國防科學技術大學 2016
本文編號：3626091
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