自問世以來,反艦導彈的隱蔽性、命中精度和戰(zhàn)斗部裝藥當量不斷提高,逐漸成為水面艦艇的重要威脅。反艦導彈穿甲后會在艙室內(nèi)部發(fā)生爆炸,所產(chǎn)生的能量會對艦船結(jié)構(gòu)造成重大的毀傷。中小型水面艦艇由于自身的尺度與噸位限制不允許其設(shè)置大量的防護裝甲結(jié)構(gòu),因此需要探索新型抗爆方式來提高艦艇的生命力。水介質(zhì)具有資源豐富、吸熱能力強且無毒無害的特點,其是否能夠有效吸收爆炸能量、具有抑爆的功效引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注和研究。因此,開展水介質(zhì)對內(nèi)爆炸沖擊的抑制作用對國防裝備建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。本文圍繞水介質(zhì)的抑爆性能問題,開展了以下研究工作:(1)開展了水介質(zhì)對內(nèi)爆炸的抑爆效果的影響因素研究。采用AUTODYN-2D軸對稱模型模擬了水墻抑制內(nèi)爆炸的過程,并對相關(guān)影響因素進行了參數(shù)化分析�？紤]的參數(shù)主要包括置水位置、炸藥當量以及水量(即水墻厚度)。通過對比分析得到了沖擊波壓力峰值隨各參數(shù)變化的變化規(guī)律,并給出了各參數(shù)對水介質(zhì)的抑爆效果的影響。結(jié)果表明,壓力峰值的消減比例隨著藥量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。壓力峰值的消減比例隨著水墻厚度的增加而上升。當水墻厚度達到一定厚度后,壓力峰值的消減比例隨厚度的增加不再發(fā)生明顯的變化。(2)開展了水介質(zhì)對內(nèi)爆炸的抑爆機理研究。從水滴入手,對水滴破碎和蒸發(fā)的相關(guān)問題進行了理論研究,得到了破碎能吸收、動能吸收以及熱能吸收的理論表達式。開展了水介質(zhì)抑制內(nèi)爆炸的實驗研究,通過高速攝影拍攝了爆炸的傳播過程,對水介質(zhì)與爆轟火焰的相互作用進行了分析,結(jié)合觀察到的現(xiàn)象對水介質(zhì)抑制內(nèi)爆炸的機理進行了闡述。通過研究發(fā)現(xiàn),水介質(zhì)抑制爆炸的機理主要包括兩個方面:能量吸收以及抑制爆炸反應(yīng),水介質(zhì)可有效降低爆炸的強度。(3)開展了水介質(zhì)對內(nèi)爆炸的抑爆效果研究。采用數(shù)值仿真及實驗兩種方法進行了研究。數(shù)值仿真采用AUTODYN-3D模型進行研究,得到了有/無水袋條件下沖擊波的超壓峰值、準靜態(tài)壓力峰值以及比沖量,通過對比分析得到了水介質(zhì)的抑爆效果。實驗主要是對水介質(zhì)抑制內(nèi)爆炸的實驗研究所得到的沖擊波壓力的結(jié)果進行處理和分析。最后,將仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比研究。結(jié)果表明,水介質(zhì)對超壓峰值、準靜態(tài)壓力及比沖量都有明顯的消減效果,其中對超壓峰值的消減最為明顯,最高可達71.2%。由此可以看出水介質(zhì)具有明顯的消波抑爆的效果。這些研究可為水介質(zhì)抑制內(nèi)爆炸問題提供理論依據(jù)和現(xiàn)實指導,同時也可為艦船新型防爆技術(shù)提供參考借鑒。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：U674.7
【部分圖文】：

1.1 研究背景與意義自問世以來，反艦導彈的隱蔽性、命中精度和戰(zhàn)斗部裝藥當量不斷提高。其中，專門針對大中型水面艦船的半穿甲爆破型反艦導彈能夠掠海飛行，避開雷達的探測，擊中艦船后能夠穿透外板進入艙室并在其內(nèi)部爆炸，造成艦船內(nèi)部作戰(zhàn)指揮艙、導彈垂發(fā)艙、彈庫、燃油艙等重要和危險艙室發(fā)生爆炸與火災(zāi)，導致艦船喪失戰(zhàn)斗力、船體浸水，嚴重時傾覆沉沒[1-2]。1967 年第三次中東戰(zhàn)爭中，以色列“艾拉特”號驅(qū)逐艦的機艙和爐艙被埃及用兩發(fā)“冥河”號反艦導彈先后擊中，引起艦體嚴重傾斜和發(fā)生大火，并嚴重毀壞了該艦的動力裝置和無線電收發(fā)系統(tǒng)，致使該艦漂浮在海上，基本喪失航行和作戰(zhàn)能力，在其受到第三發(fā)導彈攻擊后開始進水沉沒。1982 年英阿馬島海戰(zhàn)中，英軍 5 艘最先進的 42 型驅(qū)逐艦中的 3 艘被擊中，2 沉 1 傷，死傷 65 人，帶來的軍事和經(jīng)濟損失難以估計。圖 1-1 是被“飛魚”反艦導彈擊中的英國“謝菲爾德”號導彈驅(qū)逐艦爆炸燃燒和傾覆沉沒的照片。

圖 1-2 細水霧抗爆實驗?zāi)Ｐ图皩嶒灲Y(jié)果[5]在美國海軍研究所（ONR）的贊助下，海軍研究實驗室（NRL）已經(jīng)于 200年開展了系列的水霧消波實驗[3]。印第安納州的美國海軍水面作戰(zhàn)中心在尺寸為4.6m×4.6m×3.1m 的矩形艙室內(nèi)進行了細水霧抗爆的實驗研究[4]。艙室中心分別放置當量為 0.9kg（2 磅）和 3.2kg（7 磅）的 TNT。水霧通過高壓噴頭在爆炸前30s 注入艙室。實驗表明水霧系統(tǒng)對準靜態(tài)超壓的減小量達到 30%~40%。隨后美國海軍水面作戰(zhàn)中心進行了尺寸為6.1m×6.1m×4.9m的大尺寸艙室模型的細水霧抗爆實驗[5]，如圖 1-2 所示。炸藥采用 22.7kg（50 磅）的 TNT 以及等效質(zhì)量為 22.7kg（50 磅）的 Destex。水霧提前 60s 注入艙室內(nèi)，其密度為 70g/m3，沙得平均直徑（SMD）為 54 μ m（沙得平均直徑是霧滴的表面積和體積之比與單位時間內(nèi)霧區(qū)表面積和體積之比相等的霧滴直徑[6]）。結(jié)果表明，TNT 和 Deste的沖量、初始爆炸波以及準靜態(tài)壓力分別減小了 40%、36%、35%和 43%、25%33%。可以看出，水霧裝置對爆炸沖擊波的消減具有很大的潛力。Holborn 等[7-8]利用流體動力學軟件 FLACS 對具有不同濃度的氫-空氣混合物

Schwer 和 Kailasanath[9]仿真研究了非密閉空間內(nèi)，細水霧對 TNT 爆炸沖擊波的消減作用。對于低溫沖擊波，由于細水霧蒸發(fā)量小而且蒸發(fā)后會增加氣液混合相的密度，消波作用并不明顯。距離越近，水霧消波的效果越不明顯，而且水滴質(zhì)量分布和水滴尺寸對消波效果的影響不大。隨后，Schwer 和Kailasanath[10]仿真研究了封閉區(qū)域內(nèi)，水霧對球形爆炸沖擊波及準靜態(tài)壓力的影響。結(jié)果表明，水霧對二次反應(yīng)的抑制作用不大，因為水霧被沖擊波推向了區(qū)域邊界而二次反應(yīng)仍發(fā)生在內(nèi)部區(qū)域。雖然水霧對二次反應(yīng)的抑制作用有限，但所有的沖擊波超壓都得到了有效的消減，包括初始沖擊波壓力及準靜態(tài)壓力。Boeck 等[11]實驗研究了封閉容器內(nèi)，水霧對氫氣氣體爆炸的影響。氫氣爆炸主要分為四個階段，包括慢速火焰、加速火焰、轉(zhuǎn)化至爆炸以及爆炸。水霧的噴入降低了超壓，并且延遲了火焰轉(zhuǎn)化至爆炸的時間。當水霧質(zhì)量比為0.11~0.12kg/m3時，峰值超壓明顯減小。其減小量相當于減少了燃燒區(qū)域 0.6%體積的氫氣或者減少了爆炸區(qū) 1~2%的氫氣。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張曉忠;金峰;孔福利;王啟睿;張福明;;坑道內(nèi)爆炸條件下水的消波效應(yīng)研究[J];應(yīng)用力學學報;2012年02期

2 秦文茜;王喜世;谷睿;許紅利;;超細水霧作用下瓦斯的爆炸壓力及升壓速率[J];燃燒科學與技術(shù);2012年01期

3 王啟睿;張曉忠;鄧建輝;孔福利;張福明;;坑道中水的抑爆消波性能試驗研究[J];工程爆破;2011年03期

4 樊小濤;李潤之;薛少謙;;煤礦瓦斯爆炸水幕隔爆效果實驗研究[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2011年02期

5 左秋玲;高峰;肖愛連;李景山;王國際;;水霧抑制鉆孔瓦斯爆炸火焰效果試驗[J];煤炭科學技術(shù);2008年11期

6 李定啟;吳強;余明高;;細水霧影響瓦斯爆炸濃度下限的實驗研究[J];煤礦安全;2008年11期

7 葉經(jīng)方;董剛;解立峰;;管道內(nèi)水霧對沖擊波衰減作用的實驗研究[J];爆破器材;2006年05期

8 謝波,范寶春,夏自柱,王克全;大型通道中主動式水霧抑爆現(xiàn)象的實驗研究[J];爆炸與沖擊;2003年02期

9 謝波,范寶春,王克全;大型通道中被動式水霧抑爆效果的實驗研究[J];實驗力學;2002年04期

10 趙漢中;在封閉結(jié)構(gòu)中水對爆炸沖擊波的削波、減壓作用[J];爆炸與沖擊;2002年03期

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1 朱楓;水下爆炸氣泡脈動與近邊界射流特性研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

本文編號：2853877