舱内爆炸准静态压力形成机理的研究
发布时间：2022-02-15 06:23
舱内爆炸准静态压力载荷是反舰导弹半穿甲战斗部最重要的破坏载荷之一。基于炸药爆炸过程中的化学反应过程和状态方程开展了准静态压力的理论分析与预测,并通过模型试验验证预测公式的正确性,讨论了在有无氧气环境下的准静态压力。研究结果表明:（1）舱内爆炸与自由场爆炸有较大的不同,除了多次反射的冲击波外,还存在准静态压力;（2）基于状态方程提出的准静态压力计算方法具有一定的预测能力;（3）需要氧气支撑的后续燃烧效应对准静态压力的形成至关重要。研究结果能为舱内爆炸作用下的舱室毁伤防护机理的揭示和防护设计提供有效支撑。
【文章来源】：中国造船. 2020,61(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
装置示意图图2准静态压力测（a）
32中国造船学术论文表1续准静态压力测试数据序号W/gV/m3(W/V)/(kg/m3)pqs/MPa序号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—————将试验数据与预测公式进行比对，如图4所示。可以看出理论公式具有较高的预测能力，可应用于工程预测。图4试验结果与公式的比对2.3后续燃烧效应影响使用压缩氮气瓶向舱内充入氮气，用这样的方式排出舱内空气中的氧气。在有无氧气时测得的准静态压力如表2所示。定义氧气增益系数为空气中的准静态压力与氮气中准静态压力的比值。氧气增益系数与炸药质量-舱容比（W/V）的关系如图5所示。随着W/V的增大，氧气增益系数逐渐减校这表明随着炸药量增大，舱室内空气中的含氧量越来越不足。图5氧气增益系数与炸药质量舱容比的关系00.511.522.533.544.5(W/V)/(kg/m3)2.62.42.221.81.61.41.21氧气增益系数01234567(W/V)/(kg/m3)1086420准静态压力/MPa■试验——公式（8）计算
ü?淌头诺哪芰课?4.495MJ/kg。当氧气充足时，将发生如下化学反应[16]75362222CHNO+5.25O1.5N+2.5HO+7CO（2）式（2）所示的化学反应过程中释放的能量远大于式（1），达到14.5MJ/kg。TNT炸药在氧气丰富时能释放更多能量，即后续燃烧能。后续准静态压力的升高主要原因为：（1）爆轰过程及后续燃烧过程均会产生大量的气体，封闭空间中的气体总量增加了；（2）爆炸及后续燃烧持续放热，使得封闭空间中的气体温度升高。在爆轰过程的时间尺度上，爆炸与后续燃烧有着量级的差异，如图1所示。爆炸过程反应速度快，但作用时间较短；而后续燃烧反应速度较慢，但作用时间长。在空中自由场爆炸时，后续燃烧产生的能量缓慢地释放到大气中，对结构的作用较弱。但在舱内爆炸作用时，后续燃烧持续释放大量气体并对气体加热，形成舱内爆炸准静态气体压力，作用于舱室结构。图1炸药总能量释放过程[17]1.2基于状态方程的分析TNT炸药爆轰产物满足JWL方程：V12121exp1expEpARBRRR（3）式中，VE为炸药单位体积的初始内能，=10.35，A、B、1R和2R均为材料常数（分别为3770MPa、3747.1MPa、4.15和0.9），θ为体积比，定义为010-910-610-3100T/sDetonationrateEnergyAfterbunrateETotEdE
【参考文献】：
期刊论文
[1]密闭空间内爆炸准静态压力理论计算研究[J]. 徐维铮,吴卫国. 中国舰船研究. 2019(05)
[2]后燃烧效应对约束空间内爆炸载荷的影响规律[J]. 徐维铮,吴卫国. 中国舰船研究. 2019(01)
[3]反舰导弹舱内爆炸作用下舰船结构毁伤机理研究进展[J]. 李营,张磊,杜志鹏,赵鹏铎,周心桃,刘建湖,方岱宁. 中国造船. 2018(03)
[4]舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下毁伤特性的实验研究[J]. 李营,张磊,杜志鹏,赵鹏铎,任宪奔,方岱宁. 船舶力学. 2018(08)
[5]舱内爆炸载荷作用下加筋板动态响应试验研究[J]. 郑成,孔祥韶,徐维铮,吴卫国. 中国造船. 2018(02)
[6]舰船舱内爆炸载荷特征与板架毁伤规律分析[J]. 姚熊亮,屈子悦,姜子飞,王志凯,王治. 中国舰船研究. 2018(03)
[7]水介质对舱内爆炸抑制作用的实验研究[J]. 李营,任广为,张玮,赵鹏铎,张磊,杜志鹏. 爆炸与冲击. 2017(06)
[8]舰船抗反舰导弹技术研究进展与发展路径[J]. 李营,张磊,赵鹏铎,张玮,杜志鹏,吴卫国. 中国造船. 2016(04)
[9]有限空间内部爆炸研究进展[J]. 胡宏伟,宋浦,赵省向,冯海云. 含能材料. 2013(04)
[10]爆炸容器内准静态气压实验研究[J]. 王等旺,张德志,李焰,王长利,刘文祥,王惠. 兵工学报. 2012(12)
博士论文
[1]反舰导弹舱内爆炸作用下舱室结构毁伤与防护机理[D]. 李营.武汉理工大学 2017
[2]箱形结构内部爆炸等效缩比实验方法及破坏特性研究[D]. 姚术健.国防科学技术大学 2016
本文编号：3626091
【文章来源】：中国造船. 2020,61(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
装置示意图图2准静态压力测（a）
32中国造船学术论文表1续准静态压力测试数据序号W/gV/m3(W/V)/(kg/m3)pqs/MPa序号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—————将试验数据与预测公式进行比对，如图4所示。可以看出理论公式具有较高的预测能力，可应用于工程预测。图4试验结果与公式的比对2.3后续燃烧效应影响使用压缩氮气瓶向舱内充入氮气，用这样的方式排出舱内空气中的氧气。在有无氧气时测得的准静态压力如表2所示。定义氧气增益系数为空气中的准静态压力与氮气中准静态压力的比值。氧气增益系数与炸药质量-舱容比（W/V）的关系如图5所示。随着W/V的增大，氧气增益系数逐渐减校这表明随着炸药量增大，舱室内空气中的含氧量越来越不足。图5氧气增益系数与炸药质量舱容比的关系00.511.522.533.544.5(W/V)/(kg/m3)2.62.42.221.81.61.41.21氧气增益系数01234567(W/V)/(kg/m3)1086420准静态压力/MPa■试验——公式（8）计算
ü?淌头诺哪芰课?4.495MJ/kg。当氧气充足时，将发生如下化学反应[16]75362222CHNO+5.25O1.5N+2.5HO+7CO（2）式（2）所示的化学反应过程中释放的能量远大于式（1），达到14.5MJ/kg。TNT炸药在氧气丰富时能释放更多能量，即后续燃烧能。后续准静态压力的升高主要原因为：（1）爆轰过程及后续燃烧过程均会产生大量的气体，封闭空间中的气体总量增加了；（2）爆炸及后续燃烧持续放热，使得封闭空间中的气体温度升高。在爆轰过程的时间尺度上，爆炸与后续燃烧有着量级的差异，如图1所示。爆炸过程反应速度快，但作用时间较短；而后续燃烧反应速度较慢，但作用时间长。在空中自由场爆炸时，后续燃烧产生的能量缓慢地释放到大气中，对结构的作用较弱。但在舱内爆炸作用时，后续燃烧持续释放大量气体并对气体加热，形成舱内爆炸准静态气体压力，作用于舱室结构。图1炸药总能量释放过程[17]1.2基于状态方程的分析TNT炸药爆轰产物满足JWL方程：V12121exp1expEpARBRRR（3）式中，VE为炸药单位体积的初始内能，=10.35，A、B、1R和2R均为材料常数（分别为3770MPa、3747.1MPa、4.15和0.9），θ为体积比，定义为010-910-610-3100T/sDetonationrateEnergyAfterbunrateETotEdE
【参考文献】：
期刊论文
[1]密闭空间内爆炸准静态压力理论计算研究[J]. 徐维铮,吴卫国. 中国舰船研究. 2019(05)
[2]后燃烧效应对约束空间内爆炸载荷的影响规律[J]. 徐维铮,吴卫国. 中国舰船研究. 2019(01)
[3]反舰导弹舱内爆炸作用下舰船结构毁伤机理研究进展[J]. 李营,张磊,杜志鹏,赵鹏铎,周心桃,刘建湖,方岱宁. 中国造船. 2018(03)
[4]舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下毁伤特性的实验研究[J]. 李营,张磊,杜志鹏,赵鹏铎,任宪奔,方岱宁. 船舶力学. 2018(08)
[5]舱内爆炸载荷作用下加筋板动态响应试验研究[J]. 郑成,孔祥韶,徐维铮,吴卫国. 中国造船. 2018(02)
[6]舰船舱内爆炸载荷特征与板架毁伤规律分析[J]. 姚熊亮,屈子悦,姜子飞,王志凯,王治. 中国舰船研究. 2018(03)
[7]水介质对舱内爆炸抑制作用的实验研究[J]. 李营,任广为,张玮,赵鹏铎,张磊,杜志鹏. 爆炸与冲击. 2017(06)
[8]舰船抗反舰导弹技术研究进展与发展路径[J]. 李营,张磊,赵鹏铎,张玮,杜志鹏,吴卫国. 中国造船. 2016(04)
[9]有限空间内部爆炸研究进展[J]. 胡宏伟,宋浦,赵省向,冯海云. 含能材料. 2013(04)
[10]爆炸容器内准静态气压实验研究[J]. 王等旺,张德志,李焰,王长利,刘文祥,王惠. 兵工学报. 2012(12)
博士论文
[1]反舰导弹舱内爆炸作用下舱室结构毁伤与防护机理[D]. 李营.武汉理工大学 2017
[2]箱形结构内部爆炸等效缩比实验方法及破坏特性研究[D]. 姚术健.国防科学技术大学 2016
本文编号：3626091
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