有限空间内部爆炸研究进展 文章编号:1006-9941(2013)04053908 有限空间内部爆炸研究进展 胡宏伟,宋浦,赵省向,冯海云 (西安近代化学研究所,陕西西安710065) 摘要:分析了有限空间内爆炸的能量释放特点和毁伤方式,从冲击波特性、热效应、准静态压力、结构动态响应、数值模拟、炸药综 合威力评估6方面综述了有限空间内爆炸作用的研究,认为应建立表征内爆威力的屋顶举起实验装置,加强多毁伤元耦合作用对 目标破坏的研究,将屋顶举起作功能力和准静态压力纳入内爆炸威力评估体系,建立科学、有效的内爆炸威力评估方法 关键词:爆炸力学;有限空间内爆炸;冲击波屋顶举起;准静态压力 中图分类号:T55;O389 文献标识码:A Do:10.3969/j-issn.1006-9941.2013.04.026 爆作用机理认识不清,缺乏有效评价内爆威力及其毁 1引言 伤效果的科学方法及标准,严重制约了我国内爆型高 随着防御体系的发展,具有重要战略价值的军事 能炸药及先进弹药战斗部技术的创新发展和提高。 目标(如指挥中心、导弹发射井、机库、舰艇等)结构越 本文在分析有限空间内爆炸的能量释放特点和毁 来越坚固,而且这些目标均是由单个或多个密闭、半密伤方式的基础上,总结了最近国内外在有限空间内爆 闭的空间结构组成,将发生在密闭和半密闭空间内的炸冲击波特性、热效应、准静态压力结构动态响应、数 爆炸统称为有限空间内部爆炸。为了高效毁伤此类目值模拟、炸药综合威力评估方面的研究进展,为深入研 标,侵彻技术和钻地武器得到了迅速发展,涌现了钻地究内爆炸作用特性和规律,揭示弹药有限空间内爆炸 弹和温压弹等以内爆炸作用为显著特点的新型弹药。的毁伤机理,提高钻地类武器弹药的研发、毁伤效能预 弹药有限空间内部爆炸的作用规律,与开放空间估和防护工程设计提供一定参考和借鉴。 相比差异较大,约束环境对爆炸作用效果的影响甚为2有限空间内爆炸能量释放特点和毁伤方式 明显。有限空间内部爆炸的特征主要表现为:冲击波 效应显著增强、热效应明显、爆轰产物膨胀作功的有效2.1有限空间内爆炸能量释放特点 作用时间更长等,除了爆炸冲击波和破片的作用外,热 弹药的发展已经不再局限于传统物质和传统能量 效应和准静态压力成为重要的毁伤方式,因而装药内释放方式,不仅要借用体系外的物质(例如空气和 爆作用过程的能量利用率更高,破坏效果大大增强。水)和能量,还与目标发生耦合作用,产生新的作用 但由于炸药装药有限空间内部爆炸的作用过程与目标方式 结构的耦合效应显著,特征参量众多,作用效应复杂, 与开放环境相比,弹药在密闭/半密闭空间内爆炸 致使有限空间内爆炸特征参量的动态测试、表征及毁具有以下特征:(1)约束结构与爆炸产物耦合作用产 伤威力的评估非常困难。而国内关于有限空间内爆炸生紊流,反射冲击波加热爆轰产物且金属粒子可能产 作用的研究,长期以来基本都集中在冲击波效应,热效生破碎,使爆轰产物与空气混合更充分,反应效率更 应和准静态压力等毁伤方式没有得到相应的重视,内高,能量释放更充分,见图12;(2)壁面反射产生冲 击波多峰现象,能量利用率提高;(3)热效应显著,有 收稿日 基金项目:国家安全重大基础研究(批准号:613103,国防科技工业效作用时间更长;(4)爆轰产物气体在约束环境内形 新产品创新计划火炸药科研专项 成准静态压力,综合杀伤效果更好。密闭空间内爆炸 者简介:胡宏伟(1982-),男,工程师,主要从事爆炸作用与毁伤技的能量结构组成如图2所示 术研究。e-mail:hw505@163.com CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2013年第21卷第4期(539-546
书 有限空间内部爆炸研究进展 文章编号：１００６９９４１（２０１３）０４０５３９０８ 有限空间内部爆炸研究进展 胡宏伟，宋 浦，赵省向，冯海云 （西安近代化学研究所，陕西 西安 ７１００６５） 摘 要：分析了有限空间内爆炸的能量释放特点和毁伤方式，从冲击波特性、热效应、准静态压力、结构动态响应、数值模拟、炸药综 合威力评估 ６方面综述了有限空间内爆炸作用的研究，认为应建立表征内爆威力的屋顶举起实验装置，加强多毁伤元耦合作用对 目标破坏的研究，将屋顶举起作功能力和准静态压力纳入内爆炸威力评估体系，建立科学、有效的内爆炸威力评估方法。 关键词：爆炸力学；有限空间内爆炸；冲击波屋顶举起；准静态压力 中图分类号：ＴＪ５５；Ｏ３８９ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６９９４１．２０１３．０４．０２６ 收稿日期：２０１２０７１４；修回日期：２０１２１１０１ 基金项目：国家安全重大基础研究（批准号：６１３１４３０３），国防科技工业 新产品创新计划火炸药科研专项。 作者简介：胡宏伟（１９８２－），男，工程师，主要从事爆炸作用与毁伤技 术研究。ｅｍａｉｌ：ｈｈｗ５０５＠１６３．ｃｏｍ １ 引 言 随着防御体系的发展，具有重要战略价值的军事 目标（如指挥中心、导弹发射井、机库、舰艇等）结构越 来越坚固，而且这些目标均是由单个或多个密闭、半密 闭的空间结构组成，将发生在密闭和半密闭空间内的 爆炸统称为有限空间内部爆炸。为了高效毁伤此类目 标，侵彻技术和钻地武器得到了迅速发展，涌现了钻地 弹和温压弹等以内爆炸作用为显著特点的新型弹药。 弹药有限空间内部爆炸的作用规律，与开放空间 相比差异较大，约束环境对爆炸作用效果的影响甚为 明显。有限空间内部爆炸的特征主要表现为：冲击波 效应显著增强、热效应明显、爆轰产物膨胀作功的有效 作用时间更长等，除了爆炸冲击波和破片的作用外，热 效应和准静态压力成为重要的毁伤方式，因而装药内 爆作用过程的能量利用率更高，破坏效果大大增强。 但由于炸药装药有限空间内部爆炸的作用过程与目标 结构的耦合效应显著，特征参量众多，作用效应复杂， 致使有限空间内爆炸特征参量的动态测试、表征及毁 伤威力的评估非常困难。而国内关于有限空间内爆炸 作用的研究，长期以来基本都集中在冲击波效应，热效 应和准静态压力等毁伤方式没有得到相应的重视，内 爆作用机理认识不清，缺乏有效评价内爆威力及其毁 伤效果的科学方法及标准，严重制约了我国内爆型高 能炸药及先进弹药战斗部技术的创新发展和提高。 本文在分析有限空间内爆炸的能量释放特点和毁 伤方式的基础上，总结了最近国内外在有限空间内爆 炸冲击波特性、热效应、准静态压力、结构动态响应、数 值模拟、炸药综合威力评估方面的研究进展，为深入研 究内爆炸作用特性和规律，揭示弹药有限空间内爆炸 的毁伤机理，提高钻地类武器弹药的研发、毁伤效能预 估和防护工程设计提供一定参考和借鉴。 ２ 有限空间内爆炸能量释放特点和毁伤方式 ２．１ 有限空间内爆炸能量释放特点 弹药的发展已经不再局限于传统物质和传统能量 释放方式［１］ ，不仅要借用体系外的物质（例如空气和 水）和能量，还与目标 发 生 耦 合 作 用，产 生 新 的 作 用 方式。 与开放环境相比，弹药在密闭 ／半密闭空间内爆炸 具有以下特征：（１）约束结构与爆炸产物耦合作用产 生紊流，反射冲击波加热爆轰产物且金属粒子可能产 生破碎，使爆轰产物与空气混合更充分，反应效率更 高，能量释放更充分，见图 １［２］ ；（２）壁面反射产生冲 击波多峰现象，能量利用率提高；（３）热效应显著，有 效作用时间更长；（４）爆轰产物气体在约束环境内形 成准静态压力，综合杀伤效果更好。密闭空间内爆炸 的能量结构组成如图 ２所示［３］ 。 ９３５ ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＮＥＲＧＥＴＩＣＭＡＴＥＲＩＡＬＳ 含能材料 ２０１３年 第 ２１卷 第 ４期 （５３９－５４６）
reflected shock 人员、仪器、设备、装备等 3有限空间内部爆炸作用规律研究 有限空间内爆炸冲击波特性 第二次世界大战以来,人们对简单、复杂和真实的 密闭与半密闭结构进行了大量的研究,研究成果也较 detonation 为丰富。最初的研究认为与开放空间一样,冲击波是 破坏目标的主要因素,主要的差异在于冲击波的多次 反射作用,因此,研究也主要集中在密闭结构内冲击波 图1密闭空间内爆炸的能量释放机理 Fig 1 Energy release mechanism from an enclosed explosion 载荷的分布和反射-5。自由空间和有限空间内爆 炸的压力时间波形图如图3所示 local blas static pressure 图2密闭空间内爆炸的能量结构组成 Fig. 2 Diagram of energy cascade in confined space 2.2有限空间内部爆炸的毁伤方式 a. air blast wave profile 有限空间内爆炸与目标结构的耦合效应显著,特 征参量众多,作用效应复杂,其毁伤方式主要包括 (1)冲击波多峰效应。初始冲击波遇到壁面产生 多次反射波或汇聚波,对目标造成多次毁伤。 (2)热效应。环境约束使其有效作用时间更长 shock reflections 主要用来杀伤软目标,热毁伤的因素决定于热流量密 度-持续时间。 (3)准静态压力。爆轰产物会产生一个压力 比冲击波峰值超压小很多,但作用时间很长的气体压 力,其变化过程很慢,可近似为一个准静态过程,因此 爆轰产物气体在约束环境内形成的压力称为准静态压 b. internal blast wave profile 力。由于在约束环境内准静态压力作用时间很长,产图3空中爆炸和有限空间内爆炸的压力时间波形图 生的冲量非常大,对目标的毁伤效应非常好,是有限空 Fig 3 Pressure-time curve of explosion in free and confined sDa 间内爆炸的一个重要毁伤元素。 (4)窒息效应。对于高贫氧炸药,爆炸时周围空 气中氧气大部分参加反应,可以造成局部缺氧状态,化 冲击波在结构内壁上发生发射后,圆桶、箱型等复 学反应过程中又会生成大量一氧化碳、二氧化碳等有杂结构的内爆炸压力载荷变得非常复杂,不可能精确 毒气体,对人员有窒息作用。 计算其内爆炸载荷,因此人们在坑道和钢筋混凝土密 闭结构内进行了大量的实验研究。目前研究最多、最 (5)震塌效应。对于大当量的弹药,爆炸产生的振 动效应能够使密闭空间结构产生局部或整体的震塌。 为成熟的是坑道或洞室中冲击波传播规律,表1为坑 (6)破片效应。破坏目标局部结构,杀伤结构内的 道或洞室中冲击波参数的经验计算公式。 Chinese Joumal of Energetic Materials, Vol 21, No 4. 2013(539-546) 含能材料 www.energetic-materials.orgen
胡宏伟，宋浦，赵省向，冯海云 图 １ 密闭空间内爆炸的能量释放机理 Ｆｉｇ．１ Ｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｒｏｍ ａｎｅｎｃｌｏｓｅｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎ 图 ２ 密闭空间内爆炸的能量结构组成 Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｅｎｅｒｇｙｃａｓｃａｄｅｉｎｃｏｎｆｉｎｅｄｓｐａｃｅ ２．２ 有限空间内部爆炸的毁伤方式 有限空间内爆炸与目标结构的耦合效应显著，特 征参量众多，作用效应复杂，其毁伤方式主要包括： （１）冲击波多峰效应。初始冲击波遇到壁面产生 多次反射波或汇聚波，对目标造成多次毁伤。 （２）热效应。环境约束使其有效作用时间更长， 主要用来杀伤软目标，热毁伤的因素决定于热流量密 度持续时间。 （３）准静态压力［３］ 。爆轰产物会产生一个压力 比冲击波峰值超压小很多，但作用时间很长的气体压 力，其变化过程很慢，可近似为一个准静态过程，因此， 爆轰产物气体在约束环境内形成的压力称为准静态压 力。由于在约束环境内准静态压力作用时间很长，产 生的冲量非常大，对目标的毁伤效应非常好，是有限空 间内爆炸的一个重要毁伤元素。 （４）窒息效应。对于高贫氧炸药，爆炸时周围空 气中氧气大部分参加反应，可以造成局部缺氧状态，化 学反应过程中又会生成大量一氧化碳、二氧化碳等有 毒气体，对人员有窒息作用。 （５）震塌效应。对于大当量的弹药，爆炸产生的振 动效应能够使密闭空间结构产生局部或整体的震塌。 （６）破片效应。破坏目标局部结构，杀伤结构内的 人员、仪器、设备、装备等。 ３ 有限空间内部爆炸作用规律研究 ３．１ 有限空间内爆炸冲击波特性 第二次世界大战以来，人们对简单、复杂和真实的 密闭与半密闭结构进行了大量的研究，研究成果也较 为丰富。最初的研究认为与开放空间一样，冲击波是 破坏目标的主要因素，主要的差异在于冲击波的多次 反射作用，因此，研究也主要集中在密闭结构内冲击波 载荷的分布和反射 ［４－５］ 。自由空间和有限空间内爆 炸的压力时间波形图如图 ３［３］ 所示。 ａ．ａｉｒｂｌａｓｔｗａｖｅｐｒｏｆｉｌｅ ｂ．ｉｎｔｅｒｎａｌｂｌａｓｔｗａｖｅｐｒｏｆｉｌｅ 图 ３ 空中爆炸和有限空间内爆炸的压力时间波形图 Ｆｉｇ．３ Ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｉｍｅｃｕｒｖｅｏｆｅｘｐｌｏｓｉｏｎｉｎｆｒｅｅａｎｄｃｏｎｆｉｎｅｄ ｓｐａｃｅ 冲击波在结构内壁上发生发射后，圆桶、箱型等复 杂结构的内爆炸压力载荷变得非常复杂，不可能精确 计算其内爆炸载荷，因此人们在坑道和钢筋混凝土密 闭结构内进行了大量的实验研究。目前研究最多、最 为成熟的是坑道或洞室中冲击波传播规律，表 １为坑 道或洞室中冲击波参数的经验计算公式。 ０４５ ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４，２０１３（５３９－５４６） 含能材料 ｗｗｗ．ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｏｒｇ．ｃｎ
有限空间内部爆炸研究进展 表1坑道或洞室中冲击波参数的经验计算公式 Table 1 Empirical formulation of calculating the shock wave parameter in tunnels or cave application range application conditions reference a)-3.5 m/kg =R/Q<0.3 m/kg"3 C=2200e R/Q/3, B=0.95+0. 16R/Q blast at a)the external, entrance and b)[7, 8] C=3000,B=1.00 p=0.155Q/54)4+0.92(Q/51)2+44Q 1≤(5L/2mQ)≤10-15 internal blast in long straight tunnel [9] p=176Q/D2L+0.426(Q/D21) 0.656≤(Q/DL)≤10.5 blast at the entrance of tunnel △p=0.169(Q/5L)/+0.027(Q/51)2+2.03Q/5 1.2≤R/Q≤2.8m/kgl3 blast inside tunnel △p=(0.4+H/(H+12)a)(Q/s)°(Q/H 0.35<S/Q<80, 0.26<HQ<0.65 shock wave overpressure of near field [10 the tunnel which have n right-angle tum [12] △P2=△P2(A1/A2)2 long time shock-wave shock wave transmit from small space [121 =3143(Q/s)(Q/RS)1/-2(Q/R5)2+1.52Q/R5)1.2≤R/QA≤2.8m/kg3 at the entrance of tunnel t=A(L/D)°(D/Q) constant-area tunnel blast at the entrance of tunnel Note: Q is TNT equivalent, kg: S is the cross-sectional area of tunnel or cavern, m2: L is the distance from the center of charg D is the diameter of tunnel or cavern, m; R is the distance from charges to the entrance of tunnel, m: B, Cis a 冲击波初次反射的压力值可以用刚性壁面上产生流密度及其持续时间,即qt关系。TDS公司在 的反射理论来估算。王鹤鸣等研究了巷道内爆炸3.7m×3.0m×2.4m密闭结构中,使用热电偶测量 冲击波的多次峰值现象,提出了二次峰值的计算公式。了一系列胶质、复合高能温压炸药内爆炸的热效应,用 0.205 Ap2=Ap·ep(0.197311) (1)0~10s的温度波形进行积分计算得到的数值用来表 示热输出。 Astbury等人在房间大小的封闭体内进 但由于冲击波在地面、侧壁和顶部发生多次反射行爆炸的研究发现,一个房间内的火焰传播的另一个 并发生汇聚作用,后续的冲击波变得十分复杂,三次峰房间时,会在第二个房间产生更严重的破坏。李媛媛 值以后的压力很难精确计算。 等研究了在半密闭条件下不同含铝炸药爆炸场温 3.2有限空间内爆炸热效应 度,研究表明铝含量的增加可提高爆炸场温度及温度 与冲击波研究相比,最初热效应和热杀伤作用的对环境的作用时间,当铝粉的质量分数为30%-40% 研究主要集中在核爆炸。而常规杀爆战斗部是靠战斗 时,爆炸温度出现温度平台(大约在1000℃)。胡宏 部壳体内凝聚炸药瞬时爆轰来驱动壳体运动,利用冲伟等利用比色测温仪测量了TNT和某种非理想炸 击波和破片毁伤目标,热效应研究并没有得到重视, 药的爆炸火球的表面温度,研究发现爆炸火球的表面 主要原因在于:(1)开放空间,常规弹药的热效应持续 时间较短,热杀伤作用有限;(2)由于爆炸的瞬间破坏温度与炸药的性质有关,而炸药的质量对其影响很小。 Baker等ω研究得到了不同种类炸药火球直径、持续 效应,爆炸热效应的实验测量困难。温压炸药出现后 热效应成为一种重要的毁伤方式,在有限空间内,温压 时间与炸药(燃料)质量之间的关系模型 炸药产生高热和冲击波无孔不入,可以进入破片无法 D=am°,t=cm (2) 到达的地方杀伤目标,特别适合毁伤洞穴、地下工事、式中,a,b,c,d为常数。 建筑物等封闭空间内的人员,并对隐匿地下的设备和 但由于接触测温测试技术还不太成熟,目前的研 系统造成严重损毁 究工作者主要采用非接触测温(比色测温、红外测温 与开放空间相比,有限空间内的高温作用时间变等)开展相关研究,工作相应也较少一些 长,金属粉更容易反应释放更多的能量,增强毁伤效3.3有限空间内爆炸准静态压力研究 果。目前对有限空间内爆炸热效应的研究主要集中在 有限空间内爆炸的爆炸能量由爆轰和后燃烧能量 热效应测试技术、热辐射破坏准则、火球和爆炸场的温两部分组成(2,即冲击波动压和爆轰产物产生的准静态 度效应等方面。惠君明等人研究了高温场的燃烧压力,见图4。准静态(爆炸产物)压力,即高能炸药 和热作用,研究表明影响热毁伤的因素主要决定于热在结构内爆炸时,冲击波在结构内产生反射,随着时间 CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2013年第21卷第4期(539-546
有限空间内部爆炸研究进展 表 １ 坑道或洞室中冲击波参数的经验计算公式 Ｔａｂｌｅ１ Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｓｈｏｃｋｗａｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉｎｔｕｎｎｅｌｓｏｒｃａｖｅ ｆｏｒｍｕｌａ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Δｐ＝Ｃ（Ｌ／Ｄ）－Ｂ（Ｑ１／３／Ｄ） ａ） －３．５ｍ／ｋｇ１／３≤Ｒ／Ｑ１／３ ＜０．３ｍ／ｋｇ１／３ Ｃ＝２２００ｅＲ／Ｑ１／３，Ｂ＝０．９５＋０．１６Ｒ／Ｑ１／３ ｂ）Ｒ／Ｑ１／３≥０．３ｍ／ｋｇ１／３ Ｃ＝３０００，Ｂ＝１．００ ｂｌａｓｔａｔａ）ｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌ，ｅｎｔｒａｎｃｅａｎｄｂ） ｉｎｔｅｒｎａｌｏｆｔｕｎｎｅｌ ［７，８］ Δｐ＝０．１５５（Ｑ／ＳＬ）１／３ ＋０．９２（Ｑ／ＳＬ）２／３ ＋４．４Ｑ／ＳＬ １≤（ＳＬ／２πＱ）≤１０－１５ ｉｎｔｅｒｎａｌｂｌａｓｔｉｎｌｏｎｇｓｔｒａｉｇｈｔｔｕｎｎｅｌ ［９］ Δｐ＝１．７６Ｑ／Ｄ２Ｌ＋０．４２６（Ｑ／Ｄ２Ｌ）１／２ ０．６５６≤（Ｑ／Ｄ２Ｌ）≤１０．５ ｂｌａｓｔａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｕｎｎｅｌ ［１０］ Δｐ＝０．１６９（Ｑ／ＳＬ）１／３ ＋０．０２７（Ｑ／ＳＬ）２／３ ＋２．０３Ｑ／ＳＬ １．２≤Ｒ／Ｑ１／３≤２．８ｍ／ｋｇ１／３ ｂｌａｓｔｉｎｓｉｄｅｔｕｎｎｅｌ ［１１］ Δｐ＝（０．４＋Ｈ／（Ｈ２ ＋Ｌ２）１／２）（Ｑ／ＳＬ）０．８７（Ｑ１／３／Ｈ）１．１１ ０．３５＜ＳＬ／Ｑ＜８０， ０．２６＜Ｈ／Ｑ１／３ ＜０．６５ ｓｈｏｃｋｗａｖｅｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｎｅａｒｆｉｅｌｄ ［１０］ Δｐｎ ＝Δｐ０（０．９４）ｎ － ｔｈｅｔｕｎｎｅｌｗｈｉｃｈｈａｖｅｎｒｉｇｈｔａｎｇｌｅｔｕｒｎ ［１２］ Δｐ２ ＝Δｐ０（Ａ１／Ａ２）１／２ ｌｏｎｇｔｉｍｅｓｈｏｃｋｗａｖｅ ｓｈｏｃｋｗａｖｅｔｒａｎｓｍｉｔｆｒｏｍ ｓｍａｌｌｓｐａｃｅ ｔｏｂｉｇｓｐａｃｅ ［１２］ Ｉ＝３１４３（Ｑ１／３／Ｓ１／２）（（Ｑ／ＲＳ）１／３ －２（Ｑ／ＲＳ）２／３ ＋１．５２Ｑ／ＲＳ） １．２≤Ｒ／Ｑ１／３≤２．８ｍ／ｋｇ１／３ ｂｌａｓｔａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｕｎｎｅｌ ［１１］ ｔｄ ＝Ａ（Ｌ／Ｄ）Ｂ（Ｄ２／Ｑ１／３） ｃｏｎｓｔａｎｔａｒｅａｔｕｎｎｅｌ ｂｌａｓｔａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｕｎｎｅｌ ［１３］ Ｎｏｔｅ：Ｑ ｉｓＴＮＴｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ，ｋｇ；Ｓｉｓｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｏｆｔｕｎｎｅｌｏｒｃａｖｅｒｎ，ｍ２；Ｌｉｓｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｃｈａｒｇｅｓｔｏｓｅｎｓｏｒｓ，ｍ； Ｄ ｉｓｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｕｎｎｅｌｏｒｃａｖｅｒｎ，ｍ；Ｒｉｓｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｃｈａｒｇｅｓｔｏｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｔｕｎｎｅｌ，ｍ；Ｂ，Ｃｉｓａｃｏｎｓｔａｎｔ． 冲击波初次反射的压力值可以用刚性壁面上产生 的反射理论来估算。王鹤鸣等［１４］研究了巷道内爆炸 冲击波的多次峰值现象，提出了二次峰值的计算公式。 Δｐ２＝Δｐ１·ｅｘｐ（０．１９７３１１）· ＨΔｐ１／３ １ ( ) Ｒ１／３ －０．１６６２５１ · Ｓ ( ) Ｒ２ －０．２６０７５ （１） 但由于冲击波在地面、侧壁和顶部发生多次反射 并发生汇聚作用，后续的冲击波变得十分复杂，三次峰 值以后的压力很难精确计算。 ３．２ 有限空间内爆炸热效应 与冲击波研究相比，最初热效应和热杀伤作用的 研究主要集中在核爆炸。而常规杀爆战斗部是靠战斗 部壳体内凝聚炸药瞬时爆轰来驱动壳体运动，利用冲 击波和破片毁伤目标，热效应研究并没有得到重视。 主要原因在于：（１）开放空间，常规弹药的热效应持续 时间较短，热杀伤作用有限；（２）由于爆炸的瞬间破坏 效应，爆炸热效应的实验测量困难。温压炸药出现后， 热效应成为一种重要的毁伤方式，在有限空间内，温压 炸药产生高热和冲击波无孔不入，可以进入破片无法 到达的地方杀伤目标，特别适合毁伤洞穴、地下工事、 建筑物等封闭空间内的人员，并对隐匿地下的设备和 系统造成严重损毁。 与开放空间相比，有限空间内的高温作用时间变 长，金属粉更容易反应释放更多的能量，增强毁伤效 果。目前对有限空间内爆炸热效应的研究主要集中在 热效应测试技术、热辐射破坏准则、火球和爆炸场的温 度效应等方面。惠君明等人［１５］研究了高温场的燃烧 和热作用，研究表明影响热毁伤的因素主要决定于热 流密度 及 其 持 续 时 间，即 ｑｔ关 系。ＴＤＳ公 司［１６］在 ３．７ｍ ×３．０ｍ ×２．４ｍ 密闭结构中，使用热电偶测量 了一系列胶质、复合高能温压炸药内爆炸的热效应，用 ０～１０ｓ的温度波形进行积分计算得到的数值用来表 示热输出。Ａｓｔｂｕｒｙ［１７］ 等人在房间大小的封闭体内进 行爆炸的研究发现，一个房间内的火焰传播的另一个 房间时，会在第二个房间产生更严重的破坏。李媛媛 等［１８］ 研究了在半密闭条件下不同含铝炸药爆炸场温 度，研究表明铝含量的增加可提高爆炸场温度及温度 对环境的作用时间，当铝粉的质量分数为 ３０％ ～４０％ 时，爆炸温度出现温度平台（大约在 １０００℃）。胡宏 伟［１９］ 等利用比色测温仪测量了 ＴＮＴ和某种非理想炸 药的爆炸火球的表面温度，研究发现爆炸火球的表面 温度与炸药的性质有关，而炸药的质量对其影响很小。 Ｂａｋｅｒ等［２０］ 研究得到了不同种类炸药火球直径 、持续 时间 与炸药（燃料）质量 之间的关系模型： Ｄ＝ａｍｂ ，ｔ＝ｃｍｄ （２） 式中，ａ，ｂ，ｃ，ｄ为常数。 但由于接触测温测试技术还不太成熟，目前的研 究工作者主要采用非接触测温（比色测温、红外测温 等）开展相关研究，工作相应也较少一些。 ３．３ 有限空间内爆炸准静态压力研究 有限空间内爆炸的爆炸能量由爆轰和后燃烧能量 两部分组成［２］ ，即冲击波动压和爆轰产物产生的准静态 压力，见图 ４［３］ 。准静态（爆炸产物）压力，即高能炸药 在结构内爆炸时，冲击波在结构内产生反射，随着时间 １４５ ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＮＥＲＧＥＴＩＣＭＡＴＥＲＩＡＬＳ 含能材料 ２０１３年 第 ２１卷 第 ４期 （５３９－５４６）
胡宏伟,宋浦,赵省向,冯海云 的增加,压力幅值和波动减弱,并且爆轰产物气体压力量了三种PBXs炸药隧道内爆炸的准静态压力用于评 在密闭空间内分布均匀,产生一个压力幅值比反射冲击估炸药的内爆性能,对比了自由空气中爆炸威力和内 载荷峰值小很多,但作用时间很长的压力,见图3(b)。爆炸威力的差异,发现自由空气中爆炸威力高的炸药 此过程与结构容积、泄压面积爆炸能量释放特性有关。并不具有最好的内爆性能。 Thomas s F I研究发现 密闭空间内的冲击波反射和爆轰产物的抑制膨胀使其 total energy 与自由场爆炸具有不同的能量输出特性,这是由于自由 w38器≥品 场缺乏围墙(约束结构)和反射压力使紊流混合较弱,爆 after bum rat 炸产物迅速膨胀,没有后燃烧过程,导致密闭结构中爆 炸威力较高的炸药在自由空气中爆炸威力不高。 于准静态压力作用时间很长,产生的冲量非常 大,而且总能量的释放(即爆轰加后燃烧)仅是终态准 静态压的函数,因此,准静态压力作为评估炸药的 内爆性能的一个重要特征参量,应当纳入内爆类武器 图4典型富燃料炸药的总能释放与能量释放率时程曲 Fig 4 Time history of total energy release and energy release 的技术指标的评估体系。 rates for a typical fuel-rich explosive 3.4有限空间内爆炸结构动态响应 有限空间内爆炸会导致结构变形、破裂、崩塌和解 最先关注准静态压力的是密封抗爆结构强度设计体等效应,对于内爆类弹药战斗部、舰艇和防护结构的 人员,20世纪60年代以前,密封抗爆结构的强度设计设计非常重要,目前主要是通过小当量、小尺寸的缩 一般都忽略准静态气体压力,因为他们认为结构破坏模拟实验来进行研究,包括爆炸容器、钢筋混凝土模拟 的主要因素是反射冲击波压力。20世纪70年代,结构、各种等效靶标和实体结构等°小把球对称壳体 Trot2发现导致球形爆炸容器破裂的主要原因是准 对于爆炸容器,W.E. Baker等 静态的爆炸产物压力,而非瞬态的爆炸反射冲击波,准的振动简化成一维弹性振动或一维弹塑性振动建立 静态气体压力研究逐渐得到了重视,研究者所关注的了一维壳体弹性振动方程以及弹塑性振动方程,求出 参量主要是准静态气体的峰值压力及其持续时间。了载荷形式为线性衰减的壳体运动的弹性及弹塑性 Weibull w2和 Esparala E D证明了最大准静解。 Behnem1采用带应变硬化的刚塑性模型,同时 态压力与泄压面积无关,而是装药量与容器容积之比考虑冲击载荷及准静态压力的作用,得到了壳体径向 (m/V)的函数。表2为部分有代表性的准静态压力相应的解析解。对于任意形式的载荷或多次循环载 经验计算公式。 荷, Adischer3给出有限长圆柱壳的动态振动方程, 文中考虑了边界条件的影响,得到了方程的本征函数 表2准静态压力的经验计算公式 解。Dσr13利用理论分析和数值模拟提出了一种预 Table2 Empirical formulation of calculating the quasi-static pressure估混凝土结构内爆炸作用下混凝土板飞散速度的半理 esearcher formula applicable conditions 论经验计算方法。邓国强31研究发现密集弹片群不 p=1.30m/V ost of hes 仅产生聚集局部破坏效应,还会将能量传递到结构,使 Moir [25 p=(1. 34+0. 19)m/v most of HEs 之产生整体破坏效应,弹片群的整体破坏在防护结构 thony ( 26) m/v<1 设计中是不能被忽略的。郭志昆3对扁平箱形钢筋 0.146+0.193△H 混凝土密闭模型结构进行了药量递增直至破坏的内爆 炸实验,结果表明,作用在结构内表面上的压力是非线 海军水面战争中心达兰格林分部提出了一种性下降的,具有周期性宏观脉动特征,结构破坏形式以 利用密闭空间爆炸中压力时间历程来评估爆轰和后顶板的双向受弯破坏为主。侯海量等通过对典型 燃烧能量释放(即准静态压力)的方法,该方法假设反半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察,结 应时间被分为两部分,一部分发生在微秒时间尺度, 果表明舱内爆炸下,舱室板架结构承受的冲击载荷及 部分发生在毫秒时间尺度,基于压力即可定量测量初失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载 期反应和后燃烧反应的相对数量。Sung- ho Kim20测荷及失效模式有较大区别,其动态响应难以用敞开环 Chinese Joumal of Energetic Materials, Vol 21, No 4. 2013(539-546) 含能材料 www.energetic-materials.orgen
胡宏伟，宋浦，赵省向，冯海云 的增加，压力幅值和波动减弱，并且爆轰产物气体压力 在密闭空间内分布均匀，产生一个压力幅值比反射冲击 载荷峰值小很多，但作用时间很长的压力，见图 ３（ｂ）。 此过程与结构容积、泄压面积、爆炸能量释放特性有关。 图 ４ 典型富燃料炸药的总能释放与能量释放率时程曲线 Ｆｉｇ．４ Ｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｏｔａｌｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅａｎｄｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅｓｆｏｒａｔｙｐｉｃａｌｆｕｅｌｒｉｃｈｅｘｐｌｏｓｉｖｅ 最先关注准静态压力的是密封抗爆结构强度设计 人员，２０世纪 ６０年代以前，密封抗爆结构的强度设计 一般都忽略准静态气体压力，因为他们认为结构破坏 的主要因 素 是 反 射 冲 击 波 压 力。２０世 纪 ７０年 代， Ｔｒｏｔｔ［２１］ 发现导致球形爆炸容器破裂的主要原因是准 静态的爆炸产物压力，而非瞬态的爆炸反射冲击波，准 静态气体压力研究逐渐得到了重视，研究者所关注的 参量主要 是 准 静 态 气 体 的 峰 值 压 力 及 其 持 续 时 间。 ＷｅｉｂｕｌｌＨＲＷ［２２］ 和 ＥｓｐａｒａｌａＥＤ［２３］ 证明了最大准静 态压力与泄压面积无关，而是装药量与容器容积之比 （ｍ／Ｖ）的函数。表 ２为部分有代表性的准静态压力 经验计算公式。 表 ２ 准静态压力的经验计算公式 Ｔａｂｌｅ２ Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒ ｆｏｒｍｕｌａ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ Ｃａｒｌｓｏｎ［２４］ ｐ＝１．３０ｍ／Ｖ ｍｏｓｔｏｆＨＥｓ Ｍｏｉｒ［２５］ ｐ＝（１．３４±０．１９）ｍ／Ｖ ｍｏｓｔｏｆＨＥｓ Ａｎｔｈｏｎｙ［２６］ ｐ＝０．９７ｍ／Ｖ ｏｎｌｙＬＸ１３ ＴＭ５１３００［２７］ ｐ＝２．２６（ｍ／Ｖ）０．７２ ｍ／Ｖ＜１ ＫｉＢｏｎｇＬｅｅ［２８］ ｐＱＳ ＝０．１４６＋０．１９３ΔＨｃ ｍｏｓｔｏｆＨＥｓ 海军水面战争中心达兰格林分部［３］提出了一种 利用密闭空间爆炸中压力时间历程来评估爆轰和后 燃烧能量释放（即准静态压力）的方法，该方法假设反 应时间被分为两部分，一部分发生在微秒时间尺度，一 部分发生在毫秒时间尺度，基于压力即可定量测量初 期反应和后燃烧反应的相对数量。ＳｕｎｇｈｏＫｉｍ［２９］ 测 量了三种 ＰＢＸｓ炸药隧道内爆炸的准静态压力用于评 估炸药的内爆性能，对比了自由空气中爆炸威力和内 爆炸威力的差异，发现自由空气中爆炸威力高的炸药 并不具有最好的内爆性能。ＴｈｏｍａｓＳＦ［３０］ 研究发现 密闭空间内的冲击波反射和爆轰产物的抑制膨胀使其 与自由场爆炸具有不同的能量输出特性，这是由于自由 场缺乏围墙（约束结构）和反射压力使紊流混合较弱，爆 炸产物迅速膨胀，没有后燃烧过程，导致密闭结构中爆 炸威力较高的炸药在自由空气中爆炸威力不高。 由于准静态压力作用时间很长，产生的冲量非常 大，而且总能量的释放（即爆轰加后燃烧）仅是终态准 静态压的函数［３］ ，因此，准静态压力作为评估炸药的 内爆性能的一个重要特征参量，应当纳入内爆类武器 的技术指标的评估体系。 ３．４ 有限空间内爆炸结构动态响应 有限空间内爆炸会导致结构变形、破裂、崩塌和解 体等效应，对于内爆类弹药战斗部、舰艇和防护结构的 设计非常重要，目前主要是通过小当量、小尺寸的缩比 模拟实验来进行研究，包括爆炸容器、钢筋混凝土模拟 结构、各种等效靶标和实体结构等。 对于爆炸容器，Ｗ．Ｅ．Ｂａｋｅｒ等［３１］把球对称壳体 的振动简化成一维弹性振动或一维弹塑性振动，建立 了一维壳体弹性振动方程以及弹塑性振动方程，求出 了载荷形式为线性衰减的壳体运动的弹性及弹塑性 解。Ｂｅｈｎｅｍ［３２］ 采用带应变硬化的刚塑性模型，同时 考虑冲击载荷及准静态压力的作用，得到了壳体径向 相应的解析解。对于任意形式的载荷或多次循环载 荷，Ａｄｉｓｃｈｅｒ［３３］给出有限长圆柱壳的动态振动方程， 文中考虑了边界条件的影响，得到了方程的本征函数 解。Ｄｒｒ［３４］ 利用理论分析和数值模拟提出了一种预 估混凝土结构内爆炸作用下混凝土板飞散速度的半理 论经验计算方法。邓国强［３５］研究发现密集弹片群不 仅产生聚集局部破坏效应，还会将能量传递到结构，使 之产生整体破坏效应，弹片群的整体破坏在防护结构 设计中是不能被忽略的。郭志昆［３６］对扁平箱形钢筋 混凝土密闭模型结构进行了药量递增直至破坏的内爆 炸实验，结果表明，作用在结构内表面上的压力是非线 性下降的，具有周期性宏观脉动特征，结构破坏形式以 顶板的双向受弯破坏为主。侯海量等［３７］通过对典型 半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察，结 果表明舱内爆炸下，舱室板架结构承受的冲击载荷及 失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载 荷及失效模式有较大区别，其动态响应难以用敞开环 ２４５ ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４，２０１３（５３９－５４６） 含能材料 ｗｗｗ．ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｏｒｇ．ｃｎ
有限空间内部爆炸研究进展 境爆炸下加筋板结构的动态响应描述,舱室板架结构形爆炸容器数值模拟了凝聚相炸药在其内部产生的爆 主要有4种失效模式,舱室板架结构加强筋布置在迎炸流场。此后,不少学者对爆炸流场进行了广泛深人 爆面将使板架中部的局部破坏程度增加,但有利于削的数值模拟研究。 Wang T等40采用有限差分法 弱角隅汇聚冲击波强度,减小板架沿角隅部位的撕裂计算了敞开圆柱形激波管内的爆炸流场。 Marchand 破坏。李伟等30研究内爆条件下高速破片和爆炸冲KA(则用自由空气中固体炸药的爆炸波参数作为初 击波对舱室结构的联合毁伤效应,研究表明模拟战斗值,采用射线追踪和镜像炸药法来考虑激波反射,计算 部内爆载荷作用下舱室结构的整体变形以冲击波破坏了容器的载荷。 Giglio M利用有限差分法计算了 为主,战斗部破片对舱壁板架产生侵彻穿孔破坏,并在球形爆炸容器壁对爆炸荷载的响应。德国的恩特斯 近爆区板架上形成了破口密集区域,单个破口对舱室整马赫研究所和美国内华达大学各开发了一种冲击波计 体结构破坏影响不大,而密集破口区在后续冲击波作用算程序,可以计算不同类型坑道和多个连体腔室的冲 下会发生撕裂,形成大破口,影响舱室整体结构性能。击波变化规律。W. Armond3)等使用轴对称模型 3.5有限空间内爆炸作用数值模拟 对八角形爆炸塔内的爆炸流场分布进行了模拟,爆炸 关于一般爆炸流场的计算已有相当广泛的研究,流场的数值模拟结果见图5。 但是直到1981年才由 ZhandA最早直接针对球 detonation chamber 图5约束空间内爆炸流场的数值模拟 Fig 5 Numerical simulation on explosion flow field in confined space( left, material location; right, temperature) 国内关于有限空间内爆炸流场的数值模拟成果也3.6有限空间内爆炸综合威力评估 比较丰富。曹玉忠等采用计算流体动力学中的二阶 有限空间内爆炸不同于空中爆炸,只用冲击波能即 精度TνD差分格式和特殊算子分裂法,按轴对称问题,可表征其爆炸威力,环境约束条件导致其毁伤机理更加 对半球顶圆柱筒密闭式抗爆容器内部爆炸流场进行了复杂,存在冲击波、热效应和准静态压力等多种毁伤元 数值模拟,计算得到的容器壁面载荷分布与实验结果基素,爆炸威力的表征及评估非常困难。依据有限空间内 本一致。贾晓东等用爆炸动力学程序 object MMIC爆炸的目标特性和能量释放特点,人们采用了多峰冲击 对约束空间内FAE爆炸压力场分布特点的相关问题进波的峰值压力和冲量、屋顶上升的作功能力、准静态压 行了数值模拟。杨秀敏等{对封闭空间内爆炸效应进力来表征内爆炸药的爆炸威力,用于内爆炸药的评估 行了数值模拟,分析了冲击波和弹片的复合作用下,封 海军水面战争中心印第安纳分部( NSWC IHD) 闭结构墙体的破坏效应。宋卫东等(利用自编程序和 Talley防御系统公司(TDS)在钢筋混凝土双室建 MMC3D建立了机库的三维数值模型,采用三维筑中(见图2)对几种现存和新开发炸药进行了实验,依 Youngs界面技术对战斗部侵彻机库后发生爆炸情况下据压力和冲量建立了一套内爆炸药筛选准则。此 的流场分布进行了三维数值模拟。给出了不同关键点外,TDS1对一系列高能温压炸药进行了内爆炸实验, 的压力曲线和一些规律性的仿真结果,并且通过计算结建立了一种测量比冲量的新型实验设施一屋顶上升实 果的动画处理,清晰地看到战斗部在机库内部爆炸后所验装置,通过在密闭结构(3.7m×3.0m×2.4m,设计 形成冲击波的传播规律。周清利用LS-DYNA软件,炸药质量500~800g)上部加盖一定重量的顶盖 采用ALE方法,定性地研究了长方体和无限长坑道等察炸药爆炸后屋顶的上升位移来计算比冲量,并与由 密闭空间内爆炸引起的内壁上超压的分布规律,并且压力传感器数据计算的冲量结合起来,评估高爆温压 提出了一种计算内壁超压时程的简化方法。 炸药的相对性能,见图6。 CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2013年第21卷第4期(539-546
有限空间内部爆炸研究进展 境爆炸下加筋板结构的动态响应描述，舱室板架结构 主要有 ４种失效模式，舱室板架结构加强筋布置在迎 爆面将使板架中部的局部破坏程度增加，但有利于削 弱角隅汇聚冲击波强度，减小板架沿角隅部位的撕裂 破坏。李伟等［３８］ 研究内爆条件下高速破片和爆炸冲 击波对舱室结构的联合毁伤效应，研究表明模拟战斗 部内爆载荷作用下舱室结构的整体变形以冲击波破坏 为主，战斗部破片对舱壁板架产生侵彻穿孔破坏，并在 近爆区板架上形成了破口密集区域，单个破口对舱室整 体结构破坏影响不大，而密集破口区在后续冲击波作用 下会发生撕裂，形成大破口，影响舱室整体结构性能。 ３．５ 有限空间内爆炸作用数值模拟 关于一般爆炸流场的计算已有相当广泛的研究， 但是直到 １９８１年才由 ＺｈｄａｎＳＡ［３９］最早直接针对球 形爆炸容器数值模拟了凝聚相炸药在其内部产生的爆 炸流场。此后，不少学者对爆炸流场进行了广泛深入 的数值模拟研究。ＷａｎｇＪＣＴ等［４０］采用有限差分法 计算了敞开圆柱形激波管内的爆炸流场。Ｍａｒｃｈａｎｄ ＫＡ［４１］ 则用自由空气中固体炸药的爆炸波参数作为初 值，采用射线追踪和镜像炸药法来考虑激波反射，计算 了容器的载荷。ＧｉｇｌｉｏＭ［４２］利用有限差分法计算了 球形爆炸容器壁对爆炸荷载的响应。德国的恩特斯 马赫研究所和美国内华达大学各开发了一种冲击波计 算程序，可以计算不同类型坑道和多个连体腔室的冲 击波变化规律［１２］ 。Ｗ．Ａｒｎｏｎｄ［４３］ 等使用轴对称模型 对八角形爆炸塔内的爆炸流场分布进行了模拟，爆炸 流场的数值模拟结果见图 ５。 ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｃｈａｍｂｅｒ ０ｍｓ ６ｍｓ ２５ｍｓ ６０ｍｓ 图 ５ 约束空间内爆炸流场的数值模拟 Ｆｉｇ．５ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｅｘｐｌｏｓｉｏｎｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄｉｎｃｏｎｆｉｎｅｄｓｐａｃｅ（ｌｅｆｔ，ｍａｔｅｒｉａｌｌｏｃａｔｉｏｎ；ｒｉｇｈｔ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ） 国内关于有限空间内爆炸流场的数值模拟成果也 比较丰富。曹玉忠等［４４］ 采用计算流体动力学中的二阶 精度 ＴＶＤ差分格式和特殊算子分裂法，按轴对称问题， 对半球顶圆柱筒密闭式抗爆容器内部爆炸流场进行了 数值模拟，计算得到的容器壁面载荷分布与实验结果基 本一致。贾晓东等［４５］ 用爆炸动力学程序 ｏｂｊｅｃｔＭＭＩＣ 对约束空间内 ＦＡＥ爆炸压力场分布特点的相关问题进 行了数值模拟。杨秀敏等［４６］ 对封闭空间内爆炸效应进 行了数值模拟，分析了冲击波和弹片的复合作用下，封 闭结构墙体的破坏效应。宋卫东等［４７］利用自编程序 ＭＭＩＣ３Ｄ建 立 了 机 库 的 三 维 数 值 模 型，采 用 三 维 Ｙｏｕｎｇｓ界面技术对战斗部侵彻机库后发生爆炸情况下 的流场分布进行了三维数值模拟。给出了不同关键点 的压力曲线和一些规律性的仿真结果，并且通过计算结 果的动画处理，清晰地看到战斗部在机库内部爆炸后所 形成冲击波的传播规律。周清［４８］利用ＬＳＤＹＮＡ软件， 采用 ＡＬＥ方法，定性地研究了长方体和无限长坑道等 密闭空间内爆炸引起的内壁上超压的分布规律，并且 提出了一种计算内壁超压时程的简化方法。 ３．６ 有限空间内爆炸综合威力评估 有限空间内爆炸不同于空中爆炸，只用冲击波能即 可表征其爆炸威力，环境约束条件导致其毁伤机理更加 复杂，存在冲击波、热效应和准静态压力等多种毁伤元 素，爆炸威力的表征及评估非常困难。依据有限空间内 爆炸的目标特性和能量释放特点，人们采用了多峰冲击 波的峰值压力和冲量、屋顶上升的作功能力、准静态压 力来表征内爆炸药的爆炸威力，用于内爆炸药的评估。 海军水面战争中心印第安纳分部（ＮＳＷＣＩＨＤ） 和 Ｔａｌｌｅｙ防御系统公司（ＴＤＳ）在钢筋混凝土双室建 筑中（见图 ２）对几种现存和新开发炸药进行了实验，依 据压力和冲量建立了一套内爆炸药筛选准则［４９］ 。此 外，ＴＤＳ［１６］ 对一系列高能温压炸药进行了内爆炸实验， 建立了一种测量比冲量的新型实验设施—屋顶上升实 验装置，通过在密闭结构（３．７ｍ×３．０ｍ×２．４ｍ，设计 炸药质量 ５００～８００ｇ）上部加盖一定重量的顶盖，观 察炸药爆炸后屋顶的上升位移来计算比冲量，并与由 压力传感器数据计算的冲量结合起来，评估高爆温压 炸药的相对性能，见图 ６。 ３４５ ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＮＥＲＧＥＴＩＣＭＡＴＥＲＩＡＬＳ 含能材料 ２０１３年 第 ２１卷 第 ４期 （５３９－５４６）