后效超压模型分析与应用

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：由此可得动能和化学能共同作用下的开孔孔径dc图6.35活性聚能侵彻体作用混凝土靶开孔效应2.内爆超压模型活性聚能侵彻体贯穿混凝土靶后，在目标内部发生剧烈爆燃反应，形成超压场。图6.37靶后1 m处内爆超压时程曲线图6.38靶后2 m处内爆超压时程曲线活性聚能侵彻体等效TNT当量为100 g时，不同爆心位置处，靶后1 m和2 m处超压时程曲线分别如图6.39和图6.40所示。图6.41靶后超压时程曲线

活性聚能战斗部作用防护功能型硬目标，首先依靠活性聚能侵彻体动能对混凝土靶进行侵彻，随着部分活性材料发生爆燃反应，在侵爆耦合作用下，在靶体产生贯穿通孔。未反应活性聚能侵彻体通过侵孔进入靶后，到达反应弛豫时间后，发生爆燃反应，释放大量化学能，产生高温高压场，对靶后有生力量、技术装备、油箱油罐等目标产生高效后效毁伤效应。

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图6.34　炸药埋深与质量对裂纹长度的影响

1.开孔孔径模型

活性射流对混凝土靶的开孔孔径主要取决于侵彻动能和爆炸化学能。在动能侵彻阶段，一方面，由于活性聚能侵彻体速度较高，在碰撞点形成三高区，活性聚能侵彻体头部变形，消耗自身能量以克服靶体阻力产生一孔径，同时，向四周流动的靶体粒子在惯性作用下进一步运动，扩大了开孔孔径。

另一方面，在侵彻过程中，活性聚能侵彻体发生一定程度的爆燃反应，侵孔内产生的内爆超压使开孔孔径进一步扩大。活性聚能侵彻体作用混凝土靶开孔效应如图6.35所示，图6.35（a）中虚线表示动能作用实现的开孔孔径，实线部分表示动能和爆燃共同作用实现的开孔孔径，图6.35（b）所示为内爆超压作用下的扩孔效应。假设活性材料爆燃反应在侵孔内形成超压P，动能侵彻造成穿孔孔径d，混凝土在爆炸载荷作用下受到的压应力σ0可表述为

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其中

式中，ρt，ct，σt分别为混凝土靶密度、声速和压缩强度；E，μ分别为混凝土靶的杨氏模量和泊松比。

由此可得动能和化学能共同作用下的开孔孔径dc

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图6.35　活性聚能侵彻体作用混凝土靶开孔效应

2.内爆超压模型

活性聚能侵彻体贯穿混凝土靶后，在目标内部发生剧烈爆燃反应，形成超压场。表征超压场的物理量主要包括超压峰值、正压持续时间、比冲量等。从机理上分析，活性聚能侵彻体在密闭空间内的质量分布与反应行为相当复杂，需建立等效理论模型，进而研究靶后超压特性与冲击波传播过程。

活性材料在强冲击载荷作用下会发生类爆轰反应，基于密闭空间内活性射流冲击波超压曲线与高能炸药冲击波超压曲线相类似这一实验现象，采用TNT爆炸所产生的冲击波来等效活性射流在密闭空间内爆燃反应所产生的冲击波。因此，等效理论模型需确定出活性射流穿靶后在密闭空间内爆燃反应中心位置（虚拟爆炸点位置）及产生相同冲击波的TNT当量。

在密闭空间内，测压点1和测压点2处超压可表述为

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式中，λ为常数；Δp1、Δp2分别为测压点1和测压点2处超压峰值；ω为TNT装药质量；R1、R2分别为虚拟爆炸点距离测压点1和测压点2的距离；（xc，yc，zc）为虚拟爆炸点坐标；（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）分别为测压点1和测压点2的位置坐标；H为炸高。虚拟爆炸点与测压点的几何关系如图6.36所示，由图可知，y1=y2=0，yc=H，z1=z2=zc。

由式（6.10）和式（6.11）可得

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由此可求得虚拟爆炸点坐标（xc，yc，zc）。

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图6.36　虚拟爆炸点与测压点的几何关系

获得虚拟爆炸点坐标后，通过空气中爆炸相似律，可获得通过侵孔进入密闭空间发生爆燃反应的活性材料TNT当量

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式中，R为反应中心距离测压点的距离；v为活性聚能侵彻体等效TNT当量。

根据冲击波超压峰值Δp同对比距离R间的关系，联立式（6.13）、式（6.14）、式（6.15），可得到发生爆燃反应的活性聚能侵彻体等效TNT当量。

以长3.4 m、宽3 m、高1.5 m的密闭空间为例，爆心位置设定于靶后0.65 m，活性聚能侵彻体等效TNT当量分别选择100 g、50 g、25 g，靶后1 m及2 m处内爆超压时程曲线分别如图6.37和图6.38所示。随着等效药量的增加，超压峰值增大，同时由于密闭空间内壁面的反射，超压时程曲线呈现多峰特征。同时，随着活性聚能侵彻体等效药量的增加，冲击波到达测压点的时间缩短。测压点距靶板2 m时，由于爆心位置距测压点较远，初始冲击波到达测压点的时间更长，且相比于距靶板1 m处，超压峰值显著降低。

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图6.37　靶后1 m处内爆超压时程曲线

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图6.38　靶后2 m处内爆超压时程曲线

活性聚能侵彻体等效TNT当量为100 g时，不同爆心位置处，靶后1 m和2 m处超压时程曲线分别如图6.39和图6.40所示。在靶后0.65 m处爆炸时，1 m处测压点距离最近，冲击波超压峰值最高，但较远距离处爆炸时的超压峰值较低。测压点距离靶板2 m时，由于爆炸冲击波在密闭空间内以球面波的形式传播，在空间结构上具有对称性，因此在爆心位置为靶后0.65 m时，1 m处的超压时程曲线与爆心位置在靶后2 m处的超压时程曲线相同。

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图6.39　爆心位置对靶后1 m处超压的影响

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图6.40　爆心位置对靶后2 m处超压的影响

活性聚能侵彻体等效爆心位置不同时，靶后1 m、2 m及3 m处超压时程曲线如图6.41所示。爆心位置在靶后0.65 m时，1 m、2 m及3 m处测压点均位于爆心后方，超压峰值随着距离增加而迅速衰减，而在远距离观测点上初始冲击波正压区持续时间增加。爆心位置在1.65 m处时，此时爆心位置介于1 m和2 m处测压点之间，1 m和2 m处超压时程曲线呈现双峰结构，而3 m处超压时程曲线仅存在单一峰值，主要原因是，1 m及2 m测压点处冲击波会在着靶面反射，且反射传播距离更长。而冲击波在传播至3 m处测压点后在后壁面反射，且距离后壁面位置较近，反射传播距离更短，导致波形结构上的差异。爆心位置在3.65 m处时，除了1 m处超压时程曲线呈现双峰结构外，由于冲击波在后壁面反射，左、右壁面反射叠加，导致波形出现三峰结构。

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图6.41　靶后超压时程曲线

后效超压模型分析与应用

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