水下爆炸對(duì)水下目標(biāo)的毀傷試驗(yàn)研究

王博雅，魯忠寶，任　西，任 煒，李　慧，連　愷

（1.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所　應(yīng)用物理化學(xué)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安，710061；2.中船重工集團(tuán)公司第705研究所，陜西 西安，710075）

水下爆炸對(duì)水下目標(biāo)的毀傷試驗(yàn)研究

王博雅1，魯忠寶2，任西1，任 煒1，李慧1，連愷1

（1.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所應(yīng)用物理化學(xué)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安，710061；2.中船重工集團(tuán)公司第705研究所，陜西 西安，710075）

為研究水下爆炸對(duì)蛙人的毀傷效果，進(jìn)行了GUHL-1的水下爆炸試驗(yàn)，得到不同爆距處沖擊波峰值壓力。通過計(jì)算獲得GUHL-1炸藥水中爆炸自由場(chǎng)沖擊波壓力峰值和爆距的關(guān)系。同時(shí)對(duì)幾種反蛙人武器系統(tǒng)的毀傷效果進(jìn)行了分析，為今后反蛙人武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

炸藥；水下爆炸；毀傷效果；沖擊波峰值

蛙人部隊(duì)作為近海港口水域滲透、偵查、破壞等局部軍事沖突的主角，給水下安全帶來了極大的威脅。世界各國(guó)海軍先后發(fā)展了多種蛙人對(duì)抗技術(shù)，如采用手榴彈對(duì)抗水下蛙人，利用其水下爆炸產(chǎn)生的毀傷效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)敵方蛙人的有效殺傷。

水下爆炸是指在極短時(shí)間內(nèi)，在水下的極小體積內(nèi)或面積上發(fā)生極大能量轉(zhuǎn)換的過程。水下爆炸大體可分為3個(gè)階段：裝藥的爆轟、沖擊波的產(chǎn)生和傳播、氣泡的形成和脈動(dòng)。當(dāng)炸藥在水中爆炸時(shí)，其周圍介質(zhì)受到高溫、高壓、高速的爆炸產(chǎn)物作用，形成沖擊波。隨著沖擊波的離開，爆炸產(chǎn)物在水中以氣泡的形式存在并不斷膨脹與壓縮，產(chǎn)生氣泡脈動(dòng)［1］。

為研究水下爆炸對(duì)蛙人的毀傷效果，本文針對(duì)GUHL-1炸藥，采用雙元炸藥裝藥結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了水下爆炸試驗(yàn)，得到不同爆距處沖擊波壓力值；同時(shí)對(duì)幾種反蛙人武器系統(tǒng)的毀傷效果做了對(duì)比，為今后反蛙人武器系統(tǒng)的研究提供參考。

1　水下爆炸試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)裝置

為了研究炸藥水中爆炸的毀傷效果，進(jìn)行了樣彈的水下爆炸試驗(yàn)。試驗(yàn)水池為130m×80m，深25m。由于是小藥量炸藥爆炸，本試驗(yàn)中的自由表面和水底的影響可忽略，可近似認(rèn)為炸藥在無(wú)限、均勻、靜止的水介質(zhì)中爆炸。

1.1.1試驗(yàn)樣彈

試驗(yàn)樣彈主裝藥為GUHL-1，呈圓柱形Φ60mm ×80mm，密度為1.8g/cm3，中心起爆形式。中心軸的中心位置內(nèi)置圓柱形傳爆藥柱（JH-14，密度為1.64 g/ cm3，尺寸為Φ20mm×20mm），裝藥量為（400±10）g，共5發(fā)。采用適當(dāng)?shù)碾p元炸藥裝藥結(jié)構(gòu)，可以使兩部分裝藥之間產(chǎn)生能量耦合，從而提高裝藥的能量輸出。藥柱中心有Φ8mm、深35mm的孔，用于放置雷管。試驗(yàn)樣品結(jié)構(gòu)如圖1所示，試驗(yàn)樣品如圖2所示。

圖1　試驗(yàn)樣品結(jié)構(gòu)圖Fig.1　Diagram of the tested sample structure

圖2　試驗(yàn)樣彈Fig.2　Warhead for test

GUHL-1為典型的鋁/氧復(fù)合炸藥，含有大量的鋁和其他幫助完成鋁氧化的非理想成分，爆速約為5 450m/s［2］，是當(dāng)前新型魚雷的主要裝藥之一。

JH-14屬于高能聚黑類傳爆藥的典型代表，該炸藥于20世紀(jì)90年代末完成生產(chǎn)定型，其主要成分黑索今含量高達(dá)96.5%，壓制密度達(dá)到理論密度90%以上，爆速高達(dá)8 200m/s以上，具有很高的爆轟沖能［3］，能可靠引爆主裝藥，使主裝藥爆轟迅速成長(zhǎng)。

試驗(yàn)雷管選用了工業(yè)8號(hào)電雷管，內(nèi)阻為1.0～1.5?，發(fā)火電流為1A。

1.1.2試驗(yàn)測(cè)量?jī)x器

（1）壓力傳感器共3支，用來測(cè)量爆炸后沖擊波的壓力。（2）傳輸電纜分為起爆線和測(cè)試線兩種。（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：使用便攜式瞬態(tài)信號(hào)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將信息傳遞到計(jì)算機(jī)中的dewesoft軟件中，對(duì)壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。（4）效應(yīng)靶板：使用4塊材料為Q235鋼、厚度為10mm的靶板，爆炸后觀測(cè)其毀傷效果。（5）支架與絞盤、鋼索、繩索用于對(duì)試驗(yàn)樣彈、壓力傳感器、效應(yīng)靶板在水下布置。（6）直流電源、數(shù)字萬(wàn)用表。

1.2試驗(yàn)方法

依據(jù)水中爆炸的特點(diǎn)，建立一種采用水下爆炸沖擊波壓力峰值和氣泡脈動(dòng)周期［4］來判斷炸藥爆炸現(xiàn)象的試驗(yàn)方法。主裝藥采用GUHL-1，雷管起爆，進(jìn)行水下10m爆炸，在不同作用距離處安裝壓力傳感器進(jìn)行沖擊波壓力測(cè)試，并放置效應(yīng)靶板觀測(cè)毀傷效果。

水下爆炸試驗(yàn)按照?qǐng)D3布置，將支架與絞盤在試驗(yàn)水池成90°安裝固定，試驗(yàn)樣彈位于水池的中心位置，效應(yīng)靶板的中心以及壓力傳感器可連接鋼索，從而調(diào)整位置。測(cè)試間通過起爆線發(fā)送指令，起爆雷管，并引爆主裝藥。測(cè)試線連接3只壓力傳感器，傳送壓力信息。

試驗(yàn)共進(jìn)行5發(fā)，按照以下測(cè)試方案完成：（1）3支壓力傳感器與試驗(yàn)樣彈的距離分別為3m、6m、10m，效應(yīng)靶板與試驗(yàn)樣彈的距離為1.5m。試驗(yàn)3發(fā)，采集數(shù)據(jù)。（2）3支壓力傳感器與試驗(yàn)樣彈的距離分別為4m、7m、11m，效應(yīng)靶板與試驗(yàn)樣彈的距離為0.5m。試驗(yàn)1發(fā)，采集數(shù)據(jù)。（3）3支壓力傳感器與試驗(yàn)樣彈的距離分別為4.5m、7.5m、11.5m，效應(yīng)靶板基本貼近試驗(yàn)樣彈。試驗(yàn)1發(fā)，采集數(shù)據(jù)。

圖3　水下爆炸試驗(yàn)示意圖Fig.3　Arrangement of underwater explosion test

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

每一次爆炸3支壓力傳感器都采集到了壓力曲線，不同距離處的壓力曲線規(guī)律相同，整理5次試驗(yàn)測(cè)得的壓力曲線波形數(shù)據(jù)，如表1～5所示。

表1　第1次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果Tab.1　The first test result

表2　第2次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果Tab.2　The second test result

表3　第3次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果Tab.3　The third test result

表4　第4次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果Tab.4　The forth test result

表5　第5次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果Tab.5　The fifth test result

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)表1～5數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相同試驗(yàn)條件下測(cè)量數(shù)據(jù)取平均值，可以得到400g GUHL-1炸藥在水下爆炸時(shí)，不同距離處的沖擊波壓力峰值，如表6所示。

表6　沖擊波壓力峰值Tab.6　Shock wave peak overpressure

首次氣泡脈動(dòng)周期約為：

沖擊波水下傳播速度約為：

炸藥水中爆炸自由場(chǎng)沖擊波峰值壓力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式（3）中：R為距離炸藥爆心的距離，m；ω為裝藥量，kg；Pm為峰值壓力，MPa。K、α系數(shù)根據(jù)裝藥不同而不同。根據(jù)表6分析的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得出GUHL-1炸藥在水中爆炸自由場(chǎng)沖擊波峰值壓力計(jì)算公式為：

查閱文獻(xiàn)和資料，對(duì)幾種反蛙人武器系統(tǒng)的毀傷效果做了對(duì)比，如表7所示。

表7　不同反蛙人武器及毀傷效果對(duì)比Tab.7　Contrast of different weapons and damage effects

3　結(jié)論

為了設(shè)計(jì)最適合反蛙人武器系統(tǒng)的裝藥量，以獲得最佳毀傷效果，本研究針對(duì)400g GUHL-1炸藥進(jìn)行了水下爆炸試驗(yàn)，分析采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算出400g GUHL-1炸藥水中爆炸自由場(chǎng)沖擊波壓力峰值和爆距的關(guān)系，并與國(guó)外報(bào)道的幾種反蛙人武器系統(tǒng)的毀傷效果進(jìn)行對(duì)比，為反蛙人武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

［1］ 尹群，陳永念，胡海巖.水下爆炸研究的現(xiàn)狀和趨勢(shì)［J］.造船技術(shù)，2003（6）：6-12.

［2］ 趙繼波，譚多望，李金河，龔晏青，孫永強(qiáng).含鋁炸藥水中爆炸沖擊波相似律適應(yīng)性探索［J］.高壓物理學(xué)報(bào)，2010，24（5）：388- 394.

［3］ 孫華，郭志軍.高能聚黑類傳爆藥在水中兵器中應(yīng)用研究［J］.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，21（3）： 111-113.

［4］ 胡宏偉，魯忠寶，郭煒，宋浦，張立建.水中爆炸的殉爆試驗(yàn)方法［J］.爆破器材， 2014，43（3）： 25-28.

［5］ Soto G， Clayson C， Haddon M， Shultz J. Underwater grenade：US， 007874252B2［P］.2011-01-25.

［6］ Dr.Robert Gates. US navy overview［C］//NDIA’s 52nd Annual Fuze Conference，2008.

Experimental Investigation on Damage to Underwater Target by Underwater Explosion

WANG Bo-ya1，LU Zhong-bao2，REN Xi1，REN Wei1，LI Hui1，LIAN Kai1
（1.National Key Laboratory of Applied Physics and Chemistry，Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute ，Xi’an， 710061；2.The 705th Research Institute， China Shipbuilding Industry Corporation， Xi’an，710061）

In order to study the damage effects of underwater explosion， underwater explosion of GUHL-1 was tested， the shock wave peak overpressure at different distance were obtained. And the relation between shock wave peak overpresure and distance of underwater explosion for GUHL-1 was obtained by calculation.Meanwhile， the effects of damage to the different frogman weapons system were analyzed. The study provided the reference for design of anti-frogman weapons systems in the future.

Explosives；Underwater explosion；Damage effect；Shock wave peak overpressure

TQ564

A

1003-1480（2015）02-0051-03

2014-12-22

王博雅（1989-），女，在讀碩士研究生，從事火工品測(cè)試研究。