溫壓炸藥爆炸沖擊波在爆炸堡內(nèi)的傳播規(guī)律

趙新穎， 王伯良， 李 席， 韓 早， 鄧金榜

(1. 南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210094； 2. 沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

1 引 言

溫壓炸藥是一種富燃料炸藥，通常由高能炸藥、金屬或非金屬超細(xì)燃料粉、活性劑、粘結(jié)劑按一定比例混合制成[1]。它利用空氣中的氧氣作氧化劑，單位質(zhì)量裝藥可釋放的能量得以大大提高，使其成為應(yīng)對(duì)密閉或半密閉空間目標(biāo)的常用裝藥，因此研究溫壓炸藥在有限空間中的爆炸作用具有重要意義。

實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬是研究溫壓炸藥在有限空間爆炸特性的兩個(gè)基本方法。學(xué)者們?cè)诓煌w積量級(jí)的容器內(nèi)對(duì)含鋁炸藥進(jìn)行了爆炸實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。姬建榮等[2]在小型爆炸容器中對(duì)TNT基含鋁溫壓炸藥進(jìn)行爆炸實(shí)驗(yàn)，研究鋁粉含量與后燃現(xiàn)象的關(guān)系。李芝絨等[1]在內(nèi)徑2.6 m的中型密閉容器中研究空氣和氮?dú)猸h(huán)境下溫壓炸藥爆炸輸出的不同。李席等[3]在內(nèi)徑3 m高4 m的大型爆炸容器中進(jìn)行RDX基溫壓炸藥爆炸實(shí)驗(yàn)，研究溫壓炸藥組成對(duì)沖擊波參數(shù)的影響。李世民等[4]對(duì)溫壓炸藥在長(zhǎng)直坑道內(nèi)爆炸沖擊波的傳播進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。茍兵旺等[5]在有拐角的復(fù)雜坑道研究溫壓炸藥爆炸沖擊波的傳播規(guī)律。陳昊等[6]在兩個(gè)相互連接的密閉和半密閉房間測(cè)試溫壓炸藥爆炸沖擊波的強(qiáng)度，并與數(shù)模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究。Zhang Fan等[7]在26 m3的爆炸罐中對(duì)TNT基含鋁溫壓炸藥進(jìn)行爆炸實(shí)驗(yàn)，研究?jī)煞N裝藥方式對(duì)準(zhǔn)靜壓等參數(shù)的影響。Puggirello K P等[8]采用美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的爆炸裝置進(jìn)行RDX基含鋁炸藥的爆炸實(shí)驗(yàn)，并引入改進(jìn)的兩相流模型和鋁粉反應(yīng)度模型進(jìn)行數(shù)值模擬，確定鋁粉初始直徑和當(dāng)量比對(duì)模型的影響。A.L.Kuhl等[9-11]采用兩相燃燒模型對(duì)含鋁溫壓炸藥在爆炸室和管道中的爆炸及后燃效應(yīng)進(jìn)行模擬研究。 本課題組曾將溫壓炸藥置于小型容器中進(jìn)行水下爆炸試驗(yàn)，通過分析沖擊波能和氣泡能來研究組分和氣氛對(duì)溫壓炸藥爆炸能量輸出的影響[12]。

從上述文獻(xiàn)可見現(xiàn)有的溫壓炸藥內(nèi)爆實(shí)驗(yàn)研究側(cè)重于炸藥內(nèi)在組成和氣氛對(duì)爆炸參數(shù)的影響，而數(shù)值模擬研究側(cè)重于驗(yàn)證各種模型的有效性和狹長(zhǎng)坑道中沖擊波的傳播規(guī)律，未見實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合研究爆炸室內(nèi)溫壓炸藥沖擊波傳播特征的工作，基于此，本研究開展溫壓炸藥內(nèi)爆沖擊波傳播規(guī)律研究。溫壓炸藥的典型特點(diǎn)是有大量含能組分在C-J面后與由湍流卷入的氧氣進(jìn)行反應(yīng)釋能，即具有后燃效應(yīng)。湍流越劇烈越有利于含能組分與氧氣的混合反應(yīng)，這就需要有限空間中有足夠的氧氣且能容納爆炸形成的湍流火球; 此外，溫壓藥柱應(yīng)具有較大藥量，藥量過小時(shí)無法在一定范圍建立高溫高壓環(huán)境,不利于后燃反應(yīng)發(fā)生。因此通常大藥量溫壓炸藥在與之匹配的較大有限空間中爆炸才更能體現(xiàn)溫壓炸藥的特點(diǎn)。為此，本研究在體積更接近軍事工事的爆炸堡中進(jìn)行爆炸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)藥量達(dá)400 g，通過在地面和空中的超壓測(cè)試點(diǎn)獲取的超壓時(shí)程曲線，研究不同位置超壓的變化規(guī)律。為了克服實(shí)驗(yàn)的局限性，全面描述爆炸堡中沖擊波傳播規(guī)律，同時(shí)采用AUTODYN軟件對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬。

2 實(shí)驗(yàn)條件

2.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地與樣品

實(shí)驗(yàn)爆炸堡的直徑為6 m，頂高為5 m，內(nèi)部尺寸如圖1所示; 實(shí)驗(yàn)所用溫壓炸藥藥柱主要組分為RDX/Al/AP(高氯酸銨)/HTPB(端羥基聚丁二烯)，藥量為400 g; 傳爆藥為8701，40 g，由8號(hào)電雷管從藥柱下端起爆，炸高為60 cm。

圖1 爆炸堡內(nèi)部尺寸圖

Fig.1 Inner Size of explosion chamber

2.2 沖擊波參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)用沖擊波參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)是由壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理儀、VXI總線型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制處理系統(tǒng)組成; 其中壓力傳感器選用6個(gè)壁面壓力傳感器和4個(gè)自由場(chǎng)傳感器，在爆炸堡內(nèi)的布置如圖2所示。6個(gè)壁面壓力傳感器固定在地面，分別在距離爆心投影1.25，2 m及2.75 m的兩條測(cè)試線上，兩條測(cè)試線夾角45°。4個(gè)自由場(chǎng)傳感器安置在距爆心投影1.2 m和1.8 m的兩條測(cè)試線上，安裝高度為60 cm，兩條測(cè)試線間夾角也為45°。

圖2 沖擊波參數(shù)測(cè)試壓力傳感器布置示意圖

Fig.2 Arrangement of free field pressure sensors and wall pressure sensors in explosion chamber

3 數(shù)值模擬方法

3.1 計(jì)算模型與邊界條件

AUTODYN是有限元分析程序，可用來解決固體、流體、氣體及其相互作用的高度非線性動(dòng)力學(xué)問題，具有歐拉(Euler)、拉格朗日(Lagrange)、任意拉格朗日歐拉(ALE)、薄殼(Shell)、光滑流體動(dòng)力(SPH)、梁(Beam)處理方法及混合處理方法, 可以對(duì)各類沖擊響應(yīng)、高速/超高速碰撞、爆炸及其作用等問題進(jìn)行模擬分析[13]，在軍工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，因此選擇用該軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。

用AUTODYN軟件對(duì)溫壓炸藥在爆炸堡中的爆炸過程進(jìn)行模擬，采用軸對(duì)稱模型按實(shí)際試驗(yàn)建立計(jì)算模型如圖3。空氣域網(wǎng)格尺寸為30 mm，炸藥網(wǎng)格尺寸為5 mm。測(cè)點(diǎn)1、2、3對(duì)應(yīng)壁面?zhèn)鞲衅?，測(cè)點(diǎn)4、5對(duì)應(yīng)自由場(chǎng)傳感器。地面、側(cè)壁面和頂部弧形反射壁面設(shè)為絕熱剛性壁面。

圖3 AUTODYN計(jì)算模型

Fig.3 AUTODYN computation model

3.2 炸藥爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程的參數(shù)選取

溫壓炸藥是后燃效應(yīng)顯著的非理想炸藥，在AUTODYN軟件的材料庫(kù)中，Al/AP HE是適用于含鋁非理想炸藥的材料模型，采用JWL方程的修正式JWL-Miller方程[14]作為爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程，如式(1)所示。

(1)

式中,p為爆轟產(chǎn)物壓力，GPa;V為爆轟產(chǎn)物的相對(duì)比容;A，B和C為材料參數(shù)，GPa;R1，R2和ω為常數(shù);E為C-J面前釋放的比內(nèi)能，J·m-3;Q為C-J面后額外釋放的比內(nèi)能，J·m-3;λ為非理想組分的燃燒分?jǐn)?shù)。

該方程引入了Miller能量釋放模型[14]，如式(2)所示，考慮了由反應(yīng)率λ和壓力p控制的燃燒。

(2)

式中，a為能量釋放常數(shù);m為能量釋放指數(shù);n為壓力指數(shù)。這些參數(shù)與鋁粉粒度、比表面積有關(guān)，可通過鋁粉燃燒模型[15]確定的λ-t關(guān)系來確定a、m、n的值。

由于溫壓炸藥與含鋁非理想炸藥釋能特征有所不同，需針對(duì)溫壓炸藥進(jìn)行方程參數(shù)標(biāo)定。標(biāo)定實(shí)驗(yàn)在野外開闊平坦的硬質(zhì)土壤場(chǎng)地進(jìn)行。采用與爆炸堡內(nèi)實(shí)驗(yàn)相同配方的溫壓炸藥裸藥柱，藥量為800 g，以100 g的8701作為傳爆藥，試驗(yàn)藥柱置于距地面1 m的支架上，由8號(hào)電雷管下端起爆。以藥柱在地面上的垂直投影點(diǎn)為圓心，測(cè)點(diǎn)分布在半徑為1,2,3 m和5 m的相互垂直的兩條射線上，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)采用壓電式壓力傳感器獲取沖擊波參數(shù)，傳感器用加固裝置安裝在地面，敏感面與地面平齊。通過獲取的沖擊波時(shí)程曲線可提取到各測(cè)點(diǎn)的超壓峰值、正壓作用時(shí)間和沖量。需注意的是實(shí)驗(yàn)直接獲取的是地面反射波超壓曲線，要換算為入射波超壓曲線再進(jìn)行分析。對(duì)野外標(biāo)定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行AUTODYN數(shù)值模擬，采用文獻(xiàn)[16]的方法，通過保持計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的一致性確定JWL-Miller方程的參數(shù)，獲得的參數(shù)見表1。

圖4 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)超壓測(cè)點(diǎn)布置示意圖

Fig.4 Arrangement of pressure sensors in calibration experiment

表1所得溫壓炸藥JWL-Miller狀態(tài)方程參數(shù)

Table 1 Parameters of JWL-Miller state equation for thermobaric explosive

A/GPaB/GPaR1R2ωρ/g·cm-3VCJ/m·s-1695.13.135.43.40.41.886900ECJ/kJ·m-3pJ/GPaQ/J·m-3amn7×106551.1×1070.010.50.367

4 結(jié)果分析與討論

4.1 數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

實(shí)驗(yàn)中兩發(fā)測(cè)試藥柱在1.25,2,2.75,1.2 m及1.8 m處各有兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，即對(duì)該配方溫壓炸藥在每個(gè)測(cè)試距離均有四條壓力測(cè)試曲線，去除測(cè)試值不合理及噪音過大的曲線，采用重復(fù)度較好的測(cè)試曲線與模擬曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。

內(nèi)爆中沖擊波形態(tài)與野外爆炸有很大不同，沖擊波呈現(xiàn)震蕩波形，在圖5中可清晰地看到各測(cè)點(diǎn)的沖擊波主峰和若干反射峰?？傮w看，在各個(gè)典型測(cè)點(diǎn)上，無論是地面近場(chǎng)(圖5a)、中場(chǎng)(圖5b)、遠(yuǎn)場(chǎng)(圖5c)，還是空中近場(chǎng)(圖5d)、中場(chǎng)(圖5e)，測(cè)試曲線與模擬曲線形態(tài)特征一致,尤其是主峰和前幾個(gè)能夠起到殺傷作用的反射峰一致度較好。模擬曲線上沖擊波主峰峰值略低于測(cè)試曲線，相差在7%以內(nèi)，這是由于計(jì)算模型中處理強(qiáng)間斷采用了人工粘性，使計(jì)算值略偏低。模擬曲線中靠后的反射波峰值和沖量與測(cè)試值略有差別，這是由Miller計(jì)算過程中的累積誤差造成，由于靠后的反射波峰值與沖量都不大，幾乎不能產(chǎn)生殺傷作用，因此可忽略該差異。由上述對(duì)比可見數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果吻合較好，可以采用數(shù)值模擬結(jié)果研究溫壓炸藥在爆炸堡內(nèi)爆炸時(shí)沖擊波的強(qiáng)度與時(shí)空分布。

4.2 Miller余項(xiàng)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的影響

Miller余項(xiàng)是在沖擊波陣面后加入補(bǔ)充能量，唯象地描述含鋁溫壓炸藥后燃作用對(duì)沖擊波能量的補(bǔ)充，由數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可見，帶有Miller余項(xiàng)的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合度較好。為說明Miller余項(xiàng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，將上述模型采用不帶Miller余項(xiàng)的JWL方程計(jì)算，JWL方程參數(shù)不變。在沖擊波主峰與反射峰都較清晰的2 m測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行對(duì)比，其超壓-時(shí)間曲線結(jié)果如圖6所示; 對(duì)超壓曲線進(jìn)行積分，得到?jīng)_量-時(shí)間曲線如圖7所示。

由圖6可以看到，采用帶有Miller余項(xiàng)的狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算時(shí)，超壓衰減相對(duì)緩慢，較靠后的反射波的衰減也明顯緩慢，體現(xiàn)了后燃作用對(duì)沖擊波的能量補(bǔ)充。對(duì)壓力時(shí)程曲線積分得到?jīng)_量時(shí)程曲線，如圖7所示。由圖7可看到，有Miller余項(xiàng)時(shí)計(jì)算的沖量比無Miller余項(xiàng)時(shí)大10%，且如圖5所示，有Miller余項(xiàng)的壓力時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，因此有Miller余項(xiàng)時(shí)的沖量計(jì)算值也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。上述結(jié)論在其它測(cè)點(diǎn)也具有相似的規(guī)律，說明JWL-Miller方程能夠較為合理地描述含鋁溫壓炸藥的后燃特性。

a.1.25 m b.2 m c.2.75 m

d.1.2 m e.1.8 m

圖5 不同測(cè)點(diǎn)處模擬超壓時(shí)程曲線與測(cè)試超壓時(shí)程曲線的對(duì)比

Fig.5 Comparison of pressure history between simulation and experiment at different test point

圖6 JWL方程與JWL-Miller方程計(jì)算超壓對(duì)比

Fig.6 Pressure history calculated by AUTODYN based on JWL and JWL-Miller

圖7 JWL方程與JWL-Miller方程計(jì)算沖量對(duì)比

Fig.7 Impulse history calculated by AUTODYN based on JWL and JWL-Miller

4.3 爆炸堡內(nèi)沖擊波的反射與聚焦

沖擊波在有限空間遇到固壁會(huì)形成反射，在特定位置會(huì)出現(xiàn)聚焦現(xiàn)象，使沖擊波峰值與沖量增加，大幅提高毀傷能力，但目前還無法采用實(shí)驗(yàn)來測(cè)試研究爆炸堡中沖擊波聚焦現(xiàn)象。在4.1節(jié)中數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析說明采用JWL-Miller方程的數(shù)值模擬方法對(duì)溫壓炸藥沖擊波壓力的計(jì)算結(jié)果是可靠的，因此本研究采用該數(shù)值模擬方法研究沖擊波在爆炸堡中的傳播演變。

4.3.1 爆炸堡中沖擊波的正反射

當(dāng)入射沖擊波陣面與剛壁表面成角為φ0=0°時(shí)，沖擊波將發(fā)生正反射。設(shè)p0為未經(jīng)擾動(dòng)介質(zhì)的壓強(qiáng)(kPa)，p1為入射沖擊波陣面壓強(qiáng)(kPa)，p2為反射沖擊波陣面壓強(qiáng)(kPa); Δp1=p1-p0，Δp2=p2-p0;γ為絕熱指數(shù)，對(duì)空氣常取γ=1.4。根據(jù)沖擊波傳播理論[17]，反射沖擊波的峰值超壓為:

(3)

對(duì)爆炸堡內(nèi)的試驗(yàn)藥量來說，沖擊波強(qiáng)度在4 MPa以下，由式(3)可見，反射波強(qiáng)度是入射波強(qiáng)度的3～4倍。受爆炸堡結(jié)構(gòu)所限，只在爆心的地面投影點(diǎn)上發(fā)生正反射，如圖8所示。從圖8可以看到，沖擊波入射壓力約為949.1 kPa，反射壓力達(dá)3.161 MPa，是入射壓力的3.3倍，與理論分析相符。

圖8 沖擊波的正反射

Fig.8 Positive reflection of shockwave in explosion chamber

4.3.2 爆炸堡中沖擊波的斜反射

當(dāng)入射沖擊波陣面與剛壁表面成角φ0>0°時(shí)，其反射為斜反射，在爆炸堡中斜反射現(xiàn)象更為常見。在一定入射波強(qiáng)度下，存在臨界角φcr，當(dāng)入射角小于臨界角時(shí)，發(fā)生規(guī)則反射，大于臨界角時(shí)則發(fā)生馬赫反射。臨界角φcr的近似計(jì)算式如(4)所示，反射波超壓見式(5)。

(4)

(5)

由式(5)可見，規(guī)則反射時(shí)反射波壓力略低于正反射壓力，但仍為入射波壓力的2倍以上，而馬赫反射時(shí)反射波壓力比規(guī)則反射壓力更低些。

爆炸堡中的沖擊波首先在地面發(fā)生斜反射，其傳播過程如圖9所示。根據(jù)式(4)，考慮爆炸藥量，在爆炸堡內(nèi)發(fā)生馬赫反射的臨界角應(yīng)趨于40°。由圖9a可以看到在0.504 ms時(shí)入射波陣面與地面夾角較小，沒有達(dá)到臨界角，反射為規(guī)則反射，其中入射波峰值約為829.8 kPa，反射波峰值約為2073 kPa，反射波峰值約為入射波峰值的2.5倍，符合規(guī)則反射的規(guī)律。沖擊波繼續(xù)傳播，逐漸在地面上形成馬赫反射，如圖9b和9c兩個(gè)典型云圖所示，實(shí)驗(yàn)中地面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)到的是馬赫波。 將圖9b、圖9c中的馬赫波峰值與入射波峰值比較可見，馬赫波峰值約為入射波峰值的1.6倍。

在4.85 ms后地面馬赫反射波首先到達(dá)側(cè)壁，形成反射，繼而炸藥的初始沖擊波到達(dá)側(cè)壁及穹頂(8.953 ms)，由于入射波與側(cè)壁和穹頂夾角較小，且此時(shí)入射波強(qiáng)度一般低于300 kPa，因此在側(cè)壁和穹頂只發(fā)生規(guī)則反射，如圖10所示。

由此可見，沖擊波在爆炸堡內(nèi)的斜反射以規(guī)則反射為主，只有在地面發(fā)生馬赫反射，由于規(guī)則反射的反射波比馬赫波更強(qiáng)，所以發(fā)生大范圍的規(guī)則反射時(shí)毀傷能力更強(qiáng)。

a.0.504 ms b.0.851 ms c.3.155 ms

圖9 沖擊波在地面的反射

Fig.9 Reflection of shockwave on the ground at different time

a.sidewall(4.85 ms)

b.dome(8.963 ms)

圖10 沖擊波在側(cè)壁與穹頂?shù)姆瓷?/p>

Fig.10 Reflection of shockwave at sidewall and dome in explosion chamber

4.3.3 爆炸堡中沖擊波的聚焦

激波傳播區(qū)域逐漸縮小使得能量最終會(huì)聚于一個(gè)很小的區(qū)域，在聚焦點(diǎn)產(chǎn)生高溫高壓，形成激波聚焦現(xiàn)象。對(duì)平面激波運(yùn)動(dòng)來講，當(dāng)激波向?qū)ΨQ面運(yùn)動(dòng)時(shí)其強(qiáng)度是有限的，只有環(huán)形激波向?qū)ΨQ軸繞射時(shí)才有可能形成較強(qiáng)的激波聚焦。環(huán)形激波繞射產(chǎn)生了準(zhǔn)柱形激波，并最終聚焦于對(duì)稱軸上的某一點(diǎn)，從最初的繞射激波迎面碰撞點(diǎn)開始，繞射激波相對(duì)于對(duì)稱軸的入射角度越來越大，最終發(fā)生了從規(guī)則反射向馬赫反射的轉(zhuǎn)變。對(duì)稱軸上的最高壓力點(diǎn)出現(xiàn)在繞射激波迎面碰撞點(diǎn)和規(guī)則反射消失點(diǎn)(或馬赫反射的出現(xiàn)點(diǎn))之間，此最高壓力點(diǎn)被認(rèn)為是準(zhǔn)柱形激波的有效聚焦點(diǎn)。在幾何軸對(duì)稱的爆炸堡中，會(huì)在中軸線出現(xiàn)沖擊波聚焦現(xiàn)象，圖11展示了沖擊波聚焦形成的過程，從側(cè)壁和穹頂反射回來的沖擊波逐漸向中軸線聚焦(見圖11a、圖11b)，于13.75 ms形成聚焦點(diǎn)(圖11c)，聚焦后達(dá)到2291 kPa，是聚焦前的沖擊波陣面壓力(523.1 kPa)的4.3倍。

聚焦后的反射波會(huì)繼續(xù)向四周傳播，隨著時(shí)間進(jìn)一步發(fā)展，聚焦反射激波將會(huì)在室內(nèi)壁面再次發(fā)生反射，所形成的反射波也將會(huì)再次向軸心處傳播并形成聚焦點(diǎn)。

a.12.5 ms b.13.5 ms c.13.75 ms

圖11 沖擊波的聚焦過程

Fig.11 Focus process of shockwave in explosion chamber

5 結(jié) 論

對(duì)400 g的溫壓炸藥在爆炸堡內(nèi)進(jìn)行爆炸實(shí)驗(yàn)，測(cè)試沖擊波參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)值模擬，將沖擊波的測(cè)量結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比分析，得到以下結(jié)論:

(1) 溫壓炸藥在爆炸堡內(nèi)爆炸時(shí)沖擊波呈震蕩波形，采用AUTODYN進(jìn)行數(shù)值模擬，得到的沖擊波形態(tài)、峰值及作用時(shí)間與測(cè)試結(jié)果吻合較好，可以采用數(shù)值模擬結(jié)果研究溫壓炸藥在爆炸堡內(nèi)爆炸時(shí)沖擊波的強(qiáng)度與時(shí)空分布。

(2) 對(duì)比采用JWL-Miller方程和JWL方程的計(jì)算結(jié)果，帶Miller余項(xiàng)時(shí)超壓衰減較慢，在后續(xù)反射波中更為明顯，相應(yīng)的有Miller余項(xiàng)時(shí)計(jì)算的沖量比無Miller余項(xiàng)時(shí)大10%，說明JWL-Miller方程能夠較為合理地描述含鋁溫壓炸藥的后燃特性。

(3) 通過Autodyn數(shù)值模擬結(jié)果可以看到，在爆炸堡中沖擊波在地面發(fā)生正反射和斜反射，正反射發(fā)生在裝藥的地面投影點(diǎn)，反射波峰值達(dá)到入射波峰值的3.3倍; 沖擊波入射角小于40°時(shí)，在地面形成規(guī)則反射，反射波峰值約為入射波峰值的2.5倍; 沖擊波入射角大于40°時(shí)形成馬赫反射，馬赫波峰值約為入射波峰值的1.2～1.6倍; 沖擊波在側(cè)壁及穹頂發(fā)生規(guī)則反射。

(4) 在爆炸堡的幾何對(duì)稱軸上有激波的聚焦現(xiàn)象，聚焦點(diǎn)沖擊波超壓高于2200 kPa，可達(dá)此處入射沖擊波超壓的4.3倍以上。沖擊波在爆炸堡內(nèi)聚焦-發(fā)散-反射-再聚焦的過程使沖擊波形成震蕩波形。

沖擊波的反射和聚焦現(xiàn)象都將使堡內(nèi)沖擊波得到增強(qiáng)，從而提高溫壓炸藥的毀傷能力。

參考文獻(xiàn):

[1] 李芝絨,王勝?gòu)?qiáng),殷俊蘭. 不同氣體環(huán)境中溫壓炸藥爆炸特性的試驗(yàn)研究[J]. 火炸藥學(xué)報(bào), 2013,36(3):59-61.

LI Zhi-rong, WANG Sheng-qiang, YIN Jun-lan. Experiment study of blast performance of thermobaric-explosive under different gas environment [J].ChineseJournalofExplosives&Propellants, 2013,36(3):59-61.

[2] 姬建榮,蘇健軍,王勝?gòu)?qiáng). 小型爆炸容器中TNT/Al炸藥的后燃燒性能[J]. 火炸藥學(xué)報(bào), 2013, 36(3): 46-49.

JI Jian-rong, SU Jian-jun, WANG Sheng-qiang. After-burning performance of TNT/Al explosive in small explosion vessel [J].ChineseJournalofExplosives&Propellants, 2013,36(3):46-49.

[3] 李席, 王伯良, 韓早, 等. 溫壓炸藥密閉空間能量輸出特性研究[C]∥第十六屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)-含能材料及綠色民爆產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇, 昆明,2014.

LI Xi, WANG Bo-liang, HAN Zao, et al. Energy output characteristics of thermobaric explosives in a confined space [C]∥Session nine, The 16th annual meeting of China association for science and technology, Kunming, 2014.

[4] 李世民,李曉軍,李洪鑫. 溫壓炸藥坑道內(nèi)爆炸沖擊波的數(shù)值模擬研究[J]. 應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào), 2012,29(5):595-600.

LI Shi-min, LI Xiao-jun, LI Hong-xin. Numerical simulation study of airblast of thermobaric explosive explosion in tunnel[J].ChineseJournalofAppliedMechanics, 2012,29(5):595-600.

[5] 茍兵旺,李芝絨,閆瀟敏,等. 復(fù)雜坑道內(nèi)溫壓炸藥沖擊波效應(yīng)試驗(yàn)研究[J]. 火工品, 2014,2: 41-45.

GOU Bing-wang, LI Zhi-rong, YAN Xiao-min, et al. Experimental study on shock wave effects of thermobaric explosive in complex tunnel[J].Initiators&Pyrotechnics, 2014,2: 41-45.

[6] 陳昊,陶鋼,蒲元. 溫壓藥在有限空間內(nèi)爆炸沖擊波的實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[J]. 火炸藥學(xué)報(bào), 2009, 32(5): 41-45.

CHEN Hao, TAO Gang, PU Yuan. Experiment study and numerical simulation of shock wave generated by thermobaric column exploding in limited space[J].ChineseJournalofExplosives&Propellants, 2009,32(5):41-45.

[7] Zhang F, Anderson J, Yoshinake A. Post-detonation energy release form TNT-aluminum explosives[J].ShockCompressionofCondensedMatter, 2007, 955(1): 885-888.

[8] Ruggirello K P, DesJardin P E, Baer M R. A reaction progress variable modeling approach for non-ideal multiphase explosives [J].InternationalJournalofMultiphaseFlow, 2012, 42:128-151.

[9] Kuhl A L, Bell J B, Beckner V E, et al. Simulation of aluminum combustion and PETN afterburning in a confined explosion[C]∥21thInt. Colloquium on Dynamics of Explosions and Reactive Systems. Poitiers France: Lawrence Livermore National Laboratory, 2007:1-4.

[10] Kuhl A L, Bell J B, Beckner V. E, et al. Numerical simulations of thermobaric explosions[C]∥ 38thInt. Annual Conf of ICT, Pfinztal Germany: Lawrence Livermore National Laboratory, 2007.

[11] Bell J B, Kuhl A L, Beckner V E. Simulation of enhanced-explosive devices in chambers and tunnels[C]∥HPCMP Users Group conference. Pittsburgh PA: IEEE, 2007: 139-143.

[12] 盧勇, 王伯良, 何中其, 等. 溫壓炸藥爆炸能量輸出的實(shí)驗(yàn)研究[J].含能材料,2014,22(5):684-687

LU Yong, WANG Bo-liang, HE Zhong-qi, et al. Experimental research on energy output of thermobaric explosive[J].ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao),2014,22(5):684-687

[13] 許鋌. 溫壓裝藥在有限空間的爆炸特性研究[D]．南京: 南京理工大學(xué), 2008．

[14] Miller P J. A reactive flow model with coupled reaction kinetics for detonation and combustion of non-ideal explosives [C]∥Proceedings of the Symposium on Decomposition, Combustion, and Detonation Chemistry of Energetic Materials. Boston, Massachusetts, 1995: 413-420.

[15] Carlo Badiola, Robert J. Gill, Edward L, et al. Combustion characteristics of micron-sized aluminum particles in oxygenated environments [J].CombustionandFlame, 2011, 158: 2064-2070.

[16] 黃菊,王伯良,仲倩,等. 溫壓炸藥能量輸出結(jié)構(gòu)的初步研究[J]. 爆炸與沖擊,2012,32(2): 164-168.

HUANG Ju, WANG Bo-liang, ZHONG Qian, et al. A preliminary investigation on energy output structure of a thermobaric explosive[J].ExplosiveandShockWaves, 2012,32(2): 164-168.

[17] (俄)Л.П.奧爾連科. 爆炸物理學(xué)[M]. 孫承緯，譯.北京: 科學(xué)出版社, 2011: 364-368.