大当量集团装药水中沉底爆炸特性试验研究.pdf
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1、舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期1引言装药水下沉底爆炸时,由于水底介质边界条件影响,与自由场条件下爆炸呈现出完全不同的特征17。国内外对于自由场条件下的水中爆炸研究较多,而对沉底边界条件下爆炸特性研究相对较少,对沉底边界的影响认识不够充分,相关的理论研究还不成熟。基于仿真和小当量试验研究认为沉底爆炸时冲击波的底部效应主要为反射波,不同底质有不同的反射效果,对某一具体的水底而言,反射角的大小是影响反射效果的主要因素810;同时沉底爆炸时对气泡脉动周期和压力等特性也产收稿日期:2022年11月17日,修回日期:2022年12月28日作者简介:张姝红,女,硕士研究生,高级工程师,研究方向
2、:水下爆炸测量。金辉,男,博士研究生,高级工程师,研究方向:水下爆炸试验总体。大当量集团装药水中沉底爆炸特性试验研究张姝红金辉(中国人民解放军91439部队大连116041)摘要为获得装药沉底爆炸对冲击波和气泡脉动的影响,开展大当量集团装药水中沉底爆炸试验,将试验结果与自由场条件下的理论计算结果进行对比分析,得到了大当量集团装药沉底爆炸的冲击波传播和气泡脉动特性,以及爆炸测量方位角对海底反射效果的影响。试验和计算结果对比分析显示,沉底爆炸时海底反射对冲击波起到明显增强作用,同一底质条件下测量方位角参数变化对反射作用效果影响较大,近水面测量的冲击波压力时程曲线产生明显的水面截断现象,同时沉底爆炸
3、对气泡脉动影响较大,气泡脉动现象不明显,脉动压力峰值与自由场相比较小,验证了仿真计算和小当量试验的结论;同时,方位角变化对反射作用的影响,也影响到装药沉底爆炸的毁伤能力。关键词沉底爆炸;冲击波;反射系数;方位角中图分类号TJ03DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2023.05.040Test Research on Underwater Bottom Explosion Characteristic ofLarge Equivalent Group ChargeZHANG ShuhongJIN Hui(No.91439 Troops of PLA,Dalian11604
4、1)AbstractIn order to obtain the impact of the bottom explosion of large equivalent charge on the shock wave and bubblepulsation,the bottom explosion test of large equivalent group charge is carried out under the same bottom material condition.Thetest results are compared with the theoretical calcul
5、ation results under the condition of free field.The characteristic of the shockwave,bubble pulsation and the influence of the azimuth on the underwater reflection of large equivalent group charge bottomexplosion are obtained.The analysis of the test and calculation results show that the underwater r
6、eflection plays a significant role inenhancing the shock wave during the bottom explosion.Under the same bottom material conditions,the change of measured azimuthhas a great impact on the reflection effect.The shock wave pressure measured near the water surface has an obvious water surfacetruncation
7、 phenomenon.At the same time,the bottom explosion has a great impact on the bubble pulsation,the pulsationphenomenon is not obvious,and the peak pressure is smaller than the free field,the results of simulation calculation and smallequivalent test are verified.At the same time,the influence of azimu
8、th on reflection also affects the damage ability of charge bottomexplosion.Key Wordsbottom explosion,shock wave,reflection coefficient,azimuthClass NumberTJ03总第 347 期2023 年第 5 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.43 No.5199总第347期生影响11。由于沉底反射作用对装药的爆炸威力产生较大影响,在水中兵器装药指标设计和作战使用时需考虑海底边界反射作用。大当量装药水中
9、沉底爆炸更能客观真实反映沉底爆炸现象和输出特性。通过对大当量集团装药水中沉底爆炸试验数据分析,研究试验中水底底质对爆炸冲击波峰值压力和气泡脉动的影响,以及对毁伤作用的影响,可为沉底爆炸的水中兵器装药指标设计和毁伤研究提供参考。2水下爆炸基本理论装药水下爆炸产生瞬时强冲击波,同时爆轰产物形成气泡脉动。自由场条件下冲击波压力按照指数规律衰减,气泡脉动膨胀收缩产生脉动压力,峰值约为冲击波峰值压力的10%20%。对于密度为1.52g/cm3的TNT炸药在自由场条件下的冲击波峰值压力12和气泡脉动周期13公式分别为pm=52.3(W3R)1.13(1)T=0.295W1 3(1+0.1H)5 6(2)式
10、中W为TNT装药当量,kg;R为爆距,即炸点到测点距离,m;H为装药入水深度,m。而对于装药水下沉底爆炸,一般根据不同底质在峰值压力计算时对装药当量W乘以相应的反射系数K,如泥沙底为1.2、砾石底为1.5,以此反映沉底爆炸时底质对爆炸作用的影响。但在实际试验中发现沉底爆炸不但对冲击波和气泡产生影响,在相同底质条件下测点方位角变化也会对反射作用产生影响。3水下爆炸试验水下爆炸试验在海上实施,爆源为1000kgTNT集团装药,沉底布放;试验分散布设四个自由场压力传感器,悬布到水中,测点到爆源距离由远及近;爆源上布设零时传感器,记录爆炸零时时刻;水下爆炸测量设备布设在测量载体上,爆炸时刻记录爆炸零时
11、信号和各压力传感器水中爆炸压力时程;利用声速仪测量水中声速。试验布设示意图如图1所示。4试验结果试验测量得到了水中爆炸零时和压力时程曲线。典型实测压力时程曲线和冲击波段时程曲线如图2和图3所示。图1试验布设示意图100200300400500600700800900时间/ms9630压力/MPa二次脉动周期图2实测压力时程曲线012345678时间/ms9630压力/MPa图3实测冲击波段时程曲线根据获取的爆炸零时和冲击波到达各压力传感器测点时刻得到冲击波传播时差,利用声速数据计算爆炸时刻炸点到各压力测点距离即爆距R;根据压力传感器布设深度和爆源布设深度得到各压力传感器与爆源垂直距离,计算传感
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