兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 240969-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0969
收稿日期:
2024-10-17
上线日期:
2025-08-28
通讯作者:
AN Chengyuan1,2, LIU Haipeng1,*(), LIU Yan1, REN Wei2
Received:
2024-10-17
Online:
2025-08-28
摘要:
为探究典型椭圆截面柱形炸药在空间中爆炸冲击波特性,开展变截面柱形炸药自由场静止爆炸实验,并建立相应的数值模拟模型,通过与实验结果进行对比验证数值模拟的可靠性;开展不同截面形状的柱形炸药在自由场爆炸的数值模拟计算,以探究截面形状对爆炸冲击波威力特性的影响。研究结果表明:椭圆截面柱形炸药产生的爆炸冲击波产生与圆截面柱形相似的波系结构,但不同方位角的冲击波传播特性存在差异,短轴方向的超压峰值、最大冲量与冲击波速度均大于长轴方向;不同长短轴比的椭圆截面炸药,长短轴比越大,这种差异性越明显。通过引入等效半径拟合得到含有长短轴比作为变量的超压峰值及超压峰值形状因子计算公式,且公式计算结果与数值模拟的结果偏差小于10%。
中图分类号:
安骋远, 刘海鹏, 刘彦, 任炜. 椭圆截面柱形炸药爆炸冲击波威力特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240969-.
AN Chengyuan, LIU Haipeng, LIU Yan, REN Wei. Shock Wave Power Characteristics of Cylindrical Explosives with Elliptical Cross-section[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(8): 240969-.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 1630 | a/cm | 4.67 |
M/g | 1450 | b/cm | 3.33 |
H/cm | 25 | μ | 1.4 |
表1 椭圆变截面柱形炸药相关参数
Table 1 Relative parameters of cylindrical explosives with elliptical variable-cross-section
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 1630 | a/cm | 4.67 |
M/g | 1450 | b/cm | 3.33 |
H/cm | 25 | μ | 1.4 |
ρe/(m·s-3) | DC-J(km·s-1) | pC-J/GPa | Q/(J·kg-1) | A/GPa |
---|---|---|---|---|
1791 | 7.98 | 29.5 | 6487 | 524.2 |
B/GPa | R1 | R2 | ω | E0 |
7.678 | 3.42 | 1.91 | 0.35 | 8.5 |
表2 炸药数值模拟相关参数
Table 2 Parameters related to numerical simulation of explosives
ρe/(m·s-3) | DC-J(km·s-1) | pC-J/GPa | Q/(J·kg-1) | A/GPa |
---|---|---|---|---|
1791 | 7.98 | 29.5 | 6487 | 524.2 |
B/GPa | R1 | R2 | ω | E0 |
7.678 | 3.42 | 1.91 | 0.35 | 8.5 |
方向/(°) | 距离/m | 超压峰值/MPa | 误差/% | |
---|---|---|---|---|
实验值 | 数值模拟值 | |||
0 | 1.5 | 0.434 | ||
2.5 | 0.138 | 0.128 | 7.18 | |
3.5 | 0.063 | |||
45 | 1.5 | 0.735 | 0.760 | 3.40 |
2.5 | 0.148 | 0.167 | 12.84 | |
3.5 | 0.080 | 0.071 | 11.25 | |
90 | 1.5 | 1.438 | ||
2.5 | 0.318 | 0.284 | 10.69 | |
3.5 | 0.091 | 0.097 | 6.59 | |
135 | 1.5 | 0.760 | ||
2.5 | 0.156 | 0.167 | 7.05 | |
3.5 | 0.084 | 0.071 | 14.46 |
表3 实验与数值模拟得到的超压峰值对比结果
Table 3 Comparison of experimental and simulated peak overpressures
方向/(°) | 距离/m | 超压峰值/MPa | 误差/% | |
---|---|---|---|---|
实验值 | 数值模拟值 | |||
0 | 1.5 | 0.434 | ||
2.5 | 0.138 | 0.128 | 7.18 | |
3.5 | 0.063 | |||
45 | 1.5 | 0.735 | 0.760 | 3.40 |
2.5 | 0.148 | 0.167 | 12.84 | |
3.5 | 0.080 | 0.071 | 11.25 | |
90 | 1.5 | 1.438 | ||
2.5 | 0.318 | 0.284 | 10.69 | |
3.5 | 0.091 | 0.097 | 6.59 | |
135 | 1.5 | 0.760 | ||
2.5 | 0.156 | 0.167 | 7.05 | |
3.5 | 0.084 | 0.071 | 14.46 |
图14 变截面与等截面柱形炸药冲击波波阵面对比
Fig.14 Comparison of shock wave wavefronts for cross-sectional and uniform cross-sectional cylindrical explosives with with variable and uniform cross-sections
ρ/(kg·m-3) | D/(km·s-1) | pC-J/GPa | Q/(J·kg-1) | A/GPa |
---|---|---|---|---|
1630 | 6.9 | 21 | 4120 | 371.2 |
B/GPa | R1 | R2 | ω | E0 |
3.21 | 4.15 | 0.95 | 0.3 | 7.0 |
表4 TNT数值模拟计算相关参数
Table 4 Relative parameters of TNT numerical simulation calculation
ρ/(kg·m-3) | D/(km·s-1) | pC-J/GPa | Q/(J·kg-1) | A/GPa |
---|---|---|---|---|
1630 | 6.9 | 21 | 4120 | 371.2 |
B/GPa | R1 | R2 | ω | E0 |
3.21 | 4.15 | 0.95 | 0.3 | 7.0 |
μ | a/cm | b/cm | μ | a/cm | b/cm |
---|---|---|---|---|---|
1.1 | 3.07 | 2.79 | 1.6 | 3.7 | 2.31 |
1.2 | 3.21 | 2.67 | 1.7 | 3.82 | 2.24 |
1.3 | 3.34 | 2.57 | 1.8 | 3.93 | 2.18 |
1.4 | 3.46 | 2.47 | 1.9 | 4.03 | 2.12 |
1.5 | 3.58 | 2.39 | 2.0 | 4.14 | 2.07 |
表5 数值模拟模型几何参数
Table 5 Geometric parameters of numerical simulation model
μ | a/cm | b/cm | μ | a/cm | b/cm |
---|---|---|---|---|---|
1.1 | 3.07 | 2.79 | 1.6 | 3.7 | 2.31 |
1.2 | 3.21 | 2.67 | 1.7 | 3.82 | 2.24 |
1.3 | 3.34 | 2.57 | 1.8 | 3.93 | 2.18 |
1.4 | 3.46 | 2.47 | 1.9 | 4.03 | 2.12 |
1.5 | 3.58 | 2.39 | 2.0 | 4.14 | 2.07 |
图18 超压峰值和超压峰值形状因子随等效半径与对比距离的分布
Fig.18 The distribution of peak overpressure and its shape factor with respect to equivalent radius and scaled distance
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